Análise de rixidez e proba experimental de plano de guía flexible de bisagra Mecanismo_hinge Knowledge_ta

Unha bisagra flexible é un mecanismo mecánico que utiliza a deformación elástica reversible dos materiais para transmitir movemento e enerxía. Atopa aplicacións en varios campos como aeroespacial, fabricación, óptica e bioingeniería. Nos últimos anos, houbo un uso crecente de bisagras flexibles en campos de tecnoloxía de enxeñería como micro-posicionamento, medición, plataformas ópticas, mecanismos de micro-axuste e mecanismos de despregamento de espazo de antena a gran escala.

A vantaxe clave dunha bisagra flexible é o seu deseño integrado que permite a transmisión de movemento e enerxía sen ningún retroceso, fricción, brecha, ruído, desgaste e con alta sensibilidade ao movemento. Un tipo específico de bisagra flexible é a bisagra flexible plana, que normalmente se fai usando fontes de follas comúns. A bisagra flexible plana ofrece un conxunto de estrutura sinxelo e un baixo custo de procesamento, tornándoo especialmente adecuado para o deseño mecánico de precisión.

Hai catro formas estruturais comúns de mecanismos de guía de bisagras flexibles, nomeadamente tipo I, tipo II, tipo III e tipo IV. Estes mecanismos úsanse a miúdo para orientación de alta precisión en diversas aplicacións. Entre eles, o tipo I é un mecanismo de guía de bisagra flexible circular semi-straight coñecido pola súa estrutura compacta e estabilidade. Non obstante, pode ser propenso á fatiga. O tipo II é un mecanismo de guía de caña paralelo cunha placa de reforzo, que ofrece máis pezas pero reduciu a resistencia á fatiga en comparación co tipo I. O tipo III é un mecanismo de guía de caña paralelo máis sinxelo, pero carece de estabilidade global. Tipo IV, o mecanismo de guía de bisagra flexible plano, supera as debilidades do tipo I e é máis estable que o tipo III. Ten un gran potencial para diversas aplicacións.

Aínda que os tres primeiros tipos de mecanismos de guía flexibles foron discutidos extensamente na literatura, o mecanismo de guía de bisagras flexible planar (tipo IV) non se usa habitualmente na práctica e falta unha teoría do deseño relevante na literatura actual. Este artigo pretende cubrir esa brecha proporcionando unha derivación teórica da rixidez flexible da bisagra flexible plana e a fórmula de análise de rixidez do mecanismo de guía. Tamén inclúe probas experimentais para validar a precisión da fórmula analítica.

A rixidez doblando da bisagra flexible plana deriva en función da ecuación do momento de flexión da mecánica material. Analízase a estrutura da parte plana da bisagra, considerando as dimensións e propiedades da placa de aceiro inoxidable empregada. A fórmula analítica derivada proporciona unha base teórica para comprender a rixidez da bisagra.

Para verificar a fórmula analítica, deseñouse e procesa un conxunto de mecanismos de guía de paralelogramos que empregan bisagras flexibles planas. As probas experimentais realízanse mediante un instrumento de tensión e compresión de primavera para medir a relación de forza-desprazamento do mecanismo. Os resultados das probas compáranse cos cálculos da fórmula analítica e atópase un bo acordo, aínda que cun pequeno erro relativo do 4,7%. A discrepancia atribúese a que a fórmula analítica só considera a deformación da parte da bisagra e non de toda a caña.

A aplicación práctica do mecanismo de guía de bisagras flexible planar móstrase mediante o deseño dun dispositivo anti-colisión de cabeza de medición unidimensional para un centro de medición de engrenaxes CNC. Este dispositivo combina unha sonda TESA unidimensional, un mecanismo de guía flexible plano e un sensor de posición para garantir a protección da seguridade da sonda.

En conclusión, este estudo proporciona unha derivación teórica e validación experimental da rixidez do mecanismo de guía de bisagras flexible plana. A fórmula analítica mostra unha boa precisión, aínda que con lixeiras discrepancias debido ás simplificacións feitas na fórmula. As futuras investigacións deben considerar a deformación de toda a caña e outros factores influentes para mellorar a precisión do cálculo da rixidez da bisagra. A aplicación práctica do mecanismo de guía de bisagras flexible plano demostra o seu potencial para diversas aplicacións de enxeñería.