一种零刚度柔性轴承的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种零刚度柔性轴承，该轴承包括端盖、负刚度组件、广义三交叉簧片柔性轴承；负刚度组件设置在广义三交叉簧片柔性轴承的端部。广义三交叉簧片柔性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，从而构成广义三交叉簧片柔性轴承。本发明零刚度柔性轴承具有高精度，低轴漂的特点。通过在广义三交叉簧片柔性轴承上串联一个负刚度组件而构成的零刚度柔性轴承可以大幅缩小柔性轴承的旋转变形刚度，从而降低对电机等驱动单元的输出扭矩要求。
【专利说明】一种零刚度柔性轴承
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种柔性轴承，更特别地说，是指一种通过在广义三交叉簧片柔性轴承上串联一个负刚度组件而构成的零刚度柔性轴承。
【背景技术】
[0002]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，在精密定位、微动平台等精密领域中深受青睐，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。
[0003]柔性轴承的设计目标是尽可能的降低功能刚度(即旋转变形刚度)，同时保持较大的非功能刚度(即轴向变形刚度和径向变形刚度)。然而，由于柔性轴承是依靠簧片的弹性变形而实现运动的，当柔性轴承旋转时，势必会产生一个恢复力矩，从而阻碍柔性轴承的进一步变形，这就要求驱动单元(如电机等)需要提供一个较大的输出力矩以驱动并保持柔性轴承的运动。通过减小簧片厚度或增加簧片长度可以降低柔性轴承的旋转刚度，但这种方法只能有限程度的降低旋转刚度，达不到理想的零刚度特性，而且会同时降低非功能刚度。因此，如何大幅降低柔性轴承的功能刚度或者直接构造一种零刚度柔性轴承，同时不降低非功能刚度，是柔性轴承研究的一个关键难点。
【发明内容】
[0004]为了克服传统柔性轴承变形时产生的恢复力矩，降低对驱动单元的输出要求，本发明设计了一种零刚度柔性轴承，这种具有零刚度特性的柔性轴承是借助于一个负刚度组件来实现的。通过将负刚度组件和广义三交叉簧片柔性轴承进行串联组合，并合理配置负刚度组件的输出刚度值，就可以构成一种对外呈现零刚度的柔性轴承。同时由于不用改变簧片的任何尺寸，这种方法不会降低柔性轴承的各非功能刚度。本发明中的广义三交叉簧片柔性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。该轴承具有高精度、大行程、大径旋刚度比(径向刚度/旋转刚度)和大轴旋刚度比(轴向刚度/旋转刚度)等特性，其结构非常紧凑。
[0005]本发明设计的一种零刚度柔性轴承，其包括有负刚度组件(16)、广义三交叉簧片柔性轴承(15C)、A端盖(15A)、B端盖(15B)和多根圆柱销钉；
[0006]其中，圆柱销钉是指AA圆柱销钉(11A)、AB圆柱销钉(11B)、AC圆柱销钉(11C)、AD圆柱销钉(11D)、AE圆柱销钉(11E)、AF圆柱销钉(11F)、BA圆柱销钉(12A)、BB圆柱销钉(12B)和BC圆柱销钉(12C) ；AA圆柱销钉(11A)、AB圆柱销钉(IlB)和AC圆柱销钉(IlC)的结构是相同的；AD圆柱销钉(11D)、AE圆柱销钉(IlE)和AF圆柱销钉(IlF)的结构是相同的；BA圆柱销钉(12A)、BB圆柱销钉(12B)和BC圆柱销钉(12C)的结构是相同的；
[0007]A端盖(15A)的板面上设有CA销孔(15A1)、CB销孔(15A2)、CC销孔(15A3);CA销孔(15A1)用于放置AD圆柱销钉(IlD) ；CB销孔(15A2)用于放置AE圆柱销钉(HE) ；CC销孔(15A3)用于放置AF圆柱销钉(IlF) ;A端盖(15A)通过AD圆柱销钉(IID)、AE圆柱销钉(11E)、AF圆柱销钉(11F)实现与负刚度组件(16)的负刚度外环(16E)的连接；
[0008]B端盖(15B)的板面上设有垫块(15B4),所述垫块(15B4)部位设有FA销孔(15BI)、FB销孔(15B2 )、FC销孔(15B3 ); FA销孔(15BI)用于放置AA圆柱销钉(11A ) ;FB销孔(15B2)用于放置AB圆柱销钉(11B);FC销孔(15B3)用于放置AC圆柱销钉(11C);B端盖(15B)通过AA圆柱销钉(11A)、AB圆柱销钉(11B)、AC圆柱销钉(11C)实现与广义三交叉簧片柔性轴承(15C)的运动刚体(IOA)的连接；
