一种具有偏转角度大抗振动能力强的双轴十字交叉簧铰链的制作方法

1.本发明属于微纳快速定位领域，具体涉及一种具有偏转角度大抗振动能力强的双轴十字交叉簧铰链。


背景技术：

2.十字交叉簧铰链服务于主动光学系统、精密制造、微纳操作等领域，十字交叉簧铰链本身的角度偏转能力和抗振动能力的强弱会直接影响与其连接的外部机构的精度。由于当前技术中的十字交叉簧铰链应用于产品中存在偏转角度不足和抗振动能力不足导致产品功能无法实现，为此，申请人希望能够提供一种具有大偏转角度和高抗振动能力的十字交叉簧铰链。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种具有偏转角度大、抗振动能力强的双轴十字交叉簧铰链，用于解决当前十字交叉簧铰链偏转角度不足和抗振动能力不足的问题。
4.本发明的技术方案如下：本发明提供了一种具有大偏转角度抗振动能力强的双轴十字交叉簧铰链，所述双轴十字交叉簧铰链包括：用于与外部机构动端连接的上安装座，用于与外部机构静端连接的下安装座，换向座部布置在上安装座与下安装座之间，与上安装座和换向座装配固定的两组第一角度偏转机构，以及与下安装座和换向座装配固定的两组第二角度偏转机构；一组第一角度偏转机构和一组第二角度偏转机构均包括偏转轴共线的呈十字交叉布置的两片柔性簧片；一组第一角度偏转机构和一组第二角度偏转机构的偏转轴垂直交叉；两组第一角度偏转机构的偏转轴共线，两组第二角度偏转机构的偏转轴共线。
5.优选地，所述双轴十字交叉簧铰链还包括：在各柔性簧片上布置的锁紧机构，所述锁紧机构实现将对应的柔性簧片锁紧在与其装配的部件上。
6.优选地，锁紧机构为锁紧垫片，与各柔性簧片装配的部件均与锁紧垫片固定。
7.优选地，换向座包括：换向座本体，在换向座本体上端成型并与两组第而角度偏转机构装配的第一装配端，以及在换向座本体下端成型并与两组第一角度偏转机构装配的第二装配端；第一装配端和第二装配端的正投影呈十字交叉布置。
8.优选地，第一装配端由在换向座本体上端沿x轴正、负方向向外对称延伸出的两个
第一装配座组成，第二装配端由在换向座本体下端沿y轴正、负方向向外对称延伸出的两个第二装配座组成；上安装座上沿y轴正、负方向向外对称延伸出有两个第三装配座，下安装座上沿x轴正、负方向向外对称延伸出有两个第四装配座；一个第一装配座和与其位置对应的一个第四装配座之间装配有一组第二角度偏转机构；一个第二装配座和与其位置对应的一个第三装配座之间装配有一组第一角度偏转机构；x轴和y轴在水平面上垂直。
9.优选地，第一装配座和第四装配座均具有：与第二角度偏转机构和在其上装配的锁紧机构相贴合的安装接口；第二装配座和第三装配座均具有：与第一角度偏转机构和在其上装配的锁紧机构相贴合的安装接口；每个装配座的安装接口为相互垂直的两个斜面。
10.优选地，第一角度偏转机构和第二角度偏转机构的偏转最大角度均为15
°
。
11.优选地，上安装座和下安装座上均形成有对换向座限位和供换向座进行位置调整的限位区间。
12.优选地，柔性簧片采用多片叠堆后进行一次切割成型的加工工艺。
13.本发明具有下述优点：本十字交叉簧铰链采用柔性簧片作为偏转结构，柔性簧片材料为冷轧成型钢板，表面质量高，且加工破坏面为非工作面，避免了对柔性簧片的工作面造成切割损伤。工作面不损伤会使柔性簧片能承受高强度振动而不损坏。
