专利名称：一种对称螺旋交叉簧片柔性轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柔性轴承，更特别地说，是指一种具有对称螺旋交叉簧片的柔性轴承。
背景技术：
柔性轴承现在应用越来越广泛，其工作原理是利用柔性单元在外力作用下变形从而产生相对转动。柔性轴承因其无摩擦、无间隙、自定心、无需润滑、无需维护、可真空应用等优点，使得其深受从事精密定位、微动平台等精密领域的科研人员所青睐，并已在低温分光计、光源同步加速器、气象卫星光学器件调整、天文望远镜上自适应场调整机构、航天器上微波天线的对准机构等场合应用。由于缺口型柔性铰链转角范围太小，不适于设计大行程的柔性轴承，因此当前国内外多采用交叉簧片柔性铰链来构造柔性轴承，如德国C-FLEX、美国RiverHawk和Goodrich等公司及瑞士 CSEM研究机构等。但基于交叉簧片的柔性轴承难以一体化加工，因此不得已需要进行装配，而正是该型柔性轴承加工装配方法的缺少限制了柔性轴承的实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种对称螺旋交叉簧片柔性轴承，该轴承利用六个单簧片环形体在空间上依次螺旋交叉组合，通过圆柱销钉紧定构成。该轴承具有大行程、大径旋刚度t匕(径向刚度/旋转刚度)和大轴旋刚度比(轴向刚度/旋转刚度)，其结构非常紧凑。本发明轴承采用线切割加工工艺，先制作出预成型体，然后用圆柱销钉锁紧，再加工切口、安装孔和输出孔。本发明的一 种对称螺旋交叉簧片柔性轴承，该轴承包括有上中间单簧片环形体(I)、下中间单簧片环形体(2)、上端部单簧片环形体(3)、下端部单簧片环形体(4)、上过渡单簧片环形体(5)、下过渡单簧片环形体(6)、以及多个个垫片和多个圆柱销钉；其中，单簧片环形体与垫片为叠层装配；所述垫片是指AA垫片(7A)、AB垫片(7B)、AC垫片(7C)、AD垫片(7D)、AE垫片(7E)、BA 垫片(8A)、BB 垫片(8B)、BC 垫片(8C)、BD 垫片(8D)和 BE 垫片(8E)；所述圆柱销钉是指AA圆柱销钉(I 1A)、AB圆柱销钉(I 1B)、AC圆柱销钉(I 1C)、BA圆柱销钉(12A)、BB圆柱销钉(12B)和BC圆柱销钉(12C)；上中间单簧片环形体(I)上设有A簧片(11 )、上中间运动环(12)和上中间固定环(13 )，上中间运动环(12 )与上中间固定环(13 )以水平线AB对称设置，A簧片(11)设置在上中间运动环(12 )与上中间固定环(13 )之间，且A簧片(11)与所述水平线AB的夹角a i等于90度；下中间单簧片环形体(2)上设有B簧片(21)、下中间运动环(22)和下中间固定环
(23)，下中间运动环(22)与下中间固定环(23)以水平线⑶对称设置，B簧片(21)设置在下中间运动环(22)与下中间固定环(23)之间，且B簧片(21)与所述水平线⑶的夹角Ci2等于90度；上端部单簧片环形体(3 )上设有C簧片(31)、上端部运动环(32 )和上端部固定环
(33)，上端部运动环(32)与上端部固定环(33)以水平线EF对称设置，C簧片(31)设置在上端部运动环(32)与上端部固定环(33)之间，且C簧片(31)与所述水平线EF的夹角α 3等于30度； 下端部单簧片环形体(4)上设有D簧片(41)、下端部运动环(42 )和下端部固定环
(43)，下端部运动环(42)与下端部固定环(43)以水平线GH对称设置，D簧片(41)设置在下端部运动环(42)与下端部固定环(43)之间，且D簧片(41)与所述水平线GH的夹角α 4等于30度；上过渡单簧片环形体(5 )上设有E簧片(51)、上过渡运动环(52 )和上过渡固定环
(53)，上过渡运动环(52)与上过渡固定环(53)以水平线IJ对称设置，E簧片(51)设置在上过渡运动环(52)与上过渡固定环(53)之间，且E簧片(51)与所述水平线IJ的夹角等于30度；
下过渡单簧片环形体(6 )上设有F簧片(61)、下过渡运动环(62 )和下过渡固定环
