專利名稱：彈性接口裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彈性接口裝置。
彈性接口裝置通常還被稱為曲部，其經(jīng)常用于高精度機(jī)械裝置中，用于將至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件耦聯(lián)或者連接在一起，以及可以利用可忽略的有效作用在所述兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件之間發(fā)生比較小的位移或者運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)部分固定中，這種彈性接口裝置用于避免部件連接當(dāng)中的超定，以及創(chuàng)建出用于高精度部件的熱機(jī)穩(wěn)定的固定。
彈性接口裝置能夠以比較低的成本獲得高精度以及良好的確定性性能。為了滿足對(duì)于例如熱穩(wěn)定性以及可復(fù)制性的優(yōu)化要求，優(yōu)選將彈性接口裝置制造或者構(gòu)建在整體式結(jié)構(gòu)中。然而，這種構(gòu)建在整體式結(jié)構(gòu)中的彈性接口裝置通常具有缺乏充足阻尼從而導(dǎo)致在諧振條件下出現(xiàn)明顯放大的特征。為此，構(gòu)建在整體式結(jié)構(gòu)中的彈性接口裝置不太適于動(dòng)態(tài)負(fù)載，這是因?yàn)檎駝?dòng)、尤其是諧振頻率下的振動(dòng)將持續(xù)存在或者甚至將被放大而不是阻尼衰減。如果沒(méi)有阻力處理，則這種彈性接口裝置在特定情況下將出現(xiàn)故障。
從現(xiàn)有技術(shù)中可以得知，應(yīng)當(dāng)提供一種阻尼裝置，其中該阻尼裝置應(yīng)用為連接在結(jié)構(gòu)部件之間的附加阻尼器，而該結(jié)構(gòu)部件通過(guò)這種彈性接口裝置而耦聯(lián)或者連接在一起，其中該附加阻尼器并列連接到結(jié)構(gòu)部件之間的彈性接口裝置。然而，并列連接到結(jié)構(gòu)部件之間的彈性接口裝置的這種附加阻尼器損壞了準(zhǔn)確性以及確定性性能，該確定性性能由并列的附加阻尼器引起的彈性接口裝置的超定而獲得。
US6,325,351 B1公開(kāi)了一種用于包括兩個(gè)腿部的高精度裝備的運(yùn)動(dòng)耦聯(lián)，其中所述兩個(gè)腿部位于固定到外殼的第一端。在第二相反端，通過(guò)球圓錐接頭將這兩個(gè)腿部連接在一起。每個(gè)腿部包括限定狹縫的彎曲部件，以及除該彎曲部件之外還包括附加阻尼裝置，其中該阻尼裝置包括剛性結(jié)構(gòu)部件作為位于彎曲刀片外部的腿部的一部分，該彎曲刀片具有粘彈性層以及約束層。該彎曲部件和阻尼裝置被設(shè)計(jì)成并列的獨(dú)立部件，兩者均單獨(dú)的各自安裝到腿部。
本發(fā)明的目的之一是提供一種改進(jìn)的彈性接口裝置。
本發(fā)明提供一種用于耦聯(lián)或者連接至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件的彈性接口裝置，其中所述彈性接口裝置優(yōu)選的使得可以在所述至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件之間進(jìn)行相對(duì)位移或者運(yùn)動(dòng)，其中至少一個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)包含于或者集成到所述彈性接口裝置中。優(yōu)選的，受約束層阻尼結(jié)構(gòu)或者每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)連接到尤其是固定連接到所述彈性接口裝置。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，受約束層阻尼結(jié)構(gòu)或者每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)連接到，優(yōu)選是固定連接到所述彈性接口裝置的至少一個(gè)柔性部分。為了優(yōu)化阻尼，受約束層阻尼結(jié)構(gòu)或者每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)的硬度和受約束層阻尼結(jié)構(gòu)所連接到的所述彈性接口裝置的柔性部分或者每個(gè)柔性部分的硬度為同一數(shù)量級(jí)或者至少與其相比不能夠被忽略不計(jì)。
優(yōu)選的，受約束層阻尼結(jié)構(gòu)或者每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)層，第一粘性或者粘彈性層和第二約束層。第一粘性或者粘彈性層夾在所述彈性接口裝置的柔性部分和所述第二約束層之間。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的彈性接口裝置；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的彈性接口裝置；以及圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的彈性接口裝置。
