Esnek menteşelerin ve esnek vücut mekanizmalarının tasarım optimizasyonunun teorik temeline ilişkin araştırma

Genişletilmiş

Esnek menteşeler, rijit bileşenler yerine elastik deformasyon yoluyla hareket veya enerji iletme yetenekleri nedeniyle hassas cihazlarda önemli bir ilgi görmüştür. Geleneksel hareket menteşeleri ile karşılaştırıldığında, esnek menteşeler yüksek hareket çözünürlüğü, sürtünme yok, yağlama yok ve basit bir üretim süreci gibi avantajlar sunar. Projeksiyon litografisi objektif lensler, silikon gofret çalışma tezgahları, elektronik tarama mikroskopları, boşluk optik uzaktan sensörler ve hassasiyet ve ultra hassasiyet işleme dahil olmak üzere çeşitli hassas cihazlarda yaygın olarak kullanılmıştır. Esnek menteşeler gibi uyumlu mekanizmaların temel parametreleri, sonun dinamik özelliklerini ve konumlandırma doğruluğunu doğrudan etkiler. Bu nedenle, esnek menteşelerin esnekliğini anlamak için kapsamlı araştırmalar yapılmıştır. Bu makale, düz ışın yuvarlak esnek menteşelerin esneklik matrisini incelemeyi, parametrelerini analiz etmeyi ve tasarımları ve optimizasyonları için teorik bir temel sağlamayı amaçlamaktadır.

Düz kiriş yuvarlak esnek menteşelerin esneklik matrisi:

Düz ışın yuvarlak esnek menteşe, stres konsantrasyonunu önlemek için menteşenin uçlarında yuvarlak köşeleri olan düz bir ışın tabakası yapısından oluşur. Ana geometrik parametreler menteşe yüksekliği (H), menteşe uzunluğu (L), menteşe kalınlığı (T) ve menteşe fileto yarıçapı (R) içerir. Menteşenin düzlem içi deformasyonunu analiz etmek için, konsol ışını teorisine dayanan analitik bir hesaplama yöntemi türetilmiştir. Bu yöntem, esnek menteşenin düzlem içi esneklik matrisi için kapalı döngü analitik bir model oluşturur. Ek olarak, esneklik matrisi için basitleştirilmiş bir hesaplama formülü, menteşe köşe yarıçapının kalınlığa (R/T) oranı verildiğinde sağlanır.

Sonlu eleman doğrulaması:

Türetilmiş analitik formülü doğrulamak için, UGNX NASTRAN yazılımı kullanılarak düz ışın yuvarlak bükülme menteşesinin sonlu bir eleman modeli oluşturulur. Sonlu eleman modelinin simülasyon sonuçları, esneklik matris parametrelerinin analitik değerleri ile karşılaştırılır. İkisi arasındaki nispi hata, menteşenin yapısal parametrelerindeki menteşe uzunluğunun kalınlığa (L/T) oranı ve menteşe köşesi yarıçapının kalınlığa (r/t) oranı gibi farklı varyasyonlar için analiz edilir.

Sonuçlar:

Analiz, L/T oranları için 4'ten büyük veya daha büyük, esneklik matrisinin analitik ve simüle edilmiş değerleri arasındaki göreceli hatanın%5,5 içinde olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, L/T oranları 4'ten küçük, konsol ışını ince bir ışın haline getirememesi nedeniyle nispi hata nispeten büyüktür. Bu, kapalı döngü analitik modelinin büyük L/T vakaları için daha uygun olduğunu gösterir.

R/T oranı ile ilgili olarak, analiz 0.1 ≤ r/t ≤ 0.5 olduğunda, analitik ve simüle edilmiş değerler arasındaki göreceli hatanın%9 içinde kontrol edilebileceğini ortaya koymaktadır. Ek olarak, 0.2 ≤ r/t ≤ 0.3 olduğunda, göreceli hata%6.5 içinde kontrol edilebilir. Bu bulgular, esneklik matrisi için kapalı döngü analitik modelinin doğruluğunu ve uygulanabilirliğini göstermektedir.

Bu çalışmada geliştirilen kapalı döngü analitik model, düz ışın yuvarlak bükülme menteşelerinin tasarımı ve optimizasyonu için teorik bir temel sağlar. Analiz, modelin menteşe uzunluğu, kalınlık ve köşe yarıçapındaki varyasyonları dikkate alırken esneklik matris parametrelerini doğru bir şekilde tahmin edebileceğini göstermiştir. Bu bulgular, uyumlu mekanizmaların ilerlemesine ve bunların hassas cihazlardaki uygulamalarına katkıda bulunacaktır.