Influence des erreurs d'usinage sur la qualité des hinges flexibles tout droit1

Étendu

La charnière flexible est un mécanisme très polyvalent qui utilise les caractéristiques de déformation et de récupération micro-élastiques du métal. Il agit comme un mécanisme de transmission à haute résolution micro-positionnant, largement utilisé dans divers dispositifs de réglage fin, les plates-formes de positionnement de précision, la photolithographie et les microscopes de détection de balayage, etc. En raison de son traitement et de son moulage intégrés, il possède des caractéristiques uniques telles qu'aucune friction mécanique, aucun espace d'accouplement, sans lubrification et une sensibilité à un mouvement élevé.

Cependant, plusieurs facteurs peuvent affecter les performances de travail des charnières flexibles. Lors de la conception de charnières flexibles, certaines hypothèses sont faites, par exemple, en supposant que seule la déformation élastique se produit à la charnière tandis que le reste est considéré comme un corps rigide. On suppose également que seule la déformation du coin se produit pendant le travail, sans expansion ni autre déformation. De plus, la charnière elle-même présente des défauts inhérents, tels que le centre de rotation n'est pas fixe, la concentration de contrainte, l'ampleur des contraintes change avec la position de l'articulation et l'influence de l'environnement sur le matériau.

Dans la conception structurelle, le déplacement de couplage du coin et de la ligne droite peuvent être causés par des erreurs de traitement entre les combinaisons de plusieurs charnières et des bielles. Cela peut entraîner la déviation du mouvement de la piste idéale. La littérature approfondie a analysé les sources d'erreur de mécanismes de charnière flexibles, discutant des performances des matériaux, de la conception de la taille, des vibrations, des interférences, des erreurs d'usinage, etc. Ces études fournissent des informations précieuses sur la sensibilité de chaque erreur variable et le couplage du mécanisme de déplacement causée par les erreurs de fabrication.

Cet article vise à analyser les trois types d'erreurs d'usinage de la charnière flexible circulaire droite et à dériver la formule de calcul de rigidité lorsque ces erreurs sont présentes. Les dimensions de la charnière et les paramètres d'erreur sont utilisées pour calculer la rigidité et vérifier les résultats par analyse par éléments finis (FEA). Cette analyse fournit des informations précieuses pour la conception et le traitement des paramètres de la charnière.

Les trois types d'erreurs d'usinage analysées dans cet article comprennent l'erreur de positionnement de l'arc de l'encoche dans la direction y, l'erreur de positionnement de l'arc encoche dans la direction x et l'erreur perpendiculaire de la ligne centrale de l'arc encoche. Chaque type d'erreur est analysé séparément et les erreurs de rigidité sont calculées en fonction des coefficients d'erreur et des paramètres de charnière. Les formules d'erreur de rigidité sont ensuite comparées et vérifiées par le biais de simulations FEA.

Les résultats de l'analyse numérique et des simulations FEA montrent un bon accord. Les courbes d'erreur de rigidité obtenues sous différentes valeurs de paramètres de charnière démontrent que les coefficients d'erreur ont un impact significatif sur la rigidité. Les erreurs de positionnement dans les directions Y et X ont une influence considérable, tandis que l'erreur perpendiculaire affecte également la rigidité. En comprenant ces erreurs et leurs effets, des processus de conception et d'usinage efficaces peuvent être mis en œuvre pour minimiser leur impact sur la charnière flexible.

En conclusion, les erreurs d'usinage des charnières flexibles rond droites ont un impact direct sur leurs performances de rigidité. Cet article fournit une analyse complète des trois types d'erreurs d'usinage et présente des formules de calcul de rigidité pour chaque type d'erreur. Les résultats sont vérifiés par le biais de simulations FEA, mettant en évidence l'importance de contrôler les erreurs de positionnement et les erreurs de perpendicularité afin d'optimiser les performances des charnières flexibles. Les résultats de cette étude peuvent servir de référence précieuse pour les processus de conception et de fabrication dans diverses industries.