CN111102446A - 具有均匀力矩刚度的枢轴挠曲 - Google Patents

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Abstract

横梁挠曲枢轴组件包括具有第一弓形构件的第一壳体构件、具有第二弓形构件的第二壳体构件，其中第一弓形构件延伸到第二壳体构件中，并且第二弓形构件延伸到第一壳体构件中。第一梁、第二梁和第三梁在第一方向上延伸，并且第四梁和第五梁在第二方向上延伸，均固定到第一弓形构件和第二弓形构件。第一壳体构件和第二壳体构件的第一轴线、第二轴线和径向轴线形成公共相交点。在第一方向上延伸的梁和在第二方向上延伸的梁的横截面积的总和相等，从而在两个方向上提供相等的线性刚度。围绕第一轴线的总力矩刚度等于围绕第二轴线的总力矩刚度。

Description

具有均匀力矩刚度的枢轴挠曲
技术领域
本公开涉及一种装置，该装置为机构提供支撑并且将围绕轴线的有限旋转传递至该机构，并且更具体地涉及一种横梁挠曲枢轴组件，该横梁挠曲枢轴组件在横梁挠曲枢轴组件的两个部分之间提供有限相对旋转，其中挠曲梁构件连接该两个部分。
背景技术
横梁挠曲枢轴组件是固定并支撑机构并且将围绕径向旋转轴线的明确限定的有限旋转运动传递至机构的装置。横梁挠曲枢轴组件例如用于支撑机构，该机构在机构的整个有限旋转过程中都需要精确指向。横梁挠曲枢轴组件被配置成需要避免摩擦，从而在整个有限旋转过程中获得可靠且可重复的指向。挠曲梁构件连接横梁挠曲枢轴组件的两个部分(该两个部分相对于彼此具有有限旋转)，使得该两个部分不被定位成彼此摩擦接触，以便在可重复平面中提供所支撑机构的精确有限旋转。
横梁枢轴挠曲组件相对于挠曲梁在不同方向上具有不相等的力矩刚度，这例如在维持由横梁挠曲枢轴组件支撑的机构的精确指向方面存在困难。例如，用于支撑机构悬臂负载的横梁挠曲枢轴组件通常使用横梁枢轴挠曲组件的较软方向力矩刚度进行设计，这需要较大或较重的挠曲设计，这会降低精密跟踪系统中的系统指向性能。需要为悬臂负载提供横梁挠曲枢轴组件支撑，使得悬臂负载可用最佳尺寸的横梁枢轴挠曲支撑，从而在给定质量和体积约束的情况下获得最大的指向性能。
发明内容
横梁挠曲枢轴组件的示例包括：第一壳体构件，其围绕横梁挠曲枢轴组件的径向轴线延伸；以及第二壳体构件，其围绕径向轴线延伸，其中第二壳体构件定位成与第一壳体构件邻近并且沿径向轴线与第一壳体构件间隔开。第一壳体构件还包括沿第一壳体构件的第一内表面延伸的第一弓形构件。第一弓形构件从第一壳体构件延伸到第二壳体构件内、与第二壳体构件的第二内表面间隔开并沿第二壳体构件的第二内表面延伸。第二壳体构件包括沿第二壳体构件的第二内表面延伸的第二弓形构件，并且第二弓形构件从第二壳体构件延伸到第一壳体构件内，该第一壳体构件与第一壳体的第一内表面间隔开并沿第一壳体构件的第一内表面延伸。横梁挠曲枢轴组件还包括在第一方向上延伸的第一梁，其中第一梁的第一端连接至第一弓形构件，并且第二端连接至第二弓形构件，并且其中横梁挠曲枢轴组件的径向轴线延伸穿过第一梁的中心轴线。第二梁在第一方向上延伸，其中第二梁的第一端连接至第一弓形构件，并且第二端连接至第二弓形构件，其中横梁挠曲枢轴组件的径向轴线延伸穿过第二梁的中心轴线，并且其中第二梁沿横梁挠曲枢轴组件的径向轴线与第一梁间隔开。第三梁在第一方向上延伸，其中第三梁的第一端连接至第一弓形构件，并且第二端连接至第二弓形构件，其中横梁挠曲枢轴组件的径向轴线延伸穿过第三梁的中心轴线，并且其中第三梁沿横梁挠曲枢轴组件的径向轴线与第二梁间隔开。第四梁在横向于第一方向的第二方向上延伸，其中第四梁的第一端连接至第一弓形构件，并且第二端连接至第二弓形构件，其中横梁挠曲枢轴组件的径向轴线延伸穿过第四梁的中心轴线，并且其中第四梁定位于第一梁和第二梁之间。第五梁在第二方向上延伸，其中第五梁的第一端连接至第一弓形构件，并且第二端连接至第二弓形构件，其中横梁挠曲枢轴组件的径向轴线延伸穿过第五梁的中心轴线，并且其中第五梁定位于第二梁和第三梁之间，并且其中第一轴线定位成在第一方向上延伸穿过第二梁的中心轴线，该中心轴线与横梁挠曲枢轴组件的径向轴线相交，并且第二轴线定位成在第二方向上延伸，其中径向轴线、第一轴线和第二轴线形成公共交点；第一梁的横截面积、第二梁的横截面积和第三梁的横截面积的总和等于第四梁的横截面积和第五梁的横截面积的总和，这在第一方向上和第二方向上提供相等的线性刚度；并且对于第一梁、第二梁和第三梁中的每一个的横截面积的围绕第一轴线的面积力矩的总和，等于对于第四梁和第五梁中的每一个的横截面积的围绕第二轴线的面积力矩的总和，这提供围绕第一轴线和第二轴线的相等的力矩刚度。
已论述的特征、功能和优点可在各种实施例中独立地实现，或者可在其他实施例中组合，参考以下描述和附图可看到其进一步的细节。
附图说明
图1是使用横梁挠曲枢轴组件的示例的示意性透视图，该横梁挠曲枢轴组件用于将可旋转镜连接至伺服电机以用于将激光束反射并引导至期望位置。
图2是横梁挠曲枢轴组件的一端的透视端视图，该横梁挠曲枢轴组件连接至图1所示的可旋转镜；
图3A是图2的横梁挠曲枢轴组件的局部剖开的透视端视图，示出了横梁挠曲枢轴组件的第一壳体构件的第一弓形构件；
