1、汽車轉(zhuǎn)向節(jié)鉆孔夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)朱文峰12,李旗號(hào)1,汪韶杰2(1.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院,安徽合肥230009;2.合肥工業(yè)大學(xué)汽車技術(shù)研究院,安徽合肥230009摘要:基于汽車轉(zhuǎn)向節(jié)外形特殊、加工精度要求高、定位困難、生產(chǎn)批量大等特點(diǎn),針對(duì)加工過程中錐孔加工工序設(shè)計(jì)了一 套鉆孔夾具,對(duì)夾具的定位誤差進(jìn)行計(jì)算分析,并運(yùn)用三維圖形軟件Pro/E進(jìn)行建模和虛擬裝配,以檢驗(yàn)夾具空間布置和零件尺 寸干涉性問題,能實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向節(jié)高效高質(zhì)量加工,提高經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)向節(jié);錐孑L加工;定位誤差分析;虛擬裝配Structural Design of Steering Knuce Fixture for

2、 Drilling HoleZHU Wenfbn912,LI Qiha01,WANG Shaojie2(1.Sch001of Machinery and Automobile Engineering, Hefei University of Technology, Hefei Anhui 230009, China; 2.Automoble Technical Institute, Hefei Universitv of Technology, Hefei Anhui 230009, ChinaAbstract:Based on the features of automotive steer

3、ing knuckle, such as special connguration, h培h requirements of pmcessing accura cy, dimcult to 10cate and large batch of production, according the step of machining taper hole, a set of fixture fbr drilling was designed, and the posi“on error of fixture was analyzed. The threedimensional (3Dgraphics

4、 software Pro/E was used to modeling and vinual asseIllbly. By obsen,ing spatiaI arrangement and examining if the parts size had interference or not, h培h-quality and emcient pmcessing of automotive steeringknuckle parts can be achieved, and the economic efhciency is improved.Keywords:Steering knuckl

5、e; Machining taper h01e; Position error analyze; VirtuaI assembly0引言轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車上重要的安全零部件之一,它能夠使汽車靈敏地傳遞行駛方向并穩(wěn)定行駛。轉(zhuǎn)向節(jié)的作用是承受汽車前部的載荷,支撐和帶動(dòng)前輪使汽車轉(zhuǎn)向。在汽車行駛狀態(tài)下,它承受多變的沖擊載荷,因此,要求其具有很高的強(qiáng)度。轉(zhuǎn)向節(jié)分為整體式和分體式兩種,分體式則主要用于乘用車(轎車,整體式主要用于商用車(貨車。由于轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,屬于空問異形件,加工精度要求較高,并且加工時(shí)無法直接精確定位,所以需要設(shè)計(jì)專用的夾具實(shí)現(xiàn)加工過程中的準(zhǔn)確定位和夾緊。從機(jī)加工藝來講,轉(zhuǎn)向節(jié)分為桿

6、部、法蘭盤和又部等3個(gè)部分加工。又部加工是轉(zhuǎn)向節(jié)加工的難點(diǎn),采用兩銷一面定位,是整個(gè)加工工藝的投資重點(diǎn)和設(shè)備選 型的關(guān)鍵。大部分轉(zhuǎn)向節(jié)在此部位還有橫拉桿裝配用的錐孑L, 這更增加了叉部加工難度,錐孔加工是許多廠家難以100%合 格的項(xiàng)目,應(yīng)予重視。筆者主要針對(duì)如圖1所示轉(zhuǎn)向節(jié)的短彎 臂錐孔加工,提出合理的加工方案,并設(shè)計(jì)錐孔加工的專用夾 具。1錐孔加工工藝分析為轉(zhuǎn)向節(jié)短彎臂錐孔加工所設(shè)計(jì)的夾具,在之前工序加 工完轉(zhuǎn)向節(jié)短彎臂側(cè)面相關(guān)尺寸以及通孔咖12.2、孔枷2:囂 和圖1汽車轉(zhuǎn)向節(jié)咖70:篇及其所在平面后的工序。這一工序所需加工尺寸如 圖2所示,孔錐度為1:8,錐孔軸線與豎直方向的夾角為 3

