CN103912573B - 可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构，包括若干个柔性铰链、动块、静态框架和压电陶瓷；所述的柔性铰链至少4个，分为两组，两两相对，对称分布；柔性铰链的两端分别连接动块和静态框架；所述的压电陶瓷位于动块和静态框架的中轴线上，其安装在动块和静态框架之间，动块在柔性铰链的支撑下由压电陶瓷驱动作往复运动；本发明提出可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构易于安装和拆卸，便于调整和更换；设计合理、结构紧凑、固定牢靠、方便实用；用于超精密微动结构或装置。

Description

可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构
技术领域
本发明涉及一种用于超精密微动结构或装置的可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构。
背景技术
宏微复合运动平台中的超精密微动平台或快刀伺服器中的刀架里都有柔性铰链结构，利用材料的弹性变形来实现平台的微动。一般柔性铰链与微动平台和静态支撑结构一体。通常在一块整体材料中通过线切割加工出上述三部分，结构简单紧凑。由于需要通过柔性铰链发生弹性变形来实现微动平台运动的功能，因此柔性铰链是上述三部分中最重要的部分。
柔性铰链与微动平台和静态支撑结构一体加工而成，导致的问题是柔性铰链不可以单独更换，如果需要改变柔性铰链的性能和参数，如改变几何尺寸或更换材料，就要整个结构都重新加工，不可能仅仅局部更换柔性铰链，造成材料浪费和加工时间周期过长。如果将柔性铰链、微动平台和静态支撑结构独立加工，用普通螺钉紧固的装配方法将几个零件组合起来，存在装配件体积大和装配精度低等问题。可靠性和稳定性也存在隐患。
发明内容
针对整体加工的柔性铰链和普通螺钉紧固的装配体柔性铰链的问题，本发明的目的在于提供一种安装方便，可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构。本发明设计合理，方便实用。
本发明提供的一种可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构，包括若干个柔性铰链1、动块7、静态框架13和压电陶瓷14；所述的柔性铰链1至少4个，分为两组，两两相对，对称分布；柔性铰链1的两端分别连接动块7和静态框架13；所述的压电陶瓷14位于动块7和静态框架13的中轴线上，其安装在动块7和静态框架13之间，动块7在柔性铰链1的支撑下由压电陶瓷14驱动作往复运动。
上述柔性铰链1的截面呈Z形，包括主杆部、直线颈部5、凸台2和铰链部，主杆部的两端是与其垂直且呈镜像结构对称的直线颈部5，直线颈部5的末端是凸台2，在主杆部上切割的至少2对主杆凹弧6是铰链部；直线颈部5上至少有两个柔性铰链通孔15；所述的动块7和静态框架13上各至少有4个凹槽8，凹槽8包括凹弧9和直线壁11，柔性铰链1中的凸台2分别镶嵌在动块7和静态框架13的凹弧9中，柔性铰链1中的直线颈部5分别镶嵌在动块7和静态框架13的直线壁11中；柔性铰链1与动块7以及静态框架13通过螺栓4紧固。
所述的柔性铰链1为4个，呈“工”字形布局安装。
所述凸台2外表面的圆弧轮廓是凸弧3，其直径大于直线颈部5的宽度。
所述的主杆部的宽度大于铰链部的宽度。
所述柔性铰链1中的凸台2与动块7和静态框架13的凹弧9为过渡配合。
所述动块和静态框架上有通孔和螺纹孔，其与柔性铰链通孔位置相对应，动块和静态框架上的通孔、螺纹孔及柔性铰链通孔三孔同心，动块和静态框架上的螺纹孔与螺栓连接。
本发明的技术方案是：将拟装配在一起的柔性铰链1、动块7和静态框架13通过数控线切割的方法分别单独加工成形。柔性铰链1的两端分别连接动块7和静态框架13。柔性铰链1的两端为直线颈部5和凸台2结构，动块7和静态框架13的连接处为相应的凹槽8结构，直线颈部5和凸台2镶嵌进凹槽8中，再通过螺栓4使凹槽8变形，将直线颈部5和凸台2包裹固定，形成整体的微动平台或快刀伺服刀架。在动块7和静态框架13之间安装压电陶瓷14或音圈电机，通电后提供动力使动块7移动，几个对称分布的柔性铰链1产生弹性变形，确保动块7能够相对于静态框架13平动。
