专利名称：简易虎克铰链的制作方法
技术领域：
本发明涉及的虎克铰链，特别是一种简易虎克铰链，适用于多自由度并联定位平台。
背景技术：
虎克铰链用于运动过程两轴力的传递，且具有一定的支撑作用。其结构通常采用 十字轴，十字轴的四端安装滚动轴承，通过铰链座上的压盖消除轴承轴向间隙，其结构如图 2所示。目前精密机械领域，特别是多自由度并联定位平台，需要精度高、旋转范围大、结构 紧凑的虎克铰链。现有多种虎克铰链，结构上大多有一个十字轴或者类似十字的支撑轴， 其结构设计复杂，加工比较困难、工序多，导致了精度的降低和成本的增加；采用轴承用于 转动，不能消除传动中的径向间隙，或者是引起转动中心的不同心，导致虎克铰链精度的降 低；且这些结构大多零件较多，要求加工精度高，导致尺寸较大，成本高，所以不能算很理想 的虎克铰链。此外，现有虎克铰链都只有两个旋转自由度，还需要补充一个旋转自由度才能 满足并联定位平台的转动关节所需的三个旋转自由度的要求。
发明内容
为了解决上述现有虎克铰链的弊端、加工制造的复杂、结构尺寸大和成本高等问 题，本发明提供一种简易虎克铰链，该铰链具有三个旋转自由度，避免了只具有两个旋转自 由度的普通铰链和其他一维旋转体共同组成三个自由度后所产生的旋转不同心问题。本发明的技术解决方案如下一种简易虎克铰链，特点在于其构成包括两个U形铰链座、四个紧定螺钉、四个支 撑臂、一个钢球和四个压圈，所述的U形铰链座的两端设有相对且同轴的圆形通孔，垂直于 该圆形通孔有螺孔，所述的支撑臂的一端为圆柱，另一端具有一圆形凹孔，所述的四个支撑 臂的圆柱分别坎合在所述的两个U形铰链座的圆形通孔内，所述的钢球嵌在所述的四个支 撑臂的圆形凹孔中；将所述的紧定螺钉拧入所述的U形铰链座的螺孔中并配合压圈以固定 所述的支撑臂，使所述的支撑臂与所述的钢球构成一个以钢球为转动中心的灵活的转动整 体。所述的钢球采用精度较高的标准钢球，其直径大于支撑臂的圆形凹孔的直径。所述的支撑臂的一端圆柱的轴线和另一端圆形凹孔的轴线在同一条直线上。装配完成后，所述的两个U形铰链座分别与两个支撑臂形成刚性整体，刚性整体 绕一条直线作为转动中心无间隙转动，直线通过钢球球心。两个刚性整体的转动是独立的， 可以达到三个旋转自由度，转动中心交于一点，此点即为钢球球心。本发明的技术效果如下1、本发明简易虎克铰链，在结构上采用精度较高的标准钢球作为转动中心，不需 要加工十字轴；只需要加工有相对且同轴的圆形通孔的U形饺链座，同轴的圆柱和圆形凹 孔的支撑臂，解决了加工产生的精度和成本问题；
2、本发明结构简单紧凑，所需零件很少，需加工的复杂零件采用标准件，转动无间 隙，制造装配方便容易，运动范围更大且精度更高，具有三个旋转自由度。3、本发明简易虎克铰链，当两个铰链座与其他机构连接，就可以实现三个自由度 的转动，非常适合用于多自由度的并联定位平台的转动关节，为此类平台的高精度更大范 围的多维调节提供了保证。
图1是本发明的机械结构示意图，分别有主视图、右视图和俯视剖面2是现有的常规铰链结构图，只具有两个旋转自由度
