柔性铰链运动02ppt课件
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柔性铰链运动02
简介
柔性铰链作为一种小体积、无机械摩擦、无间 隙和运动灵敏度高的传动结构，被广泛应用于各种 要求微小线位移或角位移、且高精度定位的场合。 开创了工作台进入毫米级的新时代。 柔性铰链有成千上万的应用，如：陀螺仪、加 速度计、天平、控制导弹的喷嘴、控制器 显示仪、 记录仪、表面控制、调整器、阀、放大连杆、计算 机、继电器和传动连杆。
横向波纹补偿器
柔性铰链运动的实现方法
柔性铰链运动实现的运动范围、运动精度 柔性铰链运动的测量方法 柔性铰链运动的用途和发展前景
柔性铰链运动的实现方法
柔性铰链是通过弹性形变来实现铰链运动。 施加的弹性变形力会导致铰链中心点偏移其几何 中心，从而影响柔性铰链的转动精度。 柔性铰链用于绕轴做复杂运动的有限角位移，它 有很多种结 构，最普通的形式是绕一个轴弹性弯 曲，这种弹 性变形是可逆的。
柔性铰链运动实现的运动范围、运动精度
理想铰链应可以绕其 中心点自由旋转，但 对于真实的柔性铰链， 要让它作旋转运动就 必须施加变形力。为 了定量的考察各个柔 性铰链的运动范围和 运动精度，通常选用D 点的位移来表示其运 动范围，而用中心点C 的偏移量来表是其运 动精度。
根据材料力学，可得铰链中性面曲率 半径公式： 1 M (x)
柔性铰链运动的用途和发展前景
由于宇航和航空等技术发展的需要，对实现小范 围内偏转的支承，不仅提出了高分辨率的要求， 而且对其尺寸和体积提出了微型化的要求。人们 在经过对各类型的弹性支承的试验探索后，才逐 步开发出体积小无机械摩擦，无间隙的柔性铰链。 随后，柔性铰链立即被广泛地用于陀螺仪、加速 度计、天平、控制导弹的喷嘴等多个范围之中， 并获得了前所未有的高精度和稳定性。近年来， 柔性铰链又在秘密位移工作台中得到了实用。
EI (x)
式中： E——材料的弹性模量； M(x)——作用于微小段dx的弯矩； I(x)——微小段dx的截面对中心轴的惯性矩。 由于曲线y=f(x)上任意一点的曲率为：
2y 2 1Байду номын сангаас x 3 dy 2 2 [1 ( ) ] dx
根据上式可得
Mx () d xd )x E I(x ) 所以作为柔性铰链的运动精度C点为y(x)从0到C点的积分。运动范围 就是从0到原件最右端的积分。 y (x ) (
陶啸宇 王璜珩 叶成杰 臧艺强 章学苏
柔性铰链微位移机构具有较高的位移分辨率，再 配合压电瓷驱动器可实现微小位移，可适合各种 介质环境工作。微位移技术直接影响到微电子技 术等高精度工业的发展，如微电子技术随着集成 度的提高，线条越来越微细化，与之相对应的工 艺设备：光刻机，电子束和X射线曝光机等，其 定位精度要求为线宽的1/3到1/5，即亚微米甚至 纳米级的精度，这就要求精密工作台具备相应的 技术水准，柔性铰链是关键技术之一。
柔性铰链运动的测量方法
如图 所示 ,其中虚线框为位移放大机构 。该机构为 一体化结构 ,各转动铰链都以柔性铰链来代替 。 采用 对称结构 ,使运动部分 S 只产生沿着垂直方向的直线运 动位移而不产生其他方向的交叉耦合位移 ,消除了位移放 大过程中的运动误差 。同时将两极板完全隔离在屏蔽层 内 ,有效地防止了外界电磁场的干扰 。对微小位移 ,由 图 知
参考文献
现代精密仪器设计 李玉和 编 清华大学出版社 基于柔性铰链的微位移放大机构设计 于志远 著 仪器仪表学报 基于柔性铰链的微位移机构设计 张磊 著 柔性铰链机构设计方法的研究进展 于靖军 著 机械工程学报 柔性铰链精度特性研究 陈贵敏 著 仪器仪表学报
