CZ309552B6 - Pružný kloub pro spojení dvou předmětů - Google Patents
Pružný kloub pro spojení dvou předmětů Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309552B6 CZ309552B6 CZ2022-22A CZ202222A CZ309552B6 CZ 309552 B6 CZ309552 B6 CZ 309552B6 CZ 202222 A CZ202222 A CZ 202222A CZ 309552 B6 CZ309552 B6 CZ 309552B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- parts
- joint
- flexible
- rotation
- floating
- Prior art date
Links
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims abstract description 52
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 51
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 29
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 14
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
- F16D3/005—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive incorporating leaf springs, flexible parts of reduced thickness or the like acting as pivots
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
- F16D3/50—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members
- F16D3/64—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members comprising elastic elements arranged between substantially-radial walls of both coupling parts
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pivots And Pivotal Connections (AREA)
Abstract
Přesný typ monolitického rotačního pružného kloubu umožňující zvětšení pracovního rozsahu rotace kloubu oproti jeho běžné konstrukci. Princip využívá pro zvětšení pracovního rozsahu plovoucí pohyblivé části pružného mechanizmu. Kloub obsahuje alespoň dvě v podstatě tuhé kotevní části (1) uzpůsobené k upevnění k předmětům, které mají být kloubem spojeny. Mezi kotevními částmi (1) je vždy uspořádána alespoň jedna v podstatě tuhá plovoucí část (5). Mezi kotevní částí (1) a plovoucí částí (5) je vždy vytvořena pružně deformovatelná část (2). Kloub je vytvořen z jednoho kusu materiálu nebo z několika kusů materiálu spojených v jeden celek. Všechny pružně deformovatelné části (2) leží v podstatě v jedné přímce, která je současně v podstatě osou (O) rotace kloubu. Kotevní část (1) od plovoucí části (5) a/nebo plovoucí část (5) od jiné plovoucí části (5) je ve směru osy otáčení vždy oddělena mezerou.
Description
Pružný kloub pro spojení dvou předmětů
Oblast techniky
Předkládané řešení se týká řešení přesného bezvůlového rotačního pohybu realizovaného novým uspořádáním pružného kloubu. Vynález tedy cílí na oblast techniky zabývající se přesným polohováním.
Dosavadní stav techniky
Pružné klouby jsou mechanické pohyblivé prvky umožňující realizovat pohyb elastickou deformací konkrétních částí dílu vyrobeného z jediného kusu materiálu. To přináší výhody těchto mechanických konstrukcí využívající pružné klouby spočívající především v eliminaci vůlí v mechanizmech, které by byly realizovány z několika navzájem kontaktně propojených součástí. Díky tomu jsou mechanizmy založené na principu pružných kloubů tradičně používány v mnoha zařízeních, zejména tam, kde je vyžadován přesný a opakovatelný pohyb bez tření a opotřebení. Jejich častou nevýhodou je ale malý pracovní rozsah pohybu.
Typický pružný mechanizmus se skládá z jediného dílu - kusu materiálu, který je obroben tak, že v materiálu vzniklou zúžená místa, kde působením vnějších sil nebo momentů dochází k elastické deformaci a tím i k vzájemnému pohybu různých jeho částí. Z výrobních důvodů je obvykle díl pružného mechanizmu obroben vhodnou 2D technologií, a tak lze na povrchu dílu pozorovat projekci rovinného 2D motivu, který definuje místa, kde dochází k elastické deformaci, a dále místa, kde k žádné deformaci nedochází. Cílový funkční pohyb daného pružného mechanizmu je obvykle uvažován jako vzájemný pohyb těchto tuhých kotevních částí 2D obrobeného dílu, kde deformace není žádoucí a které jsou připojeny k dalším dílům, jejichž vzájemný pohyb má daný pružný kloub realizovat. Detailní přehled známých řešení rotačních pružných kloubů je uvedeno v nedávném článku D. F. Machekposhti, N. Tolou, J. L. Heder, A Review on Compliant Joints and Rigid-Body Constant Velocity Universal Joints Toward the Design of Compliant Homokinetic Couplings, Journal of Mechanical Design, MARCH 2015, Vol. 137/032301.
