專利名稱：交叉簧片轉(zhuǎn)動型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，是指一種具有大變形高精度的交叉簧片 轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈。
背景技術(shù)：
染性鉸鏈?zhǔn)侵冈谕獠枯d荷的作用下，利用材料的彈性變形在相鄰剛體間傳遞力和 能量，從而產(chǎn)生相對平移或轉(zhuǎn)動的一種運動副結(jié)構(gòu)形式。相比于傳統(tǒng)的剛性鉸鏈，柔 性鉸鏈在成本和性能兩方面都具有得天獨厚的優(yōu)勢(1)無需潤滑，避免了污染， 降低了維護(hù)成本；(2)無間隙，無摩擦提高了重復(fù)精度；(3)緊湊性減小了結(jié)構(gòu)重 量；(4)可以在真空、低溫等惡劣的環(huán)境下工作。在微動工作臺、光學(xué)自動聚焦系 統(tǒng)等精密、超精密傳動和定位等場合，柔性鉸鏈都具有廣闊的應(yīng)用前景。
然而傳統(tǒng)的缺口式柔性鉸鏈變形很小，使其應(yīng)用范圍受到很大程度的限制。 一般 的簧片式柔性鉸鏈雖然可以達(dá)到較大行程，但是軸心漂移較大，造成運動精度下降。 發(fā)明內(nèi) 容
本發(fā)明的目的是提供一種交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈，該鉸鏈通過多簧片的交叉和 層疊設(shè)計，在實現(xiàn)大變形的同時達(dá)到了很高的運動精度。通過上部模塊與下部模塊的 串聯(lián)組合，使得整體鉸鏈的行程增倍，精度提高，同時結(jié)構(gòu)更緊湊。
本發(fā)明的交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈，該轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈由上部模塊(1)、下部 模塊(2)、 A連接模塊(3)、 B連接模塊(4)和C連接模塊(5)組成；上部模塊
(1)的A簧片(102)通過A連接模塊(3)與下部模塊(2)的D簧片(203) 連接；上部模塊(1)的B簧片(103)通過B連接模塊(4)與下部模塊(2)的C 簧片(202)連接，B簧片(103)的內(nèi)側(cè)與C簧片(202)內(nèi)側(cè)通過C連接模塊(5) 連接；所述上部模塊(1)和下部模塊(2)結(jié)構(gòu)相同。
本發(fā)明交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈的優(yōu)點(1)通過多簧片在空間交叉但并不在 交叉點處固定的設(shè)計，鉸鏈的內(nèi)應(yīng)力減小，壽命提高。(2)通過三個連接模塊與上 部模塊、下部模塊固定連接，提高了鉸鏈的剛度，使固有頻率增加。(3)本發(fā)明設(shè) 計的柔性鉸鏈可實現(xiàn)高精度、大角度(超過10° )的轉(zhuǎn)動，適用于大行程的柔性精 密定位系統(tǒng)。(4)簧片在空間層疊使得轉(zhuǎn)動平面內(nèi)鉸鏈的尺寸減小，伹又不會使簧 片在變形時互相干涉，結(jié)構(gòu)比較緊湊。


圖1是本發(fā)明交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)圖。
圖1A是本發(fā)明交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈的分解示圖。 圖1B是本發(fā)明交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈的主視圖。 圖2是本發(fā)明上部，莫塊的A向視圖。 圖3是本發(fā)明A連接，莫塊的分解示圖。 圖4是本發(fā)明B連接模塊的分解示圖。
圖5是本發(fā)明C連接模塊的分解示圖。
圖中l(wèi).上部模塊ioi.上引導(dǎo)剛體102.A簧片103.B簧片