[0009]负刚度组件(16)包括有第一曲簧片(16A)、第二曲簧片(16B)、第三曲簧片(16C)、负刚度体(16D)和负刚度外环(16E);负刚度体(16D)上设有EA销孔(16D1)、EB销孔(16D2)、EC销孔(16D3)、第一螺纹盲孔(16D4)、第二螺纹盲孔(16D5)、第三螺纹盲孔(16D6)；EA销孔(16D1)用于放置AA圆柱销钉(11A);EB销孔(16D2)用于放置AB圆柱销钉(IlB) ；EC销孔(16D3)用于放置AC圆柱销钉(IlC);第一螺纹盲孔(16D4)用于放置第二螺钉(16G);第二螺纹盲孔(16D5)用于放置第四螺钉(16J);第三螺纹盲孔(16D6)用于放置第六螺钉(16L);负刚度外环(16E)的环体内壁上设有DA销孔(16E1 )、DB销孔(16E2)、DC销孔(16E3)、DD 销孔(16E4)、DE 销孔(16E5)、DF 销孔(16E6)、A 凸耳(16E7)、B 凸耳(16E8)、C凸耳(16E9)，负刚度外环(16E)的一端设有凸台(16E10) ；DA销孔(16E1)用于放置AD圆柱销钉(11D) ；DB销孔(16E2)用于放置AE圆柱销钉(11E) ；DC销孔(16E3)用于放置AF圆柱销钉(IlF) ;DD销孔(16E4)用于放置BC圆柱销钉(12C) ;DE销孔(16E5)用于放置BB圆柱销钉(12B)；DF销孔(16E6)用于放置BA圆柱销钉(12A)；A凸耳(16E7)上设有螺纹孔，该螺纹孔内安装有第一螺钉(16F);B凸耳(16E8)上设有螺纹孔，该螺纹孔内安装有第三螺钉(16H)；
[0010]第一曲簧片(16A)的一端设有A锁扣(16A1),第一曲簧片(16A)的另一端设有B锁扣(16A2) ;A锁扣(16A1)用于第一螺钉(16F)穿过，第一螺钉(16F)穿过A锁扣(16A1)后连接在负刚度外环(16E)的A凸耳(16E7)的螺纹孔中；B锁扣(16A2)用于第二螺钉(16G)穿过，第二螺钉(16G)穿过B锁扣(16A2)后连接在负刚度体(16D)的第一螺纹盲孔(16D4)中；
[0011]第二曲簧片(16B)的一端设有C锁扣(16B1),第二曲簧片(16B)的另一端设有D锁扣(16B2) ;C锁扣(16B1)用于第三螺钉(16H)穿过，第三螺钉(16H)穿过C锁扣(16B1)后连接在负刚度外环(16E)的B凸耳(16E8)的螺纹孔中；D锁扣(16B2)用于第四螺钉(16J)穿过，第四螺钉(16J)穿过D锁扣(16B2)后连接在负刚度体(16D)的第二螺纹盲孔(16D5)中；
[0012]第三曲簧片(16C)的一端设有E锁扣(16C1)，第三曲簧片(16C)的另一端设有F锁扣(16C2)；E锁扣(16C1)用于第五螺钉(16K)穿过，第五螺钉(16K)穿过E锁扣(16C1)后连接在负刚度外环(16E)的C凸耳(16E9)的螺纹孔中;F锁扣(16C2)用于第六螺钉(16L)穿过，第六螺钉(16L)穿过F锁扣(16C2)后连接在负刚度体16D的第三螺纹盲孔(16D6)中；
[0013]负刚度体(16D)置于负刚度外环(16E)的底部，且负刚度体(16D)与负刚度外环(16E)的凸台(16E10)配合使得负刚度组件(16)形成一个整圆环；
[0014]第一曲簧片(16A)的A锁扣(16A1)安装在负刚度外环(16E)的A凸耳(16E7)上，第一曲簧片(16A)的B锁扣(16A2)安装在负刚度体(16D)的第一螺纹盲孔(16D4)中；第二曲簧片(16B)的C锁扣(16B1)安装在负刚度外环(16E)的B凸耳(16E8)上，第二曲簧片(16B)的D锁扣(16B2)安装在负刚度体(16D)的第二螺纹盲孔(16D5)中；第三曲簧片(16C)的E锁扣(16C1)安装在负刚度外环(16E)的C凸耳(16E9)上，第三曲簧片(16C)的F锁扣(16C2)安装在负刚度体(16D)的第三螺纹盲孔(16D6)中；
[0015]负刚度外环(16E)的DA销孔(16E1)、DB销孔(16E2)、DC销孔(16E3)分别通过AD圆柱销钉(11D)、AE圆柱销钉(11E)、AF圆柱销钉(11F)与A端盖(15A)连接；负刚度外环(16E)的DD销孔(16E4)、DE销孔(16E5)、DF销孔(16E6)分别通过BC圆柱销钉(12C)、BB圆柱销钉(12B)、BA圆柱销钉(12A)与广义三交叉簧片柔性轴承(15C)的固定刚体(IOB)连接;负刚度体(16D)的EA销孔(16D1)、EB销孔(16D2)、EC销孔(16D3)分别通过BA圆柱销钉(12A)、BB圆柱销钉(12B)、BC圆柱销钉(12C)与广义三交叉簧片柔性轴承(15C)的运动刚体(IOA)连接；
