Stivhetsanalyse og eksperimentell test av plan fleksibel hengselguide Mekanisme_hinge kunnskap_ta

Et fleksibelt hengsel er en mekanisk mekanisme som benytter reversibel elastisk deformasjon av materialer for å overføre bevegelse og energi. Den finner applikasjoner på forskjellige felt som romfart, produksjon, optikk og bioingeniør. De siste årene har det vært en økende bruk av fleksible hengsler innen teknologiske felt som mikroposisjonering, måling, optiske plattformer, mikrojusteringsmekanismer og storskala antenneomsetningsmekanismer.

Den viktigste fordelen med et fleksibelt hengsel er den integrerte utformingen som gir mulighet for bevegelse og energioverføring uten tilbakeslag, friksjon, gap, støy, slitasje og med høy bevegelsesfølsomhet. En spesifikk type fleksibelt hengsel er det plane fleksible hengslet, som vanligvis er laget med vanlige bladfjærer. Det plane fleksible hengslet tilbyr en enkel strukturmontering og lave prosesseringskostnader, noe som gjør det spesielt egnet for presisjonsmekanisk design.

Det er fire vanlige strukturelle former for fleksible hengslingsmekanismer, nemlig type I, type II, type III og type IV. Disse mekanismene brukes ofte til veiledning med høy presisjon i forskjellige applikasjoner. Blant dem er type I en semi-rett sirkulær fleksibel hengsleguide-mekanisme kjent for sin kompakte struktur og stabilitet. Imidlertid kan det være utsatt for tretthet. Type II er en parallell Reed -guide -mekanisme med en armeringsplate, som tilbyr flere deler, men har redusert utmattelsesmotstand sammenlignet med type I. Type III er en enklere parallell Reed Guide -mekanisme, men mangler generell stabilitet. Type IV, den plane fleksible hengsleguide -mekanismen, overvinner svakhetene i type I og er mer stabil enn type III. Det har et stort potensial for forskjellige applikasjoner.

Mens de tre første typene fleksible guidemekanismer har blitt omfattende diskutert i litteraturen, blir ikke den plane fleksible hengslingsmekanismen (type IV) ofte brukt i praksis, og det mangler relevant designteori i dagens litteratur. Denne artikkelen tar sikte på å bygge bro mellom dette gapet ved å gi en teoretisk avledning av bøyestivheten til det plane fleksible hengslet og stivhetsanalyseformelen til veiledningsmekanismen. Det inkluderer også eksperimentell testing for å validere den analytiske formelens nøyaktighet.

Bøyningsstivheten til det plane fleksible hengslet er avledet basert på bøyemomentligningen av materialmekanikk. Strukturen til den plane hengseldelen blir analysert, med tanke på dimensjonene og egenskapene til den rustfrie stålplaten som brukes. Den avledede analytiske formelen gir et teoretisk grunnlag for å forstå stivheten til hengslet.

For å bekrefte den analytiske formelen, er et sett med parallellogram førermekanismer som bruker plane fleksible hengsler designet og behandlet. Eksperimentell testing utføres ved bruk av et fjærspenning og komprimeringsinstrument for å måle kraftforskyvningsforholdet til mekanismen. Testresultatene blir sammenlignet med den analytiske formelens beregninger, og det blir funnet en god avtale, om enn med en liten relativ feil på 4,7%. Avviket tilskrives det faktum at den analytiske formelen bare vurderer deformasjonen av hengseldelen og ikke hele vassen.

Den praktiske anvendelsen av den plane fleksible hengsleguide-mekanismen demonstreres gjennom utformingen av et endimensjonalt målehode-antikollisjonsenhet for et CNC-utstyrsmålingssenter. Denne enheten kombinerer en endimensjonal TESA-sonde, en plan fleksibel guide-mekanisme og en posisjonssensor for å sikre sikkerhetsbeskyttelsen til sonden.

Avslutningsvis gir denne studien en teoretisk avledning og eksperimentell validering av stivheten til den plane fleksible hengsedagmekanismen. Den analytiske formelen viser god nøyaktighet, om enn med små avvik på grunn av forenklingene som er gjort i formelen. Fremtidig forskning bør vurdere deformasjonen av hele vassen og andre påvirkningsfaktorer for å forbedre beregningsnøyaktigheten til hengslens stivhet. Den praktiske anvendelsen av den plane fleksible hengingsveiledningsmekanismen viser potensialet for forskjellige ingeniørapplikasjoner.