104.A連接塊105.B連接塊151.左側(cè)面152.右側(cè)面2.下部模塊
201.下引導(dǎo)剛體202.C簧片203.D簧片204.C連接塊205.D連接塊
251.左側(cè)面252.右側(cè)面3.A連接模塊31.A螺釘32.B螺釘
33.C螺釘34.D螺釘301.連接板302.A凸臺321.A螺紋孔
322.B螺紋孔303.B凸臺331.C螺紋孔332.D螺紋孔4.B連接模塊
41.1螺釘42.J螺釘43.K螺釘44丄螺釘401.連接板
402.E凸臺421.1螺紋孔422.J螺紋孔403.F凸臺431.K螺紋孔
432.L螺紋孔5.C連接模塊51.E螺釘52.F螺釘53.G螺釘
54.H螺釘501.連接板502.C凸臺521.E螺紋孔522.F螺紋孔
503.D凸臺531.G螺紋孔532.H螺紋孔
ll.裝配水平平面22.裝配豎直平面
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
參見圖l、圖1A所示，本發(fā)明是一種具有大變形高精度的交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性 鉸鏈，該轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈由上部模塊1、下部模塊2、 A連接模塊3、 B連接模塊4 和C連接模塊5組成；上部模塊1的A簧片102通過A連接模塊3與下部模塊2 的D簧片203連接；上部模塊1的B簧片103通過B連接模塊4與下部模塊2的 C簧片202連接，B簧片103的內(nèi)側(cè)與C簧片202內(nèi)側(cè)通過C連接模塊5連接。 所述上部模塊1和下部模塊2結(jié)構(gòu)相同。
本發(fā)明柔性鉸鏈，下部模塊2作為基座，在上部模塊1 (上部模塊1的上引導(dǎo)鋼 體101用于安裝載體)上施加載荷時，本發(fā)明鉸鏈將繞著轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動角度可
達(dá)到icr以上，故稱為大變形。在變形達(dá)到icr時轉(zhuǎn)軸線的漂移僅在io戶以下， 故鉸鏈轉(zhuǎn)動時的精度較髙。
參見圖1、圖1A、圖1B所示，在本發(fā)明中，上部模塊1采用線切割技術(shù)一體 化加工有上引導(dǎo)剛體101、 A簧片102、 B簧片103、 A連接塊104、 B連接塊105; A簧片102、 B簧片103設(shè)置在上引導(dǎo)剛體101的兩側(cè)。A簧片102與B簧片103 從主視面上看為相互平行。
A簧片102的一端設(shè)置在上引導(dǎo)剛體101上，A簧片102的另一端設(shè)置有A 連接塊104， A連接塊104的一側(cè)面上加工有一個螺紋孔或者兩個螺紋孔。A連接 塊104通過螺釘與螺紋孔的配合連接在A連接模塊3的B凸臺303上。
B簧片103的一端設(shè)置在上引導(dǎo)剛體101上，B簧片103的另一端設(shè)置有B 連接塊105， B連接塊105的兩個側(cè)面上分別加工有一個螺紋孔或者兩個螺紋孔。 B連接塊105的左側(cè)面151通過螺釘與螺紋孔的配合連接在C連接模塊5的D凸 臺503上，B連接塊105的右側(cè)面152通過螺釘與螺紋孔的配合連接在B連接模 塊4的F凸臺403上。
參見圖2所示，上部*莫塊1中A簧片102與B簧片103在本發(fā)明柔性鉸鏈的 A向視圖下空間上存在一個夾角- (〃 ==60 120° ),即A簧片102與B簧片103 空間上的交點為O。而空間交點O也是裝配水平平面11與裝配豎直平面22在本發(fā) 明柔性鉸鏈A向視圖下的交點。
在本發(fā)明中，A簧片102、 B簧片103、 C簧片202和D簧片203的長度是 相同的。參見圖2所示，A簧片102的長度為J (簧片長度)，空間交點O沿A簧片 102至上引導(dǎo)剛體101底部的長度為^ (簧片交叉長度)，則^=87.27%"。
