[发明专利]精密高刚度柔性球形铰链

说明书

技术领域

本发明属于精密机械技术领域，具体涉及一种使用在高刚度柔性系统、光学系统支撑、精密测量和超精加工等方面的精密高刚度柔性球形铰链。

背景技术

目前，现有铰链结构缺乏柔性，而柔性支撑和连接结构又缺乏刚性，在支撑重要的零件结构时，由于缺乏柔性带来结构的变形和应力，或者接触部位因为很多球铰为了保证转动舒适，采用塑料等高分子材料，所以柔性太大又缺乏支撑刚度，使得很多结构很难调整到最佳设计精度，因而影响了整个系统的精度和可靠性。尤其在光学系统的支撑方面，尤为突出。

发明内容

本发明的目的在于提出一种精密高刚度柔性球形铰链，解决现有技术存在的由于柔性差带来的安装支撑应力，和刚度低带来的精度不稳定性误差。

为实现上述目的，本发明的精密高刚度柔性球形铰链包括球轴、外套、球铰外环、钢球、保持器、滚动钢球、球铰锁紧外环和锁紧螺母；

所述滚动钢球嵌在所述保持器上，所述保持器通过滚动钢球与所述球轴配合，所述保持器包括上下两个半球碗结构，所述上下两个半球碗结构接触处均匀设置有钢球，所述保持器放置在所述球铰外环内，所述球铰外环放置在所述外套内，所述球铰锁紧外环与所述外套通过螺纹连接，与所述保持器配合接触，对内部施加力矩，所述球轴的球杆件穿过所述球铰锁紧外环中间开有的通孔与被支撑件连接，实现角度调节。

所述球形铰链还包括锁紧螺母，所述锁紧螺母位于所述球铰锁紧外环上方与所述外套螺纹连接，锁紧所述球铰锁紧外环，所述球轴的球杆件穿过所述球铰锁紧外环中间开有的通孔后再穿过所述锁紧螺母中间开有的通孔与被支撑件连接。

调整所述球铰锁紧外环中间开有的通孔的直径大小和所述锁紧螺母中间开有的通孔的直径的大小实现不同角度的调整角和柔性角的调节。

本发明的有益效果为：本发明的精密高刚度柔性球形铰链的球轴加工性好，与球铰外环采用钢球接触，具有非常好的柔性；球轴配合球铰外环、滚动钢球嵌在保持器上，组合成球形铰链的铰链主体，具有双向刚度，通过球铰锁紧外环和锁紧螺母实现预紧，形成球形铰链独立单元，一个或多个球形铰链独立单元，形成高刚度的柔性支撑系统；本发明的球形铰链为双向刚度没有游隙，但可绕球轴回转球心转动，转动摩擦力矩非常微小，可以实现很高的回转精度；本发明在高刚度情况下，同时具有绕球轴回转球心的自由转动，安装方便可靠性高。在保持高支撑刚度情况下具有非常好的柔性。

附图说明

图1为本发明的精密高精度柔性球形铰链第一种结构示意图；

图2为本发明的精密高精度柔性球形铰链第二种结构示意图；

图3为本发明的精密高精度柔性球形铰链第三种结构示意图；

其中：1、球轴，2、外套，3、球铰外环，4、钢球，5、保持器，6、滚动钢球，7、球铰锁紧外环，8、锁紧螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例一：

参见附图1，本发明的精密高刚度柔性球形铰链包括球轴1、外套2、球铰外环3、钢球4、保持器5、滚动钢球6、球铰锁紧外环7和锁紧螺母8；

所述滚动钢球6嵌在所述保持器5上，所述保持器5通过滚动钢球6与所述球轴1配合，所述保持器5包括上下两个半球碗结构，所述上下两个半球碗结构接触处均匀设置有钢球4，所述保持器5放置在所述球铰外环3内，所述球铰外环3放置在所述外套2内，所述球铰锁紧外环7与所述外套2通过螺纹连接，与所述保持器5配合接触，对内部施加力矩，所述球轴1的球杆件穿过所述球铰锁紧外环7与被支撑件连接，实现角度调节。

所述球形铰链还包括锁紧螺母8，所述锁紧螺母8位于所述球铰锁紧外环7上方与所述外套2螺纹连接，锁紧所述球铰锁紧外环7。

所述球形铰链与被支撑结构通过螺纹连接，通过球轴1的球杆件上的平面定位，所述球铰锁紧外环7上部和所述锁紧螺母8中间开有通孔，所述锁紧螺母8中间的通孔比所述球轴1的球杆件的直径大2mm，即可保证±0.5°的柔性调整范围；为微角度球形铰链，调整脚和柔性叫均为±0.5°，用于柔性调整范围小的支撑结构。

实施例二：

参见附图2，本实施例与实施例一的区别在于：所述球轴1下端也有球杆件伸出，通过下端端部的方头形实现定位。

实施例三：