CN1688822A - 公差补偿安装装置 - Google Patents

Abstract

一种公差补偿安装装置(100)，包括一个具有内螺纹(102)和外螺纹(104)的套筒(101)。套筒拧入要安装到一个表面的一个零件(P)。然后一个螺栓(200)沿套筒内螺纹拧入套筒内孔。内螺纹(102)在螺栓杆和螺纹之间引起一种干涉配合，暂时防止螺栓进一步插入。然后进一步转动螺栓(200)，因此使套筒(100)转动，并使这个套筒朝着安装面从零件(P)中拧出直至套筒座靠在安装面上，因此完全补偿了一个公差间隙。随着进一步转动螺栓，以一个比较低的扭矩使牺牲性螺纹(102)剥伤，这样，螺栓完全拧入安装面孔，因此，以适当扭转的连接头把构件连接起来，同时又补偿了公差间隙。

Description

公差补偿安装装置

技术领域

本发明涉及一种固定装置，特别涉及用于连接构件并对这些构件间的配合公差进行补偿的一种公差补偿安装装置。

背景技术

公差对设备构件的组装可能有不利影响，即，构件之间的尺寸公差可能在固定点引起间隙。它们不是都可被消除的，但只对组装装置是允许的。当在特定位置连接两个以上的构件时，公差也可能被叠加，产生明显的尺寸偏差或间隙。

根据使用环境的情况，公差可能很小，如一个毫米的几分之一，或者公差可能很大，如几个毫米。一般地说，大的公差降低制造成本。

在先有技术中，已试图在一种组装的装置中消除公差或补偿它们。这些一般涉及垫片或螺钉型装置，它们填充在被连接构件配合表面的间隙中。这些垫片或螺钉型装置通常是与紧固件分开的组件。

先有技术的一个典型是授予Rückert等人的美国专利No.4682906(1987)，该文件公布了一种用于夹持结构件连接接头的装置，这些结构件被安排在上述空间的一个圆隔盘相互分开，圆隔盘由其外侧边靠在一个结构件上而固定。

先有技术的另一个典型是授予Leicht等人的美国专利No.5501122，该文件公布了用于对准被连接构件的孔的一种双圆锥形装置。这种装置包括一组由螺栓连接的锥形结构。

先有技术没有解决这样一个问题，即：在采用适当的扭转或夹持方式连接构件的同时，补偿平的安装面之间的公差，并不在构件内引起不需要的应力。先有技术也不能使具有非共面连接面的构件进行适当连接。同时，先有技术也不能提供一个紧固件，作为组装工艺的一部分，以自动补偿安装面间的公差间隙或空隙。

这就提出需要有一种装置，完全横跨在用螺纹套筒连接的构件之间的空隙或公差间隙中，并同时连接这些构件。要求有一种装置，完全横跨在用螺纹紧固件连接的构件之间的公差间隙中。必须有一种装置，自动补偿装配时的公差间隙。本发明满足这些要求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种公差补偿安装装置，完全补偿用螺纹套筒连接的构件之间的公差间隙或装配空隙，并同时连接这些构件。

本发明的另一目的是提供一种公差补偿安装装置，完全补偿用螺纹紧固件连接的构件之间的公差间隙。

本发明的其他目的可通过说明书和附图明白。

本发明涉及一种公差补偿安装装置，包括一个具有内外螺纹的套筒。套筒拧入被安装到一个表面的一个零件。然后一个螺栓沿套筒内螺纹拧入套筒孔。内螺孔引起螺栓杆和螺纹间的干涉配合，暂时防止螺栓进一步插入。然后转动螺栓，因而转动了套筒，使套筒朝安装面移动拧出构件，直到套筒靠在安装面上，因此完全补偿公差间隙。随着进一步转动螺栓，牺牲性内螺纹被剥伤，使螺栓安全拧入安装面孔，因此，同时连接了这些构件并补偿了公差间隙。

