专利名称：一种方程式赛车焊接夹具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方程式赛车焊接夹具。
背景技术：
本发明涉及的方程式赛车为学生方程式赛车，其车身是框架结构，框架由外径为25mm，壁厚为2.5mm的管材和总长为20mm，壁厚为2.5mm正方形方钢构成。地板是采用与立体箱式构造相近的构造，运用刚度和重量的平衡计算来进行设计。车身上每一个零件的强度设计顺序与通常的强度设计相同，先要把握面载荷、制动和驱动时的载荷变动(频率)，再利用有限元分析法等预测零件的应力变动。参照材料的疲劳强度特性预测寿命，并评价结果。设计学生方程式赛车时，由框架构造成的面几乎都有开口部位。将开口部件做成三角形的桁架结构并粘贴薄板以确保其弯曲刚度和剪切刚度。另外，粘贴的薄板能够承受面内应力，所以即使很薄也能大幅度提高车身刚度。设计学生方程式赛车有很多规则，在了解基本特性的基础上，还需要设计能够吸收能量的吸能器和乘员保护机构。另外，设计当学生方程式赛车发生倾覆是时保护乘员安全的防护架也很重要。目前学生方程式赛车的车身制造均为无任何夹紧定位保障的手工操作，使得制造出来的车身质量与设计要求相差甚远。
发明内容
本发明的技术解决问题是:针对现有技术没有方程式赛车焊接夹具的不足，提出一种方程式赛车焊接夹具。本发明的技术解决方案是:本发明提供的方程式赛车焊接夹具，包括柔性底座，固定安装在所述柔性底座上的水平调节螺栓、主定位夹紧单元和辅助定位单元，具有限位及安全功能的立柱机构，与所述立柱机构连接的顶部·定位横梁，固定安装在所述立柱机构上的侧面定位夹紧单元，固定安装在所述顶部定位横梁上的上部定位夹紧单元。所述立柱机构包括立柱、立柱固定座、限位块、限位开关和限位弹簧，所述立柱通过销轴与所述立柱固定座连接，所述立柱可绕销轴任意旋转；所述限位块固定安装在所述立柱上；所述限位开关通过销轴固定在所述立柱上，所述限位开关可绕销轴任意旋转；所述限位弹簧一端与所述立柱固定座连接，另一端与所述限位开关连接。所述主定位夹紧单元、辅助定位单元、侧面定位夹紧单元和上部定位夹紧单元均能够在所述柔性底座、立柱机构及顶部定位横梁上移动。所述主定位夹紧单元和所述辅助定位单元通过前后左右四个方向的平垫+弹簧垫+沉头螺栓的装配顺序安装固定在所述柔性底座上。所述侧面定位夹紧单元由连接板与支基组成，所述连接板通过平垫+弹簧垫+沉头螺栓的装配顺序安装固定在所述支基上，所述支基通过平垫+弹簧垫+沉头螺栓的装配顺序安装固定在所述立柱上。所述上部定位夹紧单元由连接板与支基组成，所述连接板通过平垫+弹簧垫+沉头螺栓的装配顺序安装固定在所述支基上，所述支基通过平垫+弹簧垫+沉头螺栓的装配顺序安装固定在所述立柱上。所述连接板对零件的固定方式为卡扣。所述主定位夹紧单元对零件的固定方式为卡扣。所述立柱机构与所述顶部定位横梁通过定位销和卡扣定位锁紧。所述卡扣由固定板、翻板、环扣和钩板组成,所述翻板与所述固定板通过圆形钢丝连接，所述翻板可绕着连接处任意旋转；所述环扣为梯形结构，其梯形最长直线段穿过翻板连接孔与所述翻板连接，所述环扣可绕连接孔任意旋转；所述钩板固定在所述连接板上。本发明与现有技术相比具有如下优点:(I)采用卡扣对零件进行夹紧，操作简单，产生的夹紧力符合零件夹紧要求，且卡扣采用废旧不锈钢材料边角料自制完成，成本低，有足够的强度和刚度，通过螺栓固定在工件的相应位置上，重复利用率强。(2)具有限位及安全功能的立柱机构采用限位块、限位开关、限位弹簧、立柱固定座这样简单的结构就能对立柱进行限位和提高安全性能。用销轴将限位开关固定在立柱上，用锁紧螺母对销轴进行螺纹拧紧固定，锁紧螺母一端的销轴穿过立柱的孔为螺孔，另一端销轴穿过立柱的孔为光孔，此结构方便连接限位开关有螺纹端的销轴通过立柱螺纹孔与限位弹簧之间通过螺纹部位来进行相对位置的适度调整。其作用可靠，使用方便。(3)通过定位销保证顶部定位横梁与立柱的位置精度并用卡扣进行锁紧定位，此结构简单，操作方便。