專利名稱：分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔性鉸鏈，更特別地說，是指一種分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈， 國(guó)際專利分類屬于F16C11/00。
技術(shù)背景柔性鉸鏈?zhǔn)侵冈谕獠苛蛄氐淖饔孟?，利用材料的彈性變形產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一 種運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)形式，這與傳統(tǒng)剛性運(yùn)動(dòng)副的結(jié)構(gòu)有很大不同。柔性鉸鏈?zhǔn)侨嵝詸C(jī)構(gòu)中 一種典型的柔性元素。較之于傳統(tǒng)的剛性鉸鏈(機(jī)構(gòu))，柔性鉸鏈及柔性機(jī)構(gòu)具有許 多優(yōu)點(diǎn)(1)可以整體化(或一體化)設(shè)計(jì)和加工，故可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減小體積和重 量、免于裝配；(2)無間隙和摩擦，可實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)；(3)免于磨損，提高壽命;(4)免于潤(rùn)滑，避免污染；(5)可增大結(jié)構(gòu)剛度?？蓱?yīng)用于微定位及微進(jìn)給、微姿 態(tài)調(diào)整、微執(zhí)行器、微操作及微裝配等領(lǐng)域。但傳統(tǒng)的切口型柔性鉸鏈運(yùn)動(dòng)范圍小， 難以適應(yīng)一些大轉(zhuǎn)角的場(chǎng)合。而普通的簧片式柔性鉸鏈的運(yùn)動(dòng)范圍雖然提高了，但是 轉(zhuǎn)動(dòng)中心漂移嚴(yán)重，在大變形情況下難以提高其轉(zhuǎn)動(dòng)精度。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈，是在一圓柱體上以圓柱體 軸線為中心均勻分布三片葉形簧片對(duì)。本發(fā)明釆用曲線簧片對(duì)稱分布柔度設(shè)計(jì)，有較 高的軸向剛度和較好的徑向剛度,與傳統(tǒng)的切口型柔性鉸鏈相比,轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大大增加， 并且在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軸心漂移很小，是一種性能優(yōu)良的大變形的旋轉(zhuǎn)柔性鉸鏈，實(shí)用于大行 程精密控制機(jī)構(gòu)。本發(fā)明是一種分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈，是在圓柱體上以圓柱體軸線為中心， 釆用精密慢走絲線切割機(jī)床一體化加工有通孔、第一簧片、第二簧片、第三簧片、第 四簧片、第五簧片、第六簧片、第一內(nèi)臂、第二內(nèi)臂、第三內(nèi)臂，以及在外圈上設(shè)有 A安裝孔、B安裝孔、C安裝孔。并且第一簧片與第二簧片構(gòu)成第一對(duì)葉形簧片；第
三簧片與第四簧片構(gòu)成第二對(duì)葉形簧片；第五簧片與第六簧片構(gòu)成第三對(duì)葉形簧片。第一內(nèi)臂與第二內(nèi)臂之間是第一對(duì)葉形簧片；第二內(nèi)臂與第三內(nèi)臂之間是第二對(duì)葉形簧片；第三內(nèi)臂與第一內(nèi)臂之間是第三對(duì)葉形簧片。本發(fā)明的分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈，每個(gè)簧片的厚度《與簧片的曲率半徑及滿足《<0.2及，且每個(gè)簧片的厚度《與鉸鏈厚度c/、簧片末端兩點(diǎn)連線長(zhǎng)度D的關(guān)系為一<-2——<一。80 min(Z),d) 5本發(fā)明分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈的優(yōu)點(diǎn)在于U)采用了中空設(shè)計(jì)，從而降低了結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力，這樣就提高了其轉(zhuǎn)動(dòng)范圍以及 疲勞壽命。(2) 第一簧片ll與第二簧片12、第三簧片13與第四簧片15、第五簧片15與 第六簧片16分別構(gòu)成葉片形曲線簧片，這三個(gè)葉片形曲線簧片緊密對(duì)向布置，改善 了鉸鏈剛度特性，使其在完成大變形功能的同時(shí)，獲得較好的剛度。(3) 將三個(gè)葉片形曲線簧片對(duì)以圓柱體的中心軸線進(jìn)行均勻陣列分布，提高了鉸鏈的軸向剛度和徑向剛度，并且這種柔性單元的分布形式使得柔性鉸鏈在大角度轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)有很高的軸向精度。(4) 采用線切割機(jī)床一體化加工成型，避免了裝配引入的誤差。


