抗拉压具有恒刚度特性的柔顺铰链设计①

张玉玺, 韩迎鸽, 刘爱明

(1.安徽理工大学机械工程学院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001)

0 引 言

柔顺机构是指利用材料的弹性变形传递或转换运动、力或能量的新型机构。其较之于传统的刚性机构，柔性机构可一体化设计和加工，无间隙和摩擦，精度高，免摩擦与磨损，噪声少，免润滑，环境适应性好等优点[1]。目前，已经有多种具有特殊力学特性的柔顺机构。如：恒定扭矩输出柔顺机构[2-3]，柔顺恒力机构[4-5]，柔顺静平衡机构[6],零刚度柔性铰链[7]。本文给出一种抗拉压载荷具有移动恒刚度特性的柔顺铰链。此机构所具有的力学特性拓宽了柔顺机构的使用范围。因能在柔顺机构学中具有不同力学特性的柔顺机构可组合成复合机构实现更加复杂的功能，因此种柔顺铰链未来具有较大应用场景，比如可以构建高负载微定位柔顺平台。

1 柔顺铰链整体结构设计

柔顺铰链整体结构由柔顺构件平面柔顺梁、刚性体和移动工作平台三部分组成。整体结构如图1所示。

平面柔顺梁是柔顺机构中的重要柔性部件，由于其在尺寸参数上沿梁长(轴向)方向远远大于垂直于梁长方向(横向)。所以需要很大的轴向载荷才能使轴向发生微小变形，这就需要耗费很大的能量，因此要避免使用其轴向变形来作为所设计柔顺机构的主运动。同时其由于受较小的力或能量就能因自身弹性变形做出较大且精确的横向运动。这种特性也即等效为在轴向受一个约束，在横向移动和转动有两个自由度，如图2。……