专利名称：大载荷无间隙精密虎克铰的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大载荷无间隙精密虎克铰，尤其是指一种在六自由度 隔振定位平台中使用的大载荷无间隙精密虎克铰，属于精密机械领域。(二)
背景技术：
六自由度隔振定位平台是应用于精密光学观测设备及激光瞄准设备 上的主动隔振及精确定位装置。它包括上平台、下平台、主动伸縮器件、 两自由度转动铰链和三自由度转动铰链等几部分。每个主动伸縮器件通过 一个二自由度的转动铰链和上平台相连，通过一个三自由度转动铰链与下 平台相连。通过六根主动伸縮器件的伸縮运动，上平台可实现六自由度的 运动，实现六自由度的振动隔离和精确定位功能。以往六自由度隔振定位平台中使用的两自由度转动铰链和三自由度 转动铰链通常使用球铰，但因球铰加工难度大、装配困难、摩擦阻力大、 并且难以消除大载荷下的铰链间隙，从而影响了六自由度隔振定位平台的 定位精度、隔振效果和承载力，因此急待改进。(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种大载荷无间隙精密虎克铰，克服了六自由 度隔振定位平台使用的传统两自由度和三自由度转动铰链-虎克铰结构的 弊端，并采用角接触轴承预紧的方法消除轴承间隙，达到承载力大、精度 高的效果。本发明一种大载荷无间隙精密虎克铰由上转体(1)，上节叉(2)， 十字轴组件(3)和下节叉(4)四部分组成。这四部分相互之间由上至下 通过轴承活接在一起，形成三个独立的转动自由度。所述的上转体(1)由转盘(5),上预紧螺钉(6)，预紧螺母(7)，预紧 盖(8)，上转体角接触轴承(9)，轴承垫片(10)组成。其中，如图l，图3，5)的上半部分呈圆柱状，其上端设置有一个十字槽，由 此转盘的上端形成四个形状相同的扇形凸台，每个扇形凸台上各设有一个 螺钉安装孔；转盘(5)的下半部分为倒置的圆台状，圆台的外径小于上半 部分圆柱的外径；转盘(5)的内部为一个半径由上至下依次减小的二阶安 装孔，分别用于安装预紧盖(8)，上转体角接触轴承(9)和轴承垫片(10)。 预紧盖(8)为中心有通孔的法兰盖结构，法兰盖底部有凸出的中空圆柱台， 法兰盖四周有四个螺钉沉孔用于安装上预紧螺钉(6)，底部的中空圆柱台 用于压紧上转体角接触轴承(9)的外框，以消除间隙。在组装上转体(1)连接部件时，如图3所示，在转盘(5)的安装孔中 依次装入上转体角接触轴承(9)和轴承垫片(10)，轴承垫片(IO)位于两个 上转体(1)角接触轴承(9)之间。再通过拧紧上预紧螺钉(6)对预紧盖(8) 施加预紧力，可使两个上转体角接触轴承(9)外框相互靠近，从而消除铰 链间隙，实现无间隙平滑运动。所述的上节叉(2)由上铰座(11)，铰座端盖(13)，下预紧螺钉(15) 组成。其中，如图2，图5所示，上铰座(11)的下半部分为一个 半包围式的凹槽，凹槽的两侧设置有对称同轴的安装孔，凹槽的顶部设有 一个伸出轴，伸出轴的上端部分攻有螺纹。铰座端盖(13)为法兰盘结构， 中心有中空圆柱凸台，法兰盘上有三个通孔，用于安装下预紧螺钉(15)， 当拧紧上铰座(11)两侧的下预紧螺钉(15)后，中空圆柱凸台抵住十字 轴角接触轴承(14)的外框，使两侧外框相互靠近，实现轴承间隙的消除。如图3所示，大载荷无间隙精密虎克铰顶部为上转体(l)和上节叉 (2)，上节叉(2)中上铰座(11)的伸出轴与上转体(1)的上转体角接触轴承 (9)内圈配合，并使用预紧螺母(7)相互固定，组成第一个转动自由度。所述的十字轴组件(3)，由十字轴(12)和十字轴角接触轴承(14) 组成。