Analiza de rigiditate și testul experimental al ghidului de ghiduri flexibile cu balamalele flexibile_

O balamală flexibilă este un mecanism mecanic care utilizează deformarea elastică reversibilă a materialelor pentru a transmite mișcare și energie. Găsește aplicații în diferite domenii precum aerospațial, fabricație, optică și bioinginerie. În ultimii ani, a existat o utilizare din ce în ce mai mare a balamalelor flexibile în câmpurile tehnologice de inginerie, cum ar fi micro-poziționarea, măsurarea, platformele optice, mecanismele de micro-ajustare și mecanismele de implementare a spațiului antenei pe scară largă.

Avantajul cheie al unei balamale flexibile este designul său integrat care permite transmiterea mișcării și a energiei fără nicio reacție, frecare, decalaj, zgomot, uzură și cu sensibilitate la mișcare ridicată. Un tip specific de balamală flexibilă este balama flexibilă plană, care este de obicei realizată folosind arcuri obișnuite de frunze. Balama flexibilă plană oferă un ansamblu simplu de structură și costuri de procesare scăzute, ceea ce îl face în special adecvat pentru proiectarea mecanică de precizie.

Există patru forme structurale comune de mecanisme flexibile de ghidare a balamalei, și anume tipul I, tipul II, tipul III și tipul IV. Aceste mecanisme sunt adesea utilizate pentru îndrumări de înaltă precizie în diferite aplicații. Printre ele, tipul I este un mecanism de ghidare a balamalelor flexibile circulare semi-drepte, cunoscut pentru structura și stabilitatea sa compactă. Cu toate acestea, poate fi predispus la oboseală. Tipul II este un mecanism de ghidare a stufului paralel cu o placă de armare, care oferă mai multe piese, dar are o rezistență redusă la oboseală în comparație cu tipul I. Tipul III este un mecanism de ghidare a stufului paralel mai simplu, dar nu are stabilitatea generală. Tipul IV, mecanismul de ghidare a balamalelor flexibile plane, depășește slăbiciunile de tip I și este mai stabil decât tipul III. Are un potențial mare pentru diverse aplicații.

În timp ce primele trei tipuri de mecanisme de ghidare flexibile au fost discutate pe larg în literatura de specialitate, mecanismul de ghidare a balamalelor flexibile (tipul IV) nu este utilizat în mod obișnuit în practică și există o lipsă de teorie a proiectării relevante în literatura actuală. Această lucrare își propune să întrerupă acest decalaj, oferind o derivare teoretică a rigidității de îndoire a balamalei flexibile plane și a formulei de analiză a rigidității mecanismului de ghidare. De asemenea, include teste experimentale pentru a valida precizia formulei analitice.

Rigiditatea de îndoire a balamalei flexibile plane este derivată pe baza ecuației momentului de îndoire a mecanicii materialelor. Structura părții de balamale plane este analizată, având în vedere dimensiunile și proprietățile plăcii din oțel inoxidabil utilizate. Formula analitică derivată oferă o bază teoretică pentru înțelegerea rigidității balamalei.

Pentru a verifica formula analitică, este proiectat și procesat un set de mecanisme de ghidare a paralelogramei care utilizează balamale flexibile plane. Testarea experimentală este efectuată folosind un instrument de tensiune de primăvară și compresie pentru a măsura relația de deplasare a forței mecanismului. Rezultatele testelor sunt comparate cu calculele formulei analitice și se găsește un acord bun, deși cu o eroare relativă mică de 4,7%. Discrepanța este atribuită faptului că formula analitică ia în considerare doar deformarea părții de balamale și nu întreaga trestie.

Aplicarea practică a mecanismului de ghidare a balamalelor flexibile plane este demonstrat prin proiectarea unui dispozitiv anti-coliziune de măsurare unidimensional pentru un centru de măsurare a angrenajului CNC. Acest dispozitiv combină o sondă TESA unidimensională, un mecanism de ghidare flexibilă plană și un senzor de poziție pentru a asigura protecția de siguranță a sondei.

În concluzie, acest studiu oferă o derivare teoretică și o validare experimentală a rigidității mecanismului de ghidare a balamalelor flexibile plane. Formula analitică arată o precizie bună, deși cu ușoare discrepanțe datorită simplificărilor făcute în formulă. Cercetările viitoare ar trebui să ia în considerare deformarea întregii stuf și alți factori influențați pentru a îmbunătăți precizia calculului rigidității balamalei. Aplicarea practică a mecanismului de ghidare a balamalelor flexibile plane demonstrează potențialul său pentru diverse aplicații de inginerie.