Pružné klouby lze rozdělit na dvě základní skupiny. Monolitické pružné klouby realizují pohyb elastickou deformací ve velmi omezeném prostoru, jehož délka v rovině 2D motivu je obvykle menší než tloušťka materiálu, ve kterém je 2D motiv vyříznut, aby vznikl výsledný 3D tvar pružného mechanizmu. Konkrétní tvar zúžené části 2D motivu realizující elastickou deformaci může být různý a obvykle je částí kružnice, elipsy, paraboly nebo jiné křivky, například i úsečky nebo obdélníku vytvářející tvar krátké planžety. Ostatní části mechanizmu mají charakter tuhých částí, kde vlivem působících sil nebo momentů k žádné žádané elastické deformaci nedochází. Příklady nejběžnějších typů rotačních monolitických pružných kloubů jsou uvedeny na obr. 1A až 1C. Klouby zde mají různé tvary profilu elastické části kloubu. Na obr. 1A je kruhový profil, na obr. 1B obdélníkový profil a na obr. 1C je uveden V profil. Na všech obrázcích je zobrazena osa O rotace, okolo které dochází k rotaci jednotlivých kotevních částí 1 pružného kloubu, a to pomocí elastické deformace pružné části 2 kloubu. Ta je vytvořena obrobením materiálu dílu kolmo na rovinu 3 dílu, obsahující tvar daného 2D motivu 4. U běžné konstrukce pružných kloubů je osa O rotace vždy kolmá na rovinu 2D motivu 4 definující tvar k obrábění dílu. Tyto typy rotačních monolitických pružných kloubů jsou popsány například v publikacích Lobontiu, N., 2002, Compliant Mechanisms Design of Flexure Hinges, CRC Press, New York, pp. 72-82, Paros, J. M., and Weisbord, L., 1965, “How to Design Flexure Flinges,” Mach. Des., 37, pp. 151-156, Smith, S. T., 2000, Flexures: Elements of Elastic Mechanisms, Gordon and Breach Science, New York a Dirksen, F., and Lammering, R., 2011, “On Mechanical Properties of Planar Flexure Hinges of Compliant Mechanisms,” J. Mech. Sci., 2, pp. 109-117.
Planžetové pružné klouby rozšiřují oblast elastické deformace realizující žádaný pohyb na celou
- 1 CZ 309552 B6 délku tenké planžety, jejíž délka je obvykle mnohem delší než tloušťka materiálu, ve kterém je 2D motiv planžety vyříznut. Tím se zvětší dovolený pracovní rozsah pružného kloubu, ale zároveň se zvětší i odchylky rotačního pohybu kotevních částí mechanizmu od počáteční polohy osy rotace pružného kloubu. Typické ukázky planžetových rotačních pružných kloubů jsou na obr. 2A až 2C. Jsou zde vyobrazeny příklady rotačních planžetových pružných kloubů s různými tvary planžet elastické části kloubu, Na obr. 2A je znázorněn X profil, na obr. 2B O profil a na obr. 2 je profil 2xZ.
Na těchto obrázcích je zobrazena osa O, okolo které dochází k žádané rotaci jednotlivých kotevních částí 1 pružného kloubu, a to pomocí elastické deformace pružné části 2 kloubu tvořené dlouhými planžetami. Ta je vytvořena obrobením materiálu dílu kolmo na rovinu 3, ve které leží tvar daného 2D motivu 4. I v tomto případě je osa O rotace vždy kolmá na rovinu 2D motivu 4 definující tvar k obrábění dílu oddělující pevné a elastické části pružného mechanizmu.
