交叉簧片轉動型柔性鉸鏈的製作方法

2023-05-05 01:12:01

專利名稱：交叉簧片轉動型柔性鉸鏈的製作方法
技術領域：
本發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 轉動型柔性鉸鏈。
背景技術：
染性鉸鏈是指在外部載荷的作用下，利用材料的彈性變形在相鄰剛體間傳遞力和 能量，從而產生相對平移或轉動的一種運動副結構形式。相比於傳統的剛性鉸鏈，柔 性鉸鏈在成本和性能兩方面都具有得天獨厚的優勢(1)無需潤滑，避免了汙染， 降低了維護成本；(2)無間隙，無摩擦提高了重複精度；(3)緊湊性減小了結構重 量；(4)可以在真空、低溫等惡劣的環境下工作。在微動工作檯、光學自動聚焦系 統等精密、超精密傳動和定位等場合，柔性鉸鏈都具有廣闊的應用前景。
然而傳統的缺口式柔性鉸鏈變形很小，使其應用範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到較大行程，但是軸心漂移較大，造成運動精度下降。 發明內 容
本發明的目的是提供一種交叉簧片轉動型柔性鉸鏈，該鉸鏈通過多簧片的交叉和 層疊設計，在實現大變形的同時達到了很高的運動精度。通過上部模塊與下部模塊的 串聯組合，使得整體鉸鏈的行程增倍，精度提高，同時結構更緊湊。
本發明的交叉簧片轉動型柔性鉸鏈，該轉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)的內側與C簧片(202)內側通過C連接模塊(5) 連接；所述上部模塊(1)和下部模塊(2)結構相同。
本發明交叉簧片轉動型柔性鉸鏈的優點(1)通過多簧片在空間交叉但並不在 交叉點處固定的設計，鉸鏈的內應力減小，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)本發明設 計的柔性鉸鏈可實現高精度、大角度(超過10° )的轉動，適用於大行程的柔性精 密定位系統。(4)簧片在空間層疊使得轉動平面內鉸鏈的尺寸減小，伹又不會使簧 片在變形時互相干涉，結構比較緊湊。


