[发明专利]一种斜置簧片组合的一维柔性直线导引机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性铰链。更特别地说，是指一种具有大变形、高精度的斜置簧片组合的一维柔性直线导引机构。

背景技术

柔性铰链是指在外部载荷的作用下，利用材料的弹性变形在相邻刚体间传递力和能量，从而产生相对平移或转动的一种结构形式。相比于传统的刚性铰链，柔性铰链在成本和性能两方面都具有得天独厚的优势：(1)无需润滑，避免了污染，降低了维护成本；(2)无间隙，无摩擦提高了重复精度；(3)紧凑性减小了结构重量；(4)可以在真空、低温等恶劣的环境下工作。可应用于微动工作台、光学自动聚焦系统等精密、超精密传动和定位等场合。

直线导引机构作为一种特殊的机构，有着较大的应用需求。为了实现高精度(误差小于1μm)，大多采用了柔性铰链来满足性能要求。然而现有的柔性直线导引机构行程较小(小于5mm)，运动精度不高，极大限制了这类机构的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有大变形、高精度的斜置簧片组合的一维柔性直线导引机构，该导引机构中的前部模块和后部模块均为在同一平板上，运用线切割技术切割制得。前部模块和后部模块采用簧片的交叉布置，在实现大行程的同时达到了很高的运动精度，并且可以承受较大的有效载荷。

本发明的一种斜置簧片组合的一维柔性直线导引机构，该导引机构由前部模块和后部模块组成；后部模块的结构是前部模块竖直转过180°的结构。前部模块和后部模块上分别设有多个上簧片、下簧片，设置在中间连接块上方称上簧片，设置在中间连接的下方的簧片称为下簧片，上簧片与中间连接块的上板面形成的夹角称为上夹角β＝30°～40°，上夹角有β₁＝β₂＝β₃＝β₄＝β₅＝β₆＝β₇＝β₈＝30°～40°；下簧片与中间连接块的下板面形成的夹角称为下夹角α＝30°～40°，下夹角有α₁＝α₂＝α₃＝α₄＝α₅＝α₆＝α₇＝α₈＝30°～40°；在同一导引机构中上夹角β与下夹角α的角度保持相等。前部模块和后部模块均为一体成型件，是在一平板上采用线切割技术切割制有八个簧片、四个中间连接块、三个上连接块和一个下连接块。

本发明斜置簧片组合的一维柔性直线导引机构的优点在于：

(1)前部模块与后部模块采用竖直转过180°结构相同的设计，通过多簧片在空间交叉但并不在交叉点处固定的设计，使得铰链的内应力减小，寿命提高。

(2)每个运动单元中簧片设计成正“Z”与倒“Z”互补形式，整个导引机构结构紧凑、体积小。

(3)在前部模块与后部模块的结合处采用螺钉与垫块的连接形式，提高了柔性直线导引机构的刚度，使承载能力加强，固有频率增加。

(4)本发明设计的柔性机构在水平中心线方向上运动，能够实现高精度、大行程的一维移动，适用于大行程的柔性精密定位系统。

附图说明

图1是本发明斜置簧片组合的一维柔性直线导引机构的结构图。

图1A是图1的后视图。

图1B是图1的分解图。

图2是本发明前部模块的结构图。

图2A是本发明第一运动单元的结构图。

图2B是本发明第三运动单元的结构图。

图2C是本发明第二运动单元的结构图。

图3是本发明后部模块的结构图。

图3A是本发明第四运动单元的结构图。

图3B是本发明第六运动单元的结构图。

图3C是本发明第五运动单元的结构图。

图中：      1.前部模块  101.A簧片   101a.上板面 102.B簧片

102a.上板面 103.C簧片   103a.上板面 104.D簧片   104a.上板面

105.E簧片   105a.下板面 106.F簧片   106a.下板面 107.G簧片

107a.下板面     108.H簧片       108a.下板面      111.A连接块     112.B连接块

113.C连接块     121.A中间连接块 121a.上板面      121b.下板面