CN103452996A - 一种机械部件的组装方法 - Google Patents

Abstract

一种机械部件的组装方法，包括：提供第一机械部件，所述第一机械部件的材料为碳纤维材料或碳纤维复合材料，所述第一机械部件具有螺孔；提供第二机械部件，所述第二机械部件具有通孔；将螺丝底端涂胶体；将涂胶后的螺丝穿过所述螺孔拧入所述螺孔至所述螺丝停止移动；待所述螺丝停止移动后，静置至胶体凝固成膜形成胶体层。本发明提供的组装方法增加了螺丝与螺孔的装配强度，避免机械手臂进行承重操作过程中出现螺丝松动现象，从而提高机械手臂操作精准度和提高械手臂的工作效率，避免造成设备故障或停机。另外，操作简单方便。

Description

一种机械部件的组装方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种机械部件的组装方法。 

背景技术

机器人（Robot）是自动执行工作的精密机器装置，它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。工业机器人可以熟练的从事切削、碾磨、焊接和仓库搬运等有关的工作，工作部位主要是机械手臂。目前这种机器人由碳纤维或碳纤维复合材料制造，克服了重量重、刚度和强度等机械性能差灵活度不高、成本高，投资大等缺点。 

例如，在公开号为CN102407524A（公开日：2012年4月11日）的中国专利文献中还能发现更多的关于用碳纤维或碳纤维复合材料制作以机械手臂操作为主的机器人的相关信息。 

机器人的机械手臂在制作过程中需要与连接支撑部件用螺丝进行螺接，但是机械手臂进行承重操作时，机械手臂会弯曲振动，易出现螺丝松动现象，从而使机械手臂操作精准度降低、工作效率低下，甚至可以造成设备故障或停机。 

发明内容

本发明解决的问题是碳纤维材料或碳纤维复合材料的机械手臂与支撑部件用螺丝进行螺接后使用过程中易出现螺丝松动现象，从而使机械手臂操作精准度降低、工作效率低下、甚至可以造成设备故障或停机的问题。 

为解决上述问题，本发明提供了一种机械部件的组装方法，所述方法包括： 

提供第一机械部件，所述第一机械部件的材料为碳纤维材料或碳纤维复合材料，所述第一机械部件具有螺孔； 

提供第二机械部件，所述第二机械部件具有通孔； 

将螺丝底端涂胶体； 

将涂胶后的螺丝穿过所述通孔拧入所述螺孔至所述螺丝停止移动； 

待所述螺丝停止移动后，静置至胶体凝固成膜形成胶体层。 

可选的，所述第一机械部件为机械手臂，所述第二机械部件为支撑部件。 

可选的，所述第二机械部件和所述螺丝的材料为金属、玻璃、皮革、塑料、橡胶、纤维、石材、木材、水泥、陶瓷、纸张中的一种。 

可选的，所述胶体为丙烯酸酯厌氧胶黏剂，所述胶体的单体类型为醚型、醇酸酯型、环氧酯型或聚氨醋型。 

可选的，所述胶体层的厚度为0.03mm~0.075mm。 

可选的，所述静置的时间至少为24小时。 

可选的，将螺丝底端涂胶体前对所述螺孔、所述通孔及所述螺丝进行清洗，所述清洗处理的溶剂为三氯乙烷、甲乙酮、甲醇、丙酮、去离子水、纯净水、酒精、异丙醇中的一种或它们中的任意组合。 

可选的，将螺丝底端涂胶体前对所述螺孔、所述通孔及所述螺丝依次进行第一清洗和第二清洗，所述第一清洗的溶剂为三氯乙烷、甲乙酮、甲醇、丙酮中的一种；所述第二清洗的溶剂为去离子水、纯净水、酒精、异丙醇中的一种或它们中的任意组合。 

可选的，所述清洗后、涂胶体前还包括在螺丝底端涂促进剂的步骤，所述促进剂为N，N-二甲基苯胺、二甲基对甲苯胺、三乙胺、辛胺、a-氨基吡啶、四氢喹啉、8-羟基喹啉、乙二胺中的一种。 

