CN110153947A - 一种公差自动调整装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种公差自动调整装置，包括上壳、定位螺柱、锁紧垫片和弹性调节片；所述上壳呈中空腔体结构，其内腔通过挡板分隔为安装孔和第一内腔，所述安装孔的开口端设有凸起外沿，所述上壳的外壁上设有定位筋；所述弹性调节片设置在定位筋的外表面；所述定位螺柱的中部设有与第一内腔相匹配的凸台，所述凸台***第一内腔内，所述上壳与定位螺柱通过螺纹连接固定；所述锁紧垫片设置在第一内腔中，并在凸台的端面和上壳的挡板形成的轴孔间隙中***。本发明充分利用螺栓旋转和前进的动能，可以自动消除公差累积，实现快速有效的精确定位及装配，解决了现有技术存在的工序多，成本高，操作技术难度高，工作效率低的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及公差调整装置技术领域，具体地，涉及一种公差自动调整装置。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，对于零部件装配要求越来越高，在涉及3个及以上的零件组合装配过程中，由于制造及装配公差的累积导致装配定位及最后的匹配效果无法满足要求。目前解决方法为：1.减小制造公差，但这会导致成本急剧上升，同时也无法有效消除累积公差，达到定位及匹配预期；2.采用调节螺母，但在装配过程中采用手动调整，对于操作员工的经验能力要求极高，同时大大降低了工作效率。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种公差自动调整装置，本发明充分利用螺栓旋转和前进的动能，可以自动消除公差累积，实现快速有效的精确定位及装配，解决了现有技术存在的工序多，成本高，操作技术难度高，工作效率低的缺陷。
根据本发明的一个方面，提供一种公差自动调整装置，包括上壳(1)、定位螺柱(2)、锁紧垫片(3)和弹性调节片(4)；所述上壳(1)呈中空腔体结构，其内腔通过挡板(18)分隔为安装孔(14)和第一内腔(13)，所述安装孔(14)的开口端设有凸起外沿(11)，所述上壳(1)的外壁上设有定位筋(12)；所述弹性调节片(4)设置在定位筋(12)的外表面；所述定位螺柱(2)的中部设有与第一内腔(13)相匹配的凸台(26)，所述凸台(26)***第一内腔(13)内，所述上壳(1)与定位螺柱(2)通过螺纹连接固定；所述锁紧垫片(3)设置在第一内腔(13)中，并在凸台(26)的端面和上壳(1)的挡板(18)形成的轴孔间隙中***。即锁紧垫片(3)由凸台(26)的端面和上壳(1)的挡板(18)限位约束，并在垂直于定位螺柱(2)轴向的平面内***，自动消除定位螺柱端面所在平面(与定位螺柱垂直的平面)的X方向和Y方向公差的自由调节。
优选的，所述弹性调节片(4)为弹簧或弹片，其包括弹边(41)和间孔(42)，所述弹边(41)设有单层或多层。所述弹性调节片(4)套设在定位筋(12)的外表面，并由被固定机构和上壳的凸起外沿(11)约束，所述弹性调节片(4)依靠弹力浮动压缩，沿上壳的轴向方向***，实现与定位螺柱同轴方向的公差调节。
优选的，所述锁紧垫片(3)是采用锰钢型钢材或不锈钢型钢材制作而成，所述定位螺柱(2)采用尼龙6、尼龙66或POM制作而成，且所述定位螺柱(2)的硬度低于锁紧垫片(3)的硬度。锁紧垫片(3)为有弹性的钢材，材料可以是经过热处理的具有一定的硬度和弹性的锰钢系列钢材(65Mn或60Si2Mn)或不锈钢系列钢材(SU304)，定位螺柱(2)需要有刚性和韧性，使得锁紧垫片上的放射状凸纹可嵌入定位螺柱的凸台的端面中，增加锁紧垫片和定位螺柱摩擦锁紧时的摩擦力。
