专利名称：内孔式虎克铰链的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械连接件，特别是一种内孔式虎克铰链，适用于多自由度并联定位
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背景技术：
虎克铰链用于运动过程两轴力的传递，且具有一定的支撑作用。其结构通常采用十字轴，十字轴的四端安装滚动轴承，通过铰链座上的压盖消除轴承轴向间隙，见图2。目前精密机械领域，特别是多自由度并联定位平台，需要精度高、无间隙、旋转范围大、结构紧凑的虎克铰链。现有多种技术的虎克铰链，结构上采用一个外凸的十字轴，其结构设计复杂， 主要参数要求很高，加工比较困难、工序很多，导致了生产成本的增加并降低了精度；有些结构还采用轴承用于转动和螺纹配合，不能消除传动中的径向间隙，或者是引起转动中心的不同心，导致虎克铰链精度的降低；且这些结构大多零件较多，某些加工要求特殊，导致尺寸较大，成本高，所以不能很好的解决虎克铰链的精度和成本问题。
发明内容
为了解决现有技术中结构设计的弊端、加工制造的复杂、加工要求的精度高和成本高等问题，本发明提供一种内孔式虎克铰链，该内孔式虎克铰链具有二个旋转自由度、结构简单、成本低、加工装配方便、无间隙、旋转角度大、承载能力强、转动精度高、重量更轻的特点。特别适用于多自由度并联定位平台。本发明的技术解决方案如下一种内孔式虎克铰链，特点在于其构成包括两个U形铰链座、四个紧定螺钉、四个圆柱形内圈、四个钢球、一个十字内孔轴和四个圆柱形压圈，所述的U形铰链座的两个向内的虎口端部均具有同轴的圆柱形通孔，该圆柱形通孔的侧面还有供所述的紧定螺钉旋进的固定所述的圆柱形内圈的螺孔，该螺孔与所述的圆柱形通孔相通，该圆柱形通孔的内外两端分别供所述的圆柱形内圈和圆柱形压圈设置，所述的圆柱形内圈的球面凹孔向内，所述的十字内孔轴的四个端面均为球面凹孔，所述的钢球的一端嵌在所述的十字内孔轴的球面凹孔内，另一端嵌在所述的圆柱形内圈的球面凹孔内。所述的钢球具有较高的精度，其直径等于十字内孔轴的球面凹孔的直径和所述的圆柱形内圈的球面凹孔的直径。所述的十字内孔轴的两个内圆柱孔的两条轴线正交于一点，球面凹孔的球心在两条轴线上。所述的圆柱形内圈的球面凹孔的球心在圆柱形内圈的外圆柱面的轴线上。所述的钢球一端嵌在所述的十字内孔轴的球形凹孔内，另一端嵌在所述的内圈的球形凹孔内；所述的圆柱形内圈整体嵌入所述的U形铰链座的圆柱形通孔内，所述的紧定螺钉在所述的U形铰链座两边的端部用于消除其配合间隙；所述的压圈用于消除所述的钢球与所述的十字内孔轴和内圈的配合间隙。装配完成后，两个U形铰链座分别与两个内圈
3形成刚性整体，每个刚性整体绕十字内孔轴的其中一个内圆柱孔的轴线无间隙转动。两个刚性整体的转动是独立的，有两个旋转自由度，转动中心为十字内孔轴的两内圆柱孔的轴线交点。本发明的技术效果如下本发明结构简单紧凑，所需零件少，十字轴的内孔加工很简单，成本很低；采用标准钢球与球面配合，转动无间隙，承载能力显著提高；消除了结构设计所产生的旋转中心不同轴和不同交点的问题；本发明制造、装配方便容易，运动范围大且精度高，具有两个旋转自由度。当铰链座与其他机构连接，就可以实现两个自由度的转动，可以承载扭矩和受力， 非常适合用于多自由度的并联定位平台的转动关节，为此类平台的高精度大范围的多维调节提供了保证。实验表明本发明内孔式虎克铰链具有二个旋转自由度、结构简单、成本低、加工装配方便、无间隙、旋转角度大、承载能力强、转动精度高、重量更轻的特点。特别适用于多自由度并联定位平台。