Tyto profily jsou uvedeny v publikacích Smith, S. T., 2000, Flexures: Elements of Elastic Mechanisms, Gordon and Breach Science, New York, Haringx, J. A., 1949, “The Cross Spring Pivot as a Constructional Element,” Appl. Sci. Res., 1(1), pp. 313-332, Martin, J., and Robert, M., 2011, “Novel Flexible Pivot With Large Angular Range and Small Center Shift to be Integrated Into a Bio-lnspired Robotíc Hand,” J. Intell. Mater. Syst. Struct., 22(13), pp. 1431-1437 a Qizhi, Y., Xiaobing, Z., Long, C., and Pengfei, Z., 2011, “Analysis of Traditional Revolute Pair and the Design of a New Compliant Joint,” International Conference on Electric Information and Control Engineering (ICEICE), Wuhan, China, Apr. 15-17, pp. 2007-2009.
Výhodou monolitických pružných kloubů je vyšší přesnost pohybu oproti planžetovému řešení, danou menšími odchylkami skutečné osy otáčení kotevních částí mechanizmu v závislosti na úhlu natočení od počáteční polohy osy otáčení pro úhly natočení jdoucí k nule. Na druhou stranu nevýhodou monolitických pružných kloubů je vyšší koncentrace mechanického namáhání, což omezuje rozsah pohybu kloubu při uvažované životnosti. Zvýšení pracovního rozsahu kloubů obou typů je možné dosáhnout vhodným znásobením počtů použitých pružných částí mechanizmu obou jednotlivých typů. To bylo úspěšně realizováno v případě planžetových rotačních pružných kloubů, kdy například motýlkový pružný kloub dosahuje pracovního rozsahu až 90°, ovšem za cenu značné změny polohy osy otáčení v závislosti na úhlu natočení až o několik milimetrů, nebo například kruhový planžetový pružný kloub dosahuje menší změny polohy osy otáčení, ale za cenu značné složitosti a výrobní a prostorové náročnosti, viz například publikace Henein, S., Droz, S., Myklebust, L., and Onillon, E., 2003, “Flexure Pivot for Aerospace Mechanisms,” Proceedings of the 10th European Space Mechanisms and Tribology Symposium, Sept. 24-26, San Sebastian, Spain, pp. 1-4, Xu, P., Jingjun, Y., Guanghua, Z., Shusheng, B., and Zhiwei, Y., 2008, “Analysis of Rotational Precision for an Isosceles-Trapezoidal Flexural Pivot,” ASME J. Mech. Des., 130(5), p. 052302 a Fowler, R. M., 2012, “Investigation of Compliant Space Mechanisms With Application to the Design of a Large- Displacement Monolithic Compliant Rotational Hinge,” Master thesis, Brigham Young University, Provo, UT a CSEM Centre Suisse ďElectronique et de Microtechnique SA - Recherche et Developpement. “Pivot mechanism with flexible elements for large - amplitude rotation guiding and pivot asswmbly comprisint a plurality of said pivot mechanism,Původce Cosandier, F., Schwab, P., Kiener, L., spis US 20190120287 A1. Pružný kloub v posledně jmenovaném dokumentu je tvarově i výrobně složitý a prostorově náročný.
Zvětšení pracovního rozsahu žádaného pohybu multiplikací jednotlivých elastických částí mechanizmu vede k rozšíření 2D motivu geometrie pružného kloubu o další tuhé části, které ale vykazují relativní pohyb vůči kotevním částem 1 mechanizmu při jeho silovém zatížení způsobující žádaný rotační pohyb, a proto jsou nazývány plovoucí části 5. I v tomto případě je osa O rotace vždy kolmá na rovinu 2D motivu definující tvar k oddělení jednotlivých pružných a tuhých částí dílu mechanizmu. Příklady rotačních planžetových pružných kloubů motýlkového typu, které kromě kotevních částí 1 a elastických částí 2 obsahují části plovoucí 5 jsou uvedeny na obr. 3A a 3B.