[0016]其中，广义三交叉簧片柔性轴承(15C)由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)、以及多个垫片构成；
[0017]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)；
[0018]所述广义三交叉簧片柔性轴承(15C)中的单簧片环形体与垫片为叠层装配；
[0019]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30度；
[0020]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30度；
[0021 ] 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90度；
[0022]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90度；
[0023]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；
[0024]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；
[0025]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(8C)，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)与上端部单簧片环形体(3)中的簧片(31)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° ;
[0026]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(4)中的簧片(41)之间的安装角；
[0027]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；
[0028]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；
[0029]A端盖(15Α)通过AD圆柱销钉(11D)、AE圆柱销钉(11E)、AF圆柱销钉(I IF)与负刚度外环(16E)连接；负刚度外环(16E)通过BA圆柱销钉(12A)、BB圆柱销钉(12B)、BC圆柱销钉(12C)与广义三交叉簧片柔性轴承(15C)的固定刚体(10B)连接；B端盖(15B)通过AD圆柱销钉(11A)、AE圆柱销钉(11B)、AF圆柱销钉(11C)实现与广义三交叉簧片柔性轴承(15C)的运动刚体(IOA)以及负刚度体(16D)连接。
[0030]本发明零刚度柔性轴承的优点在于:
[0031]①本发明设计的零刚度柔性轴承是在广义三交叉簧片柔性轴承中串联负刚度组件，大幅降低了柔性轴承的旋转变形刚度，对外输出旋转刚度几乎为零，从而大幅降低了对驱动单元的输出要求。
[0032]②本发明设计的负刚度组件能够与多种不同构型的柔性轴承相组合构成零刚度柔性轴承。
[0033]③本发明设计的零刚度柔性轴承运动精度极高，在±20度时，轴漂仅为0.2微米。
[0034]④本发明设计的零刚度柔性轴承结构紧凑，对外接口良好，可直接应用于各种精密定位领域。
[0035]⑤与本发明零刚度柔性轴承结合使用的广义三交叉簧片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。
[0036]⑥本发明设计的广义三交叉簧片柔性轴承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。[0037]⑦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。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是本发明零刚度柔性轴承的结构图。
[0039]图1A是本发明零刚度柔性轴承的端盖分离结构图。
[0040]图1B是本发明零刚度柔性轴承中广义三交叉簧片柔性轴承部分的结构图。
