壓力可調(diào)的頂絲和配套的螺絲刀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及緊固件，特別是一種壓力可調(diào)的頂絲和配套的螺絲刀。
【背景技術(shù)】
[0002]“夾持”在裝配(尤其是在光學(xué)元件的裝配)過程中是一種常見的工藝步驟，通常是通過基座/框架上的頂絲對(duì)被夾持工件表面施加壓力的工件。在精密裝配過程中，例如精密大口徑光學(xué)元件在鏡框上的夾持裝配過程中，被夾持工件的表面形狀精度通常有較高的要求，頂絲壓力太松或者太緊，或者不同位置頂絲之間壓力的不恰當(dāng)會(huì)導(dǎo)致夾持不穩(wěn)固或者元件產(chǎn)生畸變，同時(shí)一些表面脆弱的元件對(duì)夾持時(shí)能夠承受的壓力/壓強(qiáng)也有定量的限制，這意味著對(duì)壓緊工件的頂絲產(chǎn)生的壓力有定量的要求。通過有限元分析軟件，例如ANSYS，通?？梢缘玫礁鱾€(gè)頂絲合適的壓力范圍，但是在實(shí)際裝配過程中，各個(gè)頂絲實(shí)際產(chǎn)生的壓力往往難以直接觀測(cè)和調(diào)控。使用普通的螺絲刀或者扳手?jǐn)Q緊現(xiàn)有的普通結(jié)構(gòu)頂絲時(shí)，當(dāng)遇到的阻力矩突然增大時(shí)，表明頂絲已經(jīng)與工件表面接觸并產(chǎn)生了壓力，但是壓力值無法直接得到。采用扭力扳手預(yù)置扭力來擰緊現(xiàn)有的普通頂絲時(shí)，一方面扳手產(chǎn)生的扭力并不能直接反映頂絲對(duì)工件表面產(chǎn)生的壓力，另一方面由于頂絲的材料和加工精度差異，頂絲的絲和螺牙之間匹配情況的差異等因素，相同扭力下不同頂絲對(duì)工件表面產(chǎn)生的壓力并不一定相同。鑒于此，頂絲對(duì)工件表面產(chǎn)生壓力的直接測(cè)量和調(diào)控成為精密夾持工藝過程中一個(gè)重要的需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有頂絲無法直接觀測(cè)和調(diào)控產(chǎn)生壓力大小的不足，提供一種壓力可調(diào)的頂絲和配套螺絲刀，適用于現(xiàn)有各種需要頂絲的場(chǎng)合，只要利用本發(fā)明的配套螺絲刀旋動(dòng)頂絲的測(cè)量桿，即可方便、準(zhǔn)確地調(diào)控頂絲對(duì)工件的壓力。
[0004]本發(fā)明技術(shù)解決方案如下:
[0005]—種壓力可調(diào)的頂絲和配套的螺絲刀，特點(diǎn)在于:
[0006]所述的頂絲包括頂絲帽、外螺紋套筒、測(cè)量桿、“T”形頂絲頭和彈簧，所述的頂絲帽具有中心通孔和位于該中心通孔兩側(cè)的“一”字形矩形凹槽，所述的外螺紋套筒的上端與所述的頂絲帽下表面中心對(duì)稱地固定連接在一起構(gòu)成外螺紋套筒的中空腔，該中空腔的下底的中心通口的直徑小于所述的中空腔的直徑，所述的外螺紋套筒的外側(cè)為螺紋，在所述的中空腔內(nèi)并穿過底的中心通口插置所述的“T”形頂絲頭，所述的測(cè)量桿的下端與所述的頂絲頭上端面的中心垂直固定相連，所述的彈簧套在所述的測(cè)量桿上，所述的彈簧的上端頂在頂絲帽的下表面，下端位于所述的“T”形頂絲頭的上表面，所述的測(cè)量桿的上端伸入所述的頂絲帽的中心通孔中，且測(cè)量桿的上端面與所述的頂絲帽的上表面齊平；
[0007]所述的配套螺絲刀，自上而下依次是連成一體的螺絲刀把手、螺絲刀桿和螺絲刀頭，所述的螺絲刀頭的端部中心具有矩形通槽，該矩形通槽的兩側(cè)各有一個(gè)“一”字形的矩形齒.在沿所述的矩形通槽的“一”字形的矩形齒的邊緣有長(zhǎng)度刻度，所述的矩形通槽與所述的螺絲刀桿同軸，該矩形通槽的寬度略大于所述的測(cè)量桿的直徑，長(zhǎng)度大于Dmax-Dmin，Dmax為所述的頂絲頭的下端面從所述的外螺紋套筒的腔內(nèi)滑動(dòng)伸出下端口的最大伸出量，Dmin為所述的頂絲頭的下端面從所述的外螺紋套筒(4)的腔內(nèi)滑動(dòng)伸出下端口的最小伸出量；
