Analiza sztywności i eksperymentalny test płaskiego elastycznego przewodnika zawiasowego mechanizm_hinge wiedza_ta

Elastyczny zawias to mechanizm mechaniczny, który wykorzystuje odwracalne odkształcenie sprężyste materiały do ​​przenoszenia ruchu i energii. Znajduje zastosowania w różnych dziedzinach, takich jak lotnisko, produkcja, optyka i bioinżynieria. W ostatnich latach coraz większe stosowanie elastycznych zawiasów w dziedzinach technologii inżynieryjnych, takich jak mikro-pozycja, pomiar, platformy optyczne, mechanizmy mikroprzedlania i mechanizmy wdrażania przestrzeni antenowej na dużą skalę.

Kluczową zaletą elastycznego zawiasu jest zintegrowana konstrukcja, która pozwala na przenoszenie ruchu i energii bez żadnego luzu, tarcia, szczeliny, hałasu, zużycia i z wysoką wrażliwością na ruch. Jednym z specyficznych typu elastycznego zawiasu jest płaski elastyczny zawias, który zwykle jest wytwarzany przy użyciu zwykłych sprężyn liściowych. Elastyczny zawias Planar oferuje prosty montaż struktury i niskie koszty przetwarzania, co czyni go szczególnie odpowiednim do precyzyjnego projektu mechanicznego.

Istnieją cztery wspólne strukturalne formy elastycznych mechanizmów przewodników zawiasowych, a mianowicie typu I, typu II, typu III i typu IV. Mechanizmy te są często stosowane do bardzo precyzyjnych wskazówek w różnych zastosowaniach. Wśród nich typ I jest pół-prostym okrągłym elastycznym mechanizmem przewodnika zawiasowego znanego ze swojej zwartej struktury i stabilności. Może jednak być podatny na zmęczenie. Typ II jest równoległym mechanizmem prowadzenia trzciny z płytą zbrojeniową, która oferuje więcej części, ale ma zmniejszoną odporność na zmęczenie w porównaniu z typem I. Typ III jest prostszym mechanizmem przewodnika równoległego do trzciny, ale nie ma ogólnej stabilności. Typ IV, płaski elastyczny mechanizm przewodnika zawiasowego, pokonuje słabości typu I i jest bardziej stabilny niż typ III. Ma ogromny potencjał do różnych zastosowań.

Podczas gdy pierwsze trzy rodzaje elastycznych mechanizmów przewodników zostały szeroko omówione w literaturze, mechanizm elastycznego przewodnika z elastycznym zawiasem (typ IV) nie jest powszechnie stosowany w praktyce i brakuje istotnej teorii projektowania w obecnej literaturze. Niniejszy artykuł ma na celu wypełnienie tej luki poprzez zapewnienie teoretycznego wyprowadzenia sztywności zginania płaskiego zawiasu i wzoru analizy sztywności mechanizmu przewodnika. Obejmuje również testy eksperymentalne w celu potwierdzenia dokładności formuły analitycznej.

Sztywność zginania płaskiego zawiasu jest wyprowadzana na podstawie równania momentu zginającego mechaniki materiałowej. Analizuje się struktura płaskiej części zawiasu, biorąc pod uwagę wymiary i właściwości zastosowanej płyty ze stali nierdzewnej. Pochodząca formuła analityczna stanowi teoretyczną podstawę do zrozumienia sztywności zawiasu.

Aby zweryfikować formułę analityczną, zaprojektowany i przetwarzany jest zestaw mechanizmów prowadzących równoległoboki stosujące płaskie elastyczne zawiasy. Testy eksperymentalne przeprowadza się przy użyciu napięcia sprężynowego i przyrządu ściskającego w celu pomiaru zależności siły mechanizmu. Wyniki testu są porównywane z obliczeniami formuły analitycznej i stwierdzono dobrą zgodność, choć z niewielkim błędem względnym wynoszącym 4,7%. Rozbieżność przypisuje się faktowi, że formuła analityczna rozważa jedynie deformację części zawiasu, a nie całego trzciny.

Praktyczne zastosowanie płaskiego elastycznego mechanizmu przewodnika zawiasowego zostało wykazane poprzez zaprojektowanie jednowymiarowego urządzenia przeciwbólowego na głowicę pomiarową dla centrum pomiaru przekładni CNC. To urządzenie łączy jednowymiarową sondę TESA, płaski elastyczny mechanizm prowadzenia i czujnik pozycji, aby zapewnić ochronę bezpieczeństwa sondy.

Podsumowując, badanie to zapewnia teoretyczne wyprowadzenie i eksperymentalną walidację sztywności płaskiego elastycznego mechanizmu przewodnika zawiasowego. Formuła analityczna wykazuje dobrą dokładność, choć z niewielkimi rozbieżnościami ze względu na uproszczenia dokonane w formule. Przyszłe badania powinny wziąć pod uwagę deformację całego trzciny i innych czynników wpływających w celu poprawy dokładności obliczeń sztywności zawiasu. Praktyczne zastosowanie płaskiego mechanizmu przewodnika z elastycznym zawiasem pokazuje jego potencjał do różnych zastosowań inżynierskich.