ניתוח קשיחות ומבחן ניסיוני של מנגנון מדריך ציר גמיש מישורי.

ציר גמיש הוא מנגנון מכני המשתמש בעיוות אלסטי הפיך של חומרים להעברת תנועה ואנרגיה. הוא מוצא יישומים בתחומים שונים כמו תעופה וחלל, ייצור, אופטיקה והנדסה ביולוגית. בשנים האחרונות היה שימוש הולך וגובר בצירים גמישים בתחומי טכנולוגיה הנדסית כמו מיקום מיקרו, מדידה, פלטפורמות אופטיות, מנגנוני התאמה למיקרו ומנגנוני פריסת חלל אנטנה רחבי היקף.

היתרון העיקרי של ציר גמיש הוא העיצוב המשולב שלו המאפשר העברת תנועה ואנרגיה ללא כל התנגשות, חיכוך, פער, רעש, בלאי ועם רגישות לתנועה גבוהה. סוג ספציפי אחד של ציר גמיש הוא הציר הגמיש המישורי, אשר בדרך כלל מיוצר באמצעות קפיצי עלים רגילים. הציר הגמיש המישורי מציע מכלול מבנה פשוט ועלות עיבוד נמוכה, מה שהופך אותו למתאים במיוחד לעיצוב מכני מדויק.

ישנן ארבע צורות מבניות נפוצות של מנגנוני מדריך ציר גמישים, כלומר סוג I, סוג II, סוג III וסוג IV. מנגנונים אלה משמשים לרוב להנחיות דיוק גבוה ביישומים שונים. ביניהם, סוג I הוא מנגנון מדריך ציר גמיש חצי רצועה למחצה הידוע בזכות המבנה והיציבות הקומפקטי שלו. עם זאת, זה יכול להיות מועד לעייפות. סוג II הוא מנגנון מדריך קנה מקביל עם צלחת חיזוק, המציעה יותר חלקים אך הפחיתה את עמידות העייפות בהשוואה לסוג I. סוג III הוא מנגנון מדריך קנה מקביל פשוט יותר אך חסר יציבות כוללת. סוג IV, מנגנון מדריך הציר הגמיש המישוריים, מתגבר על חולשות הסוג I ויציב יותר מסוג III. יש לו פוטנציאל גדול ליישומים שונים.

בעוד ששלושת הסוגים הראשונים של מנגנוני מדריך גמישים נדונו בהרחבה בספרות, מנגנון מדריך הציר הגמיש המישוריים (סוג IV) אינו משמש בדרך כלל בפועל, ויש חוסר בתורת העיצוב הרלוונטית בספרות הנוכחית. מאמר זה נועד לגשר על הפער הזה על ידי מתן נגזרת תיאורטית של קשיחות הכיפוף של הציר הגמיש המישוריים ונוסחת ניתוח הנוקשות של מנגנון המנחה. זה כולל גם בדיקות ניסיוניות כדי לאמת את דיוק הנוסחה האנליטית.

קשיחות הכיפוף של הציר הגמיש המישורי נגזרת על בסיס משוואת רגע הכיפוף של מכניקת החומרים. מבנה חלק הציר המישורי מנותח, בהתחשב בממדים ותכונותיו של לוחית הנירוסטה המשמשת. הנוסחה האנליטית הנגזרת מספקת בסיס תיאורטי להבנת קשיחות הציר.

כדי לאמת את הנוסחה האנליטית, מעוצב ומעובד קבוצה של מנגנוני מדריך מקבילים המפעילים צירים גמישים מישוריים. בדיקות ניסיוניות נערכות באמצעות מכשיר מתח ודחיסה במתח אביב למדידת הקשר בין עקירת הכוח של המנגנון. תוצאות הבדיקה מושוות לחישובי הנוסחה האנליטית, ונמצא הסכם טוב, אם כי עם שגיאה יחסית קטנה של 4.7%. הפער מיוחס לעובדה שהנוסחה האנליטית מחשיבה רק את העיוות של חלק הציר ולא את הקנה כולו.

היישום המעשי של מנגנון מדריך הציר הגמיש המישוריים מודגם באמצעות תכנון של מכשיר מודדה חד-ממדי למדידה נגד התנגשות למרכז מדידת ציוד CNC. מכשיר זה משלב בדיקת TESA חד ממדית, מנגנון מדריך גמיש מישורי וחיישן מיקום כדי להבטיח הגנת הבטיחות של הגשש.

לסיכום, מחקר זה מספק נגזרת תיאורטית ואימות ניסיוני של קשיחות מנגנון מדריך הציר הגמיש המישוריים. הנוסחה האנליטית מראה דיוק טוב, אם כי עם אי התאמות קלות בגלל הפשטות שנעשו בנוסחה. מחקר עתידי צריך לשקול את העיוות של כל הקנה וגורמים המשפיעים אחרים כדי לשפר את דיוק החישוב של קשיחות הציר. היישום המעשי של מנגנון מדריך הציר הגמיש המישוריים מדגים את הפוטנציאל שלו ליישומים הנדסיים שונים.