压力可调的顶丝和配套的螺丝刀 |
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| 申请号 | CN201610008325.3 | 申请日 | 2016-01-07 | 公开(公告)号 | CN105508382A | 公开(公告)日 | 2016-04-20 |
| 申请人 | 中国科学院上海光学精密机械研究所; | 发明人 | 桂珞; 王建磊; 马明; 施翔春; 陈卫标; 刘秋菊; | ||||
| 摘要 | 一种压 力 可调的顶丝和配套的螺丝刀，所述的顶丝包括顶丝帽、外 螺纹 套筒、测量杆、“T”形顶丝头和 弹簧 ，所述的配套的螺丝刀， 自上而下 依次是连成一体的螺丝刀把手、螺丝刀杆和螺丝刀头。本 发明 适用于现有各种需要顶丝的场合，只要利用配套的螺丝刀旋动顶丝的测量杆，即可方便、准确地调控顶丝对 工件 的压力。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种压力可调的顶丝和配套的螺丝刀，特征在于：所述的顶丝包括顶丝帽(1)、外螺纹套筒(4)、测量杆(5)、“T”形顶丝头(6)和弹簧(7)，所述的顶丝帽(1)具有中心通孔(2)和位于该中心通孔(2)两侧的“一”字形矩形凹槽(3)，所述的外螺纹套筒(4)的上端与所述的顶丝帽(1)下表面中心对称地固定连接在一起构成外螺纹套筒(4)的中空腔(9)，该中空腔(9)的下底的中心通口的直径小于所述的中空腔(9)的直径，所述的外螺纹套筒(4)的外侧为螺纹(8)，在所述的中空腔(9)内并穿过底的中心通口插置所述的“T”形顶丝头(6)，所述的测量杆(5)的下端与所述的顶丝头(6)上端面的中心垂直固定相连，所述的弹簧(7)套在所述的测量杆(5)上，所述的弹簧(7)的上端顶在顶丝帽(1)的下表面，下端位于所述的“T”形顶丝头(6)的上表面，所述的测量杆(5)的上端伸入所述的顶丝帽(1)的中心通孔(2)中，且测量杆(5)的上端面与所述的顶丝帽(1)上表面齐平； |
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| 说明书全文 | 压力可调的顶丝和配套的螺丝刀技术领域背景技术[0002] “夹持”在装配(尤其是在光学元件的装配)过程中是一种常见的工艺步骤，通常是通过基座/框架上的顶丝对被夹持工件表面施加压力的工件。在精密装配过程中，例如精密大口径光学元件在镜框上的夹持装配过程中，被夹持工件的表面形状精度通常有较高的要求，顶丝压力太松或者太紧，或者不同位置顶丝之间压力的不恰当会导致夹持不稳固或者元件产生畸变，同时一些表面脆弱的元件对夹持时能够承受的压力/压强也有定量的限制，这意味着对压紧工件的顶丝产生的压力有定量的要求。通过有限元分析软件，例如ANSYS，通常可以得到各个顶丝合适的压力范围，但是在实际装配过程中，各个顶丝实际产生的压力往往难以直接观测和调控。使用普通的螺丝刀或者扳手拧紧现有的普通结构顶丝时，当遇到的阻力矩突然增大时，表明顶丝已经与工件表面接触并产生了压力，但是压力值无法直接得到。采用扭力扳手预置扭力来拧紧现有的普通顶丝时，一方面扳手产生的扭力并不能直接反映顶丝对工件表面产生的压力，另一方面由于顶丝的材料和加工精度差异，顶丝的丝和螺牙之间匹配情况的差异等因素，相同扭力下不同顶丝对工件表面产生的压力并不一定相同。