图3B是图2所示的横梁挠曲枢轴组件的局部剖开的透视端视图，其中图3A的挠曲组件围绕Z轴线旋转180度，示出了挠曲枢轴组件的第二弓形构件；
图4A是沿图2的线4A-4A的挠曲枢轴组件的横截面图；
图4B是沿图2的线4B-4B的挠曲枢轴组件的横截面图；
图5是图3的横梁挠曲枢轴组件的梁的示意性局部视图，其中示出了梁的径向部分从Z轴线或径向轴线延伸，并且还示出了每个梁的横截面；
图6A是图3的横梁挠曲组件的第一梁、第二梁和第三梁围绕Y轴线的面积力矩的示意图；以及
图6B是图3的横梁挠曲组件的第四梁和第五梁围绕X轴线的面积力矩的示意图。
具体实施方式
参考图1，示出了使用横梁挠曲枢轴组件10的应用的示例。在该示例中，横梁挠曲枢轴组件10以悬臂配置支撑扫描镜12，其中横梁挠曲枢轴组件10连接至伺服电机14。伺服电机14通过横梁挠曲枢轴组件10将有限旋转传递至扫描镜12。激光装置16将激光束18发射至扫描镜12。在伺服电机14通过横梁挠曲枢轴组件10向扫描镜12施加有限旋转的情况下，扫描镜根据需要重定向激光束18。在该示例中，激光束18被扫描镜12重定向至应用透镜20，并且进而重定向至目标22。激光束18’是通过施加到扫描镜12上的有限旋转运动来重定向激光束18的示例的示意性表示。
如将在本文中描述的，横梁挠曲枢轴组件10可支撑诸如扫描镜12的悬臂负载并且提供可靠且可重复的指向，该指向可被提供有最佳尺寸的横梁枢轴挠曲组件10，从而在给定质量和体积约束的情况下允许最大的指向性能。横梁挠曲枢轴组件10为横梁提供了可靠且可重复的指向性能，这将在本文中进行论述，如图3A至图4B和图5中所示，在X方向和Y方向上提供相等的线性刚度，并且如图3A至图4B、图6A和图6B所示，提供围绕X方向和Y方向相等的力矩刚度。X方向的名称在该示例中也指X轴线，并且Y方向在该示例中也指Y轴线。X方向和Y方向被定位成横向于彼此，并且也横向于Z方向。在该示例中，Z方向还指Z或横梁挠曲枢轴组件10的Z轴线或径向轴线。在梁提供相等的线性刚度和相等的力矩刚度的情况下，对于具有相对于横梁挠曲枢轴组件10的给定质量和体积约束的横梁挠曲枢轴组件10，可实现可靠且可重复的指向性能。通过利用每个梁的不同长度、厚度和材料成分，可实现相对于X方向和Y方向的相等线性刚度以及围绕X轴线或第一轴线以及围绕Y轴线或第二轴线的相等力矩刚度。在本文描述的横梁挠曲枢轴组件10的示例中，横梁挠曲枢轴组件10的每个梁包括具有相等长度和相等厚度的梁，并且梁由相同的材料构造。
参考图2至图4A，横梁挠曲枢轴组件10包括第一壳体构件24，该第一壳体构件24围绕横梁挠曲枢轴组件10的Z轴线或径向轴线延伸。第二壳体构件26围绕Z轴线或径向轴线延伸，其中第二壳体构件26定位成与第一壳体构件24邻近并且沿Z线或径向轴线与第一壳体构件24间隔开距离D，如图2至图3B所示。第一壳体构件24和第二壳体构件26之间的这种分离减小了第一壳体构件24和第二壳体构件26之间的接触和摩擦量。第一壳体构件24包括沿第一壳体构件24的第一内表面30延伸的第一弓形构件28，如图3A和图4B所示。第一弓形构件28从第一壳体构件24延伸到第二壳体构件26内、与第二内表面32间隔开距离D’并沿第二壳体构件26的第二内表面32延伸，如图2、图3A和图4A所示。这种配置减少了第一弓形构件28和第二壳体构件26之间的接触和摩擦量。第二壳体构件26包括沿第二壳体构件26的第二内表面32延伸的第二弓形构件34，如图3B所示。第二弓形构件34从第二壳体构件26延伸到第一壳体构件24内、与第一壳体构件24的第一内表面30间隔开距离D”并沿第一壳体构件24的第一内表面30延伸，如图3B和图4B所示。
如图2至图3B所示，第一梁36在第一方向D1上延伸，在该示例中在与X方向和轴线相同的方向上延伸，其中第一梁或梁36的第一端38连接至第一弓形构件28。如图3B所示，第一梁36的第二端40连接至第二弓形构件34，其中横梁挠曲枢轴组件10的Z轴线或径向轴线延伸穿过第一梁36的中心轴线42，如图3A至图3B所示。如图3A至图3B所示，第二梁44也在第一方向D1上延伸，其中如图3A所示，第二梁44的第一端46连接至第一弓形构件28。如图3B所示，第二梁44的第二端48连接至第二弓形构件34，其中横梁挠曲枢轴组件10的Z轴线或径向轴线延伸穿过第二梁44的中心轴线50，如图3A至图3B所示。第二梁44沿横梁挠曲枢轴组件10的Z轴线或径向轴线与第一梁36间隔开，如图3A至图3B所示。如图3A至图3B所示，第三梁52也在第一方向D1上延伸，其中第三梁52的第一端54连接至第一弓形构件28，并且第三梁52的第二端56连接至第二弓形构件34，如图3B所示，其中横梁挠曲枢轴组件10的Z轴线或径向轴线延伸穿过第三梁的中心轴线58，如图3A至图3B所示。第三梁52沿横梁挠曲枢轴组件10的Z轴线或径向轴线与第二梁44间隔开。