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。一种简易虎克铰链，具体结构参见图1，由图可见，本发明虎克铰链，构成包括下U 形铰链座1、上U形铰链座5、四个紧定螺钉2、四个支撑臂3、一个钢球4和四个压圈6，所述 的下U形铰链座1的两端设有相对且同轴的圆形通孔，垂直于该圆形通孔有螺孔，所述的上 U形铰链座5的两端设有中心相对的圆形通孔，垂直于该圆形通孔有螺孔，所述的支撑臂3 一端为圆柱，另一端具有一圆形凹孔，所述的支撑臂3的圆柱面分别坎合在所述的下U形铰 链座1的圆形通孔内和上U形铰链座5的圆形通孔内，所述的钢球4嵌设在所述的四个支 撑臂3的圆形凹孔中；将所述的紧定螺钉2拧入所述的上下U形铰链座的螺孔中并配合压 圈6以固定所述的支撑臂3，使所述的支撑臂3与所述的钢球4构成一个以钢球4为转动中 心的灵活的转动整体。所述的支撑臂3的一端圆柱配合在U形铰链座1和5的圆形通孔内，间隙、过渡配 合皆可；其另一端结构中有一小型圆形凹孔，该圆形凹孔直径小于钢球4的直径，钢球4部 分嵌入圆形凹孔中，圆形凹孔与钢球的接触面加工或者通过钢球4挤压成球形更佳，这样 将普通的线接触改变为球面接触，显著提高承载能力。紧定螺钉2在U形铰链座1和5的 U形两边的端部用于紧定加固支撑臂与其的连接，旋紧螺钉可以消除铰链座和支撑臂之间 的孔轴配合间隙；松开紧定螺钉2，可以调节钢球4在铰链座的两个圆形通孔中心直线上的 位置，使钢球处于结构的中心点；旋紧压圈6消除支撑臂3与钢球4的连接间隙。装配完成 后，上下U形铰链座分别与两个支撑臂形成刚性整体，以钢球球心为转动中心转动。本发明在实际应用时，根据需要调整支撑臂3的外配合圆柱直径、圆形凹孔直径、 钢球直径等参数，以达到更好的使用效果。本发明整体结构简单、加工容易、精度高、成本 低，转动范围大，在精密机械领域具有极高的推广和使用价值。
权利要求
1.一种简易虎克铰链，特征在于其构成包括两个U形铰链座、四个紧定螺钉、四个支撑 臂、一个钢球和四个压圈，所述的U形铰链座的两端设有相对且同轴的圆形通孔，垂直于该 圆形通孔有螺孔，所述的支撑臂一端为圆柱，另一端具有一圆形凹孔，所述的四个支撑臂的 圆柱分别坎合在所述的两个U形铰链座的圆形通孔内，所述的钢球嵌在所述的四个支撑臂 的圆形凹孔中；将所述的紧定螺钉拧入所述的U形铰链座的螺孔中配合压圈以固定所述的 支撑臂，使所述的支撑臂与所述的钢球构成一个以钢球为转动中心的灵活的转动整体。
2.根据权利要求1所述的一种简易虎克铰链，其特征是所述的钢球采用精度较高的标 准钢球，其直径大于所述的支撑臂的圆形凹孔的直径。
3.根据权利要求1所述的简易虎克铰链，其特征是支撑臂的一端圆柱的轴线和另一端 圆形凹孔的轴线在同一条直线上。
全文摘要
一种简易虎克铰链，其构成包括两个U形铰链座、四个紧定螺钉、四个支撑臂、一个钢球和四个压圈，所述的U形铰链座的两端设有相对且同轴的圆形通孔，垂直于该圆形通孔有螺孔，所述的支撑臂的一端为圆柱，另一端具有圆形凹孔，所述的四个支撑臂的圆柱分别坎合在所述的两个U形铰链座的圆形通孔内，所述的钢球嵌在所述的四个支撑臂的圆形凹孔中；将所述的紧定螺钉拧入所述的U形铰链座的螺孔中并配合压圈以固定所述的支撑臂，使所述的支撑臂与所述的钢球构成一个以钢球为转动中心的灵活的转动整体。本发明结构十分简单，加工装配方便，无传动间隙，旋转角度更大，转动精度更高，具有三个旋转自由度。特别适用于多自由度并联定位平台。
文档编号E05D5/02GK102108817SQ20111004018
公开日2011年6月29日 申请日期2011年2月18日 优先权日2011年2月18日
发明者刘志刚, 庞向阳, 朱健强, 郑留念 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所