14.一组第一角度偏转机构和一组第二角度偏转机构在装配时两片柔性簧片为一组，两片柔性簧片呈十字交叉布置，两组第一角度偏转机构对称布置在换向座的两个对称安装接口上，两组第二角度偏转机构对称布置在换向座的另外两个对称安装接口上，实现十字交叉簧铰链的十字对称布置。对称布置的十字交叉簧铰链在偏转时所受力矩会相互补偿，使柔性簧片应力较为均衡的分布在柔性簧片整个工作面上，避免应力集中；且柔性簧片为平板式结构，整个工作面皆可弯曲、刚度一致，因此可承受15
°
以内的大角度偏转。
15.对柔性簧片的加工克服了传统的空间曲线切割成型的柔性铰链利用局部刚度极低，其余部分刚度极高进行偏转而导致偏转角度小、易断裂的原理性弱点。
16.柔性簧片采用多片叠堆、一次切割成型的加工工艺；单次加工即可完成一只十字交叉簧铰链所需的全部柔性簧片，保证了每只十字交叉簧铰链所需的柔性簧片公差一致。装配后的柔性簧片的偏转中心同轴度高，因此偏转中心稳定，重复精度高。
附图说明
17.图1是十字交叉簧铰链的三维展开图；图2是十字交叉簧铰链的y向正视图；图3是十字交叉簧铰链的x向正视图；图4是十字交叉簧铰链的顶部安装图。
具体实施方式
18.参照图1至图4，本实施例提供了一种偏转角度大、抗振动能力强的双轴十字交叉簧铰链，该十字交叉簧铰链具有沿两个轴发生角度偏转的能力。
19.该双轴十字交叉簧铰链包括：上安装座1、换向座3、下安装座2和柔性簧片。
20.上安装座1可以加工成需要的形式。
21.柔性簧片作为实现双轴十字交叉簧铰链发生偏转的角度偏转机构。其中，在上安装座1和换向座3之间装配有两组对称布置的第一角度偏转机构4，在下安装座2和换向座3之间装配有两组对称布置的第二角度偏转机构5。
22.每组第一角度偏转机构4和每组第二角度偏转机构5均由两片呈十字交叉布置的柔性簧片组成，两片柔性簧片的偏转轴共线。
23.如图1，两组第一角度偏转机构4的偏转轴共线，两组第二角度偏转机构5的偏转轴共线，第一角度偏转机构4和第二角度偏转机构5的偏转轴垂直交叉。也就是说，四组角度偏转机构分布在换向座的四个方向。
24.换向座3沿z向（竖向）方向的正投影呈十字状，换向座本体31的上端沿x轴的正向和反向分别向外对称延伸出有第一装配座32，换向座本体的下端沿y轴的正向和反向方向分别向外对称延伸出有第二装配座33，两个第一装配座32构成换向座3与两组第二角度偏转机构5装配的第一装配端，两个第二装配座33构成换向座3与两组第一角度偏转机构4装配的第二装配端。前述的x轴和y轴为在水平方向上相垂直。
25.上安装座1沿y轴的正向和反向方向别向外对称延伸出有第三装配座11，下安装座2沿x轴的正向和反向方向分别向外对称延伸出有第四装配座21。一个第一装配座32和一个第四装配座21之间连接有一组第二角度偏转机构5，一个第二装配座33和一个第三装配座11之间连接有一组第一角度偏转机构4。
26.本实施例中，要求第一装配座32至第四装配座21具有与柔性簧片贴合并装配的安装接口斜面。具体来说，该第一装配座32的第一斜面321斜向下布置，第二装配座33的第一斜面331斜向上布置，第三装配座11的第一斜面111斜向下布置，第四装配座21的第一斜面211斜向上布置，第一装配座32的第一斜面321与第四装配座21的第一斜面211平行，第二装配座33的第一斜面331和第三装配座11的第一斜面111平行。
27.柔性簧片为厚薄一致的薄片，各柔性簧片的上下两侧均设置有对应的与换向座3的第一斜面实现螺接固定的螺接孔。其中，对于一组第二角度偏转机构5，两片柔性簧片中位于上侧的柔性簧片与第一装配座32的第一斜面321贴合并连接，位于下侧的柔性簧片与第四装配座21的第一斜面211贴合并连接。对于一组第一角度偏转机构4，两片柔性簧片中位于上侧的柔性簧片与第三装配座11的第一斜面111贴合并连接，两片柔性簧片中位于下侧的柔性簧片与第二装配座33的第一斜面331贴合并连接。
