專利名稱：一種方程式賽車焊接夾具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種方程式賽車焊接夾具。
背景技術：
本發(fā)明涉及的方程式賽車為學生方程式賽車，其車身是框架結構，框架由外徑為25mm，壁厚為2.5mm的管材和總長為20mm，壁厚為2.5mm正方形方鋼構成。地板是采用與立體箱式構造相近的構造，運用剛度和重量的平衡計算來進行設計。車身上每一個零件的強度設計順序與通常的強度設計相同，先要把握面載荷、制動和驅動時的載荷變動(頻率)，再利用有限元分析法等預測零件的應力變動。參照材料的疲勞強度特性預測壽命，并評價結果。設計學生方程式賽車時，由框架構造成的面幾乎都有開口部位。將開口部件做成三角形的桁架結構并粘貼薄板以確保其彎曲剛度和剪切剛度。另外，粘貼的薄板能夠承受面內應力，所以即使很薄也能大幅度提高車身剛度。設計學生方程式賽車有很多規(guī)則，在了解基本特性的基礎上，還需要設計能夠吸收能量的吸能器和乘員保護機構。另外，設計當學生方程式賽車發(fā)生傾覆是時保護乘員安全的防護架也很重要。目前學生方程式賽車的車身制造均為無任何夾緊定位保障的手工操作，使得制造出來的車身質量與設計要求相差甚遠。

發(fā)明內容
本發(fā)明的技術解決問題是:針對現有技術沒有方程式賽車焊接夾具的不足，提出一種方程式賽車焊接夾具。本發(fā)明的技術解決方案是:本發(fā)明提供的方程式賽車焊接夾具，包括柔性底座，固定安裝在所述柔性底座上的水平調節(jié)螺栓、主定位夾緊單元和輔助定位單元，具有限位及安全功能的立柱機構，與所述立柱機構連接的頂部·定位橫梁，固定安裝在所述立柱機構上的側面定位夾緊單元，固定安裝在所述頂部定位橫梁上的上部定位夾緊單元。所述立柱機構包括立柱、立柱固定座、限位塊、限位開關和限位彈簧，所述立柱通過銷軸與所述立柱固定座連接，所述立柱可繞銷軸任意旋轉；所述限位塊固定安裝在所述立柱上；所述限位開關通過銷軸固定在所述立柱上，所述限位開關可繞銷軸任意旋轉；所述限位彈簧一端與所述立柱固定座連接，另一端與所述限位開關連接。所述主定位夾緊單元、輔助定位單元、側面定位夾緊單元和上部定位夾緊單元均能夠在所述柔性底座、立柱機構及頂部定位橫梁上移動。所述主定位夾緊單元和所述輔助定位單元通過前后左右四個方向的平墊+彈簧墊+沉頭螺栓的裝配順序安裝固定在所述柔性底座上。所述側面定位夾緊單元由連接板與支基組成，所述連接板通過平墊+彈簧墊+沉頭螺栓的裝配順序安裝固定在所述支基上，所述支基通過平墊+彈簧墊+沉頭螺栓的裝配順序安裝固定在所述立柱上。所述上部定位夾緊單元由連接板與支基組成，所述連接板通過平墊+彈簧墊+沉頭螺栓的裝配順序安裝固定在所述支基上，所述支基通過平墊+彈簧墊+沉頭螺栓的裝配順序安裝固定在所述立柱上。所述連接板對零件的固定方式為卡扣。所述主定位夾緊單元對零件的固定方式為卡扣。所述立柱機構與所述頂部定位橫梁通過定位銷和卡扣定位鎖緊。所述卡扣由固定板、翻板、環(huán)扣和鉤板組成,所述翻板與所述固定板通過圓形鋼絲連接，所述翻板可繞著連接處任意旋轉；所述環(huán)扣為梯形結構，其梯形最長直線段穿過翻板連接孔與所述翻板連接，所述環(huán)扣可繞連接孔任意旋轉；所述鉤板固定在所述連接板上。