[0008]所述的螺絲刀頭端部的“一”字形的矩形齒與所述的頂絲帽的“一”字形矩形凹槽相適應(yīng)，即所述的頂絲帽的“一”字形矩形凹槽供所述的螺絲刀頭端部的“一”字形的矩形齒插入。
[0009]所述的測(cè)量桿的上端邊緣具有長(zhǎng)度刻度。
[0010]所述的頂絲頭為剛性材料制成，頂部直徑略小于外螺紋套筒內(nèi)徑而大于外螺紋套筒下端的開口，頂部之下為柱狀且直徑略小于外螺紋套筒下端的開口，從而可以在外螺紋套筒的腔內(nèi)滑動(dòng)進(jìn)而從下端開口伸出或者縮回而不會(huì)從下端的開口脫出，最大伸出量為Dmax，取小伸出里為Dmin，有:
[0011]Dmax>Dmin>0(I)
[0012]所述的測(cè)量桿為上下等粗的剛性桿，下端與所述的頂絲頭上端的中心固連，上端對(duì)準(zhǔn)所述頂絲帽的通孔，從而當(dāng)所述的頂絲頭沿著所述的外螺紋套筒的內(nèi)腔上下滑動(dòng)時(shí)，所述的測(cè)量桿通過所述的頂絲帽的通孔伸出或者回縮，當(dāng)回縮量最大時(shí)(對(duì)應(yīng)所述頂絲頭從外螺紋套筒下端開口伸出量為Dmax)，所述的測(cè)量桿的上端頂部正好跟所述的頂絲帽的頂部平齊.測(cè)量桿沿長(zhǎng)度方向有長(zhǎng)度刻度(當(dāng)所述的配套螺絲刀沒有長(zhǎng)度刻度時(shí))或者沒有長(zhǎng)度刻度(當(dāng)所述的配套螺絲刀有長(zhǎng)度刻度時(shí))。
[0013]所述的彈簧為常規(guī)金屬螺旋彈簧，勁度系數(shù)為k，穿套在所述的測(cè)量桿上，上端頂住所述的頂絲帽底部，下端頂住所述的頂絲頭的頂部。其外徑小于所述的外螺紋套筒內(nèi)徑，大于所述的頂絲帽中心通孔的內(nèi)徑，其內(nèi)徑大于所述的測(cè)量桿的外徑。當(dāng)所述的頂絲頭在所述的外螺紋套筒下端開口伸出量為Dmax時(shí)，所述的彈簧的壓縮量為預(yù)壓縮量do。當(dāng)壓縮量為do時(shí)，所述彈簧的長(zhǎng)度等于此時(shí)頂絲頭上端距離所述的螺紋套筒上端(既所述的頂絲帽的底部)的距離，最大可壓縮量為dm(即所述的頂絲頭伸出量為Dmin時(shí))，有:
[0014]dm= (Dmax-Dmin)+do(2)
[0015]所述的配套螺絲刀的把手為供單手握住的棒狀或“L”型或“T”型把手，與現(xiàn)有普通螺絲刀的把手相同。
[0016]所述的配套螺絲刀的螺絲刀桿與所述的配套螺絲刀的把手固連，跟隨所述的配套螺絲刀的把手轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，跟現(xiàn)有普通螺絲刀的螺絲刀桿相同。
[0017]所述的配套螺絲刀的螺絲刀頭為平頭螺絲刀頭底部開矩形通槽構(gòu)成，成為叉狀，矩形通槽與所述的配套螺絲刀桿同軸，寬度略大于所述的測(cè)量桿的直徑，長(zhǎng)度大于Dmax-Dmin。所述螺絲刀頭的長(zhǎng)度大于所述的矩形通槽的長(zhǎng)度，刀頭的頂部與所述的螺絲刀桿固連從而刀頭可以在所述的螺絲刀桿帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，刀頭的底部被通槽分為兩個(gè)“一”形的齒，可分別插入所述的頂絲帽頂部通孔兩側(cè)的“一”形凹槽，當(dāng)所述的配套螺絲刀旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)插入凹槽的齒將帶動(dòng)所述的頂絲旋轉(zhuǎn)從而使得所述的頂絲在螺孔內(nèi)旋進(jìn)，當(dāng)所述的頂絲頭對(duì)被夾持工件表面產(chǎn)生壓力從而所述的彈簧發(fā)生壓縮形變時(shí)，所述的測(cè)量桿將從所述的頂絲帽中心的通孔伸出，插入所述配套螺絲刀刀頭底部的矩形通槽內(nèi)。所述的配套螺絲刀刀頭沿矩形通槽方向有長(zhǎng)度刻度(當(dāng)所述的測(cè)量桿上沒有長(zhǎng)度刻度時(shí))或者沒有長(zhǎng)度刻度(當(dāng)所述的測(cè)量桿有長(zhǎng)度刻度時(shí))。
