用于装配结构部件和叠加的板的装置 【技术领域】
本发明涉及用于装配结构部件和叠加的板的装置，所述装置包括：
-螺纹连接部件，其与所述结构部件形成一体并从所述结构部件伸出，并且具有螺纹部分，所述螺纹连接部件轴向穿过设置在所述板中的贯穿的开口，
-紧固螺母，其通过螺纹安装在所述螺纹连接部件的所述螺纹部分上，
-支撑底座，其自由安装在所述螺纹连接部件上，并且设置在所述紧固螺母和所述板之间，
-可定向支撑机构，其用于把所述紧固螺母支撑在支撑底座上，所述可定向支撑机构使所述支撑底座能够相对于所述紧固螺母进行相对移动。
背景技术
在多种领域中，特别是在汽车工业中，需要将零件装配在结构部件上，同时在与该零件形成一体的板与所述结构部件重叠的区域内施加轴向的压力。通过“螺栓与螺母”系统对所述零件加压，所述“螺栓与螺母”系统包括与所述结构部件形成一体并从所述结构部件伸出的(螺栓型)螺纹连接部件、以及紧固螺母。在所述紧固螺母和所述板之间设置支撑底座，以便分散所述压力。
为了补偿螺纹连接部件相对于结构部件的任何垂直度偏差，已经想到了设计一种用于将紧固螺母支撑在支撑底座上的可定向支撑机构，这种机构使所述底座可以相对于所述螺母做球铰运动。在已知的技术中，这些可定向支撑机构包括形成在所述螺母的下表面中的球形的凹接触表面、和从所述底座的上表面凸起的形状互补的凸接触表面。
然而，由于在安装过程中，需要在使板保持靠在结构部件上的同时将螺纹连接部件插入底座，旋上螺母并将螺母上紧，因此这种类型的装配装置仍然难以使用。所涉及的大量同时进行的操作直接导致生产线的装配速度下降。另外，具有球形凹陷表面的螺母非常复杂且难以制造，由此相应地增加了生产的成本。
【发明内容】
本发明的目的在于，通过提供一种制造简单、成本低廉且使用方便的装配装置来消除这些缺点。
根据本发明的装置的特征在于，可定向支撑机构包括：
-凸连接件，其与所述紧固螺母形成一体并且设置有头部，所述头部具有球形的凸接触表面，
-连接座，其与所述支撑底座形成一体并且设置有凹接触表面，所述凹接触表面具有与所述凸接触表面互补的球形形状，
-限制机构，其设置在所述连接座中的开口上，并且一旦所述头部通过所述开口插入所述连接座中，所述限制机构自动地将所述凸连接件限制在所述连接座内。
由于凸连接件承担了可定向支撑机构的定向功能，所以根据本发明的紧固螺母的生产得以简化，这是这样做的唯一目的。另外，由于存在限制机构，所以可以将紧固螺母预装配在支撑底座上，从而操作者在第二阶段中将板装配在结构部件上的操作更加简单。换言之，可以提供预装配在一起的底座和螺母。
可以单独地或组合地使用其它的技术特征：
-凸连接件的内部限定内螺纹，该内螺纹与螺纹连接部件的螺纹部分互补并且在头部的凸接触表面上敞开，
-凸连接件包括主体，所述主体的一端与头部相连并形成肩部，
-限制机构由多个可以弹性变形的柔性突出部形成，所述柔性突出部从开口的周边向所述开口的中心伸出，并且具有预定的角度间隔，所述柔性突出部限定的圆的直径小于肩部的外边缘的直径，
-各个柔性突出部的自由端具有朝向连接座内部的斜面，
-所述紧固螺母和/或所述支撑底座是通过模制塑料材料而得到的。
【附图说明】
从下面对本发明的具体实施例的描述中可以更加清楚地看出本发明的其它优点和特性，所述实施例是非限制性地实例并在附图示出，在附图中：
-图1是根据本发明的示例性装配装置的轴向剖视图，
-图2示出了图1所示的装配装置的支撑底座和紧固螺母在预装配状态下的详细轴向剖视图，
-图3是在没有结构部件的情况下的图1所示的装配装置的透视图，
-图4是根据本发明的第二示例性装配装置的轴向剖视图。
【具体实施方式】