小组成员
B07340119 B07340120 B07340129 B07340130 B07340132
d A B B C B C 1 x A B A B
B C d ( 1 ) x A B
大变形柔性铰链转角特性测试仪简介
首先将大变形柔性铰链的 一端通过紧固螺钉和压板固 定起来，另一端在摆杆的作用 下产生弯曲变形。而摆杆则是 通过安装在台面上的螺旋顶杆 来驱动。测量过程中，通过旋 转螺旋顶杆使摆杆产生向上的运动。本测试仪的目的是测 量大变形柔性铰链的扭转角与转矩之间的关系，因此不采 用普通的基于时间的数据采样，而采用等空间数据采样， 使得摆杆运动的时间变化对数据采集不产生影响。在摆杆 与大变形柔性铰链一定距离(该距离可调)处安装了一只 Honeywell公司的FSS微型压力传感器，在转动过程中压力 传感器的测力面始终垂直于大变形柔性铰链的自由端，因 此压力传感器测得的“力”乘以“距离”便是施加到大变 形柔性铰链上的转矩。而大变形柔性铰链所转过的角度可 通过安装在转轴下端的旋转编码器来获得，该旋转编码器 为360线单脉冲输出，每转过1度发出一个脉冲。
柔性铰链工作台的结构
单柔性四连杆 双柔性四连杆 为保证位移方向的直线性，柔性工作台一般由平行四杆结构的铰 链组成。单柔性平行四杆机构沿一个移动方向产生位移时，在其垂直 方向同时产生一个交叉耦合位移，参见图一中的Δ，且随柔性铰链弯 曲偏转角的增大而增加，而双柔性平行四杆机构，由于结构对称，当 沿一个方向受力产生位移时，两侧铰链均产生交叉耦合位移。即：如 果加工完全对称，双柔性平行四杆机构能产生严格的直线运动，从原 理上克服了单柔性平行四杆机构易产生交叉耦合位移的缺陷，是超精 密定位系统的首选结构。
简介
柔性铰链作为一种小体积、无机械摩擦、无间 隙和运动灵敏度高的传动结构，被广泛应用于各种 要求微小线位移或角位移、且高精度定位的场合。 开创了工作台进入毫米级的新时代。 柔性铰链有成千上万的应用，如：陀螺仪、加 速度计、天平、控制导弹的喷嘴、控制器 显示仪、 记录仪、表面控制、调整器、阀、放大连杆、计算 机、继电器和传动连杆。
横向波纹补偿器
柔性铰链运动的实现方法
柔性铰链运动实现的运动范围、运动精度 柔性铰链运动的测量方法 柔性铰链运动的用途和发展前景
柔性铰链运动的实现方法
柔性铰链是通过弹性形变来实现铰链运动。 施加的弹性变形力会导致铰链中心点偏移其几何 中心，从而影响柔性铰链的转动精度。 柔性铰链用于绕轴做复杂运动的有限角位移，它 有很多种结 构，最普通的形式是绕一个轴弹性弯 曲，这种弹 性变形是可逆的。
柔性铰链运动实现的运动范围、运动精度
理想铰链应可以绕其 中心点自由旋转，但 对于真实的柔性铰链， 要让它作旋转运动就 必须施加变形力。为 了定量的考察各个柔 性铰链的运动范围和 运动精度，通常选用D 点的位移来表示其运 动范围，而用中心点C 的偏移量来表是其运 动精度。
根据材料力学，可得铰链中性面曲率 半径公式： 1 M (x)
柔性铰链运动的用途和发展前景
由于宇航和航空等技术发展的需要，对实现小范 围内偏转的支承，不仅提出了高分辨率的要求， 而且对其尺寸和体积提出了微型化的要求。人们 在经过对各类型的弹性支承的试验探索后，才逐 步开发出体积小无机械摩擦，无间隙的柔性铰链。 随后，柔性铰链立即被广泛地用于陀螺仪、加速 度计、天平、控制导弹的喷嘴等多个范围之中， 并获得了前所未有的高精度和稳定性。近年来， 柔性铰链又在秘密位移工作台中得到了实用。