优选的，所述锁紧垫片(3)设有内孔(31)，所述锁紧垫片(3)的端面设有放射状凸纹(32)，锁紧垫片(3)端面上的放射状凸纹(32)，使得锁紧垫片(3)在定位螺柱(2)的凸台(26)端面的任一位置都有足够的摩擦力，以锁紧定位螺柱(2)，并能有效防止在震动和重力情况下锁紧垫片移动。锁紧垫片的放射状凸纹与定位螺柱凸台的端面的摩擦力强，可有效锁定位置，解决了网格纹和直纹易发生偏移的问题。
优选的，所述第一内腔(13)的内壁上设有第一螺纹(15)，所述第一内腔(13)的开口端的外壁上设有多个螺纹止位凹槽(17)。
优选的，所述凸台(26)中设有第二内腔(21)，所述凸台(26)的外壁上设有与第一螺纹(15)配合的第二螺纹(22)。
优选的，所述锁紧垫片(3)的外径小于第一内腔(13)的直径，且大于安装孔(14)和第二内腔(21)的直径，所述内孔(31)的直径小于第二内腔(21)的直径。
优选的，所述凸台(26)的高度L1小于第一内腔(13)的深度L2，所述锁紧垫片(3)的厚度L3满足的条件为：L3<(L2-L1)，使得锁紧垫片(3)能沿垂直于定位螺柱(2)轴向的平面内***。
优选的，所述定位筋(12)设有多个，且均与上壳(1)的壁体垂直设置，所述定位筋(12)的一端与凸起外沿(11)的下表面贴合连接，另一端设有机构止位梯台(16)。
优选的，所述定位螺柱(2)的壁体上设有止位卡片(23)和定位涨紧片(24)，所述止位卡片(23)和定位涨紧片(24)相间设置在凸台(26)的外圈，且与凸台(26)之间设有容纳上壳(1)的壁体的凹槽(27)，所述凹槽(27)的表面设有止位槽(25)。所述止位卡片(23)和定位涨紧片(24)的结构具有弹力作用，本装置利用止位卡片(23)和定位涨紧片(24)能快速完成本装置与连接机构的中心调整和同轴定位。上壳的第一螺纹(15)止位于定位螺柱(2)的止位槽(25)，且与小螺纹倾角双重锁定，防止松脱。
优选的，所述上壳(1)和定位螺柱(2)均为一体成型结构。
本发明的工作原理为：
(1)主要利用弹性调节片的弹力压缩变形量，消除被固定机构在安装的过程中沿螺栓轴向前进方向Z方向的公差累积(现有公差调整装置或者不调整Z向公差，或由复杂低效的方式进行刚性调整)；
(2)利用锁紧垫片在轴孔间隙中***实现与定位螺柱垂直的平面的X方向和Y方向公差的自由调节；在安装过程中，螺栓旋转进螺母时导正作用力，带动锁紧垫片在轴孔间隙内朝X、Y方向移动到需要的位置；而螺栓旋紧时的压力压紧锁紧垫片，且产生摩擦锁定锁紧垫片在轴孔间隙的XY点位置，自动实现与定位螺柱垂直的平面的X方向和Y方向的公差调整；
(3)利用锁紧垫片端面上的放射状凸纹使锁紧垫片在定位螺柱的凸台端面的任一位置都有足够的摩擦力，以锁紧定位螺柱，并能有效防止在震动和重力情况下锁紧垫片移动(网格纹和直纹易发生的偏移)；即：
a)锁紧垫片能在X方向和Y方向的***，在安装时螺栓旋进螺母过程中，锁紧垫片随螺栓带动移到需要到达的X、Y所在的位置；
b)当螺栓选择锁死定位螺柱时，螺栓的扭力压紧锁紧垫片，而放射状凸纹的面积小，压强大，能让锁紧垫片锁死定位螺柱；
c)如果采用直纹，当直纹方向与重力方向一致时，有零件滑动风险；如果采用网格纹，纹理面积导致压强小，锁紧效果差；
(4)因锁紧垫片和定位螺柱材料硬度不同，锁紧垫片上的放射状凸纹可嵌入定位螺柱的凸台端面中，以增加锁紧垫片和定位螺柱摩擦力锁紧时的摩擦力，同时，放射状纹能有效对抗长时间温差变化和振动产生的力，防止锁紧垫片与定位螺柱发生位置偏移，避免了在使用过程中产生X方向和Y方向的公差。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明所涉及的公差自动调整装置，利用止位卡片和定位涨紧片能快速完成本装置与连接机构的中心调整和同轴定位；利用弹性调节片的弹力浮动压缩实现与定位螺柱同轴Z方向的公差调节；利用锁紧垫片在轴孔间隙中***实现与定位螺柱垂直的平面的X方向和Y方向公差的自由调节，从而实现了X/Y/Z三个方向上的公差调整；且利用锁紧垫片的放射状凸纹与定位螺柱凸台的端面的摩擦力锁定位置，在解决防松后实现该调节位置的锁定；
