Nghiên cứu về cơ sở lý thuyết của tối ưu hóa thiết kế bản lề linh hoạt và cơ chế cơ thể linh hoạt

Mở rộng

Bản lề linh hoạt đã thu hút sự chú ý đáng kể trong các thiết bị chính xác do khả năng truyền chuyển động hoặc năng lượng của chúng thông qua biến dạng đàn hồi thay vì các thành phần cứng nhắc. So với bản lề chuyển động truyền thống, bản lề linh hoạt mang lại những lợi thế như độ phân giải chuyển động cao, không ma sát, không bôi trơn và quy trình sản xuất đơn giản. Chúng đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị chính xác khác nhau, bao gồm các ống kính khách quan của in thạch bản, bàn làm việc silicon wafer, kính hiển vi quét điện tử, cảm biến từ xa quang học không gian, và xử lý chính xác và xử lý siêu chính xác. Các tham số chính của các cơ chế tuân thủ, như bản lề linh hoạt, ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc điểm động và độ chính xác định vị của phần cuối. Do đó, nghiên cứu sâu rộng đã được thực hiện để hiểu tính linh hoạt của bản lề linh hoạt. Bài viết này nhằm mục đích nghiên cứu ma trận linh hoạt của bản lề uốn tròn thẳng, phân tích các thông số của nó và cung cấp một cơ sở lý thuyết cho thiết kế và tối ưu hóa của chúng.

Ma trận linh hoạt của bản lề uốn cong chùm tia thẳng:

Bản lề uốn tròn thẳng bao gồm một cấu trúc chùm tia thẳng với các góc tròn ở đầu của bản lề để tránh nồng độ ứng suất. Các tham số hình học chính bao gồm chiều cao bản lề (H), chiều dài bản lề (L), độ dày bản lề (t) và bán kính fillet bản lề (r). Để phân tích biến dạng trong mặt phẳng của bản lề, một phương pháp tính toán phân tích dựa trên lý thuyết chùm tia đúc hẫng. Phương pháp này thiết lập một mô hình phân tích vòng kín cho ma trận linh hoạt trong mặt phẳng của bản lề linh hoạt. Ngoài ra, một công thức tính toán đơn giản hóa cho ma trận linh hoạt được cung cấp khi tỷ lệ của bán kính góc bản lề với độ dày (R/T) được đưa ra.

Xác minh phần tử hữu hạn:

Để xác nhận công thức phân tích dẫn xuất, một mô hình phần tử hữu hạn của bản lề uốn tròn chùm tia thẳng được thiết lập bằng phần mềm UGNX Nastran. Kết quả mô phỏng của mô hình phần tử hữu hạn được so sánh với các giá trị phân tích của các tham số ma trận linh hoạt. Lỗi tương đối giữa hai được phân tích cho các biến thể khác nhau trong các tham số cấu trúc của bản lề, chẳng hạn như tỷ lệ chiều dài bản lề so với độ dày (L/T) và tỷ lệ bán kính góc bản lề với độ dày (R/T).

Kết quả:

Phân tích cho thấy rằng đối với tỷ lệ L/T lớn hơn hoặc bằng 4, lỗi tương đối giữa các giá trị phân tích và mô phỏng của ma trận linh hoạt nằm trong phạm vi 5,5%. Tuy nhiên, đối với tỷ lệ L/T nhỏ hơn 4, lỗi tương đối tương đối lớn do không có khả năng đơn giản hóa chùm tia đúc hẫng thành một chùm thanh mảnh. Điều này chỉ ra rằng mô hình phân tích vòng kín phù hợp hơn cho các trường hợp L/T lớn.

Về tỷ lệ R/T, phân tích cho thấy rằng khi 0,1 ≤ r/t 0,5, lỗi tương đối giữa các giá trị phân tích và mô phỏng có thể được kiểm soát trong vòng 9%. Ngoài ra, khi 0,2 R/T 0,3, lỗi tương đối có thể được kiểm soát trong vòng 6,5%. Những phát hiện này cho thấy độ chính xác và khả năng ứng dụng của mô hình phân tích vòng kín cho ma trận linh hoạt.

Mô hình phân tích vòng kín được phát triển trong nghiên cứu này cung cấp một cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế và tối ưu hóa bản lề uốn cong chùm tia thẳng. Phân tích đã chứng minh rằng mô hình có thể dự đoán chính xác các tham số ma trận linh hoạt khi xem xét các biến thể về độ dài bản lề, độ dày và bán kính góc. Những phát hiện này sẽ góp phần vào sự tiến bộ của các cơ chế tuân thủ và các ứng dụng của chúng trong các thiết bị chính xác.