CN107401558B - 一种梳状阻尼结构缺口型柔顺铰链 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种梳状阻尼结构缺口型柔顺铰链，包括左侧铰链连接端、缺口铰链、左侧梳状结构、粘弹性阻尼材料层、右侧梳状结构、右侧侧铰链连接端；左侧梳状结构的一端固定在缺口铰链的缺口左侧侧壁上；左侧梳状结构的一端固定在缺口铰链的缺口左侧侧壁上；左侧梳状结构以平行等距间隙，沿缺口铰链的缺口从左至右延伸；右侧梳状结构的一端固定在缺口铰链的缺口右侧侧壁上；右侧梳状结构以平行等距间隙，沿缺口铰链的缺口从右至左延伸；本柔顺铰链满足柔顺铰链的刚度、转动精度和转动角度的要求；技术手段简单易行，利用粘弹性阻尼材料的耗能效应，实现对柔顺铰链的振动抑制。
Description
技术领域
本发明涉及精密定位、精密测量以及精密制造等精密装备技术领域中的柔顺铰链，尤其涉及一种梳状阻尼结构缺口型柔顺铰链。
背景技术
精密装备技术领域对于定位精度要求达到微纳米级别，在这样定位精度的要求下，传统刚性机构本身需要通过运动副来传递力或运动的特性就成了进一步提高定位精度的障碍。这样的原因是：1、运动副在加工过程中会存在一定的加工误差，从而导致运动副间隙的产生；2、运动副在传递力或运动的过程中会不断的相互摩擦，会导致运动副的磨损；3、在微小尺度下时，运动副不易装配。而柔顺机构因其利用自身形变来传递或转换力的传动方式，很快在精密装备领域得到迅猛发展。柔顺铰链又是柔顺机构的关键部分。常见的柔顺铰链一般是缺口型柔顺铰链，包括正圆型柔顺铰链、角圆型柔顺铰链、椭圆型柔顺铰链、叶型柔顺铰链等。与传统的刚性铰链相比具有以下优点：首先，柔顺铰链利用自身的形变来传递或转换力，无需装配，从而使其结构更加紧凑；其次，柔顺铰链没有传统的刚性铰链的运动副，也就消除了刚性铰链的运动副的间隙和磨损，从而使其定位精密更高。基于柔顺铰链的上述优点，其在精密定位、精密测量以及精密制造，如微夹钳，桥式放大机构，3RRR精密定位平台，原子力显微镜等精密装备技术领域得到广泛的应用。但柔顺铰链自身的结构阻尼很小，几乎可以忽略不计，这使得柔顺铰链不能对精密装备中由于高频激励产生的残余震颤起到较好的抑制作用。
为解决这一问题，人们常采用给柔顺铰链增加结构阻尼的方式来改善其动态性能。增加结构阻尼的方式有多种，常用的一种是在柔顺铰链表面附加一层粘弹性阻尼材料(粘弹性阻尼材料是高分子聚合物和各种添加剂的复合体系，可通过自身的挤压、剪切、弯曲变形将能量以热能的方式耗散掉，亦称其具有阻尼特性)。如目前市场上出现的一种U形柔顺铰链，在铰链上粘贴上粘弹性阻尼材料的方式来增加结构阻尼。但这种方式并不适用其他类型的缺口型柔顺铰链。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种梳状阻尼结构缺口型柔顺铰链。本发明在缺口型柔顺铰链的缺口处增加梳状结构，不影响原缺口型柔顺铰链的适用范围；本发明在满足柔顺铰链刚度、转动精度和转动角度的要求下，利用粘弹性阻尼材料的阻尼特性，进一步增加柔顺铰链的结构阻尼。
本发明通过下述技术方案实现：
一种梳状阻尼结构缺口型柔顺铰链，包括左侧铰链连接端1、缺口铰链2、左侧梳状结构3、粘弹性阻尼材料层4、右侧梳状结构5、右侧侧铰链连接端6；
所述左侧梳状结构3的一端固定在缺口铰链2的缺口左侧侧壁上；左侧梳状结构3以平行等距间隙，沿缺口铰链2的缺口从左至右延伸；
所述右侧梳状结构5的一端固定在缺口铰链2的缺口右侧侧壁上；右侧梳状结构5以平行等距间隙，沿缺口铰链2的缺口从右至左延伸；
所述左侧梳状结构3和右侧梳状结构5分别于缺口铰链2上下对称分布；
所述粘弹性阻尼材料层4填充于左侧梳状结构3与右侧梳状结构5之间；
