Analýza tuhosti a experimentální test planárního flexibilního průvodce závěsu

Flexibilní závěs je mechanický mechanismus, který využívá reverzibilní elastickou deformaci materiálů k přenosu pohybu a energie. Nachází aplikace v různých oborech, jako je letectví, výroba, optika a bioinženýrství. V posledních letech došlo k rostoucímu využití flexibilních závěsů v oborech inženýrských technologií, jako je mikropozice, měření, optické platformy, mechanismy mikrodicí a rozsáhlých anténních mechanismů nasazení prostoru.

Klíčovou výhodou flexibilního závěsu je jeho integrovaný design, který umožňuje přenos pohybu a energie bez jakéhokoli vůle, tření, mezery, hluku, opotřebení a s vysokou citlivostí na pohyb. Jedním specifickým typem flexibilního závěsu je rovinný flexibilní závěs, který se obvykle vyrábí pomocí běžných listových pružin. Rovinný flexibilní závěs nabízí jednoduchou sestavu struktury a nízké náklady na zpracování, což je zvláště vhodné pro přesný mechanický design.

Existují čtyři běžné strukturální formy mechanismů flexibilních průvodců, jmenovitě typu I, typu II, typu III a typ IV. Tyto mechanismy se často používají pro vysoce přesné vedení v různých aplikacích. Mezi nimi je typ I polostavný kruhový flexibilní mechanismus flexibilního závěsu známý pro jeho kompaktní strukturu a stabilitu. Může však být náchylný k únavě. Typ II je mechanismus paralelního rákosí s výztužnou deskou, která nabízí více částí, ale ve srovnání s typem I. Typ III je jednodušší paralelní rákosový průvodce, ale postrádá celkovou stabilitu. Typ IV, rovinný flexibilní mechanismus závěsu, překonává slabosti typu I a je stabilnější než typ III. Má velký potenciál pro různé aplikace.

Zatímco první tři typy flexibilních vodních mechanismů byly v literatuře rozsáhle diskutovány, v praxi se v praxi běžně nepoužívá rovinný flexibilní mechanismus závěsů (typ IV) a v současné literatuře je nedostatek relevantní teorie designu. Cílem této práce je překlenout tuto mezeru tím, že poskytne teoretickou derivaci ohybové tuhosti rovinného flexibilního závěsu a vzorec analýzy tuhosti mechanismu. Zahrnuje také experimentální testování pro ověření přesnosti analytického vzorce.

Ohybová tuhost rovinného flexibilního závěsu je odvozena na základě rovnice mechaniky materiálu ohybu. Struktura rovinné části závěsu je analyzována s ohledem na rozměry a vlastnosti použité desky z nerezové oceli. Odvozený analytický vzorec poskytuje teoretický základ pro pochopení tuhosti závěsu.

Pro ověření analytického vzorce je navržena a zpracována sada mechanismů paralelního vodicího průvodce využívajícím rovinné flexibilní závěsy. Experimentální testování se provádí za použití pružinového napětí a kompresního nástroje k měření vztahu mechanismu v rozložení síly. Výsledky testu jsou porovnány s výpočty analytického vzorce a je zjištěna dobrá shoda, i když s malou relativní chybou 4,7%. Nesrovnalost je připisována skutečnosti, že analytický vzorec zvažuje pouze deformaci závěsné části a ne celého rákosí.

Praktická aplikace mechanismu vodicího mechanismu planárního flexibilního závěsu je prokázána prostřednictvím návrhu jednorozměrného měřicího anti-kolizního zařízení pro měřicí středisko CNC. Toto zařízení kombinuje jednorozměrnou sondu TESA, rovinný flexibilní vodicí mechanismus a snímač polohy pro zajištění bezpečnosti ochrany sondy.

Závěrem lze říci, že tato studie poskytuje teoretickou derivaci a experimentální ověření tuhosti mechanismu planárního flexibilního závěsu. Analytický vzorec ukazuje dobrou přesnost, i když s mírnými nesrovnalostí v důsledku zjednodušení provedených ve vzorci. Budoucí výzkum by měl zvážit deformaci celého rákosí a dalších ovlivňujících faktorů, aby se zlepšila přesnost výpočtu tuhosti závěsu. Praktická aplikace mechanismu planárního flexibilního závěsu prokazuje jeho potenciál pro různé inženýrské aplikace.