Stijfheidsanalyse en experimentele test van vlakke flexibele scharniergidsmechanisme_hinge kennis_ta

Een flexibel scharnier is een mechanisch mechanisme dat omkeerbare elastische vervorming van materialen gebruikt om beweging en energie over te dragen. Het vindt applicaties op verschillende gebieden zoals ruimtevaart, productie, optica en bio -engineering. In de afgelopen jaren is er een toenemend gebruik geweest van flexibele scharnieren in technische technologische velden zoals micro-positionering, meting, optische platforms, micro-aanpassingsmechanismen en grootschalige implementatiemechanismen voor antennesruimte.

Het belangrijkste voordeel van een flexibel scharnier is het geïntegreerde ontwerp dat beweging en energietransmissie mogelijk maakt zonder enige speling, wrijving, kloof, lawaai, slijtage en met hoge bewegingsgevoeligheid. Een specifiek type flexibele scharnier is het vlakke flexibele scharnier, dat meestal wordt gemaakt met gewone bladveren. Het vlakke flexibele scharnier biedt een eenvoudige structuurconstructie en lage verwerkingskosten, waardoor het vooral geschikt is voor een precisiemechanisch ontwerp.

Er zijn vier gemeenschappelijke structurele vormen van flexibele scharniergeleidingsmechanismen, namelijk Type I, Type II, Type III en Type IV. Deze mechanismen worden vaak gebruikt voor zeer nauwkeurige richtlijnen in verschillende toepassingen. Onder hen is type I een semi-rechte cirkelvormige flexibel scharniergeleidingsmechanisme dat bekend staat om zijn compacte structuur en stabiliteit. Het kan echter vatbaar zijn voor vermoeidheid. Type II is een parallel rietgeleidingsmechanisme met een versterkende plaat, die meer onderdelen biedt maar verminderde vermoeidheidsweerstand heeft in vergelijking met type I. Type III is een eenvoudiger parallel rietgidsmechanisme, maar mist de algehele stabiliteit. Type IV, het vlakke flexibele scharniergeleidingsmechanisme, overwint de zwakke punten van type I en is stabieler dan type III. Het heeft een groot potentieel voor verschillende toepassingen.

Hoewel de eerste drie soorten flexibele geleidemechanismen in de literatuur uitgebreid zijn besproken, wordt het vlakke flexibele scharniergeleidingsmechanisme (type IV) niet vaak gebruikt in de praktijk, en er is een gebrek aan relevante ontwerptheorie in de huidige literatuur. Dit artikel is bedoeld om die kloof te overbruggen door een theoretische afleiding te geven van de buigstijfheid van het vlakke flexibele scharnier en de stijfheidsanalyseformule van het leidende mechanisme. Het omvat ook experimentele testen om de nauwkeurigheid van de analytische formule te valideren.

De buigstijfheid van het vlakke flexibele scharnier wordt afgeleid op basis van de buigmomentvergelijking van materiaalmechanica. De structuur van het vlakke scharniergedeelte wordt geanalyseerd, rekening houdend met de afmetingen en eigenschappen van de gebruikte roestvrijstalen plaat. De afgeleide analytische formule biedt een theoretische basis voor het begrijpen van de stijfheid van het scharnier.

Om de analytische formule te verifiëren, is een reeks parallellogramgeleidingsmechanismen die vlakke flexibele scharnieren gebruiken, ontworpen en verwerkt. Experimentele tests worden uitgevoerd met behulp van een veerspanning en compressieinstrument om de kracht-verplaatsingsrelatie van het mechanisme te meten. De testresultaten worden vergeleken met de berekeningen van de analytische formule, en een goede overeenkomst wordt gevonden, zij het met een kleine relatieve fout van 4,7%. De discrepantie wordt toegeschreven aan het feit dat de analytische formule alleen rekening houdt met de vervorming van het scharniergedeelte en niet het gehele riet.

De praktische toepassing van het vlakke flexibele scharniergeleidingsmechanisme wordt aangetoond door het ontwerp van een eendimensionaal meetkop anti-collision apparaat voor een CNC-versnellingscentrum. Dit apparaat combineert een eendimensionale TESA-sonde, een vlakke flexibel geleidemechanisme en een positiesensor om de veiligheidsbescherming van de sonde te waarborgen.

Concluderend biedt deze studie een theoretische afleiding en experimentele validatie van de stijfheid van het vlakke flexibele scharniergeleidingsmechanisme. De analytische formule toont een goede nauwkeurigheid, zij het met lichte discrepanties vanwege de vereenvoudigingen in de formule. Toekomstig onderzoek moet rekening houden met de vervorming van het gehele riet en andere beïnvloedende factoren om de berekeningsnauwkeurigheid van de stijfheid van het scharnier te verbeteren. De praktische toepassing van het vlakke flexibele scharniergidsmechanisme toont het potentieel voor verschillende technische toepassingen.