圖1示出彈性接口裝置10的第一實(shí)施例，其設(shè)計(jì)為彈簧片。彈性接口裝置10或者彈簧片形成為整體式結(jié)構(gòu)11，其中該彈簧片將整體式結(jié)構(gòu)11分離成至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件，其中所述兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件通過(guò)所述彈性接口裝置10也就是通過(guò)所述彈簧片而連接或者耦聯(lián)。
在圖1中，僅示出所述兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件的一個(gè)結(jié)構(gòu)部件，也就是下部結(jié)構(gòu)部件12。應(yīng)當(dāng)注意，圖1的整個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)于對(duì)稱軸對(duì)稱設(shè)計(jì)，該對(duì)稱軸平行于圖1所示的坐標(biāo)系的x軸。為了簡(jiǎn)化圖1的視圖，沒(méi)有示出通過(guò)彈性接口裝置10也就是通過(guò)所述彈簧片連接或者耦聯(lián)到下部結(jié)構(gòu)部件12的上部結(jié)構(gòu)部件。
根據(jù)圖1，彈性接口裝置10也就是彈簧片包括強(qiáng)化的中間部分13以及兩個(gè)柔性端部14，其中強(qiáng)化的中間部分13的厚度為T，圖1僅示出這兩個(gè)柔性端部14當(dāng)中的一個(gè)，所示出的柔性端部14將整個(gè)彈簧片10連接到下部結(jié)構(gòu)部件12。柔性端部14的特征為厚度t1和長(zhǎng)度l1。彈性接口裝置10也就是彈簧片的變形尤其集中到這些柔性端部14中。
根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)包含于或者集成到所述彈性接口裝置10也就是彈簧片中，其中受約束層阻尼結(jié)構(gòu)或者每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)連接到也就是固定連接到所述彈簧片10的柔性端部14。在根據(jù)圖1的實(shí)施例中，彈簧片設(shè)計(jì)成相對(duì)于平行于x軸的對(duì)稱軸對(duì)稱，還相對(duì)于平行于z軸的對(duì)稱軸對(duì)稱。為此，在根據(jù)圖1的實(shí)施例中，兩個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)15和16分配到也就是連接到彈簧片10的每個(gè)柔性端部14。
兩個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)15、16當(dāng)中的每一個(gè)都包括兩個(gè)層，也就是第一粘性或者粘彈性層17和第二約束層18。可以從圖1中看到，第一粘性或者粘彈性層17夾在所述彈簧片10的柔性端部14和第二約束層18之間。第一粘性或者粘彈性層17提供連接到柔性端部14的剪切層。第二約束層18是附加的束狀或者板形元件，其經(jīng)第一粘性或者粘彈性層17間接加載。為了優(yōu)化阻尼，兩個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)15、16的硬度和彈性接口裝置10的柔性端部14的硬度為同一數(shù)量級(jí)或者至少與其相比不能夠被忽略不計(jì)。
如圖1所示，第一粘性或者粘彈性層17的特征為厚度tv和長(zhǎng)度l2。第二約束層18的特征為厚度t2和長(zhǎng)度l2。第二約束層18在柔性端部14的兩側(cè)提供附加的小彈簧片。
根據(jù)圖1的整個(gè)結(jié)構(gòu)通過(guò)線EDM過(guò)程構(gòu)建到整體式結(jié)構(gòu)11中。在所述整體上結(jié)構(gòu)11中具有槽或者空腔，從而所述空腔或者槽利用粘性或者粘彈性材料填充，從而提供第一粘性或者粘彈性層17。強(qiáng)化中間部分13、柔性端部14、第二約束層18以及結(jié)構(gòu)部件12都由相同材料制成。第二約束層18直接連接到下部結(jié)構(gòu)部件12，而不是彈性接口裝置10也就是彈簧片10。此外，第二約束層18直接連接到強(qiáng)化中間部分13，而不是結(jié)構(gòu)部件12。為此，約束層18經(jīng)粘性或者粘彈性阻尼層17間接加載。約束層18耦聯(lián)或者連接到彈簧片10的柔性端部14，其插入粘性或者粘彈性層17作為剪切層。