(2)本发明所涉及的公差自动调整装置，充分利用螺栓旋转和前进的动能，直接在螺栓旋紧过程就可直接一次性自动消除X/Y/Z三个方向上公差累积，实现快速有效的精确定位及装配，解决了现有技术存在的工序多，成本高，操作技术难度高，工作效率低的缺陷(传统方式只能单独调整一个公差或需进行多个工序调整轴向公差)；
(3)本发明所涉及的公差自动调整装置，主要利用了弹性定位原理、摩擦锁定原理和塑性变形原理调整平面两个维度的公差调整；利用弹性压缩原理，弹性浮动调整轴向公差；
(4)本发明所涉及的公差自动调整装置，应用范围广，在汽车、航空、家电、船、门等复杂局限安装环境下能实现快速装配，快速调整的目的，并且定位强度高，定位精准，大幅提高了工作效率，降低了生产成本和质量成本；
(5)本发明所涉及的公差自动调整装置，可通过项目前期介入，将复杂空间内的公差调整工作转移到在零件开发和加工过程中实现调整工作，并可以做系列化模块化产品定向开发，并批量柔性自动化加工，满足客户多样性的要求，大幅度提高了开发速度，降低了项目开发成本；
(6)本发明所涉及的公差自动调整装置，放射状凸纹和材料软硬配合的特性有效防止了温差变化以及振动导致的位移偏移，延长了装置的使用寿命；
(7)本发明所涉及的公差自动调整装置，其结构简单、设计巧妙、效果显著；
(8)本发明所涉及的公差自动调整装置，易于加工与装配，定位精度高，成本低，实用性强，适合大范围推广。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为上壳的结构示意图；
图2为定位螺柱的结构示意图；
图3为锁紧垫片的结构示意图；
图4为弹性调节片的结构示意图；
图5为公差自动调整装置与连接机构的连接示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例提供一种公差自动调整装置，其结构详见附图1-4所示：包括上壳1、定位螺柱2、锁紧垫片3和弹性调节片4；所述上壳1呈中空腔体结构，其内腔通过挡板18分隔为安装孔14和第一内腔13，所述安装孔14的开口端设有凸起外沿11，所述上壳1的外壁上设有定位筋12；所述弹性调节片4设置在定位筋12的外表面；所述定位螺柱2的中部设有与第一内腔13相匹配的凸台26，所述凸台26***第一内腔13内，所述上壳1与定位螺柱2通过螺纹连接固定；所述锁紧垫片3设置在第一内腔13中，并在凸台26的端面和上壳1的挡板18形成的轴孔间隙中***。即锁紧垫片3由凸台26的端面和上壳1的挡板18限位约束，并在垂直于定位螺柱2轴向的平面内***，自动消除定位螺柱端面所在平面(与定位螺柱垂直的平面)的X方向和Y方向公差的自由调节。
进一步的，所述弹性调节片4为弹簧或弹片，其包括弹边41和间孔42，所述弹边41设有单层或多层。所述弹性调节片4套设在定位筋12的外表面，并由被固定机构和上壳的凸起外沿11约束，所述弹性调节片4依靠弹力浮动压缩，沿上壳的轴向方向***，实现与定位螺柱同轴方向的公差调节。
进一步的，所述锁紧垫片3是采用锰钢型钢材或不锈钢型钢材制作而成，所述定位螺柱2采用尼龙6、尼龙66或POM制作而成，且所述定位螺柱2的硬度低于锁紧垫片3的硬度。。锁紧垫片3为有弹性的钢材，材料可以是经过热处理的具有一定的硬度和弹性的锰钢系列钢材(65Mn或60Si2Mn)或不锈钢系列钢材(SU304)，定位螺柱2需要有刚性和韧性，使得锁紧垫片上的放射状凸纹可嵌入定位螺柱的凸台的端面中，增加锁紧垫片和定位螺柱摩擦锁紧时的摩擦力。