参考图1至图3，根据本发明的第一示例性装配装置能够将结构部件10和板11装配起来。所述装配装置包括通过焊接垂直地安装在结构部件10上的螺纹连接部件12(例如螺柱)。螺纹连接部件12从而与结构部件10形成一体并从结构部件10伸出。在未示出的变型中，当结构部件10允许时，螺纹连接部件12可以是带有螺栓头的螺栓，所述螺栓头在结构部件10的抵靠在板11上的一侧的相反侧抵靠在结构部件10上。
在所有情况下，螺纹连接部件12具有用于与紧固螺母15配合的螺纹部分13。螺纹连接部件12轴向穿过设置在板11中的贯穿开口14并从板11伸出，从而使紧固螺母15可以套在螺纹连接部件12的自由端上，直至紧固螺母15可以与螺纹部分13的螺纹旋转接合。在图1中，紧固螺母15通过螺纹安装在螺纹连接部件12的螺纹部分13上。通过调节施加在紧固螺母15上的紧固力矩来调节支撑底座16对板11的压力。
螺纹连接部件12具有旋转轴线D。图1和图2以轴向剖面(即，沿包含轴线D的剖面)示出了第一示例性装配装置。轴线D还对应于紧固螺母15在螺纹连接部件12上的螺纹连接轴线。
图1至图3所示的装配装置还包括支撑底座16，该支撑底座16用于分散施加在板11上的压力。支撑底座16在紧固螺母15下方以可滑动的方式自由安装在螺纹连接部件12上。由此，支撑底座16被设置在紧固螺母15和板11之间。
轴线D还与通过紧固螺母15施加在支撑底座16上的压力的方向对应。当旋转轴线D与板11之间的垂直度存在偏差时，通过紧固螺母15施加在支撑底座16上的压力不与板11垂直。为了确保即使在轴线D的垂直度存在偏差的情况下支撑底座16也能施加与板11垂直的压力，所述装配装置包括用于把紧固螺母15支撑在支撑底座16上的可定向支撑机构。这些支撑机构使支撑底座16能够相对于紧固螺母15进行相对移动。通过阅读下面的段落可以了解所述可定向支撑机构。
紧固螺母15包括驱动部件17，凸连接件18从驱动部件17向支撑底座16延伸。驱动部件17用于向紧固螺母15传递紧固力矩。由于在实例中紧固螺母15被设置为手动操作，因此在驱动部件17上设置有操作机构：驱动部件17包括圆柱状的主体19和从圆柱状的主体19的外表面径向伸出的两个翼部20。圆柱状的主体19的内部限定空腔23，该空腔23在与凸连接件18相反的一端敞开，并且在与凸连接件18相邻的一端由底部24封闭。
凸连接件18与紧固螺母15形成一体并且包括截锥形的主体21，该截锥形的主体21被设置为与圆柱状的主体19同轴。因此，主体21由截锥形的壁形成，该截锥形的壁在其端部分别限定了较小直径的圆和较大直径的圆。较小直径的圆与底部24相连。在主体21与驱动部件17之间的接合处的外部设置具有向内变曲的边缘的倒圆角25，以此防止产生应力集中现象。
较大直径的圆与回转形的头部22相连。头部22具有球形的凸接触表面26，该凸接触表面26将与支撑底座16相面对。凸接触表面26的周边与环形平面的外周相连，该环形平面的内周与主体21的较大直径的圆相连。换言之，主体21的一端与头部22相连，从而形成了由环形平面构成的肩部27。该环形平面的外周构成肩部27的外边缘。
另外，凸连接件18的内部限定有内螺纹28，该内螺纹28的一端在凸接触表面26上敞开，而相反的一端向空腔23敞开。由此，内螺纹28贯穿头部22、主体21和底部24，并且沿着这三个元件的旋转轴线延伸。在未示出的变型中，可以这样设置：内螺纹28仅在与凸接触表面26相邻的一端敞开。内螺纹28的特征(有关螺纹尺寸和公称直径)与螺纹部分13的特征互补。