- 2 CZ 309552 B6
Pružné klouby mohou realizovat řadu různých typů vzájemných pohybů kotevních částí mechanizmu, jako například rotační pohyb, viz dokument US 8220777 B2, kombinaci různých typů pohybů s více stupni volnosti, jak uvádí dokument US 7270319 B2, nebo být realizovány z různých materiálů, viz dokument US 9783877 B2. Všechny uvedené patenty využívají různé tvary 2D motivu, který generuje žádoucí pohybovou funkci mechanizmu využívající pružné klouby. Složitější mechanizmy pak využívají i pružných kloubů realizující pohyb elastickou deformací i v několika směrech v prostoru, ale takový mechanizmus je obvykle složen z několika vzájemně spojených dílů pružných kloubů, jejichž funkční pohyb je podmíněn obrobením 2D funkčního tvaru motivu, viz dokument US 7284459 B2.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky odstraňuje přesný rotační pružný kloub se zvětšeným pracovním rozsahem, který je vytvořen buď jako jeden monolitický díl nebo je sestaven z několika dílů spojených k sobě pevně tak, že se chovají jako jediný tuhý díl.
Jedná se o pružný kloub pro spojení dvou předmětů obsahující alespoň dvě v podstatě tuhé kotevní části uzpůsobené k upevnění k předmětům, které mají být kloubem spojeny. Mezi kotevními částmi je vždy uspořádána alespoň jedna v podstatě tuhá plovoucí část a mezi kotevní částí a plovoucí částí je vždy vytvořena pružně deformovatelná část. Podstatou nového řešení je, že všechny pružně deformovatelné části leží v podstatě v jedné přímce, která je současně v podstatě osou otáčení kloubu, okolo které dochází k rotačnímu pohybu spojených předmětů. Kotevní část od plovoucí části a/nebo plovoucí část od jiné plovoucí části jsou ve směru osy rotace vždy odděleny mezerou.
Tyto pružně deformovatelné části jsou s výhodou vytvořeny ztenčením průřezu materiálu.
V dalším možném provedení jsou plovoucí části, pružně deformovatelné části a kotevní části symetricky uspořádány vůči rovině kolmé na osu otáčení kloubu.
Hlavním rozdílem nového řešení oproti stávajícím řešením pružných kloubů je, že rovina definující tvar pružné části, a tedy i jemu odpovídající polohu osy rotace, a rovina oddělující mezerami tuhé kotevní a plovoucí části nejsou rovnoběžné ani totožné, ale jsou navzájem kolmé. To umožňuje jednoduchou výrobu a kompaktní řešení pružného mechanizmu i při použití monolitických typů pružných kloubů. Hlavní výhodou navrženého řešení je zvětšení pracovního rozsahu rotačního pohybu kotevních částí mechanizmu pružného kloubu při zmenšení odchylek rotační osy kloubu od počáteční pozice osy otáčení při úhlu natočení jdoucí k nule, než která vykazují řešení využívající planžetové pružné klouby. Zároveň je zachována relativně snadná výroba takových monolitických kloubů, kdy jednotlivé řezy oddělující tuhé kotevní a plovoucí části mechanizmu i vlastní geometrii elastické části pružného kloubu je možné realizovat pouze dvěma na sobě kolmými 2D motivy a 2D profily.
Objasnění výkresů
Příklady nejběžnějších známých typů rotačních monolitických pružných kloubů jsou uvedeny na obr. 1A až 1C.
Na obr. 2. jsou uvedeny ukázky příkladů rotačních planžetových pružných kloubů s různými tvary planžet elastické části kloubu.
Na obr. 3 jsou ukázky příkladů rotačních planžetových pružných kloubů motýlkového typu, které kromě kotevních a elastických částí obsahují části plovoucí.
Na obr. 4 je uveden příklad nového řešení rotačního pružného kloubu s třínásobnou pružnou částí
- 3 CZ 309552 B6 a se dvěma plovoucími částmi.