7、。53lo,錐孔小端直徑函14.56r”,錐孔的位置尺寸 81.10.2、58.5O.15。加工中錐孔位置可以通過控制錐 孔中心線到兩個(gè)工序基準(zhǔn)的交點(diǎn)的距離來確定。轉(zhuǎn)向節(jié)加 工工藝路線為鉆一粗鉸一精鉸,使用該工藝方案孔徑精度可 達(dá)到IT68,表面粗糙度RoO.81.6斗m,滿足錐孔加工 的精度要求,該工藝合理可行。收稿日期:20130618作者簡(jiǎn)介:朱文峰(1987一,男,碩士研究生,研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)及現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論。Email:wen20110901。墊!:!壘些!盟!塑 073 團(tuán)盈圈萬方數(shù)據(jù)圖2轉(zhuǎn)向節(jié)加工尺寸要求2錐孔加工夾具的設(shè)計(jì)2.1定位基準(zhǔn)與夾緊方案的確定由于在進(jìn)行此工序加工之前

8、已經(jīng)完成轉(zhuǎn)向節(jié)短彎臂側(cè)面相 關(guān)尺寸以及通孔(b12.2、孑L咖62:瓣和咖70:器及其所在平面尺 寸的加工,所以選用尺寸為咖70:器的孔和咖70:器孔左側(cè)端 面做為定位基準(zhǔn),限制工件5個(gè)方向的自由度,同時(shí)采用與支 撐面安裝孑L相配合的菱形銷作為定位元件,限制工件其余的自 由度,工件達(dá)到完全定位。由于轉(zhuǎn)向節(jié)為大批量生產(chǎn),因此采用螺旋夾緊裝置,結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單,夾緊動(dòng)作迅速、操作方便、省力和安全。2.2夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的錐孔加工夾具結(jié)構(gòu)如圖3所示,夾具主要由螺桿、六 角螺母、壓板、襯套、定位軸、快換鉆套、彎板、菱形銷等組成。圖3錐孔加工夾具裝配圖導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì),分析錐孔加工工藝可知,由于在鉆鉸1:8錐度

9、的孔時(shí),采用的刀具為鉆頭和1:8錐度的鉸刀,所以需要 設(shè)計(jì)導(dǎo)向裝置。通過開槽盤頭螺釘壓緊在彎板上的襯套和快換 鉆套,對(duì)鉆頭以及鉸刀起導(dǎo)向作用。因?yàn)樵撳F孔軸線與豎直方向的夾角為3。53710,所以通 過定位軸與彎板上傾斜孔的配合,將該孔軸線方向轉(zhuǎn)換為與豎 直方向平行,以滿足鉆孔加工。左右轉(zhuǎn)向節(jié)對(duì)稱布置,在一道工序中加工完成各自的錐 孔,減少夾具數(shù)量,提高生產(chǎn)效率。2.3夾具結(jié)構(gòu)的三維建模采用三維軟件Pr0/E對(duì)夾具的各零件進(jìn)行建模,并且利用 軟件的虛擬裝配功能對(duì)夾具進(jìn)行虛擬裝配,虛擬裝配圖如圖4所示。設(shè)計(jì)者通過三維建模可以直觀地觀察所設(shè)計(jì)的夾具,更 有效地了解夾具的空間情況,進(jìn)行空間布局,同時(shí)節(jié)

10、省了零件 的繪制時(shí)間,在實(shí)體修改時(shí),裝配件可以隨實(shí)體位置變化而變 化,可在設(shè)計(jì)過程中檢測(cè)出零件之間是否存在干涉等問題而無 需通過實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試。三維造型生產(chǎn)成本低、設(shè)計(jì)周期短,在 現(xiàn)今對(duì)設(shè)計(jì)的夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模和虛擬裝配已經(jīng)逐步成為 了主流。圖4鉆孔夾具的虛擬裝配3夾具定位誤差計(jì)算分析定位誤差的計(jì)算是夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié), 定位誤差的數(shù)值也是判斷夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理的依據(jù)。工 件在夾具中加工時(shí),引起加工尺寸產(chǎn)生誤差的主要原因有兩 類:一是由于定位基準(zhǔn)本身的尺寸和幾何形狀誤差,以及定位 基準(zhǔn)與定位元件之間的間隙所引起的工件定位基準(zhǔn)沿加工尺寸 方向的最大位移,稱為定位基準(zhǔn)位移誤差,以