进一步的，所述锁紧垫片3设有内孔31，所述锁紧垫片3的端面设有放射状凸纹32，锁紧垫片3端面上的放射状凸纹32，使得锁紧垫片3在定位螺柱2的凸台26端面的的任一位置都有足够的摩擦力，以锁紧定位螺柱2，并能有效防止在震动和重力情况下锁紧垫片移动。锁紧垫片的放射状凸纹与定位螺柱凸台的端面的摩擦力强，可有效锁定位置，解决了网格纹和直纹易发生偏移的问题。
进一步的，所述第一内腔13的内壁上设有第一螺纹15，所述第一内腔13的开口端的外壁上设有多个螺纹止位凹槽17。
进一步的，所述凸台26中设有第二内腔21，所述凸台26的外壁上设有与第一螺纹15配合的第二螺纹22。
进一步的，所述锁紧垫片3的外径小于第一内腔13的直径，且大于安装孔14和第二内腔21的直径，所述内孔31的直径小于第二内腔21的直径。
进一步的，所述凸台26的高度L1小于第一内腔13的深度L2，所述锁紧垫片3的厚度L3满足的条件为：L3<(L2-L1)，使得锁紧垫片3能沿垂直于定位螺柱2轴向的平面内***。
进一步的，所述定位筋12设有多个，且均与上壳1的壁体垂直设置，所述定位筋12的一端与凸起外沿11的下表面贴合连接，另一端设有机构止位梯台16。
进一步的，所述定位螺柱2的壁体上设有止位卡片23和定位涨紧片24，所述止位卡片23和定位涨紧片24相间设置在凸台26的外圈，且与凸台26之间设有容纳上壳1的壁体的凹槽27，所述凹槽27的表面设有止位槽25。所述止位卡片23和定位涨紧片24的结构具有弹力作用，本装置利用止位卡片23和定位涨紧片24能快速完成本装置与连接机构的中心调整和同轴定位。上壳的第一螺纹15止位于定位螺柱2的止位槽25，且与小螺纹倾角双重锁定，防止松脱。
进一步的，所述上壳1和定位螺柱2均为一体成型结构。
公差自动调整装置与被固定机构的安装调整过程如下(如汽车车门把手安装)，其结构详见附图5所示：
步骤一，公差自动调整装置中的定位螺柱2穿过第一被固定机构5(车门把手)的第一安装孔51，止位卡片23卡扣在第一安装孔51中，并弹起限制第一被固定机构5回退，第一被固定机构5的第一安装孔51被限制在弹性调节片4的弹边41和止位卡片23之间，同时被定位螺柱2的定位涨紧片24涨紧同轴定位；
步骤二，所述第一被固定机构5的安装匹配装置52推入并预定位于第二被固定机构7(车门外钣金)的第二安装孔中，再将螺栓6依次穿过上壳1的安装孔14、锁紧垫片3的内孔31、定位螺柱2的第二内腔21、第三被固定机构8(车门内钣金)的第三安装孔81，并采用安装螺母9连接锁定。在第一被固定机构5与第二被固定机构7连接处设置弹性体54，弹性体54为有弹力的泡棉、密封胶、或其它有弹力的物体，它的作用是密封和减震，其中：
1)弹性体54与弹性调节片4互为受力支持物，弹性体54随压力的增大而厚度减小，随压力减小而厚度加大。力的总来源来自螺栓6轴向的距离，轴向距离大，弹性调节片4的压缩量小，弹力小，弹性体54的厚度大；轴向距离小，弹性调节片4的压缩量大，弹力大，弹性体54的厚度小，由此实现轴向Z向的公差调整。2个弹性体(弹性调节片4和弹性体54)能很好的实现动态平衡，调整受力，减震防噪音，效果最优。
2)如果弹性体54换成刚性的物体，那它的作用就只是密封作用，轴向Z向的公差调整就全部由弹性调节片4的变形来承受公差变形，实现轴向Z向的公差调整。当只有1个弹性体(弹性调节片4)时，虽然弹性调节片4调整了公差，但减震防噪音，不如设有2个弹性体时的方案。
3)弹性体54是否是弹性体，具体根据实际应用不同而决定，不是本产品功能范围。