根據(jù)圖1的實(shí)施例在初步阻尼衰減沿z軸的軸向自由度中或者沿y軸的橫向自由度中的振動(dòng)方面是最為有利的，但是它還能夠阻尼其它的自由度，例如，沿x軸的側(cè)向自由度。圖1的實(shí)施例的受約束阻尼結(jié)構(gòu)15和16的第二約束層18用作附加的小彈簧片，這能夠沿對(duì)應(yīng)方向提供硬度。
圖2示出彈性接口裝置19的第二實(shí)施例，它在初步阻尼衰減對(duì)應(yīng)于繞z軸的旋轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)自由度中或者對(duì)應(yīng)于繞y軸的旋轉(zhuǎn)的彎曲自由度中的振動(dòng)方面是最為有利的，但是它還能夠阻尼其它的自由度。因?yàn)閳D2的實(shí)施例類似于圖1的實(shí)施例，所以采用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同的部件。
在根據(jù)圖2的實(shí)施例中，用作附加彈簧片的第二約束層18被設(shè)計(jì)成褶曲彈簧片。通過(guò)沿z軸方向以及還沿y軸方向從整體式結(jié)構(gòu)11去除材料來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。因此以褶曲彈簧片形式提供的第二約束層18包括沿z方向延伸的第一部分以及沿x方向延伸的第二部分。沿z方向延伸的第一部分的特征為厚度t2和長(zhǎng)度l2，沿x方向延伸的部分的特征為厚度t3和長(zhǎng)度l3。在圖2的實(shí)施例中，以褶曲彈簧片形式提供的第二約束層18不會(huì)明顯增加將沿預(yù)定柔性方向被阻尼的彈性接口裝置19也就是彈簧片的硬度。
在根據(jù)圖1和2的實(shí)施例中，彈性接口裝置10、19以及包含于或集成到所述彈性接口裝置10、19的受約束層阻尼結(jié)構(gòu)15、16形成或者構(gòu)建到整體式結(jié)構(gòu)11中。
圖3示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，也就是設(shè)計(jì)成彈簧片的彈性接口裝置20。彈性接口裝置20的特征在于在整個(gè)長(zhǎng)度上具有均勻的厚度t1。彈性接口裝置20以整體化方式耦聯(lián)或者連接兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件21和22也就是下部結(jié)構(gòu)部件21和上部結(jié)構(gòu)部件22。
根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)集成到所述彈性接口裝置20中。根據(jù)圖3，兩個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)23和24固定連接到所述彈性接口裝置20也就是所述彈簧片的柔性中間部分25，使得柔性端部28處于原始形狀。每個(gè)所述受約束層阻尼結(jié)構(gòu)23和24包括兩個(gè)層，也就是第一粘性或者粘彈性層26和第二約束層27。在柔性中間部分25的兩側(cè)，受約束層阻尼結(jié)構(gòu)23和24之一連接到所述柔性中間部分25。在每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)23和24內(nèi)，第一粘性或者粘彈性層26夾在第二約束層27和柔性中間部分25之間。如圖3所示，柔性中間部分25、第一粘性或者粘彈性層26和第二約束層27的特征在于長(zhǎng)度l2。進(jìn)而，粘性或者粘彈性層26的特征在于厚度tv，第二約束層27的特征在于厚度t2。包括彈簧片的柔性中間部分25的中間部分以及兩個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)23和24的整個(gè)厚度為厚度T，如圖3所示。
約束層27連接到柔性中間部分25，其插入粘性或者粘彈性層26。為了優(yōu)化阻尼，受約束層阻尼結(jié)構(gòu)23和24的硬度和彈性接口裝置20的柔性中間部分25的硬度為同一數(shù)量級(jí)或者至少與其相比不能夠被忽略不計(jì)。約束層27沒(méi)有直接接觸到結(jié)構(gòu)部件21、22，因此僅經(jīng)粘性或者粘彈性阻尼層26加載。約束層27可以利用和彈性接口裝置20相同或者相似的材料制成。
根據(jù)本發(fā)明，受約束層阻尼結(jié)構(gòu)集成到或者包含于彈性接口裝置本身當(dāng)中，也就是，在彈性接口裝置的形變所集中到的部件或者部分處。為此，大量被動(dòng)阻尼被引入，此外，由彈性接口裝置所連接的結(jié)構(gòu)部件之間的附加超約束得以避免，這對(duì)于維持彈性接口裝置的確定性性能是非常有利的，例如，運(yùn)動(dòng)安裝中的熱穩(wěn)定性以及彈性機(jī)械裝置中的可復(fù)制性，尤其是對(duì)于彈性阻尼層。