28.本实施例中，利用各柔性簧片实现上安装座1、换向座3和下安装座2之间的连接。在外部机构需要绕x轴偏转时，外部机构带动上安装座1运动，上安装座1的运动会进而带动第一角度偏转机构4同步旋转，进而带动换向座3上的第二角度偏转机构5旋转，第二角度偏转机构5随即相对于x轴发生角度的偏转；在外部机构需要绕y轴偏转时，外部机构带动上安装座1运动，进而带动换向座3上的第一角度偏转机构4旋转，第一角度偏转机构4随即相对于y轴发生角度的偏转。
29.考虑到依靠螺钉7实现柔性簧片与上安装座1、下安装座2和换向座3装配时，由于单面装配稳定性不够高，会导致十字交叉簧铰链在多次重复使用过程后可能出现偏转不稳的问题，为此，本实施例增加了对柔性簧片同上安装座1、下安装座2和换向座3锁紧的锁紧机构6，该锁紧机构6为在各柔性簧片上垂直布置的锁紧垫片。其中，每一组角度偏转机构的两片柔性簧片上设置有两个方向相反的锁紧垫片，第一装配座32至第四装配座21具有与锁紧垫片实现锁紧的第二斜面，各装配座的第一斜面和第二斜面在空间上呈垂直布置形成一个安装接口。具体来说，针对下安装座2和换向座3之间装配的第二角度偏转机构5，两片柔性簧片中位于上侧的柔性簧片上表面上装配的锁紧垫片与第一装配座32的第二斜面322贴合后再通过螺钉锁紧，位于下侧的柔性簧片下表面上装配的锁紧垫片与第四装配座21的第二斜面212贴合再通过螺钉7锁紧，装配完成后，这一组第二角度偏转机构5的上端与第一装配座32呈十字形锁紧，下端与第四装配座21呈十字形锁紧。同理，针对上安装座1和换向座3之间装配的第一角度偏转机构4，也采用上述相同构造实现柔性簧片与上安装座1和换向座3之间的十字形装配锁紧。这样，能够提高柔性弹簧同各部件之间的装配稳定性，在外部机构同十字交叉簧铰链装配锁紧后，外部机构的重复使用精度高。
30.本发明上述十字交叉簧铰链的工作原理如下：外部产品的动端（旋转端）通过4颗螺钉与上安装座1固连，外部产品的静端（固定端）通过4颗螺钉与下安装座2连接。连接固定后即可实现整个产品的二轴旋转功能。
31.本十字交叉簧铰链采用柔性簧片作为偏转结构，柔性簧片材料为冷轧成型钢板，表面质量高，且加工破坏面为非工作面，避免了对柔性簧片的工作面造成切割损伤。工作面不损伤会使柔性簧片能承受高强度振动而不损坏。
32.一组第一角度偏转机构4和一组第二角度偏转机构5在装配时两片柔性簧片为一组，两片柔性簧片呈十字交叉布置，两组第一角度偏转机构4对称布置在换向座的两个对称安装接口上，两组第二角度偏转机构5对称布置在换向座的另外两个对称安装接口上，实现十字交叉簧铰链的十字对称布置。对称布置的十字交叉簧铰链在偏转时所受力矩会相互补偿，使柔性簧片应力较为均衡的分布在柔性簧片整个工作面上，避免应力集中；且柔性簧片为平板式结构，整个工作面皆可弯曲、刚度一致，因此可承受15
°
以内的大角度偏转。
33.对柔性簧片的加工克服了传统的空间曲线切割成型的柔性铰链利用局部刚度极低，其余部分刚度极高进行偏转而导致偏转角度小、易断裂的原理性弱点。
34.柔性簧片采用多片叠堆、一次切割成型的加工工艺；单次加工即可完成一只十字交叉簧铰链所需的全部柔性簧片，保证了每只十字交叉簧铰链所需的柔性簧片公差一致。装配后的柔性簧片的偏转中心同轴度高，因此偏转中心稳定，重复精度高。