Styvhetsanalys och experimentellt test av plan flexibel gångjärnsguide mekanism_hinge kunskap_ta

Ett flexibelt gångjärn är en mekanisk mekanism som använder reversibel elastisk deformation av material för att överföra rörelse och energi. Den hittar applikationer inom olika områden som flyg-, tillverkning, optik och bioingenjör. Under de senaste åren har det skett en ökande användning av flexibla gångjärn inom tekniska teknikfält som mikropositionering, mätning, optiska plattformar, mikrojusteringsmekanismer och storskaliga antennutplaceringsmekanismer.

Den viktigaste fördelen med ett flexibelt gångjärn är dess integrerade design som möjliggör rörelse- och energiöverföring utan återfall, friktion, gap, brus, slitage och med hög rörelsekänslighet. En specifik typ av flexibelt gångjärn är det plana flexibla gångjärnet, som vanligtvis tillverkas med vanliga bladfjädrar. Det plana flexibla gångjärnet erbjuder en enkel strukturmontering och låg bearbetningskostnad, vilket gör den särskilt lämplig för precisionsmekanisk design.

Det finns fyra vanliga strukturella former av flexibla gångjärnsstyrmekanismer, nämligen typ I, typ II, typ III och typ IV. Dessa mekanismer används ofta för högprecisionsvägledning i olika tillämpningar. Bland dem är typ I en semi-raka cirkulär flexibel gångjärnsguide mekanism känd för sin kompakta struktur och stabilitet. Det kan dock vara benäget att trötthet. Typ II är en parallell vassguide -mekanism med en armeringsplatta, som erbjuder fler delar men har minskat trötthetsmotstånd jämfört med typ I. Typ III är en enklare parallell vassguide -mekanism men saknar total stabilitet. Typ IV, den plana flexibla gångjärnets mekanism, övervinner svagheterna hos typ I och är mer stabil än typ III. Det har stor potential för olika applikationer.

Medan de tre första typerna av flexibla styrmekanismer har diskuterats i stor utsträckning i litteraturen, används den plana flexibla gångjärns styrmekanismen (typ IV) inte vanligtvis i praktiken, och det saknas relevant designteori i nuvarande litteratur. Detta dokument syftar till att överbrygga detta gap genom att tillhandahålla en teoretisk härledning av den böjda styvheten i det plana flexibla gångjärnet och styvhetsanalysformeln för den vägledande mekanismen. Det inkluderar också experimentell testning för att validera den analytiska formelens noggrannhet.

Böjningsstyvheten hos det plana flexibla gångjärnet härstammar baserat på böjmomentekvationen för materialmekanik. Strukturen för den plana gångjärnsdelen analyseras med tanke på måtten och egenskaperna hos den använda rostfria stålplattan. Den härledda analytiska formeln ger en teoretisk grund för att förstå gångjärnets styvhet.

För att verifiera den analytiska formeln är en uppsättning av parallellogramguidemekanismer som använder plana flexibla gångjärn utformade och bearbetas. Experimentell testning utförs med hjälp av ett fjäderspänning och kompressionsinstrument för att mäta mekanismens kraftförskjutning. Testresultaten jämförs med den analytiska formelberäkningarna, och ett bra avtal hittas, om än med ett litet relativt fel på 4,7%. Avvikelsen tillskrivs det faktum att den analytiska formeln endast beaktar deformation av gångjärnsdelen och inte hela vassen.

Den praktiska tillämpningen av den plana flexibla gångjärnsstyrningsmekanismen demonstreras genom utformningen av en endimensionell mäthuvudantikollisionsanordning för ett CNC-växelmätningscenter. Den här enheten kombinerar en endimensionell TESA-sond, en plan flexibel styrmekanism och en positionssensor för att säkerställa säkerhetsskyddet för sonden.

Sammanfattningsvis tillhandahåller denna studie en teoretisk härledning och experimentell validering av styvheten i den plana flexibla gångjärnsstyrningsmekanismen. Den analytiska formeln visar god noggrannhet, om än med små avvikelser på grund av de förenklingar som gjorts i formeln. Framtida forskning bör överväga deformationen av hela vasset och andra påverkande faktorer för att förbättra beräkningsnoggrannheten för gångjärnets styvhet. Den praktiska tillämpningen av den plana flexibla gångjärnsguide -mekanismen visar dess potential för olika tekniska tillämpningar.