專(zhuān)利名稱：雙曲桿型空心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，具體地說(shuō)，是指一種雙曲桿型空心柔性鉸鏈。
背景技術(shù)：
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(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(wú)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。可應(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。
在公告號(hào)CN2459740Y中公開(kāi)了一種在一矩形立方體相對(duì)的兩個(gè)面分別制有圓弧底的凹槽的柔性鉸鏈，該柔性鉸鏈的兩個(gè)圓弧之間為實(shí)心設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙曲桿型空心柔性鉸鏈，通過(guò)在背對(duì)背并聯(lián)的兩個(gè)簧片縱向之間設(shè)有縱向筋，橫向之間設(shè)有橫向筋加強(qiáng)了上下連桿的承載能力，以及其它非功能方向上的結(jié)構(gòu)剛度，采用線切割機(jī)床一體化加工成型。
本發(fā)明是一種雙曲桿型空心柔性鉸鏈，是在一矩形立方體的相對(duì)兩個(gè)面上對(duì)稱切割有左簧片、右簧片，在矩形立方體的縱向中心上切有一定厚度的縱向筋，在矩形立方體的橫向中心上切有一定厚度的橫向筋，縱向筋、橫向筋與右簧片形成A空心區(qū)、C空心區(qū)，縱向筋、橫向筋與左簧片形成B空心區(qū)、D空心區(qū)。由于空心區(qū)的存在使得傳統(tǒng)的切口型柔性鉸鏈轉(zhuǎn)換為簧片式柔性鉸鏈，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。左簧片、右簧片、橫向筋和縱向筋將矩形立方體分隔為上連桿、下連桿。結(jié)構(gòu)相對(duì)于軸心O左右對(duì)稱，并且上下對(duì)稱。
本發(fā)明雙曲桿型空心柔性鉸鏈的優(yōu)點(diǎn)在于(1)采用了中空設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)的切口型柔性鉸鏈轉(zhuǎn)換為簧片式柔性鉸鏈，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)左右簧片為雙曲線型，這樣可以改善鉸鏈柔度特性，使其更宜變形。
(3)在鉸鏈空心處加入橫向筋和縱向筋，提高了鉸鏈軸向的抗壓剛度，以及其它非功能方向上的結(jié)構(gòu)剛度，并協(xié)調(diào)了兩簧片的變形形式。
(4)橫向筋和縱向筋的加入還可以起到穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)中心(柔性鉸鏈的軸心O)的作用，這樣使鉸鏈在大轉(zhuǎn)角時(shí)仍具有較高的轉(zhuǎn)動(dòng)精度。
(5)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)明雙曲桿型空心柔性鉸鏈的正視圖。
圖2是本發(fā)明雙曲桿型空心柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖。
圖中 1.上連桿2.下連桿3.左簧片4.右簧片5.橫向筋6.縱向筋11.A空心區(qū)12.B空心區(qū) 13.C空心區(qū) 14.D空心區(qū)具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參見(jiàn)圖1所示，本發(fā)明是一種雙曲桿型空心柔性鉸鏈，是在一矩形立方體的相對(duì)兩個(gè)面上對(duì)稱切割有左簧片3、右簧片4，在矩形立方體的縱向中心上切有一定厚度的縱向筋6，在矩形立方體的橫向中心上切有一定厚度的橫向筋5，縱向筋6、橫向筋5與右簧片4形成A空心區(qū)11、C空心區(qū)13，縱向筋6、橫向筋5與左簧片3形成B空心區(qū)12、D空心區(qū)14。左簧片3、右簧片4、橫向筋5和縱向筋6構(gòu)成一個(gè)雙曲桿型空心柔性鉸鏈。所述雙曲桿型空心柔性鉸鏈將矩形立方體分隔為上連桿1、下連桿2。
本發(fā)明雙曲桿型空心柔性鉸鏈采用線切割機(jī)床一體化加工成型，左簧片3、右簧片4分別為柔性鉸鏈上的兩根曲桿，曲率半徑R與左簧片3厚度D3滿足2R/D3＞10，曲率半徑R與右簧片4厚度D4滿足2R/D4＞10，且左簧片3厚度D3等于右簧片4厚度D4；曲率半徑R與橫向筋5厚度D1滿足2R/D1＞10，曲率半徑R與縱向筋6厚度D2滿足2R/D2＞10。