Obr. 5A až 5C uvádí další příklady řešení pružných kloubů dle tohoto vynálezu
Příklady uskutečnění vynálezu
Pružný kloub pro spojení dvou předmětů obsahuje alespoň dvě v podstatě tuhé kotevní části 1 uzpůsobené k upevnění k předmětům, které mají být kloubem spojeny. Mezi těmito kotevními částmi 1 je vždy uspořádána alespoň jedna v podstatě tuhá plovoucí část 5. Současně je mezi kotevní částí 1 a plovoucí částí 5 vždy vytvořena pružně deformovatelná část 2. Pokud kloub obsahuje více plovoucích částí 5, tak každá plovoucí část 5 je od své sousední plovoucí části 5 ve směru přenosu kroutícího momentu kloubem také oddělena pružně deformovatelnou částí 2. Kloub je vytvořen z jednoho kusu materiálu nebo z několika kusů materiálu spojených v jeden celek. Všechny pružně deformovatelné části 2 leží v podstatě v jedné přímce, která je současně v podstatě osou O rotace kloubu. Pružně deformovatelné části 2 jsou vytvořeny ztenčením průřezu materiálu pomocí různých technologií, jak bude dále popsáno. Kotevní část 1 je od plovoucí části 5, a/nebo plovoucí část 5 od jiné plovoucí části 5 ve směru osy O rotace vždy oddělena mezerou. Plovoucí části 5, pružně deformovatelné části 2 a kotevní části 1 jsou s výhodou symetricky uspořádány vůči rovině kolmé na osu otáčení kloubu.
Přesný rotační pružný kloub se zvětšeným pracovním rozsahem tedy obecně obsahuje minimálně tuhé kotevní části 1, jednu pro upevnění k pevné části zařízení, ve kterém je kloub aplikován, a další jsou přizpůsobeny k upevnění k polohované součásti. Dále kloub obsahuje minimálně jednu tuhou plovoucí část 5. Tuhé kotevní části 1 a tuhé plovoucí části 5 jsou navzájem propojeny přes pružné části 2 vytvořené v uváděných příkladech protažením 2D profilu 6 v kolmém směru na tento 2D profil 6. Každá tuhá plovoucí část 5 je ohraničena z obou stran pružnou částí 2. Všechny pružné části 2 leží na společné ose, která je současně osou O rotace vedenou kolmo na 2D profil 6. Tuhé kotevní části 1 a tuhé plovoucí části 5 jsou navzájem odděleny mezerami vytvořenými protažením 2D motivu 4 kolmo na jeho rovinu 3, která je rovnoběžná s osou O rotace.
Materiálem pro realizaci pružných kloubů může být jakýkoliv materiál vykazující dostatečnou dovolenou elastickou deformaci a mez kluzu. Obvyklými materiály pro realizaci pružných kloubů jsou kvalitní oceli, slitiny duralu, titanu, ale i plastové materiály nebo i keramické materiály typu skla, křemíku, či jeho karbidy nebo nitridy. Hodnoty Youngova modulu a meze kluzu pouze omezují hodnotu pracovního rozsahu žádaného pohybu pružného kloubu. Tvar pružné části pružného kloubu a mezer oddělující tuhé kotevní a plovoucí části pružného kloubu je do materiálu vnesen vhodnou 2D obráběcí technologií, například elektroerozí pomocí drátořezu pro elektricky vodivé materiály nebo řezáním vodním či laserovým paprskem v případě elektricky nevodivých materiálů. Alternativní technologií je možnost 3D tisku, který může využívat všechny typy materiálů pružného mechanizmu - kovy, plasty, keramika.
Jeden možný příklad provedení přesného rotačního pružného kloubu je schematicky uveden na Obr. 4. Jedná se o řešení s třínásobnou pružnou částí 2 a se dvěma plovoucími částmi 5 a osou O rotace pružného kloubu rovnoběžnou s rovinou 3, ve které je realizováno obrábění 2D motivu 4 oddělující od sebe jednotlivé funkční části pružného kloubu, tedy tuhé kotevní části 1 a tuhé plovoucí části 5.
Jednotlivé díly přesného rotačního pružného kloubu jsou definovány následujícím způsobem.
