CN103256294A

CN103256294A - 一种金属橡胶填充的新型橡胶柔性铰链

Info

Publication number: CN103256294A
Application number: CN2013101883017A
Authority: CN
Inventors: 刘旺玉; 罗远强; 陈伟; 钟欢
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-05-20
Also published as: CN103256294B

Abstract

本发明公开了一种金属橡胶填充的新型橡胶柔性铰链，包括橡胶体和金属橡胶填料；橡胶体为一体化橡胶材料制成，橡胶体由上下两端的圆柱形连接体和位于两连接体之间的双圆弧结构组成；上端圆柱形连接体和双圆弧结构的中部设有空腔体，空腔垂直于上下两端的圆柱形连接体，空腔体的高度从上底面贯穿双圆弧结构，空腔体的长度为距离双圆弧结构底部或顶部边缘5-15厘米；空腔体的宽度为双圆弧体中部宽度的70-80%，空腔体内填充金属橡胶填料，金属橡胶填料是由若干根盘绕成螺旋状的金属丝缠绕叠加挤压成的网格状结构体。该新型橡胶柔性铰链在保持了转动方向的高弹性的同时，还增强了压缩方向的刚度。

Description

一种金属橡胶填充的新型橡胶柔性铰链

技术领域

本发明涉及一种柔性铰链，特别涉及一种金属橡胶填充的新型橡胶柔性铰链。

背景技术

目前，柔性铰链已成为一种在精密机械中广泛应用的新型铰链形式，现今应用较多的材料有弹簧钢65Mn，有时也采用钛、铍铜等金属材料。但是，随着科技的不断发展，传统柔性铰链的运动范围已不能满足要求，大变形柔性铰链成为当今研究的热点之一。大变形柔性铰链可由弹性较大的橡胶材料制成，但其刚度得不到保证。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种既保持了转动方向的高弹性，实现大变形，还增强了压缩方向的刚度的金属橡胶填充的新型橡胶柔性铰链。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属橡胶填充的新型橡胶柔性铰链，包括橡胶体和金属橡胶填料；橡胶体为一体化橡胶材料制成，橡胶体由上下两端的圆柱形连接体和位于两连接体之间的双圆弧结构组成；双圆弧结构左右两侧为圆弧形，圆弧形由上下两端向中间变窄；上端圆柱形连接体和双圆弧结构的中部设有空腔体，空腔垂直于上下两端的圆柱形连接体，空腔体的高度从上底面贯穿双圆弧结构，空腔体的长度为距离双圆弧结构底部或顶部边缘5-15厘米；空腔体的宽度为双圆弧体中部宽度的70-80%，空腔体内填充金属橡胶填料，金属橡胶填料是由若干根盘绕成螺旋状的金属丝缠绕叠加挤压成的网格状结构体。

进一步地，所述金属橡胶填料按最小相对密度排列，填充入柔性铰链橡胶体中；所述金属橡胶填料的最小相对密度为

{\overset{&OverBar;}{ρ}}_{\min} = \frac{d_{S}^{2}}{D_{L}^{2} \sin α}

其中，d_S为金属丝的丝径，单位mm；D_L为螺旋状的直径，单位mm；α为螺旋卷轴线方向与载荷方向的夹角，单位rad。

所述金属橡胶填料按最大相对密度排列，填充入柔性铰链橡胶体中，所述相对密度=金属橡胶填料密度/金属丝材密度；最大相对密度

为0.30-0.40。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

与传统使用金属材料的柔性铰链相比，该新型橡胶柔性铰链能够实现较大的变形，满足一些特殊场合的运动要求；与一般的纯橡胶柔性铰链相比，该新型橡胶柔性铰链在保持了转动方向的高弹性的同时，还增强了压缩方向的刚度。通过适当选择金属橡胶材料的丝径、丝材、螺旋径、密度等因素，填充入橡胶柔性铰链中，可以对其空间三个方向的弹性模量进行设计，以满足各种不同场合的运动要求。

附图说明

图1为金属橡胶填充的新型橡胶柔性铰链的立体示意图；

图2为金属橡胶填充的新型橡胶柔性铰链的正面剖面图；

图3为金属橡胶材料按最小相对密度排列的平面示意图；

图4为金属橡胶材料按最小相对密度排列的三维模型示意图；

图5为金属橡胶材料按最大相对密度排列的平面示意图；

图6为金属橡胶材料按最大相对密度排列的三维模型示意图。

图中示出：橡胶体1、金属橡胶填料2。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步说明，但是本发明的实施方式不限于此。