鉴于此，顶丝对工件表面产生压力的直接测量和调控成为精密夹持工艺过程中一个重要的需要解决的问题。 发明内容[0003] 本发明的目的在于克服上述现有顶丝无法直接观测和调控产生压力大小的不足，提供一种压力可调的顶丝和配套螺丝刀，适用于现有各种需要顶丝的场合，只要利用本发明的配套螺丝刀旋动顶丝的测量杆，即可方便、准确地调控顶丝对工件的压力。 [0004] 本发明技术解决方案如下： [0005] 一种压力可调的顶丝和配套的螺丝刀，特点在于： [0006] 所述的顶丝包括顶丝帽、外螺纹套筒、测量杆、“T”形顶丝头和弹簧，所述的顶丝帽具有中心通孔和位于该中心通孔两侧的“一”字形矩形凹槽，所述的外螺纹套筒的上端与所述的顶丝帽下表面中心对称地固定连接在一起构成外螺纹套筒的中空腔，该中空腔的下底的中心通口的直径小于所述的中空腔的直径，所述的外螺纹套筒的外侧为螺纹，在所述的中空腔内并穿过底的中心通口插置所述的“T”形顶丝头，所述的测量杆的下端与所述的顶丝头上端面的中心垂直固定相连，所述的弹簧套在所述的测量杆上，所述的弹簧的上端顶在顶丝帽的下表面，下端位于所述的“T”形顶丝头的上表面，所述的测量杆的上端伸入所述的顶丝帽的中心通孔中，且测量杆的上端面与所述的顶丝帽的上表面齐平； [0007] 所述的配套螺丝刀，自上而下依次是连成一体的螺丝刀把手、螺丝刀杆和螺丝刀头，所述的螺丝刀头的端部中心具有矩形通槽，该矩形通槽的两侧各有一个“一”字形的矩形齿.在沿所述的矩形通槽的“一”字形的矩形齿的边缘有长度刻度，所述的矩形通槽与所述的螺丝刀杆同轴，该矩形通槽的宽度略大于所述的测量杆的直径，长度大于Dmax-Dmin，Dmax为所述的顶丝头的下端面从所述的外螺纹套筒的腔内滑动伸出下端口的最大伸出量，Dmin为所述的顶丝头的下端面从所述的外螺纹套筒(4)的腔内滑动伸出下端口的最小伸出量； [0008] 所述的螺丝刀头端部的“一”字形的矩形齿与所述的顶丝帽的“一”字形矩形凹槽相适应，即所述的顶丝帽的“一”字形矩形凹槽供所述的螺丝刀头端部的“一”字形的矩形齿插入。 [0009] 所述的测量杆的上端边缘具有长度刻度。 [0010] 所述的顶丝头为刚性材料制成，顶部直径略小于外螺纹套筒内径而大于外螺纹套筒下端的开口，顶部之下为柱状且直径略小于外螺纹套筒下端的开口，从而可以在外螺纹套筒的腔内滑动进而从下端开口伸出或者缩回而不会从下端的开口脱出，最大伸出量为Dmax，最小伸出量为Dmin，有： [0011] Dmax＞Dmin≥0 (1) [0012] 所述的测量杆为上下等粗的刚性杆，下端与所述的顶丝头上端的中心固连，上端对准所述顶丝帽的通孔，从而当所述的顶丝头沿着所述的外螺纹套筒的内腔上下滑动时，所述的测量杆通过所述的顶丝帽的通孔伸出或者回缩，当回缩量最大时(对应所述顶丝头从外螺纹套筒下端开口伸出量为Dmax)，所述的测量杆的上端顶部正好跟所述的顶丝帽的顶部平齐.测量杆沿长度方向有长度刻度(当所述的配套螺丝刀没有长度刻度时)或者没有长度刻度(当所述的配套螺丝刀有长度刻度时)。 [0013] 所述的弹簧为常规金属螺旋弹簧，劲度系数为k，穿套在所述的测量杆上，上端顶住所述的顶丝帽底部，下端顶住所述的顶丝头的顶部。其外径小于所述的外螺纹套筒内径，大于所述的顶丝帽中心通孔的内径，其内径大于所述的测量杆的外径。当所述的顶丝头在所述的外螺纹套筒下端开口伸出量为Dmax时，所述的弹簧的压缩量为预压缩量d0。