一種u型結(jié)構(gòu)大阻尼柔性鉸鏈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將力輸入轉(zhuǎn)換成位移輸入的具有恢復(fù)功能且具有較大結(jié)構(gòu)阻尼的大柔度轉(zhuǎn)動鉸鏈，主要應(yīng)用于精密傳動和精密定位等儀器儀表中。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性鉸鏈?zhǔn)侵冈谕獠苛蛄氐淖饔孟?，利用材料的彈性變形在相鄰剛性桿之間產(chǎn)生相對運動的一種運動副結(jié)構(gòu)形式，這與傳統(tǒng)剛性運動副的結(jié)構(gòu)有很大不同。相比于傳統(tǒng)的剛性鉸鏈(機構(gòu))，柔性鉸鏈及柔性機構(gòu)具有許多優(yōu)點:(I)可一體化設(shè)計和加工，故可以簡化結(jié)構(gòu)、減小體積和重量、免于裝配；(2)無間隙和摩擦，可實現(xiàn)高精度運動；(3)免于磨損，提高壽命;(4)免于潤滑，避免污染；(5)可增大結(jié)構(gòu)剛度。
[0003]然而，正是因為無間隙無摩擦等特點，柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)阻尼很低，甚至可以忽略不計，這使得機構(gòu)傳動過程中產(chǎn)生的振動響應(yīng)無法得到抑制。在微納米甚至微納米的高精度定位要求之下，機構(gòu)的應(yīng)激振動會使得微定位效果受到影響。因此，為了克服這個弱點，本發(fā)明提出一種大阻尼柔性鉸鏈模型，在滿足鉸鏈的剛度、轉(zhuǎn)動角度等要求下，通過外加粘彈性阻尼材料，采用約束性阻尼層設(shè)計模式，充分利用阻尼層材料的剪切耗能效應(yīng)，以增柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)阻尼，實現(xiàn)被動減振效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有鉸鏈結(jié)構(gòu)阻尼小，易產(chǎn)生振動，影響定位精度的弱點，本發(fā)明提出一種大阻尼柔性鉸鏈模型，在滿足鉸鏈的剛度、轉(zhuǎn)動角度等要求下，通過外加粘彈性阻尼材料，采用約束性阻尼層設(shè)計模式，充分利用阻尼層材料的剪切耗能效應(yīng)，以增柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)阻尼，實現(xiàn)被動減振效果。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種U型結(jié)構(gòu)大阻尼柔性鉸鏈，包括用于連接柔性機構(gòu)的第一鉸鏈連接端、第二鉸鏈連接端，還包括連接于所述第一鉸鏈連接端和第二鉸鏈連接端之間的U型結(jié)構(gòu)，所述U型結(jié)構(gòu)相對的兩側(cè)內(nèi)壁上由上至下平行地設(shè)置有若干板狀約束材料層，相鄰約束材料層的一端各自固定在不同側(cè)的內(nèi)壁上，另一端為自由端，相鄰的約束材料層之間填充有粘彈性阻尼材料層。
[0007]進(jìn)一步地，所述的U型結(jié)構(gòu)的兩側(cè)內(nèi)壁上由上至下相對錯開地設(shè)置有若干用于嵌入安裝約束材料層的鉗口。
[0008]進(jìn)一步地，所述鉗口與U型結(jié)構(gòu)為一體式結(jié)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步地，所述的約束材料層的材料為鋁合金薄片。
[0010]進(jìn)一步地，所述粘彈性阻尼材料層的材料為丁基橡膠。
[0011]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是:
[0012](I)能獲得具有一定結(jié)構(gòu)阻尼，使應(yīng)用該鉸鏈的柔性機構(gòu)自身具有減振抗震能力；
[0013](2)所發(fā)明柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)阻尼值大小可通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)獲得，具體是通過改變粘彈性阻尼材料的層數(shù)量與層厚度，相應(yīng)地調(diào)整約束材料的層數(shù)量。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實施例1的U型大阻尼柔性鉸鏈主視示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明實施例1的U型大阻尼柔性鉸鏈立體示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明實施例2的U型大阻尼柔性鉸鏈主視示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明實施例2的U型大阻尼柔性鉸鏈立體示意圖。