參見圖1、圖1A、圖1B所示，在本發(fā)明中，下部模塊2采用線切割技術(shù)一體 化加工有下引導(dǎo)剛體201、 C簧片202、 D簧片203、 C連接塊204、 D連接塊205; C簧片202、 D簧片203設(shè)置在下引導(dǎo)剛體201的兩側(cè)。C簧片202的一端設(shè)置 在下引導(dǎo)剛體201上，C簧片202的另一端設(shè)置有C連接塊204， C連接塊204 的一側(cè)面上加工有螺紋孔；D簧片203的一端設(shè)置在下引導(dǎo)剛體201上，D簧片
203的另一端設(shè)置有D連接塊205,D連接塊205的兩個側(cè)面上分別加工有螺紋孔； C簧片202與D簧片203從主視面上看為相互平行,且上部^莫:決1中的A簧片102、 B簧片103與下部模塊2中的C簧片202、 D簧片203相互平行。
C簧片202的一端設(shè)置在下引導(dǎo)剛體201上，C簧片202的另一端i免置有C 連接塊204， C連接塊204的一側(cè)面上加工有一個螺紋孔或者兩個螺紋孔。C連接 塊204通過螺釘與螺紋孔的配合連接在B連接模塊4的E凸臺402上。
D簧片203的一端設(shè)置在下引導(dǎo)剛體201上，D簧片203的另一端設(shè)置有D 連接塊205， D連接塊205的兩個側(cè)面上分別加工有一個螺紋孔或者兩個螺紋孔。 D連接塊205的左側(cè)面251通過螺釘與螺紋孔的配合連接在A連接模塊3的A凸 臺302上，D連接塊205的右側(cè)面252通過螺釘與螺紋孔的配合連接在C連接模 塊5的C凸臺502上。
參見圖3所示，在本發(fā)明中，A連接模塊3包括連接板301、螺釘；連接板301 的兩端分別設(shè)有A凸臺302、 B凸臺303, A凸臺302上開有螺紋孔，B凸臺303 上開有螺紋孔，螺釘與螺紋孔的配合能夠?qū)崿F(xiàn)將A連接模塊3與上部模塊1中A簧 片102與下部模塊2中D簧片203的連接。
具體地說，若在A凸臺302上可以開有一個螺紋孔或者兩個螺紋孔(A螺紋孔 321、 B螺紋孔322)， A螺紋孔321與A螺釘31的配合、B螺紋孔322與B螺 釘32的配合能夠?qū)崿F(xiàn)A連接模塊3的A凸臺302與下部f莫塊2中D簧片203的 D連接塊205的螺紋連接。
B凸臺303上可以開有一個螺紋孔或者兩個螺紋孔(C螺紋孔331、 D螺紋孔 332) ， C螺紋孔331與C螺釘33的配合、D螺紋孔332與D螺釘34的配合能 夠?qū)崿F(xiàn)A連接模塊3的B凸臺303與上部模塊1中A簧片102的A連接塊104 的螺紋連接。
在本發(fā)明中，A連接模塊3的連接板301上設(shè)置A凸臺302、 B凸臺303有利 于上部模塊1、下部模塊2在轉(zhuǎn)動變形過程中，避免A連接板301與D簧片203、 A簧片102之間發(fā)生接觸而影響轉(zhuǎn)動精度。分別在A凸臺302、 B凸臺303上設(shè)置 螺紋孔，采用螺釘與螺紋孔的配合連接方式，使得上部+莫塊l、下部模塊2、 A連接 模塊3之間的裝配簡單。
參見圖4所示，在本發(fā)明中，B連接模塊4包括連接板401、螺釘；連接板401 的兩端分別設(shè)有E凸臺402、 F凸臺403, E凸臺402上開有螺紋孔，F(xiàn)凸臺403 上開有螺紋孔，螺釘與螺紋孔的配合能夠?qū)崿F(xiàn)將B連接模塊4與上部*莫塊1中B簧 片103與下部模塊2中C黌片202的連接。
具體地說，若在E凸臺402上可以開有一個螺紋孔或者兩個螺紋孔(I螺紋孔 421、 J螺紋孔422)， I螺紋孔421與I螺釘41的配合、J螺紋孔422與J螺釘 42的配合能夠?qū)崿F(xiàn)B連接模塊4的E凸臺402與下部模塊2中C簧片202的C 連接塊204的螺紋連接。
F凸臺403上可以開有一個螺紋孔或者兩個螺紋孔(K螺紋孔431、 L螺紋孔 432) ， K螺紋孔431與K螺釘43的配合、L螺紋孔432與L螺釘44的配合能夠 實現(xiàn)B連接模塊4的F凸臺403與上部模塊1中B簧片103的B連接塊105的 螺紋連接。