十字轴(12)结构如图7所示，是由四个阶梯圆柱组成的十字形结 构，每个圆柱都与一个十字轴角接触轴承(14)内孔相配。所述的下节叉(4)由铰座端盖(13),下预紧螺钉(15)，下铰座(16) 组成。其中，如图l，图3所示，下铰座(16)为一个半包围式的 凹槽结构，凹槽的两侧设置有对称同轴的安装孔，此外凹槽的两侧和底部5还设有排列规则的减轻孔。如图5所示，十字轴组件(3)的上部为上节叉(2)，十字轴组件(3)中 的十字轴(12)四面各装有一个十字轴角接触轴承(14),将其中一对角接触 轴承(14)装入上铰座(11)的轴承安装孔中。预紧两侧的下预紧螺钉(15)， 使铰座端盖(13)向内施压，将一对角接触轴承(14)的外框压紧，消除轴 承间隙，实现第二个自由度的高精度传动，如图3所示，十字轴组件(3)的 下部为下节叉(4)，十字轴组件(3)中未安装的一对十字轴角接触轴承 (14)装入下节叉(4)中下铰座(16)的轴承安装孔中。预紧两侧的下 预紧螺钉(15),使铰座端盖(13)向内施压，将一对角接触轴承(14) 的外框压紧，实现第三个转动自由度的无间隙传动。本发明一种大载荷无间隙精密虎克铰的各个组成部件结构简单，不需特 殊加工，在普通加工条件下就可以实现；其转动部分采用轴承支撑，在使用 时可根据需要灵活搭配轴承及其附件，以满足各种不同需求。例如使用高 等级的轴承可使虎克铰的精度进一步提高，而采用大承载力的轴承则可进一 步提高虎克铰的承载能力；因此，本发明具有结构紧凑，承载能力强，精度 高，铰链转动范围大，使用寿命长，维护方便等优点。除了适用于六杆并联 定位平台外，本发明还适用于其它精密的机构的连接。
图1为本发明一种大载荷无间隙精密虎克铰的等轴视图； 图2为本发明一种大载荷无间隙精密虎克铰的主视图； 图3为图2的A-A剖视图；图4为本发明一种大载荷无间隙精密虎克铰的侧视图； 图5为图4的B-B剖视图；图6为本发明一种大载荷无间隙精密虎克铰的顶视图； 图7为本发明一种大载荷无间隙精密虎克铰中的十字轴。 图中标号说明如下1、上转体， 2、上节叉， 3、十字轴组件， 4、下节叉，5、转盘， 6、上预紧螺钉，7、预紧螺母， 8、预紧盖，9、上转体角接触轴承，10、轴承垫片，11、上铰座，12、十字轴， 13、铰座端盖， 14、十字轴角接触轴承， 15、下预紧螺钉，16、下铰座具体实施例方式下面结合附图和实施方式对发明作进一步详细的说明。本发明一种大载荷无间隙精密虎克铰由上转体l，上节叉2，十字轴 组件3和下节叉4四部分组成。这四部分相互之间由上至下通过轴承活接 在一起，形成三个独立的转动自由度。所述的上转体1由转盘5，上预紧螺钉6，预紧螺母7，预紧盖8，上 转体角接触轴承9，轴承垫片10组成。其中，如图l，图3，图6所示， 转盘5的上半部分呈圆柱状，其上端设置有一个十字槽，由此转盘的上端 形成四个形状相同的扇形凸台，每个扇形凸台上各设有一个螺钉安装孔； 转盘5的下半部分为倒置的圆台状，圆台的外径小于上半部分圆柱的外径； 转盘5的内部为一个半径由上至下依次减小的二阶安装孔，分别用于安装 预紧盖8，上转体角接触轴承9和轴承垫片10。预紧盖8为中心有通孔的 法兰盖结构，法兰盖底部有凸出的中空圆柱台，法兰盖四周有四个螺钉沉 孔用于安装上预紧螺钉6，底部的中空圆柱台用于压紧上转体角接触轴承 9的外框，以消除间隙。在组装上转体l连接部件时，如图3所示，在转盘5的安装孔中依次 装入上转体角接触轴承9和轴承垫片10，轴承垫片10位于两个上转体1 角接触轴承9之间。再通过拧紧上预紧螺钉6对预紧盖8施加预紧力，可 使两个上转体角接触轴承9外框相互靠近，从而消除铰链间隙，实现无间 隙平滑运动。