Análise de rigidez e teste experimental do mecanismo de guia flexível da dobradiça planar

Uma dobradiça flexível é um mecanismo mecânico que utiliza deformação elástica reversível de materiais para transmitir movimento e energia. Ele encontra aplicações em vários campos, como aeroespacial, fabricação, óptica e bioengenharia. Nos últimos anos, houve um uso crescente de dobradiças flexíveis em campos de tecnologia de engenharia, como micro-posicionamento, medição, plataformas ópticas, mecanismos de micro-ajuste e mecanismos de implantação de espaço de antena em larga escala.

A principal vantagem de uma dobradiça flexível é o seu design integrado que permite transmissão de movimento e energia sem nenhuma reação, atrito, lacuna, ruído, desgaste e com alta sensibilidade ao movimento. Um tipo específico de dobradiça flexível é a dobradiça flexível planar, que normalmente é fabricada usando molas folhas comuns. A dobradiça flexível planar oferece uma montagem de estrutura simples e baixo custo de processamento, tornando -o especialmente adequado para o projeto mecânico de precisão.

Existem quatro formas estruturais comuns de mecanismos de guia de dobradiça flexíveis, a saber, tipo I, tipo II, tipo III e tipo IV. Esses mecanismos são frequentemente usados ​​para orientação de alta precisão em várias aplicações. Entre eles, o tipo I é um mecanismo de guia flexível de dobradiça circular semi-ftraight, conhecido por sua estrutura e estabilidade compactas. No entanto, pode ser propenso a fadiga. O tipo II é um mecanismo de guia de cana paralelo com uma placa de reforço, que oferece mais peças, mas reduziu a resistência à fadiga em comparação com o tipo I. O tipo III é um mecanismo de guia de palheta paralelo mais simples, mas carece de estabilidade geral. Tipo IV, o mecanismo de guia de dobradiça flexível planar, supera as fraquezas do tipo I e é mais estável que o tipo III. Tem um grande potencial para várias aplicações.

Embora os três primeiros tipos de mecanismos de guia flexíveis tenham sido amplamente discutidos na literatura, o mecanismo de guia de dobradiça flexível planar (tipo IV) não é comumente usado na prática, e há uma falta de teoria do design relevante na literatura atual. Este artigo tem como objetivo preencher essa lacuna, fornecendo uma derivação teórica da rigidez flexível da dobradiça flexível planar e a fórmula de análise de rigidez do mecanismo orientador. Ele também inclui testes experimentais para validar a precisão da fórmula analítica.

A rigidez à flexão da dobradiça flexível plana é derivada com base na equação do momento de flexão da mecânica do material. A estrutura da parte da dobradiça plana é analisada, considerando as dimensões e propriedades da placa de aço inoxidável usada. A fórmula analítica derivada fornece uma base teórica para entender a rigidez da dobradiça.

Para verificar a fórmula analítica, um conjunto de mecanismos de guia paralelograma que empregam dobradiças flexíveis planares é projetado e processado. O teste experimental é realizado usando um instrumento de tensão e compressão da mola para medir a relação de deslocamento de força do mecanismo. Os resultados do teste são comparados aos cálculos da fórmula analítica e uma boa concordância é encontrada, embora com um pequeno erro relativo de 4,7%. A discrepância é atribuída ao fato de que a fórmula analítica considera apenas a deformação da parte da dobradiça e não toda a palheta.

A aplicação prática do mecanismo de guia de dobradiça flexível planar é demonstrada através do projeto de um dispositivo anti-colisão de cabeça de medição unidimensional para um centro de medição de engrenagem CNC. Este dispositivo combina uma sonda TESA unidimensional, um mecanismo de guia flexível planar e um sensor de posição para garantir a proteção de segurança da sonda.

Em conclusão, este estudo fornece uma derivação teórica e validação experimental da rigidez do mecanismo de guia de dobradiça flexível planar. A fórmula analítica mostra boa precisão, embora com pequenas discrepâncias devido às simplificações feitas na fórmula. Pesquisas futuras devem considerar a deformação de toda a palheta e outros fatores de influência para melhorar a precisão do cálculo da rigidez da dobradiça. A aplicação prática do mecanismo de guia de dobradiça flexível planar demonstra seu potencial para várias aplicações de engenharia.