Conception et analyse d'une nouvelle charnière flexible ronde droite_Hinge Knowledge

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Résumé:

Pour obtenir une charnière flexible présentant une flexibilité améliorée et une précision de rotation plus élevée, une nouvelle conception de charnière flexible circulaire droite a été développée. La flexibilité, la précision et la durée de vie de cette nouvelle charnière ont été comparées et analysées par rapport à une charnière flexible circulaire droite traditionnelle. Les résultats ont démontré que la nouvelle charnière flexible circulaire droite présentait une plus grande flexibilité et une plus grande précision de rotation par rapport à la charnière traditionnelle. La durée de vie en fatigue des deux charnières est proche de l'infini. Dans l’ensemble, la nouvelle charnière flexible a surpassé la charnière traditionnelle et a répondu aux exigences de conception.

1.

Les charnières flexibles ont fait l'objet de recherches approfondies en raison de leurs applications dans les systèmes microélectromécaniques, l'instrumentation de précision et la micromanipulation. Ces charnières sont de petite taille, sans interstice, sans frottement mécanique et très sensibles. Les chercheurs ont manifesté leur intérêt pour la conception de charnières flexibles [1-3]. Les propriétés critiques des charnières flexibles comprennent la rigidité (flexibilité), la précision et les caractéristiques de contrainte [4-5]. Étant donné que les charnières flexibles sont sujettes à la rupture par fatigue par rapport aux structures rigides, une analyse de fatigue est nécessaire pendant la phase de conception [6-7].

Dans cet article, une nouvelle conception de charnière flexible circulaire droite est présentée. La flexibilité, la précision et la durée de vie de cette charnière sont analysées à l'aide du logiciel d'éléments finis Workbench 15.0. Les performances de la nouvelle charnière sont comparées à celles de la charnière flexible circulaire droite traditionnelle.

2. Analyse des performances des charnières

Pour concevoir une charnière flexible fiable, il est essentiel d’analyser ses caractéristiques fondamentales. Les principaux paramètres de performance d'une charnière flexible comprennent la flexibilité, la précision et la durée de vie.

2.1 Analyse de flexibilité

La flexibilité (rigidité) est un paramètre de conception crucial pour les charnières flexibles. L'équation (1) montre que lorsque les autres paramètres restent constants, une largeur de charnière (b) plus petite entraîne une plus grande flexibilité. Par conséquent, la nouvelle charnière flexible circulaire droite, avec une largeur d'incision plus étroite (b1), présente une flexibilité améliorée. Une analyse par éléments finis à l'aide de Workbench 15.0 a été réalisée pour vérifier la flexibilité des deux charnières. Les mêmes propriétés matérielles, charges et conditions aux limites ont été appliquées aux deux charnières. L'acier inoxydable, avec un module élastique de 190 GPa et un coefficient de Poisson de 0,305, a été choisi comme matériau pour le modèle de charnière. Les dimensions de la charnière flexible circulaire droite traditionnelle étaient : longueur de la charnière (a) = 30 mm, largeur (b) = 10 mm, hauteur (h) = 10 mm, épaisseur minimale (t) = 1 mm et rayon d'arc (r ) = 4,5mm

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