当压缩量为d0时，所述弹簧的长度等于此时顶丝头上端距离所述的螺纹套筒上端(既所述的顶丝帽的底部)的距离，最大可压缩量为dm(即所述的顶丝头伸出量为Dmin时)，有： [0014] dm＝(Dmax-Dmin)+d0 (2) [0015] 所述的配套螺丝刀的把手为供单手握住的棒状或“L”型或“T”型把手，与现有普通螺丝刀的把手相同。 [0016] 所述的配套螺丝刀的螺丝刀杆与所述的配套螺丝刀的把手固连，跟随所述的配套螺丝刀的把手转动而转动，跟现有普通螺丝刀的螺丝刀杆相同。 [0017] 所述的配套螺丝刀的螺丝刀头为平头螺丝刀头底部开矩形通槽构成，成为叉状，矩形通槽与所述的配套螺丝刀杆同轴，宽度略大于所述的测量杆的直径，长度大于Dmax-Dmin。所述螺丝刀头的长度大于所述的矩形通槽的长度，刀头的顶部与所述的螺丝刀杆固连从而刀头可以在所述的螺丝刀杆带动下旋转，刀头的底部被通槽分为两个“一”形的齿，可分别插入所述的顶丝帽顶部通孔两侧的“一”形凹槽，当所述的配套螺丝刀旋转时，两个插入凹槽的齿将带动所述的顶丝旋转从而使得所述的顶丝在螺孔内旋进，当所述的顶丝头对被夹持工件表面产生压力从而所述的弹簧发生压缩形变时，所述的测量杆将从所述的顶丝帽中心的通孔伸出，插入所述配套螺丝刀刀头底部的矩形通槽内。所述的配套螺丝刀刀头沿矩形通槽方向有长度刻度(当所述的测量杆上没有长度刻度时)或者没有长度刻度(当所述的测量杆有长度刻度时)。 [0018] 本发明压力可调控顶丝及配套螺丝刀按照如下原理工作： [0019] 所述配套螺丝刀刀头的两个“一”形齿插入所述顶丝帽中心通孔两侧的“一”形凹槽，刀头在所述螺丝刀把手和所述螺丝刀杆的带动下旋转，进而带动所述的顶丝帽旋转，进而带动外螺纹套筒在待夹持工件的基座(框架)上的螺孔内旋进。当所述的顶丝头还未接触到待夹持工件表面或刚接触还未产生压力时，所述的顶丝头在所述的外螺纹套筒下端伸长量最大为Dmax，所述的测量杆顶端跟所述的顶丝帽顶部平齐；当所述的顶丝头对工件表面产生压力时，所述的顶丝头被压进所述的外螺纹套筒，所述的弹簧被压缩，所述的测量杆从所述的顶丝帽中心通孔伸出插入所述的配套螺丝刀刀头底部的通槽内，所述的弹簧的新增压缩量等于所述的测量杆插入所述的刀头底部通槽内的长度，有： [0020] Δl＝d+d0 (3) [0021] 其中，Δl为弹簧的总压缩量，d为测量杆插入通槽内的长度(也是测量杆超出顶丝帽顶部的长度)。根据牛顿定律： [0022] Fp＝Fk (4) [0023] 其中，Fp为顶丝对工件表面产生的压力，Fk为弹簧产生的弹力。根据胡克定律： [0024] Fk＝kΔl (5) [0025] 其中，k为所述的弹簧的劲度系数。由(3)(4)(5)式可得： [0026] Fp＝k(d+d0) (6) [0027] 所述的顶丝可产生压力范围为： [0028] kd0＜Fp≤kdm (7) [0029] 由(2)，(7)式，有： [0030] kd0＜Fp≤k[(Dmax-Dmin)+d0] (8) [0031] 已知所述的弹簧的劲度系数为k，弹簧的预压缩量为d0： [0032] 1)对于已经旋紧并对工件表面产生了压力的所述顶丝，若测量杆带长度刻度，可直接读出测量杆超出所述顶丝帽顶部的长度d，若测量杆不带长度刻度，可插入带长度刻度的配套螺丝刀，观测所述测量杆插入刀头通槽内的长度d，则根据(6)式可以得到此顶丝对工件表面产生的压力Fp。 [0033] 2)若需要顶丝产生Fp的压力，选取参数：k,Dmax,Dmin,d0满足式(8)的所述顶丝，使用所述的配套螺丝刀旋进所述的顶丝直至测量杆伸出顶丝帽的长度达到： [0034] d＝Fp/k-d0 (9) [0035] d的观测方法与1)相同。 [0036] 本发明的技术效果： [0037] 1)对于已经装上的所述的顶丝，可以直接测量顶丝对工件产生的压力值。 [0038] 2)对于要求对工件表面实施指定的压力值或者压力范围，先根据式(8)选取参数合适的顶丝，在根据式(9)得到所述顶丝的对应的测量杆伸出长度的大小或者范围，通过旋进所述的顶丝直至测量杆伸出量达到要求即可.附图说明 [0039] 图1为本发明压力可调顶丝的实施例1侧视剖面结构示意图。 [0040] 图2为本发明实施例1的配套螺丝刀(螺丝刀含长度刻度)的结构示意图。 [0041] 图3为本发明实施例1使用配套螺丝刀旋进所述的顶丝顶压工件的原理示意图(侧视剖面)。 [0042] 图4为本发明实施例2使用所述的顶丝顶压工件测量压力的原理示意图(侧视剖面)。 具体实施方式[0043] 以下结合附图和实施例对本发明所述顶丝及配套螺丝刀作进一步说明。该实施例以解释本发明的方式提供，而非本发明的限制。 [0044] 参阅图1，图1为本发明实施例1的压力可调顶丝(顶丝的测量杆不含长度刻度)的剖面结构示意图，由图可见，本发明压力可调顶丝和配套的螺丝刀，特点是：所述的顶丝包括顶丝帽1、外螺纹套筒4、测量杆5、“T”形顶丝头6和弹簧7，所述的顶丝帽1具有中心通孔2和位于该中心通孔2两侧的“一”字形矩形凹槽3，所述的外螺纹套筒4的上端与所述的顶丝帽1的下表面中心对称地固定连接在一起构成外螺纹套筒4的中空腔9，该中空腔9的下底的中心通口的直径小于所述的中空腔9的直径，所述的外螺纹套筒4的外侧为螺纹8，在所述的中空腔9内并穿过底的中心通口插置所述的“T”形顶丝头6，所述的测量杆5的下端与所述的顶丝头6上端面的中心垂直固定相连，所述的弹簧7套在所述的测量杆5上，所述的弹簧7的上端顶在顶丝帽1的下表面，下端位于所述的“T”形顶丝头6的上表面，所述的测量杆5的上端伸入所述的顶丝帽1的中心通孔(2)中，且测量杆5的上端面与所述的顶丝帽1上表面齐平； [0045] 所述的配套螺丝刀，自上而下依次是连成一体的螺丝刀把手10、螺丝刀杆11和螺丝刀头12，所述的螺丝刀头12端部中心具有矩形通槽13，该矩形通槽13的两侧各有一个“一”字形的矩形齿15.在沿所述的矩形通槽13的“一”字形的矩形齿15的边缘有长度刻度14，所述的矩形通槽13与所述的螺丝刀杆11同轴，该矩形通槽13的宽度略大于所述的测量杆5的直径，长度大于Dmax-Dmin，Dmax为所述的顶丝头6的下端面从所述的外螺纹套筒4的腔内滑动伸出下端口的最大伸出量，Dmin为所述的顶丝头6的下端面从所述的外螺纹套筒4的腔内滑动伸出下端口的最小伸出量； [0046] 所述的螺丝刀头12端部的“一”字形的矩形齿15与所述的顶丝帽1的“一”字形矩形凹槽3相适应，即所述的顶丝帽1的“一”字形矩形凹槽3供所述的螺丝刀头12端部的“一”字形的矩形齿15插入。 [0047] 2、根据权利要求1所述的顶丝和配套的螺丝刀，特征在于所述的测量杆(5)的上端边缘具有长度刻度(14)。包括：顶丝帽1、顶丝帽中心通孔2、通孔两侧的“一”形凹槽3、外螺纹套筒4、测量杆5、顶丝头6和弹簧7。