垂直载荷对交叉簧片柔性铰链准恒定转动刚度的影响分析

交叉簧片柔性铰链的转动刚度特性对设计人员是需要重点考虑的,但一些相关的特性尚未被揭晓。通过对应用于静平衡仪的交叉簧片柔性铰链转角公式推导过程中保留垂直载荷的二阶项,建立铰链的转角-载荷模型。分析包含垂直力载荷高阶项的转动刚度和垂直力刚度,更好地描述了垂直载荷、几何参数对铰链刚度的影响。研究发现,只有垂直载荷及铰链转动角度均相对较小时,铰链才具有近似常值的转动刚度,并且随着垂直载荷的增加,铰链转动刚度趋于不断增大。当旋转角度较大时,垂直载荷作为铰链转动的驱动力,将会使铰链转动刚度的非线性特征体现的更明显。通过有限元仿真分析和试验验证了该类铰链的刚度特性,从而为交叉簧片柔性铰链的应用提供了依据。

交叉簧片柔性虎克铰在静平衡仪中的应用及性能测试

通过对广义交叉簧片柔性铰链转角公式的分析，揭示了铰链刚度和仪器灵敏度之间的关系。为了避免垂直载荷的变化对铰链转动刚度的影响，设计具有恒定转动刚度的交叉簧片柔性虎克铰，并以柔性虎克铰为转动支撑单元搭建针对万向节装置不平衡力矩测量的两自由度柔性静平衡仪。通过对沿特定方向特定量不平衡力矩的测量，在0～7000g有效载荷范围内对仪器分别沿x轴和y轴不平衡力矩测量的同步灵敏度进行测试。结果表明，所搭建的柔性静平衡仪各轴的灵敏度约为1．1g·mm，灵敏度基本不受仪器有效载荷变化的影响，而且仪器各轴同步测量的灵敏度基本一致。所设计具有恒定转动刚度的交叉簧片柔性虎克铰的转动性能及承载性能优良。