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1、第32卷第9期合肥工业大学学报(自然科学版)Vol.32No.92009年9月JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYSept.2009双轴柔性铰链柔度的设计计算朱仁胜,沈健,谢祖强,陈长琦(合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009)摘要:文章利用能量法推导了双轴柔性铰链柔度的系列设计计算公式,在此基础上得到了常用的直圆双轴柔性铰链柔度的设计计算公式。针对多个不同尺寸的双轴柔性铰链,采用推出的计算公式、J.M.Paros公式进行计算,2种计算方法的结果吻合很好,由此说明了推出的计算公式的正确性和简洁
2、性。关键词:双轴柔性铰链;直圆双轴柔性铰链;柔性铰链柔度中图分类号:TH1231文献标识码:A文章编号:10035060(2009)09137004DesigncalculationofdoubleaxisflexurehingesZHURensheng,SHENJian,XIEZuqiang,CHENChangqi(SchoolofMachineryandAutomobileEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:Basedonthe
3、energymethod,thispaperpresentsthecomplianceformulasfordoubleaxisflexurehingesandrightcirculardoubleaxisflexurehinges.Inviewofseveraldoubleaxisflexurehingesofdifferentsizes,boththederivedcomplianceformulasandJ.M.Parosformulasareadoptedtocalculate.Acomparisonismadebetweenthepresen
4、tequationsandthewidelyusedJ.M.Parosequations.Theresultsoftwomethodstocalculatethecomplianceareingoodagreement,whichindicatesthattheanalyticalequationsarecorrectandconcise.Keywords:doubleaxisflexurehinge;rightcirculardoubleaxisflexurehinge;rotationalcomplianceofflexurehinges柔性铰链
5、具有体积小、无间隙、无机械摩擦、Paros精确计算公式在形式上较为复杂,其简化成本低廉及无需润滑等优点,广泛应用于精密工公式是在柔性铰链厚度远小于半径的条件下给出程中。例如精密工作台、纳米定位技术、微加速度的,在设计计算较厚的铰链时产生较大的误差。[1-5]器、微夹持机构及显微装置等。本文针对双轴圆形柔性铰链,利用能量法,通[10]柔性铰链分为单轴柔性铰链和双轴柔性铰过引入中间变量,得到较为简洁的柔性铰链柔链。单轴柔性铰链最常见的形式是直梁型柔性铰度系列设计计算公式,从而避免了费时繁杂的数链和圆弧型柔性铰链。为了得到不同的精度和运值计算,为工程设计计算提供方便。
6、[6]动范围,提出了椭圆型柔性铰链、倒角型柔性铰1双轴柔性铰链的系列设计计算公式[7][8]链、抛物线型柔性铰链和双曲线型柔性铰链等。单轴柔性铰链的缺点是只能沿一个轴弹性弯双轴柔性铰链的几何尺寸及受力变形如图1曲。而把颈部做成圆杆状的双轴柔性铰链,则能所示,杆端部截面是直径为D的圆,铰链的最小沿任意轴转动且容易加工。截面为直径为d的圆,切割半径为R,圆心角为1965年,文献[9]推导出柔性铰链的设计计m。假设柔性铰链的右端为相对固定端,左端受算公式,避免了繁杂费时的数值计算。但是到力和力矩Fx、Fy、Mz、Fz、My的作用,左端的变收稿日期:20081
7、013基金项目:国家科技部创新基金资助项目(07C26213401449)作者简介:朱仁胜(1976-),男,安徽安庆人,合肥工业大学讲师;陈长琦(1947-),男,安徽安庆人,合肥工业大学教授,硕士生导师.第9期朱仁胜,等:双轴柔性铰链柔度的设计计算1371形x、y、y、z、z。其中,As(x)为x截面的有效剪切面积。双轴柔性铰链绕y轴的角变形和沿z轴线形x=U/Fx,y=U/Fy,z=U/Mz变形计算方法,与铰链绕z轴的角变形和沿y轴(3)线形变形计算方法相同,因此只推导铰链绕z轴在圆心角(x截面)处取微元体d进行研的角变形和沿y轴线形
8、变形。由于柔性铰链的究,