可选的，将涂胶后的螺丝拧入所述螺孔时，当所述螺丝与螺孔位置不匹配时，在1分钟~5分钟之内调整螺丝位置。 

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点： 

提供第一机械部件，所述第一机械部件为碳纤维材料或碳纤维复合材料，第一机械部件具有螺孔，将螺丝底端涂胶体，此时的胶体为液体，然后将涂胶后的螺丝拧入螺孔至所述螺丝停止移动，静置至液体胶体凝固成膜形成胶体层，此时的胶体层为坚硬的固体，完全填满螺丝与螺孔的螺纹之间的微小间隙，增加螺丝与螺孔的夹持荷载，提高螺丝与螺孔之间的摩擦力，从而防止螺丝螺纹与螺孔螺纹之间的相对移动，增加了螺丝与螺孔的装配强度。另外，将螺丝底端涂胶体，然后将涂胶后的螺丝拧入螺孔的组装方式无需改变螺丝或螺孔的特征、无需更改螺丝与螺孔之间的扭矩-张力的关系就可以增加装配强度，操作简单方便。在第一机械部件为机械手臂时，可以避免现有技术中机械手臂进行承重操作过程中出现螺丝松动现象，从而提高机械手臂操作精准度和工作效率，避免造成设备故障或停机。 

附图说明

图1是机械手臂与支撑部件的螺接处示意图； 

图2是本发明的机械手臂的组装方法流程示意图； 

图3是本发明的实施例中的机械手臂的组装连接处示意图。 

具体实施方式

请参考图1，发明人发现和分析得知，造成机械手臂12操作精准度降低、机械手臂12工作效率低下等问题的原因为：机械手臂12与支撑部件11用螺丝13进行螺接。将螺丝13穿过通孔14拧入螺孔15中，所述通孔14的表面没有螺纹，所述螺孔15为盲孔（盲孔的一端不通），螺孔15中的螺纹主要用于在张力作用下夹紧螺丝13。施加在螺孔15螺纹上的旋转作用力或扭矩将拉伸螺丝13，产生张力，进而产生夹持荷载将螺丝13固定于螺孔15处。但是，随着机械手臂12在不断的进行承重操作过程中，机械手臂会弯曲振动，螺丝 13与螺孔15之间出现微小间隙16，使得螺丝13与螺孔15的夹持荷载减小，易出现螺丝13松动现象，因此机械手臂12在操作过程中易产生振动，造成机械手臂12操作精准度降低、工作效率低下，甚至可以造成设备故障或停机。 

为此，发明人经过创造性劳动，获得了一种机械部件的组装方法，具体请参考图2，机械部件的组装方法包括： 

步骤S21，提供第一机械部件，所述第一机械部件的材料为碳纤维材料或碳纤维复合材料，所述第一机械部件具有螺孔；提供第二机械部件，所述第二机械部件具有通孔； 

步骤S22，将螺丝底端涂胶体； 

步骤S23，将涂胶后的螺丝穿过所述通孔拧入所述螺孔至所述螺丝停止移动； 

步骤S24，待所述螺丝停止移动后，静置至胶体凝固成膜形成胶体层。 

下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。以下具体实施例中，以机械手臂作为第一机械部件，以支撑部件作为第二机械部件，但本发明中，第一机械部件不限于机械手臂，第二机械部件不限于支撑部件，只要第一机械部件的材料为碳纤维或碳纤维复合材料，并在螺丝底部涂胶体，然后将第一机械部件与第二机械部件进行组装都属于本发明的技术方案。 

请参考图3，提供机械手臂32，所述机械手臂32的材料为碳纤维或碳纤维复合材料。 

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，主要由碳元素组成，含碳量为95%。 

碳纤维复合材料中一般碳纤维为增强体，基体主要包括热固性树脂和热塑性树脂。热固性树脂主要有环氧树脂（EP）、聚酰亚胺树脂（PMR-15）、双马来亚酰胺树脂（BMI）等；热塑性树脂主要有聚芳醚砜（PASF）、聚酰 胺酰亚胺（PAI）、聚醚砜（PES）等。另外还包括碳、金属、陶瓷、橡胶体等基体，例如碳纤维增强碳基复合材料（C/C）、碳纤维增强金属基复合材料（CFRM）、碳纤维增强陶瓷基复合材料（CFRC）和碳纤维增强橡胶体复合材料（CFRR）以及碳纤维增强木材复合材料（CFRW）等。 

碳纤维或碳纤维复合材料是一种力学性能优异的材料，它的比重不到钢的1/4，抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为230~430Gpa亦高于钢。因此碳纤维或碳纤维复合材料的比强度（即材料的强度与密度之比）可达到2000Mpa/（g/cm3）以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/（g/cm3)左右，碳纤维或碳纤维复合材料比模量（即材料的模量与密度之比）也比钢高。碳纤维或碳纤维复合材料比强度愈高，则构件自重愈小；比模量愈高，则构件的刚度愈大，因此碳纤维或碳纤维复合材料可用来制造强而轻、刚而薄的机械手臂。同时碳纤维或碳纤维复合材料还具有良好的导电性、导热性、耐热性、抗氧化性、耐磨性以及屏蔽电磁波性等。 

