分析柔性铰链用于支撑、联接、调整和测量

柔性铰链轴承

柔性铰链轴承在现代机器中出现得越来越多。图2是典型的柔性铰链轴承。它可以将轴瓦设计为一体，简化了装配过程并降低了加工的尺寸公差要求。与固定形状的轴承相比，柔性铰链轴承可降低液体滑动摩擦轴承的半速涡动，防止颤振。

柔性铰链联接件

图3是由柔性铰链组成的柔性联接器它只传递垂直于纸面方向的推力，在水平方向和垂直方向移动的刚度很低。利用柔性铰链还可设计具有2个转动自由度的弹性万向节，有结构紧凑、传动精密的特点。

柔性铰链可以使V型槽的表面能自我调节，避免球与V型槽表面在作用力变化时产生相对运动，见图4。将其运用于由3个球和3个V型槽组成的结合器中，力和位移之间的迟滞现象减少了95%。

柔性铰链调整结构

图5是基于柔性铰链的光学元件座子。在平台的任一边加上调整螺钉，可使水平表面精密地偏转。它成本低，在小的运动范围内具有很高的分辨率。还可设计2个转动自由度的柔 性铰链调整机构用于透镜装配。

如将来的光盘有更大的存储密度和更高的读取速度，光盘的转速也应随之提高，则要求DVD／CD拾音头的驱动有更大的加速度和 更好的线性度。利用柔性铰链机构可以很好地解决这些问题。德克萨斯大学设计的光刻对准台中运用了柔 性铰链四连杆作为调整机构，见图6。在距离中心10mm处施加一个4N的力可使安装模板的平台相对感光基底偏转0.5mrad。有限元分析表明，当倾斜角为0.38mrad时，模板的侧向运动小于5nm。

测量和标定

近10年来出现了许多具有亚纳米级灵敏度的线性位移测量传感器。它们很多都使用了光学干涉仪， 然而，条纹细分是建立在理想形态干涉信号的基础上的，实际的干涉条纹同理想形态还有差距。利用X射线干涉测量来线性内插光学干涉仪的条纹可以准确地测量亚条纹级的位移。英国国家物理实验所(NPL)的组合式光学和X射线干涉仪(COX1) 结合了光学干涉仪的大行程和x射线干涉仪的高分辨率，光学干涉仪以间隔为158.25nm的整数 条纹步进，X射线干涉仪以0.192nm的硅(200)晶格步进口。为了实现硅品薄片之间纳米级运动，采用了柔性铰 链平行四杆机构传递反位移，见图7。利用该仪器可对亚纳米级灵 敏度的线性位移传感器进行标定。

美国国家标准局设计了一体化的柔性铰链机构，以联接X射线干涉仪和光学干涉仪。它采用3级杠杆，从驱动点到工作台面的位移缩小比达到1000：1，由此降低了对驱动元件的要求，但柔性铰链机构较为复杂。他们还利用柔性铰链在几角秒的运动范围内达到1微角秒的调节精度。

为了加大X射线干涉仪的测量范围，德国设计了对称结构的柔性铰链传动机构，见图8。该机构消除了在主运动垂直方向上的干涉运动，测量范围达到了200um。

柔性铰链机构传动实现微小位移还可以对激光干涉测量和电容测量进行互相标定⋯

杠杆天平是简单而古老的机械式测量仪器。等臂刀口式卡扛杆天平的分辨率可达到10^-10以上。国际度量衡局研制的柔性铰链悬挂式等臂杠卡于天平在空气中的分辨率高达10^-10。在真空中可达10^-10的分辨率。

柔性铰链还被用于啮合齿轮的齿表哮擦系数的测量。如图9所示，被测齿轮用柔性铰链连杆联接．保证了齿轮的中心距不变．并精确地产生啮合齿轮间的相对运动。