(4)不同定位夹紧单元均 能在柔性底板、立柱、顶部定位横梁上进行移动，能满足不同赛车车身结构的焊接要求。(5)水平调节螺栓能对赛车焊接夹具进行水平方向的调整，保证焊接夹具的水平精度在±0.1mm以内。(6)立柱垂直度的调整由定位螺栓旋入立柱固定座的长度和调整螺母的松紧程度来保证。同时拧紧的调整螺母产生的夹紧力将装配组件压紧在一起，以确保被装配零件绝对不会相对移动。(7)采用本发明的焊接夹具，零件由定位器定位，不用划线、不用测量就能得到准确的装配位置，从而保证了装配精度。(8)由于焊件在夹具中可强行夹固或预先给予反变形，所以能控制或消除焊接变形。(9)焊接过程中，焊接件往往会产生变形，变形有时会达到无法消除的程度，这就会影响到后面总装配工作。采用焊接夹具后，不仅可以保证装配定位焊时各零件正确的相对位置，而且可以防止或减少工件的焊接变形。
图1为根据本发明的方程式赛车焊接夹具结构示意图；图2为根据本发明的方程式赛车焊接夹具三视图，其中a为主视图，b为左视图，c为俯视图；图3为根据本发明的卡扣、卡扣使用状态示意图，其中a为卡扣主视图，b为卡扣左视图，C为卡扣俯视图，d为卡扣使用状态示意图，A为卡扣松脱状态，B为卡扣夹紧状态；图4为根据本发明的立柱机构示意图；图5为根据本发明的立柱机构连接示意图；图6为根据本发明的立柱机构与顶部定位横梁及立柱固定座的连接示意图；图7为根据本发明的方程式赛车焊接夹具使用过程示意图之一；图8为根据本发明的方程式赛车焊接夹具使用过程示意图之二。
图号说明:1 一柔性底座，2—水平调节螺栓，3—主定位夹紧单元，4一立柱机构，5—顶部定位横梁，6—侧面定位夹紧单元，7—上部定位夹紧单元，8—卡扣，9一辅助定位单元，41 一立柱，42—立柱固定座，43—限位块，44一限位开关，45—限位弹簧，46—销轴，47—锁紧螺母，48一定位螺检，49一调整螺母，11一定位销，81一固定板，82一翻板,83一环扣，84—钩板,85—圆形钢丝，10一连接板,A一卡扣松脱状态，B一卡扣夹紧状态。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的实施例进行说明。如图1和2所示，根据本发明的方程式赛车焊接夹具，包括柔性底座I，固定安装在柔性底座I上的水平调节螺栓2、主定位夹紧单元3和辅助定位单元9，具有限位及安全功能的立柱机构4,与立柱机构4连接的顶部定位横梁5,固定安装在立柱机构4上的侧面定位夹紧单元6，固定安装在顶部定位横梁5上的上部定位夹紧单元7。主定位夹紧单元3、辅助定位单元9、侧面定位夹紧单元6和上部定位夹紧单元7均能够在柔性底座1、立柱机构4及顶部定位横梁5上移动。其中，如图4、5和6所示，立柱机构4包括立柱41、立柱固定座42、限位块43、限位开关44、限位弹簧45。通过销轴46将立柱固定座与立柱连接，立柱可绕销轴任意旋转，通过图6所示定位螺栓48来固定立柱与立柱固定座相对位置，调整螺母49将定位好立柱位置的定位螺栓拧紧固定在立柱固定座上。限位开关通过销轴固定在立柱上，限位开关可绕销轴任意旋转，限位弹簧一端与立柱固定座连接，另一端与限位开关连接，跟据限位弹簧的连接情况和限位块的位置将限位开关摆正到合适的位置后用锁紧螺母47将固定好位置的限位开关通过销轴螺纹处拧紧固定在立柱上。限位块通过螺栓固定在立柱上。柔性底座I由50mmX 50mm厚3mm的方钢拼焊而成。水平调节螺栓2旋入柔性底座I相应的螺孔内，起到调节焊接夹具水平度的作用。主定位夹紧单元3和辅助定位单元9通过前后左右四个方向的Φ6平垫+Φ6弹簧垫+M6沉头螺栓的装配顺序将其安装固定在柔性底座I上。主定位夹紧单元3对零件的固定方式为卡扣。具有限位及安全功能的立柱机构4采用限位块、限位开关、限位弹簧、立柱固定座这样简单的结构就能对立柱进行限位和提高安全性能。