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CN111503131A - 一种抗轴向拉压大转角柔性铰链 - Google Patents

一种抗轴向拉压大转角柔性铰链 Download PDF

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CN111503131A CN202010497539.8A CN202010497539A CN111503131A CN 111503131 A CN111503131 A CN 111503131A CN 202010497539 A CN202010497539 A CN 202010497539A CN 111503131 A CN111503131 A CN 111503131A
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占金青
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Abstract

本发明公开一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，包括两个间隔设置的刚性连杆，两个刚性连杆之间固定设置有车轮型柔性铰链和刚性球面副铰链；车轮型柔性铰链相互平行；车轮型柔性铰链与刚性连杆之间设置有弹簧。本发明采用多个平行布置的车轮型柔性铰链作为柔性铰链的变形主体，增大转动范围的同时，提高了转动面外的刚度，降低了柔性铰链转动平面外的寄生运动；并通过在车轮型柔性铰链与两个刚性连杆之间设置弹簧，提高了车轮型柔性铰链的轴向刚度；且设置有刚性球面副铰链，当柔性铰链受到轴向压力时，刚性球面副可以使得柔性铰链不发生受压变形；并且当柔性铰链发生大角度转动时，可以有效地保证柔性铰链具有很高的转动精度。

Description

一种抗轴向拉压大转角柔性铰链
技术领域
本发明涉及柔性铰链结构技术领域，特别是涉及一种抗轴向拉压大转角柔性铰链。
背景技术
柔性铰链是连接两相邻刚性连杆之间的较薄柔性单元，利用自身材料的弹性变形来完成运动和力的传递与转换,在外力或力矩的作用下可以实现高精度的转动功能，广泛应用于微纳操作、精密定位等精密工程领域。传统的缺口型柔性铰链虽然转动精度高，但是应力集中显著使得转角小。为提高柔性铰链的转动范围，研究者设计了交叉簧片式柔性铰链和车轮型柔性铰链，可以实现大角度的转动。但这两种柔性铰链具有较大的轴漂，特别是受到轴向力时，柔性铰链会在非转动方向上产生较大的变形，导致转动精度降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，以解决上述现有技术存在的问题，可以实现大角度的转动，同时能有效抑制寄生运动，大幅度提高柔性铰链的转动精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，包括两个间隔设置的刚性连杆，两个刚性连杆之间固定设置有不少于两组车轮型柔性铰链和一组刚性球面副铰链，刚性球面副铰链设置在任意两组车轮型柔性铰链之间；车轮型柔性铰链相互平行且与两个刚性连杆垂直设置；车轮型柔性铰链与刚性连杆之间设置有弹簧。
优选的，车轮型柔性铰链包括一个刚性圆柱体和沿刚性圆柱体周向布置的四个长度相同的柔性簧片，柔性簧片的一端固定连接在刚性圆柱体上，柔性簧片的另一端固定连接在刚性连杆上；周向相邻的柔性簧片间隔90度设置。
优选的，刚性球面副铰链包括左刚性构件和右刚性构件，左刚性构件和右刚性构件分别与相邻的刚性连杆之间通过螺纹连接；左刚性构件和右刚性构件可转动接触。
优选的，左刚性构件和右刚性构件相邻的端面分别为半球凹面和半球凸面，半球凹面和半球凸面相适配。
优选的，刚性连杆和刚性圆柱体上均设置有吊环，刚性连杆上设置有第一吊环，刚性圆柱体上设置有第二吊环，第二吊环位于柔性簧片之间，第一吊环和第二吊环对应设置，弹簧的一端扣合在第一吊环内，弹簧的另一端扣合在第二吊环内。
优选的，吊环包括半环状挂钩，半环状挂钩的端部固定设置有安装座，安装座上设置有螺纹；刚性连杆和刚性圆柱体上均开设有与安装座外的螺纹相适配的螺纹孔。
优选的，安装座为圆柱形结构。
优选的，车轮型柔性铰链设置为两组，刚性球面副铰链设置在两组车轮型柔性铰链的对称面。
优选的，刚性连杆和车轮型柔性铰链为一体式结构。
本发明公开了以下技术效果：
1、本发明采用多个平行布置的车轮型柔性铰链作为柔性铰链的变形主体，在增大转动范围的同时，提高了转动面外的刚度，降低了柔性铰链转动平面外的寄生运动；
2、本发明通过在车轮型柔性铰链与两个刚性连杆之间设置弹簧，提高了车轮型柔性铰链的轴向刚度，当柔性铰链受到轴向拉力时，可以有效地降低非转动方向上的变形；并通过调整弹簧长度可改变预拉力，可以根据实际应用情况来调整柔性铰链的轴向拉伸刚度；
3、本发明在两个刚性连杆之间固定设置有刚性球面副铰链，当柔性铰链受到轴向压力时，刚性球面副可以使得柔性铰链不发生受压变形；并且当柔性铰链发生大角度转动时，可以有效地保证柔性铰链具有很高的转动精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明柔性铰链结构示意图；
图2为本发明柔性铰链主视图；
图3为本发明刚性连杆和车轮型柔性铰链结构示意图；
图4为刚性球面副铰链结构示意图；
图5为左刚性构件结构示意图；
图6为右刚性构件结构示意图；
图7为吊环结构示意图。