在本發(fā)明中，B連接模塊4的連接板401上設(shè)置E凸臺402、 F凸臺403有利 于上部模塊l、下部模塊2在轉(zhuǎn)動變形過程中，避免B連接板401與C簧片202、 B簧片103之間發(fā)生接觸而影響轉(zhuǎn)動精度。分別在E凸臺402、 F凸臺403上設(shè)置 螺紋孔，采用螺釘與螺紋孔的配合連接方式，使得上部模塊l、下部模塊2、 B連接 模塊4之間的裝配簡單。
參見圖5所示，在本發(fā)明中，C連接模塊5包括連接板501、螺釘；連接板501 的兩端分別設(shè)有C凸臺502、 D凸臺503， C凸臺502上開有螺紋孔，D凸臺503 上開有螺紋孔，螺釘與螺紋孔的配合能夠?qū)崿F(xiàn)將C連接模塊5與上部模塊1中B簧 片103與下部模塊2中D簧片203的連接。
具體地說，若在C凸臺502上可以開有一個螺紋孔或者兩個螺紋孔(E螺紋孔 521、 F螺紋孔522)， E螺紋孔521與E螺釘51的配合、F螺紋孔522與F螺釘 52的配合能夠?qū)崿F(xiàn)C連接模塊5的C凸臺502與下部豐莫塊2中D簧片203的D 連接塊205的螺紋連接。
D凸臺503上可以開有一個螺紋孔或者兩個螺紋孔(G螺紋孔531、 H螺紋孔 532) ， G螺紋孔531與G螺釘53的配合、H螺紋孔532與H螺釘54的配合能 夠?qū)崿F(xiàn)C連接模塊5的D凸臺503與上部模塊1中B簧片103的B連接塊105 的螺紋連接。
在本發(fā)明中，C連接模塊5的連接板501上設(shè)置C凸臺502、 D凸臺503有 利于上部模塊1、下部模塊2在轉(zhuǎn)動變形過程中，避免C連接板501與D簧片203、 B簧片103之間發(fā)生接觸而影響轉(zhuǎn)動精度，同時C連接模塊5能夠在裝配豎直平面 22 (圖2)內(nèi)實現(xiàn)上部模塊l、下部模塊2的旋轉(zhuǎn)對稱。分別在C凸臺502、 D凸 臺503上設(shè)置螺紋孔，采用螺釘與螺紋孔的配合連接方式，使得上部模塊1、下部 模塊2、 C連接模塊5之間的裝配簡單。
在本發(fā)明中，為了減小鉸鏈的重量，在上引導(dǎo)剛體101、下引導(dǎo)剛體201、 A 連接模塊3、 B連接t莫塊4和C連接模塊5上可以加工減重孔，以減小重量，同時 提高結(jié)構(gòu)的固有頻率。
在材料選擇上，本發(fā)明的柔性鉸鏈可以使用鈹青銅、鈦合金、不銹鋼以及鋁合金 加工，首選鋁合金。
權(quán)利要求
1、一種交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈，其特征在于該轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈由上部模塊(1)、下部模塊(2)、A連接模塊(3)、B連接模塊(4)和C連接模塊(5)組成；上部模塊(1)的A簧片(102)通過A連接模塊(3)與下部模塊(2)的D簧片(203)連接；上部模塊(1)的B簧片(103)通過B連接模塊(4)與下部模塊(2)的C簧片(202)連接，B簧片(103)的內(nèi)側(cè)與C簧片(202)內(nèi)側(cè)通過C連接模塊(5)連接；所述上部模塊(1)和下部模塊(2)結(jié)構(gòu)相同；上部模塊(1)采用線切割技術(shù)一體化加工有上引導(dǎo)剛體(101)、A簧片(102)、B簧片(103)、A連接塊(104)、B連接塊(105)；A簧片(102)、B簧片(103)設(shè)置在上引導(dǎo)剛體(101)的兩側(cè)；A簧片(102)的一端設(shè)置在上引導(dǎo)剛體(101)上，A簧片(102)的另一端設(shè)置有A連接塊(104)，A連接塊(104)的一側(cè)面上加工有螺紋孔；B簧片(103)的一端設(shè)置在上引導(dǎo)剛體(101)上，B簧片(103)的另一端設(shè)置有B連接塊(105)，B連接塊(105)的兩個側(cè)面上分別加工有螺紋孔；下部模塊(2)采用線切割技術(shù)一體化加工有下引導(dǎo)剛體(201)、C簧片(202)、D簧片(203)、C連接塊(204)、D連接塊(205)；C簧片(202)、D簧片(203)設(shè)置在下引導(dǎo)剛體