11、、表示;二是 由于工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合,引起的工件工序基準(zhǔn)相對(duì)于 定位基準(zhǔn)而言沿加工尺寸方向的最大位移,稱為基準(zhǔn)不重合誤 差,以。表示。兩類誤差之和為定位誤差。,即。=,+。 (1根據(jù)夾具結(jié)構(gòu)可知,工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)均為 咖70:黑孑L左側(cè)端面,所以基準(zhǔn)不重合誤差。=o;(2由定位軸定位面的位置度引起的角度誤差“=arctarl/n=arctan0.02/70=0.98(下轉(zhuǎn)第85頁 團(tuán)盈圈 壘塑!坐墮型!:曼 074萬方數(shù)據(jù)刳6人,=O l時(shí)不Itd的凡f刈系統(tǒng)17門杉響。睛況圖7控制器增益參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向盤回正特性的影響3結(jié)論(1介紹了基于PID控制的EPs控制模式,分別討論了助 力模式和回

12、正模式下確定電機(jī)的控制電壓的方法。(2建立了基于MATLAB/Simulink的仿真模型,采用試 湊法確定了助力模式和回正模式下的PID參數(shù)。(3仿真結(jié)果表明:所采用的PID控制策略具有良好的控 制效果,助力模式能提高轉(zhuǎn)向輕便性和操縱穩(wěn)定性,回正模式 能快速回到中間位置,并能有效避免擺振。參考文獻(xiàn):【1】鄧?yán)?張進(jìn),王書賢.EPs系統(tǒng)助力特性與控制策略研究J農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,20lO(10:1930.【2】鄧?yán)?商用車輛電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真研究J.輕工科技 2012(11:2930.墊!:曼壘塑竺!墮!塑 085 司盈圈【3】王其東,楊孝劍,陳無畏,等.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模及控制 J.

13、農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2004,35(5:l一4.【4】王正林,王勝開,陳國(guó)順.MATLAB/simulink與控制系統(tǒng)仿真 M.北京:電子工業(yè)出版社,2005:182198.【5】徐建平,何仁,苗立東,等.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)回正控制算法研 究J.汽車工程,2004,26(5:558559.(上接第74頁式中:為定位面位置度誤差,mm;血為定位面寬度,mm。 因定位孔妒o:;器與定位軸咖70:署之間存在間隙,造成 轉(zhuǎn)角。6=arctan(D。一d叫。/=arctan(一0.032+0.081/3l=5.43 式中:D。為定位孔的最大直徑,mm;d為定位軸的最小直徑,mm;為定位軸孔接觸長(zhǎng)度,mm。由夾具

14、定位誤差引起的最大轉(zhuǎn)角誤差為d=0.987+5.43=6.41207/3由于定位誤差小于加工誤差的1/3,所以該夾具的精確度 可以保證零件的加工精度要求。4結(jié)束語通過對(duì)夾具結(jié)構(gòu)及定位誤差的分析,該夾具可以實(shí)現(xiàn)空間 異形件轉(zhuǎn)向節(jié)大批量、高效、高精度的生產(chǎn)。實(shí)踐證明,夾具 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全滿足零件的高精度加工要求,使用效果良好,并 能減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度,對(duì)同類零件的加工具有一定的指導(dǎo) 意義。參考文獻(xiàn):【l】王先逵.機(jī)械加工工藝手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006. 【2】吳拓.現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009. 【3】華健.賽歐4200轉(zhuǎn)向節(jié)的夾具設(shè)計(jì)J.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新, 2005(2:105106.【4】張蕾,朱華炳,何春華,等.鑄造式汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝研