專利名稱：大載荷無間隙精密虎克鉸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大載荷無間隙精密虎克鉸，尤其是指一種在六自由度 隔振定位平臺中使用的大載荷無間隙精密虎克鉸，屬于精密機械領(lǐng)域。(二)
背景技術(shù)：
六自由度隔振定位平臺是應(yīng)用于精密光學(xué)觀測設(shè)備及激光瞄準(zhǔn)設(shè)備 上的主動隔振及精確定位裝置。它包括上平臺、下平臺、主動伸縮器件、 兩自由度轉(zhuǎn)動鉸鏈和三自由度轉(zhuǎn)動鉸鏈等幾部分。每個主動伸縮器件通過 一個二自由度的轉(zhuǎn)動鉸鏈和上平臺相連，通過一個三自由度轉(zhuǎn)動鉸鏈與下 平臺相連。通過六根主動伸縮器件的伸縮運動，上平臺可實現(xiàn)六自由度的 運動，實現(xiàn)六自由度的振動隔離和精確定位功能。以往六自由度隔振定位平臺中使用的兩自由度轉(zhuǎn)動鉸鏈和三自由度 轉(zhuǎn)動鉸鏈通常使用球鉸，但因球鉸加工難度大、裝配困難、摩擦阻力大、 并且難以消除大載荷下的鉸鏈間隙，從而影響了六自由度隔振定位平臺的 定位精度、隔振效果和承載力，因此急待改進。(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大載荷無間隙精密虎克鉸，克服了六自由 度隔振定位平臺使用的傳統(tǒng)兩自由度和三自由度轉(zhuǎn)動鉸鏈-虎克鉸結(jié)構(gòu)的 弊端，并采用角接觸軸承預(yù)緊的方法消除軸承間隙，達到承載力大、精度 高的效果。本發(fā)明一種大載荷無間隙精密虎克鉸由上轉(zhuǎn)體(1)，上節(jié)叉(2)， 十字軸組件(3)和下節(jié)叉(4)四部分組成。這四部分相互之間由上至下 通過軸承活接在一起，形成三個獨立的轉(zhuǎn)動自由度。所述的上轉(zhuǎn)體(1)由轉(zhuǎn)盤(5),上預(yù)緊螺釘(6)，預(yù)緊螺母(7)，預(yù)緊 蓋(8)，上轉(zhuǎn)體角接觸軸承(9)，軸承墊片(10)組成。其中，如圖l，圖3，5)的上半部分呈圓柱狀，其上端設(shè)置有一個十字槽，由 此轉(zhuǎn)盤的上端形成四個形狀相同的扇形凸臺，每個扇形凸臺上各設(shè)有一個 螺釘安裝孔；轉(zhuǎn)盤(5)的下半部分為倒置的圓臺狀，圓臺的外徑小于上半 部分圓柱的外徑；轉(zhuǎn)盤(5)的內(nèi)部為一個半徑由上至下依次減小的二階安 裝孔，分別用于安裝預(yù)緊蓋(8)，上轉(zhuǎn)體角接觸軸承(9)和軸承墊片(10)。 預(yù)緊蓋(8)為中心有通孔的法蘭蓋結(jié)構(gòu)，法蘭蓋底部有凸出的中空圓柱臺， 法蘭蓋四周有四個螺釘沉孔用于安裝上預(yù)緊螺釘(6)，底部的中空圓柱臺 用于壓緊上轉(zhuǎn)體角接觸軸承(9)的外框，以消除間隙。在組裝上轉(zhuǎn)體(1)連接部件時，如圖3所示，在轉(zhuǎn)盤(5)的安裝孔中 依次裝入上轉(zhuǎn)體角接觸軸承(9)和軸承墊片(10)，軸承墊片(IO)位于兩個 上轉(zhuǎn)體(1)角接觸軸承(9)之間。再通過擰緊上預(yù)緊螺釘(6)對預(yù)緊蓋(8) 施加預(yù)緊力，可使兩個上轉(zhuǎn)體角接觸軸承(9)外框相互靠近，從而消除鉸 鏈間隙，實現(xiàn)無間隙平滑運動。所述的上節(jié)叉(2)由上鉸座(11)，鉸座端蓋(13)，下預(yù)緊螺釘(15) 組成。其中，如圖2，圖5所示，上鉸座(11)的下半部分為一個 半包圍式的凹槽，凹槽的兩側(cè)設(shè)置有對稱同軸的安裝孔，凹槽的頂部設(shè)有 一個伸出軸，伸出軸的上端部分攻有螺紋。鉸座端蓋(13)為法蘭盤結(jié)構(gòu)， 中心有中空圓柱凸臺，法蘭盤上有三個通孔，用于安裝下預(yù)緊螺釘(15)， 當(dāng)擰緊上鉸座(11)兩側(cè)的下預(yù)緊螺釘(15)后，中空圓柱凸臺抵住十字 軸角接觸軸承(14)的外框，使兩側(cè)外框相互靠近，實現(xiàn)軸承間隙的消除。如圖3所示，大載荷無間隙精密虎克鉸頂部為上轉(zhuǎn)體(l)和上節(jié)叉 (2)，上節(jié)叉(2)中上鉸座(11)的伸出軸與上轉(zhuǎn)體(1)的上轉(zhuǎn)體角接觸軸承 (9)內(nèi)圈配合，并使用預(yù)緊螺母(7)相互固定，組成第一個轉(zhuǎn)動自由度。所述的十字軸組件(3)，由十字軸(12)和十字軸角接觸軸承(14) 組成。十字軸(12)結(jié)構(gòu)如圖7所示，是由四個階梯圓柱組成的十字形結(jié) 構(gòu)，每個圓柱都與一個十字軸角接觸軸承(14)內(nèi)孔相配。所述的下節(jié)叉(4)由鉸座端蓋(13),下預(yù)緊螺釘(15)，下鉸座(16) 組成。其中，如圖l，圖3所示，下鉸座(16)為一個半包圍式的 凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽的兩側(cè)設(shè)置有對稱同軸的安裝孔，此外凹槽的兩側(cè)和底部5還設(shè)有排列規(guī)則的減輕孔。如圖5所示，十字軸組件(3)的上部為上節(jié)叉(2)，十字軸組件(3)中 的十字軸(12)四面各裝有一個十字軸角接觸軸承(14),將其中一對角接觸 軸承(14)裝入上鉸座(11)的軸承安裝孔中。預(yù)緊兩側(cè)的下預(yù)緊螺釘(15)， 使鉸座端蓋(13)向內(nèi)施壓，將一對角接觸軸承(14)的外框壓緊，消除軸 承間隙，實現(xiàn)第二個自由度的高精度傳動，如圖3所示，十字軸組件(3)的 下部為下節(jié)叉(4)，十字軸組件(3)中未安裝的一對十字軸角接觸軸承 (14)裝入下節(jié)叉(4)中下鉸座(16)的軸承安裝孔中。預(yù)緊兩側(cè)的下 預(yù)緊螺釘(15),使鉸座端蓋(13)向內(nèi)施壓，將一對角接觸軸承(14) 的外框壓緊，實現(xiàn)第三個轉(zhuǎn)動自由度的無間隙傳動。本發(fā)明一種大載荷無間隙精密虎克鉸的各個組成部件結(jié)構(gòu)簡單，不需特 殊加工，在普通加工條件下就可以實現(xiàn)；其轉(zhuǎn)動部分采用軸承支撐，在使用 時可根據(jù)需要靈活搭配軸承及其附件，以滿足各種不同需求。例如使用高 等級的軸承可使虎克鉸的精度進一步提高，而采用大承載力的軸承則可進一 步提高虎克鉸的承載能力；因此，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力強，精度 高，鉸鏈轉(zhuǎn)動范圍大，使用壽命長，維護方便等優(yōu)點。除了適用于六桿并聯(lián) 定位平臺外，本發(fā)明還適用于其它精密的機構(gòu)的連接。

圖1為本發(fā)明一種大載荷無間隙精密虎克鉸的等軸視圖； 圖2為本發(fā)明一種大載荷無間隙精密虎克鉸的主視圖； 圖3為圖2的A-A剖視圖；圖4為本發(fā)明一種大載荷無間隙精密虎克鉸的側(cè)視圖； 圖5為圖4的B-B剖視圖；圖6為本發(fā)明一種大載荷無間隙精密虎克鉸的頂視圖； 圖7為本發(fā)明一種大載荷無間隙精密虎克鉸中的十字軸。 