所述的顶丝帽1中心有通孔2，通孔2两侧有“一”字形凹槽3，外螺纹套筒4上端与顶丝帽1固定连接，外侧为标准螺纹8，内部为上下贯通的中空腔9，下端的开口略小于中空腔9的内径，顶丝头6的上端小于中空腔9的内径而大于中空腔9下端的开口，上端下面的主体部分直径略小于中空腔9下端的开口，从而可以在中空腔9内滑动而不会从中空腔9下端的开口脱出，顶丝头6的上端中心与测量杆5的下端固定连接，测量杆5的上端对准通孔2，弹簧7套在测量杆5上，弹簧7的上端顶在顶丝帽1的底部，弹簧7的下端顶在顶丝头6的顶部，当顶丝头6从外螺纹套筒4底部伸出量最大时，测量杆5的顶部与顶丝帽1的顶部齐平。 [0048] 参阅图2，图2为本发明实施例1的配套螺丝刀(螺丝刀含长度刻度)的结构示意图，包括螺丝刀把手10，螺丝刀杆11，螺丝刀头12，刀头底部中心的矩形通槽13，长度刻度14，矩形通槽13两侧“一”字形齿15.螺丝刀把手10用于供人手抓握并旋转，螺丝刀杆11与螺丝刀把手10固连从而可以跟随旋转，螺丝刀头12与螺丝刀杆11固连从而可以跟随旋转，螺丝刀头12底部中心有矩形通槽13，沿着矩形通槽13有长度刻度14，矩形通槽13将螺丝刀头12底部分为两个“一”形齿15。 [0049] 参阅图4，本发明实施例2，是长度刻度14在测量杆5上，螺丝刀头12上无需长度刻度14. [0050] 实施例1：对工件表面18产生的压力Fp＝45N。此实施例1中长度刻度14在配套螺丝刀头12的矩形通槽13一侧，选用的弹簧7的劲度系数k＝15N/mm，预压缩量d0＝0.5mm，Dmax＝4mm，Dmin＝0.5mm，根据式(2)最大压缩量dm＝(Dmax-Dmin)+d0＝4mm，根据式(8)此顶丝参数满足要求，根据式(9)需将顶丝旋进直至测量杆5伸出长度d＝Fp/k-d0＝2.5mm。参阅图3，螺丝刀头12底部的“一”字形齿15插入顶丝帽1的“一”字形凹槽3，旋转螺丝刀把手10带动螺丝刀柄11进而带动螺丝刀头12旋转，进而带动顶丝帽1旋转，进而带动外螺纹套筒4在基座16的螺纹孔17内旋进。随着螺丝刀把手10的旋转顶丝头6不断靠近工件表面18直至与工件表面 18接触，此过程中弹簧7处于自由状态且上端顶住顶丝帽1底部，下端顶住顶丝头6顶部，测量杆5的顶部与顶丝帽1的顶部齐平。进一步旋转螺丝刀把手10，顶丝头6将对工件表面18施加压力Fp，弹簧7被压缩变短，测量杆5通过通孔2伸出顶丝帽1的上表面，并深入螺丝刀头12的矩形通槽13内，从螺丝刀头12上的长度刻度14可以读出测量杆5伸出顶丝帽1上表面的长度d，持续旋转螺丝刀把手10直至d＝2.5mm，此时所述的顶丝对工件表面18施加的压力为 45N。 [0051] 实施例2：检测顶丝对工件表面18产生的压力Fp。参阅图4，在实施例2中，长度刻度14在测量杆上，螺丝刀头12的矩形通槽13一侧没有长度刻度14，已知弹簧的劲度系数k＝ 12N/mm，预压缩量d0＝1mm。观测图4中测量杆5伸出顶丝帽1顶部d＝4mm,根据式(6)得出Fp＝k(d+d0)＝60N，即实施例2中的顶丝对工件表面18产生了60N的压力。 [0052] 实验表明，本发明只要利用配套螺丝刀旋动顶丝的测量杆，即可方便、准确地调控顶丝对工件的压力。 |
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