Osa O rotace vzájemného pohybu jednotlivých tuhých kotevních částí 1 mechanizmu pružného kloubu, je definována vzájemným natočením pozice tuhých kotevních částí 1 mechanizmu pružného kloubu uzpůsobených pro upevnění k pevné části předmětu a tuhých kotevních částí 1 mechanizmu pružného kloubu uzpůsobených k upevnění k polohovanému předmětu při působení síly nebo momentu blížícího se k nule, mezi jednotlivými kotevními částmi 1, kde toto natočení je
- 4 CZ 309552 B6 umožněno elastickou deformaci pružné části 2 pružného kloubu.
Vztahová značka 1 definuje 3D tuhé kotevní části 1 mechanizmu pružného kloubu, kdy alespoň jedna tuhá kotevní část 1 mechanizmu pružného kloubu je uzpůsobena pro upevnění k pevné části zařízení a zbylé tuhé kotevní části 1 mechanizmu pružného kloubu jsou uzpůsobené k upevnění k polohované součásti.
3D pružné části 2 mechanizmu pružného kloubu, jsou části, které umožňují svojí elastickou deformací vzájemný pohyb jednotlivých tuhých kotevních částí 1 a tuhých plovoucích částí 5 mechanizmu pružného kloubu.
Rovina 3 je rovina, ve které leží 2D motiv 4, jehož protažením kolmo na jeho rovinu 3, vzniknou v 3D dílu mechanizmu pružného kloubu mezery oddělující od sebe jednotlivé tuhé kotevní části 1 a tuhé plovoucí části 5 pružného kloubu. Tato rovina je dle tohoto patentu rovnoběžná s osou rotace O.
2D motiv 4 je motiv, ležící v rovině 3, jehož protažením kolmo na jeho rovinu 3, vzniknou v 3D dílu mechanizmu pružného kloubu mezery oddělující od sebe jednotlivé tuhé kotevní části 1 a tuhé plovoucí části 5 mechanizmu pružného kloubu.
3D tuhá plovoucí část 5 mechanizmu pružného kloubu je část, která je od ostatních tuhých plovoucích částí 5 nebo tuhých kotevních částí 1 mechanizmu pružného kloubu vždy oddělena pružnými částmi 2 mechanizmu pružného kloubu.
2D profil 6 je profil, jehož protažením v kolmém směru na 2D profil 6 vznikne elastická část 2 pružného kloubu, která působením síly nebo momentu mezi jednotlivými tuhými kotevními částmi 1 umožní elastickou deformaci této pružné části 2 pružného kloubu vedoucí k natočení tuhých kotevních částí 1 okolo rotační osy O, která je kolmá na rovinu 2D profilu 6.
Podstatou nového řešení tedy je geometrické uspořádání mechanizmu přesného rotačního pružného kloubu skládající se z kotevních částí 1, elastických částí 2 a plovoucích částí 5 realizovaných s výhodou obrobením 2D motivu 4 v rovině 3 materiálu dílu tak, že osa O rotace kotevních částí 1 pružného kloubu je rovnoběžná s rovinou 2D motivu 4 oddělující jednotlivé funkční části pružného kloubu.
Obrobení 2D profilu pružné části 2 kloubu definujícím svým tvarem a elastickými vlastnostmi polohu rotační osy umožňující rotaci jednotlivých částí pružného kloubu okolo této rotační osy O je pak realizován obráběním 2D profilu 6 pružné části 2 kloubu ve směru kolmém na 2D profil 6, rovnoběžně s osou O rotace, kde 2D profil 6 je kolmý na rovinu 3 2D motivu 4 definujícího svým protažením mezery oddělující jednotlivé tuhé funkční části pružného kloubu.
Rotační pohyb takového pružného kloubu je realizován tak, že působením vnější síly nebo momentu mezi tuhými kotevními částmi 1 pružného kloubu dojde k jejich vzájemné změně polohy, a to deformací pružných částí 2 mechanizmu pružného kloubu. Díky tomu, že mezi každou dvojicí pružných částí 2 mechanizmu pružného kloubu je vytvořena obrobením 2D motivu 4 tuhá plovoucí část 5, je možné znásobit maximální dovolenou deformaci každé pružné části 2 mechanizmu pružného kloubu počtem tuhých plovoucích částí 5 a zvětšit tak celkovou změnu vzájemné polohy mezi tuhými kotevními částmi 1 pružného kloubu, a to části připojené k pevné části zařízení a části respektive částí přizpůsobených k upevnění k polohované součásti.