在锁定的过程中锁紧垫片3可以在定位螺柱2的凸台26的端面和上壳1的挡板18形成的轴孔间隙中***，自动消除定位螺柱2端面所在平面的两个轴向的公差(与定位螺柱垂直的平面的X方向和Y方向，即轴孔间隙的前后左右方向)，直至锁紧垫片3的放射状凸纹32压紧定位螺柱2的凸台26的端面，摩擦力限制锁紧垫片3在定位螺柱2的凸台26的端面上受力运动；预设定位螺柱2的止位卡片23至定位螺柱2下端面距离小于不受力情况下安装第一被固定机构5的理论距离，在锁紧螺栓6的过程中，弹性调节片4的弹边41压迫第一被固定机构5自动定位并与第二被固定机构7紧密配合，完成与定位螺柱同轴方向(轴向Z方向，即沿定位螺柱轴向的上下方向)的公差累积消除。从而最终实现了三个方向的公差累积消除。
当第一被固定机构5受力压缩弹性调节片4而后退时，上壳1中的机构止位梯台16卡住第一被固定机构5的边缘53，限制第一被固定机构5在合理的工作范围，保证弹性调节片4在安全的压缩范围内工作，确保第一被固定机构5工作安全。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种公差自动调整装置，其特征在于，包括上壳(1)、定位螺柱(2)、锁紧垫片(3)和弹性调节片(4)；所述上壳(1)呈中空腔体结构，其内腔通过挡板(18)分隔为安装孔(14)和第一内腔(13)，所述安装孔(14)的开口端设有凸起外沿(11)，所述上壳(1)的外壁上设有定位筋(12)；所述弹性调节片(4)设置在定位筋(12)的外表面；所述定位螺柱(2)的中部设有与第一内腔(13)相匹配的凸台(26)，所述凸台(26)***第一内腔(13)内，所述上壳(1)与定位螺柱(2)通过螺纹连接固定；所述锁紧垫片(3)设置在第一内腔(13)中，并在凸台(26)的端面和上壳(1)的挡板(18)形成的轴孔间隙中***。
2.根据权利要求1所述的公差自动调整装置，其特征在于，所述弹性调节片(4)为弹簧或弹片，其包括弹边(41)和间孔(42)，所述弹边(41)设有单层或多层。
3.根据权利要求1所述的公差自动调整装置，其特征在于，所述锁紧垫片(3)是采用锰钢型钢材或不锈钢型钢材制作而成，所述定位螺柱(2)采用尼龙6、尼龙66或POM制作而成，且所述定位螺柱(2)的硬度低于锁紧垫片(3)的硬度。
4.根据权利要求1所述的公差自动调整装置，其特征在于，所述锁紧垫片(3)设有内孔(31)，所述锁紧垫片(3)的端面设有放射状凸纹(32)。
5.根据权利要求4所述的公差自动调整装置，其特征在于，所述第一内腔(13)的内壁上设有第一螺纹(15)，所述第一内腔(13)的开口端的外壁上设有多个螺纹止位凹槽(17)。
6.根据权利要求5所述的公差自动调整装置，其特征在于，所述凸台(26)中设有第二内腔(21)，所述凸台(26)的外壁上设有与第一螺纹(15)配合的第二螺纹(22)。
7.根据权利要求6所述的公差自动调整装置，其特征在于，所述锁紧垫片(3)的外径小于第一内腔(13)的直径，且大于安装孔(14)和第二内腔(21)的直径，所述内孔(31)的直径小于第二内腔(21)的直径。
8.根据权利要求1或7所述的公差自动调整装置，其特征在于，所述凸台(26)的高度L1小于第一内腔(13)的深度L2，所述锁紧垫片(3)的厚度L3满足的条件为：L3<(L2-L1)。
9.根据权利要求1所述的公差自动调整装置，其特征在于，所述定位筋(12)设有多个，且均与上壳(1)的壁体垂直设置，所述定位筋(12)的一端与凸起外沿(11)的下表面贴合连接，另一端设有机构止位梯台(16)。
10.根据权利要求1所述的公差自动调整装置，其特征在于，所述定位螺柱(2)的壁体上设有止位卡片(23)和定位涨紧片(24)，所述止位卡片(23)和定位涨紧片(24)相间设置在凸台(26)的外圈，且与凸台(26)之间设有容纳上壳(1)的壁体的凹槽(27)，所述凹槽(27)的表面设有止位槽(25)。
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