彈性接口裝置可以具有任意類型的形狀，例如圖1到3所示的彈簧片，或者形成為褶曲彈簧片、鉸接彈簧片、彈性桿、通用結(jié)構(gòu)或者球形結(jié)構(gòu)的彈性連接部件，可以是單個(gè)的或者是級(jí)聯(lián)的，可以都帶有強(qiáng)化中間部分或者不帶有強(qiáng)化中間部分。
圖1到3所示的實(shí)施例可以用于高精度部件的運(yùn)動(dòng)部分固定當(dāng)中，例如透鏡或者平面鏡，靜電夾以及空氣靜力學(xué)的經(jīng)向軸承。本發(fā)明還可以應(yīng)用的其它應(yīng)用場(chǎng)合有用于例如空氣靜力學(xué)的軸承墊等等的轉(zhuǎn)矩耦合、彈簧固定嵌套、自調(diào)準(zhǔn)支撐。此外，本發(fā)明還可以用于彈性機(jī)械裝置。典型的例子有彈性高精度坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、彈性操作裝置、用于例如快速工具伺服系統(tǒng)或者引線接合器的線性彈性導(dǎo)軌以及樞軸、以及壓電分檔器。
參考標(biāo)記列表10 彈性接口裝置11 整體式結(jié)構(gòu)12 結(jié)構(gòu)部件13 強(qiáng)化中間部分14 柔性端部15 受約束層阻尼結(jié)構(gòu)16 受約束層阻尼結(jié)構(gòu)17 第一層18 第二層19 彈性接口裝置20 彈性接口裝置21 結(jié)構(gòu)部件22 結(jié)構(gòu)部件23 受約束層阻尼結(jié)構(gòu)24 受約束層阻尼結(jié)構(gòu)25 柔性中間部分26 第一層27 第二層28 柔性端部
權(quán)利要求
1.一種用于耦聯(lián)或者連接至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件的彈性接口裝置，其中所述彈性接口裝置優(yōu)選的使得可以在所述至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件之間進(jìn)行相對(duì)位移或者運(yùn)動(dòng)，其特征在于，至少一個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)(15，16；23，24)包含于或者集成到所述彈性接口裝置(10；19；20)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性接口裝置，其特征在于，受約束層阻尼結(jié)構(gòu)或者每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)(15，16；23，24)連接到優(yōu)選為固定連接到所述彈性接口裝置(10；19；20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性接口裝置，其特征在于，受約束層阻尼結(jié)構(gòu)或者每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)(15，16；23，24)連接到優(yōu)選為固定連接到所述彈性接口裝置(10；19；20)的至少一個(gè)柔性部分(14；25)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的彈性接口裝置，其特征在于，受約束層阻尼結(jié)構(gòu)或者每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)(15，16；23，24)的硬度和所述彈性接口裝置(10；19；20)的柔性部分或者每個(gè)柔性部分(14；25)的硬度為同一數(shù)量級(jí)或者至少與其相比不能夠被忽略不計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的彈性接口裝置，其特征在于，受約束層阻尼結(jié)構(gòu)或者每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)(15，16；23，24)包括至少兩個(gè)層，第一粘性或者粘彈性層(17；26)和第二約束層(18；27)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的彈性接口裝置，其特征在于，第一粘性或者粘彈性層(17；26)夾在所述彈性接口裝置(10；19；20)的柔性部分(14；25)和所述第二約束層(18；27)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的彈性接口裝置，其特征在于，第一粘性或者粘彈性層(17；26)由粘性或者粘彈性材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的彈性接口裝置，其特征在于，第二約束層(18；27)由和所述彈性接口裝置(10；19；20)的柔性部分(14；25)類似的材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性接口裝置，其特征在于，彈