本發(fā)明與現有技術相比具有如下優(yōu)點:(I)采用卡扣對零件進行夾緊，操作簡單，產生的夾緊力符合零件夾緊要求，且卡扣采用廢舊不銹鋼材料邊角料自制完成，成本低，有足夠的強度和剛度，通過螺栓固定在工件的相應位置上，重復利用率強。(2)具有限位及安全功能的立柱機構采用限位塊、限位開關、限位彈簧、立柱固定座這樣簡單的結構就能對立柱進行限位和提高安全性能。用銷軸將限位開關固定在立柱上，用鎖緊螺母對銷軸進行螺紋擰緊固定，鎖緊螺母一端的銷軸穿過立柱的孔為螺孔，另一端銷軸穿過立柱的孔為光孔，此結構方便連接限位開關有螺紋端的銷軸通過立柱螺紋孔與限位彈簧之間通過螺紋部位來進行相對位置的適度調整。其作用可靠，使用方便。(3)通過定位銷保證頂部定位橫梁與立柱的位置精度并用卡扣進行鎖緊定位，此結構簡單，操作方便。(4)不同定位夾緊單元均 能在柔性底板、立柱、頂部定位橫梁上進行移動，能滿足不同賽車車身結構的焊接要求。(5)水平調節(jié)螺栓能對賽車焊接夾具進行水平方向的調整，保證焊接夾具的水平精度在±0.1mm以內。(6)立柱垂直度的調整由定位螺栓旋入立柱固定座的長度和調整螺母的松緊程度來保證。同時擰緊的調整螺母產生的夾緊力將裝配組件壓緊在一起，以確保被裝配零件絕對不會相對移動。(7)采用本發(fā)明的焊接夾具，零件由定位器定位，不用劃線、不用測量就能得到準確的裝配位置，從而保證了裝配精度。(8)由于焊件在夾具中可強行夾固或預先給予反變形，所以能控制或消除焊接變形。(9)焊接過程中，焊接件往往會產生變形，變形有時會達到無法消除的程度，這就會影響到后面總裝配工作。采用焊接夾具后，不僅可以保證裝配定位焊時各零件正確的相對位置，而且可以防止或減少工件的焊接變形。


圖1為根據本發(fā)明的方程式賽車焊接夾具結構示意圖；圖2為根據本發(fā)明的方程式賽車焊接夾具三視圖，其中a為主視圖，b為左視圖，c為俯視圖；圖3為根據本發(fā)明的卡扣、卡扣使用狀態(tài)示意圖，其中a為卡扣主視圖，b為卡扣左視圖，C為卡扣俯視圖，d為卡扣使用狀態(tài)示意圖，A為卡扣松脫狀態(tài)，B為卡扣夾緊狀態(tài)；圖4為根據本發(fā)明的立柱機構示意圖；圖5為根據本發(fā)明的立柱機構連接示意圖；圖6為根據本發(fā)明的立柱機構與頂部定位橫梁及立柱固定座的連接示意圖；圖7為根據本發(fā)明的方程式賽車焊接夾具使用過程示意圖之一；圖8為根據本發(fā)明的方程式賽車焊接夾具使用過程示意圖之二。

圖號說明:1 一柔性底座，2—水平調節(jié)螺栓，3—主定位夾緊單元，4一立柱機構，5—頂部定位橫梁，6—側面定位夾緊單元，7—上部定位夾緊單元，8—卡扣，9一輔助定位單元，41 一立柱，42—立柱固定座，43—限位塊，44一限位開關，45—限位彈簧，46—銷軸，47—鎖緊螺母，48一定位螺檢，49一調整螺母，11一定位銷，81一固定板，82一翻板,83一環(huán)扣，84—鉤板,85—圓形鋼絲，10一連接板,A一卡扣松脫狀態(tài)，B一卡扣夾緊狀態(tài)。
