تحليل الصلابة والاختبار التجريبي لآلية دليل المفصلات المرنة المستوية.

المفصلات المرنة هي آلية ميكانيكية تستخدم تشوهًا مرنًا قابلاً للانعكاس للمواد لنقل الحركة والطاقة. يجد تطبيقات في مختلف المجالات مثل الفضاء والتصنيع والبصريات والهندسة الحيوية. في السنوات الأخيرة ، كان هناك استخدام متزايد لمفصلات مرنة في مجالات التكنولوجيا الهندسية مثل الموضع الجزئي والقياس والمنصات البصرية وآليات التعديل الدقيق وآليات نشر مساحة الهوائي على نطاق واسع.

الميزة الرئيسية لمفصلات مرنة هي تصميمها المتكامل الذي يسمح بنقل الحركة ونقل الطاقة دون أي رد فعل عنيف ، احتكاك ، فجوة ، ضوضاء ، تآكل ، مع حساسية عالية الحركة. نوع محدد من المفصلات المرنة هو المفصل المرن المستوي ، والذي يتم عادةً مصنوع باستخدام نوابض الأوراق العادية. يوفر المفصل المرن المستوي مجموعة بنية بسيطة وتكلفة معالجة منخفضة ، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للتصميم الميكانيكي الدقيق.

هناك أربعة أشكال هيكلية شائعة لآليات دليل المفصلات المرنة ، وهي النوع الأول والنوع الثاني والنوع الثالث والنوع الرابع. غالبًا ما تستخدم هذه الآليات للتوجيهات عالية الدقة في التطبيقات المختلفة. من بينها ، النوع الأول هو آلية دليل مفصلات مرنة شبه مرنة تشبه على بنية وثباتها المدمجة. ومع ذلك ، يمكن أن يكون عرضة للتعب. النوع الثاني هو آلية دليل القصب الموازي مع لوحة تعزيز ، والتي توفر المزيد من الأجزاء ولكنها خفضت مقاومة التعب مقارنة بالنوع الأول النوع الثالث هو آلية دليل REED موازية أبسط ولكنها تفتقر إلى الاستقرار العام. النوع الرابع ، آلية دليل المفصلات المرنة المستوية ، تتغلب على نقاط الضعف من النوع الأول وأكثر استقرارًا من النوع الثالث. لديها إمكانات كبيرة لتطبيقات مختلفة.

في حين تمت مناقشة الأنواع الثلاثة الأولى من آليات التوجيه المرنة على نطاق واسع في الأدبيات ، فإن آلية دليل المفصلات المرنة المستوية (النوع الرابع) لا تستخدم بشكل شائع في الممارسة ، وهناك نقص في نظرية التصميم ذات الصلة في الأدبيات الحالية. تهدف هذه الورقة إلى سد تلك الفجوة من خلال توفير اشتقاق نظري لتصلب الانحناء للمفصلات المرنة المستوية وصيغة تحليل الصلابة للآلية التوجيهية. ويشمل أيضًا الاختبار التجريبي للتحقق من دقة الصيغة التحليلية.

يتم اشتقاق صلابة الانحناء للمفصلة المرنة المستوية بناءً على معادلة لحظة الانحناء لميكانيكا المواد. يتم تحليل هيكل جزء المفصل المستوي ، مع الأخذ في الاعتبار أبعاد وخصائص لوحة الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدمة. توفر الصيغة التحليلية المشتقة أساسًا نظريًا لفهم تصلب المفصلات.

للتحقق من الصيغة التحليلية ، تم تصميم مجموعة من آليات دليل التوازي التي تستخدم مفصلات مرنة مستوية ومعالجتها. يتم إجراء الاختبار التجريبي باستخدام أداة التوتر والضغط في الربيع لقياس علاقة إزاحة القوة للآلية. تتم مقارنة نتائج الاختبار بحسابات الصيغة التحليلية ، ويتم العثور على اتفاق جيد ، وإن كان مع خطأ نسبي صغير قدره 4.7 ٪. ينسب التناقض إلى حقيقة أن الصيغة التحليلية تنظر فقط في تشوه الجزء المفصل وليس القصب بأكمله.

يتم توضيح التطبيق العملي لآلية دليل المفصلات المرنة المستوية من خلال تصميم جهاز لقياس الالتفاف أحادي البعد لمركز قياس تروس CNC. يجمع هذا الجهاز بين مسبار TESA أحادي البعد ، وآلية دليل مرنة مستو ، ومستشعر للموضع لضمان حماية أمان المسبار.

في الختام ، توفر هذه الدراسة اشتقاقًا نظريًا والتحقق التجريبي لتصلب آلية دليل المفصلات المرنة المستوية. تُظهر الصيغة التحليلية دقة جيدة ، وإن كانت مع تباينات طفيفة بسبب التبسيطات التي تم إجراؤها في الصيغة. يجب أن تنظر الأبحاث المستقبلية في تشوه القصب بأكمله وغيرها من العوامل المؤثرة لتحسين دقة الحساب لتصلب المفصلات. يوضح التطبيق العملي لآلية دليل المفصلات المرنة المستوية إمكاناتها لتطبيقات الهندسة المختلفة.