Stivhedsanalyse og eksperimentel test af plane fleksible hængselsvejledningsmekanisme_hinge viden_ta

Et fleksibelt hængsel er en mekanisk mekanisme, der anvender reversibel elastisk deformation af materialer til transmission af bevægelse og energi. Den finder applikationer inden for forskellige områder såsom rumfart, fremstilling, optik og bioingeniøring. I de senere år har der været en stigende anvendelse af fleksible hængsler inden for ingeniørteknologiske felter som mikro-positionering, måling, optiske platforme, mikrojusteringsmekanismer og store antennepladsinstallationsmekanismer.

Den vigtigste fordel ved et fleksibelt hængsel er dets integrerede design, der giver mulighed for bevægelse og energioverførsel uden tilbageslag, friktion, hul, støj, slid og med høj bevægelsesfølsomhed. En bestemt type fleksibel hængsel er det plane fleksible hængsel, der typisk er lavet ved hjælp af almindelige bladfjedre. Det plane fleksible hængsel tilbyder en simpel strukturmontering og lave behandlingsomkostninger, hvilket gør det særligt velegnet til præcisionsmekanisk design.

Der er fire almindelige strukturelle former for fleksible hængselsguide -mekanismer, nemlig type I, type II, type III og type IV. Disse mekanismer bruges ofte til vejledning med høj præcision i forskellige applikationer. Blandt dem er type I en semi-lige cirkulær fleksibel hængselsvejledningsmekanisme, der er kendt for sin kompakte struktur og stabilitet. Det kan dog være tilbøjeligt til træthed. Type II er en parallel Reed Guide -mekanisme med en forstærkende plade, der tilbyder flere dele, men har reduceret træthedsmodstand sammenlignet med type I. Type III er en enklere parallel Reed Guide -mekanisme, men mangler den samlede stabilitet. Type IV, den plane fleksible hængselsguide mekanisme, overvinder svaghederne i type I og er mere stabil end type III. Det har et stort potentiale for forskellige applikationer.

Mens de første tre typer fleksible guide -mekanismer er blevet omfattende diskuteret i litteraturen, bruges den plane fleksible hængselsvejledningsmekanisme (type IV) ikke almindeligt i praksis, og der er en mangel på relevant designteori i den aktuelle litteratur. Denne artikel sigter mod at bygge bro over dette hul ved at tilvejebringe en teoretisk afledning af bøjningsstivheden af ​​det plane fleksible hængsel og stivhedsanalyseformel for den vejledende mekanisme. Det inkluderer også eksperimentel test for at validere den analytiske formlers nøjagtighed.

Bøjningsstivheden af ​​det plane fleksible hængsel er afledt baseret på bøjningsmomentligningen af ​​materialemekanik. Strukturen af ​​den plane hængselsdel analyseres under hensyntagen til de anvendte dimensioner og egenskaber af den anvendte rustfrie stålplade. Den afledte analytiske formel giver et teoretisk grundlag for forståelse af hængslet.

For at verificere den analytiske formel er et sæt parallelogramguide -mekanismer, der anvender plane fleksible hængsler, designet og behandlet. Eksperimentel test udføres ved hjælp af et fjederspændings- og kompressionsinstrument til at måle kraftforstyrrelsesforholdet mellem mekanismen. Testresultaterne sammenlignes med den analytiske formlers beregninger, og der findes en god aftale, omend med en lille relativ fejl på 4,7%. Uoverensstemmelsen tilskrives det faktum, at den analytiske formel kun overvejer deformationen af ​​hængselsdelen og ikke hele røret.

Den praktiske anvendelse af den plane fleksible hængselsguide-mekanisme demonstreres gennem design af en en-dimensionel målehoved antikollisionsindretning til et CNC-gearmålingscenter. Denne enhed kombinerer en en-dimensionel TESA-sonde, en plan fleksibel guide-mekanisme og en positionssensor for at sikre sikkerhedsbeskyttelsen af ​​sonden.

Som konklusion tilvejebringer denne undersøgelse en teoretisk afledning og eksperimentel validering af stivheden af ​​den plane fleksible hængselsvejledningsmekanisme. Den analytiske formel viser god nøjagtighed, omend med lette uoverensstemmelser på grund af de forenklinger, der er foretaget i formlen. Fremtidig forskning bør overveje deformationen af ​​hele Reed og andre påvirkende faktorer for at forbedre beregningsnøjagtigheden af ​​hængslets stivhed. Den praktiske anvendelse af den plane fleksible hængselsvejledningsmekanisme viser sit potentiale for forskellige tekniske applikationer.