[0018]圖中所示為:1.第一鉸鏈連接端，2.粘彈性阻尼材料層，3.約束材料層，4第二鉸鏈連接端，5.鉗口，6.U型結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的發(fā)明目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[0020]實施例1
[0021]如圖1及圖2所示，一種U型結(jié)構(gòu)大阻尼柔性鉸鏈，包括用于連接柔性機構(gòu)的第一鉸鏈連接端1、第二鉸鏈連接端4，還包括連接于所述第一鉸鏈連接端I和第二鉸鏈連接端4之間的U型結(jié)構(gòu)6，構(gòu)成柔性鉸鏈整體模型，板狀約束材料層3由上至下平行地設(shè)置所述U型結(jié)構(gòu)6相對的兩側(cè)內(nèi)壁上，此時，相鄰約束材料層3的一端各自固定在不同側(cè)的內(nèi)壁上，另一端為自由端，所述的U型結(jié)構(gòu)6的左、右兩側(cè)的內(nèi)壁上分別由上至下相對錯開地設(shè)置有兩個及三個用于嵌入安裝約束材料層3的鉗口 5，每個鉗口 5上裝配有一片約束材料3，共五片，相鄰的約束材料層3之間填充有粘彈性阻尼材料層2。
[0022]所述鉗口5、第一鉸鏈連接端1、第二鉸鏈連接端4、U型結(jié)構(gòu)6為一體式結(jié)構(gòu)，保證了柔性鉸鏈的一體化設(shè)計和加工的特點。
[0023]本實施例中，所述的約束材料層3的材料選用鋁合金薄片。
[0024]本實施例中，所述粘彈性阻尼材料層2的材料選用丁基橡膠。
[0025]每片約束材料層3之間填充有粘彈性阻尼材料層2，約束材料層3與粘彈性阻尼材料層2靠阻尼材料的粘附力結(jié)合在一起。當(dāng)柔性鉸鏈?zhǔn)芡饬Πl(fā)生彎曲，將帶動相鄰的兩片約束材料層3向相反的方向移動，因此，填充于約束材料層3之間的粘彈性阻尼材料層2將發(fā)生擠壓、剪切變形，增大了材料內(nèi)分子的內(nèi)摩擦，在一定的頻率下將表現(xiàn)出較大的阻尼系數(shù)，產(chǎn)生明顯的減振效果。
[0026]所述粘彈性阻尼材料層2依靠粘附力與所述約束材料3粘連。每片約束材料層3的一端固接于U型結(jié)構(gòu)6內(nèi)側(cè)的鉗口5內(nèi)，另一端為自由端。五片約束材料層3交錯連接于U型結(jié)構(gòu)6內(nèi)側(cè)。柔性鉸鏈的第一鉸鏈連接端1、第二鉸鏈連接端4均可作為輸入輸出端，視所連接機構(gòu)的實際工作情況而定。當(dāng)其中一端有力的輸入，產(chǎn)生位移輸出時，鉸鏈U型結(jié)構(gòu)6發(fā)生開口張合，帶動約束材料層3發(fā)生相對位移，約束材料層3之間填充的粘彈性阻尼材料層2由于粘附力作用，會隨著約束材料層3滑移，材料內(nèi)部產(chǎn)生強烈的剪切效果，根據(jù)粘彈性材料產(chǎn)生阻尼效果的機理，柔性機構(gòu)傳動過程中產(chǎn)生的振動能量將會被鉸鏈中的粘彈性材料吸收并轉(zhuǎn)化為熱量消散在空氣中。
[0027]粘彈性材料是指同時具有粘性流體和彈性固體兩方面性質(zhì)的材料，在工業(yè)上和我們的日常生活中有很多具有粘彈性材料的物質(zhì)，如橡膠、塑料等常見的工業(yè)材料還有血液、肌肉等生物材料，而高分子材料粘彈性性質(zhì)表現(xiàn)的最為明顯，如橡膠材料和塑料材料，這是由于其獨特的結(jié)構(gòu)所決定的，高分子材料一般來說都是由小分子單元通過共價鍵形成鏈狀分子，鏈狀分子互相纏繞或通過化學(xué)鍵連接在一起，形成空間三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，高分子材料分子量一般都很大，是典型的聚合物，分子之間的相對運動經(jīng)常發(fā)生，內(nèi)部分子單元也能旋轉(zhuǎn)，在外力作用下，材料發(fā)生拉伸、扭轉(zhuǎn)，當(dāng)外力被撤銷后，分子逐步恢復(fù)原狀，釋放外力所做的功，這屬于高分子材料的彈性，但由于高分子材料空間獨特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分子之間發(fā)生的滑移、扭轉(zhuǎn)并不能完全復(fù)原，材料發(fā)生永久性變形，這就是高分子材料的粘性，而這部分能量最終會被轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)到空氣中，這就是高分子材料產(chǎn)生阻尼的原因。借助于粘彈性材料產(chǎn)生阻尼的機理，本實施例采用約束層阻尼結(jié)構(gòu)，即在覆蓋于彎曲構(gòu)件上的粘彈性阻尼材料層2上，另外覆蓋一層彈性材料層，即約束材料層3，當(dāng)鉸鏈發(fā)生彎曲轉(zhuǎn)動時，粘彈性阻尼材料層2被迫順從相鄰兩邊的結(jié)構(gòu)單元的形狀，使得阻尼層產(chǎn)生剪切應(yīng)變，在交變荷載作用下，比起低剪切荷載的單自由層阻尼處理要產(chǎn)生更大的耗散。