其中，1为刚性连杆，2为车轮型柔性铰链，21为刚性圆柱体，22为柔性簧片，3为刚性球面副铰链，31为左刚性构件，311为半球凹面，32为右刚性构件，321为半球凸面，4为弹簧，5为吊环，501为第一吊环，502为第二吊环，51为半环状挂钩，52为安装座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-7，本发明提供一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，包括两个间隔设置的刚性连杆1，两个刚性连杆1之间固定设置有两组车轮型柔性铰链2和一组刚性球面副铰链3。刚性球面副铰链3设置在两组车轮型柔性铰链2的对称面上，由于柔性铰链对称设计，刚性球面副铰链3位于两个刚性连杆1重心的连线上；车轮型柔性铰链2相互平行且与两个刚性连杆1垂直设置。刚性连杆1和车轮型柔性铰链2为一体式结构。
车轮型柔性铰链2包括一个刚性圆柱体21和沿刚性圆柱体21周向布置的四个长度相同的柔性簧片22，柔性簧片22的一端固定连接在刚性圆柱体21上，柔性簧片22的另一端固定连接在刚性连杆1上；周向相邻的柔性簧片22间隔90度设置。由于柔性簧片22的长度相同，同时由于柔性簧片22均匀布置在刚性圆柱体21的四周且间隔90度设置，使周向布置的相邻柔性簧片22上下、左右对称设置，从而最大程度上增大转动范围，同时提高转动面外的刚度，降低柔性铰链转动平面外的寄生运动。
刚性球面副铰链3包括左刚性构件31和右刚性构件32，左刚性构件31和右刚性构件32分别与相邻的刚性连杆1之间通过螺纹连接；左刚性构件31和右刚性构件32可转动接触。左刚性构件31和右刚性构件32相邻的端面分别为半球凹面311和半球凸面321，半球凹面311和半球凸面321相适配并组合成球面副，通过螺纹旋转调整半球凹面311和半球凸面321之间的间距使之相互接触。
车轮型柔性铰链2与刚性连杆1之间设置有弹簧4。刚性连杆1和刚性圆柱体21上均设置有吊环5，刚性连杆1上设置有第一吊环501，刚性圆柱体21上设置有第二吊环502，第二吊环502位于柔性簧片22之间，第一吊环501和第二吊环502对应设置。吊环5包括半环状挂钩51，半环状挂钩51的端部固定设置有圆柱形结构的安装座52，安装座52上设置有螺纹；刚性连杆1和刚性圆柱体21上均开设有与安装座52外的螺纹相适配的螺纹孔。弹簧4的一端扣合在第一吊环501内，弹簧4的另一端扣合在第二吊环502内。弹簧4的长度是可以调整的，通过调整弹簧长度可改变预拉力，因此可以根据实际应用情况来调整柔性铰链的轴向拉伸刚度。微调动时通过旋转吊环螺纹可以调节弹簧的长度以调整弹簧的预拉力。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，其特征在于：包括两个间隔设置的刚性连杆(1)，两个刚性连杆(1)之间固定设置有不少于两组车轮型柔性铰链(2)和一组刚性球面副铰链(3)，刚性球面副铰链(3)设置在任意两组车轮型柔性铰链(2)之间；车轮型柔性铰链(2)相互平行且与两个刚性连杆(1)垂直设置；车轮型柔性铰链(2)与刚性连杆(1)之间设置有弹簧(4)。
2.根据权利要求1的一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，其特征在于：车轮型柔性铰链(2)包括一个刚性圆柱体(21)和沿刚性圆柱体(21)周向布置的四个长度相同的柔性簧片(22)，柔性簧片(22)的一端固定连接在刚性圆柱体(21)上，柔性簧片(22)的另一端固定连接在刚性连杆(1)上；周向相邻的柔性簧片(22)间隔90度设置。
3.根据权利要求1的一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，其特征在于：刚性球面副铰链(3)包括左刚性构件(31)和右刚性构件(32)，左刚性构件(31)和右刚性构件(32)分别与相邻的刚性连杆(1)之间通过螺纹连接；左刚性构件(31)和右刚性构件(32)可转动接触。
4.根据权利要求3的一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，其特征在于：左刚性构件(31)和右刚性构件(32)相邻的端面分别为半球凹面(311)和半球凸面(321)，半球凹面(311)和半球凸面(321)相适配。
5.根据权利要求2的一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，其特征在于：刚性连杆(1)和刚性圆柱体(21)上均设置有吊环(5)，刚性连杆(1)上设置有第一吊环(501)，刚性圆柱体(21)上设置有第二吊环(502)，第二吊环(502)位于柔性簧片(22)之间，第一吊环(501)和第二吊环(502)对应设置，弹簧(4)的一端扣合在第一吊环(501)内，弹簧(4)的另一端扣合在第二吊环(502)内。
6.根据权利要求5的一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，其特征在于：吊环(5)包括半环状挂钩(51)，半环状挂钩(51)的端部固定设置有安装座(52)，安装座(52)上设置有螺纹；刚性连杆(1)和刚性圆柱体(21)上均开设有与安装座(52)外的螺纹相适配的螺纹孔。
7.根据权利要求6的一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，其特征在于：安装座(52)为圆柱形结构。
8.根据权利要求1的一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，其特征在于：车轮型柔性铰链(2)设置为两组，刚性球面副铰链(3)设置在两组车轮型柔性铰链(2)的对称面。
9.根据权利要求1的一种抗轴向拉压大转角柔性铰链，其特征在于：刚性连杆(1)和车轮型柔性铰链(2)为一体式结构。
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