附图说明

结合并构成本说明书一部分的附图，与说明书一起说明本发明的最佳实施例，用于解释本发明的原理，附图中：

图1是公差补偿装置的一个横截面图。

图2是图1的2-2线的一个顶视图。

图3是图1的3-3线的一个顶视图。

图4是本发明装置的一个侧向横截面图。

图5是本发明装置的一个侧向横截面图。

图6是图5的6-6线的一个顶视图。

图7是另一个实施例的一个横截面图。

图8说明本发明的第三实施例。

图9是沿图8的9-9线的一个顶视图。

图10是另一个实施例的一个侧向横截面图。

图11是图10的详图。

图12是图11的12-12线的一个截面图。

图13是图10所示实施例的一个侧向横截面图。

图14是图13的14-14线的一个顶视图。

图15是另一个实施例的一个横截面图。

图16是用于图15所示实施例的一个卡环的透视横截面图。

具体实施方式

图1是公差补偿安装装置的一个横截面图。本发明的装置100包括套筒101。套筒101基本上呈圆筒形。套筒101有一个带螺纹102的内表面元件。带螺纹的内表面元件可以包括表面凸起部分，以便如这里所述的与紧固件啮合。在这个最佳实施例中，内表面元件包括螺纹102。

螺纹102包括现有技术中任何形式的螺纹的两倍螺距。套筒101也包括沿主轴线通过该套筒长度的一个腔或孔103。螺栓200通过孔103与套筒101啮合。如图4所示，螺栓200啮合螺纹102。螺纹102的一个较小的内径小于孔103的内径，因此，螺纹102可以啮合一个螺栓，而螺栓200不啮合孔103的表面。

在这个最佳实施例中，套筒101包括一种金属材料。然而，可以断定，它也可以包括非金属材料，如复合材料、陶瓷或塑料，用于连接构件之间要求非导电绝缘体的情况，或要求低扭矩的场合。

套筒101也包括一个具有外螺纹104的外表面。螺纹104沿套筒101外表面的长度L延伸。

套筒101还包括一个与主轴线平行的对称的平台105，可以便于使用扳手或手指安装工具，如图2和图3所示。平台形状类似于螺母或螺栓头。平台也可用滚花面或平面圆柱体面替代，以便于用手指转动套筒。

参见图4，在没有安装螺栓200时，首先把装置100拧入零件P。螺纹104与零件P中的螺纹FT啮合。在这个最佳实施例中，套筒101拧入零件P，直至表面106与零件P啮合。可以明白，实际上并不要求表面106接触到零件P，但这种啮合是套筒101完全插入零件P的一个好的标志。同时，在套筒101完全插入时，最好超出零件P一个长度A，以保证螺纹104的大部分与零件P啮合。然后螺栓200拧入孔103，直至螺栓杆或螺栓螺纹202端部与螺纹102啮合。螺栓杆的直径D1大于螺纹202的直径D2，见图7。这就导致螺栓200和螺纹102之间的干涉配合，暂时防止螺栓200进一步插入套筒101。

然后零件P与安装面M对齐，因此，螺栓200与安装面的孔MH成为一线。

在另一个实施例中，把一种粘结剂，如Loctite 2015^TM涂到螺栓螺纹202上。粘结剂用于暂时把螺栓螺纹202粘结到螺纹102上。在这个实施例中，首先把套筒101插入零件P。螺栓螺纹202的一部分涂上粘结剂。螺栓200拧入套筒，因此拧入螺纹102。粘结剂暂时把螺栓螺纹202固定到套筒螺纹102上。然后转动螺栓200，使套筒101同时转动。转动螺栓200直至表面107与安装面M接合，在这一点，套筒101停止转动。随着进一步在螺栓上施加扭矩，粘结剂在剪切作用下失效，因此，螺栓继续转动，直至它完全与孔MH啮合。

参见图5，转动螺栓200，由于螺栓200和螺纹102的干涉，这种转动对套筒101从零件P拧出有影响。套筒101随螺栓200转动，直至表面107与安装面M啮合。然后一个更低的扭矩施加到螺栓200上，足以使螺纹102扭转，剥伤或破坏。本专业技术人员从说明书中可以明白，螺纹102相对较“软”，以便为提供套筒101随螺栓200转动直至套筒101靠在一个安装面上的一个装置作出牺牲。采用粘结剂、一个短的干涉长度或一个聚合物插入件设在孔103中也都可以得到类似结果，它们都可以暂时夹持螺栓杆，使套筒101随螺栓200转动。