為了設(shè)計(jì)出柔度較大的大變形柔性鉸鏈，即必須大大降低軸心受壓桿件的剛度，在不考慮材料壓縮變形的情況下，軸心受壓桿件在屈曲前的剛度應(yīng)盡可能大。在本發(fā)明中的雙曲桿型空心柔性鉸鏈，參見(jiàn)圖2所示，縱向筋6為柔性鉸鏈的受壓桿件，橫向筋5的中心點(diǎn)為柔性鉸鏈的軸心O。
本發(fā)明雙曲桿型空心柔性鉸鏈由于采用中空設(shè)計(jì)，使得左右兩簧片變薄，從而減小了內(nèi)應(yīng)力，增大了轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。為了增加軸向的剛度、以及協(xié)調(diào)左右兩簧片的變形，加入了橫向筋5和縱向筋6。
本發(fā)明根據(jù)雙曲線選取形式不同，其左簧片3、右簧片4所形成的構(gòu)圖可以是縱向橢圓形、正圓形、屈曲形或者橫向橢圓形。
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)成由兩根對(duì)稱的具有初彎曲缺陷的曲桿所構(gòu)成的雙曲桿型柔性鉸鏈，它不但減小了軸漂，同時(shí)也增加了非功能方向上的剛度。
通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明雙曲桿型空心柔性鉸鏈與實(shí)心圓弧切口鉸鏈相比，在相同力矩作用下，最大轉(zhuǎn)角增加，柔度增大，使用壽命增加，且在非功能方向上的剛度減少很小。
權(quán)利要求
1.一種雙曲桿型空心柔性鉸鏈，其特征在于是在一矩形立方體的相對(duì)兩個(gè)面上對(duì)稱切割有左簧片(3)、右簧片(4)，在矩形立方體的縱向中心上切有縱向筋(6)，在矩形立方體的橫向中心上切有橫向筋(5)，縱向筋(6)、橫向筋(5)與右簧片(4)形成A空心區(qū)(11)、C空心區(qū)(13)，縱向筋(6)、橫向筋(5)與左簧片(3)形成B空心區(qū)(12)、D空心區(qū)(14)；所述左簧片(3)、右簧片(4)、橫向筋(5)和縱向筋(6)將矩形立方體分隔為上連桿(1)、下連桿(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲桿型空心柔性鉸鏈，其特征在于采用線切割機(jī)床一體化加工成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲桿型空心柔性鉸鏈，其特征在于所述左簧片(3)、右簧片(4)分別為柔性鉸鏈上的兩根曲桿，曲率半徑R與左簧片(3)厚度D3滿足2R/D3＞10，曲率半徑R與右簧片(4)厚度D4滿足2R/D4＞10，且左簧片(3)厚度D3等于右簧片(4)厚度D4；曲率半徑R與橫向筋(5)厚度D1滿足2R/D1＞10，曲率半徑R與縱向筋(6)厚度D2滿足2R/D2＞10。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種雙曲桿型空心柔性鉸鏈，是在一矩形立方體的相對(duì)兩個(gè)面上對(duì)稱切割有左簧片(3)、右簧片(4)，在矩形立方體的縱向中心上切有縱向筋(6)，在矩形立方體的橫向中心上切有橫向筋(5)，縱向筋(6)、橫向筋(5)與右簧片(4)形成A空心區(qū)(11)、C空心區(qū)(13)，縱向筋(6)、橫向筋(5)與左簧片(3)形成B空心區(qū)(12)、D空心區(qū)(14)；所述左簧片(3)、右簧片(4)、橫向筋(5)和縱向筋(6)將矩形立方體分隔為上連桿(1)、下連桿(2)。本發(fā)明柔性鉸鏈采用中空設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)的切口型柔性鉸鏈轉(zhuǎn)換為簧片式柔性鉸鏈，從而提高了其轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，并降低了結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力，適用于大行程的智能控制機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)F16C11/00GK101025187SQ20071006499
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者宗光華, 畢樹(shù)生, 于靖軍, 余志偉, 裴旭 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)