具體實施例方式以下將結合附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。如圖1和2所示，根據本發(fā)明的方程式賽車焊接夾具，包括柔性底座I，固定安裝在柔性底座I上的水平調節(jié)螺栓2、主定位夾緊單元3和輔助定位單元9，具有限位及安全功能的立柱機構4,與立柱機構4連接的頂部定位橫梁5,固定安裝在立柱機構4上的側面定位夾緊單元6，固定安裝在頂部定位橫梁5上的上部定位夾緊單元7。主定位夾緊單元3、輔助定位單元9、側面定位夾緊單元6和上部定位夾緊單元7均能夠在柔性底座1、立柱機構4及頂部定位橫梁5上移動。其中，如圖4、5和6所示，立柱機構4包括立柱41、立柱固定座42、限位塊43、限位開關44、限位彈簧45。通過銷軸46將立柱固定座與立柱連接，立柱可繞銷軸任意旋轉，通過圖6所示定位螺栓48來固定立柱與立柱固定座相對位置，調整螺母49將定位好立柱位置的定位螺栓擰緊固定在立柱固定座上。限位開關通過銷軸固定在立柱上，限位開關可繞銷軸任意旋轉，限位彈簧一端與立柱固定座連接，另一端與限位開關連接，跟據限位彈簧的連接情況和限位塊的位置將限位開關擺正到合適的位置后用鎖緊螺母47將固定好位置的限位開關通過銷軸螺紋處擰緊固定在立柱上。限位塊通過螺栓固定在立柱上。柔性底座I由50mmX 50mm厚3mm的方鋼拼焊而成。水平調節(jié)螺栓2旋入柔性底座I相應的螺孔內，起到調節(jié)焊接夾具水平度的作用。主定位夾緊單元3和輔助定位單元9通過前后左右四個方向的Φ6平墊+Φ6彈簧墊+M6沉頭螺栓的裝配順序將其安裝固定在柔性底座I上。主定位夾緊單元3對零件的固定方式為卡扣。具有限位及安全功能的立柱機構4采用限位塊、限位開關、限位彈簧、立柱固定座這樣簡單的結構就能對立柱進行限位和提高安全性能。用銷軸將限位開關固定在立柱上，用鎖緊螺母對銷軸進行螺紋擰緊固定，鎖緊螺母一端的銷軸穿過立柱的孔為螺孔，另一端銷軸穿過立柱的孔為光孔，此結構方便連接限位開關有螺紋端的銷軸通過立柱螺紋孔與限位彈簧之間通過螺紋部位來進行相對位置的適度調整，如圖5所示。立柱垂直度的調整由定位螺栓旋入立柱固定座的長度和調整螺母的松緊程度來保證。同時擰緊的調整螺母產生的夾緊力將裝配組件壓緊在一起，以確保被裝配零件絕對不會相對移動，如圖6所示。通過定位銷11保證頂部定位橫梁5與立柱的位置精度并用卡扣8鎖緊定位。側面定位夾緊單元6由連接板與支基組成，連接板通過Φ6平墊+ Φ6彈簧墊+Μ6沉頭螺栓的裝配順序將其安裝固定在支基上，連接板對零件的固定方式為卡扣，支基通過Φ6平墊+Φ6彈簧墊+Μ6沉頭螺栓的裝配順序將其安裝固定在立柱上。上部定位夾緊單元7由連接板與支基組成，連接板通過Φ6平墊+Φ6彈簧墊+Μ6沉頭螺栓的裝配順序將其安裝固定在支基上，連接板對零件的固定方式為卡扣，支基通過Φ6平墊+Φ6彈簧墊+Μ6沉頭螺栓的裝配順序將其安裝固定在頂部定位橫梁5上。如圖3所示，卡扣8由固定板81、翻板82、環(huán)扣83和鉤板84組成。固定板通過螺栓固定在連接板10上，翻板與固定板通過圓形鋼絲85連接，翻板可繞著連接處任意旋轉。環(huán)扣為梯形結構，其梯形最長直線段穿過翻板連接孔與翻板連接，環(huán)扣可繞連接孔任意旋轉。圖3d中A位置的卡扣處于松脫狀態(tài)，卡扣的鎖緊狀態(tài)就是將環(huán)扣固定在鉤板上，同時翻板繞著圓形鋼絲逆時針旋轉到與固定板平行即可鎖緊卡扣，如圖3d中B位置所示。