Řešení pružného rotačního kloubu podle tohoto patentu dovoluje použít libovolný tvar 2D profilu 6 pružných částí 2 kloubu, které jsou pro realizaci elastických částí pružného kloubu využívány, a zároveň umožňuje použití libovolného počtu plovoucích částí 5 pružného kloubu. Příklady řešení pružných kloubů různých 2D profilů 6, splňující podmínku, že osa O rotace pružného kloubu je rovnoběžná s rovinou 3 2D motivu 4 oddělující jednotlivé funkční tuhé části pružného kloubu, jsou
- 5 CZ 309552 B6 zobrazeny na obr. 5. Na obr. 5A je čtyřnásobný pružný kloub s krátkou planžetou s pěti plovoucími částmi 5, na obr. 5B je znázorněn zdvojený pružný kloub s obdélníkovým 2D profilem 6 a jednou plovoucí částí 5 a obr. 5C představuje pětinásobný pružný kloub s X planžetovým 2D profilem 6 a pěti plovoucími částmi 5.
Průmyslová využitelnost
Hlavní výhodou navrženého řešení je zvětšení pracovního rozsahu rotačního pohybu kotevních 10 částí mechanizmu pružného kloubu při zmenšení odchylek rotační osy kloubu od pozice osy otáčení při úhlu natočení blížící se k nule, která vykazují řešení využívající planžetové pružné klouby. Díky tomu bude možné nový typ kloubu uplatnit zejména ve velmi přesném polohování, kde přesnost zachování pozice rotační osy planžetového rotačního kloubu nevyhovuje dané aplikaci.
- 6 CZ 309552 B6
Claims (3)
1. Pružný kloub pro spojení dvou předmětů obsahující alespoň dvě v podstatě tuhé kotevní části (1) uzpůsobené k upevnění k předmětům, které mají být kloubem spojeny, přičemž mezi kotevními 5 částmi (1) je vždy uspořádána alespoň jedna v podstatě tuhá plovoucí část (5), mezi kotevní částí (1) a plovoucí částí (5) je vždy vytvořena pružně deformovatelná část (2), přičemž kloub j e vytvořen z jednoho kusu materiálu nebo z několika kusů materiálu spojených v jeden celek, vyznačující se tím, že všechny pružné deformovatelné části (2) leží v podstatě v jedné přímce, která je současně v podstatě osou (O) rotace kloubu, přičemž kotevní část (1) od plovoucí části (5) a/nebo plovoucí část
10 (5) od jiné plovoucí části (5) je ve směru osy (O) rotace vždy oddělena mezerou.
2. Pružný kloub podle nároku 1, vyznačující se tím, že pružně deformovatelné části (2) jsou vytvořeny ztenčením průřezu materiálu.
