Análisis de rigidez y prueba experimental de la guía de bisagra flexible plana mecanismo_hinge conocimiento_ta

Una bisagra flexible es un mecanismo mecánico que utiliza la deformación elástica reversible de los materiales para transmitir movimiento y energía. Encuentra aplicaciones en varios campos como aeroespacial, fabricación, óptica y bioingeniería. En los últimos años, ha habido un uso cada vez mayor de bisagras flexibles en los campos de tecnología de ingeniería como micro posicionamiento, medición, plataformas ópticas, mecanismos de microjustes y mecanismos de despliegue de espacio de antena a gran escala.

La ventaja clave de una bisagra flexible es su diseño integrado que permite la transmisión de movimiento y energía sin reacción, fricción, brecha, ruido, desgaste y con alta sensibilidad de movimiento. Un tipo específico de bisagra flexible es la bisagra flexible plana, que generalmente se realiza con resortes de hoja ordinarios. La bisagra flexible plana ofrece un ensamblaje de estructura simple y un bajo costo de procesamiento, lo que lo hace especialmente adecuado para un diseño mecánico de precisión.

Hay cuatro formas estructurales comunes de mecanismos de guía de bisagra flexible, a saber, Tipo I, Tipo II, Tipo III y Tipo IV. Estos mecanismos a menudo se usan para la guía de alta precisión en diversas aplicaciones. Entre ellos, el tipo I es un mecanismo de guía de bisagra flexible circular semi-heterosexual conocido por su estructura y estabilidad compactas. Sin embargo, puede ser propenso a la fatiga. El tipo II es un mecanismo de guía de láminas paralelo con una placa de refuerzo, que ofrece más piezas pero tiene resistencia a la fatiga reducida en comparación con el tipo I. El tipo III es un mecanismo de guía de láminas paralelo más simple, pero carece de estabilidad general. Tipo IV, el mecanismo de guía de bisagra flexible plana, supera las debilidades del tipo I y es más estable que el tipo III. Tiene un gran potencial para diversas aplicaciones.

Si bien los primeros tres tipos de mecanismos de guía flexibles se han discutido ampliamente en la literatura, el mecanismo de guía de bisagra flexible plana (Tipo IV) no se usa comúnmente en la práctica, y hay una falta de teoría del diseño relevante en la literatura actual. Este documento tiene como objetivo cerrar esa brecha proporcionando una derivación teórica de la rigidez de flexión de la bisagra flexible plana y la fórmula de análisis de rigidez del mecanismo de guía. También incluye pruebas experimentales para validar la precisión de la fórmula analítica.

La rigidez de flexión de la bisagra flexible plana se deriva en función de la ecuación de momento de flexión de la mecánica del material. Se analiza la estructura de la parte de la bisagra plana, considerando las dimensiones y propiedades de la placa de acero inoxidable utilizada. La fórmula analítica derivada proporciona una base teórica para comprender la rigidez de la bisagra.

Para verificar la fórmula analítica, se diseña y procesa un conjunto de mecanismos de guía de paralelograma que emplean bisagras flexibles planas. Las pruebas experimentales se realizan utilizando un instrumento de tensión y compresión de resorte para medir la relación de desplazamiento de fuerza del mecanismo. Los resultados de la prueba se comparan con los cálculos de la fórmula analítica, y se encuentra un buen acuerdo, aunque con un pequeño error relativo del 4.7%. La discrepancia se atribuye al hecho de que la fórmula analítica solo considera la deformación de la parte bisagra y no de la caña completa.

La aplicación práctica del mecanismo de guía de bisagra flexible plana se demuestra a través del diseño de un dispositivo anti-colisión de cabezal de medición unidimensional para un centro de medición de engranajes CNC. Este dispositivo combina una sonda TESA unidimensional, un mecanismo de guía flexible plano y un sensor de posición para garantizar la protección de seguridad de la sonda.

En conclusión, este estudio proporciona una derivación teórica y validación experimental de la rigidez del mecanismo de guía de bisagra flexible plana. La fórmula analítica muestra una buena precisión, aunque con ligeras discrepancias debido a las simplificaciones hechas en la fórmula. La investigación futura debería considerar la deformación de toda la Reed y otros factores influyentes para mejorar la precisión del cálculo de la rigidez de la bisagra. La aplicación práctica del mecanismo de guía de bisagra flexible plana demuestra su potencial para diversas aplicaciones de ingeniería.