一种多交叉变厚度变宽度簧片型柔性轴承

技术领域

本发明涉及一种柔性铰链，尤其涉及一种多交叉变厚度变宽度簧片型柔性轴承。

背景技术

柔性轴承与传统轴承等刚性机构不同，是利用材料的可逆弹性变形来实现运动传递的一种新型机构。柔性轴承具有高可靠性、无摩擦、无需润滑等特点，目前已广泛应用于机器人、精密设备、角振动转台和智能结构等领域。

目前，可应用于工业设计领域的柔性铰链产品，如C-Flex、Riverhawk等公司所生产的柔性轴承，由于分布式弹性变形，随着转角增大所产生的轴漂越大，较大的轴漂量会造成更大的精度误差，同时一体化加工设计难度高等问题对柔性铰链的生产及应用形成限制。

柔性轴承的设计目标为降低工作刚度、提高非工作刚度，通过减小柔性簧片的厚度、宽度和长度均可降低工作刚度，但其非工作刚度亦会降低；目前，还没有解决该问题的有效办法。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供了一种径向承载的多交叉变厚度变宽度簧片型柔性轴承，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的多交叉变厚度变宽度簧片型柔性轴承，包括刚性支架一1、刚性支架二2、变厚度变宽度簧片组一3、变厚度变宽度簧片组二4、轴套一5和轴套二6；

所述刚性支架一1、刚性支架二2位于同一轴线上且两端面分别对齐，两刚性支架在周向上等角度交叉放置；

所述刚性支架一1和刚性支架二2分别通过变厚度变宽度簧片组一3和变厚度变宽度簧片组二4连接，所述轴套一5、轴套二6分别连接刚性支架二2和刚性支架一1；

所述变厚度变宽度簧片组一3与变厚度变宽度簧片组二4分别位于过轴承中心点的径向平面的两侧，且每组内对应位置的簧片关于该径向平面成镜像对称分布。

与现有技术相比，本发明所提供的多交叉变厚度变宽度簧片型柔性轴承，受到径向载荷作用下，刚性支架会承担部分径向力，减小柔性簧片上的力的分布并增大柔性轴承的径向承载能力；提高结构的非工作刚度即径向变形刚度，同时降低径向力对其转动精度的干扰；变厚度变宽度簧片组可以使轴承同时具有较高的承载能力和较低的转动刚度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多交叉变厚度变宽度簧片型柔性轴承的整体结构示意图。

图2是本发明的内部结构示意图。

图3a、图3b分别是本发明的刚性支架两个角度的结构示意图。

图4是本发明的变厚度变宽度簧片结构示意图。

图5、图6分别是本发明的簧片端面轮廓和宽度边沿轮廓结构示意图。

图中：

1、刚性支架一，2、刚性支架二，3、变厚度变宽度簧片组一，4、变厚度变宽度簧片组二，5、轴套一，6、轴套二；

7、变厚度变宽度簧片一，8、变厚度变宽度簧片二，9、变厚度变宽度簧片三；

10、变厚度变宽度簧片四，11、变厚度变宽度簧片五，12、变厚度变宽度簧片六。

具体实施方式

下面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，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。

除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明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文的限制。

本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的多交叉变厚度变宽度簧片型柔性轴承，包括刚性支架一1、刚性支架二2、变厚度变宽度簧片组一3、变厚度变宽度簧片组二4、轴套一5和轴套二6；

所述刚性支架一1、刚性支架二2位于同一轴线上且两端面分别对齐，两刚性支架在周向上等角度交叉放置；

所述刚性支架一1和刚性支架二2分别通过变厚度变宽度簧片组一3和变厚度变宽度簧片组二4连接，所述轴套一5、轴套二6分别连接刚性支架二2和刚性支架一1；

所述变厚度变宽度簧片组一3与变厚度变宽度簧片组二4分别位于过轴承中心点的径向平面的两侧，且每组内对应位置的簧片关于该径向平面成镜像对称分布。

所述的变厚度变宽度簧片组一3和变厚度变宽度簧片组二4均由三个变厚度变宽度簧片组成，三个变厚度变宽度簧片在周向上等角度排列；

各个变厚度变宽度簧片的结构、尺寸相同，任意两个变厚度变宽度簧片的交叉轴线均位于同一转动中心轴线上。

所述变厚度变宽度簧片的端面轮廓的变化特征为一种对称的浴盆形曲线；

所述变厚度变宽度簧片的宽度边沿轮廓的变化特征为一种对称的浴盆形曲线；

所述浴盆形曲线的形式为抛物线、椭圆线或圆弧等非线性曲线；

所述变厚度变宽度簧片两端外表面为圆弧面，各簧片的外圆弧面半径相同；

所述变厚度变宽度簧片的厚度t(x)和宽度s(x)的一种表达形式分别为：

式中a为内圆弧半径、b为等厚段的长度、c为椭圆短半轴长度、d为等厚段的厚度、e为等厚段宽度、L为柔性体的长度。调整簧片的内圆弧半径a和短半轴长度c可对等厚段参数产生影响，进而柔性轴承整体的性能。所述的刚性支架一1和刚性支架二2的结构、尺寸相同；

