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新型混合柔性铰链的设计计算与参数优化

2021-05-19李志鹏王传礼张文标

安徽理工大学学报(自然科学版) 2021年2期

何 涛,李志鹏,李 成,王传礼,张文标

(1.安徽理工大学机械工程学院,安徽 淮南 232001;2. 中国矿业大学江苏省矿山机电装备重点实验室,江苏 徐州 221116;3.安徽理工大学矿山智能装备与技术安徽省重点实验室,安徽 淮南 232001)

柔性铰链通过弹性变形,能绕其回转中心在有限角度范围内产生回转运动,具有位移分辨率高、传动精度高、结构紧凑等优点,且避免了刚性铰链的摩擦、磨损、润滑等诸多问题,已经在航空航海、精密仪器、生物工程、微纳机械等诸多领域得到广泛的应用。文献[1]设计了基于柔性铰链的三维海流传感器,可以测量海洋上升流产生的微牛级升力。文献[2]设计了基于圆弧柔性铰链的微夹钳,用以实现微纳米尺度下的精准操作。文献[3]通过对柔性铰链作动机理的分析,提出运用大行程柔性铰链的高精度大行程并联定位平台。柔性铰链是柔性机构最重要的单元,其结构往往决定整个柔性机构的性能好坏,因此,高性能柔性铰链的设计仍是柔性机构开发的重要部分。

就柔性铰链的分类而言,根据工作维度不同,可分为单轴、双轴和多轴柔性铰链,单轴仅有一个自由度,适用于平面运动,而双轴和多轴柔性铰链适用于空间三维的运动。根据切口轮廓的不同,又可以分为圆弧型、椭圆型、直角型、抛物线型、摆线型等不同形式的柔性铰链。除了上述对称切口以外,还存在着混合柔性铰链,如直圆抛物线柔性铰链、双曲线导角柔性铰链等。混合柔性铰链集成了不同铰链的优势,从而在回转能力或应力水平等方面具有明显的优势,尤其在大行程柔顺机构、精密测量和精密驱动等领域应用前景广泛。……

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