Analiza krutosti i eksperimentalni test ravninskih fleksibilnih vodiča za zglobove mehanizam_hinge znanje_ta

Fleksibilni šarki je mehanički mehanizam koji koristi reverzibilnu elastičnu deformaciju materijala za prijenos gibanja i energije. Nalazi aplikacije u različitim područjima kao što su zrakoplovna, proizvodnja, optika i bioinžinjering. Posljednjih godina sve je veća upotreba fleksibilnih šarki u poljima inženjerske tehnologije poput mikro-položaja, mjerenja, optičkih platformi, mehanizama za mikro-prilagodbu i mehanizama raspoređivanja velikih antena.

Ključna prednost fleksibilnog zgloba je njegov integrirani dizajn koji omogućava prijenos kretanja i energije bez ikakvog povratnog udara, trenja, jaza, buke, habanja i s velikom osjetljivošću na kretanje. Jedna specifična vrsta fleksibilnog zgloba je ravninska fleksibilna zgloba, koja se obično izrađuje pomoću običnih lisnih opruga. Planarna fleksibilna zglob nudi jednostavan sklop strukture i niske troškove obrade, što ga čini posebno pogodnim za precizni mehanički dizajn.

Postoje četiri uobičajena strukturna oblika mehanizama fleksibilnih zglobnih vodiča, naime tipa I, tipa II, tipa III i tipa IV. Ovi se mehanizmi često koriste za visoku preciznu smjernicu u različitim primjenama. Među njima, tip I je polusvjesni kružni mehanizam za fleksibilne zglobove poznat po svojoj kompaktnoj strukturi i stabilnosti. Međutim, može biti sklon umoru. Tip II je paralelni mehanizam za trske s ojačanom pločom, koji nudi više dijelova, ali je smanjen otpor umora u usporedbi s tipom I. Tip III jednostavniji je paralelni mehanizam voditelja, ali nedostaje ukupna stabilnost. Tip IV, planarni mehanizam voditelja fleksibilnog zgloba, prevladava slabosti tipa I i stabilniji je od tipa III. Ima veliki potencijal za razne aplikacije.

Iako su se prve tri vrste fleksibilnih mehanizama vodiča opsežno raspravljali u literaturi, planarni mehanizam za fleksibilne zglobove (tipa IV) se u praksi obično ne koristi, a nedostaje relevantna teorija dizajna u trenutnoj literaturi. Ovaj rad ima za cilj premostiti taj jaz pružajući teorijsku izvedbu krutosti savijanja ravninskog fleksibilnog zgloba i formule analize krutosti mehanizma za vođenje. Također uključuje eksperimentalno testiranje za potvrđivanje točnosti analitičke formule.

Čvrstoća savijanja ravninskog fleksibilnog zgloba izvedena je na temelju jednadžbe momenta savijanja materijalne mehanike. Analizira se struktura planarnog dijela šarke s obzirom na dimenzije i svojstva korištene ploče od nehrđajućeg čelika. Izvedena analitička formula pruža teorijsku osnovu za razumijevanje krutosti šarke.

Za provjeru analitičke formule, skup mehanizama vodiča paralelograma koji koriste ravninske fleksibilne šarke dizajnirani su i obrađeni. Eksperimentalno ispitivanje provodi se korištenjem proljetne napetosti i kompresije za mjerenje odnosa sile-zamjene mehanizma. Rezultati ispitivanja uspoređuju se s izračunima analitičke formule, a dobar je dogovor, iako s malom relativnom pogreškom od 4,7%. Odstupanje se pripisuje činjenici da analitička formula razmatra samo deformaciju dijela zgloba, a ne cijelu trsku.

Praktična primjena planarnog mehanizma za fleksibilne zglobove prikazana je dizajnom jednodimenzionalnog mjernog uređaja za borbu protiv sukoba za CNC mjerni centar. Ovaj uređaj kombinira jednodimenzionalnu TESA sondu, planarni fleksibilni mehanizam vodiča i senzor položaja kako bi se osigurala sigurnosna zaštita sonde.

Zaključno, ova studija daje teorijsku izvedbu i eksperimentalnu validaciju krutosti mehanizma voditelja ravninskih fleksibilnih zglobova. Analitička formula pokazuje dobru točnost, iako s blagim odstupanjima zbog pojednostavljenja napravljenih u formuli. Buduća istraživanja trebala bi razmotriti deformaciju čitavog trske i drugih utjecajnih čimbenika kako bi se poboljšala točnost izračuna krutosti šarke. Praktična primjena planarnog mehanizma za fleksibilne zglobove pokazuje njegov potencijal za različite inženjerske primjene.