下面来看支撑底座16，其包括用于靠在板11上的刚性环29，以便传递压力。刚性环29的与板11相反的表面支撑基本呈半球形的连接座30。换句话说，连接座30与支撑底座16形成一体。连接座30限定了空腔31，从而形成与紧固螺母15面对的开口32。连接座30的内部设置有与紧固螺母15面对的球形凹接触表面33。凹接触表面33的形状与凸接触表面26的形状互补。孔34穿过凹接触表面33的中心。衬套35从孔34的周边向板11延伸，也就是说，沿着与空腔31相反的方向延伸。衬套35的自由端与刚性环29的靠在板11上的表面共面。
多个可以弹性变形的柔性突出部36从开口32的周边向开口32的中心伸出。在所示的实例中，这些柔性突出部36的数量为四个，并且以预定的角度间隔围绕开口32分布。然而，所述柔性突出部的数量和分布可以变化。柔性突出部36沿径向布置，并且其自由端限定的圆的直径小于肩部27的外边缘的直径。
柔性突出部36具有这种能力：在连接座30的轴向上沿一个方向弯曲的程度远大于沿另一个方向弯曲的程度。更确切地说，柔性突出部36朝向空腔31的弯曲比朝向连接座30的外部的弯曲容易得多。柔性突出部36甚至可以仅能够单向弯曲。
当操作者想要使用上述的装配装置来装配结构部件10和板11时，首先把支撑底座16和紧固螺母15预装配在一起。将凸连接件18沿轴向插入开口32并进入由连接座30限定的空腔31(见图2)。在该操作的开始，使头部22的凸接触表面26与柔性突出部36接触。凸连接件18向连接座30的轴向插入运动导致柔性突出部36通过弹性变形向空腔31弯曲，从而柔性突出部36的自由端轴向移动而远离开口32。由于柔性突出部36在其相反的端部与开口32的周边相连，因此，随着柔性突出部36的弯曲运动，其自由端在径向上扩张，直至所述自由端限定的圆的直径大于肩部27的外边缘的直径为止。
当凸连接件18完全插入时，头部22全部处于连接座30的空腔31的内部。柔性突出部36的弹性使各个柔性突出部36自动恢复至其原本的构造。柔性突出部36的自由端再次限定直径小于肩部27的外边缘的直径的圆，由此，柔性突出部36用于将头部22限制在连接座30中：如果相对于支承底座16在紧固螺母15上施加轴向的拉力，那么头部22的肩部27会抵靠在柔性突出部36上。换言之，柔性突出部36构成了设置在开口32上的限制机构，并且一旦头部22通过开口32插入连接座30中，柔性突出部36自动地将凸连接件18限制在连接座30内。因为柔性突出部36具有这种限制功能，所以人们可以理解使柔性突出部36具有在朝向连接座30外部的轴向上仅能少量弯曲或不能弯曲的能力的重要性。如果具有了这种能力，那么只有在受到非常大的轴向拉力的情况下，支撑底座16才会与紧固螺母15脱开，从而防止了发生任何不当的和意外的分离的风险。
为了便于头部22穿过设置有前述限制机构的开口32进行连接，可以这样设置：各个柔性突出部36的自由端具有朝向连接座30内部(即，朝向空腔31)的斜面。这种斜面还确保在紧固螺母15与支撑底座16的预装配过程中头部22在开口32中适当地定位(置于中心)。
由此将支撑底座16和紧固螺母15预装配为图2中所示的构造。当操作者想要对结构部件10和板11执行装配操作时，通过使螺纹连接部件12延伸穿过贯穿的开口14而使板11与结构部件10接触。板11通常与待与结构部件10组装的部分(未示出)在该部分的板11与结构部件10重叠的区域内形成一体。
随后，将由处于预装配状态的支撑底座16和紧固螺母15形成的组件与螺纹连接部件12的自由端进行装配，其中支撑底座16首先被接合。在该操作中，螺纹连接部件12穿过孔34和开口32插入。该组件沿着螺纹连接部件12移动，直至能够使紧固螺母15的内螺纹28与螺纹部分13的螺纹接合为止。在图1中，紧固螺母15通过螺纹安装在螺纹连接部件12的螺纹部分13上，并且，已经通过上述方式与紧固螺母15预装配在一起的支撑底座16被置于板11和紧固螺母15之间。螺纹连接部件12通向空腔23。