圖中標(biāo)號說明如下1、上轉(zhuǎn)體， 2、上節(jié)叉， 3、十字軸組件， 4、下節(jié)叉，5、轉(zhuǎn)盤， 6、上預(yù)緊螺釘，7、預(yù)緊螺母， 8、預(yù)緊蓋，9、上轉(zhuǎn)體角接觸軸承，10、軸承墊片，11、上鉸座，12、十字軸， 13、鉸座端蓋， 14、十字軸角接觸軸承， 15、下預(yù)緊螺釘，16、下鉸座具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施方式對發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明一種大載荷無間隙精密虎克鉸由上轉(zhuǎn)體l，上節(jié)叉2，十字軸 組件3和下節(jié)叉4四部分組成。這四部分相互之間由上至下通過軸承活接 在一起，形成三個獨立的轉(zhuǎn)動自由度。所述的上轉(zhuǎn)體1由轉(zhuǎn)盤5，上預(yù)緊螺釘6，預(yù)緊螺母7，預(yù)緊蓋8，上 轉(zhuǎn)體角接觸軸承9，軸承墊片10組成。其中，如圖l，圖3，圖6所示， 轉(zhuǎn)盤5的上半部分呈圓柱狀，其上端設(shè)置有一個十字槽，由此轉(zhuǎn)盤的上端 形成四個形狀相同的扇形凸臺，每個扇形凸臺上各設(shè)有一個螺釘安裝孔； 轉(zhuǎn)盤5的下半部分為倒置的圓臺狀，圓臺的外徑小于上半部分圓柱的外徑； 轉(zhuǎn)盤5的內(nèi)部為一個半徑由上至下依次減小的二階安裝孔，分別用于安裝 預(yù)緊蓋8，上轉(zhuǎn)體角接觸軸承9和軸承墊片10。預(yù)緊蓋8為中心有通孔的 法蘭蓋結(jié)構(gòu)，法蘭蓋底部有凸出的中空圓柱臺，法蘭蓋四周有四個螺釘沉 孔用于安裝上預(yù)緊螺釘6，底部的中空圓柱臺用于壓緊上轉(zhuǎn)體角接觸軸承 9的外框，以消除間隙。在組裝上轉(zhuǎn)體l連接部件時，如圖3所示，在轉(zhuǎn)盤5的安裝孔中依次 裝入上轉(zhuǎn)體角接觸軸承9和軸承墊片10，軸承墊片10位于兩個上轉(zhuǎn)體1 角接觸軸承9之間。再通過擰緊上預(yù)緊螺釘6對預(yù)緊蓋8施加預(yù)緊力，可 使兩個上轉(zhuǎn)體角接觸軸承9外框相互靠近，從而消除鉸鏈間隙，實現(xiàn)無間 隙平滑運動。所述的上節(jié)叉2由上鉸座11，鉸座端蓋13，下預(yù)緊螺釘15組成。 其中，如圖2,圖5所示，上鉸座11的下半部分為一個半包圍式的凹槽， 凹槽的兩側(cè)設(shè)置有對稱同軸的安裝孔，凹槽的頂部設(shè)有一個伸出軸，伸出 軸的上端部分攻有螺紋。鉸座端蓋13為法蘭盤結(jié)構(gòu)，中心有中空圓柱凸 臺，法蘭盤上有三個通孔，用于安裝下預(yù)緊螺釘15，當(dāng)擰緊上鉸座ll兩側(cè)的下預(yù)緊螺釘15后，中空圓柱凸臺抵住十字軸角接觸軸承14的外框， 使兩側(cè)外框相互靠近，實現(xiàn)軸承間隙的消除。如圖3所示，大載荷無間隙精密虎克鉸頂部為上轉(zhuǎn)體1和上節(jié)叉2， 上節(jié)叉2中上鉸座11的伸出軸與上轉(zhuǎn)體1的上轉(zhuǎn)體角接觸軸承9內(nèi)圈配 合，并使用預(yù)緊螺母7相互固定，組成第一個轉(zhuǎn)動自由度。所述的十字軸組件3，由十字軸12和十字軸角接觸軸承14組成。十 字軸12結(jié)構(gòu)如圖7所示，是由四個階梯圓柱組成的十字形結(jié)構(gòu)，每個圓 柱都與一個十字軸角接觸軸承14內(nèi)孔相配。所述的下節(jié)叉4由鉸座端蓋13，下預(yù)緊螺釘15，下鉸座16組成。其 中，如圖l，圖3所示，下鉸座16為一個半包圍式的凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽的兩 側(cè)設(shè)置有對稱同軸的安裝孔，此外凹槽的兩側(cè)和底部還設(shè)有排列規(guī)則的減 輕孔。如圖5所示，十字軸組件3的上部為上節(jié)叉2，十字軸組件3中的十 字軸12四面各裝有一個十字軸角接觸軸承14，將其中一對角接觸軸承14 裝入上鉸座11的軸承安裝孔中。