SE510700C2

SE510700C2 - Bolt joint and procedure at an industrial robot

Info

Publication number: SE510700C2
Application number: SE9700590A
Authority: SE
Inventors: Ove Kullborg
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1999-06-14
Also published as: SE9700590L; WO1998037333A1; SE9700590D0

Abstract

A bolt joint in an industrial robot for fixing a first body (1) to a second body (2). The joint allows a non-play transmission of a torsional force acting between the bodies. An expandable conical first sleeve (8) makes contact with a hole wall of a cylindrical hole (7) common to both bodies. The joint also comprises a conical second sleeve (9) which is adapted to penetrate into the first sleeve (8). A bolt (3) is arranged running coaxially through the sleeves. When the bolt is clamped, the second sleeve (9) penetrates, with force, into the first sleeve (8) and forces the first sleeve (8) to expand. The strong expansion results in the first sleeve (8) deforming deviations in the hole (7), such that it makes butt contact with the common hole wall.

Description

15 20 25 30 35 510 700 2 friktionskraften ej skall överskridas. Ofta bestäms förspänningskraften i skruven genom att ett visst moment appliceras vid åtdragningen av muttern. 15 20 25 30 35 510 700 2 the friction force shall not be exceeded. The biasing force in the screw is often determined by applying a certain torque when tightening the nut.

Förutom den direkta osäkerheten i att rätt anbringa en tillräcklig normalkraft föreligger även en osäkerhet vad gäller minskning av förspänningskraften på grund av materialförändringar i miljö och tid.In addition to the direct uncertainty in correctly applying a sufficient normal force, there is also an uncertainty regarding the reduction of the prestressing force due to material changes in the environment and time.

För att i ett friktionsförband undvika rörelse eller glapp mellan de förbundna föremålen är det känt att vid förband med plana ytor anbringa kraftöverföran- de stift som korsar den gemensamma skiljeytan. Stiften anbringas i ett i rät vinkel anordnat hål i den ena kroppen och intränger i ett motsvarande lika orienterat hål i den andra kroppen. Stiftet anbringas med en sådan precision att en rörelse utan att deformera stiften omöjliggörs. Detta förfarande kräver att stifthålen hos de båda föremålen som skall förbindas sambrotschas. Brot- schning innebär att hålen, vari stiften skall passa bearbetas med ett roterande skärverktyg till stor noggrannhet. Denna bearbetning är spånalstrande och därrned olämplig i anslutning till exempelvis montering av en índustrirobot.In order to avoid movement or play between the connected objects in a friction joint, it is known to apply force-transmitting pins to joints with flat surfaces which cross the common dividing surface. The pins are placed in a hole arranged at a right angle in one body and penetrate into a corresponding equally oriented hole in the other body. The pin is applied with such precision that a movement without deforming the pins is impossible. This method requires that the pin holes of the two objects to be connected be collapsed. Reaching means that the holes in which the pins are to fit are machined with a rotary cutting tool to great accuracy. This machining is chip-generating and therefore unsuitable in connection with, for example, the installation of an industrial robot.

En ytterligare olägenhet är att de båda sambrotschade föremålen bildar par och således ej kan bytas ut eller ersättas utan att brotschning åter utföres.A further disadvantage is that the two co-reamed objects form pairs and thus cannot be replaced or replaced without reassembly being performed again.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att frambringa ett skruvförband, vilket glappfritt överför skjuvkrafter från ett vridande moment mellan tvâ förbund- na föremål. Förbandet skall vara säkert och snabbt kunna appliceras i anslut- ning till montage. Pörfarandet skall undanröja spånalstrande bearbetning på montageplatsen och medge att de förbundna föremålen lätt kan bytas ut utan att någon skärande bearbetning förekommer på montageplatsen.DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a screw joint which smoothly transmits shear forces from a rotating moment between two connected objects. The joint must be safe and quickly applied in connection with assembly. The procedure must eliminate chip-forming machining at the assembly site and allow the connected objects to be easily replaced without any cutting machining occurring at the assembly site.