用销轴将限位开关固定在立柱上，用锁紧螺母对销轴进行螺纹拧紧固定，锁紧螺母一端的销轴穿过立柱的孔为螺孔，另一端销轴穿过立柱的孔为光孔，此结构方便连接限位开关有螺纹端的销轴通过立柱螺纹孔与限位弹簧之间通过螺纹部位来进行相对位置的适度调整，如图5所示。立柱垂直度的调整由定位螺栓旋入立柱固定座的长度和调整螺母的松紧程度来保证。同时拧紧的调整螺母产生的夹紧力将装配组件压紧在一起，以确保被装配零件绝对不会相对移动，如图6所示。通过定位销11保证顶部定位横梁5与立柱的位置精度并用卡扣8锁紧定位。侧面定位夹紧单元6由连接板与支基组成，连接板通过Φ6平垫+ Φ6弹簧垫+Μ6沉头螺栓的装配顺序将其安装固定在支基上，连接板对零件的固定方式为卡扣，支基通过Φ6平垫+Φ6弹簧垫+Μ6沉头螺栓的装配顺序将其安装固定在立柱上。上部定位夹紧单元7由连接板与支基组成，连接板通过Φ6平垫+Φ6弹簧垫+Μ6沉头螺栓的装配顺序将其安装固定在支基上，连接板对零件的固定方式为卡扣，支基通过Φ6平垫+Φ6弹簧垫+Μ6沉头螺栓的装配顺序将其安装固定在顶部定位横梁5上。如图3所示，卡扣8由固定板81、翻板82、环扣83和钩板84组成。固定板通过螺栓固定在连接板10上，翻板与固定板通过圆形钢丝85连接，翻板可绕着连接处任意旋转。环扣为梯形结构，其梯形最长直线段穿过翻板连接孔与翻板连接，环扣可绕连接孔任意旋转。图3d中A位置的卡扣处于松脱状态，卡扣的锁紧状态就是将环扣固定在钩板上，同时翻板绕着圆形钢丝逆时针旋转到与固定板平行即可锁紧卡扣，如图3d中B位置所示。立柱由50mmx50mmx3mm的方钢加工而成,其与限位开关连接的销轴孔为通孔，由于方钢为中空结构，所以一处位置的通孔被切分成两段，一段通孔为光孔，一段通孔为螺纹孔。将销轴先从光孔段穿过，然后再从螺纹孔段处穿出，并与锁紧螺母通过螺纹连接紧固。此结构通过销轴与螺纹孔段处螺纹连接可保证限位开关调节精度在1_范围内，方便限位开关与限位弹簧、限位块三者位置的精密调节，其作用可靠，使用方便。具体如图5所示。立柱垂直度的调整由定位螺栓旋入立柱固定座的长度和调整螺母的松紧程度来保证。同时拧紧的调整螺母产生的夹紧力将装配组件压紧在一起，以确保被装配零件绝对不会相对移动。如图6所示。图7和8为使用过程中方程式赛车焊接夹具从不同方位展示的示意图。使用过程为:1、将卡扣处于松脱状态，如图3d中A位置所示；2、将地板的正方形方钢依次放入到辅助定位单元9内进行定位，每个方钢由两套辅助定位单元9进行定 位；3、将地板上的四根管材依次放入主定位夹紧单元3内进行定位，每个管材由两套主定位夹紧单元3构成，将主定位夹紧单元3上的卡扣处于夹紧状态，保证管材夹紧到位；4、将限位开关往外扳，如图4所示，立柱可朝外摆动任意角度；5、将侧面的车身管材零件放入到相应的侧面定位夹紧单元6内，将限位开关往里扳，调整侧面的零件与之匹配的地板零件接触良好后，将侧面定位夹紧单元6上的卡扣处于夹紧状态，保证侧面零件的夹紧到位。6、侧面零件全部按上述要求安装到位后，将顶部定位横梁5的定位销11 (见图6)插入到具有限位及安全功能的立柱机构4对应的定位孔内，定位销与定位孔的配合为过渡配合，以保证定好位的顶部定位横梁5不会左右移动，将立柱上的卡扣处于夹紧状态。7、将车身上部管材零件依次放入到相应的上部定位夹紧单元7内，与侧面零件配合到位后，将上部定位夹紧单元7上的卡扣处于夹紧状态。8、焊接完成后的方程式赛车车身从焊接夹具取出过程正好与以上的步骤相反即可将赛车车身取出。此夹具为柔性焊接夹具。因学生方程式赛车车身零件变化只在小范围，此夹具满足在相似的形状和尺寸变动不大的范围内可调整夹具。此焊接夹具采用UG设计系统进行模拟装配。精确的数模尺寸保证了装配精度，通过三坐标测量仪器对焊接夹具进行检测和调整，保证焊接夹具的定位位置误差在±0.1mm以内。此焊接夹具结构已进行实际操作验证，方程式赛车车身焊接效果良好，使用方便可靠。此焊接夹具保证和提高了方程式赛车的车身质量，能够提高工作效率，降低制造成本，并且减轻劳动强度，保障安全操作。