性接口裝置(10；19；20)形成為整體式結(jié)構(gòu)(11)，其中彈性接口裝置(10；19；20)將該整體式結(jié)構(gòu)(11)分成至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件，其中所述兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件通過(guò)所述彈性接口裝置而耦聯(lián)或者連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性接口裝置，其特征在于，彈性接口裝置(10；19；20)設(shè)計(jì)為彈簧片，其中所述彈簧片的至少一個(gè)部分(14；25)是柔性的，以及其中受約束層阻尼結(jié)構(gòu)或者每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)(15，16；23，24)連接到優(yōu)選為固定連接到柔性部分或者每個(gè)柔性部分(14；25)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的彈性接口裝置，其特征在于，所述彈簧片包括強(qiáng)化中間部分(13)以及至少一個(gè)柔性端部(14)，其中受約束層阻尼結(jié)構(gòu)或者每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)(15，16)固定連接到柔性端部或者每個(gè)柔性端部(14)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的彈性接口裝置，其特征在于，兩個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)(15，16)對(duì)稱連接到每個(gè)柔性端部(14)，其連接方式為在每個(gè)端部的兩側(cè)都連接有一個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的彈性接口裝置，其特征在于，至少一個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)(23，24)固定連接到所述彈簧片的柔性中間部分(25)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的彈性接口裝置，其特征在于，兩個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)(23，24)對(duì)稱連接到柔性中間部分(25)，其連接方式為在中間部分的兩側(cè)都連接有一個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11或13所述的彈性接口裝置，其特征在于，每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)(15，16；23，24)包括兩個(gè)層，第一粘性或者粘彈性層(17；26)和第二約束層(18；27)，其中第一層夾在柔性部分和所述第二層之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的彈性接口裝置，其特征在于，第二約束層(18)直接接觸到結(jié)構(gòu)部件(12)，而不是彈簧片，或者可選的，第二約束層(18)直接接觸到強(qiáng)化中間部分(13)，而不是結(jié)構(gòu)部件(12)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于耦聯(lián)或者連接至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件的彈性接口裝置，其中所述彈性接口裝置優(yōu)選的使得可以在所述至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件之間進(jìn)行相對(duì)位移或者運(yùn)動(dòng)，以及其中至少一個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)(15，16；23，24)包含于或者集成到所述彈性接口裝置(10；19；20)中。優(yōu)選的，受約束層阻尼結(jié)構(gòu)或者每個(gè)受約束層阻尼結(jié)構(gòu)連接到尤其是固定連接到所述彈性接口裝置的柔性部分。
文檔編號(hào)F16F9/30GK1918401SQ200580004296
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2005年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月6日
發(fā)明者J·P·M·B·弗姆倫, A·C·亨德里克斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司