[0041]图1C是本发明零刚度柔性轴承中广义三交叉簧片柔性轴承部分的俯视图。
[0042]图1D是本发明零刚度柔性轴承的剖视图。
[0043]图1E是本发明零刚度柔性轴承的分解图。
[0044]图2是本发明上中间单簧片环形体的正视图。
[0045]图3是本发明上端部单簧片环形体的正视图。
[0046]图4是本发明上过渡单簧片环形体的正视图。
[0047]图5是本发明下中间单簧片环形体的正视图。
[0048]图6是本发明下端部单簧片环形体的正视图。
[0049]图7是本发明下过渡单簧片环形体的正视图。
[0050]图8是本发明AA垫片的结构图。
[0051]图9是本发明BB垫片的结构图。
[0052]图10是本发明零刚度柔性轴承中负刚度组件的结构图。
[0053]图1OA是本发明零刚度柔性轴承中负刚度组件的外环结构图。
[0054]图1OB是本发明零刚度柔性轴承中负刚度组件的分解图。
[0055]图11是本发明零刚度柔性轴承中A端盖的结构图。
[0056]图12是本发明零刚度柔性轴承中B端盖的结构图。
[0057]图13Α是本发明零刚度柔性轴承在初始位置的运动示意图。
[0058]图13Β是本发明零刚度柔性轴承在顺时针位置的运动示意图。
[0059]图13C是本发明零刚度柔性轴承在逆时针位置的运动示意图。
[0060]图14Α是本发明中需用的单簧片环形体的结构图。
[0061]图14Β是本发明中需用的垫片结构图。
[0062]图14C是本发明中预成型体的分解图。
[0063]图14D是本发明中预成型体的装配图。
[0064]图14Ε是本发明中预成型体切除切口示意图。
[0065]图15Α是本发明中负刚度组件初始变形的运动示意图。
[0066]图15Β是本发明中负刚度组件顺时针变形的运动示意图。
[0067]图15C是本发明中负刚度组件逆时针变形的运动示意图。
[0068]
【权利要求】
1.一种零刚度柔性轴承，其特征在于:该轴承包括有负刚度组件(16)、广义三交叉簧片柔性轴承(15C)、A端盖(15A)、B端盖(15B )和多根圆柱销钉； 其中，圆柱销钉是指AA圆柱销钉(11A)、AB圆柱销钉(IIB)、AC圆柱销钉(11C)、AD圆柱销钉(11D)、AE圆柱销钉(IIE)、AF圆柱销钉(11F)、BA圆柱销钉(12A)、BB圆柱销钉(12B)和BC圆柱销钉(12C) ；AA圆柱销钉(IIA)、AB圆柱销钉(IlB)和AC圆柱销钉(I 1C)的结构是相同的；AD圆柱销钉(11D)、AE圆柱销钉(I IE)和AF圆柱销钉(11F)的结构是相同的；BA圆柱销钉(12A)、BB圆柱销钉(12B)和BC圆柱销钉(12C)的结构是相同的； A端盖(15A)的板面上设有CA销孔(15A1)、CB销孔(15A2)、CC销孔(15A3) ;CA销孔(15A1)用于放置AD圆柱销钉(IlD) ;CB销孔(15A2)用于放置AE圆柱销钉(IlE) ;CC销孔(15A3)用于放置AF圆柱销钉(IlF) ;A端盖(15A)通过AD圆柱销钉(IID)、AE圆柱销钉(HE),AF圆柱销钉(IlF)实现与负刚度组件(16)的负刚度外环(16E)的连接； B端盖(15B)的板面上设有垫块(15B4)，所述垫块(15B4)部位设有FA销孔(15BI)、FB销孔(15B2)、FC销孔(15B3) ;FA销孔(15B1)用于放置AA圆柱销钉(IlA) ;FB销孔(15B2)用于放置AB圆柱销钉(IlB) ;FC销孔(15B3)用于放置AC圆柱销钉(IlC) ;B端盖(15B)通过AA圆柱销钉(11A)、AB圆柱销钉(11B)、AC圆柱销钉(I 1C)实现与广义三交叉簧片柔性轴承(15C)的运动刚体(10A)的连接； 负刚度组件(16)包括有第一曲簧片(16A)、第二曲簧片(16B)、第三曲簧片(16C)、负刚度体(16D)和负刚度外环(16E);负刚度体(16D)上设有EA销孔(16D1)、EB销孔(16D2)、EC销孔(16D3)、第一螺纹盲孔(16D4)、第二螺纹盲孔(16D5)、第三螺纹盲孔(16D6)；EA销孔(16D1)用于放置AA圆柱销钉(IlA) ;EB销孔(16D2)用于放置AB圆柱销钉(IlB) ;EC销孔(16D3)用于放置AC圆柱销钉(IlC);第一螺纹盲孔(16D4)用于放置第二螺钉(16G);第二螺纹盲孔(16D5)用于放置第四螺钉(16J);第三螺纹盲孔(16D6)用于放置第六螺钉(16L);负刚度外环(16E)的环体内壁上设有DA销孔(16E1)、DB销孔(16E2)、DC销孔(16E3)、DD销孔(16E4)、DE 