继续参考图3，所述机械手臂32具有螺孔35，所述螺孔35为盲孔（盲孔的一端不通）。提供支撑部件31，所述支撑部件31具有通孔34，通孔34的直径与螺孔35的直径相同且表面没有螺纹，所述支撑部件31和螺丝33的材料可以为金属。将支撑部件31的通孔34、机械手臂32的螺孔35、螺丝33进行清洗。所述清洗处理的溶剂为三氯乙烷、甲乙酮、甲醇、丙酮、去离子水、纯净水、酒精、异丙醇中的一种或它们中的任意组合。清洗时间为5分钟~10分钟，可以清除粉尘、污渍，为后续的涂胶体奠定基础。 

清洗处理还可以包括第一清洗处理和第二清洗处理。第一清洗处理的目的为了除油，使后续的涂胶体效果更好。第一清洗处理中使用的第一溶剂为三氯乙烷、甲乙酮、甲醇、丙酮中的一种，清洗时间为5分钟~10分钟。采用第一溶剂进行第一清洗处理，气相除油效果较好，而且不容易在清洗处残留 一层油膜。第二清洗处理是为了清洗粉尘、污渍和第一清洗处理后的废液。第二清洗中使用的第二溶剂可以为去离子水、纯净水、酒精、异丙醇中的一种或它们中的任意组合，清洗时间为3分钟~5分钟，然后吹干。所述两步清洗处理要比一步清洗处理的效果好。 

接着，将螺丝33底端涂胶体，然后将涂胶体后的螺丝33穿过支撑部件31的通孔34拧入机械手臂32的螺孔35中至所述螺丝33停止移动。 

胶体为液态，在隔绝空气的条件下，静置至少24小时后，胶体凝固成膜形成胶体层。胶体层为坚硬的固体，不仅完全填满螺丝33与螺孔35的螺纹之间的微小间隙36（此处的微小间隙36小于图1中的微小间隙16）而且胶体将螺丝33与螺孔35的螺纹之间粘合紧密，增加螺丝33与螺孔35的夹持荷载，提高螺丝33与螺孔35之间的摩擦力，从而防止螺丝33螺纹与螺孔35螺纹之间的相对移动，增加了螺丝33与螺孔35的装配强度，避免机械手臂进行承重操作过程中出现螺丝33松动现象，从而提高机械手臂操作精准度和工作效率，避免造成设备故障或停机。另外，将螺丝33底端涂胶体，然后将涂胶后的螺丝33拧入螺孔35的组装方式无需改变螺丝33或螺孔35的特征、无需更改螺丝33与螺孔35之间的扭矩-张力的关系就可以增加装配强度，操作简单方便。 

胶体成膜的原因为当胶体与氧气隔绝时，螺丝33或支撑部件31中的金属离子催化诱导使胶体产生自由基，自由基为不成对电子的原子或分子。自由基聚合过程中，增长链自由基从其他胶体分子上夺取一个原子而终止成为稳定大分子，并使失去原子的分子又成为一个新自由基，再引发继续新的链增长，使聚合反应继续下去，当两个链自由基发生耦合或歧化反应时，聚合反应终止即胶体固化成膜形成胶体层。耦合反应为当两个链自由基形成一个聚合物大分子，这个大分子的相对分子质量等于原来两个链自由基的相对分子质量之和。歧化反应为两个链自由基生成两个聚合物大分子，一个为饱和 的大分子，一个为不饱和的大分子，每一个大分子的相对分子质量等于原来链自由基的相对分子质量。 

成膜后形成的胶体层均匀且连续，其厚度为0.03mm~0.075mm。胶体层愈厚则愈容易有缺陷而引发破坏，胶体层太薄起不到紧固作用。 

胶体是由单体组成，在螺丝33底部进行涂胶，然后穿过通孔34拧入螺孔35中，所述螺孔35的材料为碳纤维材料或碳纤维复合材料，所述胶体为丙烯酸酯厌氧胶黏剂。单体类型可以为醚型、醇酸酯型、环氧酯型、聚氨醋型中的一种。例如，醚型单体可以为双甲基丙烯酸三缩四乙二醇酯；醇酸酯单体可以为双甲基丙烯酸多缩乙二醇酯或甲基丙烯酸羟乙酯或羟丙酯；环氧酯单体是由各种结构的环氧树脂与甲基丙烯酸反应的产物，常见的有双酚A环氧酯、环氧酯与多缩乙二醇酯的混合物与甲基丙烯酸反应的产物。 