第四梁60在第二方向D2上延伸，在该示例中在与横向于第一方向D1的Y方向和轴线相同的方向上延伸，其中第四梁60的第一端62连接至第一弓形构件28，如图3A所示。如图3B所示，第四梁60的第二端64连接至第二弓形构件34，其中横梁挠曲枢轴组件10的Z轴线或径向轴线延伸穿过第四梁60的中心轴线66，其中第四梁60分别定位于第一梁36和第二梁44之间。第五梁68也在第二方向D2上延伸，其中第五梁68的第一端70连接至第一弓形构件28，如图3A所示。第二端72连接至第二弓形构件34，如图3B所示，其中横梁挠曲枢轴组件10的Z轴线或径向轴线延伸穿过第五梁68的中心轴线74。第五梁68分别定位于第二梁44和第三梁52之间。
在横梁挠曲枢轴组件10的该示例中，第一梁36、第二梁44、第三梁52、第四梁60和第五梁68的配置分别包括长度相等的长度L。这可例如在图4A和图4B中相对于第一梁36、第三梁52、第四梁60和第五梁68看到。第二梁44具有相同的长度L。第一梁36、第二梁44、第三梁52、第四梁60和第五梁68中的每一个的厚度T分别具有相等的厚度，如图6A和图6B所示。
被称为X轴线的第一轴线定位成在第一方向D1上延伸穿过第二梁44的中心轴线76，如图3A和图3B所示。第一轴线或X轴线与横梁挠曲枢轴组件10的Z轴线或径向轴线相交，如图3A和图3B所示。Z轴线或径向轴线与第一轴线或X轴线在第二梁44内相交。被称为Y轴线的第二轴线定位成在第二方向D2上延伸穿过第二梁44，并且在公共相交点I处与横梁挠曲枢轴组件10的Z轴线或径向轴线相交且与在第一方向D1上延伸的第一轴线或X轴线相交，如图3A和图3B所示。在该示例中，Z轴线或径向轴线、第一轴线或X轴线以及第二轴线或Y轴线在公共相交点I处的相交在本示例中引起第一梁36、第二梁44、第三梁52、第四梁60和第五梁68分别关于公共相交点I对称。
横梁挠曲枢轴组件10还包括第一弓形构件28，该第一弓形构件28沿第一壳体构件24的第一内表面30延伸，并且在第二壳体构件26内延伸、与Z轴线或径向轴线间隔开。第二弓形构件34沿第二壳体构件26的第二内表面32延伸，并且在第一壳体构件24内延伸、也与Z轴线或径向轴线间隔开。
横梁挠曲枢轴组件10包括限定第一弓形槽78的第一壳体构件24，如图4B所示，该第一弓形槽78在第一壳体构件24内沿Z轴线或径向轴线延伸。第一弓形槽78也围绕Z轴线或径向轴线延伸、具有第一弓形长度L1，该第一弓形长度L1大于围绕Z轴线或径向轴线延伸的第二弓形构件34的第二弓形长度L2，如图4B所示。第二弓形构件34的至少一部分定位于第一弓形槽78内。在第一弓形槽78的第一弓形长度L1大于第二弓形构件34的第二弓形长度L2的情况下，为第二弓形构件34在第一弓形槽78内提供运动自由度。
第二壳体构件26限定第二弓形槽80，如图4A所示，该第二弓形槽80在第二壳体构件26内沿Z轴线或径向轴线延伸。第二弓形槽80围绕Z轴线或径向轴线延伸、具有第三弓形长度L3，该第三弓形长度L3大于围绕Z轴线或第二轴线延伸的第一弓形构件28的第四弓形长度L4，如图4A所示。第一弓形构件28的至少一部分定位于第二弓形槽80内。在第二弓形槽80的第三弓形长度L3大于第一弓形构件28的第四弓形长度L4的情况下，为第一弓形构件28在第二弓形槽80内提供运动自由度。
横梁挠曲枢轴组件10包括第一弓形构件28，该第一弓形构件28定位成面向第二弓形构件34，并且与第二弓形构件34相比定位于Z轴线或径向轴线的相对侧上，如图2所示。在该示例中，沿Z轴线或径向轴线延伸的第一梁36和第三梁52中的每一个的宽度W(如图3A中所示)在宽度上相等。在该示例中，沿Z轴线或径向轴线延伸的第四梁60和第五梁68中的每一个的宽度W’也在宽度上相等。在该示例中，第一梁、第二梁、第三梁、第四梁和第五梁中的每一个的厚度T在厚度上相等，如图6A和图6B中所示。
如图4A所示，第一弓形构件28包括定位于第二壳体构件26内的第二弓形槽80内的第一端82和第二端84。第一弓形构件28在第二壳体构件26内沿第二内表面32在第一端82和第二端84之间延伸。参考图4B，第二弓形构件34包括定位于第一壳体构件24内的第一弓形槽78内的第一端86和第二端88。如图3A和图4A所示，第一梁36的第一端38、第二梁44的第一端46和第三梁52的第一端54固定到第一弓形构件28的第一端82。第一梁36的第二端40、第二梁44的第二端48和第三梁52的第二端56固定到第二弓形构件34的第二端88，如图3B和图4B所示。
第四梁60的第一端62和第五梁68的第一端70固定到第一弓形构件28的第二端84，如图3A和图4A所示。第四梁60的第二端64和第五梁68的第二端72固定到第二弓形构件34的第一端86，如图3B和图4B所示。在该示例中，第一壳体构件24处于固定位置，并且第二壳体构件26具有有限旋转，该有限旋转在该示例中由伺服电机14施加到第二壳体构件26。在伺服电机14将有限旋转施加到第二壳体构件26的情况下，第一梁36、第二梁44和第三梁52以及第四梁60和第五梁68分别挠曲，从而维持第一弓形构件28在第二弓形槽80内的有限旋转并维持第二弓形构件34在第一弓形槽78内的有限旋转。
