Analyse de la rigidité et test expérimental de Guide de charnière flexible planaire Mécanisme_hinghe Knowledge_TA

Une charnière flexible est un mécanisme mécanique qui utilise une déformation élastique réversible des matériaux pour transmettre le mouvement et l'énergie. Il trouve des applications dans divers domaines tels que l'aérospatiale, la fabrication, l'optique et la bio-ingénierie. Ces dernières années, il y a eu une utilisation croissante de charnières flexibles dans les domaines de la technologie d'ingénierie comme la micro-positionnement, la mesure, les plates-formes optiques, les mécanismes de micro-ajustement et les mécanismes de déploiement de l'espace d'antenne à grande échelle.

L'avantage clé d'une charnière flexible est sa conception intégrée qui permet la transmission de mouvement et d'énergie sans contrecoup, frottement, écart, bruit, usure et avec une sensibilité à un mouvement élevé. Un type spécifique de charnière flexible est la charnière flexible plane, qui est généralement fabriquée à l'aide de ressorts à feuilles ordinaires. La charnière flexible plane offre un assemblage de structure simple et un faible coût de traitement, ce qui le rend particulièrement adapté à la conception mécanique de précision.

Il existe quatre formes structurelles communes de mécanismes de guidage de charnière flexibles, à savoir le type I, le type II, le type III et le type IV. Ces mécanismes sont souvent utilisés pour des conseils de haute précision dans diverses applications. Parmi eux, le type I est un mécanisme de guide de charnière flexible circulaire semi-droit connu pour sa structure compacte et sa stabilité. Cependant, il peut être sujet à la fatigue. Le type II est un mécanisme de guide à anche parallèle avec une plaque de renforcement, qui offre plus de pièces mais a réduit la résistance à la fatigue par rapport au type I. Le type III est un mécanisme de guide à anche parallèle plus simple mais manque de stabilité globale. Le type IV, le mécanisme de guide de charnière flexible planaire, surmonte les faiblesses du type I et est plus stable que le type III. Il a un grand potentiel pour diverses applications.

Bien que les trois premiers types de mécanismes de guide flexible aient été largement discutés dans la littérature, le mécanisme de guide de charnière flexible planaire (type IV) n'est pas couramment utilisé dans la pratique, et il existe un manque de théorie de la conception pertinente dans la littérature actuelle. Cet article vise à combler cet écart en fournissant une dérivation théorique de la rigidité de flexion de la charnière flexible plan et de la formule d'analyse de rigidité du mécanisme de guidage. Il comprend également des tests expérimentaux pour valider la précision de la formule analytique.

La rigidité de flexion de la charnière flexible plane est dérivée en fonction de l'équation du moment de flexion de la mécanique des matériaux. La structure de la partie de charnière planaire est analysée, compte tenu des dimensions et des propriétés de la plaque en acier inoxydable utilisée. La formule analytique dérivée fournit une base théorique pour comprendre la rigidité de la charnière.

Pour vérifier la formule analytique, un ensemble de mécanismes de guide parallélogramme utilisant des charnières flexibles planaires est conçue et traitée. Les tests expérimentaux sont effectués en utilisant un instrument de tension et de compression à ressort pour mesurer la relation de déplacement de force du mécanisme. Les résultats des tests sont comparés aux calculs de la formule analytique, et un bon accord est trouvé, bien qu'avec une petite erreur relative de 4,7%. L'écart est attribué au fait que la formule analytique ne considère que la déformation de la partie charnière et non de la roseau entier.

L'application pratique du mécanisme de guide de charnière flexible planaire est démontrée par la conception d'un dispositif anti-collision à la tête de mesure unidimensionnelle pour un centre de mesure du matériel CNC. Cet appareil combine une sonde TESA unidimensionnelle, un mécanisme de guide flexible plan et un capteur de position pour assurer la protection contre la sécurité de la sonde.

En conclusion, cette étude fournit une dérivation théorique et une validation expérimentale de la rigidité du mécanisme de guide de charnière flexible planaire. La formule analytique montre une bonne précision, mais avec de légères divergences en raison des simplifications effectuées dans la formule. Les recherches futures devraient tenir compte de la déformation de l'ensemble du roseau et d'autres facteurs d'influence pour améliorer la précision de calcul de la rigidité de la charnière. L'application pratique du mécanisme de guide de charnière flexible planaire démontre son potentiel pour diverses applications d'ingénierie.