CN104006087B - 一种交叉簧片柔性虎克铰 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交叉簧片柔性虎克铰，由外环与设置在外环内部的内环，以及簧片构成；所述外环与内环均包括上中下三层；外环上层前后两侧分别与外环中层前后两侧间、外环下层左右两侧与外环中层左右两侧间、内环上层前后两侧与内环中层前后两侧间、以及内环下层左右两侧与内环中层左右两侧间均通过簧片相连；使位于整体内环与外环同侧的两个簧片间形成X型交叉簧片柔性铰链。由此使内环与外环上层相对下层具有绕空间坐标系纵轴Y转动和绕横轴X转动的2个自由度。本发明的优点为在转动刚度、径向刚度、行程、转动精度上具有良好的综合性能。

Description

一种交叉簧片柔性虎克铰

技术领域

本发明涉及一种虎克铰，属于精密定位领域，具体来说，是一种交叉簧片柔性虎克铰。

背景技术

虎克铰由于其绕相互垂直且相交的轴线有两个独立的转动自由度，被广泛用于各种形式的并联机构中。以传统转动副为转动单元的虎克铰，由于转动副之间的配合间隙大、结构复杂，从而限制了虎克铰在高精密定位领域的应用。以柔性铰链为转动单元的虎克铰，由于柔性铰链由一块弹性材料整体切割而成，其利用材料的弹性变形产生旋转运动，与传统转动单元相比不需装配没有间隙，因此能实现更高的转动精度。现有柔性虎克铰以缺口型居多，簧片型柔性虎克铰屈指可数且在转动刚度、径向刚度、行程、转动精度等综合性能方面有待提高，装配误差大。

发明内容

本发明针对现有柔性虎克铰类型单一，转动刚度、径向刚度、行程、转动精度等综合性能有待提高，装配误差大的问题，提出了一种交叉簧片柔性虎克铰，由外环与设置在外环内部的内环，以及簧片构成。

所述外环包括外环动刚体、外环中间刚体与外环静刚体，分别位于上、中、下三个位置；其中，外环动刚体的前后侧边分别与外环中间刚体的前后侧边间通过簧片A相连；使两个簧片A具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中横轴X转动的自由度。外环静刚体的左右侧边分别与外环中间刚体的左右侧边间通过簧片B相连；使两个簧片B具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中纵轴Y转动的自由度。

所述内环包括内环动刚体，内环中间刚体与内环静刚体，分别位于上、中、下三个位置。其中，内环动刚体的前后侧边分别与内环中间刚体的前后侧边间通过簧片C相连；使两个簧片C具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中横轴X转动的自由度。内环静刚体的左右侧边分别与内环中间刚体的左右侧边间通过簧片D相连；使两个簧片D具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中纵轴Y转动的自由度。

上述位于同侧的簧片A与簧片C间形成X型交叉簧片柔性铰链；位于同侧的簧片B与簧片D间形成X型交叉簧片柔性铰链。

上述内环动刚体与外环动刚体周向间，以及内环静刚体与外环静刚体周向间定位装配，使内环动刚体、内环中间刚体、内环静刚体分别和外环动刚体、外环中间刚体、外环静刚体间形成整体的虎克铰动刚体、虎克铰中间刚体与虎克铰静刚体，形成本发明交叉簧片柔性虎克铰。

对于上述结构交叉簧片柔性虎克铰来说，虎克铰动刚体相对虎克铰静刚体具有绕纵轴Y转动和绕横轴X转动的2个自由度。

本发明的优点在于：

1、本发明的交叉簧片柔性虎克铰，在转动刚度、径向刚度、行程、转动精度上具有良好的综合性能，虎克铰装配误差小、转动精度高。

2、本发明的交叉簧片柔性虎克铰，结构简单，加工便捷，定位准确，装配方便，结构紧凑，重量轻，易于维护，适用于一定转角范围、高精度转动定位领域。

附图说明

图1为本发明交叉簧片柔性虎克铰整体结构示意图；

图2为本发明交叉簧片柔性虎克铰装配图。

图中：

1-外环2-内环3-簧片

4-定位销钉101-外环动刚体102-外环中间刚体

103-外环静刚体201-内环动刚体202-内环中间刚体

203-内环静刚体301-簧片A302-簧片B

303-簧片C304-簧片D

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明交叉簧片柔性虎克铰，由外环1与设置在外环1内部的内环2，以及簧片3构成。

所述外环1包括外环动刚体101、外环中间刚体102与外环静刚体103，分别位于上、中、下三个位置。其中，外环动刚体101的前后侧边分别与外环中间刚体102的前后侧边间通过倾斜设置的簧片3相连，令此连接用簧片103为簧片A301，两个簧片A301倾斜方向相同，且相互对称，使簧片A301具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中横轴X转动的自由度。外环静刚体103的左右侧边分别与外环中间刚体102的左右侧边间通过倾斜设置的簧片3相连，令此连接用簧片3为簧片B302；两个簧片B302倾斜方向相同，且相互对称，使簧片B302具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中纵轴Y转动的自由度。上述外环动刚体101底面与外环中间刚体102顶面间存在间隙，外环中间刚体102底面与外环静刚体103顶面间存在间隙，间隙在各簧片A301与簧片B302不超过其屈服强度的转角范围内尽可能大。

