[發明專利]一種零剛度柔性軸承

有效

• 申請號: 201410097678.6
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103851077A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 畢樹生;劉浪;楊其資
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F16C27/00
• 分類號: F16C27/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及一種柔性軸承，更特別地說，是指一種通過在廣義三交叉簧片柔性軸承上串聯一個負剛度組件而構成的零剛度柔性軸承。

背景技術

柔性軸承現在應用越來越廣泛，其工作原理是利用柔性單元在外力作用下變形從而產生相對轉動。柔性軸承因其無摩擦、無間隙、自定心、無需潤滑、無需維護、可真空應用等優點，在精密定位、微動平臺等精密領域中深受青睞，并已在低溫分光計、光源同步加速器、氣象衛星光學器件調整、天文望遠鏡上自適應場調整機構、航天器上微波天線的對準機構等場合應用。

柔性軸承的設計目標是盡可能的降低功能剛度（即旋轉變形剛度），同時保持較大的非功能剛度（即軸向變形剛度和徑向變形剛度）。然而，由于柔性軸承是依靠簧片的彈性變形而實現運動的，當柔性軸承旋轉時，勢必會產生一個恢復力矩，從而阻礙柔性軸承的進一步變形，這就要求驅動單元（如電機等）需要提供一個較大的輸出力矩以驅動并保持柔性軸承的運動。通過減小簧片厚度或增加簧片長度可以降低柔性軸承的旋轉剛度，但這種方法只能有限程度的降低旋轉剛度，達不到理想的零剛度特性，而且會同時降低非功能剛度。因此，如何大幅降低柔性軸承的功能剛度或者直接構造一種零剛度柔性軸承，同時不降低非功能剛度，是柔性軸承研究的一個關鍵難點。

發明內容

為了克服傳統柔性軸承變形時產生的恢復力矩，降低對驅動單元的輸出要求，本發明設計了一種零剛度柔性軸承，這種具有零剛度特性的柔性軸承是借助于一個負剛度組件來實現的。通過將負剛度組件和廣義三交叉簧片柔性軸承進行串聯組合，并合理配置負剛度組件的輸出剛度值，就可以構成一種對外呈現零剛度的柔性軸承。同時由于不用改變簧片的任何尺寸，這種方法不會降低柔性軸承的各非功能剛度。本發明中的廣義三交叉簧片柔性軸承利用六個單簧片環形體在空間上依次螺旋交叉組合，通過圓柱銷釘緊定構成。該軸承具有高精度、大行程、大徑旋剛度比（徑向剛度/旋轉剛度）和大軸旋剛度比（軸向剛度/旋轉剛度）等特性，其結構非常緊湊。

本發明設計的一種零剛度柔性軸承，其包括有負剛度組件（16）、廣義三交叉簧片柔性軸承（15C）、A端蓋（15A）、B端蓋（15B）和多根圓柱銷釘；

其中，圓柱銷釘是指AA圓柱銷釘（11A）、AB圓柱銷釘（11B）、AC圓柱銷釘（11C）、AD圓柱銷釘（11D）、AE圓柱銷釘（11E）、AF圓柱銷釘（11F）、BA圓柱銷釘（12A）、BB圓柱銷釘（12B）和BC圓柱銷釘（12C）；AA圓柱銷釘（11A）、AB圓柱銷釘（11B）和AC圓柱銷釘（11C）的結構是相同的；AD圓柱銷釘（11D）、AE圓柱銷釘（11E）和AF圓柱銷釘（11F）的結構是相同的；BA圓柱銷釘（12A）、BB圓柱銷釘（12B）和BC圓柱銷釘（12C）的結構是相同的；

A端蓋（15A）的板面上設有CA銷孔（15A1）、CB銷孔（15A2）、CC銷孔（15A3）；CA銷孔（15A1）用于放置AD圓柱銷釘（11D）；CB銷孔（15A2）用于放置AE圓柱銷釘（11E）；CC銷孔（15A3）用于放置AF圓柱銷釘（11F）；A端蓋（15A）通過AD圓柱銷釘（11D）、AE圓柱銷釘（11E）、AF圓柱銷釘（11F）實現與負剛度組件（16）的負剛度外環（16E）的連接；

B端蓋（15B）的板面上設有墊塊（15B4），所述墊塊（15B4）部位設有FA銷孔（15B1）、FB銷孔（15B2）、FC銷孔（15B3）；FA銷孔（15B1）用于放置AA圓柱銷釘（11A）；FB銷孔（15B2）用于放置AB圓柱銷釘（11B）；FC銷孔（15B3）用于放置AC圓柱銷釘（11C）；B端蓋（15B）通過AA圓柱銷釘（11A）、AB圓柱銷釘（11B）、AC圓柱銷釘（11C）實現與廣義三交叉簧片柔性軸承（15C）的運動剛體（10A）的連接；