En anordning som uppfyller ovan angivna ändamål åstadkommes enligt upp- finningen av ett bultförband med de i den kännetecknande delen till patent- krav 1 angivna särdragen och av ett förfarande med de i den kännetecknande delen till patentkrav 5 angivna särdragen. Fördelaktiga utföringsformer anges av särdragen i de kännetecknande delarna till de beroende kraven.A device which fulfills the above stated objects is achieved according to the invention by a bolted joint with the features specified in the characterizing part of claim 1 and by a method with the features specified in the characterizing part of claim 5. Advantageous embodiments are indicated by the features of the characterizing parts of the dependent claims.

Enligt uppfinningen är mellan två förbundna kroppar, vars motliggande ytor i huvudsak är plana, för överföring av skjuvkraft anordnat minst ett för 10 15 20 25 30 35 510 700 3 kropparna gemensamt överföringsorgan. Detta organ är anordnat att expan- dera i ett för kropparna gemensamt hål så att fullständig anliggning erhålles mot hålets insida.According to the invention, at least one transfer means common to two bodies, two opposite bodies, the opposite surfaces of which are substantially flat, are arranged for the transmission of shear force. This member is arranged to expand in a hole common to the bodies so that a complete abutment is obtained against the inside of the hole.

Genom att anordna överföringsorganet expanderbart erhålls med säkerhet all- tid fullständig anliggning mellan organet och det hål, i vilket den är placerad. Överföringsorganet innefattar en yttre konisk hylsa och en inre konisk hylsa, vilka är placerade motvända i varandra. Den yttre hylsan är i en föredragen utföringsform försedd med en längsgående slits, som underlättar expansio- nen. Slitsen har också den fördelen att förbandet lätt kan lossas, varvid den yttre hylsan återtar sin ursprungliga relaxerade form och medger att de för- bundna kropparna är lätt åtskiljbara.By arranging the transfer member expandably, complete abutment is always obtained between the member and the hole in which it is placed. The transfer means comprises an outer conical sleeve and an inner conical sleeve, which are placed opposite each other. In a preferred embodiment, the outer sleeve is provided with a longitudinal slot, which facilitates the expansion. The slit also has the advantage that the dressing can be easily loosened, whereby the outer sleeve regains its original relaxed shape and allows the connected bodies to be easily separated.

Förspänningskraften anordnas på sedvanligt sätt med gängförsedda bultar, vilka kan vara skruvade i en av de förbundna kropparna eller vara anspända medels muttrar. I en föredragen utföringsform är bultarna placerade koncen- triskt med hylsorna, varvid kan utnyttjas att med samtidighet anspänna såväl friktionsförbandet som expansionskraften hos hylsoma.The prestressing force is arranged in the usual way with threaded bolts, which can be screwed into one of the connected bodies or be tightened by means of nuts. In a preferred embodiment, the bolts are placed concentrically with the sleeves, whereby it can be used to simultaneously tension both the friction joint and the expansion force of the sleeves.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utförings- exempel under hänvisning till bifogade ritning där, visar en sektion av ett bultförband med ett skjuvkraftsöverförande organ mellan två förbundna föremål enligt uppfinningen, fig 1 fig 2 visar en vy av en det skjuvkraftsöverförande organet innefattad yttre, med slits försedd konisk hylsa, och fig 3 visar en sektion av ett alternativt utförande av förbandet, och fig 4 visar en sektion av en föredragen utformning av ett skruvförband enligt uppfinningen där bulten är gängad direkt i ett av de förbundna föremålen. 510 700 10 15 20 25 30 35 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL l fig 1 visas ett bultförband, vilket förbinder en första kropp 1 med en andra kropp 2. En genomgående bult 3 är anspänd med en mutter 4, varvid bulten och muttern via en första bricka 5 och en andra bricka 6 åstadkommer en för- spänningskraft över förbandet. Tvärs genom kropparna är anordnat ett cy- lindriskt hål 7 med företrädesvis cirkulärt tvärsnitt. Koncentriskt med bulten 3 är i hålet 7 inrättat en yttre konisk hylsa 8 och en i denna införd inre konisk hylsa 9. De båda hylsorna är utförda i ett material som har större hårdhet än de två kroppar som skall förbindas. Vanligen är hylsorna utförda i härdat stål. En deformationsring 11 av ett elastiskt material, vars hårdhet är anpassad att skapa en önskad axialkraft på den inre hylsan är placerad mellan den första brickan och den inre hylsan.DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be explained in more detail by describing an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing, which shows a section of a bolt joint with a shear force transmitting member between two connected objects according to the invention, Fig. 1 Fig. 2 shows a view of an external shear force transmitting member. , slotted conical sleeve, and Fig. 3 shows a section of an alternative embodiment of the joint, and Fig. 4 shows a section of a preferred design of a screw joint according to the invention where the bolt is threaded directly into one of the connected objects. DESCRIPTION OF EMBODIMENT 1 Fig. 1 shows a bolt joint which connects a first body 1 to a second body 2. A through bolt 3 is tightened with a nut 4, the bolt and the nut via a first washer 5 and a second washer 6 provides a biasing force across the joint. A cylindrical hole 7 with preferably a circular cross-section is arranged across the bodies. Concentrically with the bolt 3, an outer conical sleeve 8 and an inner conical sleeve 9 inserted therein are arranged in the hole 7. The two sleeves are made of a material which has a greater hardness than the two bodies to be connected. The sleeves are usually made of hardened steel. A deformation ring 11 of an elastic material, the hardness of which is adapted to create a desired axial force on the inner sleeve, is placed between the first washer and the inner sleeve.