上述螺栓4使动块7和静态框架13的凹槽8变形，将柔性铰链1的直线颈部5和凸台2包裹并夹紧，使柔性铰链1与动块7以及静态框架13装配成一体。
上述柔性铰链1中的主杆部上由切割制成的较窄部位2对主杆凹弧6构成铰链部，主杆部宽度大于铰链部宽度，弹性变形发生在铰链部位。
上述柔性铰链１的截面呈Z形，两端为镜像结构，主杆部的两端是直线颈部5和凸台2。柔性铰链１的一端与动块7的凹槽8镶嵌，另一端与静态框架的凹槽8镶嵌。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
1）本发明的柔性铰链、动块和静态框架可以分别通过数控线切割加工成形，然后装配在一起；各元件的材料可以各不相同，能够充分满足各元件对各自材料的需求。特别是柔性铰链易于安装和拆卸，便于单独更换；以满足实际使用过程中对柔性铰的形状、尺寸、材料、刚度、固有频率等参数进行调整的需求。
2）柔性铰链的凸台的凸弧被动块或静态框架凹槽内部的凹弧所包裹；从而实现柔性铰链与动块以及静态框架装配时的准确定位。
3）动块或静态框架凹槽上直线壁与柔性铰链的直线颈部对齐并可施加夹紧力，从而将柔性铰链固定。
4）本发明中，通过螺栓使动块或静态框架上的凹槽槽宽变窄，凹弧变形，包裹并夹紧柔性铰链的直线颈部和凸台，使柔性铰链与动块以及静态框架装配成一体。
5）松开螺栓可以拆下柔性铰链，实现柔性铰链的单独和常规更换。
本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用，安装方便，更换容易的可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构。
附图说明
图1是本发明装置的可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构示意图。
图2是本发明装置的动块和静态框架示意图。
图3是本发明装置的可更换的柔性铰链示意图。
其中:
1柔性铰链，2凸台，3凸弧，4螺栓，5直线颈部，6主杆凹弧，7动块，8凹槽，9凹弧，10螺纹孔，11直线壁，12通孔，13静态框架，14压电陶瓷，15柔性铰链通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步地详细说明：
本发明的结构示意图如图1、2所示，本发明的可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构，包括有四个柔性铰链1、动块7、压电陶瓷14、静态框架13，其中柔性铰链1对称安装在动块7两侧，其另一端与静态框架13连接。压电陶瓷14安装在动块7和静态框架13的中轴线位置上，一端与动块7连接，另一端与静态框架13的后梁连接。动块7在柔性铰链1的支撑下能随压电陶瓷14的驱动相对于静态框架13作往复运动。
所述柔性铰链1的截面呈Z形，柔性铰链1的两端各有镜像结构对称的直线颈部5和凸台2，直线颈部5和凸台2分别装配在动块7和静态框架13的凹槽8中，且通过螺栓4使动块7和静态框架13所设的凹槽8包裹并夹紧柔性铰链1的凸台2和直线颈部5，使柔性铰链1与动块7以及静态框架13装配成一体；所述的动块7和静态框架13上各有4个凹槽8，凹槽8包括凹弧9和直线壁11，柔性铰链1中的凸台2分别镶嵌在动块7和静态框架13的凹弧9中，柔性铰链1中的直线颈部5分别镶嵌在动块7和静态框架13的直线壁11中；柔性铰链1与动块7以及静态框架13通过螺栓4紧固。所述柔性铰链1中的凸台2与动块7和静态框架13的凹弧9为过渡配合；本实施例中，螺栓4为长螺栓。
所述柔性铰链１中凸台２外表面的圆弧轮廓即是凸弧3，直线颈部5的宽度小于凸弧3的圆弧轮廓直径。