本发明不局限于权利要求和具体实施例所述及的保护内容，只要是根据本发明的构思所创作出来 的任何发明，都应归属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种方程式赛车焊接夹具，其特征在于:包括柔性底座(1)，固定安装在所述柔性底座(I)上的水平调节螺栓(2)、主定位夹紧单元(3)和辅助定位单元(9)，具有限位及安全功能的立柱机构(4)，与所述立柱机构(4)连接的顶部定位横梁(5)，固定安装在所述立柱机构(4)上的侧面定位夹紧单元(6)，固定安装在所述顶部定位横梁(5)上的上部定位夹紧单元(7)。
2.根据权利要求1所述的方程式赛车焊接夹具，其特征在于:所述立柱机构(4)包括立柱、立柱固定座、限位块、限位开关和限位弹簧，所述立柱通过销轴与所述立柱固定座连接，所述立柱可绕销轴任意旋转；所述限位块固定安装在所述立柱上；所述限位开关通过销轴固定在所述立柱上，所述限位开关可绕销轴任意旋转；所述限位弹簧一端与所述立柱固定座连接，另一端与所述限位开关连接。
3.根据权利要求1所述的方程式赛车焊接夹具，其特征在于:所述主定位夹紧单元(3 )、辅助定位单元(9 )、侧面定位夹紧单元(6 )和上部定位夹紧单元(7 )均能够在所述柔性底座(I)、立柱机构(4)及顶部定位横梁(5)上移动。
4.根据权利要求1所述的方程式赛车焊接夹具，其特征在于:所述主定位夹紧单元(3)和所述辅助定位单元(9)通过前后左右四个方向的平垫+弹簧垫+沉头螺栓的装配顺序安装固定在所述柔性底座(I)上。
5.根据权利要求1所述的方程式赛车焊接夹具，其特征在于:所述侧面定位夹紧单元(6)由连接板与支基组成，所述连接板通过平垫+弹簧垫+沉头螺栓的装配顺序安装固定在所述支基上，所述支基通过平垫+弹簧垫+沉头螺栓的装配顺序安装固定在所述立柱上。
6.根据权利要求1所述的方程式赛车焊接夹具，其特征在于:所述上部定位夹紧单元 (7)由连接板与支基组成，所述连接板通过平垫+弹簧垫+沉头螺栓的装配顺序安装固定在所述支基上，所述支基通过平垫+弹簧垫+沉头螺栓的装配顺序安装固定在所述立柱上。
7.根据权利要求5或6所述的方程式赛车焊接夹具，其特征在于:所述连接板对零件的固定方式为卡扣。
8.根据权利要求1所述的方程式赛车焊接夹具，其特征在于:所述主定位夹紧单元(3)对零件的固定方式为卡扣。
9.根据权利要求1所述的方程式赛车焊接夹具，其特征在于:所述立柱机构(4)与所述顶部定位横梁(5)通过定位销和卡扣(8)定位锁紧。
10.根据权利要求7所述的方程式赛车焊接夹具，其特征在于:所述卡扣由固定板、翻板、环扣和钩板组成，所述翻板与所述固定板通过圆形钢丝连接，所述翻板可绕着连接处任意旋转；所述环扣为梯形结构，其梯形最长直线段穿过翻板连接孔与所述翻板连接，所述环扣可绕连接孔任意旋转；所述钩板固定在所述连接板上。
全文摘要
一种方程式赛车焊接夹具，包括柔性底座，固定安装在所述柔性底座上的水平调节螺栓、主定位夹紧单元和辅助定位单元，具有限位及安全功能的立柱机构，与所述立柱机构连接的顶部定位横梁，固定安装在所述立柱机构上的侧面定位夹紧单元，固定安装在所述顶部定位横梁上的上部定位夹紧单元。所述主定位夹紧单元、辅助定位单元、侧面定位夹紧单元和上部定位夹紧单元均能够在所述柔性底座、立柱机构及顶部定位横梁上移动。所述立柱机构包括立柱、立柱固定座、限位块、限位开关和限位弹簧。采用本发明的焊接夹具，不仅可以保证装配定位焊时各零件正确的相对位置，而且可以防止或减少工件的焊接变形。
文档编号B23K37/053GK103240556SQ20131017242
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月10日 优先权日2013年5月10日
发明者范健文, 岑延清, 罗润生, 刘琰, 管菁, 陈春林 申请人:上汽通用五菱汽车股份有限公司