基于设计优化柔性铰链和柔性身体机制的设计基础的研究
扩展
柔性铰链由于能够通过弹性变形而不是刚性组件传输运动或能量的能力，因此在精密设备中引起了极大的关注。 与传统的运动铰链相比，灵活的铰链提供了高运动分辨率，无摩擦，没有润滑和简单的制造过程等优点。 它们已被广泛用于各种精密设备，包括投影光刻目标镜头，硅晶圆工作台，电子扫描显微镜，空间光学遥控传感器以及精度和超精确处理。 兼容机制的关键参数，例如灵活的铰链，直接影响末端的动态特征和定位精度。 因此，已经进行了广泛的研究，以了解灵活的铰链的灵活性。 本文旨在研究直束圆形弯曲铰链的柔韧性矩阵，分析其参数，并为其设计和优化提供理论基础。
直束圆形弯曲铰链的柔韧性矩阵：
笔直的圆形弯曲铰链由直束板结构组成，铰链末端有圆角，以避免应力浓度。 主要几何参数包括铰链高度（H），铰链长度（L），铰链厚度（T）和铰链圆角半径（R）。 为了分析铰链的平面内变形，得出了基于悬臂梁理论的分析计算方法。 该方法为柔性铰链的平面柔性矩阵建立了一个闭环分析模型。 此外，当给出铰链拐角半径与厚度（R/T）的比率时，还提供了一个简化的计算公式。
有限元验证：
为了验证派生的分析公式，使用UGNX Nastran软件建立了直束圆形弯曲铰链的有限元模型。 将有限元模型的仿真结果与灵活性矩阵参数的分析值进行比较。 分析两者之间的相对误差，以分析铰链结构参数的不同变化，例如，铰链长度与厚度（L/T）的比率以及铰链角半径与厚度（R/T）的比率。
结果：
分析表明，对于大于或等于4的L/T比，柔性矩阵的分析值和模拟值之间的相对误差在5.5％以内。 但是，对于小于4的L/T比，由于无法将悬臂梁简化为细长的光束，因此相对误差相对较大。 这表明闭环分析模型更适合大型L/T病例。
关于比率r/t，分析表明，当0.1≤r/t≤0.5时，分析值和模拟值之间的相对误差可以在9％之内控制。 另外，当0.2≤r/t≤0.3时，可以在6.5％以内控制相对误差。 这些发现证明了灵活性矩阵的闭环分析模型的准确性和适用性。
在这项研究中开发的闭环分析模型为直束圆形弯曲铰链设计和优化提供了理论基础。 分析表明，在考虑铰链长度，厚度和角半径变化时，模型可以准确预测柔性矩阵参数。 这些发现将有助于提高合规机制及其在精确设备中的应用。
这两种材料具有不同的品质，影响其性能、耐用性和应用。 在本文中，我们深入研究铰链的世界，比较钢和铝的变体，以确定哪种材料占主导地位。
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