預(yù)緊兩側(cè)的下預(yù)緊螺釘15，使鉸座端蓋 13向內(nèi)施壓，將一對角接觸軸承14的外框壓緊，消除軸承間隙，實現(xiàn)第 二個自由度的高精度傳動，如圖3所示，十字軸組件3的下部為下節(jié)叉4， 十字軸組件3中未安裝的一對十字軸角接觸軸承14裝入下節(jié)叉4中下鉸 座16的軸承安裝孔中。預(yù)緊兩側(cè)的下預(yù)緊螺釘15,使鉸座端蓋13向內(nèi)施 壓，將一對角接觸軸承14的外框壓緊，實現(xiàn)第三個轉(zhuǎn)動自由度的無間隙 傳動。本實施方式的裝配過程為，先將十字軸12插入下鉸座16的軸承孔中， 再將十字軸角接觸軸承14從外側(cè)裝入下鉸座16的軸承孔中并使十字軸角 接觸軸承14的內(nèi)圈與十字軸12配合緊密，并使用鉸座端蓋13和下預(yù)緊 螺釘15進行固定和預(yù)緊；以相同的方法裝配上鉸座11和十字軸12;將一 對面對面安裝的上轉(zhuǎn)體角接觸軸承9和夾在兩者之間的軸承墊片10裝入 轉(zhuǎn)盤5的軸承孔中，并使用上預(yù)緊螺釘6和預(yù)緊蓋8將上轉(zhuǎn)體接觸軸承9 和軸承墊片10預(yù)緊固定；把上鉸座11的伸出軸插入上轉(zhuǎn)體角接觸軸承9 的內(nèi)圈，并使用預(yù)緊螺母7進行固定，完成裝配。其中，本實施方式使用的上轉(zhuǎn)體接觸軸承9和十字軸角接觸軸承14屬 于大接觸角角接觸軸承，接觸角為40度，由日本NSK公司生產(chǎn)，具有較高的 精度和較好的承載能力。上轉(zhuǎn)體角接觸軸承9采用的型號為7202B,十字軸 角接觸軸承14采用的型號為7200B。其中，轉(zhuǎn)盤5使用的材料為硬鋁合金，其余零部件所使用的材料均為 鋼。為了保證零件配合精度，上鉸座11和下鉸座16使用線切割進行加工。 鋁制硬鋁合金部件的表面處理采用表面陽極氧化，鋼制部件采用的表面處 理工藝為鍍絡(luò)。
權(quán)利要求
1、一種大載荷無間隙精密虎克鉸，其特征在于它由上轉(zhuǎn)體(1)，上節(jié)叉(2)，十字軸組件(3)和下節(jié)叉(4)四部分組成。這四部分相互之間由上至下通過軸承活接在一起，形成三個獨立的轉(zhuǎn)動自由度。所述的上轉(zhuǎn)體(1)由轉(zhuǎn)盤(5)，上預(yù)緊螺釘(6)，預(yù)緊螺母(7)，預(yù)緊蓋(8)，上轉(zhuǎn)體角接觸軸承(9)，軸承墊片(10)組成。該轉(zhuǎn)盤(5)的上半部分呈圓柱狀，其上端設(shè)置有一個十字槽，由此轉(zhuǎn)盤的上端形成四個形狀相同的扇形凸臺，每個扇形凸臺上各設(shè)有一個螺釘安裝孔；轉(zhuǎn)盤(5)的下半部分為倒置的圓臺狀，圓臺的外徑小于上半部分圓柱的外徑；轉(zhuǎn)盤(5)的內(nèi)部為一個半徑由上至下依次減小的二階安裝孔，分別用于安裝預(yù)緊蓋(8)，上轉(zhuǎn)體角接觸軸承(9)和軸承墊片(10)。預(yù)緊蓋(8)為中心有通孔的法蘭蓋結(jié)構(gòu)，法蘭蓋底部有凸出的中空圓柱臺，法蘭蓋四周有四個螺釘沉孔用于安裝上預(yù)緊螺釘(6)，底部的中空圓柱臺用于壓緊上轉(zhuǎn)體角接觸軸承(9)的外框，以消除間隙。在組裝上轉(zhuǎn)體(1)連接部件時，在轉(zhuǎn)盤(5)的安裝孔中依次裝入上轉(zhuǎn)體角接觸軸承(9)和軸承墊片(10)，軸承墊片(10)位于兩個上轉(zhuǎn)體(1)角接觸軸承(9)之間。再通過擰緊上預(yù)緊螺釘(6)對預(yù)緊蓋(8)施加預(yù)緊力，可使兩個上轉(zhuǎn)體角接觸軸承(9)外框相互靠近，從而消除鉸鏈間隙，實現(xiàn)無間隙平滑運動。所述的上節(jié)叉(2)由上鉸座(11)，鉸座端蓋(13)，下預(yù)緊螺釘(15)組成。