EI (x)
式中： E——材料的弹性模量； M(x)——作用于微小段dx的弯矩； I(x)——微小段dx的截面对中心轴的惯性矩。 由于曲线y=f(x)上任意一点的曲率为：
2y 2 1Байду номын сангаас x 3 dy 2 2 [1 ( ) ] dx
根据上式可得
Mx () d xd )x E I(x ) 所以作为柔性铰链的运动精度C点为y(x)从0到C点的积分。运动范围 就是从0到原件最右端的积分。 y (x ) (
陶啸宇 王璜珩 叶成杰 臧艺强 章学苏
柔性铰链微位移机构具有较高的位移分辨率，再 配合压电瓷驱动器可实现微小位移，可适合各种 介质环境工作。微位移技术直接影响到微电子技 术等高精度工业的发展，如微电子技术随着集成 度的提高，线条越来越微细化，与之相对应的工 艺设备：光刻机，电子束和X射线曝光机等，其 定位精度要求为线宽的1/3到1/5，即亚微米甚至 纳米级的精度，这就要求精密工作台具备相应的 技术水准，柔性铰链是关键技术之一。
柔性铰链运动的测量方法
如图 所示 ,其中虚线框为位移放大机构 。该机构为 一体化结构 ,各转动铰链都以柔性铰链来代替 。 采用 对称结构 ,使运动部分 S 只产生沿着垂直方向的直线运 动位移而不产生其他方向的交叉耦合位移 ,消除了位移放 大过程中的运动误差 。同时将两极板完全隔离在屏蔽层 内 ,有效地防止了外界电磁场的干扰 。对微小位移 ,由 图 知
参考文献
现代精密仪器设计 李玉和 编 清华大学出版社 基于柔性铰链的微位移放大机构设计 于志远 著 仪器仪表学报 基于柔性铰链的微位移机构设计 张磊 著 柔性铰链机构设计方法的研究进展 于靖军 著 机械工程学报 柔性铰链精度特性研究 陈贵敏 著 仪器仪表学报
小组成员
B07340119 B07340120 B07340129 B07340130 B07340132
d A B B C B C 1 x A B A B
B C d ( 1 ) x A B
大变形柔性铰链转角特性测试仪简介
首先将大变形柔性铰链的 一端通过紧固螺钉和压板固 定起来，另一端在摆杆的作用 下产生弯曲变形。而摆杆则是 通过安装在台面上的螺旋顶杆 来驱动。测量过程中，通过旋 转螺旋顶杆使摆杆产生向上的运动。本测试仪的目的是测 量大变形柔性铰链的扭转角与转矩之间的关系，因此不采 用普通的基于时间的数据采样，而采用等空间数据采样， 使得摆杆运动的时间变化对数据采集不产生影响。在摆杆 与大变形柔性铰链一定距离(该距离可调)处安装了一只 Honeywell公司的FSS微型压力传感器，在转动过程中压力 传感器的测力面始终垂直于大变形柔性铰链的自由端，因 此压力传感器测得的“力”乘以“距离”便是施加到大变 形柔性铰链上的转矩。而大变形柔性铰链所转过的角度可 通过安装在转轴下端的旋转编码器来获得，该旋转编码器 为360线单脉冲输出，每转过1度发出一个脉冲。
柔性铰链工作台的结构
单柔性四连杆 双柔性四连杆 为保证位移方向的直线性，柔性工作台一般由平行四杆结构的铰 链组成。单柔性平行四杆机构沿一个移动方向产生位移时，在其垂直 方向同时产生一个交叉耦合位移，参见图一中的Δ，且随柔性铰链弯 曲偏转角的增大而增加，而双柔性平行四杆机构，由于结构对称，当 沿一个方向受力产生位移时，两侧铰链均产生交叉耦合位移。即：如 果加工完全对称，双柔性平行四杆机构能产生严格的直线运动，从原 理上克服了单柔性平行四杆机构易产生交叉耦合位移的缺陷，是超精 密定位系统的首选结构。