一种柔顺恒力支撑台的制作方法

本发明属于柔顺机构领域，尤其涉及一种柔顺恒力支撑台。

背景技术：

微机电系统(mems)具有带来巨大经济利益的潜在优势，可以在很宽的范围里集成为系统。由于mems的加工平面特性和尺寸限制(这使得零件很难安装)给在微型水平上构造机械装置带来一系列的挑战，柔顺机构则给出了许多解决这些问题的答案。柔顺机构的优势在于:能在平面内制作；不需要安装；所需空间小而简单；很少使用润滑；可减少摩擦和磨损；可减小由于铰链产生的间隙，从而导致高精度；可把储能元件(弹簧)和其他元件集合成到一起。利用柔顺机构的这些特性，设计了一种柔顺恒力机构。恒力机构在一定的运动位移范围内其输入端产生的反力基本不变。恒力机构对设备的安全性和可靠性有重要影响，其在诸多领域和场合得到广泛应用，如物体加持、管道清洗、热力发电、机器人末端机构等。目前大多数的恒力机构属于刚性部分和弹簧的组合体，这种结构形式的装配相对复杂，不适用于小型结构，大大降低了其实用范围。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有恒力机构存在的不足，提供一种结构简单、造价低廉、稳定性好的柔顺恒力支撑台，该机构可以在一定的位移范围内实现恒定力输出来支撑其他物体。

本发明所采用的技术方案是：一种柔顺恒力支撑台，其特征是：它将柔性片段、刚性梁、导向滑块，底板和支撑台连接，所述的柔性片段包括交叉片簧、铰接-铰接柔性片段。

作为本发明的优选技术方案，所述支撑台与恒力输出体通过螺纹连接，支撑台受到外力作用沿着中轴线竖直方向上下运动，为提高支撑台的稳定性，也可以采用固结的方法连接二者。作为本发明的优选技术方案，所述恒力输出体与刚性梁通过销轴连接，恒力输出体沿着中轴线竖直方向上下运动，和刚性梁之间形成旋转运动。

作为本发明的优选技术方案，所述刚性梁与底板之间的夹角适合选择在10°到15°之间，所述刚性梁尾部和交叉片簧固结，交叉片簧交叉点处的长端与短端的长度之比是2:1，交叉片簧定位在与刚性梁的端面呈锐角，建议选择39.23°，交叉片簧作为柔性铰链只发生弯曲变形，起到储能和放能的作用。所述交叉片簧和一“z”型滑块固结。所述刚性梁、交叉片簧和“z”型滑块三者组合形成伪交错轴柔铰。三者可以是一体结构，即可以通过一次性成型技术完成制造，适合采用柔而强的材料制造。

作为本发明的优选技术方案，所述“z”型滑块和弧形柔性梁通过销轴连接，所述弧形柔性梁和固定块通过销轴连接，所述“z”型滑块、弧形柔性梁和固定块形成铰接-铰接柔性片段。在支撑台受到外力作用时，“z”型滑块沿着导轨往复平移，弧形柔性梁发生弯曲变形，该片段往复运动可以实现能量的存储和释放，与伪交错轴柔铰通过力的叠加实现恒力输出。

作为本发明的优选技术方案，所述固定块与底板通过螺纹固定在滑槽的末端。

作为本发明的优选技术方案，本柔顺恒力支撑台是由四组组合体装配完成，沿中轴线呈圆周阵列的形式。

本发明的有益效果是；成功实现了柔顺恒力支撑，其运动特征是：在支撑台受到外力作用会向底板方向竖直运动，此时会通过伪交错轴柔铰和铰接-铰接柔性片段带动“z”型滑块沿着滑槽往远离中轴线的方向运动，弧形柔性梁发生弯曲变形，当支撑台运动到一定的位移后会带动“z”型滑块沿着滑槽往接近中轴线的方向运动，在“z”型滑块接近中轴线这个过程中有力的叠加效果产生，从而实现恒力输出。改变伪交错轴柔铰和铰接-铰接柔性片段各自的长度、截面或者材料时，可改变支撑力的大小以适应各种需求。