所述内环2与外环1结构类似，包括内环动刚体201，内环中间刚体202与内环静刚体203，分别位于上、中、下三个位置。其中，内环动刚体201的前后侧边分别与内环中间刚体202的前后侧边间通过倾斜设置的簧片3相连，令此连接用簧片3为簧片C303，两个簧片C303倾斜方向相同，且相互对称，使簧片C303具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中横轴X转动的自由度。内环静刚体203的左右侧边分别与内环中间刚体202的左右侧边间通过倾斜设置的簧片3相连，令此连接用簧片3为簧片D304；两个簧片D304倾斜方向相同，且相互对称，使簧片D304具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中纵轴Y转动的自由度。上述内环动刚体201底面与内环中间刚体202顶面间存在间隙，内环中间刚体202底面与内环静刚体203顶面间存在间隙，间隙在簧片C303与簧片D304不超过其屈服强度的转角范围内尽可能大。

上述外环中簧片A301的倾斜方向与内环中簧片C303的倾斜方向相反；外环中簧片B302的倾斜方向与内环中簧片D304倾斜方向相反。位于同侧的簧片A301与簧片C303间具有一定间隙，轴线相互垂直，形成X型交叉簧片柔性铰链。同样，位于同侧的簧片B302与簧片D304间具有一定间隙，轴线相互垂直，形成X型交叉簧片柔性铰链。且位于同侧的簧片A与簧片C轴线的交叉点位于簧片A与簧片C长度的中点；位于同侧的簧片B与簧片D轴线的交叉点位于簧片B与簧片D长度的中点。

上述内环动刚体201与外环动刚体101周向间，以及内环静刚体203与外环静刚体103周向间，通过定位销钉定位装配，实现内环2与外环1间的定位，使内环动刚体201、内环中间刚体202、内环静刚体203分别和外环动刚体101、外环中间刚体102、外环静刚体103间形成整体的虎克铰动刚体、虎克铰中间刚体与虎克铰静刚体，形成本发明交叉簧片柔性虎克铰。

对于上述结构交叉簧片柔性虎克铰来说，虎克铰动刚体相对虎克铰静刚体具有绕纵轴Y转动和绕横轴X转动的2个自由度。通过簧片B302与簧片D304的连接方式，使虎克铰中间刚体相对虎克铰静刚体具有绕纵轴Y转动的1个自由度。通过簧片A301与簧片C303的连接方式，使虎克铰动刚体相对虎克铰中间刚体具有绕横轴X转动的1个自由度。

Claims (4)

1.一种交叉簧片柔性虎克铰，其特征在于：由外环与设置在外环内部的内环，以及簧片构成；

所述外环包括外环动刚体、外环中间刚体与外环静刚体，分别位于上、中、下三个位置；其中，外环动刚体的前后侧边分别与外环中间刚体的前后侧边间通过簧片A相连；使两个簧片A具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中横轴X转动的自由度；外环静刚体的左右侧边分别与外环中间刚体的左右侧边间通过簧片B相连；使两个簧片B具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中纵轴Y转动的自由度；

所述内环包括内环动刚体，内环中间刚体与内环静刚体，分别位于上、中、下三个位置；其中，内环动刚体的前后侧边分别与内环中间刚体的前后侧边间通过的簧片C相连；使两个簧片C具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中横轴X转动的自由度；内环静刚体的左右侧边分别与内环中间刚体的左右侧边间通过的簧片D相连；使两个簧片D具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中纵轴Y转动的自由度；

上述位于同侧的簧片A与簧片C间形成X型交叉簧片柔性铰链；位于同侧的簧片B与簧片D间形成X型交叉簧片柔性铰链；

上述内环动刚体与外环动刚体周向间，以及内环静刚体与外环静刚体周向间定位装配。

2.如权利要求1所述一种交叉簧片柔性虎克铰，其特征在于：所述两个簧片A倾斜方向相同，且相互对称；两个簧片B倾斜方向相同，且相互对称；两个簧片C倾斜方向相同，且相互对称；两个簧片D倾斜方向相同，且相互对称。

3.如权利要求1所述一种交叉簧片柔性虎克铰，其特征在于：位于同侧的簧片A与簧片C轴线的交叉点位于簧片A与簧片C长度的中点；位于同侧的簧片B与簧片D轴线的交叉点位于簧片B与簧片D长度的中点。

4.如权利要求1所述一种交叉簧片柔性虎克铰，其特征在于：所述位于同侧的簧片A与簧片C的轴线相互垂直；位于同侧的簧片B与簧片D的轴线相互垂直。