[发明专利]一种柔性关节组成的双万向节

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种柔性关节组成的双万向节，此关节是柔性关节，可用作机器人、多 维激振台的各类关节，属于机器人、多维激振台等应用领域。

背景技术

万向节结构的特殊性使它可用于在工作过程中相对位置不断改变的两根轴之间的动力传 递。这个特性不同于常规机械传动中的齿轮传动、带传动和链传动，所以万向节被广泛应用 于现代汽车、轮式工程机械和中型以上农用车辆中，同时万向节还被广泛应用于多维激振台 试验中。本文提出的新型柔性双万向节关节采用柔性材料弹簧钢制成，可替代多维激振台机 构中的双万向节运动副，可避免振动试验中因万向节间隙而引起的运动失真。人们很早就对 材料柔性和构件弹性变形产生了兴趣，但真正关于柔性单元以及含有柔性单元的机构进行理 论研究始于1965年。20世纪80年代，Purdue大学的Midha等才真正开始对具有柔性单元机 构进行系统性研究，并赋予该类机构一个专门术语——柔性机构。从此研究柔性铰链和柔性 机构的结构、材料、性能、应用等内容的论文不断涌现。北京交通大学博士学位论文《柔性 关节及3-DOF微动平面并联机器人设计与分析》公开了一种“U型柔性关节”，此“U型柔 性关节”是属于一种柔性单万向节。其变形量只适用于微动关节，变形量较小。其结构为缩 颈型，不同于本文申请的圆筒型结构。本申请由于是圆筒形结构，可以实现大变形量及承受 大载荷。CN 87103541A公开了一种“万向节”。这种万向节仍是由刚性构件组成，它只能保 证所有的四个轴承部位能均匀长期的加注润滑剂，不具有柔性关节功能，因此其结构存在间 隙，不能满足多维激振台无间隙的要求。

发明内容

本发明的目的是要提供一种新型的柔性关节组成的双万向节，此柔性双万向节由两组两 个轴线相互垂直且有圆弧形缺口的圆筒型柔性转动副，每组两个圆筒形关节相互焊接，再通 过连接钢板(共三块)相互焊接而成，材料采用柔性材料弹簧钢。此柔性关节其每个柔性关 节转动变形量可达60度，负载可达2吨，而且能够实现远距离传动。此双万向节具有：若输 入轴与输出轴布置得当(输入轴与输出轴同轴)，可实现输入轴转速与输出轴转速相同。此双 万向节结构简单，造价低，转动灵活，无需润滑，工作性能可靠，可避免因万向节间隙而引 起的运动失真。

本发明的技术方案是：

可适用于机器人或多维激振台机构中需要采用无间隙的输入与输出轴是浮动的远距离传 动场合。此柔性双万向节由两组两个轴线相互垂直且有圆弧形缺口的圆筒型柔性转动副，每 组两个圆筒形关节相互焊接，再通过连接钢板相互焊接而成。

此圆筒型双万向柔性转动副由柔性材料弹簧钢加工而成，弹簧钢弹性模数 E＝2.1×10⁶公斤/cm²，泊松比μ＝0.25～0.30。将弹簧钢板卷成一圆筒状，并预留一个30°～70° 大小的圆弧形缺口，圆筒外径d的取值大小一般要大于10mm，弹簧钢的厚度t可选择0.5～ 2mm，宽度b可选择在15～50mm范围内。柔性转动副具体尺寸还需由负载大小来决定，需 保证柔性万向节在使用时在弹性变形范围之内及强度安全范围之内。一个圆柱形圆筒相当于 一个柔性转动副，轴线相互垂直的两个圆筒形柔性转动副通过焊接组合在一起，形成一个单 万向节。

联接板一1、联接板二4、联接板三7由钢板加工而成。

本发明的优点在于：

1、柔性双万向节代替普通的传统的运动副双万向节，可形成由柔性双万向节组成的全新 的柔性机构。

2、由于此柔性双万向节不存在间隙，将此柔性万向节用于机器人、激振台试验等可避免 因普通万向节间隙而引起的运动失真。

3、该柔性双万向节结构简单紧凑小巧，可靠性高，转动灵活，无需润滑，成本低廉，且 易于控制。

附图说明

图1为本发明一种双万向柔性关节组成的双万向节的主视图。

图2为本发明一种双万向柔性关节组成的双万向节的俯视图。

图3为单个柔性转动副的立体图。

图4为两个柔性转动副组成的立体图。

图5为一种双万向柔性关节组成的双万向节的立体图。

图6为单个柔性转动副尺寸标注主视图。

图7为单个柔性转动副尺寸标注左视图。

图8为本发明用于多维激振台可实现三维激振的应用实例图。