作为手动紧固的一种替代方案，可以将驱动部件17设置为具有能够使其与驱动工具(螺丝刀、开口式或六角头式扳手或类似工具、外部电动工具等)配合的内部形状或外部形状，该驱动工具将紧固力矩传递至紧固螺母15。
在初始阶段，将紧固螺母15上紧以使刚性环29与板11抵接，在紧固螺母15的上紧过程中，柔性突出部36克服重力的作用保持肩部27。继续进行上紧操作，直至头部22的凸接触表面26与连接座30的凹接触表面33接触为止。因此，由紧固螺母15施加的压力通过头部22的凸接触表面26在凹接触表面33处传递至支撑底座16。施加在凹接触表面33上的压力导致支撑底座16向板11施压。通过调节施加在紧固螺母15上的紧固力矩来调节支撑底座16施加在板11上的压力以及板11施加在结构部件10上的压力。
图1表示第一示例性的装配装置，其中螺纹连接部件12的轴线D垂直于板11。图4示出了第二实例，其中螺纹连接部件12的轴线D与板11的法线成夹角φ。在该实例中，在对紧固螺母15上紧的初始阶段中，预先与紧固螺母15预装配的支撑底座16的刚性环29仅有一侧(在图4所示的刚性环29的情况下为左侧)与板11接触。从此时起，将紧固螺母15紧固在螺纹连接部件12上的操作使得压力(见图4中的箭头F1)沿轴线D的方向传递至支撑底座16，该轴线D以角φ倾斜。在上紧的过程中，支撑底座16相对于紧固螺母15做球铰运动。支撑底座16的这种运动是由凹接触表面33与凸接触表面26的相对滑动引起的，并且刚性环29和板11之间的间隔随之减小。当紧固螺母15完全上紧时(见图4)，整个刚性环29与板11接触。
在这种构造的装配装置中，通过紧固螺母15向支撑底座16施加的压力F1相对于板11的法线以角φ倾斜，而由支撑底座16向板11施加的压力(见图4中的箭头F2)平行于板11的法线。因此，由紧固螺母15施加的压力F1相对于由支撑底座16施加的压力F2以角φ倾斜。
基于上述内容，所述装配装置包括螺纹连接部件12、紧固螺母15和支撑底座16，另外还包括用于将紧固螺母15支撑在支撑底座16上的可定向支撑机构，所述机构包括：
-凸连接件18，其与紧固螺母15形成一体并且设置有头部22，所述头部22具有球形的凸接触表面26，
-连接座30，其与支撑底座16形成一体并且设置有凹接触表面33，所述凹接触表面33具有与所述凸接触表面26互补的球形形状，
-限制机构(柔性突出部36)，其设置在连接座30中的开口32上，一旦头部22通过所述开口32插入连接座30中，所述限制机构自动地将凸连接件18限制在连接座30内。
用于将紧固螺母15支撑在支撑底座16上的这些可定向支撑机构自动地确保：在上紧紧固螺母15的过程中，由紧固螺母15施加的压力F1与由支撑底座16施加的压力F2之间形成的夹角等于螺纹连接部件12的旋转轴线D相对于板11的法线的倾角φ。这种自动操作保证了由支撑底座16施加的压力F2均匀分布并垂直于板11，补偿了轴线D相对板11的任何角度垂直度偏差。
另外，限制机构使得可以在将板11组装在结构部件10上之前，将待供应的支撑底座16与紧固螺母15预装配在一起。由此，使支撑底座16与紧固螺母15不可分离。因此，将板11装配在结构部件10上的操作员可以在单个操作中同时将支撑底座16和紧固螺母15置于螺纹连接部件12上。这种方法的优点是简化了成本通常最高的总装线。
由于凸连接件18承担了可定向支撑机构的定向功能，所以上述类型的紧固螺母15的生产得以简化，这是这样做的唯一目的。作为一种选择方案，可以将这种定向功能与紧固功能分开，即，这两个功能的相关区域可以互相分隔开并通过主体21相连。
最后，有利地而非限制性地，通过模制略带弹性的塑料材料而得到紧固螺母15和/或支撑底座16，这使得生产更容易。