一种基于贝壳形单胞的柔性结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于贝壳形单胞的柔性结构，属于柔性结构设计技术领域，包括连接装置、加强板，以及多个贝壳形柔性结构单胞组合而成的整体式结构。贝壳形柔性结构单胞是由两个柔性单元组合而成。柔性单元上的弯曲板区域沿圆周方向均匀分成偶数个弯曲板，单数的向左弯曲，双数的向右弯曲，相邻柔性单元上的弯曲板奇偶组合，并在相应的连接区焊接，组成贝壳形单胞，贝壳形单胞上空余的弯曲板与再相邻的柔性单元上的弯曲板再进行奇偶组合，构成多个贝壳形柔性结构单胞。本发明专利技术的柔性结构整体化免装配，重量轻，体积小，节约了装配成本和加工成本，且在力和位移传递的过程中不会产生磨损，进一步保证了结构的可靠性。进一步保证了结构的可靠性。进一步保证了结构的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于贝壳形单胞的柔性结构


[0001]本专利技术属于柔性结构（机构）设计
，具体涉及一种基于贝壳形单胞的柔性结构。

技术介绍

[0002]目前常规的结构或机构在空间位置或者形状需要改变的时候，通常是通过刚性结构来实现力和位移的传递的，在面对不同的空间位置或者形状改变情况时，需要通过生产多种不同的传动部件，并将它们装配连接成刚性机构，装配连接过程耗费很多成本。并且刚性机构在反复不断的运动过程中会产生摩擦和磨损，进而导致结构的使用寿命减少，并且多个刚性结构的复杂组装也会使得结构的可靠性降低。
[0003]相比于刚性机构，柔性结构可以进行一体化设计，减少构件的数量，利用组成柔性结构的某些或全部柔性单元的变形来实现力和位移的传递，并且没有传动间隙和磨损，因此本专利技术提出一种基于贝壳形单胞的柔性结构，并且可以将贝壳形柔性结构单胞和工程应用中的柔性结构进行不同的组合，进而组合成多种柔性机构，解决刚性结构在一些应用方面的缺陷和不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中存在的问题，提出一种基于贝壳形单胞的柔性结构，该柔性结构整体化免装配，重量轻，体积小，节约了装配成本和加工成本，且在力和位移传递的过程中不会产生磨损，进一步保证了结构的可靠性。
[0005]本专利技术是这样实现的：本专利技术所提出的基于贝壳形单胞的柔性结构是由连接装置、加强板，以及多个贝壳形柔性结构单胞组合而成的整体式结构。贝壳形柔性结构单胞是由两个柔性单元组合而成，其中柔性单元为圆形薄板，分为支撑板、弯曲板、连接区三部分。柔性单元上的弯曲板区域沿圆周方向均匀分成偶数个弯曲板，单数的向左弯曲，双数的向右弯曲，相邻柔性单元上的弯曲板奇偶组合，并在相应的连接区焊接，组成贝壳形单胞，贝壳形单胞上空余的弯曲板与再相邻的柔性单元上的弯曲板再进行奇偶组合，构成多个贝壳形柔性结构单胞。所述的加强板为圆形板，尺寸和支撑板相匹配，加强板上开方形的第二连接孔以及圆形铆钉孔，首个和末个支撑板上开同样的连接孔以及铆钉孔，支撑板上为第一连接孔，加强板与首个和末个支撑板通过铆钉连接。连接装置的一端为圆形，作为与外部结构连接的接口，另一端为方形，中间有翻边，翻边上有铆钉孔，连接装置通过方形连接孔穿插在加强板和支撑板上，并通过铆钉固定连接在加强板上。
[0006]柔性单元在其径向尺度上分三个区域，圆心区域为支撑板区域，中间区域是弯曲板区域，外边缘区域是连接区域。在圆周方向上将弯曲板区域和连接区域分成偶数个倒梯形区域，单数区域的弯曲板叫做左偏弯曲板，双数区域的弯曲板叫做右偏弯曲板。弯曲板具备初始弯曲形状，相邻两个支撑板的距离为2h，相邻两个柔性单元上的单数弯曲板和双数
弯曲板偏转距离为h，连接区域与支撑板所在平面平行。
[0007]在相邻弯曲板之间进行切割，切缝宽度为0.2mm，并在弯曲板与支撑板交界的地方（弯曲板的根部）打止裂孔，止裂孔的直径是切缝宽度的三倍以上，可以根据弯曲板与支撑板交界的地方（弯曲板的根部）实际弧长将止裂孔适当扩大。柔性单元的外边缘区域，即连接区域，由于需要进行焊接，其径向的实际长度不得小于3mm，并且可视弯曲板的实际径向长度进行适当的扩大。
[0008]按以下步骤将柔性单元组合成多个贝壳形单胞，以两个相邻的柔性单元为例，左边柔性单元上向右弯曲的弯曲板，与右边柔性单元上向左弯曲的弯曲板构成贝壳形单胞；而左边柔性单元上向左弯曲的弯曲板，又与其左边柔性单元上向右弯曲的弯曲板构成贝壳形单胞，右边柔性单元上向右弯曲的弯曲板，又与其右边柔性单元上向左弯曲的弯曲板构成贝壳形单胞，将其连接区域进行奇偶组合，并将首个和末个柔性单元上剩余的弯曲板切割掉，组合成多个贝壳形单胞结构。再将加强板与首个和末个支撑板通过铆钉连接，连接装置通过方形连接孔连接在加强板和支撑板上，进而组成基于贝壳形单胞的柔性结构。