第一梁36、第二梁44和第三梁52中的每一个的第一端38、第一端46和第一端54以及第二端40、第二端48和第二端56分别以上述配置固定到第一弓形构件28和第二弓形构件34。第一端38、第一端46和第一端54以及第二端40、第二端48和第二端56中的每一个的固定可通过各种方法，例如通过整体机械加工、钎焊、焊接、粘结或螺栓连接中的一种来完成。第四梁60和第五梁68中的每一个的第一端62和第一端70以及第二端64和第二端72分别以上述配置固定到第一弓形构件28和第二弓形构件34。第一端62和第一端70以及第二端64和第二端72中的每一个的固定可通过各种方法，例如通过整体机械加工、钎焊、焊接、粘结或螺栓连接中的一种来完成。
横梁挠曲枢轴组件10提供悬臂式支撑装置(例如扫描镜12)的最大可靠且可重复的指向性能，并在给定质量和体积约束的情况下提供这种性能。横梁挠曲枢轴组件10通过在X方向上提供线性刚度来提供这种性能，其中第一梁36、第二梁44和第三梁52在Y方向上的线性刚度等于第四梁60和第五梁68，并且还提供围绕第一轴线或X轴线的力矩刚度等于围绕第二轴线或Y轴线的力矩刚度。
相对于在X方向上的线性刚度等于在Y方向上的线性刚度，图5示出了相对于横梁挠曲枢轴组件10的总长度OL的示意表示。在该示例中，第一梁36、第二梁44、第三梁52、第四梁60和第五梁68中的每一个的厚度T分别具有相等的厚度，并且第一梁36、第二梁44、第三梁52、第四梁60和第五梁68中的每一个的长度L分别在长度上相等。另外，在该示例中，第一梁36和第三梁52沿Z轴线或径向轴线的宽度W相等，并且第四梁60和第五梁68在Z轴线或径向轴线上的宽度W’相等。横截面积A1等于横截面积A3，并且横截面积A4等于横截面积A5。在第一方向D1或X方向上的线性刚度等于在第二方向D2或Y方向上的线性刚度，其中第一梁36的截面面积A1、第二梁44的截面面积A2和第三梁52的截面面积A3的总和等于第四梁60的横截面积A4和第五梁68的横截面积A5的总和。利用这种配置，横梁挠曲枢轴组件10在X方向上的线性刚度等于在Y方向上的线性刚度。
横梁挠曲枢轴组件10提供悬臂支撑装置(例如扫描镜12)的最佳可靠且可重复的指向性能，并在给定质量和体积约束的情况下提供了这种性能，同时还提供了与围绕Y轴线的力矩刚度相等的围绕X轴线的力矩刚度。通过第一梁36、第二44和第三梁52的围绕第一轴线或X轴线的面积力矩的总和分别等于第四梁60和第五梁68中的每一个的围绕第二轴线或Y轴线的面积力矩的总和，从而获得提供围绕X轴线的力矩刚度等于围绕Y轴线的力矩刚度。
参考图6A，相对于中性轴线或X轴线的一侧示出了围绕第一轴线或X轴线(并且在该示例中为中性轴线)的面积力矩的总和，并且参考图6B，相对于中性轴线或Y轴线的一侧示出了围绕第二轴线或Y轴线(并且在该示例中为中性轴线)的面积力矩的总和。对于第一梁36、第二梁44和第四梁60中的每一个，这种配置将提供相对于横梁挠曲枢轴组件10的总长度OL在Z方向上延伸的宽度百分比的推导。在第一梁36和第三梁52的宽度W相等并且第四梁60和第五梁68的宽度W’相等的情况下，第一梁36、第二梁44、第三梁52、第四梁60和第五梁68的所有宽度尺寸均为可确定的。
参考图6A，以X轴线为中性轴线的力矩刚度应等于以Y轴线为中性轴线的力矩刚度，如图6B所示。出于图6A和图6B的目的，标号h指到中性轴线的距离，其中后续数字标号指特定的梁构件和梁构件的一侧。例如，标号h36-1指从中性轴线到第一梁36的距离，并且标号1指第一梁36最远离中性轴线的一侧。在另一个示例中，标号h36-2指从中性轴线到第一梁36的距离，并且标号2指梁36的比侧1更靠近中性轴线的一侧。在另一个标号h44中，h44指中性轴线和梁的一端之间的距离，该梁仅有一侧定位于中性轴线的相对侧上，并且因此不需要进一步的附加数字标号。
参考图6A和图6B，做出以下假设：h36-1>＝h60-1和h60-2>＝h44。在X方向和Y方向上相等的力矩刚度意指每个梁组的相等面积力矩，其中在一个梁组中X轴线为中性轴线，并且在另一个梁组中Y轴线为中性轴线。对于所有梁，厚度T和长度L为恒定的，并且OL为横梁挠曲枢轴组件10的总长度。围绕X轴线和Y轴线的相等力矩刚度每个梁组意指相等面积力矩，其中在一个梁组中图6A中的X轴线为中性轴线，并且在另一个梁组中Y轴线为中性轴线，如图6B所示，使得：T*(h36-1)3–(h36-2)3/12+T*(h44)3/12＝T*(h60-1)3–(h60-2)3/12，并且进一步简化：(h60-1)3–(h60-2)3+(h44)3＝(h60-1)3–(h60-2)3。对于最简单的情况，在梁之间没有间隔，令(h36-2)＝(h60-1)和(h60-2)＝(h44)，并且此后简化(h36-1)+2(h44)＝2(h60-1)和(h36-1)3+2(h44)3＝2(h60-1)3，结果为(h36-1)＝OL/2，对应于区域标号A1＝(h36-1)–(h60-1)的第一梁36，对应于区域标号A4＝(h60-1)–(h44)的第四梁60和对应于区域标号A2＝2(h44)的第二梁44。