所述的上节叉2由上铰座11，铰座端盖13，下预紧螺钉15组成。 其中，如图2,图5所示，上铰座11的下半部分为一个半包围式的凹槽， 凹槽的两侧设置有对称同轴的安装孔，凹槽的顶部设有一个伸出轴，伸出 轴的上端部分攻有螺纹。铰座端盖13为法兰盘结构，中心有中空圆柱凸 台，法兰盘上有三个通孔，用于安装下预紧螺钉15，当拧紧上铰座ll两侧的下预紧螺钉15后，中空圆柱凸台抵住十字轴角接触轴承14的外框， 使两侧外框相互靠近，实现轴承间隙的消除。如图3所示，大载荷无间隙精密虎克铰顶部为上转体1和上节叉2， 上节叉2中上铰座11的伸出轴与上转体1的上转体角接触轴承9内圈配 合，并使用预紧螺母7相互固定，组成第一个转动自由度。所述的十字轴组件3，由十字轴12和十字轴角接触轴承14组成。十 字轴12结构如图7所示，是由四个阶梯圆柱组成的十字形结构，每个圆 柱都与一个十字轴角接触轴承14内孔相配。所述的下节叉4由铰座端盖13，下预紧螺钉15，下铰座16组成。其 中，如图l，图3所示，下铰座16为一个半包围式的凹槽结构，凹槽的两 侧设置有对称同轴的安装孔，此外凹槽的两侧和底部还设有排列规则的减 轻孔。如图5所示，十字轴组件3的上部为上节叉2，十字轴组件3中的十 字轴12四面各装有一个十字轴角接触轴承14，将其中一对角接触轴承14 装入上铰座11的轴承安装孔中。预紧两侧的下预紧螺钉15，使铰座端盖 13向内施压，将一对角接触轴承14的外框压紧，消除轴承间隙，实现第 二个自由度的高精度传动，如图3所示，十字轴组件3的下部为下节叉4， 十字轴组件3中未安装的一对十字轴角接触轴承14装入下节叉4中下铰 座16的轴承安装孔中。预紧两侧的下预紧螺钉15,使铰座端盖13向内施 压，将一对角接触轴承14的外框压紧，实现第三个转动自由度的无间隙 传动。本实施方式的装配过程为，先将十字轴12插入下铰座16的轴承孔中， 再将十字轴角接触轴承14从外侧装入下铰座16的轴承孔中并使十字轴角 接触轴承14的内圈与十字轴12配合紧密，并使用铰座端盖13和下预紧 螺钉15进行固定和预紧；以相同的方法装配上铰座11和十字轴12;将一 对面对面安装的上转体角接触轴承9和夹在两者之间的轴承垫片10装入 转盘5的轴承孔中，并使用上预紧螺钉6和预紧盖8将上转体接触轴承9 和轴承垫片10预紧固定；把上铰座11的伸出轴插入上转体角接触轴承9 的内圈，并使用预紧螺母7进行固定，完成装配。其中，本实施方式使用的上转体接触轴承9和十字轴角接触轴承14属 于大接触角角接触轴承，接触角为40度，由日本NSK公司生产，具有较高的 精度和较好的承载能力。上转体角接触轴承9采用的型号为7202B,十字轴 角接触轴承14采用的型号为7200B。其中，转盘5使用的材料为硬铝合金，其余零部件所使用的材料均为 钢。为了保证零件配合精度，上铰座11和下铰座16使用线切割进行加工。 铝制硬铝合金部件的表面处理采用表面阳极氧化，钢制部件采用的表面处 理工艺为镀络。
权利要求
1、一种大载荷无间隙精密虎克铰，其特征在于它由上转体(1)，上节叉(2)，十字轴组件(3)和下节叉(4)四部分组成。这四部分相互之间由上至下通过轴承活接在一起，形成三个独立的转动自由度。所述的上转体(1)由转盘(5)，上预紧螺钉(6)，预紧螺母(7)，预紧盖(8)，上转体角接触轴承(9)，轴承垫片(10)组成。该转盘(5)的上半部分呈圆柱状，其上端设置有一个十字槽，由此转盘的上端形成四个形状相同的扇形凸台，每个扇形凸台上各设有一个螺钉安装孔；转盘(5)的下半部分为倒置的圆台状，圆台的外径小于上半部分圆柱的外径；转盘(5)的内部为一个半径由上至下依次减小的二阶安装孔，分别用于安装预紧盖(8)，上转体角接触轴承(9)和轴承垫片(10)。