CN103982523B - 一种螺栓连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组合螺栓，包括螺栓和衬套，所述衬套内侧具有第一凸台，所述螺栓的螺杆上具有外凸缘，所述第一凸台与所述外凸缘配合使得所述螺栓能够在所述衬套内运动但不脱出，所述衬套具有外翻的上凸缘和下凸缘。本发明还提供了采用上述组合螺栓的螺栓连接结构。本发明能够以较低的成本来满足组合螺栓的自动化组装要求，提高生产效率。

Description

一种螺栓连接结构

技术领域

本发明涉及螺栓领域，具体涉及组合螺栓及螺栓连接结构。

背景技术

螺栓是一种常用紧固件，用于将两个被连部件连接到一起，为了防止螺栓头对被连部件产生较大压力算坏被连部件，通常在螺栓外套装一个衬套形成组合螺栓，通过衬套的凸缘来增大接触面积减小压强，起到保护被连部件的作用。

在现有技术中，最常见的是螺栓与衬套为两个单独零件，只有在装配时才将螺栓插入衬套，而衬套需要提前焊接或者固定在被连部件中，而在如图1所示的现有技术中，采用的是组合螺栓的方式，组合螺栓100中的螺栓包括螺栓头110和螺杆120两部分，其中螺杆120还具有光滑段121和螺纹段122。衬套130的上凸缘131的目的是增大与被连部件的接触面积减小压强。为了提高螺栓与衬套130的便携性，在螺杆120的光滑段121上设置了凸块123，在衬套130的端部设置了限位环132，这样，限位环132与凸块123配合，使螺栓能够在衬套130内上下运动但不会从衬套130中脱出。

然而，图1中所示的现有技术只考虑到了螺栓与衬套之间的便携性，在实际安装中，仍然需要人工将衬套130插入被连部件的螺栓孔中，然后再拧紧螺栓，而对于高度自动化的组装生产线来说，例如在汽车组装生产线中，利用组合螺栓进行自动组装时，如果利用机械手将衬套插入螺栓孔并拧紧螺栓是不容易做到的，因为这需要被连部件具备高度的制造精度、承载被连部件在生产线中运动的夹具具有高度的夹持精度、夹具轨道或者柔性制造所采用的AGV小车(Automated Guided Vehicle)具备高度的运动精度、机械手具备高度的定位精度，这使得整条生产线必须具备复杂的设计 和高昂的成本投入。因此基本上自动化生产线仍然大规模采用人工拧螺栓的方式，这严重影响了整条生产线的生产节拍，降低了生产效率。

而人工将衬套130插入被连部件的螺栓孔中还存在操作人员疏忽而少插的现象，造成自动组装中机械手无螺栓可拧的现象，而这一缺陷要在后续的工序中被发现再进行补装显然也会提高成本。

图1中示出的现有技术存在的另一个问题是该组合螺栓虽然具备便携性，但如果在拧紧螺栓过程中用力过大，会出现螺栓头110或者螺纹段122被“拧花”的现象，或者如果被连部件在使用过程中频繁振动，经常会出现螺纹段122疲劳失效的现象，这时需要更换螺栓，而此时虽然衬套130仍然具备分散受力的作用，但只能将整个组合螺栓拆下，衬套130无法重复使用，造成材料和成本的浪费。

发明内容

本发明的目的是克服上述问题，以较低的成本来满足组合螺栓的自动化组装要求，提高生产效率。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了如下技术方案：

一种组合螺栓，包括螺栓和衬套，所述衬套内侧具有第一凸台，所述螺栓的螺杆上具有外凸缘，所述第一凸台与所述外凸缘配合使得所述螺栓能够在所述衬套内运动但不脱出，所述衬套具有外翻的上凸缘和下凸缘。

优选地，所述第一凸台为多个并且相互间隔。

优选地，所述衬套为金属材质，所述第一凸台为片状。

优选地，所述衬套为塑料材质。

优选地，所述外凸缘为所述螺杆的螺纹段的上端面。

一种螺栓连接结构，包括第一被连部件和第二被连部件，所述第一被连部件的螺栓孔内安装有如上所述的组合螺栓，所述螺栓孔上端倒角，所述螺栓孔内具有第二凸台，所述第二凸台与所述下凸缘配合防止所述衬套从所述螺栓孔内脱出，所述螺栓与所述第二被连部件螺纹连接。