所得的推导具有对应于区域标号A4＝OL/4的第四梁60，其中第四梁60的宽度W’为横梁挠曲枢轴组件10的总长度OL的百分之二十五(25％)。因为第五梁68具有与第四梁60相等的宽度W’，所以第五梁68的宽度W'也为横梁挠曲枢轴10组件的总长度OL的百分之二十五(25％)。对应于区域标号A2＝(5(1/2)-1)*OL/4的第二梁44具有宽度W”，如图6B所示，其为横梁挠曲枢轴组件10的总长度OL的百分之三十点九零(30.90％)。对应于区域标号A1＝(3-5(1/2))*OL/8的第一梁36，第一梁36的宽度W为横梁挠曲枢轴组件10的总长度OL的百分之九点五十五(9.55％)。因为第三梁52也具有宽度W，与第一梁36一样，所以第三梁52的宽度W也为横梁挠曲枢轴组件10的总长度OL的百分之九点五十五(9.55％)。
通过将五个或更多个梁用于横梁挠曲枢轴组件10，平衡在X方向和Y方向上的线性刚度以及平衡在X轴线和Y轴线或方向之间的刚度力矩，提供了悬臂支撑装置的最佳可靠和可重复的指向性能，并在给定质量和体积约束的情况下提供这种性能。
此外，本公开包括根据以下条款的实施例：
条款1.一种横梁挠曲枢轴组件(10)，包括：
第一壳体构件(24)，其围绕横梁挠曲枢轴组件(10)的径向轴线(Z)延伸；
第二壳体构件(26)，其围绕径向轴线(Z)延伸，并且第二壳体构件(26)定位成与第一壳体构件(24)邻近并且沿径向轴线(Z)与第一壳体构件(24)间隔开；其中：
第一壳体构件(24)包括沿第一壳体构件(24)的第一内表面(30)延伸的第一弓形构件(28)；
第一弓形构件(28)从第一壳体构件(24)延伸到第二壳体构件(26)内，该第二壳体构件(26)与第二壳体构件(26)的第二内表面(32)间隔开并沿第二壳体构件(26)的第二内表面(32)延伸。
第二壳体构件(26)包括沿第二壳体构件(26)的第二内表面(32)延伸的第二弓形构件(34)；以及
第二弓形构件(34)从第二壳体构件(26)延伸到第一壳体构件(24)内，该第一壳体构件(24)与第一壳体构件(24)的第一内表面(30)间隔开并沿第一壳体构件(24)的第一内表面(30)延伸。
第一梁(36)，其在第一方向(D1)上延伸，其中第一梁(36)的第一端(38)连接至第一弓形构件(28)，并且第二端(40)连接至第二弓形构件(34)，并且其中横梁挠曲枢轴组件(10)的径向轴线(Z)延伸穿过第一梁(36)的中心轴线(42)；
第二梁(44)，其在第一方向(D1)上延伸，其中第二梁(44)的第一端(46)连接至第一弓形构件(28)，并且第二端(48)连接至第二弓形构件(34)，其中横梁挠曲枢轴组件(10)的径向轴线(Z)延伸穿过第二梁(44)的中心轴线(50)，并且其中第二梁(44)沿横梁挠曲枢轴组件(10)的径向轴线(Z)与第一梁(36)间隔开；
第三梁(52)，其在第一方向(D1)上延伸，其中第三梁(52)的第一端(54)连接至第一弓形构件(34)，并且第二端(56)连接至第二弓形构件(34)，其中横梁挠曲枢轴组件(10)的径向轴线(Z)延伸穿过第三梁(52)的中心轴线(58)，并且其中第三梁(52)沿横梁挠曲枢轴组件(10)的径向轴线(Z)与第二梁(44)间隔开；
第四梁(60)，其在横向于第一方向(D1)的第二方向(D2)上延伸，其中第四梁(60)的第一端(62)连接至第一弓形构件(28)，并且第二端(64)连接至第二弓形构件(34)，其中横梁挠曲枢轴组件(10)的径向轴线(Z)延伸穿过第四梁(60)的中心轴线(66)，并且其中第四梁(60)定位于第一梁和第二梁(36、44)之间；
第五梁(68)，其在第二方向(D2)上延伸，其中第五梁(68)的第一端(70)连接至第一弓形构件(28)，并且第二端(72)连接至第二弓形构件(34)，其中横梁挠曲枢轴组件(10)的径向轴线(Z)延伸穿过第五梁(68)的中心轴线(74)，其中第五梁(68)位于第二梁和第三梁(44、52)之间，并且其中第一轴线(X)定位成在第一方向(D1)上延伸穿过第二梁(44)的中心轴线(76)，该中心轴线(76)与横梁挠曲枢轴(10)的径向轴线(Z)相交，并且第二轴线(Y)定位成在第二方向(D2)上延伸，其中：
径向轴线(Z)、第一轴线(X)和第二轴线(Y)形成公共相交点(I)，这引起第一梁、第二梁、第三梁、第四梁和第五梁(36、44、52、60和68)关于公共相交点(I)对称；
第一梁(36)的横截面积、第二梁(44)的横截面积和第三梁(52)的横截面积的总和等于第四梁(60)的横截面积和第五梁(68)的横截面积的总和，这在第一方向(D1)和第二方向(D2)上提供相等的线性刚度；以及
对于第一梁(36)、第二梁(44)和第三梁中的每一个的横截面积的围绕第一轴线(X)的面积力矩的总和等于(52)对于第四梁(60)和第五梁(68)的每一个的横截面积的围绕第二轴线(Y)的面积力矩的总和，这提供围绕第一轴线(X)和第二轴线(Y)相等的力矩刚度。
条款2.根据条款1的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第一弓形构件(28)沿第一壳体构件(24)的第一内表面(30)延伸，并且与径向轴线(Z)间隔开在第一壳体构件(26)内延伸。
条款3.根据条款1或2的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第二弓形构件(34)沿第二壳体构件(26)的第二内表面(32)延伸，并且与径向轴线(Z)间隔开在第一壳体构件(24)内延伸。