所述胶体还包括： 

（1）引发剂，在胶体中的质量百分含量小于5%，多用有机过氧化物如异丙苯过氧化氢、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、叔丁基过氧化物、过氧化异丙苯、苯甲酸过氧化叔丁酯、乙酸过氧化叔丁酯等。引发剂能引发单体进行聚合反应的物质。 

（2）稳定剂，在胶体中的质量百分含量小于0.01%，醌、酚、草酸等多用于稳定剂。稳定剂可以保持胶体稳定，防止其分解、老化。 

胶体涂在金属界面时，金属离子的存在会加速引发剂的分解速度，即金属离子有利于胶体的聚合反应。根据自由基作用原理，上述单体与碳纤维分子、碳纤维复合分子之间更易产生稳定的共价键（共价键为两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成比较稳定的化学结构）即上述单体与碳纤维材料、单体与碳纤维复合材料之间的结合效果较好。因此，含有上述单体的胶体可以将螺丝33与螺孔35的螺 纹之间粘合更加紧密，并且胶体层可以更好的填充螺纹之间的微小间隙36，使螺丝33与螺孔35的夹持荷载效果更好，避免螺丝33与螺孔35进行承重操作过程中出现螺丝松动现象，更好的提高机械手臂操作精准度和工作效率，使设备故障或停机的概率降到最低。 

螺丝33的规格为M5。螺丝33的螺纹由多个等距排列的螺牙组成，每个螺牙牙峰的外径为螺丝33的直径为5mm，每个牙峰之间的距离为0.8mm。把胶体涂到螺丝33的底部，螺丝33拧入螺孔35的过程中，只有这样规格的螺丝胶体正好能从螺丝33底部溢出填充到螺孔35与螺丝33的螺纹之间的间隙36处，并且形成的胶体层完全覆盖螺纹整体，且胶体层的厚度在0.03mm~0.075mm之间。将螺丝33穿过支撑部件31的通孔34拧入机械手臂32的螺孔35中的过程中可以来回转动螺丝33，以使胶体液铺展，但是当螺丝33与通孔34、螺孔35位置不匹配时，应尽快使螺丝定位，具体应在1分钟~5分钟之内调整螺丝位置，防止胶体已经凝固成胶体层，但是螺丝还没有调整好的情况出现。 

螺丝33、通孔34和螺孔35之间的胶体一般在室温下5min~20min便可部分固化。固化4h后粘结强度可达额定值的50%-65%，24h可达到最大值。所述螺丝的最大受力值为在3N.m，即，破环扭矩为3N.m。 

在其他实施例中，如果螺丝和支撑部件的材料为非金属材料，例如，玻璃、皮革、塑料、橡胶、纤维、石材、木材、水泥、陶瓷或纸张，则需要在清洗之后和涂胶之前还包括在螺丝底端涂促进剂的步骤。 

所述促进剂为能促进单体进行聚合反应的物质。在胶体中的质量百分比含量为0.5%~5%。例如质量百分比含量为0.5%~1%的N-N-二甲基苯胺、质量百分比含量为0.1%~10%的二甲基对甲苯胺、质量百分比含量为0.5%~3%的三乙胺、质量百分比含量为0.5%~3%的辛胺、质量百分比含量为0.5%~2%的a-氨基吡啶、质量百分比含量为0.5%~2%的四氢喹啉、质量 百分比含量为0.1%~2%的8-羟基喹啉、质量百分比含量为0.1%~1%的乙二胺。 

胶体涂在非金属界面时，室温下异丙苯过氧化氢等引发剂的分解速度很慢，聚合时间很长，胶体中加入上述促进剂。 

除了加促进剂可以使胶体在非金属界面中的聚合反应易于进行，提高反应速度，还可以向胶体中加入助促进剂来提高聚合反应速度。所述助促进剂为亚胺和羧酸，较佳为邻苯磺酰亚胺。 

还可以向胶体中加入金属离子同样易于胶体聚合反应的进行，来提高反应速度。部分金属离子使胶体的结合容易程度由大到小的顺序为：钴金属（Co）＞锰金属（Mn）＞铜金属（Cu）＞铁金属（Fe）。 