其中，如圖2，圖5所示，上鉸座(11)的下半部分為一個半包圍式的凹槽，凹槽的兩側(cè)設(shè)置有對稱同軸的安裝孔，凹槽的頂部設(shè)有一個伸出軸，伸出軸的上端部分攻有螺紋。鉸座端蓋(13)為法蘭盤結(jié)構(gòu)，中心有中空圓柱凸臺，法蘭盤上有三個通孔，用于安裝下預(yù)緊螺釘(15)，當(dāng)擰緊上鉸座(11)兩側(cè)的下預(yù)緊螺釘(15)后，中空圓柱凸臺抵住十字軸角接觸軸承(14)的外框，使兩側(cè)外框相互靠近，實現(xiàn)軸承間隙的消除。大載荷無間隙精密虎克鉸頂部為上轉(zhuǎn)體(1)和上節(jié)叉(2)，上節(jié)叉(2)中上鉸座(11)的伸出軸與上轉(zhuǎn)體(1)的上轉(zhuǎn)體角接觸軸承(9)內(nèi)圈配合，并使用預(yù)緊螺母(7)相互固定，組成第一個轉(zhuǎn)動自由度。所述的十字軸組件(3)，由十字軸(12)和十字軸角接觸軸承(14)組成。十字軸(12)是由四個階梯圓柱組成的十字形結(jié)構(gòu)，每個圓柱都與一個十字軸角接觸軸承(14)內(nèi)孔相配。所述的下節(jié)叉(4)由鉸座端蓋(13)，下預(yù)緊螺釘(15)，下鉸座(16)組成。其中，下鉸座(16)為一個半包圍式的凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽的兩側(cè)設(shè)置有對稱同軸的安裝孔，此外凹槽的兩側(cè)和底部還設(shè)有排列規(guī)則的減輕孔。十字軸組件(3)的上部為上節(jié)叉(2)，十字軸組件(3)中的十字軸(12)四面各裝有一個十字軸角接觸軸承(14)，將其中一對角接觸軸承(14)裝入上鉸座(11)的軸承安裝孔中。預(yù)緊兩側(cè)的下預(yù)緊螺釘(15)，使鉸座端蓋(13)向內(nèi)施壓，將一對角接觸軸承(14)的外框壓緊，消除軸承間隙，實現(xiàn)第二個自由度的高精度傳動，如圖3所示，十字軸組件(3)的下部為下節(jié)叉(4)，十字軸組件(3)中未安裝的一對十字軸角接觸軸承(14)裝入下節(jié)叉(4)中下鉸座(16)的軸承安裝孔中。預(yù)緊兩側(cè)的下預(yù)緊螺釘(15)，使鉸座端蓋(13)向內(nèi)施壓，將一對角接觸軸承(14)的外框壓緊，實現(xiàn)第三個轉(zhuǎn)動自由度的無間隙傳動。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種大載荷無間隙精密虎克鉸，克服了六自由度隔振定位平臺使用的傳統(tǒng)兩自由度和三自由度轉(zhuǎn)動鉸鏈-虎克鉸結(jié)構(gòu)的弊端，并采用角接觸軸承預(yù)緊的方法消除軸承間隙，達到承載力，大精度高的效果。它是由上轉(zhuǎn)體，上節(jié)叉，十字軸組件和下節(jié)叉四部分組成。上轉(zhuǎn)體與上節(jié)叉活接在一起組成第一個轉(zhuǎn)動自由度。上節(jié)叉和十字軸活接在一起組成第二個轉(zhuǎn)動自由度。十字軸和下節(jié)叉活接在一起組成第三個轉(zhuǎn)動自由度。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力強，精度高，鉸鏈轉(zhuǎn)動范圍大，使用壽命長，維護方便等優(yōu)點。除了適用于六桿并聯(lián)定位平臺外，本發(fā)明還適用于其它精密的機構(gòu)的連接。
文檔編號F16D3/26GK101328936SQ20081011597
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者龍 崔, 波 羅, 海 黃 申請人:北京航空航天大學(xué)