条款4.根据条款1至3中任一项的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第一壳体构件(24)限定沿径向轴线(Z)延伸的第一弓形槽(78)。
条款5.根据条款4的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第一弓形槽(74)围绕径向轴线(Z)延伸且具有第一弓形长度(L1)，该第一弓形长度(L1)大于围绕径向轴线(Z)延伸的第二弓形构件(34)的第二弓形长度(L2)。
条款6.根据条款5的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第二弓形构件(34)的至少一部分定位于第一弓形槽(78)内。
条款7.根据条款1至6中任一项的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第二壳体构件(26)限定沿径向轴线(Z)延伸的第二弓形槽(80)。
条款8.根据条款7的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第二弓形槽(80)围绕径向轴线(Z)延伸且具有第三弓形长度(L3)，该第三弓形长度(L3)大于围绕径向轴线(Z)延伸的第一弓形构件(28)的第四弓形长度(L4)。
条款9.根据条款7或8的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第一弓形构件(28)的至少一部分定位于第二弓形槽(80)内。
条款10.根据条款1至9中任一项的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第一弓形构件(28)定位成面向第二弓形构件(34)，并且与第二弓形构件(34)相比定位于径向轴线(Z)的相对侧上。
条款11.根据条款1至10中任一项的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中：
沿径向轴线(Z)延伸的第一梁(36)和第三梁(52)中的每一个的宽度(W)具有相等的宽度；以及
沿径向轴线(Z)延伸的第四梁(60)和第五梁(68)中的每一个的宽度(W’)具有相等的宽度。
条款12.根据条款11的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中：
第一梁、第二梁、第三梁、第四梁和第五梁(36、44、52、60和68)中的每一个的长度(L)具有相等的长度；
第一梁、第二梁、第三梁、第四梁和第五梁(36、44、52、60和68)中的每一个的厚度(T)具有相等的厚度；以及
第一梁、第二梁、第三梁、第四梁和第五梁(36、44、52、60和68)关于公共相交点(I)对称。
条款13.根据条款1至12中任一项的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第一弓形构件(28)包括定位于第二壳体构件(26)内的第二弓形槽(80)内的第一端(82)和第二端(84)。
条款14.根据条款13的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第一弓形构件(28)在第二壳体构件(26)内沿第二内表面(32)在第一端(82)和第二端(84)之间延伸。
条款15.根据条款13或14的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第二弓形构件(34)包括定位于第一壳体构件(24)内的第一弓形槽(78)内的第一端(86)和第二端(88)。
条款16.根据条款15的横梁挠曲枢轴组件(10)，还包括第一梁(36)的第一端(38)，第二梁(44)的第一端(46)和三梁(52)的第一端(54)固定到第一弓形构件(28)的第一端(82)。
条款17.根据条款16的横梁挠曲枢轴组件(10)，还包括第一梁(36)的第二端(40)，第二梁(44)的第二端(48)和第三梁(52)的第二端(56)固定到所述第二弓形构件(34)的所述第二端(88)。
条款18.根据条款17的横梁挠曲枢轴组件(10)，还包括第四梁(60)的第一端(62)和第五梁(68)的第一端(70)固定到所述第一弓形构件(28)的第二端(84)。
条款19.根据条款18的横梁挠曲枢轴组件(10)，还包括第四梁(60)的第二端(64)和第五梁(68)的第二端(72)固定到所述第二弓形构件(34)的第一端(86)。
条款20.根据条款19的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中：
第一梁(36)、第二梁(44)和第三梁(52)中的每一个的第一端(38、46和54)和第二端(40、48和56)分别通过整体机械加工、钎焊、焊接、粘结或螺栓连接中的一种固定到第一弓形构件和第二弓形构件(28、34)；以及