所述柔性铰链1有四件，共八个直线颈部5和凸台2。动块７相应设有四个与柔性铰链１一端所设四个直线颈部5和凸台２相对应的凹槽８。静态框架13也相应设有与另一端的四个直线颈部5和凸台2相对应的凹槽8。
所述柔性铰链１与动块7镶嵌装配后相对于压电陶瓷14的中轴线对称分布，一边一对，共两对，呈“工”字形布局。柔性铰链1设有通孔15，以便装配时螺栓4穿过。
所述动块7以及静态框架13所设的凹槽8包括凹弧9及直线壁11，其中凹槽的凹弧能紧紧包裹柔性铰链的凸台2，凹槽的直线壁11紧紧夹持柔性铰链1的直线颈部5。动块7以及静态框架13切割形成的凹槽8与柔性铰链1所设的直线颈部5和凸台2相包容，凹槽上的圆弧部到动块7以及静态框架13的外边沿有一段距离最短，螺栓4的作用使距离边沿最短的这段圆弧发生变形，凹槽的圆弧段紧紧包裹柔性铰链1的凸台2，凹槽的直线壁11紧紧夹持柔性铰链1的直线颈部5，使柔性铰链与动块以及静态框架13装配成一体。
所述柔性铰链1的凸弧3是柔性铰链1最外端外表面的一段超过180度的圆弧轮廓；柔性铰链1包括主杆部、直线颈部5、凸台2和铰链部，铰链部的宽度小于主杆部的宽度；零件的受力弹性变形集中在较窄的铰链部，而主杆部无变形。铰链部位的圆弧过度能避免应力集中。
本实施例中，所述柔性铰链1的材料可以与动块7和静态框架13的材料不同，以追求整体效果最佳。使用过程中也可以根据需要仅仅更换柔性铰链而其他零件不变。
本发明的工作原理如下：用不同特性的金属材料分别切割加工出柔性铰链1、动块7和静态框架13，在压电陶瓷14的驱动下，动块7在柔性铰链1的支撑下相对于静态框架13作往复运动。

Claims (5)

1.一种可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构，其特征在于：包括若干个柔性铰链（1）、动块（7）、静态框架（13）和压电陶瓷（14）；所述的柔性铰链（1）至少4个，分为两组，两两相对，对称分布；柔性铰链（1）的两端分别连接动块（7）和静态框架（13）；所述的压电陶瓷（14）位于动块（7）和静态框架（13）的中轴线上，其安装在动块（7）和静态框架（13）之间，动块（7）在柔性铰链（1）的支撑下由压电陶瓷（14）驱动作往复运动；
上述柔性铰链（1）的截面呈Z形，包括主杆部、直线颈部（5）、凸台（2）和铰链部，主杆部的两端是与其垂直且呈镜像结构对称的直线颈部（5），直线颈部（5）的末端是凸台（2），在主杆部上切割的至少2对主杆凹弧（6）是铰链部；直线颈部（5）上至少有两个柔性铰链通孔（15）；所述的动块（7）和静态框架（13）上各至少有4个凹槽（8），凹槽（8）包括凹弧（9）和直线壁（11），柔性铰链（1）中的凸台（2）分别镶嵌在动块（7）和静态框架（13）的凹弧（9）中，柔性铰链（1）中的直线颈部（5）分别镶嵌在动块（7）和静态框架（13）的直线壁（11）中；柔性铰链(1)与动块(7)以及静态框架(13)通过螺栓(4)紧固；所述的柔性铰链(1)为4个，呈“工”字形布局安装。
2.根据权利要求1所述的可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构，其特征在于：所述凸台(2)外表面的圆弧轮廓是凸弧(3)，其直径大于直线颈部(5)的宽度。
3.根据权利要求1所述的可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构，其特征在于：
所述的主杆部的宽度大于铰链部的宽度。
4.根据权利要求1所述的可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构，其特征在于：
所述柔性铰链(1)中的凸台(2)与动块(7)和静态框架(13)的凹弧(9)为过渡配合。
5.根据权利要求1所述的可更换的镶嵌式柔性铰链固定结构，其特征在于：
所述动块和静态框架上有通孔和螺纹孔，其与柔性铰链通孔位置相对应，动块和静态框架上的通孔、螺纹孔及柔性铰链通孔三孔同心，动块和静态框架上的螺纹孔与螺栓连接。
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