齒輪齒條轉(zhuǎn)向器拉桿部分集成擰緊的設計與實現(xiàn)

趙文均，袁德志，李梓銘

(長春機械科學研究院有限公司，吉林 長春 130103)

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齒輪齒條轉(zhuǎn)向器拉桿部分集成擰緊的設計與實現(xiàn)

趙文均，袁德志，李梓銘

(長春機械科學研究院有限公司，吉林 長春 130103)

摘要：介紹了一種新型汽車齒輪齒條轉(zhuǎn)向器拉桿擰緊設備。該設備采用伺服擰緊機提供擰緊動力，人工上下料，全自動擰緊，最大擰緊扭矩130N·m，實際使用扭矩可依照實際需求設定,完全與以往擰緊方式不同。該設備適用工件范圍廣，操作簡潔，大大降低了操作者勞動強度。

關(guān)鍵詞：齒輪齒條轉(zhuǎn)向器；拉桿總成；自動擰緊

1引言

齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的基本機構(gòu)是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒條便做直線運動?？魁X條來直接帶動橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。它的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動橫拉桿，所以在小型汽車上得到廣泛應用，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

裝配線的設計集成商經(jīng)常會遇到這類齒輪齒條轉(zhuǎn)向器裝配線的供應需求，而在該裝配線中，拉桿擰緊設備屬于比較特殊的一類，因為該設備對應不同的裝配廠家，有不同的工藝要求，且所設計的裝配件外形較大，形狀也不規(guī)則。按照目前總結(jié)的情況來看，該設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，該設備屬于人工上下料，自動裝配類型，其操作簡潔，擰緊力矩自動控制判別，裝配質(zhì)量有保證。但其缺點是，若遇到拉桿總成(即內(nèi)拉桿和外拉桿已經(jīng)裝配在一起)，則無法實現(xiàn)裝配。

(2)人工擰緊。此方法對于內(nèi)拉桿和拉桿總成均適用，但此裝配方法操作復雜，擰緊由人工完成，勞動強度大，且由于人為因素較多，擰緊質(zhì)量無法保證。

總結(jié)上述兩種方式，設計了一種設備，既適用于內(nèi)拉桿和拉桿總成的擰緊，又適應自動擰緊裝配，能夠很好地保證擰緊質(zhì)量。

2方案設計

圖2為該設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。啟動設備后，設備會將殼體壓緊在中間固定工裝上，左右拉桿同時前進擰入齒條。

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)動部分和前進驅(qū)動部分組成，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，保證螺紋在擰入過程中，彈簧能夠回彈補償螺紋擰入深度。拉桿擰緊所需扭矩值由擰緊機精準控制。

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邊連接傳遞扭矩，而拉桿夾具與拉桿總成之間由設計的四方孔傳遞扭矩，連接方式簡單可靠。

3設備要點

由于是人工上下料，故設計時要充分考慮到操作的方便性，工裝主體部分開口位置在上下料時必須朝上，便于拿取。

設計時，彈簧選取必須經(jīng)過精確計算。彈簧力過小，擰緊主體部分前進后退時會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象；彈簧力過大，齒條端部在頂緊時會受力過大，螺紋容易損傷。

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

設備必須配備必要的安全設施，如安全光幕或安全門等，保障操作者的安全。

4結(jié)論

該設備運行穩(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強度，達到了預期的設計目的。

參考文獻

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[5]米思米(中國)精密機械貿(mào)易有限公司.FA工廠自動化用零件綜合樣本[Z].2015.

[收稿日期]2016-03-28

[作者簡介]趙文均(1985—)，男，漢族，本科學歷，助理工程師，現(xiàn)從事非標自動化設計工作。

中圖分類號：U463.43

文獻標識碼：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