图1是本发明内孔式虎克铰链的机械结构图，分别有主视图、右视图和俯视剖面中1 下U形铰链座 2 紧定螺钉 3 内圈 4 钢球5 上U形铰链座 6 十字内孔轴7:压圈图2是现有的常规铰链结构图
具体实施例方式现结合本发明的结构图进一步说明其使用方式及效果。先请参阅图1，图1是本发明内孔式虎克铰链的机械结构图，由图可见，本发明内孔式虎克铰链，包括下U形铰链座1、上U形铰链座5、紧定螺钉2、内圈3、钢球4、十字内孔轴6和压圈7。U形铰链座1和5的U形两边的两个圆柱孔中心在一条直线上，内圈3的外圆柱面配合在U形铰链座1和5的圆柱孔内，间隙、过渡配合皆可，紧定螺钉2在U形铰链座1和5的U形两边的端部旋紧用于加固内圈3与铰链座的连接，同时消除配合间隙；内圈 3的内圆柱孔的一端球凹面与钢球4球面配合，该钢球4同时与十字内孔轴6的内圆柱孔的一端球凹面球面配合，旋紧压圈7可以消除钢球4与内圈3和十字内孔轴6的配合间隙；装配完成后，下U形铰链座1和上U形铰链座5分别与两个内圈3形成刚性整体，内圈3的球凹面中心、钢球4的球心和十字内孔轴6的一个内圆柱孔的轴线及两端球凹面的中心都在一条直线上，分别以十字内孔轴的两内孔轴线二维正交转动。本发明在实际应用时，根据需要调整内圈3和十字内孔轴6的内孔直径、钢球直径等参数，以达到更好的使用效果；内孔的球面配合面可以通过标准钢球挤压或直接加工形成，加工容易成本低。实验表明本发明内孔式虎克铰链具有二个旋转自由度、结构简单、成本低、加工装配方便、无间隙、旋转角度大、承载能力强、转动精度高、重量更轻的特点。特别适用于多自由度并联定位平台。在精密机械领域具有极高的推广和使用价值。
权利要求
1.一种内孔式虎克铰链，特征在于其构成包括两个U形铰链座(1、5)、四个紧定螺钉 O)、四个圆柱形内圈(3)、四个钢球G)、一个十字内孔轴(6)和四个圆柱形压圈(7)，每个 U形铰链座的两个向内的虎口端部均具有同轴的圆柱形通孔，该圆柱形通孔的侧面还有供所述的紧定螺钉( 旋进的螺孔，该螺孔与所述的圆柱形通孔相通，该圆柱形通孔的内外两端分别供所述的圆柱形内圈(3)和圆柱形压圈(7)设置，所述的圆柱形内圈(3)的球面凹孔向内，所述的十字内孔轴(6)的四个端面均为球面凹孔，所述的钢球(4)的一端嵌在所述的十字内孔轴(6)的球面凹孔内，另一端嵌在所述的圆柱形内圈(3)的球面凹孔内。
2.根据权利要求1所述的一种内孔式虎克铰链，其特征是所述的钢球(4)具有较高的精度，其直径等于十字内孔轴(6)的球面凹孔的直径和所述的圆柱形内圈( 的球面凹孔的直径。
3.根据权利要求1所述的一种内孔式虎克铰链，其特征是所述的十字内孔轴(6)的两个内圆柱孔的两条轴线正交于一点，球面凹孔的球心在两条轴线上。
4.根据权利要求1所述的一种内孔式虎克铰链，其特征在于所述的圆柱形内圈(3)的球面凹孔的球心在该圆柱形内圈(3)的外圆柱面的轴线上。
全文摘要
一种内孔式虎克铰链，由两个U形铰链座、四个紧定螺钉、四个内圈、四个钢球、一个十字内孔轴和四个压圈构成。本发明内孔式虎克铰链具有二个旋转自由度、结构简单、成本低、加工装配方便、无间隙、旋转角度大、承载能力强、转动精度高、重量更轻的特点。特别适用于多自由度并联定位平台。
文档编号F16D3/41GK102207133SQ201110112209
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者刘志刚, 庞向阳, 朱健强, 郑留念 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所