圖1是本發(fā)明分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈的外部結(jié)構(gòu)圖。 圖2是圖1的主視圖。圖3是本發(fā)明分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。 圖中 l.外圈 IOI.A安裝孔102.B安裝孔 103.C安裝孔104.通孔 105.內(nèi)臂中心線 106.簧片對(duì)中心線ll.第一簧片 12.第二簧片 13.第三簧片 14.第四簧片 15.第五簧片 16.第六簧片 21.第一內(nèi)臂 211.D安裝孔 212.A切口 22.第二內(nèi)臂 221.E安裝孔 222.B切口 23.第三內(nèi)臂 231.F安裝孔 232.C切口具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明是一種分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈，是在圓柱體上以圓柱體軸線為中心， 采用精密慢走絲線切割機(jī)床一體化加工有通孔104、第一簧片11、第二簧片12、第 三簧片13、第四簧片14、第五簧片15、第六簧片16、第一內(nèi)臂21、第二內(nèi)臂22、 第三內(nèi)臂23,以及在外圈1上設(shè)有A安裝孔101、 B安裝孔102、 C安裝孔103; 第一簧片11與第二簧片12構(gòu)成第一對(duì)葉形簧片；第三簧片13與第四簧片14構(gòu)成 第二對(duì)葉形簧片；第五簧片15與第六簧片16構(gòu)成第三對(duì)葉形簧片。第一內(nèi)臂21 與第二內(nèi)臂22之間是第一對(duì)葉形簧片；第二內(nèi)臂22與第三內(nèi)臂23之間是第二對(duì) 葉形簧片；第三內(nèi)臂23與第一內(nèi)臂21之間是第三對(duì)葉形簧片。在本發(fā)明中，內(nèi)臂 中心線105與簧片對(duì)中心線106的夾角"=60度。在本發(fā)明中，每個(gè)簧片的厚度《與簧片的曲率半徑及滿足《<0.2及，且每個(gè)簧片的厚度《與鉸鏈厚度^ 、簧片末端兩點(diǎn)連線長(zhǎng)度D的關(guān)系為^ < . ^ j、 < j 。80 mm(i)，J) 5即第一簧片11的厚度《與第一簧片11的曲率半徑及的關(guān)系為《<0.2i ，且第一簧 片11的厚度《與鉸鏈厚度"、第一簧片11上A點(diǎn)至B點(diǎn)連線長(zhǎng)度A的關(guān)系為A< . /二不失一般性，其它a:個(gè)簧片厚度與第一簧片11的厚度相同。在本發(fā)明中，簧片末端兩點(diǎn)連線長(zhǎng)度"與每個(gè)簧片的厚度《的關(guān)系為50《< D 。 即第一簧片11的厚度《與簧片末端兩點(diǎn)連線長(zhǎng)度D (即A點(diǎn)、B點(diǎn)之間的距離)的 關(guān)系為5(H〈D。不失一般性，其它五個(gè)簧片厚度與第一簧片11的厚度相同。在本發(fā)明中，每個(gè)內(nèi)臂的寬度《是每個(gè)簧片厚度《的12~18倍，即第一內(nèi)臂 21的寬度12《 <《<18《，不失一般性，其它二個(gè)內(nèi)臂寬度與第一內(nèi)臂21的寬度相 同。在本發(fā)明中，外圈1的寬度《是簧片厚度《的30 50倍，即外圈1的寬度30《 < 《< 50《。內(nèi)臂與簧片對(duì)以夾角"在圓柱體上均勻陣列分布，且是在圓柱體上以圓柱體軸線 為中心均勻分布三片葉形簧片對(duì)(第一簧片U與第二簧片12構(gòu)成第一對(duì)葉形簧片， 第三簧片13與第四簧片14構(gòu)成第二對(duì)葉形簧片，第五簧片15與第六簧片16構(gòu)成 第三對(duì)葉形簧片)。在本發(fā)明中，鉸鏈的結(jié)構(gòu)中心設(shè)有通孔104，所述通孔104的軸 線與圓柱體軸線重合。在柔性鉸鏈或柔性機(jī)構(gòu)中抑制其寄生運(yùn)動(dòng)通常所采用的一種設(shè)計(jì)方法是"對(duì)稱約束法"。在本發(fā)明中，采用同樣的方法將其設(shè)計(jì)成由第一簧片11、第二簧片12、第三簧片13、第四簧片14、第五簧片15、第六簧片16以圓柱體中心軸線對(duì)稱分布形成的分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈，它不伹實(shí)現(xiàn)的大角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且減小了軸心漂移，同時(shí)也增加了非功能方向上的剛度。本發(fā)明設(shè)計(jì)的分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈，有兩種運(yùn)動(dòng)方式。