销孔(16E5)、DF` 销孔(16E6)、A 凸耳(16E7)、B 凸耳(16E8)、C 凸耳(16E9)，负刚度外环(16E)的一端设有凸台(16E10) ;DA销孔(16E1)用于放置AD圆柱销钉(IlD) ；DB销孔(16E2)用于放置AE圆柱销钉(IlE) ;DC销孔(16E3)用于放置AF圆柱销钉(IlF) ；DD销孔(16E4)用于放置BC圆柱销钉(12C) ；DE销孔(16E5)用于放置BB圆柱销钉(12B) ；DF销孔(16E6)用于放置BA圆柱销钉(12A) ；A凸耳(16E7)上设有螺纹孔，该螺纹孔内安装有第一螺钉(16F) ；B凸耳(16E8)上设有螺纹孔，该螺纹孔内安装有第三螺钉(16H)； 第一曲簧片(16A)的一端设有A锁扣(16A1),第一曲簧片(16A)的另一端设有B锁扣(16A2)；A锁扣(16A1)用于第一螺钉(16F)穿过，第一螺钉(16F)穿过A锁扣(16A1)后连接在负刚度外环(16E)的A凸耳(16E7)的螺纹孔中；B锁扣(16A2)用于第二螺钉(16G)穿过，第二螺钉(16G)穿过B锁扣(16A2)后连接在负刚度体(16D)的第一螺纹盲孔(16D4)中；第二曲簧片(16B)的一端设有C锁扣(16B1),第二曲簧片(16B)的另一端设有D锁扣(16B2)；C锁扣(16B1)用于第三螺钉(16H)穿过，第三螺钉(16H)穿过C锁扣(16B1)后连接在负刚度外环(16E)的B凸耳(16E8)的螺纹孔中；D锁扣(16B2)用于第四螺钉(16J)穿过，第四螺钉(16J)穿过D锁扣(16B2)后连接在负刚度体(16D)的第二螺纹盲孔(16D5)中；第三曲簧片(16C)的一端设有E锁扣(16C1 )，第三曲簧片(16C)的另一端设有F锁扣(16C2) ；E锁扣(16C1)用于第五螺钉(16K)穿过，第五螺钉(16K)穿过E锁扣(16C1)后连接在负刚度外环(16E)的C凸耳(16E9)的螺纹孔中;F锁扣(16C2)用于第六螺钉(16L)穿过，第六螺钉(16L)穿过F锁扣(16C2)后连接在负刚度体16D的第三螺纹盲孔(16D6)中；负刚度体(16D)置于负刚度外环(16E)的底部，且负刚度体(16D)与负刚度外环(16E)的凸台(16E10)配合使得负刚度组件(16)形成一个整圆环； 第一曲簧片(16A)的A锁扣(16A1)安装在负刚度外环(16E)的A凸耳(16E7)上，第一曲簧片(16A)的B锁扣(16A2)安装在负刚度体(16D)的第一螺纹盲孔(16D4)中； 第二曲簧片(16B)的C锁扣(16B1)安装在负刚度外环(16E)的B凸耳(16E8)上，第二曲簧片(16B)的D锁扣(16B2)安装在负刚度体(16D)的第二螺纹盲孔(16D5)中； 第三曲簧片(16C)的E锁扣(16C1)安装在负刚度外环(16E)的C凸耳(16E9)上，第三曲簧片(16C)的F锁扣(16C2)安装在负刚度体(16D)的第三螺纹盲孔(16D6)中； 负刚度外环(16E)的DA销孔(16E1 )、DB销孔(16E2)、DC销孔(16E3)分别通过AD圆柱销钉(11D)、AE圆柱销钉(IIE)、AF圆柱销钉(11F)与A端盖(15A)连接； 负刚度外环(16E)的DD销孔(16E4)、DE销孔(16E5)、DF销孔(16E6)分别通过BC圆柱销钉(12C)、BB圆柱销钉(12B)、BA圆柱销钉(12A)与广义三交叉簧片柔性轴承(15C)的固定刚体(10B)连接;负刚度体(16D)的EA销孔(16D1 )、EB销孔(16D2)、EC销孔(16D3)分别通过BA圆柱销钉(12A)、BB圆柱销钉(12B)、BC圆柱销钉(12C)与广义三交叉簧片柔性轴承(15C)的运动刚体(10A)连接； 其中，广义三交叉簧片柔性轴承(15C)由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)、以及多个垫片构成； 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(8`C)、BD垫片(8D)和BE垫片(8E)； 所述广义三交叉簧片柔性轴承(15C)中的单簧片环形体与垫片为叠层装配； 