(63)，下过渡运动环(62)与下过渡固定环(63)以水平线KL对称设置，F簧片(61)设置在下过渡运动环(62)与下过渡固定环(63)之间，且F簧片(61)与所述水平线KL的夹角α 6等于30度；在上中间单簧片环形体(I)的下板面与下中间单簧片环形体(2)的上板面之间放置AC垫片(7C)和BC垫片(SC)，且上中间单簧片环形体(I)的簧片(11)与下中间单簧片环形体(2 )中的簧片(21)保持平行；在上中间单簧片环形体(I)的上板面与上过渡单簧片环形体(5)的下板面之间放置AB垫片(7Β)和BB垫片(8Β),且上中间单簧片环形体(I)的簧片(I I)与上过渡单簧片环形体(5)中的簧片(51)之间的安装角Y2 = 60° ;在上过渡单簧片环形体(5)的上板面与上端部单簧片环形体(3)的下板面之间放置AA垫片(7Α)和BA垫片(8Α)，且上过渡单簧片环形体(5)的簧片(51)与上端部单簧片环形体(3)中的簧片(31)之间的安装角Y1 = 60° ;在下中间单簧片环形体(2)的下板面与下过渡单簧片环形体(6)的上板面之间放置AD垫片(7D)和BD垫片(8D)，且下中间单簧片环形体(2)的簧片(21)与下过渡单簧片环形体(6)中的簧片(61)之间的安装角；在下过渡单簧片环形体(6)的下板面与下过渡单簧片环形体(4)的上板面之间放置AE垫片(7Ε)和BE垫片(SE)，且下过渡单簧片环形体(6)的簧片(61)与下过渡单簧片环形体(4)中的簧片(41)之间的安装角；圆柱销钉安装在所有单簧片环形体与垫片上的销孔内；连接销钉仅安装在固定刚体(IOB)的所有单簧片环形体与垫片上的安装孔内。本发明对称螺旋交叉簧片柔性轴承的优点在于:①本发明柔性轴承采用簧片对称螺旋布局方式，克服了单螺旋布局时受径向力的翘曲变形。②在同等旋转刚度下，本发明柔性轴承径向刚度相比单螺旋布局的交叉簧片柔性轴承提高了近一倍。③将六个单簧片环形体在空间上依次螺旋交叉组合，然后通过圆柱销钉紧定，最后用线切割技术切开缺口，此种加工方法理论上适用4簧片单元、6簧片单元、8簧片单元、12簧片单元、14簧片单元等的2η (η的最小取值为2)个单元构成的柔性轴承的加工。④本发明的加工方法使得构成柔性轴承的2η (η的最小取值为2)个单元在装配前的加工模型完全一致，简化了机床程序设计和加工步骤，提高了加工效率。⑤该柔性轴承设计紧凑，体积小巧，同时具有良好的机械接口，易于同外围零件连接。
图1是本发明对称螺旋交叉簧片柔性轴承的结构图。图1A是本发明对称螺旋交叉簧片柔性轴承的分解图。图1B是本发明对称螺旋交叉簧片柔性轴承的剖面图。图1C是本发明对称螺旋交叉簧片柔性轴承的主视图。图2是本发明上中间单簧片环形体的正视图。图3是本发明上端部单簧片环形体的正视图。图4是本发明上过 渡单簧片环形体的正视图。图5是本发明下中间单簧片环形体的正视图。图6是本发明下端部单簧片环形体的正视图。图7是本发明下过渡单簧片环形体的正视图。图8是本发明AA垫片的结构图。图9是本发明BB垫片的结构图。图1OA是本发明对称螺旋交叉簧片柔性轴承在初始位置的运动示意图。图1OB是本发明对称螺旋交叉簧片柔性轴承在顺时针位置的运动示意图。图1OC是本发明对称螺旋交叉簧片柔性轴承在逆时针位置的运动示意图。图1lA是本发明中需用的单簧片环形体的结构图。图1lB是本发明中需用的垫片结构图。图1lC是本发明中第一预成型体的分解图。图1lD是本发明中第二预成型体的装配图。图1lE是本发明中第二预成型体切除安装孔和输出孔示意图。图1IF是本发明中第二预成型体切除切口示意图。
权利要求
1.一种对称螺旋交叉簧片柔性轴承，其特征在于:该轴承包括有上中间单簧片环形体(1)、下中间单簧片环形体(2)、上端部单簧片环形体(3)、下端部单簧片环形体(4)、上过渡单簧片环形体(5)、下过渡单簧片环形体(6)、以及多个个垫片和多个圆柱销钉；其中，单簧片环形体与垫片为叠层装配； 所述垫片是指AA垫片(7A)、AB垫片(7B)、AC垫片(7C)、AD垫片(7D)、AE垫片(7E)、BA垫片(8A)、BB垫片(8B)、BC垫片(8C)、BD垫片(8D)和BE垫片(8E)； 所述圆柱销钉是指AA圆柱销钉(11A)、AB圆柱销钉(11B)、AC圆柱销钉(11C)、BA圆柱销钉(12A)、BB圆柱销钉(12B)和BC圆柱销钉(12C)； 上中间单簧片环形体(I)上设有A簧片(11)、上中间运动环(12)和上中间固定环(13 )，上中间运动环(12 )与上中间固定环(13 )以水平线AB对称设置，A簧片(11)设置在上中间运动环(12 )与上中间固定环(13 )之间，且A簧片(11)与所述水平线AB的夹角α:等于90度； 下中间单簧片环形体(2)上设有B簧片(21)、下中间运动环(22)和下中间固定环(23)，下中间运动环(22)与下中间固定环(23)以水平线⑶对称设置，B簧片(21)设置在下中间运动环(22)与下中间固定环(23)之间，且B簧片(21)与所述水平线⑶的夹角Ci2等于90度； 上端部单簧片环形体 (3)上设有C簧片(31)、上端部运动环(32)和上端部固定环(33)，上端部运动环(32)与上端部固定环(33)以水平线EF对称设置，C簧片(31)设置在上端部运动环(32)与上端部固定环(33)之间，且C簧片(31)与所述水平线EF的夹角α3等于30度； 下端部单簧片环形体(4)上设有D簧片(41)、下端部运动环(42)和下端部固定环(43)，下端部运动环(42)与下端部固定环(43)以水平线GH对称设置，D簧片(41)设置在下端部运动环(42)与下端部固定环(43)之间，且D簧片(41)与所述水平线GH的夹角α 4等于30度； 上过渡单簧片环形体(5)上设有E簧片(51)、上过渡运动环(52)和上过渡固定环(53)，上过渡运动环(52)与上过渡固定环(53)以水平线IJ对称设置，E簧片(51)设置在上过渡运动环(52)与上过渡固定环(53)之间，且E簧片(51)与所述水平线IJ的夹角等于30度； 下过渡单簧片环形体(6)上设有F簧片(61)、下过渡运动环(62)和下过渡固定环(63),下过渡运动环(62)与下过渡固定环(63)以水平线KL对称设置，F簧片(61)设置在下过渡运动环(62)与下过渡固定环(63)之间，且F簧片(61)与所述水平线KL的夹角α 6等于30度； 在上中间单簧片环形体(I)的下板面与下中间单簧片环形体(2)的上板面之间放置AC垫片(7C)和BC垫片(SC)，且上中间单簧片环形体(I)的簧片(11)与下中间单簧片环形体(2)中的簧片(21)保持平行； 在上中间单簧片环形体(I)的上板面与上过渡单簧片环形体(5)的下板面之间放置AB垫片(7Β)和BB垫片(SB)，且上中间单簧片环形体(I)的簧片(11)与上过渡单簧片环形体(5)中的簧片(51)之间的安装角Y2 = 60° ; 在上过渡单簧片环形体(5)的上板面与上端部单簧片环形体(3)的下板面之间放置AA垫片(7A)和BA垫片(8A)，且上过渡单簧片环形体(5)的簧片(51)与上端部单簧片环形体(3)中的簧片(31)之间的安装角Y1= 60° ;在下中间单簧片环形体(2)的下板面与下过渡单簧片环形体(6)的上板面之间放置AD垫片(7D)和BD垫片(8D)，且下中间单簧片环形体(2)的簧片(21)与下过渡单簧片环形体(6)中的簧片(61)之间的安装角；在下过渡单簧片环形体(6)的下板面与下过渡单簧片环形体(4)的上板面之间放置AE垫片(7E)和BE垫片(SE)，且下过渡单簧片环形体(6)的簧片(61)与下过渡单簧片环形体(4)中的簧片(41)之间的安装角； 圆柱销钉安装在所有单簧片环形体与垫片上的销孔内； 连接销钉仅安装在固定刚体(10B)的所有单簧片环形体与垫片上的安装孔内。
2.根据权利要求1所述的对称螺旋交叉簧片柔性轴承，其特征在于:单簧片环形体材料是T1-6A1-4V，或者 铝合金7075-T6。
全文摘要
本发明公开了一种对称螺旋交叉簧片柔性轴承，该轴承包括有单簧片环形体、垫片和圆柱销钉；垫片设置在两个单簧片环形体之间，每个圆柱销钉穿过单簧片环形体、垫片上的销孔。通过圆柱销与销孔的配合实现将叠层布置的单簧片环形体与垫片连接成一体，从而构成对称螺旋交叉簧片柔性轴承。该轴承通过第一切口和第二切口分成运动刚体和固定刚体。本发明轴承采用线切割加工工艺，先制作出预成型体，然后用圆柱销钉锁紧，再加工切口、安装孔和输出孔。叠层布置不同个数的单簧片环形体能够构成如四簧片单元、六簧片单元、八簧片单元等的柔性轴承。
文档编号F16C27/00GK103216526SQ20131012988
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月15日 优先权日2013年4月15日
发明者毕树生, 刘浪, 刘畅, 张述卿 申请人:北京航空航天大学