Genom att den inre hylsan med kraft är inpressad i den yttre hylsan åstad- kommes en expansionskraft som medför att den yttre hylsan med stor kraft pressas mot hålets 7 insida. Ofta föreligger mellan hålen små avvikelser som medför att hålen inte är exakt koncentriska. Det uppkommer därvid en liten klack någonstans utmed hålets kant i övergången från den ena kroppen till den andra. Eftersom den yttre hylsan är hårdare än de sammanfogade krop- parna deformerar hylsan sådana små avvikelser mellan hålen, varvid full- ständig anliggning kan åstadkommas mellan hylsa och hål.Because the inner sleeve is forcibly pressed into the outer sleeve, an expansion force is produced which causes the outer sleeve to be pressed against the inside of the hole 7 with great force. There are often small deviations between the holes which means that the holes are not exactly concentric. A small heel then arises somewhere along the edge of the hole in the transition from one body to the other. Since the outer sleeve is harder than the joined bodies, the sleeve deforms such small deviations between the holes, whereby complete abutment can be achieved between sleeve and hole.

För att underlätta expansionen hos den yttre hylsan är denna försedd med en slits 10 enligt fig 2. Slitsen är enligt denna utföringsform av uppfinningen utformad med vågform så att de båda kanterna på var sida om slitsen uppvi- sar fingrar som i sidled överlappar varandra. Denna utformning ger en bättre anliggning mot hålets insida och den expanderade slitsen medger att deforme- rat material lättare kan undanträngas. Uppfinningen är emellertid inte be- gränsad till ett förband med just den visade utformningen av slitsen. Slitsen kan således utformas på ett flertal sätt som medger att hylsan kan expandera.To facilitate the expansion of the outer sleeve, it is provided with a slot 10 according to Fig. 2. According to this embodiment of the invention, the slot is designed in a waveform so that the two edges on each side of the slot have fingers which laterally overlap each other. This design provides a better abutment against the inside of the hole and the expanded slot allows deformed material to be displaced more easily. However, the invention is not limited to a joint with the exact design of the slot shown. The slot can thus be designed in a number of ways which allow the sleeve to expand.