另一个实施例包括螺纹102的变型，即：螺纹稍微扭曲，因此这种螺纹比较“刚性”，使其与螺栓螺纹202产生摩擦啮合。

也可以明白，一旦套筒101座靠在安装面上，与螺纹102啮合的螺栓200的螺纹202将局部或全部变形或剥伤，因为螺栓螺纹的上部预定不会与安装孔MH的螺纹啮合。

示于图7的另一个实施例中，螺栓200的直径D1段只从螺纹202伸长一段有限的距离。如前述的那样，螺纹102被螺栓杆较宽的部分剥伤。在螺栓拧入安装面时，螺栓杆的较小直径的部分防止进一步扭转使螺栓杆与剥伤的螺纹102之间啮合。因此，这就防止了在螺栓完全拧入安装面时出现错误的扭矩。

在螺栓200上加扭矩而剥伤螺纹102对零件P上的预加载荷也有影响。本发明的这个特点有利于提高零件和整个组装件的刚性。预加载荷值可以按照剥伤螺纹102所要求的扭矩调节。

一旦表面107与安装面M接合，施加一个扭矩到螺栓上，使牺牲的螺纹102失效。然后螺栓200完全拧入安装面M的螺纹孔MH中，直至螺栓凸缘201与零件P的支撑面接合。根据其应用情况，然后可把螺栓200扭转到一个适当的扭矩值。可以看到，公差间隙已自动完全被套筒所覆盖。

图6是沿图5的6-6线的这个紧固件的顶视图。示出了凸缘201。按用户要求，凸缘201可以是任何宽度。

由图4和图5可见，使用本发明的装置可以覆盖一个明显的公差T，同时把一个附件安装在安装面。这种装置可以实现坚固的适当扭转的螺栓接头，而又没有把不需要的弯曲(或其他扭曲载荷)施加到被夹持的构件或附件上。

本发明的工具可以在许多情况下消除公差叠加的影响(或者，实际上允许使用较大的公差)，例如，在要求较大公差以便于构件组装而完全补偿这种公差的情况。对处于不同平面的各表面进行螺栓连接时，以及，把以不同角度的表面螺栓连接到一个主表面安装面时，也可使用本发明的装置补偿其公差。

值得注意，本发明这种装置可以“转化”到另一实施例中。图7示出这样一个实施例的横截面图。不是拧入被螺栓连接的零件，取而代之的是用螺纹104拧入安装面的孔。在这种情况，外螺纹104是左旋的。作为一种转换(在图中未示出)，代替螺纹102的一种摩擦接头，插入孔103中，以摩擦夹持螺栓200，因此，当转动螺栓时，套筒被拧离或拧出安装面以消除公差空隙，直至套筒与零件啮合。由于一旦套筒靠到安装面，螺栓进一步被扭入安装面，这种摩擦接头实施例只有很小的扭矩要求，容易实现。

一旦套筒101和零件P压靠到表面108上，螺纹102如前所述受到剥伤，并且螺栓200完全扭下。

在另一个实施例中，螺纹102沿孔103的长度伸展，但不是牺牲件。螺纹102与螺纹104是反向螺纹。首先用左旋螺纹104把套筒101拧入安装孔MH中。然后螺栓200插入零件P的孔PH，并进入孔103。在这个实施例中，零件P的孔中没有螺纹，螺栓200也不与安装面孔螺旋啮合。当套筒101在螺栓转动作用下从安装面M拧出时，套筒面108与零件P接合。然后螺栓200完全拧入套筒101。在螺栓200转动完全定位时，左旋螺纹104与安装孔MH啮合。可以明白如螺纹连接专业已知，要求整个螺纹的最小部分与孔MH啮合，这样可以得到螺旋接头的完整强度。

本专业技术人员也可明白，可以用手，或用工具或扳手通过平台105转动套筒101，以便把它安装到零件中，或者转动它以补偿公差空隙T。

图8是本发明第三实施例。套筒300基本上呈圆筒形，沿其主轴线设一个内腔或孔303。外螺纹304沿套筒300外表面延伸。在这个实施例中，螺纹304是右旋的。用于手动啮合或螺旋啮合这个套筒的平台或滚花表面305包括装置的一端。螺栓200通过孔303啮合套筒。在使用中，零件P定位于相应安装面M的最后安装位置。螺栓200插入孔303，然后用螺纹315把套筒300拧入零件P，直至表面307接合安装面M。套筒300可以用手，或牺牲性螺纹315，或其他摩擦插入件进行转动以便与螺栓200啮合，如在其他实施例那样，使螺栓200带动套筒300转动。一旦套筒面307接合安装面M，进一步转动螺栓200将损伤螺纹310，然后螺栓200完全拧入安装面M。一旦螺栓200的头部完全与套筒面308接合，螺栓200完全拧入。

