一种用于医疗假体的新型双轴柔性铰链制造技术

本实用新型专利技术实施例公开了一种用于医疗假体的新型双轴柔性铰链，包括位于两端的第一刚性块、第二刚性块以及处于两者之间的柔性缺口区，所述柔性缺口区以垂直于沿整体的中轴线的横断截面呈椭圆形。采用本实用新型专利技术，有效地解决了现有矩形截面双轴柔性铰链横断截面顶点处应力集中以及更容易导致截面翘曲变形问题，避免了限制转动角度，提高弯曲柔度行程，提高疲劳寿命。疲劳寿命。疲劳寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种用于医疗假体的新型双轴柔性铰链


[0001]本技术涉及柔性铰链
，尤其涉及一种用于医疗假体的新型双轴柔性铰链。

技术介绍

[0002]柔顺机构（柔性机构）是指利用其构成材料的弹性变形来传递或者转换力、运动或者能量的一种特殊机构。相比传统的刚性机构，柔顺机构具有无间隙、免装配、免润滑等优势，更符合生物结构的运动连接特性，在生物医学工程等领域具有广阔的应用前景。如图1所示为刚性四连杆机构与柔性四连杆机构对比。
[0003]柔性铰链（柔性运动副）是柔顺机构的核心构件之一。柔性铰链是指在外部力或力矩的作用下，利用材料的弹性变形在相邻刚性杆之间产生相对运动的一种运动副结构。柔性机构的性能主要由柔性铰链的特性决定。
[0004]柔性铰链通常可通过在刚性构件上构造特定形状的相对细薄区域而形成，在外部作用下该细薄区域（柔性铰链）更易发生弯曲变形，从而使柔性铰链两端的刚性结构发生相对运动，实现传动的效果。缺口型柔性铰链是最常见的结构形式，Paros于1965年在《How to design flexure hinges》一文中较早地报道了其中两类结构：拉伸缺口型单轴柔性铰链和回转缺口型多轴柔性铰链，如图2(a)和(b)所示。
[0005]其中，拉伸缺口型柔性铰链在空间弯矩作用下，仅有一个易于弯曲的主旋转轴，故称单轴柔性铰链。类似的，回转缺口型柔性铰链在空间中的主旋转轴是任意的，故称为多轴柔性铰链。
[0006]为了实现空间两个转动方向（两个主转轴）连接，Paros等人还提出了图2(c)所示的正交串联式拉伸缺口型柔性铰链，其具有空间交叉的两个主旋转轴，可称为双轴柔性铰链，也可视为一种柔性机构。
[0007]Lobontiu等人于2003在《Two
‑
axis flexure hinges with axially
‑
collocated and symmetric notches》一文中提出了图2(d)所示的矩形横断截面正交同位式拉伸缺口型柔性铰链，可实现空间相交的两个主旋转轴，其相对图2(c)的柔性铰链结构可实现更紧凑的设计和避免空间交叉旋转引入的寄生运动。
[0008]柔性铰链具有多种结构形式及构造方法，近年来已发展出了多种结构，例如《柔顺机构设计理论与实例》（Howell等编著，陈贵敏等译）书籍中所提供的大量柔性铰链单元。但双轴柔性铰链仍只有正交串联式拉伸缺口型和矩形横断截面正交同位式拉伸缺口型两种。
[0009]现有正交串联式的双轴柔铰增加了空间要求，且转动轴为空间相互垂直交叉，并非相交，易引入寄生运动。
[0010]现有矩形横断截面正交同位式双轴柔性铰链的两主旋转轴虽然可实现相互垂直相交，但其横断截面为矩形，如图3所示，在矩形顶点存在应力集中现象，限制了转动角度、减少疲劳寿命，增加微裂纹扩张风险。
[0011]回转缺口型多轴柔性铰链的各向转动刚度相同，不适合各向异性刚度要求的场
合。