(201)的兩側(cè)；C簧片(202)的一端設(shè)置在下引導(dǎo)剛體(201)上，C簧片(202)的另一端設(shè)置有C連接塊(204)，C連接塊(204)的一側(cè)面上加工有螺紋孔；D簧片(203)的一端設(shè)置在下引導(dǎo)剛體(201)上，D簧片(203)的另一端設(shè)置有D連接塊(205)，D連接塊(205)的兩個側(cè)面上分別加工有螺紋孔；A連接模塊(3)包括連接板(301)、螺釘；連接板(301)的兩端分別設(shè)有A凸臺(302)、B凸臺(303)，A凸臺(302)上開有螺紋孔，B凸臺(303)上開有螺紋孔；B連接模塊(4)包括連接板(401)、螺釘；連接板(401)的兩端分別設(shè)有E凸臺(402)、F凸臺(403)，E凸臺(402)上開有螺紋孔，F(xiàn)凸臺(403)上開有螺紋孔；C連接模塊(5)包括連接板(501)、螺釘；連接板(501)的兩端分別設(shè)有C凸臺(502)、D凸臺(503)，C凸臺(502)上開有螺紋孔，D凸臺(503)上開有螺紋孔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈，其特征在于下部模塊(2) 作為基座，上部，莫塊(1)作為施加載荷平面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈，其特征在于上部模塊(1) 中的A簧片(102)與B簧片(103)從主視面上看為相互平行。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈，其特征在于下部模塊(2) 中的C簧片(202)與D簧片(203)從主視面上看為相互平行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈，其特征在于A簧片(102)、 B簧片(103)、 C簧片(202)、 D簧片(203)四個簧片相互平行。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈，其特征在于上部模塊(1) 中的A簧片(102)與B簧片(103)在空間上存在夾角/ =60 120° 。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈，其特征在于A簧片(102)、 B簧片(103)、 C簧片(202)和D簧片(203)的長度是相同的，且簧片長度 d與簧片交叉長度"。滿足^。 =87.27% J。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈，該轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈由上部模塊(1)、下部模塊(2)、A連接模塊(3)、B連接模塊(4)和C連接模塊(5)組成；上部模塊(1)的A簧片(102)通過A連接模塊(3)與下部模塊(2)的D簧片(203)連接；上部模塊(1)的B簧片(103)通過B連接模塊(4)與下部模塊(2)的C簧片(202)連接，B簧片(103)的內(nèi)側(cè)與C簧片(202)內(nèi)側(cè)通過C連接模塊(5)連接；所述上部模塊(1)和下部模塊(2)結(jié)構(gòu)相同。本發(fā)明交叉簧片轉(zhuǎn)動型柔性鉸鏈通過多簧片在空間交叉但并不在交叉點處固定的設(shè)計，鉸鏈的內(nèi)應(yīng)力減小，壽命提高。本發(fā)明鉸鏈將繞著轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動角度可達(dá)到10°以上，故稱為大變形。在變形達(dá)到10°時轉(zhuǎn)軸線的漂移僅在10μm以下，故鉸鏈轉(zhuǎn)動時的精度較高。
文檔編號F16C11/04GK101387315SQ20081022521
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者于靖軍, 畢樹生, 趙宏哲 申請人:北京航空航天大學(xué)