图9是沿图8的9-9线的一个平面图。示出了用于啮合工具或类似物件的平台305。

图10是另一个实施例的侧向横截面图。套筒101和螺栓200与上面的图中所述的一样，但不同之处如下。螺栓200包括一个或多个径向伸出花键2000。花键2000的外径大于螺栓202的外径。

图11是图10的详图。套筒101包括有配置在孔103内表面的台肩1000。台肩1000的内径小于花键2000的外径。

在使用中，一旦套筒101插入零件P，就把螺栓200压入孔103，直至花键2000与台肩1000接触。进一步用足够的力把螺栓200轴向压入孔103，使花键2000局部切入台肩1000。一旦花键200以这种方式与台肩1000啮合，转动螺栓200而带动套筒101转动。当表面107接合M时，套筒101停止转动。如对螺栓200进一步施加扭矩，花键2000被剪切掉，因此，使螺栓200安全拧入M，如图5所示，也完全与P啮合。

花键2000略呈圆锥形，与螺栓中心线A-A成α角配置。α角使花键2000逐渐啮合台肩1000，直至到一个预定点位，而花键2000没有完全被驱动超越图10所示的初始啮合位置上的台肩1000。

螺纹202的外径小于台肩1000的内径，以在插入螺栓200时防止螺纹202与台肩1000接触。这也强化了螺栓200的x-y移动的适应性，因此强化了其与孔MH的对准特性。

图12是图11的12-12线的截面图。示出了花键2000从螺栓200径向伸出，对着台肩1000，并与其接合。在一个实施例中，容纳花键2000的槽口可以预先切入台肩1000。

图13是图10中的实施例的一个侧向横截面图。示出台肩1000从孔103的一个内表面伸出。台肩1000只要伸出超过一部分内表面就可得到同样的好结果。台肩1000与花键2000之间的接合只要求足以使螺纹把扭矩传递给套筒101即可，以便克服零件P中套筒101的转动摩擦。

图14是图13中的一14-14线的一个平面图。

图15是另一个实施例的横截面图。卡环500与螺纹202和套筒孔内表面108啮合，并处于这二者之间。卡环500包括外表面501和螺纹502。螺纹502可以预切开，也可在螺纹202作用下切开。卡环500呈弯曲形。

在使用中，卡环500在螺纹202上转动或拧动，包括与螺栓杆边端203接触。与杆边端203接触限制了卡环500在螺栓上任何进一步的移动。然后螺栓200连同卡环500插入孔103。卡环500的外径等于或稍大于孔103内径。以在卡环500外表面501和套筒101的内表面108之间产生摩擦啮合。当螺栓200拧入孔MH时，卡环外表面501与套筒101内表面108的摩擦啮合引起套筒101转动。套筒101转动时即产生轴向移动，导致表面107与安装面M进入接触。随着螺栓200完全拧入安装面孔MH，套筒101停止转动。一旦套筒101啮合安装面M，卡环500简单地沿内表面108滑动。螺纹104方向与螺纹202的方向相同，且它们可以都是右旋或左旋的。

卡环500可由能被螺纹202切开的任何材料构成，且其外表面有足够的摩擦系数，以使套筒101随螺栓200转动而转动。卡环500可包括一种塑料，如尼龙，或任何相当材料。

卡环500也可包括一个足够小的内径，以在卡环500和螺栓螺纹202之间产生摩擦配合。如前所述，外表面501和内表面108间也存在摩擦配合。卡环和螺栓螺纹间的这类摩擦配合不要求卡环500啮合螺栓杆边端203，以便使套筒101随螺栓200转动而转动。

图16是图15实施例的卡环的透视横截面图。示出卡环500具有螺纹502，且是在啮合螺栓502后切开的。如前所述，螺纹502也可预切开。外表面501摩擦啮合套筒101的内表面108。

