Анализ жесткости и экспериментальный тест планарного гибкого шарнирного механизма

Гибкий шарнир - это механический механизм, который использует обратимую упругую деформацию материалов для передачи движения и энергии. Он находит приложения в различных областях, таких как аэрокосмическая, производство, оптика и биоинженерия. В последние годы в областях инженерных технологий все большее использование гибких петли, таких как микропозиция, измерение, оптические платформы, механизмы микрореплсмы и механизмы развертывания пространства антенны.

Ключевым преимуществом гибкого шарнира является его интегрированная конструкция, которая обеспечивает передачу движения и энергии без какой -либо обратной реакции, трения, промежутка, шума, износа и с высокой чувствительностью движения. Одним из конкретных типов гибкого шарнира является плоский гибкий шарнир, который обычно производится с использованием обычных листовых пружин. Планарный гибкий шарнир предлагает простой сборку конструкции и низкую стоимость обработки, что делает его особенно подходящим для точной механической конструкции.

Существует четыре общих структурных форм гибких шарнирных механизмов, а именно типа I, типа II, типа III и типа IV. Эти механизмы часто используются для высокого руководства в различных приложениях. Среди них тип I-это полу-подрядный круговой гибкий гибкий механизм, известный своей компактной структурой и стабильностью. Тем не менее, это может быть склонно к усталости. Тип II - это параллельный механизм гида тростника с арматурной пластиной, которая предлагает больше деталей, но имеет снижение устойчивости к усталости по сравнению с типом I. Тип III - это более простой параллельный механизм гида по тростнику, но ему не хватает общей стабильности. Тип IV, планарный гибкий механизм шарниров, преодолевает слабые стороны типа I и более стабилен, чем тип III. Это имеет большой потенциал для различных приложений.

В то время как первые три типа гибких механизмов направляющих широко обсуждались в литературе, плоский гибкий механизм направляющих шарниров (тип IV) обычно не используется на практике, и в современной литературе отсутствует соответствующая теория дизайна. Эта статья направлена ​​на то, чтобы преодолеть этот разрыв, предоставляя теоретическое вывод изгибающей жесткости плоского гибкого шарнира и формулы анализа жесткости руководящего механизма. Он также включает экспериментальное тестирование для проверки точности аналитической формулы.

Жесткость изгиба планарного гибкого шарнира получена на основе уравнения механики изгибающего момента. Структура планарной шарнирной части анализируется, учитывая размеры и свойства используемой пластины из нержавеющей стали. Полученная аналитическая формула обеспечивает теоретическую основу для понимания жесткости шарнира.

Чтобы проверить аналитическую формулу, разработан и обработан набор механизмов руководства параллелограмма с использованием плоских гибких петли. Экспериментальное тестирование проводится с использованием инструмента пружинного натяжения и сжатия для измерения силосфицированного отношения механизма. Результаты испытаний сравниваются с расчетами аналитической формулы, и обнаружено хорошее согласие, хотя и с небольшой относительной ошибкой 4,7%. Расхождение объясняется тем фактом, что аналитическая формула только учитывает деформацию шарнирной части, а не всю тростника.

Практическое применение планарного гибкого шарнирного механизма демонстрируется посредством конструкции одномерного измерительного устройства против Collision для центра измерения передач с ЧПУ. Это устройство сочетает в себе одномерный зонд TESA, плоский гибкий механизм направляющего и датчик положения для обеспечения безопасности зонда.

В заключение, это исследование обеспечивает теоретическое вывод и экспериментальную проверку жесткости плоского гибкого шарнирного механизма. Аналитическая формула показывает хорошую точность, хотя и с небольшими несоответствиями из -за упрощений, сделанных в формуле. Будущие исследования должны рассмотреть деформацию всего тростника и других влиятельных факторов, чтобы повысить точность расчета жесткости шарнира. Практическое применение планарного гибкого шарнирного механизма демонстрирует его потенциал для различных инженерных приложений.