刚性支架一1、刚性支架二2是由三个变厚度杆通过端盖连接的刚性结构；

所有杆的较厚端外表面与轴套内表面共用同一圆柱面；

变厚度变宽度簧片的两端外圆弧面分别与刚性支架一1和刚性支架二2的对径内圆弧面进行配合连接；

以上连接方式可为胶结。

综上可见，本发明实施例的多交叉变厚度变宽度簧片型柔性轴承，刚性支架承担部分径向力，提高了柔性轴承的径向变形刚度并降低径向力对转动精度的干扰。变厚度变宽度簧片组可以使柔性轴承同时具有较高的承载能力和较低的转动刚度。整体降低外部载荷干扰，以实现柔性铰链在较大转角、径向负载下的高精度转动。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的进行详细描述。

实施例1

如图1所示：该柔性轴承包括刚性支架一1、刚性支架二2、变厚度变宽度簧片组一3、变厚度变宽度簧片组二4；其中刚性支架一1和刚性支架二2位于同一轴线上且两端面分别对齐；两刚性支架并在周向上等角度交叉放置；刚性支架一1和刚性支架二2分别通过变厚度变宽度簧片组一3和变厚度变宽度簧片组二4连接；轴套一5、轴套二6分别连接右刚性支架一1和左刚性支架二2；任意两个变厚度变宽度簧片的交叉轴线均为同一转动中心轴线。

如图2所示，变厚度变宽度簧片组一3由变厚度变宽度簧片7、8、9组成，变厚度变宽度簧片组二4由变厚度变宽度簧片10、11、12组成；变厚度变宽度簧片组一3与变厚度变宽度簧片组二4分别位于过轴承中心点的径向平面的两侧，且每组内对应位置的簧片关于该径向平面成镜像对称分布。

如图3a、图3b所示，刚性支架一1和刚性支架二2结构、尺寸相同；刚性支架一1、刚性支架二2是由三个变厚度的扇形杆通过端盖进行连接的刚性结构。

如图4所示，变厚度变宽度簧片的端面轮廓和宽度边沿轮廓的厚度和宽度变化均为一种对称形式的浴盆形曲线，非线性曲线形式可为抛物线、椭圆线或圆弧等；变厚度变宽度簧片两端外表面为圆弧面，且圆弧半径相同；所述的各个变厚度变宽度簧片的结构、尺寸相同。

如图5、图6所示，变厚度变宽度簧片的一种曲线变化形式。

簧片上任一点的厚度t(x)表达式为：

簧片上任一点的宽度s(x)表达式为：

表达式中a为内圆弧半径、b为等厚段的长度、c为椭圆短半轴长度、d为等厚段的厚度、e为等厚段宽度、L为柔性体的长度。调整簧片的内圆弧半径a和短半轴长度c可对等厚段参数产生影响，进而柔性轴承整体的性能。进一步，变厚度变宽度簧片与刚性支架连接；变厚度变宽度簧片7、12的两端圆弧面分别连接刚性支架一1、2刚性支架二2的上、下两杆内圆弧面；变厚度变宽度簧片8、11的两端圆弧面分别连接刚性支架一1、刚性支架二2的右下、左上两杆内圆弧面；变厚度变宽度簧片9、10的两端圆弧面分别连接刚性支架一1、刚性支架二2的左下、右上两杆内圆弧面。

进一步，刚性支架与轴套连接；刚性支架一1、刚性支架二2的最大外圆弧面分别与右轴套二6、左轴套一5的内圆弧面共用同一圆柱面。

上述刚性支架与变厚度变宽度簧片的连接方式采用胶结，刚性支架与轴套的连接方式采用胶结。

柔性轴承的任一轴套固定，另一轴套承受转矩和径向载荷时，变厚度变宽度簧片提供工作刚度，刚性支架和变厚度变宽度簧片提供径向的非工作刚度，降低径向力对柔性轴承转动精度的干扰；变厚度变宽度簧片组可以使轴承同时具有较高的承载能力和较低的转动刚度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。