Development of methods for the synthesis of compliant mechanisms - Hermoza Llanos, Estefania Andrea (2019)
Einer der am häufigsten verwendeten Mechanismen in Geräten und Maschinen ist die Viergelenkkette. Dieses Getriebe hat viele Verwendungsmöglichkeiten: Verriegelungszangen, Hebebühnen, Frontlader, Aufhängung von Fahrrädern usw. Alle diese Beispiele sind Starrkörpersysteme, jedoch gibt es heutzutage auch nachgiebige Mechanismen, die Festkörpergelenke statt der konventionellen Kopplungen (Stifte, Gleitgelenke, Schubgelenke usw.) verwenden. Diese nachgiebigen Mechanismen werden aufgrund ihres reproduzierbaren Bewegungsverhaltens meistens in der Präzisionstechnik eingesetzt. Sie erlauben nur kleine Verschiebungen, sind aber sehr genau. Außerdem bieten nachgiebige Mechanismen viele weitere Vorteile. Aus diesem Grund wird in dieser Masterarbeit die Entwicklung einer neuen Synthesemethode vorgestellt, um ausgehend von einem viergliedrigen Starrkörpermechanismus mit gegebenen Gliedlängen einen nachgiebigen Mechanismus mit vier blattfederartigen Festkörpergelenken mit variabler Gelenklänge zu erzeugen. Diese Methode basiert auf der linearen Theorie nach Castigliano, wobei auch die Maximalspannung berücksichtigt wird. Es wird ein Algorithmus entwickelt und die numerische Implementierung erfolgt in MATLAB mit einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI). Zu Beginn werden grundlegende Definitionen und der Ausgangszustand von Entwicklungen, die für diese Arbeit hilfreich sein können, vorgestellt. Daraufhin wird die Entwicklung der theoretischen Grundlage der Synthese basierend auf der linearen Theorie erläutert. In diesem Abschnitt werden die verschiedenen untersuchten Fälle mit ihren jeweiligen Gleichungen dargestellt. Abschließend wird ein Vergleich zwischen der entwickelten Synthesemethode basierend auf der linearen Theorie und einem existierenden nichtlinearen Analyseansatz vorgestellt, um eine Verifikation für Beispielvarianten zu erhalten. Der Unterschied zwischen diesen beiden Ansätzen beträgt weniger als 0,5 %, wenn sich beide Modelle im Bereich kleiner Verformungen befinden. Daher kann das Modell in der Präzisionstechnik verwendet werden. Für zukünftige Forschungen kann der Algorithmus verbessert werden, um mehr Mechanismenmodelle zu entwickeln. Außerdem kann das Verfahren zum Lösen des Gleichungssystems verbessert werden, da die durchschnittliche Berechnungszeit einer Simulation im Bereich mehrerer Minuten liegt und damit vergleichsweise lang ist.