[发明专利]一种三自由度虎克铰

说明书

技术领域

本发明涉及一种并联运动平台中的铰链元件，具体为一种三自由度虎克铰。

背景技术

六自由度（6-DOF）并联运动平台是一种并联运动机构，最早应用于飞行模拟器，它是由六根驱动杆将上、下两个平台通过铰链连接而成，六根驱动杆都可以独立地运动，被称为Stewart平台。这种平台具有承载能力大、刚度大、精度高、结构稳定等优点，在许多领域都得到广泛的应用。

铰链是六自由度并联运动平台的关键元件，目前并联运动平台的铰链形式大多为6-SPS、6-UPS或6-SPU等铰接副。SPS型是铰链的连接形式为球铰（Sphericaljoint）连接，UPS和SPU型是指一端的连接为球铰，另一端的连接为万向铰（Universaljoint），也称为虎克铰（Hookejoint）。根据机构的自由度计算公式，可以得到，六自由度运动平台要想拥有6个自由度，要求其铰链为两个球铰（三自由度）或至少一个球铰（三自由度）、一个虎克铰（两自由度）。但在工程实际应用中，球铰价格昂贵，加工困难，事实上很难得到，虎克铰就称为球铰的关键替代品。但是传统的虎克铰只有两个旋转自由度，无法满足平台的自由度需求，因此本申请公开一种三自由度虎克铰，解决并联平台铰链精度和价格方面的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是在传统两自由度虎克铰的基础上，增加了第三自由度——绕Z轴旋转的自由度。当该虎克铰安装到并联运动平台上时，用该三自由度的虎克铰代替球铰。实现了并联平台的六自由度的需求。

技术方案：

一种三自由度虎克铰，其特征在于：该虎克铰由上半部分、下半部分、十字轴组成；其中：

所述上半部分包括上基体、上基体左支架、上基体右支架；上基体左支架、上基体右支架分别安装在上基体的左右两端；上基体左支架、上基体右支架的轴承孔中安装有角接触球轴承，所述轴承孔的外侧安装有轴承盖；

所述下半部分包括下基体、下基体左支架、下基体右支架、下销轴；下基体左支架、下基体右支架分别安装在下基体的左右两端；下基体左支架、下基体右支架的轴承孔中安装有角接触球轴承，所述轴承孔的外侧安装有轴承盖；下销轴的定位轴肩上安装下方角接触球轴承；下方角接触球轴承的外圈嵌入下基体上铣出的轴承座内，并通过下轴承盖固定；

所述十字轴由整体销轴、左销轴、右销轴组成；左销轴与右销轴的螺纹端穿入整体销轴中间的圆孔，并在孔中通过螺纹连接；整体销轴的两端、左销轴的外端、右销轴的外端分别安装在个角接触球轴承的内圈中。

所述的三自由度虎克铰，其特征在于：所述上基体与上基体左支架，上基体与上基体右支架的连接方式为：上基体上铣出的凹槽，分别与上基体左支架、上基体右支架上的定位凸台相配合，并通过螺钉锁紧。

所述的三自由度虎克铰，其特征在于：所述下基体与下基体左支架，下基体与下基体右支架的连接方式为：下基体上铣出的凹槽，分别与下基体左支架、下基体右支架上的定位凸台相配合，并通过螺钉锁紧。

所述的三自由度虎克铰，其特征在于：所述的左销轴、右销轴在近螺纹端有定位凸台。

优点及效果：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、结构简单：本发明在实现三个自由度运动的同时，采用了最简单的结构形式，这为降低虎克铰的加工制造成本，维修养护并联运动平台，创造了便利条件。

二、每个旋转运动支撑的定位方式采用了凸台和凹槽配合的定位方式，这即降低了加工制造难度，提高了定位精度，同时为装配和维修虎克铰提供了方便。

三、绕X轴旋转的支撑销轴采用整体式，提高了虎克铰的刚度。

四、绕Y轴旋转支撑的销轴采用分体式，装配时通过螺纹连接、凸肩定位，保证了定位精度，同时方便了加工制造和装配。

附图说明：

图1为本发明三自由度虎克铰的轴侧图；

图2为本发明三自由度虎克铰的主视图；

图3为本发明三自由度虎克铰的A-A剖视图；

图4为本发明三自由度虎克铰的B-B剖视图。

图中标注：1下基体左支架；2上基体；3上基体左支架；4下基体右支架；5下基体；6上基体右支架；7轴侧盖；8角接触球轴承；9右销轴；10螺钉；11下销轴；12左销轴；13整体销轴；14下方角接触球轴承；15下轴承盖。

具体实施方式：本发明是一种并联运动平台中的铰链元件，具体为一种可以替代球铰三自由度虎克铰。