立柱由50mmx50mmx3mm的方鋼加工而成,其與限位開關連接的銷軸孔為通孔，由于方鋼為中空結構，所以一處位置的通孔被切分成兩段，一段通孔為光孔，一段通孔為螺紋孔。將銷軸先從光孔段穿過，然后再從螺紋孔段處穿出，并與鎖緊螺母通過螺紋連接緊固。此結構通過銷軸與螺紋孔段處螺紋連接可保證限位開關調節(jié)精度在1_范圍內，方便限位開關與限位彈簧、限位塊三者位置的精密調節(jié)，其作用可靠，使用方便。具體如圖5所示。立柱垂直度的調整由定位螺栓旋入立柱固定座的長度和調整螺母的松緊程度來保證。同時擰緊的調整螺母產生的夾緊力將裝配組件壓緊在一起，以確保被裝配零件絕對不會相對移動。如圖6所示。圖7和8為使用過程中方程式賽車焊接夾具從不同方位展示的示意圖。使用過程為:1、將卡扣處于松脫狀態(tài)，如圖3d中A位置所示；2、將地板的正方形方鋼依次放入到輔助定位單元9內進行定位，每個方鋼由兩套輔助定位單元9進行定 位；3、將地板上的四根管材依次放入主定位夾緊單元3內進行定位，每個管材由兩套主定位夾緊單元3構成，將主定位夾緊單元3上的卡扣處于夾緊狀態(tài)，保證管材夾緊到位；4、將限位開關往外扳，如圖4所示，立柱可朝外擺動任意角度；5、將側面的車身管材零件放入到相應的側面定位夾緊單元6內，將限位開關往里扳，調整側面的零件與之匹配的地板零件接觸良好后，將側面定位夾緊單元6上的卡扣處于夾緊狀態(tài)，保證側面零件的夾緊到位。6、側面零件全部按上述要求安裝到位后，將頂部定位橫梁5的定位銷11 (見圖6)插入到具有限位及安全功能的立柱機構4對應的定位孔內，定位銷與定位孔的配合為過渡配合，以保證定好位的頂部定位橫梁5不會左右移動，將立柱上的卡扣處于夾緊狀態(tài)。7、將車身上部管材零件依次放入到相應的上部定位夾緊單元7內，與側面零件配合到位后，將上部定位夾緊單元7上的卡扣處于夾緊狀態(tài)。8、焊接完成后的方程式賽車車身從焊接夾具取出過程正好與以上的步驟相反即可將賽車車身取出。此夾具為柔性焊接夾具。因學生方程式賽車車身零件變化只在小范圍，此夾具滿足在相似的形狀和尺寸變動不大的范圍內可調整夾具。此焊接夾具采用UG設計系統(tǒng)進行模擬裝配。精確的數模尺寸保證了裝配精度，通過三坐標測量儀器對焊接夾具進行檢測和調整，保證焊接夾具的定位位置誤差在±0.1mm以內。此焊接夾具結構已進行實際操作驗證，方程式賽車車身焊接效果良好，使用方便可靠。此焊接夾具保證和提高了方程式賽車的車身質量，能夠提高工作效率，降低制造成本，并且減輕勞動強度，保障安全操作。本發(fā)明不局限于權利要求和具體實施例所述及的保護內容，只要是根據本發(fā)明的構思所創(chuàng)作出來 的任何發(fā)明，都應歸屬于本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種方程式賽車焊接夾具，其特征在于:包括柔性底座(1)，固定安裝在所述柔性底座(I)上的水平調節(jié)螺栓(2)、主定位夾緊單元(3)和輔助定位單元(9)，具有限位及安全功能的立柱機構(4)，與所述立柱機構(4)連接的頂部定位橫梁(5)，固定安裝在所述立柱機構(4)上的側面定位夾緊單元(6)，固定安裝在所述頂部定位橫梁(5)上的上部定位夾緊單元(7)。