预紧盖(8)为中心有通孔的法兰盖结构，法兰盖底部有凸出的中空圆柱台，法兰盖四周有四个螺钉沉孔用于安装上预紧螺钉(6)，底部的中空圆柱台用于压紧上转体角接触轴承(9)的外框，以消除间隙。在组装上转体(1)连接部件时，在转盘(5)的安装孔中依次装入上转体角接触轴承(9)和轴承垫片(10)，轴承垫片(10)位于两个上转体(1)角接触轴承(9)之间。再通过拧紧上预紧螺钉(6)对预紧盖(8)施加预紧力，可使两个上转体角接触轴承(9)外框相互靠近，从而消除铰链间隙，实现无间隙平滑运动。所述的上节叉(2)由上铰座(11)，铰座端盖(13)，下预紧螺钉(15)组成。其中，如图2，图5所示，上铰座(11)的下半部分为一个半包围式的凹槽，凹槽的两侧设置有对称同轴的安装孔，凹槽的顶部设有一个伸出轴，伸出轴的上端部分攻有螺纹。铰座端盖(13)为法兰盘结构，中心有中空圆柱凸台，法兰盘上有三个通孔，用于安装下预紧螺钉(15)，当拧紧上铰座(11)两侧的下预紧螺钉(15)后，中空圆柱凸台抵住十字轴角接触轴承(14)的外框，使两侧外框相互靠近，实现轴承间隙的消除。大载荷无间隙精密虎克铰顶部为上转体(1)和上节叉(2)，上节叉(2)中上铰座(11)的伸出轴与上转体(1)的上转体角接触轴承(9)内圈配合，并使用预紧螺母(7)相互固定，组成第一个转动自由度。所述的十字轴组件(3)，由十字轴(12)和十字轴角接触轴承(14)组成。十字轴(12)是由四个阶梯圆柱组成的十字形结构，每个圆柱都与一个十字轴角接触轴承(14)内孔相配。所述的下节叉(4)由铰座端盖(13)，下预紧螺钉(15)，下铰座(16)组成。其中，下铰座(16)为一个半包围式的凹槽结构，凹槽的两侧设置有对称同轴的安装孔，此外凹槽的两侧和底部还设有排列规则的减轻孔。十字轴组件(3)的上部为上节叉(2)，十字轴组件(3)中的十字轴(12)四面各装有一个十字轴角接触轴承(14)，将其中一对角接触轴承(14)装入上铰座(11)的轴承安装孔中。预紧两侧的下预紧螺钉(15)，使铰座端盖(13)向内施压，将一对角接触轴承(14)的外框压紧，消除轴承间隙，实现第二个自由度的高精度传动，如图3所示，十字轴组件(3)的下部为下节叉(4)，十字轴组件(3)中未安装的一对十字轴角接触轴承(14)装入下节叉(4)中下铰座(16)的轴承安装孔中。预紧两侧的下预紧螺钉(15)，使铰座端盖(13)向内施压，将一对角接触轴承(14)的外框压紧，实现第三个转动自由度的无间隙传动。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种大载荷无间隙精密虎克铰，克服了六自由度隔振定位平台使用的传统两自由度和三自由度转动铰链-虎克铰结构的弊端，并采用角接触轴承预紧的方法消除轴承间隙，达到承载力，大精度高的效果。它是由上转体，上节叉，十字轴组件和下节叉四部分组成。上转体与上节叉活接在一起组成第一个转动自由度。上节叉和十字轴活接在一起组成第二个转动自由度。十字轴和下节叉活接在一起组成第三个转动自由度。本发明具有结构紧凑，承载能力强，精度高，铰链转动范围大，使用寿命长，维护方便等优点。除了适用于六杆并联定位平台外，本发明还适用于其它精密的机构的连接。
文档编号F16D3/26GK101328936SQ20081011597
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月1日 优先权日2008年7月1日
发明者龙 崔, 波 罗, 海 黄 申请人:北京航空航天大学