第四梁和第五梁(60、68)中的每一个的第一端(62、70)和第二端(64、72)分别通过整体机械加工、钎焊、焊接、粘结或螺栓连接中的一种固定到第一弓形构件和第二弓形构件(28、34)。
尽管上面已描述了各种实施例，但是本公开并不旨在局限于此。可对仍在所附权利要求的范围内的所公开的实施例做出变型。

Claims (15)

1.一种横梁挠曲枢轴组件(10)，包括：
第一壳体构件(24)，其围绕所述横梁挠曲枢轴组件(10)的径向轴线(Z)延伸；
第二壳体构件(26)，其围绕所述径向轴线(Z)延伸，并且所述第二壳体构件(26)定位成与所述第一壳体构件(24)邻近并且沿所述径向轴线(Z)与所述第一壳体构件(24)间隔开；其中：
所述第一壳体构件(24)包括沿所述第一壳体构件(24)的第一内表面(30)延伸的第一弓形构件(28)；
所述第一弓形构件(28)从所述第一壳体构件(24)延伸到所述第二壳体构件(26)内，所述第二壳体构件(26)与所述第二壳体构件(26)的第二内表面(32)间隔开并沿所述第二壳体构件(26)的所述第二内表面(32)延伸；
所述第二壳体构件(26)包括沿所述第二壳体构件(26)的所述第二内表面(32)延伸的第二弓形构件(34)；以及
所述第二弓形构件(34)从所述第二壳体构件(26)延伸到所述第一壳体构件(24)内，所述第一壳体构件(24)与所述第一壳体构件(24)的所述第一内表面(30)间隔开并沿所述第一壳体构件(24)的所述第一内表面(30)延伸；
第一梁(36)，其在第一方向(D1)上延伸，其中所述第一梁(36)的第一端(38)连接至所述第一弓形构件(28)并且第二端(40)连接至所述第二弓形构件(34)，并且其中所述横梁挠曲枢轴组件(10)的所述径向轴线(Z)延伸穿过所述第一梁(36)的中心轴线(42)；
第二梁(44)，其在所述第一方向(D1)上延伸，其中所述第二梁(44)的第一端(46)连接至所述第一弓形构件(28)并且第二端(48)连接至所述第二弓形构件(34)，其中所述横梁挠曲枢轴组件(10)的所述径向轴线(Z)延伸穿过所述第二梁(44)的中心轴线(50)，并且其中所述第二梁(44)沿所述横梁挠曲枢轴组件(10)的所述径向轴线(Z)与所述第一梁(36)间隔开；
第三梁(52)，其在所述第一方向(D1)上延伸，其中所述第三梁(52)的第一端(54)连接至所述第一弓形构件(34)并且第二端(56)连接至所述第二弓形构件(34)，其中所述横梁挠曲枢轴组件(10)的所述径向轴线(Z)延伸穿过所述第三梁(52)的所述中心轴线(58)，并且其中所述第三梁(52)沿所述横梁挠曲枢轴组件(10)的所述径向轴线(Z)与所述第二梁(44)间隔开；
第四梁(60)，其在横向于所述第一方向(D1)的第二方向(D2)上延伸，其中所述第四梁(60)的第一端(62)连接至所述第一弓形构件(28)并且第二端(64)连接至所述第二弓形构件(34)，其中所述横梁挠曲枢轴组件(10)的所述径向轴线(Z)延伸穿过所述第四梁(60)的中心轴线(66)，并且其中所述第四梁(60)定位于所述第一梁(36)和所述第二梁(44)之间；
第五梁(68)，其在所述第二方向(D2)上延伸，其中所述第五梁(68)的第一端(70)连接至所述第一弓形构件(28)并且第二端(72)连接至所述第二弓形构件(34)，其中所述横梁挠曲枢轴组件(10)的所述径向轴线(Z)延伸穿过所述第五梁(68)的中心轴线(74)，其中所述第五梁(68)定位于所述第二梁(44)和所述第三梁(52)之间，并且其中第一轴线(X)定位成在所述第一方向(D1)上延伸穿过所述第二梁(44)的中心轴线(76)，所述中心轴线(76)与所述横梁挠曲枢轴(10)的所述径向轴线(Z)相交，并且第二轴线(Y)定位成在所述第二方向(D2)上延伸，其中：
所述径向轴线(Z)、所述第一轴线(X)和所述第二轴线(Y)形成公共相交点(I)，这引起所述第一梁(36)、第二梁(44)、第三梁(52)、第四梁(60)和第五梁(68)关于所述公共相交点(I)对称；
所述第一梁(36)的横截面积、所述第二梁(44)的横截面积和所述第三梁(52)的横截面积的总和等于所述第四梁(60)的横截面积和所述第五梁(68)的横截面积的总和，这在所述第一方向(D1)和所述第二方向(D2)上提供相等的线性刚度；以及
对于所述第一梁(36)、所述第二梁(44)和所述第三梁中的每一个的所述横截面积的围绕所述第一轴线(X)的面积力矩的总和等于(52)对于所述第四梁(60)和所述第五梁(68)中的每一个的所述横截面积的围绕所述第二轴线(Y)的面积力矩的总和，这提供围绕所述第一轴线(X)和所述第二轴线(Y)的相等的力矩刚度。
2.根据权利要求1所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中所述第一弓形构件(28)沿所述第一壳体构件(24)的所述第一内表面(30)延伸并且与所述径向轴线(Z)间隔开在所述第二壳体构件(26)内延伸。
3.根据权利要求1或2所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中所述第二弓形构件(34)沿所述第二壳体构件(26)的所述第二内表面(32)延伸，并且与所述径向轴线(Z)间隔开在所述第一壳体构件(24)内延伸。
