齿轮齿条转向器拉杆部分集成拧紧的设计与实现

赵文均，袁德志，李梓铭

(长春机械科学研究院有限公司，吉林 长春 130103)



齿轮齿条转向器拉杆部分集成拧紧的设计与实现

赵文均，袁德志，李梓铭

(长春机械科学研究院有限公司，吉林 长春 130103)

摘要：介绍了一种新型汽车齿轮齿条转向器拉杆拧紧设备。该设备采用伺服拧紧机提供拧紧动力，人工上下料，全自动拧紧，最大拧紧扭矩130N·m，实际使用扭矩可依照实际需求设定,完全与以往拧紧方式不同。该设备适用工件范围广，操作简洁，大大降低了操作者劳动强度。

关键词：齿轮齿条转向器；拉杆总成；自动拧紧

1引言

齿轮齿条转向器的基本机构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。它的优点在于结构简单，成本低廉，转向灵敏，体积小，可以直接带动横拉杆，所以在小型汽车上得到广泛应用，也是目前小型汽车上使用最多的转向器结构(如图1所示)。

图1　齿轮齿条转向器

装配线的设计集成商经常会遇到这类齿轮齿条转向器装配线的供应需求，而在该装配线中，拉杆拧紧设备属于比较特殊的一类，因为该设备对应不同的装配厂家，有不同的工艺要求，且所设计的装配件外形较大，形状也不规则。按照目前总结的情况来看，该设备大致可以分为以下两大类：

(1)只能将内拉杆拧紧到齿条上，该设备属于人工上下料，自动装配类型，其操作简洁，拧紧力矩自动控制判别，装配质量有保证。但其缺点是，若遇到拉杆总成(即内拉杆和外拉杆已经装配在一起)，则无法实现装配。

(2)人工拧紧。此方法对于内拉杆和拉杆总成均适用，但此装配方法操作复杂，拧紧由人工完成，劳动强度大，且由于人为因素较多，拧紧质量无法保证。

总结上述两种方式，设计了一种设备，既适用于内拉杆和拉杆总成的拧紧，又适应自动拧紧装配，能够很好地保证拧紧质量。

2方案设计

图2为该设备主要工作部分的整体示意图，主要由3大部分组成：转向器壳体固定工装、左拉杆拧紧部分、右拉杆拧紧部分。工件壳体由人工放置到中间壳体固定工装上，左右拉杆也由人工分别固定在左右拉杆拧紧部分上。启动设备后，设备会将壳体压紧在中间固定工装上，左右拉杆同时前进拧入齿条。

转向器壳体主体部分由中间部分的工装夹持，由工装两端的V型支撑定位壳体中心，并由回转气缸辅助压紧。拧紧拉杆时由工装卡住齿条两端的平行面止转，如图3所示。

图3　工件定位止转示意图

左拉杆拧紧部分和右拉杆拧紧部分结构相同，主要由工装部分、拧紧驱动部分和前进驱动部分组成，如图4所示。拉杆总成由人工上料，人工将拉杆夹具套在拉杆总成上，由拉杆球头部分定心，两个平行平面抵抗拧紧扭矩；再将拉杆总成和拉杆夹具一并放置到工装主体上。前推气缸将拉杆前端压紧在齿条端面后，气缸压缩弹簧至前端硬限位，保证螺纹在拧入过程中，弹簧能够回弹补偿螺纹拧入深度。拉杆拧紧所需扭矩值由拧紧机精准控制。

图4　拉杆拧紧部分结构图

拉杆夹具和工装主体之间是组合式快换连接方式，方便上下工件时快速安装和脱离。拉杆夹具与拉杆总成之间由拉杆的一组平行对边连接传递扭矩，而拉杆夹具与拉杆总成之间由设计的四方孔传递扭矩，连接方式简单可靠。

3设备要点

由于是人工上下料，故设计时要充分考虑到操作的方便性，工装主体部分开口位置在上下料时必须朝上，便于拿取。

设计时，弹簧选取必须经过精确计算。弹簧力过小，拧紧主体部分前进后退时会出现抖动现象；弹簧力过大，齿条端部在顶紧时会受力过大，螺纹容易损伤。

拧紧过程必须在拧紧机控制下先反向旋转将螺纹对正，再正转将螺纹拧入到预定扭矩值，等待两端扭矩值均达到预定扭矩值后，左右一起拧紧到最终扭矩值。

设备必须配备必要的安全设施，如安全光幕或安全门等，保障操作者的安全。

4结论

该设备运行稳定，拧紧质量可靠，可满足多种齿轮齿条转向器拉杆部分的拧紧要求，提高了组装质量，减轻了操作者的劳动强度，达到了预期的设计目的。

参考文献

[1]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2]朱耀祥,浦林祥.现代夹具设计手册[M].北京:机械工业出版社,2009.

[3]ESTIC CORPORATION.伺服拧紧机综合样本[Z].2006.

[4]SMC.气动综合样本[Z].2013.

[5]米思米(中国)精密机械贸易有限公司.FA工厂自动化用零件综合样本[Z].2015.

[收稿日期]2016-03-28

[作者简介]赵文均(1985—)，男，汉族，本科学历，助理工程师，现从事非标自动化设计工作。

中图分类号：U463.43

文献标识码：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