Ανάλυση δυσκαμψίας και πειραματική δοκιμή του Planar Flexible Guide Guide Mechanism_hinge knowledge_ta

Ένας εύκαμπτος μεντεσέ είναι ένας μηχανικός μηχανισμός που χρησιμοποιεί αναστρέψιμη ελαστική παραμόρφωση των υλικών για τη μετάδοση κίνησης και ενέργειας. Βρίσκει εφαρμογές σε διάφορους τομείς όπως η αεροδιαστημική, η κατασκευή, η οπτική και η βιοϊατρική. Τα τελευταία χρόνια, σημειώθηκε αυξανόμενη χρήση ευέλικτων μεντεσέδων σε τεχνολογικά πεδία, όπως μικρο-θέσεις, μέτρηση, οπτικές πλατφόρμες, μηχανισμούς μικρο-ρύθμισης και μηχανισμούς ανάπτυξης μεγάλης κλίμακας κεραίας.

Το βασικό πλεονέκτημα ενός ευέλικτου μεντεσέ είναι ο ολοκληρωμένος σχεδιασμός του που επιτρέπει τη μετάδοση κίνησης και ενέργειας χωρίς αντίδραση, τριβή, χάσμα, θόρυβο, φθορά και με υψηλή ευαισθησία κίνησης. Ένας συγκεκριμένος τύπος εύκαμπτου μεντεσέ είναι ο επίπεδος ευέλικτος μεντεσέ, ο οποίος συνήθως γίνεται με συνηθισμένες πηγές φύλλων. Το επίπεδη ευέλικτη άρθρωση προσφέρει μια απλή συναρμολόγηση δομής και χαμηλό κόστος επεξεργασίας, καθιστώντας το ιδιαίτερα κατάλληλο για μηχανικό σχεδιασμό ακριβείας.

Υπάρχουν τέσσερις κοινές δομικές μορφές εύκαμπτων μηχανισμών οδηγού μεντεσέδες, δηλαδή τύπου Ι, τύπου II, τύπου III και τύπου IV. Αυτοί οι μηχανισμοί χρησιμοποιούνται συχνά για καθοδήγηση υψηλής ακρίβειας σε διάφορες εφαρμογές. Μεταξύ αυτών, ο τύπος Ι είναι ένας ημι-σταθερός κυκλικός εύκαμπτος μηχανισμός οδηγού μεντεσέ που είναι γνωστός για τη συμπαγή δομή και σταθερότητα του. Ωστόσο, μπορεί να είναι επιρρεπής σε κόπωση. Ο τύπος II είναι ένας παράλληλος μηχανισμός οδηγού καλαμιού με ενισχυτική πλάκα, η οποία προσφέρει περισσότερα εξαρτήματα, αλλά έχει μειωμένη αντίσταση κόπωσης σε σύγκριση με τον τύπο Ι. Ο τύπος III είναι ένας απλούστερος παράλληλος μηχανισμός οδηγού καλαμιών, αλλά στερείται συνολικής σταθερότητας. Ο τύπος IV, ο επίπεδης εύκαμπτος μηχανισμός οδηγού μεντεσέδες, ξεπερνά τις αδυναμίες του τύπου Ι και είναι πιο σταθερή από τον τύπο III. Έχει μεγάλες δυνατότητες για διάφορες εφαρμογές.

Ενώ οι πρώτοι τρεις τύποι ευέλικτων μηχανισμών οδηγών έχουν συζητηθεί εκτενώς στη βιβλιογραφία, ο επίπεδης ευέλικτης μηχανισμού οδηγού μεντεσέδες (τύπος IV) δεν χρησιμοποιείται συνήθως στην πράξη και υπάρχει έλλειψη σχετικής θεωρίας σχεδιασμού στην τρέχουσα βιβλιογραφία. Το παρόν έγγραφο στοχεύει να γεφυρώσει αυτό το κενό παρέχοντας μια θεωρητική παραγωγή της ακαμψίας κάμψης του επίπεδου ευέλικτου μεντεσέ και του τύπου ανάλυσης ακαμψίας του κατευθυντήριου μηχανισμού. Περιλαμβάνει επίσης πειραματικές δοκιμές για την επικύρωση της ακρίβειας του αναλυτικού τύπου.

Η ακαμψία κάμψης του επίπεδου ευέλικτου μεντεσέ προέρχεται με βάση την εξίσωση της μηχανικής κάμψης της μηχανικής υλικών. Αναλύεται η δομή του επίπεδου μέρους με άρθρωσης, λαμβάνοντας υπόψη τις διαστάσεις και τις ιδιότητες της χρησιμοποιούμενης πλάκας από ανοξείδωτο χάλυβα. Η προερχόμενη αναλυτική φόρμουλα παρέχει μια θεωρητική βάση για την κατανόηση της ακαμψίας του μεντεσέ.

Για να επαληθεύσει τον αναλυτικό τύπο, σχεδιάζεται και επεξεργάζεται ένα σύνολο μηχανισμών οδηγού παραλληλισμού που χρησιμοποιούν επίπεδες ευέλικτες μεντεσέδες. Οι πειραματικές δοκιμές διεξάγονται χρησιμοποιώντας ένα όργανο έντασης ελατηρίου και συμπίεσης για τη μέτρηση της σχέσης μετατόπισης της δύναμης του μηχανισμού. Τα αποτελέσματα των δοκιμών συγκρίνονται με τους υπολογισμούς της αναλυτικής φόρμουλας και βρίσκεται μια καλή συμφωνία, αν και με ένα μικρό σχετικό σφάλμα 4,7%. Η ασυμφωνία αποδίδεται στο γεγονός ότι ο αναλυτικός τύπος θεωρεί μόνο την παραμόρφωση του τμήματος μεντεσέ και όχι ολόκληρο τον καλάμι.

Η πρακτική εφαρμογή του επίπεδου εύκαμπτου μηχανισμού οδηγού μεντεσέδες αποδεικνύεται μέσω του σχεδιασμού μιας μονοδιάστατης διάταξης αντιμέτρησης της κεφαλής μέτρησης για ένα κέντρο μέτρησης γραναζιών CNC. Αυτή η συσκευή συνδυάζει έναν μονοδιάστατο ανιχνευτή TESA, έναν επίπεδη ευέλικτο μηχανισμό οδηγού και έναν αισθητήρα θέσης για να εξασφαλίσει την προστασία της ασφάλειας του καθετήρα.

Συμπερασματικά, αυτή η μελέτη παρέχει μια θεωρητική παραγωγή και πειραματική επικύρωση της ακαμψίας του επίπεδου μηχανισμού ευέλικτου κατευθυντήριου οδηγού. Η αναλυτική φόρμουλα δείχνει καλή ακρίβεια, αν και με μικρές αποκλίσεις λόγω των απλουστεύσεων που έγιναν στον τύπο. Η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να εξετάσει την παραμόρφωση ολόκληρου του καλαμιού και άλλων παραγόντων που επηρεάζουν τη βελτίωση της ακρίβειας του υπολογισμού της δυσκαμψίας του μεντεσέ. Η πρακτική εφαρμογή του επίπεδου εύκαμπτου μηχανισμού οδηγού μεντεσέδες καταδεικνύει τις δυνατότητές του για διάφορες εφαρμογές μηχανικής.