趙文均，袁德志，李梓銘

(長(zhǎng)春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130103)

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齒輪齒條轉(zhuǎn)向器拉桿部分集成擰緊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙文均，袁德志，李梓銘

(長(zhǎng)春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130103)

摘要：介紹了一種新型汽車齒輪齒條轉(zhuǎn)向器拉桿擰緊設(shè)備。該設(shè)備采用伺服擰緊機(jī)提供擰緊動(dòng)力，人工上下料，全自動(dòng)擰緊，最大擰緊扭矩130N·m，實(shí)際使用扭矩可依照實(shí)際需求設(shè)定,完全與以往擰緊方式不同。該設(shè)備適用工件范圍廣，操作簡(jiǎn)潔，大大降低了操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：齒輪齒條轉(zhuǎn)向器；拉桿總成；自動(dòng)擰緊

1引言

齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的基本機(jī)構(gòu)是一對(duì)相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條便做直線運(yùn)動(dòng)。靠齒條來(lái)直接帶動(dòng)橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。它的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動(dòng)橫拉桿，所以在小型汽車上得到廣泛應(yīng)用，也是目前小型汽車上使用最多的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。

圖1　齒輪齒條轉(zhuǎn)向器

裝配線的設(shè)計(jì)集成商經(jīng)常會(huì)遇到這類齒輪齒條轉(zhuǎn)向器裝配線的供應(yīng)需求，而在該裝配線中，拉桿擰緊設(shè)備屬于比較特殊的一類，因?yàn)樵撛O(shè)備對(duì)應(yīng)不同的裝配廠家，有不同的工藝要求，且所設(shè)計(jì)的裝配件外形較大，形狀也不規(guī)則。按照目前總結(jié)的情況來(lái)看，該設(shè)備大致可以分為以下兩大類：

(1)只能將內(nèi)拉桿擰緊到齒條上，該設(shè)備屬于人工上下料，自動(dòng)裝配類型，其操作簡(jiǎn)潔，擰緊力矩自動(dòng)控制判別，裝配質(zhì)量有保證。但其缺點(diǎn)是，若遇到拉桿總成(即內(nèi)拉桿和外拉桿已經(jīng)裝配在一起)，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)裝配。

(2)人工擰緊。此方法對(duì)于內(nèi)拉桿和拉桿總成均適用，但此裝配方法操作復(fù)雜，擰緊由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且由于人為因素較多，擰緊質(zhì)量無(wú)法保證。

總結(jié)上述兩種方式，設(shè)計(jì)了一種設(shè)備，既適用于內(nèi)拉桿和拉桿總成的擰緊，又適應(yīng)自動(dòng)擰緊裝配，能夠很好地保證擰緊質(zhì)量。

2方案設(shè)計(jì)

圖2為該設(shè)備主要工作部分的整體示意圖，主要由3大部分組成：轉(zhuǎn)向器殼體固定工裝、左拉桿擰緊部分、右拉桿擰緊部分。工件殼體由人工放置到中間殼體固定工裝上，左右拉桿也由人工分別固定在左右拉桿擰緊部分上。啟動(dòng)設(shè)備后，設(shè)備會(huì)將殼體壓緊在中間固定工裝上，左右拉桿同時(shí)前進(jìn)擰入齒條。

轉(zhuǎn)向器殼體主體部分由中間部分的工裝夾持，由工裝兩端的V型支撐定位殼體中心，并由回轉(zhuǎn)氣缸輔助壓緊。擰緊拉桿時(shí)由工裝卡住齒條兩端的平行面止轉(zhuǎn)，如圖3所示。

圖3　工件定位止轉(zhuǎn)示意圖

左拉桿擰緊部分和右拉桿擰緊部分結(jié)構(gòu)相同，主要由工裝部分、擰緊驅(qū)動(dòng)部分和前進(jìn)驅(qū)動(dòng)部分組成，如圖4所示。拉桿總成由人工上料，人工將拉桿夾具套在拉桿總成上，由拉桿球頭部分定心，兩個(gè)平行平面抵抗擰緊扭矩；再將拉桿總成和拉桿夾具一并放置到工裝主體上。前推氣缸將拉桿前端壓緊在齒條端面后，氣缸壓縮彈簧至前端硬限位，保證螺紋在擰入過(guò)程中，彈簧能夠回彈補(bǔ)償螺紋擰入深度。拉桿擰緊所需扭矩值由擰緊機(jī)精準(zhǔn)控制。

圖4　拉桿擰緊部分結(jié)構(gòu)圖

拉桿夾具和工裝主體之間是組合式快換連接方式，方便上下工件時(shí)快速安裝和脫離。拉桿夾具與拉桿總成之間由拉桿的一組平行對(duì)邊連接傳遞扭矩，而拉桿夾具與拉桿總成之間由設(shè)計(jì)的四方孔傳遞扭矩，連接方式簡(jiǎn)單可靠。

3設(shè)備要點(diǎn)

由于是人工上下料，故設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到操作的方便性，工裝主體部分開(kāi)口位置在上下料時(shí)必須朝上，便于拿取。

設(shè)計(jì)時(shí)，彈簧選取必須經(jīng)過(guò)精確計(jì)算。彈簧力過(guò)小，擰緊主體部分前進(jìn)后退時(shí)會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象；彈簧力過(guò)大，齒條端部在頂緊時(shí)會(huì)受力過(guò)大，螺紋容易損傷。

擰緊過(guò)程必須在擰緊機(jī)控制下先反向旋轉(zhuǎn)將螺紋對(duì)正，再正轉(zhuǎn)將螺紋擰入到預(yù)定扭矩值，等待兩端扭矩值均達(dá)到預(yù)定扭矩值后，左右一起擰緊到最終扭矩值。

設(shè)備必須配備必要的安全設(shè)施，如安全光幕或安全門(mén)等，保障操作者的安全。

4結(jié)論

該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，擰緊質(zhì)量可靠，可滿足多種齒輪齒條轉(zhuǎn)向器拉桿部分的擰緊要求，提高了組裝質(zhì)量，減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。

參考文獻(xiàn)

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[收稿日期]2016-03-28

[作者簡(jiǎn)介]趙文均(1985—)，男，漢族，本科學(xué)歷，助理工程師，現(xiàn)從事非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作。

中圖分類號(hào)：U463.43

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.02.024

Design and Realization of Pull Rod Tightening for Gear-Rack Steering Gear

Zhao Wenjun, Yuan Dezhi, Li Ziming

(Changchun Research Institute for Mechanical Science Co., Ltd. Changchun 130103, Jilin, China)

Abstract：A new type device of pull rod tightening for gear-rack steering gear is introduced in the paper. The device with manual feed uses a servo tightening machine to provide tightening power, and can realized automatic tightening. The maximum tightening torque is 130N·m. The actual torque can be set according to the actual demand, which is different from the previous tightening methods. The device is suitable for a wide range of workpiece, and has the characteristic of simple operation, which greatly reduces the labor intensity of the operator.

Keywords:gear-rack steering gear; rod assembly; automatic tightening