虽然这里已经说明了本发明的一种形式，很显然，对于本专业技术人员来说，在不背离这里所述的本发明精神和范围的前提下，可对其结构及相关零件进行改动。

Claims (21)

1.一种装置，包括：

一个基本上呈圆筒形的主体，主体外表面上具有螺纹，主体具有一个用于接纳一个紧固件的内孔，所述内孔平行于一个主轴线；

一个在圆筒形主体的一端、大体上与主轴线垂直延伸的第一表面。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：在所述内孔的一部分上具有一个表面元件，所述表面元件的直径小于所述内孔的直径，藉此所述表面元件接合一个紧固件。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于所述紧固件包括一个可与所述表面元件接合的螺纹紧固件。

4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于所述螺纹紧固件可与一个安装面孔接合。

5.按照权利要求2所述的装置，其特征在于所述表面元件包括一个牺牲性螺纹，藉此实现与一个螺纹紧固件部分的干涉啮合，并且通过螺纹紧固件部分的进一步插入可使这种牺牲性螺纹变形。

6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于所述螺纹紧固件还包括一个垂直于紧固件主轴线延伸的第二表面。

7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于所述主体还包括与主轴线平行的对称设置的接合表面，用于转动所述主体。

8.按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述内孔表面还包括一个具有螺纹用于接合紧固件的元件。

9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于所述外螺纹与所述内孔表面上的螺纹是反向的。

10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于所述外螺纹包括左旋螺纹。

11.按照权利要求2所述的装置，其特征在于所述主体包括一种金属材料。

12.按照权利要求2所述的装置，其特征在于所述主体包括一种非金属材料。

13.按照权利要求2所述的装置，其特征在于所述内孔表面还包括一个用于滑动接合紧固件的摩擦表面。

14.一种安装装置，包括：

一个紧固件；

一个基本上呈圆筒形的主体，在所述主体的外表面上具有螺纹用于啮合一个零件，并且所述主体具有与主轴线平行的内孔用于安装所述紧固件；

一个在圆筒形主体一端、大体上与主轴线垂直延伸的一个第一表面，用于接合一个安装面；

所述内孔的一部分上具有一个表面元件，该表面元件包括一个摩擦面，并且该表面元件的直径小于所述内孔的直径，以便接合紧固件，所述紧固件进一步可与一个安装面孔接合；

其中所述紧固件还包括一个与紧固件主轴线垂直延伸的第二表面，用于啮合一个零件。

15.按照权利要求14所述的装置，其特征在于所述紧固件的一部分有螺纹。

16.一种安装装置，包括：

一个基本上呈圆筒形的主体，该主体的外表面上具有螺纹用于啮合一个零件，并且所述主体具有内孔用于安装一个紧固件；

一个在圆筒形主体一端、大体上与主轴线垂直延伸的第一表面，用于接合一个安装面；

在所述内孔的一部分具有一个表面元件，所述表面元件用于摩擦接合一个紧固件。

17.一种公差补偿装置，包括：

一个套筒，所述套筒的外表面有一个螺旋螺纹用于啮合一个结构零件上的一个匹配的螺旋螺纹，所述套筒还具有一个孔用于安装一个紧固件，套筒在所述结构零件中的转动决定了所述套筒的一个轴向位置；

用于接合另一结构零件的一个套筒表面；

一个具有紧固螺纹的紧固件；

一个与紧固件螺纹及孔表面接合的元件，紧固件的转动导致套筒转动进入另一结构零件上的一个支撑位置。

18.按照权利要求17所述的装置，其特征在于所述元件呈圆环形。

19.按照权利要求17所述的装置，其特征在于所述元件具有一个孔，所述孔具有一个螺纹，用于共同啮合所述紧固件。

20.一种装置，包括：

一个基本上呈圆筒形的主体，所述主体的外表面上有螺纹，所述主体具有一个内孔用于安装一个紧固件；

一个在圆筒形主体一端、大体上与主轴线垂直延伸的第一表面；

所述内孔具有一个牺牲性螺纹，用于啮合紧固件。

21.按照权利要求20所述的装置，其特征在于所述外表面上的螺纹与所述牺牲性螺纹是反向的。

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