如图1、2所示，一种金属橡胶填充的新型橡胶柔性铰链，包括橡胶体1和金属橡胶填料2；橡胶体1为一体化橡胶材料制成，橡胶体1由上下两端的圆柱形连接体和位于两连接体之间的双圆弧结构组成；双圆弧结构左右两侧为圆弧形，圆弧形由上下两端向中间变窄；上端圆柱形连接体和双圆弧结构的中部设有空腔体，空腔垂直于上下两端的圆柱形连接体，空腔体的高度从上底面贯穿双圆弧结构，空腔体的长度为距离双圆弧结构底部或顶部边缘5-15厘米；空腔体的宽度为双圆弧体中部宽度的70-80%，即在双圆弧体最窄的中部两边各留有10-15%的宽度作为壁厚；空腔体内填充金属橡胶填料2，金属橡胶填料2是由若干根盘绕成螺旋状的金属丝缠绕叠加挤压成的网格状结构体。通过适当选择其丝径、丝材、螺旋径、密度等因素，可以对其空间三个方向的弹性模量进行设计，以满足各种不同场合的运动要求。

由加工工艺可知，在结构不改变的前提下，金属橡胶填料2具有最小相对密度和最大相对密度（相对密度=金属橡胶填料密度/金属丝材密度）。最小密度

为金属丝拉伸编织工艺后的相对密度，即毛坯的相对密度，如图3和图4所示，毛坯以各个接触对之间都按拉伸工艺状态后的螺旋卷均匀地分布，此时初始状态螺旋卷都为未接触状态。根据拉伸后的螺旋状的结构，可得金属橡胶填料2最小相对密度

{\overset{&OverBar;}{ρ}}_{\min} = \frac{d_{S}^{2}}{D_{L}^{2} \sin α}

其中，d_S为金属丝的丝径（mm）；D_L为螺旋卷的直径（mm）；α为螺旋卷轴线方向与载荷方向的夹角（rad）。

金属橡胶填料2按最小相对密度排列，整体结构比较疏松，填充入柔性铰链橡胶体1中，可以获得较小的弹性模量，用于要求一定的刚度且变形量较大的场合，具体的数值可以通过适当选择其丝径、丝材、螺旋径、密度等因素来进行设计。

最大密度为螺旋卷工艺成型的最大相对密度

或者考虑弹性范围内，螺旋卷无弹性变形空间下的相对密度，如图5和图6所示。根据大量的成型试验和经验，

在0.30-0.40之间。金属橡胶填料2按最大相对密度排列，整体结构比较紧密，填充入柔性铰链橡胶体1中，可以获得较大的弹性模量，用于要求较大刚度且变形量较小的场合，具体的数值可以通过适当选择其丝径、丝材、螺旋径、密度等因素来进行设计。

本实施方式所述柔性铰链采用的是最常见的双圆弧型结构，两端连接部分是圆柱形的，也可以是传统的长方体形，都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种金属橡胶填充的新型橡胶柔性铰链，其特征在于：包括橡胶体和金属橡胶填料；橡胶体为一体化橡胶材料制成，橡胶体由上下两端的圆柱形连接体和位于两连接体之间的双圆弧结构组成；双圆弧结构左右两侧为圆弧形，圆弧形由上下两端向中间变窄；上端圆柱形连接体和双圆弧结构的中部设有空腔体，空腔垂直于上下两端的圆柱形连接体，空腔体的高度从上底面贯穿双圆弧结构，空腔体的长度为距离双圆弧结构底部或顶部边缘5-15厘米；空腔体的宽度为双圆弧体中部宽度的70-80%，空腔体内填充金属橡胶填料，金属橡胶填料是由若干根盘绕成螺旋状的金属丝缠绕叠加挤压成的网格状结构体。

2.根据权利要求1所述的金属橡胶填充的新型橡胶柔性铰链，其特征在于：所述金属橡胶填料按最小相对密度排列，填充入柔性铰链橡胶体中；所述金属橡胶填料的最小相对密度为

{\overset{&OverBar;}{ρ}}_{\min} = \frac{d_{S}^{2}}{D_{L}^{2} \sin α}

3.根据权利要求1所述的金属橡胶填充的新型橡胶柔性铰链，其特征在于：所述金属橡胶填料按最大相对密度排列，填充入柔性铰链橡胶体中，所述相对密度=金属橡胶填料密度/金属丝材密度；最大相对密度

为0.30-0.40。