促进剂和助促进剂同样适用于在金属界面，从而增加胶体聚合反应的速度。 

在其他实施例中，在承重部件31的通孔34的表面也可以设置有螺纹，所述机械手臂的螺孔35可以为沉孔等。 

下面举一个具体的例子来说明本发明。 

机械手臂用碳纤维复合材料制成。所述碳纤维复合材料可以为碳纤维增强金属基复合材料（CFRM），以热固性树脂为增强体（含量70%，金属含量30%），该增强体主要成分组成按重量份为：乙烯基树脂97.5份、过氧化甲乙酮1.5份、辛酸钴（浓度9%）0.2份、脱模剂硬脂酸钙0.8份。所述机械手臂具有螺孔。 

所述支撑部件用铝（Al）材料制成，所述支撑部件上具有直径与螺孔相同的通孔。 

对铁材质的、规格为M5的螺丝、机械手臂的螺孔和支撑部件的通孔进行第一清洗10min，接着采用去离子水进行第二清洗5min，然后吹干。 

将规格为M5的螺丝底部涂胶体穿过所述通孔拧入所述螺孔至该螺丝停 止移动，所述胶体的成分配比及作用如下： 

三缩四二乙醇二甲基丙烯酸酯（质量份为60），作用为单体； 

环氧丙烯酸双酯（质量份为30.19），作用为改善胶体成膜规整度； 

过氧化羟基二异丙苯（质量份为5），作用为引发剂； 

三乙胺（质量份为2），作用促进剂，加速固化； 

丙烯酸（质量份为2），作用为配合剂，提高固化速度； 

糖精（质量份为0.3），作用为助促进剂，加速固化； 

气相白炭黑（质量份为0.5），作用为触变剂，改善胶液流淌性； 

苯醌（质量份为0.01），作用为稳定剂，提高胶液的存储稳定性。 

固化时间为24小时，胶体固化成胶体层，破环扭矩为3N.m。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明的技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。 

Claims (10)

1.一种机械部件的组装方法，其特征在于，包括：

提供第一机械部件，所述第一机械部件的材料为碳纤维材料或碳纤维复合材料，所述第一机械部件具有螺孔；

提供第二机械部件，所述第二机械部件具有通孔；

将螺丝底端涂胶体；

将涂胶后的螺丝穿过所述通孔拧入所述螺孔至所述螺丝停止移动；

待所述螺丝停止移动后，静置至胶体凝固成膜形成胶体层。

2.如权利要求1所述的机械部件的组装方法，其特征在于，所述第一机械部件为机械手臂，所述第二机械部件为支撑部件。

3.如权利要求1所述的机械部件的组装方法，其特征在于，所述第二机械部件和所述螺丝的材料为金属、玻璃、皮革、塑料、橡胶、纤维、石材、木材、水泥、陶瓷、纸张中的一种。

4.如权利要求1所述的机械部件的组装方法，其特征在于，所述胶体为丙烯酸酯厌氧胶黏剂，所述胶体的单体类型为醚型、醇酸酯型、环氧酯型或聚氨醋型。

5.如权利要求1所述的机械部件的组装方法，其特征在于，所述胶体层的厚度为0.03mm~0.075mm。

6.如权利要求1所述的机械部件的组装方法，其特征在于，所述静置的时间至少为24小时。

7.如权利要求1所述的机械部件的组装方法，其特征在于，将螺丝底端涂胶体前对所述螺孔、所述通孔及所述螺丝进行清洗，所述清洗处理的溶剂为三氯乙烷、甲乙酮、甲醇、丙酮、去离子水、纯净水、酒精、异丙醇中的一种或它们中的任意组合。

8.如权利要求1所述的机械部件的组装方法，其特征在于，将螺丝底端涂胶体前对所述螺孔、所述通孔及所述螺丝依次进行第一清洗和第二清洗，所述第一清洗的溶剂为三氯乙烷、甲乙酮、甲醇、丙酮中的一种；所述第二清洗的溶剂为去离子水、纯净水、酒精、异丙醇中的一种或它们中的任意组合。

9.如权利要求7或8所述的机械部件的组装方法，其特征在于，所述清洗后、涂胶体前还包括在螺丝底端涂促进剂的步骤，所述促进剂为N，N-二甲基苯胺、二甲基对甲苯胺、三乙胺、辛胺、a-氨基吡啶、四氢喹啉、8-羟基喹啉、乙二胺中的一种。

10.如权利要求1所述的机械部件的组装方法，其特征在于，将涂胶后的螺丝拧入所述螺孔时，当所述螺丝与螺孔位置不匹配时，在1分钟~5分钟之内调整螺丝位置。

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