Analisi della rigidità e test sperimentale della guida per cerniere flessibili planare meccanismo_hinge knowled_ta

Una cerniera flessibile è un meccanismo meccanico che utilizza una deformazione elastica reversibile dei materiali per trasmettere movimento e energia. Trova applicazioni in vari campi come aerospaziale, produzione, ottica e bioingegneria. Negli ultimi anni, c'è stato un uso crescente di cerniere flessibili in campi tecnologici ingegneristici come il micro-posizionamento, la misurazione, le piattaforme ottiche, i meccanismi di micro-aggiustamento e i meccanismi di distribuzione dello spazio delle antenne su larga scala.

Il vantaggio chiave di una cerniera flessibile è il suo design integrato che consente la trasmissione di movimento ed energia senza contraccolpo, attrito, gap, rumore, usura e con alta sensibilità al movimento. Un tipo specifico di cerniera flessibile è la cerniera flessibile planare, che in genere viene realizzata utilizzando le normali molle a foglie. La cerniera flessibile planare offre un semplice assemblaggio di strutture e un basso costo di elaborazione, rendendolo particolarmente adatto per la progettazione meccanica di precisione.

Esistono quattro forme strutturali comuni di meccanismi di guida alla cerniera flessibili, vale a dire il tipo I, il tipo II, il tipo III e il tipo IV. Questi meccanismi sono spesso utilizzati per una guida ad alta precisione in varie applicazioni. Tra questi, il tipo I è un meccanismo di guida a cerniera flessibile circolare semi-fitta noto per la sua struttura e stabilità compatte. Tuttavia, può essere incline alla fatica. Il tipo II è un meccanismo di guida per la canna parallela con una piastra di rinforzo, che offre più parti ma ha una resistenza alla fatica ridotta rispetto al tipo I. Il tipo III è un meccanismo di guida per la canna parallela più semplice ma manca di stabilità generale. Il tipo IV, il meccanismo di guida flessibile della cerniera flessibile, supera le debolezze di tipo I ed è più stabile del tipo III. Ha un grande potenziale per varie applicazioni.

Mentre i primi tre tipi di meccanismi di guida flessibili sono stati ampiamente discussi in letteratura, il meccanismo di guida flessibile della cerniera flessibile (di tipo IV) non è comunemente usato nella pratica e c'è una mancanza di teoria del design rilevante nella letteratura attuale. Questo documento mira a colmare questa lacuna fornendo una derivazione teorica della rigidità flessibile della cerniera flessibile planare e della formula di analisi della rigidità del meccanismo guida. Include anche test sperimentali per convalidare l'accuratezza della formula analitica.

La rigidità di flessione della cerniera flessibile planare viene derivata in base all'equazione del momento di flessione della meccanica dei materiali. Viene analizzata la struttura della parte della cerniera planare, considerando le dimensioni e le proprietà della piastra in acciaio inossidabile utilizzato. La formula analitica derivata fornisce una base teorica per comprendere la rigidità della cerniera.

Per verificare la formula analitica, viene progettata ed elaborata una serie di meccanismi di guida al parallelogramma che impiegano cerniere flessibili planare. Il test sperimentale viene condotto utilizzando uno strumento di tensione e compressione a molla per misurare la relazione di spostamento della forza del meccanismo. I risultati del test vengono confrontati con i calcoli della formula analitica e viene trovato un buon accordo, sebbene con un piccolo errore relativo del 4,7%. La discrepanza è attribuita al fatto che la formula analitica considera solo la deformazione della parte della cerniera e non l'intera canna.

L'applicazione pratica del meccanismo di guida per cerniere flessibili planari è dimostrata attraverso la progettazione di un dispositivo antico-collisione di misura di misurazione unidimensionale per un centro di misurazione degli ingranaggi CNC. Questo dispositivo combina una sonda TESA unidimensionale, un meccanismo di guida flessibile planare e un sensore di posizione per garantire la protezione della sicurezza della sonda.

In conclusione, questo studio fornisce una derivazione teorica e una validazione sperimentale della rigidità del meccanismo di guida flessibile della cerniera flessibile. La formula analitica mostra una buona precisione, sebbene con lievi discrepanze dovute alle semplificazioni fatte nella formula. La ricerca futura dovrebbe considerare la deformazione dell'intera canna e altri fattori influenzanti per migliorare l'accuratezza del calcolo della rigidità della cerniera. L'applicazione pratica del meccanismo di guida per cerniere flessibili planare dimostra il suo potenziale per varie applicazioni di ingegneria.