左侧铰链连接端1和右侧铰链连接端6均可作为输入或者输出端，当其中一端有力的输入，产生位移输出时，缺口铰链2就会发生变形；此时，因左侧梳状结构3、右侧梳状结构5分别固定在缺口铰链2的不同侧，左侧梳状结构3和右侧梳状结构5之间会产生相对运动，使位于左侧梳状结构3和右侧梳状结构5之间的粘弹性阻尼材料层4产生剪切变形。
所述左侧梳状结构3、右侧梳状结构5、粘弹性阻尼材料层4作为一个单元阵列，它们沿缺口铰链2由前至后交错排布。
所述缺口铰链2为正圆型柔顺铰链。所述缺口铰链2也可以为叶型柔顺铰链。
所述缺口铰链2内也填充有粘弹性阻尼材料层4。
所述粘弹性阻尼材料层4仅填充于左侧梳状结构3和右侧梳状结构5之间。
所述左侧铰链连接端1、缺口铰链2、左侧梳状结构3、右侧梳状结构5和右侧侧铰链连接端6为一体化结构。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
当缺口型柔顺铰链因受外力而变形时：
(1)因左侧梳状结构、右侧梳状结构分别固定在缺口型柔顺铰链的缺口的不同侧，左侧梳状结构和右侧梳状结构之间会产生相对运动；
(2)左侧梳状结构与粘弹性阻尼材料以及右侧梳状结构与粘弹性材料之间通过粘弹性阻尼材料自身的粘附性连接起来，保证了左侧梳状结构与粘弹性阻尼材料之间以及右侧梳状结构与粘弹性阻尼材料之间不会产生相对位移，或产生的相对位移很微小可以忽略不计；
(3)左侧梳状结构和右侧梳状结构之间的相对运动，会而带动位于左侧梳状结构和右侧梳状结构之间的粘弹性阻尼材料产生剪切变形；
(4)左侧梳状结构、右侧梳状结构与缺口型柔顺铰链的缺口保持的固定间隙，保证了左侧梳状结构、右侧梳状结构不会与缺口型柔顺铰链接触；
(5)左侧梳状结构与缺口型柔顺铰链之间以及右侧梳状结构与缺口型柔顺铰链保持的固定间隙会产生变化，从而使位于左侧梳状结构与缺口型柔顺铰链以及右侧梳状结构与缺口型柔顺铰链之间的粘弹性阻尼材料产生挤压变形。
粘弹性阻尼材料的挤压和剪切变形导致粘弹性阻尼材料的内部摩擦，利用粘弹性阻尼材料的耗能效应，实现对柔顺铰链的振动抑制。
综上所述，本发明在缺口型柔顺铰链的缺口处增加梳状结构，不影响原缺口型柔顺铰链的适用范围；
结构简单易行，便与加工、实施。
有效的提高了缺口型柔顺铰链的结构阻尼，达到了振动抑制的效果。
缺口型柔顺铰链的结构阻尼参数化，对振动抑制达到更精准的控制。
附图说明
图1是本发明实施例1的立体结构示意图一。
图2是图1的俯视结构示意图。
图3是实施例1的立体结构示意图二。
图4是图3的俯视结构示意图。
图5是本发明实施例2的立体结构示意图。
图6是图5的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例1
如图1至4所示。本发明公开了一种梳状阻尼结构缺口型柔顺铰链，其特征在于：包括左侧铰链连接端1、缺口铰链2、左侧梳状结构3、粘弹性阻尼材料层4、右侧梳状结构5、右侧侧铰链连接端6；
所述左侧梳状结构3的一端固定在缺口铰链2的缺口左侧侧壁上；左侧梳状结构3以平行等距间隙，沿缺口铰链2的缺口从左至右延伸；
所述右侧梳状结构5的一端固定在缺口铰链2的缺口右侧侧壁上；右侧梳状结构5以平行等距间隙，沿缺口铰链2的缺口从右至左延伸；
所述左侧梳状结构3和右侧梳状结构5分别于缺口铰链2上下对称分布；
所述粘弹性阻尼材料层4填充于左侧梳状结构3与右侧梳状结构5之间；
左侧铰链连接端1和右侧铰链连接端6均可作为输入或者输出端(视所连接的机构工作情况而定)，当其中一端有力的输入，产生位移输出时，缺口铰链2就会发生变形；此时，因左侧梳状结构3、右侧梳状结构5分别固定在缺口铰链2的不同侧，左侧梳状结构3和右侧梳状结构5之间会产生相对运动，使位于左侧梳状结构3和右侧梳状结构5之间的粘弹性阻尼材料层4产生剪切变形。
所述左侧梳状结构3、右侧梳状结构5、粘弹性阻尼材料层4作为一个单元阵列，它们沿缺口铰链2由前至后交错排布。
