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1
摘要：这项研究重点是研究直束圆形弯曲铰链的柔韧性矩阵。 基于悬臂梁理论得出了铰链内平面变形的分析计算方法。 建立了灵活性矩阵的闭环分析模型，并在考虑角半径和铰链厚度时提供了灵活性矩阵的简化计算公式。 此外，开发了铰链的有限元模型，以验证分析模型的准确性。 对于不同的铰链结构参数，分析了灵活性矩阵参数的分析和模拟值之间的相对误差。 结果表明分析模型是准确的，并且可以在可接受的限制内控制相对误差。
灵活的铰链由于高运动分辨率，没有摩擦和简单的制造过程而被广泛用于精密设备。 这些铰链依赖于自己的弹性变形来传输或转换运动，力或能量，从而消除了对刚性组件的需求。 灵活铰链的关键参数直接影响其动态特性和最终定位精度。 先前的研究集中在不同类型的柔性铰链上，但是对直束圆形弯曲铰链进行了有限的研究。 本文旨在通过研究此类铰链的灵活性矩阵来填补这一研究空白。
1. 直束圆形柔性铰链的柔韧性矩阵：
笔直的圆形柔性铰链是具有圆角的板结构，以避免应力浓度。 铰链的几何参数包括高度，长度，厚度和圆角半径。 基于平面内变形的衍生分析计算方法，建立了铰链灵活性矩阵的闭环分析模型。 分析了不同的铰链结构参数的灵活性矩阵参数，并计算分析值和仿真值之间的相对误差。
2. 灵活性矩阵的有限元验证：
为了验证分析模型的准确性，使用UGNX Nastran软件创建了铰链的有限元模型。 将带有单位力/力矩的铰链铰链的仿真结果与分析值进行了比较。 分析了灵活性矩阵参数的分析和模拟值之间的相对误差，分析了铰链长度与厚度（L/T）以及角半径与厚度（R/T）的不同比率。
2.1 l/t对灵活性矩阵参数的影响：
当比率L/T大于或等于4时，柔性矩阵参数的分析和模拟值之间的相对误差在5.5％以内。 对于小于4的比率，由于细长梁假设的局限性，相对误差显着增加。 因此，闭环分析模型适用于具有较大L/T比的铰链。
2.2 r/t对灵活性矩阵参数的影响：
灵活性矩阵参数的分析和模拟值之间的相对误差随比率r/t的增加而增加。 对于0.1和0.5之间的比率，可以在9％以内控制相对误差。 对于0.2和0.3之间的比率，可以在6.5％以内控制相对误差。
2.3 R/T对简化灵活性矩阵参数的影响：
考虑到比率r/t，提供了灵活性矩阵参数的简化分析公式。 简化的分析值和仿真值之间的相对误差随比率r/t的增加而增加。 对于0.3和0.2之间的比率，相对误差可以分别在9％和7％之内控制。
直束圆形弯曲铰链的柔性矩阵的开发闭环分析模型为柔性铰链和机制的设计和优化提供了理论基础。 通过有限元模拟验证模型的准确性，相对误差在不同的铰链结构参数的可接受限制之内。 这项研究有助于理解和应用各种精确设备中的直光圆形弯曲铰链。
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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