优选地，所述第二凸台为非连续的斜凸台，并且在所述第二凸台位置处，所述螺栓孔的最小孔径允许所述下凸缘斜向穿过但在所述组合螺栓处 于垂直状态下所述第二凸台与所述下凸缘配合防止所述衬套从所述螺栓孔内脱出。

优选地，所述第二凸台为连续的凸台，并且在所述第二凸台位置处，所述螺栓孔的最小孔径小于所述下凸缘的直径，所述组合螺栓是在所述第一被连部件具有热收缩性时插入所述螺栓孔或在所述第一被连部件成型阶段注塑在所述螺栓孔中的。

由于在衬套上增加了外翻的下凸缘，因此在第一被连部件与第二被连部件连接以前的工序中，就能够方便地将组合螺栓置于螺栓孔中，利用螺栓孔中的第二凸台防止生产线转运过程中衬套从螺栓孔中脱出，这样在将进行自动化组装时，对被连部件的制造精度、承载被连部件在生产线中运动的夹具夹持精度、夹具轨道或者柔性制造所采用的AGV小车(Automated Guided Vehicle)的运动精度要求降低，只需要机械手能够拧到螺栓即可，这是容易实现的，大大降低了整条生产线的设计复杂度并避免了高昂的成本投入，提高了生产节拍和效率。

进一步地，第一凸台采用相互间隔而非图1中的连续的限位环方式，使得第一凸台具备更低的刚性，当螺栓被拧花或者螺纹失效需要更换螺栓时，允许外凸缘在一定的受力情况下从第一凸台脱出，而不必将衬套取出，衬套仍然留在螺栓孔内被再次使用，节省材料和成本。

进一步地，当衬套为金属材质时，将第一凸台设计为片状使得第一凸台具备更高的柔性，便于失效的螺栓的第一凸台脱出。

进一步地，当衬套为塑料材质时，间隔开的第一凸台具备脆性，而一般螺栓为金属材质，需要更换螺栓时向上受力脱出时容易造成第一凸台破碎，从而使螺栓顺利脱出。

进一步地，利用螺杆的螺纹段的上端面作为外凸缘，无需再单独加工外凸缘，节省工序。

进一步地，第二凸台为非连续的斜凸台，并且在第二凸台位置处，螺栓孔的最小孔径允许下凸缘斜向穿过，这样将第一连接部件置于自动化组装生产线上后再安装组合螺栓，能够采用机械臂将组合螺栓置于螺栓孔上方或部分伸入螺栓孔内，螺栓孔上方的倒角具备一定的导向能力降低定位 精度，松开组合螺栓后，组合螺栓在重力作用下，下凸缘能够斜向穿过螺栓孔，而此后，组合螺栓在重力作用下回复至垂直状态，第二凸台仍然能够与下凸缘配合防止衬套从螺栓孔内脱出，这大大降低了整条组装生产线的精度要求，降低了成本。

进一步地，第二凸台采用连续的凸台，在第二凸台位置处，螺栓孔的最小孔径小于下凸缘的直径，这使得第一被连部件与衬套之间具备更加可靠的防脱效果，即使在第一被连部件向组装生产线运输过程中产生颠簸，组合螺栓也不会从螺栓孔中意外脱出。

附图说明

接下来将结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细说明，其中：

图1是现有技术的组合螺栓剖视图；

图2是本发明的实施例的组合螺栓的轴测图；

图3是图2中的衬套的俯视图；

图4是本发明的实施例的组合螺栓的剖视图；

图5是本发明的实施例的第一被连部件的轴测图；

图6是沿图5中的A-A线的剖视图，显示的是组合螺栓连接过程的第一状态；

图7是图6中的螺栓孔的俯视图

图8是沿图5中的A-A线的剖视图，显示的是组合螺栓连接过程的第二状态。

上图中标记说明：组合螺栓100、螺栓头110、螺杆120、光滑段121、螺纹段122、凸块123、衬套130、上凸缘131、限位环132、组合螺栓200、螺栓头210、螺杆220、光滑段221、螺纹段222、外凸缘223、衬套230、上凸缘231、下凸缘232、第一凸台233、缸盖护罩300、螺栓孔310、倒角311、第二凸台320、密封圈400、气缸盖500。