運(yùn)動(dòng)方式一通過D安裝孔211、 E安裝孔221和F安裝孔231固定第一內(nèi)臂21、第一內(nèi)臂22和第三內(nèi)臂23。在外圈1上施加以幾何中心O點(diǎn)(即通孔104的圓心)為中心的轉(zhuǎn)矩使鉸鏈產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)方式二通過A安裝孔lOl、 B安裝孔102和C安裝孔103固定外圈1，在第一內(nèi)臂21、第一內(nèi)臂22和第三內(nèi)臂23上施加以幾何中心O點(diǎn)(即通孔104的圓心)為中心的轉(zhuǎn)矩使鉸鏈產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1、一種分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈，其特征在于是在圓柱體上以圓柱體軸線為中心，采用精密慢走絲線切割機(jī)床一體化加工有通孔(104)、第一簧片(11)、第二簧片(12)、第三簧片(13)、第四簧片(14)、第五簧片(15)、第六簧片(16)、第一內(nèi)臂(21)、第二內(nèi)臂(22)、第三內(nèi)臂(23)，以及在外圈(1)上設(shè)有A安裝孔(101)、B安裝孔(102)、C安裝孔(103)；第一簧片(11)與第二簧片(12)構(gòu)成第一對(duì)葉形簧片；第三簧片(13)與第四簧片(14)構(gòu)成第二對(duì)葉形簧片；第五簧片(15)與第六簧片(16)構(gòu)成第三對(duì)葉形簧片；第一內(nèi)臂(21)與第二內(nèi)臂(22)之間是第一對(duì)葉形簧片；第二內(nèi)臂(22)與第三內(nèi)臂(23)之間是第二對(duì)葉形簧片；第三內(nèi)臂(23)與第一內(nèi)臂(21)之間是第三對(duì)葉形簧片；內(nèi)臂中心線(105)與簧片對(duì)中心線(106)的夾角α＝60度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈，其特征在于每個(gè)簧片的厚 度《與簧片的曲率半徑i 滿足《〈0.2i ，且每個(gè)簧片的厚度《與鉸鏈厚度么簧片末端兩點(diǎn)連線長(zhǎng)度D的關(guān)系為^ < . L、 <4 。80 mm(D,cO 5
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈，其特征在于簧片末端兩點(diǎn) 連線長(zhǎng)度"與每個(gè)簧片的厚度《的關(guān)系為5(H < D 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈，其特征在于每個(gè)內(nèi)臂的寬 度《是每個(gè)簧片厚度《的12 18倍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈，其特征在于外圈1的寬度 《是簧片厚度《的30 50倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布式葉片形轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸鏈，是在圓柱體上以圓柱體軸線為中心，采用精密慢走絲線切割機(jī)床一體化加工有通孔(104)、第一簧片(11)、第二簧片(12)、第三簧片(13)、第四簧片(14)、第五簧片(15)、第六簧片(16)、第一內(nèi)臂(21)、第二內(nèi)臂(22)、第三內(nèi)臂(23)，以及在外圈(1)上設(shè)有A安裝孔(101)、B安裝孔(102)、C安裝孔(103)；第一簧片(11)與第二簧片(12)構(gòu)成第一對(duì)葉形簧片；第三簧片(13)與第四簧片(14)構(gòu)成第二對(duì)葉形簧片；第五簧片(15)與第六簧片(16)構(gòu)成第三對(duì)葉形簧片。本發(fā)明采用曲線簧片對(duì)稱分布柔度設(shè)計(jì)，有較高的軸向剛度和較好的徑向剛度，與傳統(tǒng)的切口型柔性鉸鏈相比，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大大增加，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軸心漂移很小，是一種性能優(yōu)良的大變形的旋轉(zhuǎn)柔性鉸鏈，實(shí)用于大行程精密控制機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)F16C11/00GK101149074SQ20071017611
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者于靖軍, 畢樹生, 趙山杉 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)