3. Pružný kloub podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že plovoucí části (5), pružně deformovatelné části (2) a kotevní části (1) jsou symetricky uspořádány vůči rovině kolmé na osu 15 otáčení kloubu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2022-22A CZ309552B6 (cs) | 2022-01-18 | 2022-01-18 | Pružný kloub pro spojení dvou předmětů |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2022-22A CZ309552B6 (cs) | 2022-01-18 | 2022-01-18 | Pružný kloub pro spojení dvou předmětů |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ202222A3 CZ202222A3 (cs) | 2023-04-05 |
| CZ309552B6 true CZ309552B6 (cs) | 2023-04-05 |
Family
ID=85773646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2022-22A CZ309552B6 (cs) | 2022-01-18 | 2022-01-18 | Pružný kloub pro spojení dvou předmětů |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309552B6 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4488523A1 (de) * | 2023-07-06 | 2025-01-08 | NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH | Exzenterschneckenpumpe |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1251099B (cs) * | 1967-09-28 | |||
| GB1216778A (en) * | 1967-04-07 | 1970-12-23 | Nils Folke Hector | A flexible universal joint and a method of manufacturing the joint |
| US4812072A (en) * | 1988-03-11 | 1989-03-14 | Santa Barbara Research Center | Torsion structural pivot |
| EP2256039A1 (fr) * | 2009-05-19 | 2010-12-01 | Thales | Pivot traversant à éléments flexibles et engin spatial comportant un tel pivot |
| US20190120287A1 (en) * | 2017-10-24 | 2019-04-25 | Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa - Recherche Et Developpement | Pivot mechanism with flexible elements for large-amplitude rotation guiding and pivot assembly comprising a plurality of said pivot mechanism |
| US20200124086A1 (en) * | 2018-10-22 | 2020-04-23 | Raytheon Company | Flexure Device |
-
2022
- 2022-01-18 CZ CZ2022-22A patent/CZ309552B6/cs unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1251099B (cs) * | 1967-09-28 | |||
| GB1216778A (en) * | 1967-04-07 | 1970-12-23 | Nils Folke Hector | A flexible universal joint and a method of manufacturing the joint |
| US4812072A (en) * | 1988-03-11 | 1989-03-14 | Santa Barbara Research Center | Torsion structural pivot |
| EP2256039A1 (fr) * | 2009-05-19 | 2010-12-01 | Thales | Pivot traversant à éléments flexibles et engin spatial comportant un tel pivot |
| US20190120287A1 (en) * | 2017-10-24 | 2019-04-25 | Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa - Recherche Et Developpement | Pivot mechanism with flexible elements for large-amplitude rotation guiding and pivot assembly comprising a plurality of said pivot mechanism |
| US20200124086A1 (en) * | 2018-10-22 | 2020-04-23 | Raytheon Company | Flexure Device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4488523A1 (de) * | 2023-07-06 | 2025-01-08 | NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH | Exzenterschneckenpumpe |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ202222A3 (cs) | 2023-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20190353507A1 (en) | Two-dimensional three-degree-of-freedom micro-motion platform structure for high-precision positioning and measurement | |
| US6746172B2 (en) | Apparatus and method for accurate, precise, and adjustable kinematic coupling | |
| CZ309552B6 (cs) | Pružný kloub pro spojení dvou předmětů | |
| US9371855B2 (en) | Flexure based linear and rotary bearings | |
| US5942837A (en) | Highly dynamic piezo-electric drive mechanism | |
| EP0510698A1 (en) | Displacement amplification mechanism using piezoelectric element | |
| JP2020506340A (ja) | たわみピボット、たわみピボット・システム及び製造方法 | |
| US20140061420A1 (en) | Slit Diaphragm Flexure | |
| US4832452A (en) | Device for setting the angular position of optical elements | |
| CN106272354A (zh) | 一种大行程高精度的平面两移动自由度柔顺并联机构 | |
| CN109434142A (zh) | 一种快速伺服刀架 | |
| Hao et al. | Conceptual design and modelling of a self-adaptive compliant parallel gripper for high-precision manipulation | |
| Kozuka et al. | A bio-inspired compliant parallel mechanism for high-precision robots | |
| CN109949856B (zh) | 一种基于柔性铰链的模块化六自由度精密微动机构 | |
| JP2003062773A (ja) | マイクロマニピュレータ | |
| EP0638396A2 (en) | A rapid attachment device for a manipulator head | |
| CN217483442U (zh) | 一种高带宽大行程空间三自由度并联柔顺精密定位平台 | |
| CN115373251B (zh) | 钟表装配件 | |
| Pardeshi et al. | Monolithic compliant slider crank mechanism for motion amplification | |
| JPH0555263B2 (cs) | ||
| CN210599838U (zh) | 一种大行程转动柔性铰链 | |
| CN107584512B (zh) | 基于柔性机构的复合虎克铰 | |
| CN205780254U (zh) | 一种高精度转动柔性铰链 | |
| JP7728759B2 (ja) | マイクロアクチュエータ用装置およびそのような装置を具備するマイクロアクチュエータ | |
| JPH01238759A (ja) | ６自由度精密微動台 |