4.根据权利要求1或2所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中所述第一壳体构件(24)限定沿所述径向轴线(Z)延伸的第一弓形槽(78)，所述第一弓形槽(74)围绕所述径向轴线(Z)延伸且具有第一弓形长度(L1)，所述第一弓形长度(L1)大于围绕所述径向轴线(Z)延伸的所述第二弓形构件(34)的第二弓形长度(L2)，并且所述第二弓形构件(34)的至少一部分定位于所述第一弓形槽(78)内。
5.根据权利要求1或2所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中所述第二壳体构件(26)限定沿所述径向轴线(Z)延伸的第二弓形槽(80)，所述第二弓形槽(80)围绕所述径向轴线(Z)延伸且具有第三弓形长度(L3)，所述第三弓形长度(L3)大于围绕所述径向轴线(Z)延伸的所述第一弓形构件(28)的第四弓形长度(L4)，并且所述第一弓形构件(28)的至少一部分定位于所述第二弓形槽(80)内。
6.根据权利要求1或2所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中所述第一弓形构件(28)定位成面向第二弓形构件(34)并且与第二弓形构件(34)相比定位于所述径向轴线(Z)的相对侧上。
7.根据权利要求1或2所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中：
沿所述径向轴线(Z)延伸的所述第一梁(36)和所述第三梁(52)中的每一个的宽度(W)具有相等的宽度；以及
沿所述径向轴线(Z)延伸的所述第四梁(60)和所述第五梁(68)中的每一个的宽度(W’)具有相等的宽度。
8.根据权利要求7所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中：
所述第一梁(36)、所述第二梁(44)、所述第三梁(52)、所述第四梁(60)和所述第五梁(68)中的每一个的长度(L)具有相等的长度；
所述第一梁(36)、所述第二梁(44)、所述第三梁(52)、所述第四梁(60)和所述第五梁(68)中的每一个的厚度(T)具有相等的厚度；以及
所述第一梁(36)、所述第二梁(44)、所述第三梁(52)、所述第四梁(60)和所述第五梁(68)关于所述公共相交点(I)对称。
9.根据权利要求1或2所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中所述第一弓形构件(28)包括定位于所述第二壳体构件(26)内的第二弓形槽(80)内的第一端(82)和第二端(84)。
10.根据权利要求9所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中第二弓形构件(34)包括定位于所述第一壳体构件(24)内的第一弓形槽(78)内的第一端(86)和第二端(88)。
11.根据权利要求10所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，还包括所述第一梁(36)的第一端(38)，所述第二梁(44)的第一端(46)和所述第三梁(52)的第一端(54)固定到所述第一弓形构件(28)的第一端(82)。
12.根据权利要求11所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，还包括所述第一梁(36)的第二端(40)，所述第二梁(44)的第二端(48)和所述第三梁(52)的第二端(56)固定到所述第二弓形构件(34)的所述第二端(88)。
13.根据权利要求12所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，还包括所述第四梁(60)的第一端(62)和所述第五梁(68)的第一端(70)固定到所述第一弓形构件(28)的第二端(84)。
14.根据权利要求13所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，还包括所述第四梁(60)的第二端(64)和所述第五梁(68)的第二端(72)固定到所述第二弓形构件(34)的第一端(86)。
15.根据权利要求14所述的横梁挠曲枢轴组件(10)，其中：
所述第一梁(36)、所述第二梁(44)和所述第三梁(52)中的每一个的所述第一端(38、46和54)和所述第二端(40、48和56)分别通过整体机械加工、钎焊、焊接、粘结或螺栓连接中的一种固定到所述第一弓形构件(28)和所述第二弓形构件(34)；以及
所述第四梁(60)和所述第五梁(68)中的每一个的所述第一端(62、70)和所述第二端(64、72)分别通过整体机械加工、钎焊、焊接、粘结或螺栓连接中的一种固定到所述第一弓形构件(28)和所述第二弓形构件(34)。
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