这种柔顺恒力支撑机构结构简单、装配方便，可以在需要恒力输出的场合得到应用，比如作为切割玻璃的支撑平台，还可以在经过相关的结构改进后用于恒定夹持力的实现、检测或测量恒定接触力等。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明。

图1为一种柔顺恒力支撑台的等轴测图

图2为一种柔顺恒力支撑台的俯视图

图3为一种柔顺恒力支撑台的前视图

图4为伪交错轴柔铰的等轴测图

图5为一种柔顺恒力支撑台的原理图

图中：1、支撑台；2、恒力输出体；3、伪交错轴柔铰(3-1、“z”型滑块；3-2、交叉片簧；3-3、刚性梁)；4、弧形柔性梁；5、底板；6、螺栓孔；7、固定块；8、销轴；9中轴线，10、压簧；11、扭簧；12、连杆；13、滑块。

具体实施方式

为了使本发明的目的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明并不限定本发明。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5。

如图1、2、3所示，本发明提供了一种实施例的结构形式，本实施例中一种柔顺恒力支撑台由支撑台、伪交错轴柔铰和铰接-铰接柔性片段组成。

所述柔顺恒力支撑台由支撑台(1)、伪交错轴柔铰(3)、弧形柔性梁(4)和固定块(7)依次连接组成。

所述支撑台(1)为圆柱形与恒力输出体(2)固结，在运动过程中为防止支撑台(1)与伪交错轴柔铰(3)发生干涉，支撑台(1)需要结合具体的尺寸参数进行优化设计。支撑台(1)受到外力沿着中轴线竖直方向向接近底板的方向运动。

所述恒力输出体(2)一周有四对带有销轴孔的耳板，与伪交错轴柔铰(3)通过销轴连接，恒力输出体(2)相对伪交错轴柔铰(3)形成旋转运动。

所述伪交错轴柔铰(3)由刚性梁(3-3)、交叉片簧(3-2)和“z”型滑块(3-1)组成，交叉片簧(3-2)的安装位置是与刚性梁(3-3)的端面呈锐角，本实施例选择39.23°，交叉片簧(3-2)交叉点处的长端与短端的长度之比是2:1，所述刚性梁(3-3)不发生变形，其与底板(5)之间点的夹角不宜过大，适合选择在10°到15°之间，所述“z”型滑块(3-1)在底板(5)的滑槽内只做平移运动，刚性梁(3-3)和“z”型滑块(3-1)的相对端面互相平行。“z”型滑块(3-1)、交叉片簧(3-2)和刚性梁(3-3)可以是一体结构，即可以通过一次性成型技术完成制造，适合采用柔而强的材料制造。

所述弧形柔性梁(4)为柔性片段，材料性能要足够强且耐疲劳，其横截面积和圆弧半径不同，会调节出不同的输出恒力，弧形柔性梁(4)与“z”型滑块(3-1)通过销轴连接，“z”型滑块(3-1)在底板(5)的滑槽内做平移运动时，弧形柔性梁(4)只发生弯曲变形，所述固定块(7)底部有螺纹孔，通过螺纹固定在底板(5)的滑槽末端，弧形柔性梁(4)、“z”型滑块(3-1)和固定块(7)形成铰接-铰接柔性片段。

本发明的恒力输出特性是：在支撑台(1)受到外力后会向接近底板(5)的方向运动，会带动伪交错轴柔铰(3)绕交叉片簧(3-2)旋转，同时“z”型滑块(3-1)在底板(5)的滑槽内做远离中轴线(9)的平移运动，弧形柔性梁(4)发生弯曲变形，随着支撑台(1)运动位移的增加，会带动“z”型滑块(3-1)往接近中轴线(9)的方向运动，这个阶段会有力的叠加效果即输出恒力，此时的支撑台(1)的位置既是恒力输出位置。

本发明涉及的一种柔顺恒力支撑平台是由四组相同的组合体装配完成，沿中轴线呈圆周阵列的形式。图5所示为设计本柔顺恒力支撑台的原理图。对于压簧(10)用弧形柔性梁(4)代替，扭簧(11)用交叉片簧(3-20)代替，这种方法便于装配，可以减少机构的摩擦和噪声，简化结构，对于选用不同的截面尺寸和材料可以实现输出恒力的调节，提高了柔顺恒力支撑台的应用领域。

最后应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。