[0009]本专利技术所提出的基于贝壳形单胞的柔性结构由于结构体积小，对于切割和焊接的技术水平要求较为严格。焊接过程中采用稀有气体对其进行焊接保护，并加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，保护防止焊接材料的氧化，可以获得冷却后的优质焊缝。可以在每个支撑板上开减重孔，来减少整体结构的重量。
[0010]本专利技术与现有技术的有益效果在于：本专利技术所提出的基于贝壳形单胞的柔性结构重量轻，体积小，加工成本低；单胞厚度可变，可直接实现整体结构空间位置变化；结构一体化设计，无需铰链或轴承等运动副，无磨损，可靠性高。
附图说明
[0011]图1是本专利技术基于贝壳形单胞的柔性结构示意图；图2是本专利技术基于贝壳形单胞的柔性结构中的柔性单元示意图；图3是本专利技术基于贝壳形单胞的柔性结构中的加强板示意图；图4是本专利技术基于贝壳形单胞的柔性结构中的连接装置示意图；其中1
‑
左偏弯曲板，2
‑
右偏弯曲板，3
‑
连接区，4
‑
支撑板，5
‑
第一连接孔，6
‑
连接装置，7
‑
切缝，8
‑
止裂孔，9
‑
第二连接孔，10
‑
加强板，11铆钉孔。
具体实施方式
[0012]为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本专利技术进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0013]如图1~4所示，本专利技术所提出的基于贝壳形单胞的柔性结构是由连接装置、加强板，以及多个贝壳形柔性结构单胞组合而成的整体式结构。所述的柔性结构包括多个贝壳形柔性结构单胞；贝壳形柔性结构单胞是由两个柔性单元组合而成，其中柔性单元为圆形薄板；所述的柔性单元在其径向尺度上分三个区域，圆心区域为支撑板区域，中间区域是弯曲板区域，外边缘区域是连接区域；在圆周方向上将弯曲板区域和连接区域分成偶数个倒梯形区域，单数区域的弯曲板为左偏弯曲板1，双数区域的弯曲板为右偏弯曲板2；弯曲板具
备初始弯曲形状，相邻两个支撑板4的距离为2h，相邻两个柔性单元上的单数弯曲板和双数弯曲板偏转距离为h，连接区域与支撑板所在平面平行；所述的左偏弯曲板1向左弯曲，右偏弯曲板2向右弯曲，相邻柔性单元上的弯曲板奇偶组合，并在相应的连接区焊接，组成贝壳形单胞；贝壳形单胞上空余的弯曲板与再相邻的柔性单元上的弯曲板再进行奇偶组合，构成多个贝壳形柔性结构单胞。以下列举具体数据实例说明。
[0014]本实例中输入轴的扭矩大小为200N
·
m，输出轴和输入轴在同一轴线上，两轴的直径都为15mm，因工程需求需要两种工作状态，两种工作状态中的输入轴和输出轴之间的距离不同，分别为相距160mm和200mm，安全系数为2.0。下面将按照实例中的要求，对各部分参数的设计进行详细的介绍。本专利技术所提出的基于贝壳形单胞的柔性结构中的加强板和连接装置采用钢材料，柔性单元采用铝合金材料，为满足工作强度要求，柔性单元的厚度为1.2mm，半径为40mm。为使扭矩安全传递，对柔性单元上支撑板区域，弯曲板区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于贝壳形单胞的柔性结构，其特征在于，所述的柔性结构包括多个贝壳形柔性结构单胞；贝壳形柔性结构单胞是由两个柔性单元组合而成，其中柔性单元为圆形薄板；所述的柔性单元在其径向尺度上分三个区域，圆心区域为支撑板区域，中间区域是弯曲板区域，外边缘区域是连接区域；在圆周方向上将弯曲板区域和连接区域分成偶数个倒梯形区域，单数区域的弯曲板为左偏弯曲板（1），双数区域的弯曲板为右偏弯曲板（2）；弯曲板具备初始弯曲形状，相邻两个支撑板（4）的距离为2h，相邻两个柔性单元上的单数弯曲板和双数弯曲板偏转距离为h，连接区域与支撑板所在平面平行；所述的左偏弯曲板（1）向左弯曲，右偏弯曲板（2）向右弯曲，相邻柔性单元上的弯曲板奇偶组合，并在相应的连接区焊接，组成贝壳形单胞；贝壳形单胞上空余的弯曲板与再相邻的柔性单元上的弯曲板再进行奇偶组合，构成多个贝壳形柔性结构单胞。2.根据权利要求1所述的一种基于贝壳形单胞的柔性结构，其特征在于，所述的柔性结构中还包括连接装置（6）、加强板（10），所述的连接装置、加强板、多个贝壳形柔性结构单胞组合为整体式结构；所述的加强板（10）为圆形板，尺寸和支撑板（4）相匹配，加强板上开方形的第二连接孔（9）以及圆形铆钉孔（11），首个和末个支撑板（4）上开同样的连接孔以及铆钉孔，支撑板（4）上为第一连接孔（5），加强板与首个和末个支撑板通过铆钉连接。3.根据权利要求2所述的一种基于贝壳形单胞的柔性结构，其特征在于，所述的连接装置的一端为圆形，作为与外部结构连接的接口，另一端为方形，中间有翻边，翻边上也开设铆钉孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丽，许广航，邱涛，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：