En fördelaktig utformning av uppfinningen visas i fig 3. Hålet 7 är här ej ge- nomgående utan endast till en del urgröpt i den andra kroppen 2. Bulten är emellertid genomgående och kan vara gängad i den yttre delen av den andra kroppen eller fritt genomgående och anspänd med en mutter 4 på utsidan. 10 15 510 700 Ytterligare ett fördelaktigt utförande av förbandet visas i fig 4. Den första kroppen 1 är här förbunden med en andra större kropp 2. Den av de båda för- bundna kropparna sammanlagda tjockleken är här större än bulten, varför en mutter ej kan appliceras. Utförandet enligt fig 4 visar hur en bult kan anspän- nas och åstadkomma en förspänningskraft över kropparna genom att i den andra kroppen anordna ett gängat hål i vilket bulten skruvas.An advantageous embodiment of the invention is shown in Fig. 3. The hole 7 is not continuous here but only partially hollowed out in the second body 2. However, the bolt is continuous and can be threaded in the outer part of the second body or freely through and tightened with a nut 4 on the outside. Another advantageous embodiment of the joint is shown in Fig. 4. The first body 1 is here connected to a second larger body 2. The total thickness of the two connected bodies is here greater than the bolt, so that a nut cannot applied. The embodiment according to Fig. 4 shows how a bolt can be tightened and provide a prestressing force over the bodies by arranging in the other body a threaded hole in which the bolt is screwed.

De två koniska hylsoma anordnas i de två senaste utföringsforrnerna på sam- ma sätt som i fig 1 endast med en skillnaden att de vilar mot hålets botten.The two conical sleeves are arranged in the last two embodiments in the same way as in Fig. 1, with the only difference that they rest against the bottom of the hole.

Ehuru en kombination av bultförband och hylsor i samma hål är fördelaktig kan hylsorna placeras i ett för de båda kroppama gemensamt hål i valfri posi- tion i gränssnittet mellan de förbundna kroppama. De båda hylsoma kan ock- så på valfritt sätt bringas att inpressas i varandra så att den yttre hylsan expan- derar och genom deformering av avvikelser i hålet skapa en glappfri kontakt mellan de båda kroppama.Although a combination of bolt joints and sleeves in the same hole is advantageous, the sleeves can be placed in a hole common to the two bodies in any position in the interface between the connected bodies. The two sleeves can also be brought into each other in an optional manner so that the outer sleeve expands and by deformation of deviations in the hole create a play-free contact between the two bodies.

Claims

51.0 700 PATENT CLAIMS

Bolt joint in an industrial robot for fixing a first body (1) to a second body (2), which joint allows a flawless transmission of a torque acting between the bodies, an expandable conical first sleeve (8) abutting against a hollow wall of a cylindrical hole (7) common to both bodies, characterized in that the joint comprises a conical second sleeve (9), which is arranged to penetrate into the first sleeve (8), and a bolt (3) running through the sleeves coaxially ), at the tension of which the second sleeve (9) forcibly penetrates the first sleeve (8) and forces the first sleeve (8) to expand so that by deformation of deviations in the hole (7) the first sleeve (8) abuts in dumb contact with the common cavity wall.

Bolt joint according to claim 1, characterized in that the first sleeve (8) has a cylindrical outside and a conical inside and that the second sleeve (9) has a conical outside, which conical surfaces cooperate so that when pressing the second sleeve in the first sleeve the first sleeve expands cylindrically.

Bolt connection according to Claim 1 or 2, characterized in that the first sleeve (8) has a longitudinal slot (10) so that it expands easily during assembly and contracts during disassembly.

Bolt joint according to claim 3, characterized in that the slot (10) of the first sleeve is wavy so that the edge on each side of the slot has fingers which penetrate into recesses in the opposite edge.

A method of an industrial robot for fixing a first body (1) to a second body (2) so that a torsional force acting between the bodies is freely transmitted between the bodies, wherein an expandable conical first sleeve (8) is caused to abut against a hole wall of a cylindrical hole (7) common to both bodies, characterized in that a conical second sleeve (9) is arranged to penetrate the first sleeve (8) and that a bolt (3) is arranged coaxially through the sleeves, whereby the bolt is tensioned partly the bodies (1, 2) are fixed, partly the second sleeve (9) is caused to forcefully penetrate into the first sleeve (8) so that the first sleeve is caused to expand, whereby deviations in the hole are deformed so that the first sleeve is caused to be blunt abut against the common cavity wall.