傳統鉸鏈，不但結構復雜，而且大多數以金屬材料為主，給安裝、拆卸及使用過程帶來了諸多不便，而仿生鉸鏈的研究則以體積小、用料省、結構簡單、可拆卸等為 主要特點進行研究，這種鉸鏈可以在化妝品，工具盒等領域內廣泛應用，是一種新型的鉸鏈結構。

雙貝類動物鉸合部的工作機理的研究

天然雙殼貝類動物的鉸合部（在殼嘴和鉸邊之間的平面或曲面部分，前后兩端通常有銳角狀邊緣與殼面的其余部分互相分開）具有非常精致的結構，無生命的兩殼體還可以自由拆卸重裝。 通過實驗以及對雙貝類動物鉸合部結構的精細研究，可以發現雙貝類的鉸合部有比較簡單而且精細的結構。其鉸合部寬大，左殼具1個分叉的主齒，右殼有2個排列成八字形的主齒；兩殼分開時，主齒上方外翻部分相嚙合，使兩殼不輕易分開，同時八字形主齒的厚度由頂部至下方呈坡度下降，此結構限制了兩殼張合角度的大小；八字形主齒之間的距離越大，對兩殼的張合角度限制就越小。側齒發達，均成片狀，在雙殼左右咬合時，主要起固定作用，同時也具有一定的限制張合角度的作用。側齒間的距離及高度是限制開合角度的主要因素。在確定了雙貝類動物鉸合部的大致結構后，為進一步了解其精細結構和尺寸，采用電子顯微鏡對其打磨后的鉸合部進行放大，為下一步進行CATIA建模打下基礎。

經過計算分析之后，發現蛤蜊鉸合部位旋轉角度較小，無法在實際應用中得到廣泛的運用，但考慮到其結構簡單，無中間連接軸且可以隨意拆卸的特點，可以從這一點進行仿生建模，并且對其進行優化設計，增加開合角度。

仿生鉸鏈的結構以及原理分析

通過對雙貝類動物鉸合部的研究，并綜合其無中間連接軸，便于拆卸，結構簡單等特點，抽象出所需的仿生鉸鏈結構模型，并運用CATIA建立模型，其模型圖如下：

應用CAD軟件標注尺寸如下圖：

該模型采用對數螺旋線設計，并運用單軸雙圓弧旋轉配合，具有 很好的旋轉配合和穩定性，下面針對對數螺旋線的旋轉配合進行光滑性、不干涉性以及連續性分析，并對單軸雙圓弧的轉角剛度設計進行分析。

對數螺旋線的相關分析

對數螺旋線由于其優良的工程特性，被廣泛的應用于土木工程及動力機械工程，對數螺旋線的基本數學特性及工程特性分析如下：

如圖所示為對數螺旋曲線，其極坐標方程為：r=r0eβθ （1）（r表示極徑； r0表示起始圓半徑；β表示螺旋角；θ表示極角）。 由文獻知，對數螺旋線的兩個最為有用的性質為：（1）同一條對數 螺旋線上各點螺旋角處處相等。（2）對數螺旋線和它的等距曲線全等。下面就對數螺旋線的相關特性進行分析。

光滑性分析

為使鉸鏈能正常工作，鉸鏈的工作段重合輪廓線應由簡單曲線弧構成，在工作段輪廓上不出現奇異點，即曲線滿足光滑性。由曲線光滑性的判斷條件知，曲線是光滑的，即無奇異點。

不干涉性分析

鉸鏈的兩合頁重合輪廓曲線作為一條運動曲線，在旋轉過程中一個合頁與另一個共軛合頁作相對運動，為了保證輪廓的正常配合，要求鉸鏈在滿足上述條件情況下，還需滿足不可干涉性，對于同軸旋轉的鉸鏈來說，一對合頁是否發生曲率干涉，就是看與軸線垂直的平面里一對輪廓曲線是否發生干涉，因為兩個相配合的合頁的接觸不外乎是兩種情況：（1）凸輪廓與凸輪廓接觸；（2）凸輪廓與凹輪廓接觸，而凹齒廓和凹齒廓顯然是不能正常接觸的。通常，把凸輪廓的曲率取成負的，把凹輪廓的曲率取成正的。當兩個凸輪廓接觸時，這時不會發生曲率干涉，兩齒廓的曲率之和為負，小于零；當凹、凸齒廓接觸時，只有凹輪廓的曲率值小于凸輪廓的曲率的絕對值，才能避免曲率干涉，其和也要小于或等于零；如果是兩個凹輪廓，其和大于零，若要旋合，定將產生干涉。這里選用的兩個合頁為凹凸配合，可以保證在旋轉到一定角度時發生干涉，從而控制旋轉的角度，同樣也可以方便鉸鏈的拆卸，具有可行性，符合模型要求。綜上可知，仿生鉸鏈的結構滿足設計要求。

單軸雙圓弧配合的轉角剛度分析

關于單軸單圓弧及雙軸雙圓?。▍⒖冀D）的相關分析得單軸單圓弧與雙軸雙圓弧的轉角剛度比值如下表：

上表中R為仿生鉸鏈旋合處的圓弧曲率半徑,t為仿生鉸鏈的壁厚，從表中可以看出單軸雙圓弧比單軸單圓弧彈性鉸鏈的轉角剛度要大，并且隨著R／t值的增加，而變得越發明顯。因此鉸鏈采用單軸雙圓弧的設計符合剛度要求。

仿生鉸鏈的優缺點及應用發展前景

此次創新實驗所研制的仿生鉸鏈具有體積小、零件少、可拆卸且安裝使用方便等優點，并在鉸鏈研制領域運用了仿生學原理，因此該鉸鏈可以廣泛地運用在食品包裝（便當等）、各種工具盒鉸接以及化妝品包裝等領域，具有較好地運用前景，但由于研究時間有限，仿生鉸鏈的開合角度有一定的限制，這在今后的研究中還有待發展，為以后的課題研究打下基礎。

總結

通過對仿生鉸鏈的研究及分析，充分了解了仿生學的相關原理及操作模式，并了解了傳統鉸鏈的組成結構和優缺點。在當今社會的各種領域中，鉸鏈都有著廣泛的應用和發展前景，仿生學在各種實體模型的建造中也有著較好的引導作用，因此利用仿生學原理研制的新型鉸鏈不 但具有非常高的創新性而且對于鉸鏈應用方面也有著非常重要的研究意義。但其剛度分析和參數設計較為復雜，從而使其應用受到局限。所以，以后還需對其剛度分析進行簡化，對形狀及參數設計進一步優化。