[0018]本發(fā)明壓力可調(diào)控頂絲及配套螺絲刀按照如下原理工作:
[0019]所述配套螺絲刀刀頭的兩個(gè)“一”形齒插入所述頂絲帽中心通孔兩側(cè)的“一”形凹槽，刀頭在所述螺絲刀把手和所述螺絲刀桿的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)所述的頂絲帽旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)外螺紋套筒在待夾持工件的基座(框架)上的螺孔內(nèi)旋進(jìn)。當(dāng)所述的頂絲頭還未接觸到待夾持工件表面或剛接觸還未產(chǎn)生壓力時(shí)，所述的頂絲頭在所述的外螺紋套筒下端伸長(zhǎng)量最大為Dmax，所述的測(cè)量桿頂端跟所述的頂絲帽頂部平齊;當(dāng)所述的頂絲頭對(duì)工件表面產(chǎn)生壓力時(shí)，所述的頂絲頭被壓進(jìn)所述的外螺紋套筒，所述的彈簧被壓縮，所述的測(cè)量桿從所述的頂絲帽中心通孔伸出插入所述的配套螺絲刀刀頭底部的通槽內(nèi)，所述的彈簧的新增壓縮量等于所述的測(cè)量桿插入所述的刀頭底部通槽內(nèi)的長(zhǎng)度，有:
[0020]Δ I = d+do(3)
[0021]其中，Al為彈簧的總壓縮量，d為測(cè)量桿插入通槽內(nèi)的長(zhǎng)度(也是測(cè)量桿超出頂絲帽頂部的長(zhǎng)度)。根據(jù)牛頓定律:
[0022]Fp = Fk(4)
[0023]其中，F(xiàn)P為頂絲對(duì)工件表面產(chǎn)生的壓力，F(xiàn)k為彈簧產(chǎn)生的彈力。根據(jù)胡克定律:
[0024]Fk = kA I(5)
[0025]其中，k為所述的彈簧的勁度系數(shù)。由(3)(4)(5)式可得:
[0026]FP = k(d+do)(6)
[0027]所述的頂絲可產(chǎn)生壓力范圍為:
[0028]kdo<FP < kdm(7)
[0029]由⑵，⑴式，有:
[0030]kdo<Fp<k[( Dmax-Dmin )+do](8)
[0031]已知所述的彈簧的勁度系數(shù)為k，彈簧的預(yù)壓縮量為do:
[0032]I)對(duì)于已經(jīng)旋緊并對(duì)工件表面產(chǎn)生了壓力的所述頂絲，若測(cè)量桿帶長(zhǎng)度刻度，可直接讀出測(cè)量桿超出所述頂絲帽頂部的長(zhǎng)度d，若測(cè)量桿不帶長(zhǎng)度刻度，可插入帶長(zhǎng)度刻度的配套螺絲刀，觀測(cè)所述測(cè)量桿插入刀頭通槽內(nèi)的長(zhǎng)度d，則根據(jù)(6)式可以得到此頂絲對(duì)工件表面產(chǎn)生的壓力Fp。
[0033]2)若需要頂絲產(chǎn)生Fp的壓力，選取參數(shù):k，Dmax，Dmin，do滿足式(8)的所述頂絲，使用所述的配套螺絲刀旋進(jìn)所述的頂絲直至測(cè)量桿伸出頂絲帽的長(zhǎng)度達(dá)到:
[0034]d=FP/k-do(9)
[0035]d的觀測(cè)方法與I)相同。
[0036]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0037]I)對(duì)于已經(jīng)裝上的所述的頂絲，可以直接測(cè)量頂絲對(duì)工件產(chǎn)生的壓力值。
[0038]2)對(duì)于要求對(duì)工件表面實(shí)施指定的壓力值或者壓力范圍，先根據(jù)式(8)選取參數(shù)合適的頂絲，在根據(jù)式(9)得到所述頂絲的對(duì)應(yīng)的測(cè)量桿伸出長(zhǎng)度的大小或者