具体实施方式

在接下来的描述中，以缸盖护罩300作为第一被连部件，以气缸盖500 作为第二被连部件对采用本发明的实施例中的组合螺栓200的螺栓连接结构进行说明，但这并不能被认为是对第一被连部件和第二被连部件的限定，本发明的螺栓连接结构同样适用于除缸盖护罩300、气缸盖500之外的其它被连部件。并且除非特别指明，“凸缘”指的是连续的环形凸出部分，而“凸台”指的是非连续的凸出部分。

参考图2，在组合螺栓200中，螺栓具有螺栓头210和螺杆220，螺杆220穿入衬套230，衬套230具有外翻的上凸缘231和下凸缘232。其中上凸缘231的作用是拧紧螺栓后螺栓头210压在上凸缘231上，从而分散受力，保护被连部件。下凸缘232的作用将在下文中详述。

参考图3，在衬套230内侧具有多个间隔开的第一凸台233。

参考图4，螺杆220上具有光滑段221和螺纹段222，其中螺纹段222的上端面同时作为外凸缘223，节省材料和加工工序。这样，螺杆220穿出衬套230后，第一凸台233与外凸缘223配合使得螺栓能够在衬套230内运动但不脱出。在本实施例中，与图1中采用限位环132的现有技术相比，多个相互间隔的第一凸台233的优势在于，这样的结构使得每个第一凸台233的强度均较弱，当螺栓头210被拧花或者螺纹段222上的螺纹失效时，能够相对容易地将螺栓脱出。当衬套230为金属材质时，第一凸台233制作成为片状，使得第一凸台233更加柔软，或者直接采用塑料材质制作衬套230，使得第一凸台233具备脆性，这样更加有利于螺栓脱出，例如通过工具上翘的方式，虽然这样会破坏第一凸台233，但衬套230仍然能够留在螺栓孔内继续使用，从维修的角度讲，这是更加节省材料和成本的。当然，本领域技术人员也能够采用图1中的凸块123与限位环132的配合方式进行限位，但这样不利于螺栓的脱出，一旦螺栓失效则需要连同衬套230一同更换。

参考图5，在缸盖护罩300与图8中的气缸盖500螺栓连接工序前，将组合螺栓200预安装到缸盖护罩300的螺栓孔内是具备优势的，这样，能够在组装生产线上直接以机械手进行螺栓拧紧，前述的定位精度、加工精度等要求都会降低，因为此时机械手只需要与螺栓保证定位精度要求即可。

参考图6，该图显示的是组合螺栓200连接过程的第一状态，即组合螺栓200正在预装入缸盖护罩300的螺栓孔310中的状态。可见，在此连接结构中，螺栓孔310上端倒角311能够起到对组合螺栓200的定位导向作用，螺栓孔310内具有第二凸台320，并且结合图7可见，第二凸台320并非沿整个孔310内壁连续的斜凸台，在图7中第二凸台320为单个凸台。这样，当组合螺栓200脱开机械手的约束下落时，在重力作用下，衬套230的下凸缘232碰到第二凸台320后会使得组合螺栓200发生倾斜，而在螺栓孔310内，第二凸台320位置处，螺栓孔的最小孔径d2要大于倾斜后的组合螺栓200的下凸缘232的水平宽度d1，这允许组合螺栓200继续下滑使得下凸缘232斜向穿过螺栓孔310的第二凸台320处。

