57、振荡扫描仪的挠性枢轴：原理、设计与材料选择

振荡扫描仪的挠性枢轴：原理、设计与材料选择

1. 挠性枢轴的优势与局限性

挠性枢轴在许多领域展现出显著优势。在低功率水平下，它能支持超过10 kHz的共振扫描仪运行。而且，无需润滑这一特性在光学仪器、光谱学、太空研究、医学和半导体加工等应用中是一大优势，因为在这些领域，即使是微小的污染都可能成为问题。

• 小角度应用表现出色 ：在小角度应用中，挠性枢轴表现极佳。其他类型的枢轴会受到静摩擦、牵引、表面光洁度限制、机械公差和润滑分布要求等因素的影响，而挠性枢轴则不受这些问题的困扰。它没有松动或间隙，因此使用时不存在“回差”现象。此外，由于它依赖分子拉伸，在中性位置附近的小角度范围内，其固有滞后总是小于因安装不可避免的不对称性产生的不平衡力（在实际设计中会产生一些滞后，实现小于0.1%的滞后水平很困难，但并非不可能）。
• 无连续旋转能力 ：然而，与其他类型的枢轴不同，挠性枢轴不能进行连续旋转。虽然几百度的旋转似乎是可行的，但目前还没有设计用于超过90°操作的挠性枢轴应用，大多数设计用于更小的角度。
• 无几何误差 ：传统的精密枢轴，如球轴承和宝石（“手表”）轴承，其几何精度受到各自制造工艺精度的限制。例如，最好等级的轴承球（3级）允许的圆度误差为3 x 10 - 6英寸。在一个有九个球的轴承中平均后，整个组件的“摆动”误差约为1微英寸。如果两个相距1英寸的此类轴承支撑一根轴，那么轴的摆动约为2微弧度，还不包括轴承环的同心度、轴与环的安装等误差。这些与枢轴部件几何特征相关的误差往往与枢轴的运动相关，因此是周期性的。在光栅扫描系统中，这些误差会产