交叉簧片柔性铰链设计

作     者：吴昊 李宗轩 张德福 李清雅 李云峰 WU Hao;LI Zongxuan;ZHANG Defu;LI Qingya;LI Yunfeng

作者机构：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 中国科学院大学北京100039 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室长春130033 

出 版 物：《中国机械工程》 (China Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第33卷第10期

页      面：1203-1209页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(62005275) 

主　　题：交叉簧片柔性铰链 有限元分析 卡氏第二定理 转动刚度 

摘      要：针对某光学仪器对光学元件柔性支撑的要求,提出了一种新型交叉簧片型柔性铰链,利用卡氏第二定理研究了设计方法。首先,利用卡氏第二定理推导交叉簧片型柔性铰链的柔度计算公式,确定铰链的轴向刚度与转动刚度,分析了直梁长度、直梁高度和空心圆柱壁厚对其刚度的影响;然后,进行了实例设计,并利用有限元软件进行了分析;最后,搭建光学测试平台,对实例进行了转动角度和转动刚度的测量。结果表明:解析解、仿真解和实验测量数据一致性较好,最大相对误差为8.7%。使用卡氏第二定理作为设计工具,设计者可根据交叉簧片柔性铰链的刚度与结构应力等要求确定几何参数,而且交叉簧片柔性铰链的设计为其他铰链的结构形式提供了新的思路。