2.根據權利要求1所述的方程式賽車焊接夾具，其特征在于:所述立柱機構(4)包括立柱、立柱固定座、限位塊、限位開關和限位彈簧，所述立柱通過銷軸與所述立柱固定座連接，所述立柱可繞銷軸任意旋轉；所述限位塊固定安裝在所述立柱上；所述限位開關通過銷軸固定在所述立柱上，所述限位開關可繞銷軸任意旋轉；所述限位彈簧一端與所述立柱固定座連接，另一端與所述限位開關連接。
3.根據權利要求1所述的方程式賽車焊接夾具，其特征在于:所述主定位夾緊單元(3 )、輔助定位單元(9 )、側面定位夾緊單元(6 )和上部定位夾緊單元(7 )均能夠在所述柔性底座(I)、立柱機構(4)及頂部定位橫梁(5)上移動。
4.根據權利要求1所述的方程式賽車焊接夾具，其特征在于:所述主定位夾緊單元(3)和所述輔助定位單元(9)通過前后左右四個方向的平墊+彈簧墊+沉頭螺栓的裝配順序安裝固定在所述柔性底座(I)上。
5.根據權利要求1所述的方程式賽車焊接夾具，其特征在于:所述側面定位夾緊單元(6)由連接板與支基組成，所述連接板通過平墊+彈簧墊+沉頭螺栓的裝配順序安裝固定在所述支基上，所述支基通過平墊+彈簧墊+沉頭螺栓的裝配順序安裝固定在所述立柱上。
6.根據權利要求1所述的方程式賽車焊接夾具，其特征在于:所述上部定位夾緊單元 (7)由連接板與支基組成，所述連接板通過平墊+彈簧墊+沉頭螺栓的裝配順序安裝固定在所述支基上，所述支基通過平墊+彈簧墊+沉頭螺栓的裝配順序安裝固定在所述立柱上。
7.根據權利要求5或6所述的方程式賽車焊接夾具，其特征在于:所述連接板對零件的固定方式為卡扣。
8.根據權利要求1所述的方程式賽車焊接夾具，其特征在于:所述主定位夾緊單元(3)對零件的固定方式為卡扣。
9.根據權利要求1所述的方程式賽車焊接夾具，其特征在于:所述立柱機構(4)與所述頂部定位橫梁(5)通過定位銷和卡扣(8)定位鎖緊。
10.根據權利要求7所述的方程式賽車焊接夾具，其特征在于:所述卡扣由固定板、翻板、環(huán)扣和鉤板組成，所述翻板與所述固定板通過圓形鋼絲連接，所述翻板可繞著連接處任意旋轉；所述環(huán)扣為梯形結構，其梯形最長直線段穿過翻板連接孔與所述翻板連接，所述環(huán)扣可繞連接孔任意旋轉；所述鉤板固定在所述連接板上。
全文摘要
一種方程式賽車焊接夾具，包括柔性底座，固定安裝在所述柔性底座上的水平調節(jié)螺栓、主定位夾緊單元和輔助定位單元，具有限位及安全功能的立柱機構，與所述立柱機構連接的頂部定位橫梁，固定安裝在所述立柱機構上的側面定位夾緊單元，固定安裝在所述頂部定位橫梁上的上部定位夾緊單元。所述主定位夾緊單元、輔助定位單元、側面定位夾緊單元和上部定位夾緊單元均能夠在所述柔性底座、立柱機構及頂部定位橫梁上移動。所述立柱機構包括立柱、立柱固定座、限位塊、限位開關和限位彈簧。采用本發(fā)明的焊接夾具，不僅可以保證裝配定位焊時各零件正確的相對位置，而且可以防止或減少工件的焊接變形。
文檔編號B23K37/053GK103240556SQ20131017242
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月10日 優(yōu)先權日2013年5月10日
發(fā)明者范健文, 岑延清, 羅潤生, 劉琰, 管菁, 陳春林 申請人:上汽通用五菱汽車股份有限公司