所述缺口铰链2为正圆型柔顺铰链。
所述缺口铰链2内也填充有粘弹性阻尼材料层4。
所述左侧铰链连接端1、缺口铰链2、左侧梳状结构3、右侧梳状结构5和右侧侧铰链连接端6为一体化结构。
左侧梳状结构3和右侧梳状结构5依靠粘弹性阻尼材料层4自身的粘附性连接起来，使左侧梳状结构3、右侧梳状结构5和粘弹性阻尼材料层4之间不会产生相对位移，或产生的相对位移很微小可以忽略不计。
左侧梳状结构3、右侧梳状结构5与缺口铰链2保持的固定间隙，保证了左侧梳状结构3、右侧梳状结构5不会与缺口铰链2接触。
左侧梳状结构3和缺口铰链2以及右侧梳状结构5和缺口铰链2之间的粘弹性阻尼材料层4会产生挤压变形。
粘弹性阻尼材料层4的剪切、挤压变形导致粘弹性阻尼材料的内部摩擦，造成能量损耗，实现对柔顺铰链的振动抑制。
由图3和图4所示；可以通过：
(1)调整梳状结构的厚度h1、左侧梳状结构3的宽度t3、右侧梳状结构的宽度t1以及粘弹性阻尼材料层4的宽度t2来调整粘弹性阻尼材料的剪切变形；
(2)调整梳状结构和缺口铰链2的间隙h2来调整位于左侧梳状结构3和缺口铰链2以及右侧梳状结构5和缺口铰链2之间粘弹性阻尼材料层4的挤压变形。本实例适用于柔顺铰链高频颤振程度较高，对结构阻尼要求比较高的情况。
实施例2
如图5、图6所示。本实施例除下述特征之外，其他特征与实施例1相同。
所述缺口铰链2为叶型柔顺铰链。
所述粘弹性阻尼材料层4仅填充于左侧梳状结构3和右侧梳状结构5之间。
本实例的粘弹性阻尼材料层4仅填充于左侧梳状结构3和右侧梳状结构5之间。其对原缺口型柔顺铰链的刚度、转动精度和转动角度的影响更小。本实例适用于大变形，大阻尼情况下。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种梳状阻尼结构缺口型柔顺铰链，其特征在于：包括左侧铰链连接端(1)、缺口铰链(2)、左侧梳状结构(3)、粘弹性阻尼材料层(4)、右侧梳状结构(5)、右侧铰链连接端(6)；
所述左侧梳状结构(3)的一端固定在缺口铰链(2)的缺口左侧侧壁上；左侧梳状结构(3)以平行等距间隙，沿缺口铰链(2)的缺口从左至右延伸；
所述右侧梳状结构(5)的一端固定在缺口铰链(2)的缺口右侧壁上；右侧梳状结构(5)以平行等距间隙，沿缺口铰链(2)的缺口从右至左延伸；
所述左侧梳状结构(3)和右侧梳状结构(5)分别于缺口铰链(2)上下对称分布；
所述粘弹性阻尼材料层(4)填充于左侧梳状结构(3)与右侧梳状结构(5)之间；
左侧铰链连接端(1)和右侧铰链连接端(6)均可作为输入或者输出端，当其中一端有力的输入，产生位移输出时，缺口铰链(2)就会发生变形；此时，因左侧梳状结构(3)、右侧梳状结构(5)分别固定在缺口铰链(2)的不同侧，左侧梳状结构(3)和右侧梳状结构(5)之间会产生相对运动，使位于左侧梳状结构(3)和右侧梳状结构(5)之间的粘弹性阻尼材料层(4)产生剪切变形；
所述左侧梳状结构(3)、右侧梳状结构(5)、粘弹性阻尼材料层(4)作为一个单元阵列，它们沿缺口铰链(2)由前至后交错排布；
所述缺口铰链(2)的缺口形状为正圆型柔顺铰链或者叶型柔顺铰链；
所述左侧铰链连接端(1)、缺口铰链(2)、左侧梳状结构(3)、右侧梳状结构(5)和右侧铰链连接端(6)为一体化结构；
所述左侧铰链连接端(1)和右侧铰链连接端(6)的表面为平面，其截面形状为矩形结构；
所述左侧梳状结构(3)的宽度＜粘弹性阻尼材料层(4)的宽度。
2.根据权利要求1所述梳状阻尼结构缺口型柔顺铰链，其特征在于：所述缺口铰链(2)内也填充有粘弹性阻尼材料层(4)。
3.根据权利要求1所述梳状阻尼结构缺口型柔顺铰链，其特征在于：所述粘弹性阻尼材料层(4)仅填充于左侧梳状结构(3)和右侧梳状结构(5)之间。
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