技术实现思路

[0012]本技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种用于医疗假体的新型双轴柔性铰链。可解决柔性铰链横断截面顶点处应力集中问题，提高弯曲柔度行程，提高疲劳寿命，可用作人工椎间盘等医疗假体的主体结构。
[0013]为了解决上述技术问题，本技术实施例提供了一种用于医疗假体的新型双轴柔性铰链，包括位于两端的第一刚性块、第二刚性块以及处于两者之间的柔性缺口区，所述柔性缺口区以垂直于沿整体中轴线的横断截面呈椭圆形。
[0014]其中，所述中轴线可为直线、曲线或两者的组合。
[0015]其中，所述柔性缺口区沿整体的中轴线的纵断截面上的外轮廓线为关于中轴线对称。
[0016]其中，所述柔性缺口区横断截面椭圆形的长轴、短轴顶点距离中轴线的距离不相同。
[0017]其中，所述柔性缺口区在纵断截面上沿所述横断截面椭圆的长轴、短轴顶点的轨迹线所在的纵断截面上的轮廓线为直线、圆锥曲线、割线、正弦曲线、指数正弦曲线、摆线、参数多项式曲线之一或其相互之间的组合。
[0018]其中，所述柔性缺口区的径向尺寸呈两端到中心渐小变化。
[0019]实施本技术实施例，具有如下有益效果：本技术有效地解决了现有目前矩形截面双轴柔性铰链横断截面顶点处应力集中问题，避免了限制转动角度，提高弯曲柔度行程，提高疲劳寿命。
附图说明
[0020]图1是现有的刚性四连杆机构与柔性四连杆机构对比结构示意图；
[0021]图2是现有的缺口型柔性铰链类型的结构示意图；
[0022]其中， (a)拉伸缺口型单轴柔性铰链，(b)回转缺口型多轴柔性铰链，(c)正交串联式拉伸缺口型双轴柔性铰链，(d)矩形横断截面正交同位式拉伸缺口型双轴柔性铰链；
[0023]图3是矩形横断截面正交同位式拉伸缺口型双轴柔性铰链结构示意图；
[0024]图4是本技术椭圆横断截面的新型双轴柔性铰链结构三视图；
[0025]图5是本技术的有限元分析结果；
[0026]图6是关于纵断截面缺口轮廓曲线一及纵断截面缺口轮廓曲线二以纵向长度相等的直线或曲线的实施图例；
[0027]图7是关于“椭圆
”‑“
正圆”两种纵截面轮廓线组合实施例；
[0028]图8是关于“椭圆
”‑“
抛物线”两种纵截面轮廓线组合实施例；
[0029]图9是关于“摆线
”‑“
椭圆”两种纵截面轮廓线组合实施例；
[0030]图10是两种柔性铰链的性能对比所使用的实施例。
[0031]图11是本技术的直线轴与曲线轴、横截面与变截面的结构对比实施例。
具体实施方式
[0032]为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述。
[0033]如图4所示，本技术实施例的一种用于医疗假体的新型双轴柔性铰链，包括了柔性缺口区1以及与其两端相连接为一体的相对刚性块一2和相对刚性块二3，4是贯穿1、2、3结构的几何中轴线。
[0034]为了方便说明本技术的构成，使用图4所示的垂直于中轴线的剖切面定义为横断截面，使用包含中轴线的剖切面定义为纵断截面，横断截面及纵断截面可有多个。
[0035]其中，横断截面11为柔性缺口区1的区域内与中轴线4垂直所得断面A
‑
A，纵断面12是剖切面沿柔性缺口区1的中轴线4为剖切面B
‑
B进行水平剖切所得断面。
[0036]在本实施例中，中轴线可为直线、曲线或两者的组合，在本实施例，以恒定直线的中轴线为例进行说明。
[0037]在本技术中，柔性缺口区1以垂直于沿整体中轴线的横断截面上呈椭圆形。
[0038]如图4所示，柔性缺口区沿整体的中轴线的纵断截面上的外轮廓线为关于中轴线对称，具体而言，在纵断面12内柔性缺口区1的外轮廓线为一对关于中轴线对称本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于医疗假体的新型双轴柔性铰链，其特征在于，包括位于两端的第一刚性块、第二刚性块以及处于两者之间的柔性缺口区，所述柔性缺口区以垂直于沿整体的中轴线的横断截面呈椭圆形。2.根据权利要求1所述的用于医疗假体的新型双轴柔性铰链，其特征在于，所述柔性缺口区沿整体的中轴线可为直线、曲线或两者的组合。3.根据权利要求2所述的用于医疗假体的新型双轴柔性铰链，其特征在于，所述柔性缺口区沿整体的中轴线的纵断截面上的外轮廓线为关于中轴线对称。4.根据权利要求3所述的用于医疗...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏华贤，牛小东，王奉涛，杨剑，李远超，陈洲武，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：新型
国别省市：