上中间单簧片环形体(1)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Ci1等于30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30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90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α4等于90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(1)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(1)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(1)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(1)的簧片(11)与上端部单簧片环形体(3)中的簧片(31)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(4)中的簧片(41)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； A端盖(15Α)通过AD圆柱销钉(11D)、AE圆柱销钉(11E)、AF圆柱销钉(IlF)与负刚度外环(16E)连接；负刚度外环(16E)通过BA圆柱销钉(12A)、BB圆柱销钉(12B)、BC圆柱销钉(12C)与广义三交叉簧片柔性轴承(15C)的固定刚体(IOB)连接；B端盖(15B)通过AD圆柱销钉(11A)、AE圆柱销钉(11B)、AF圆柱销钉(I 1C)实现与广义三交叉簧片柔性轴承(15C)的运动刚体(IOA)以及负刚度体(16D)连接。
2.根据权利要求1所述的零刚度柔性轴承，其特征在于:单簧片环形体材料是T1-6A1-4V，或者铝合金 7075-T6。
3.根据权利要求1所述的零刚度柔性轴承，其特征在于:负刚度组件(16)中的第一曲簧片(16A)、第二曲簧片(16B)和第三曲簧片(16C)在安装时存在有一定的预压缩量，当负刚度体(16D)没有相对负刚度外环(16E)旋转时,第一曲簧片(16A)、第二曲簧片(16B)和第三曲簧片(16C)不对负刚度体(16D)产生力矩； 当负刚度体(16D)相对负刚度外环(16E)顺时针旋转Θ角时，第一曲簧片(16A)、第二曲簧片(16B)和第三曲簧片(16C)的变形得到一定的释放，但仍然都处于压缩状态，此时的第一螺钉(16F)与第二螺钉(16G)、第三螺钉(16H)与第四螺钉(16J)、第五螺钉(16K)与第六螺钉(16L)的连线不再过中心O，第一曲簧片(16A)、第二曲簧片(16B)和第三曲簧片(16C)对负刚度体(16D)产生一个力矩Mns ； 当负刚度体(16D)相对负刚度外环(16E)逆时针旋转Θ角时，第一曲簧片(16A)、第二曲簧片(16B)和第三曲簧片(16C)的变形得到一定的释放，但仍然都处于压缩状态，此时的第一螺钉(16F)与第二螺钉(16G)、第三螺钉(16H)与第四螺钉(16J)、第五螺钉(16K)与第六螺钉(16L)的连线不再过中心O，第一曲簧片(16A)、第二曲簧片(16B)和第三曲簧片(16C)对负刚度体(16D)产生一个力矩Mm。
4.根据权利要求1所述的零刚度柔性轴承，其特征在于:负刚度组件(16)是串联安装在广义三交叉簧片柔性轴承(15C)上的，负刚度组件(16)随着广义三交叉簧片柔性轴承(15C)的运动而运动；当广义三交叉簧片柔性轴承(15C)受外力作用下沿顺时针旋转Θ角时，运动刚体(IOA)上就会存在一个恢复力矩Mpn，此时负刚度组件(16)上的负刚度体(16D)也旋转相应的角度，负刚度体(16D)就会产生一个相反方向的力矩Mns，且保持Mns = Mpn,从而负刚度力矩刚好平衡掉广义三交叉簧片柔性轴承(15C)上运动刚体(IOA)的恢复力矩，使得柔性轴承对外呈现零刚度。 当广义三交叉簧片柔性轴承(15C)受外力作用下沿逆时针旋转Θ角时，运动刚体(IOA)上就会存在一个恢复力矩Mps，此时负刚度组件(16)上的负刚度体(16D)也旋转相应的角度，负刚度体(16D)就会产生一个相反方向的力矩Mnn,且保持Mnn = Mps，从而负刚度力矩刚好平衡掉广义三交叉簧片柔性轴承(15C)上运动刚体(IOA)的恢复力矩，使得柔性轴承对外呈现零 刚度。
【文档编号】F16C27/00GK103851077SQ201410097678
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】毕树生, 刘浪, 杨其资 申请人:北京航空航天大学