柔性鉸鏈
用於陀螺儀等儀器中的彈性支承
柔性樞軸(或稱柔性鉸鏈,柔性軸承、十字彈簧軸承)是一種結構簡單、形狀較為規則的彈性支承,具有和幾何中心軸重合的迴轉中心,依靠在圓周徑向均布的彈性薄片的有限變形進行工作。在扭轉載荷下,繞其迴轉中心在有限角度範圍內產生迴轉運動。
在國外的學術期刊上,稱作“flexural pivot”、“flexible joint”、“torsion beam(bar)”等。與傳統的支承比,彈性支承具有無空回、無摩擦、無間隙、無雜訊、無磨損、空間尺寸小、運動靈敏度高、容易控制、運行穩定等許多優點,在宇航、機器人、光學、生物工程等諸多領域得到廣泛的應用,是精密機械、精密測量儀錶、微納米器件中的重要元件。如空間飛行器中姿態調整機構、天文望遠鏡上自適應調整機構、航天器上微波天線的對準機構、太陽能帆板摺疊機構、機器人腕力感測器、高精度小量程扭矩感測器等。
目錄
二十世紀六十年代前後,由於航空航天技術的發展,對實現小範圍內偏轉的支撐結構,不僅提出了高解析度的要求,還要求結構上具有微小型化的要求。人們在經過對各類型的彈性支撐實驗探索后,逐步開發出體積小、無機械摩擦、無間隙、運動靈活的 柔性鉸鏈。柔性鉸鏈機構利用了彈性材料微小變形及其自回復的特性,消除了傳動過程中的空程和機械摩擦,能獲得超高的位移解析度。隨後,柔性鉸鏈被廣泛的應用於陀螺儀、加速度計、精密天平、導彈控制等儀器儀錶中,並獲得了前所未有的高精度和穩定性。
柔性鉸鏈主要有兩種類型, 直梁型柔性鉸鏈和圓弧型柔性鉸鏈。直梁型柔性鉸鏈的運動精度較高, 但運動行程受到很大的限制, 只能實現微小幅度的轉動。最普通的形式是繞一個軸彈性彎曲,且這種彈性變形是可逆的。圓弧型柔性鉸鏈有較大的轉動範圍, 但其運動精度較差, 轉動中心在轉動過程中有明顯的偏轉。
柔性鉸鏈用於繞軸作複雜運動的有限角位移,它的特點是:無機械摩擦、無間隙、運動靈敏度高。