如图8所示，在组合螺栓200的下凸缘232穿过螺栓孔310的第二凸台320后，组合螺栓200在重力作用下处于垂直状态，此时第二凸台320与下凸缘232配合防止衬套230从螺栓孔310内脱出，在自动化生产线中利用机械手就能够很容易地完成组合螺栓200与缸盖护罩300的组装，这样在自动化生产线中转运至与气缸盖500拧紧的位置过程中，组合螺栓200不容易脱出。然后再通过对螺栓头210的拧紧使螺栓与气缸盖500螺纹连接，同时压紧密封圈400。这样，组合螺栓200的预装和螺栓的拧紧均能够通过机械手完成，效率更高并且不容易造成螺栓缺失。本领域技术人员能够根据防脱强度需要增加更多的第二凸台320而非采用图7中的单个凸台，但多个第二凸台320的设置也要满足组合螺栓200的下凸缘232能够在重力作用下“斜向”穿过螺栓孔310的要求，然后组合螺栓200回复至竖直状态使下凸缘232被第二凸台320“钩住”。

由上述可知，采用本发明的螺栓连接结构后，进行自动化组装时，对被连部件，例如本实施例中的缸盖护罩300的制造精度、承载被连部件在生产线中运动的夹具夹持精度、夹具轨道或者柔性制造所采用的AGV小车(Automated Guided Vehicle)的运动精度要求降低，只需要机械手能够拧到螺栓即可，这是容易实现的，大大降低了整条生产线的设计复杂度并避免了高昂的成本投入，提高了生产节拍和效率。

为了获得更好的防脱效果，能够采用连续的凸台作为第二凸台320， 并且在第二凸台320位置处，螺栓孔310的最小孔径d2小于下凸缘232的直径，此时使下凸缘232穿过第二凸台320能够采用两种方式：一是组合螺栓200在缸盖护罩300较热时插入螺栓孔310并使下凸缘232穿过第二凸台320，随后缸盖护罩300冷却收缩使组合螺栓200被保持在螺栓孔310内；另一种方式是在缸盖护罩300成型阶段，将组合螺栓200直接注塑在螺栓孔310中。上述两种方式均是在缸盖护罩300的生产阶段完成组合螺栓200的安装的，这样做虽然具备更好的组合螺栓防脱效果，在运输过程中也不会引起螺栓丢失，但与图6至图8中所示的实施例相比，需要更高的模具成本或者更加苛刻的生产条件。但无论如何，与传统的被连接部件中安装衬套—衬套中插入螺栓—拧紧螺栓的工序相比，组合螺栓200的下凸缘232的存在，使得本发明的螺栓连接结构能够实现螺栓与衬套同时安装如被连接部件—拧紧螺栓两部工序，并且两部工序均能够适用于自动化的组装而节省人工，组装线成本投入低，效率得到明显提升。

虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不限定于上述实施例，而只受权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。

Claims (5)

1.一种螺栓连接结构，包括第一被连部件和第二被连部件，其特征在于，所述第一被连部件的螺栓孔内安装有组合螺栓，所述组合螺栓包括螺栓和衬套，所述衬套内侧具有第一凸台，所述螺栓的螺杆上具有外凸缘，所述第一凸台与所述外凸缘配合使得所述螺栓能够在所述衬套内运动但不脱出，所述衬套具有外翻的上凸缘和下凸缘，所述螺栓孔上端倒角，所述螺栓孔内具有第二凸台，所述螺栓与所述第二被连部件螺纹连接，所述第二凸台为非连续的斜凸台，并且在所述第二凸台位置处，所述螺栓孔的最小孔径允许所述组合螺栓在重力作用下下滑，所述下凸缘斜向穿过但在所述组合螺栓处于垂直状态下所述第二凸台与所述下凸缘配合防止所述衬套从所述螺栓孔内脱出。

2.根据权利要求1所述的螺栓连接结构，其特征在于，所述第一凸台为多个并且相互间隔。

3.根据权利要求2所述的螺栓连接结构，其特征在于，所述衬套为金属材质，所述第一凸台为片状。

4.根据权利要求2所述的螺栓连接结构，其特征在于，所述衬套为塑料材质。

5.根据权利要求1所述的螺栓连接结构，其特征在于，所述外凸缘为所述螺杆的螺纹段的上端面。