圖1是本發明交叉簧片轉動型柔性鉸鏈的結構圖。
圖1A是本發明交叉簧片轉動型柔性鉸鏈的分解示圖。 圖1B是本發明交叉簧片轉動型柔性鉸鏈的主視圖。 圖2是本發明上部，莫塊的A向視圖。 圖3是本發明A連接，莫塊的分解示圖。 圖4是本發明B連接模塊的分解示圖。
圖5是本發明C連接模塊的分解示圖。
圖中l.上部模塊ioi.上引導剛體102.A簧片103.B簧片
104.A連接塊105.B連接塊151.左側面152.右側面2.下部模塊
201.下引導剛體202.C簧片203.D簧片204.C連接塊205.D連接塊
251.左側面252.右側面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
下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。
參見圖l、圖1A所示，本發明是一種具有大變形高精度的交叉簧片轉動型柔性 鉸鏈，該轉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的內側與C簧片202內側通過C連接模塊5連接。 所述上部模塊1和下部模塊2結構相同。
本發明柔性鉸鏈，下部模塊2作為基座，在上部模塊1 (上部模塊1的上引導鋼 體101用於安裝載體)上施加載荷時，本發明鉸鏈將繞著轉軸線旋轉，轉動角度可
達到icr以上，故稱為大變形。在變形達到icr時轉軸線的漂移僅在io戶以下， 故鉸鏈轉動時的精度較髙。
參見圖1、圖1A、圖1B所示，在本發明中，上部模塊1採用線切割技術一體 化加工有上引導剛體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設置在上引導剛體101的兩側。A簧片102與B簧片103 從主視面上看為相互平行。
A簧片102的一端設置在上引導剛體101上，A簧片102的另一端設置有A 連接塊104， A連接塊104的一側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的一端設置在上引導剛體101上，B簧片103的另一端設置有B 連接塊105， B連接塊105的兩個側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 明柔性鉸鏈A向視圖下的交點。
在本發明中，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，在本發明中，下部模塊2採用線切割技術一體 化加工有下引導剛體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設置在下引導剛體201的兩側。C簧片202的一端設置 在下引導剛體201上，C簧片202的另一端設置有C連接塊204， C連接塊204 的一側面上加工有螺紋孔；D簧片203的一端設置在下引導剛體201上，D簧片
203的另一端設置有D連接塊205,D連接塊205的兩個側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的一端設置在下引導剛體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的一端設置在下引導剛體201上，D簧片203的另一端設置有D 連接塊205， D連接塊205的兩個側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實現將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的配合能夠實現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 夠實現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。
在本發明中，A連接模塊3的連接板301上設置A凸臺302、 B凸臺303有利 於上部模塊1、下部模塊2在轉動變形過程中，避免A連接板301與D簧片203、 A簧片102之間發生接觸而影響轉動精度。分別在A凸臺302、 B凸臺303上設置 螺紋孔，採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 的兩端分別設有E凸臺402、 F凸臺403, E凸臺402上開有螺紋孔，F凸臺403 上開有螺紋孔，螺釘與螺紋孔的配合能夠實現將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的配合能夠實現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。
在本發明中，B連接模塊4的連接板401上設置E凸臺402、 F凸臺403有利 於上部模塊l、下部模塊2在轉動變形過程中，避免B連接板401與C簧片202、 B簧片103之間發生接觸而影響轉動精度。分別在E凸臺402、 F凸臺403上設置 螺紋孔，採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實現將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的配合能夠實現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 夠實現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。
在本發明中，C連接模塊5的連接板501上設置C凸臺502、 D凸臺503有 利於上部模塊1、下部模塊2在轉動變形過程中，避免C連接板501與D簧片203、 B簧片103之間發生接觸而影響轉動精度，同時C連接模塊5能夠在裝配豎直平面 22 (圖2)內實現上部模塊l、下部模塊2的旋轉對稱。分別在C凸臺502、 D凸 臺503上設置螺紋孔，採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。
在本發明中，為了減小鉸鏈的重量，在上引導剛體101、下引導剛體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 提高結構的固有頻率。
在材料選擇上，本發明的柔性鉸鏈可以使用鈹青銅、鈦合金、不鏽鋼以及鋁合金 加工，首選鋁合金。
權利要求
1、一種交叉簧片轉動型柔性鉸鏈，其特徵在於該轉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)的內側與C簧片(202)內側通過C連接模塊(5)連接；所述上部模塊(1)和下部模塊(2)結構相同；上部模塊(1)採用線切割技術一體化加工有上引導剛體(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)設置在上引導剛體(101)的兩側；A簧片(102)的一端設置在上引導剛體(101)上，A簧片(102)的另一端設置有A連接塊(104)，A連接塊(104)的一側面上加工有螺紋孔；B簧片(103)的一端設置在上引導剛體(101)上，B簧片(103)的另一端設置有B連接塊(105)，B連接塊(105)的兩個側面上分別加工有螺紋孔；下部模塊(2)採用線切割技術一體化加工有下引導剛體(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)設置在下引導剛體(201)的兩側；C簧片(202)的一端設置在下引導剛體(201)上，C簧片(202)的另一端設置有C連接塊(204)，C連接塊(204)的一側面上加工有螺紋孔；D簧片(203)的一端設置在下引導剛體(201)上，D簧片(203)的另一端設置有D連接塊(205)，D連接塊(205)的兩個側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)的兩端分別設有E凸臺(402)、F凸臺(403)，E凸臺(402)上開有螺紋孔，F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、 根據權利要求1所述的交叉簧片轉動型柔性鉸鏈，其特徵在於下部模塊(2) 作為基座，上部，莫塊(1)作為施加載荷平面。
3、 根據權利要求1所述的交叉簧片轉動型柔性鉸鏈，其特徵在於上部模塊(1) 中的A簧片(102)與B簧片(103)從主視面上看為相互平行。
4、 根據權利要求1所述的交叉簧片轉動型柔性鉸鏈，其特徵在於下部模塊(2) 中的C簧片(202)與D簧片(203)從主視面上看為相互平行。
5、 根據權利要求1所述的交叉簧片轉動型柔性鉸鏈，其特徵在於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、 根據權利要求1所述的交叉簧片轉動型柔性鉸鏈，其特徵在於上部模塊(1) 中的A簧片(102)與B簧片(103)在空間上存在夾角/ =60 120° 。
7、 根據權利要求1所述的交叉簧片轉動型柔性鉸鏈，其特徵在於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
本發明公開了一種交叉簧片轉動型柔性鉸鏈，該轉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)的內側與C簧片(202)內側通過C連接模塊(5)連接；所述上部模塊(1)和下部模塊(2)結構相同。本發明交叉簧片轉動型柔性鉸鏈通過多簧片在空間交叉但並不在交叉點處固定的設計，鉸鏈的內應力減小，壽命提高。本發明鉸鏈將繞著轉軸線旋轉，轉動角度可達到10°以上，故稱為大變形。在變形達到10°時轉軸線的漂移僅在10μm以下，故鉸鏈轉動時的精度較高。
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 優先權日2008年10月27日
發明者于靖軍, 畢樹生, 趙宏哲 申請人:北京航空航天大學