[0028]本實施例所述鉸鏈的主體，包含第一鉸鏈連接端1、第二鉸鏈連接端4、U型結(jié)構(gòu)6、U型結(jié)構(gòu)6內(nèi)側(cè)的鉗口5，是由線切割技術(shù)一體成型，保證了柔性鉸鏈的一體化設(shè)計和加工的特點。
[0029]由于柔順機構(gòu)中的壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動力大，響應(yīng)速度快，一旦受到信號激發(fā)，容易對柔順定位平臺產(chǎn)生沖擊，而柔順定位平臺的結(jié)構(gòu)阻尼很小，欠阻尼系統(tǒng)一旦產(chǎn)生沖擊振動，殘余振動會持續(xù)較長時間。因此本實施例主要用于此類易引起高頻顫振的柔順機構(gòu)定位平臺，一方面作為機構(gòu)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，另一方面起到抑制平臺顫振的作用。
[0030]實施例2
[0031 ]如圖3至圖4所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于:所述的U型結(jié)構(gòu)(6)的左、右兩側(cè)的內(nèi)壁上分別由上至下相對錯開地設(shè)置有一個及兩個用于嵌入安裝約束材料層3的鉗口5，每個鉗口 5上裝配有一片約束材料3，共三片，本實施例主要應(yīng)用于柔順機構(gòu)高頻顫振程度較低，所需要的結(jié)構(gòu)阻尼值較小的情況下。
[0032]本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種U型結(jié)構(gòu)大阻尼柔性鉸鏈，包括用于連接柔性機構(gòu)的第一鉸鏈連接端(I)、第二鉸鏈連接端(4)，其特征在于:還包括連接于所述第一鉸鏈連接端(I)和第二鉸鏈連接端(4)之間的U型結(jié)構(gòu)(6)，所述U型結(jié)構(gòu)(6)相對的兩側(cè)內(nèi)壁上由上至下平行地設(shè)置有若干板狀約束材料層(3)，相鄰約束材料層(3)的一端各自固定在不同側(cè)的內(nèi)壁上，另一端為自由端，相鄰的約束材料層(3)之間填充有粘彈性阻尼材料層(2)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種U型結(jié)構(gòu)大阻尼柔性鉸鏈，其特征在于:所述的U型結(jié)構(gòu)(6)的兩側(cè)內(nèi)壁上由上至下相對錯開地設(shè)置有若干用于嵌入安裝約束材料層3的鉗口(5)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種U型結(jié)構(gòu)大阻尼柔性鉸鏈，其特征在于:所述鉗口(5)、第一鉸鏈連接端(I)、第二鉸鏈連接端(4)、U型結(jié)構(gòu)(6)為一體式結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種U型結(jié)構(gòu)大阻尼柔性鉸鏈，其特征在于:所述的約束材料層(3)的材料為鋁合金薄片。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種U型結(jié)構(gòu)大阻尼柔性鉸鏈，其特征在于:所述粘彈性阻尼材料層(2)的材料為丁基橡膠。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種U型結(jié)構(gòu)大阻尼柔性鉸鏈，包括用于連接柔性機構(gòu)的第一鉸鏈連接端、第二鉸鏈連接端，還包括連接于所述第一鉸鏈連接端和第二鉸鏈連接端之間的U型結(jié)構(gòu)，所述U型結(jié)構(gòu)相對的兩側(cè)內(nèi)壁上由上至下平行地設(shè)置有若干板狀約束材料層，相鄰約束材料層的一端各自固定在不同側(cè)的內(nèi)壁上，另一端為自由端，相鄰的約束材料層之間填充有粘彈性阻尼材料層。本發(fā)明之柔性鉸鏈模型，在滿足鉸鏈的剛度、轉(zhuǎn)動角度等要求下，可通過外加粘彈性阻尼材料，采用約束性阻尼層設(shè)計模式，充分利用阻尼層材料的剪切耗能效應(yīng)，增加柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)阻尼，實現(xiàn)柔性機構(gòu)被動減振效果。
【IPC分類】F16C11/12
【公開號】CN105605091
【申請?zhí)枴緾N201610182539
【發(fā)明人】張憲民, 陳桂生, 陳忠
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年3月25日