汽车转向节钻孔夹具结构设计_图文

1、汽车转向节钻孔夹具结构设计朱文峰12,李旗号1,汪韶杰2(1.合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;2.合肥工业大学汽车技术研究院,安徽合肥230009摘要:基于汽车转向节外形特殊、加工精度要求高、定位困难、生产批量大等特点,针对加工过程中锥孔加工工序设计了一 套钻孔夹具,对夹具的定位误差进行计算分析,并运用三维图形软件Pro/E进行建模和虚拟装配,以检验夹具空间布置和零件尺 寸干涉性问题,能实现汽车转向节高效高质量加工,提高经济效益。关键词:转向节;锥孑L加工;定位误差分析;虚拟装配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引言转向节是汽车上重要的安全零部件之一,它能够使汽车灵敏地传递行驶方向并稳定行驶。转向节的作用是承受汽车前部的载荷,支撑和带动前轮使汽车转向。在汽车行驶状态下,它承受多变的冲击载荷,因此,要求其具有很高的强度。转向节分为整体式和分体式两种,分体式则主要用于乘用车(轿车,整体式主要用于商用车(货车。由于转向节的结构比较复杂,属于空问异形件,加工精度要求较高,并且加工时无法直接精确定位,所以需要设计专用的夹具实现加工过程中的准确定位和夹紧。从机加工艺来讲,转向节分为杆

6、部、法兰盘和又部等3个部分加工。又部加工是转向节加工的难点,采用两销一面定位,是整个加工工艺的投资重点和设备选 型的关键。大部分转向节在此部位还有横拉杆装配用的锥孑L, 这更增加了叉部加工难度,锥孔加工是许多厂家难以100%合 格的项目,应予重视。笔者主要针对如图1所示转向节的短弯 臂锥孔加工,提出合理的加工方案,并设计锥孔加工的专用夹 具。1锥孔加工工艺分析为转向节短弯臂锥孔加工所设计的夹具,在之前工序加 工完转向节短弯臂侧面相关尺寸以及通孔咖12.2、孔枷2:嚣 和图1汽车转向节咖70:篇及其所在平面后的工序。这一工序所需加工尺寸如 图2所示,孔锥度为1:8,锥孔轴线与竖直方向的夹角为 3

7、。53lo,锥孔小端直径函14.56r”,锥孔的位置尺寸 81.10.2、58.5O.15。加工中锥孔位置可以通过控制锥 孔中心线到两个工序基准的交点的距离来确定。转向节加 工工艺路线为钻一粗铰一精铰,使用该工艺方案孔径精度可 达到IT68,表面粗糙度RoO.81.6斗m,满足锥孔加工 的精度要求,该工艺合理可行。收稿日期:20130618作者简介:朱文峰(1987一,男,硕士研究生,研究方向为数字化设计及现代设计理论。Email:wen20110901。垫!:!垒些!盟!塑 073 团盈圈万方数据图2转向节加工尺寸要求2锥孔加工夹具的设计由于在进行此工序加工之前已经完成转向节短弯臂侧面相 关

8、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,所以选用尺寸为咖70:器的孔和咖70:器孔左侧端 面做为定位基准,限制工件5个方向的自由度,同时采用与支 撑面安装孑L相配合的菱形销作为定位元件,限制工件其余的自 由度,工件达到完全定位。由于转向节为大批量生产,因此采用螺旋夹紧装置,结构 简单,夹紧动作迅速、操作方便、省力和安全。设计的锥孔加工夹具结构如图3所示,夹具主要由螺杆、六 角螺母、压板、衬套、定位轴、快换钻套、弯板、菱形销等组成。图3锥孔加工夹具装配图导向装置设计,分析锥孔加工工艺可知,由于在钻铰1:8锥度的孔时,采用的刀具为钻头和1:8锥度的铰刀,所以需

9、要 设计导向装置。通过开槽盘头螺钉压紧在弯板上的衬套和快换 钻套,对钻头以及铰刀起导向作用。因为该锥孔轴线与竖直方向的夹角为3。53710,所以通 过定位轴与弯板上倾斜孔的配合,将该孔轴线方向转换为与竖 直方向平行,以满足钻孔加工。左右转向节对称布置,在一道工序中加工完成各自的锥 孔,减少夹具数量,提高生产效率。采用三维软件Pr0/E对夹具的各零件进行建模,并且利用 软件的虚拟装配功能对夹具进行虚拟装配,虚拟装配图如图4所示。设计者通过三维建模可以直观地观察所设计的夹具,更 有效地了解夹具的空间情况,进行空间布局,同时节省了零件 的绘制时间,在实体修改时,装配件可以随实体位置变化而变 化,可在

10、设计过程中检测出零件之间是否存在干涉等问题而无 需通过实际生产调试。三维造型生产成本低、设计周期短,在 现今对设计的夹具结构进行三维建模和虚拟装配已经逐步成为 了主流。图4钻孔夹具的虚拟装配3夹具定位误差计算分析定位误差的计算是夹具结构设计中必不可少的一个环节, 定位误差的数值也是判断夹具的结构设计是否合理的依据。工 件在夹具中加工时,引起加工尺寸产生误差的主要原因有两 类:一是由于定位基准本身的尺寸和几何形状误差,以及定位 基准与定位元件之间的间隙所引起的工件定位基准沿加工尺寸 方向的最大位移,称为定位基准位移误差,以、表示;二是 由于工序基准与定位基准不重合,引起的工件工序基准相对于 定位

11、基准而言沿加工尺寸方向的最大位移,称为基准不重合误 差,以。表示。两类误差之和为定位误差。,即。=,+。 (1根据夹具结构可知,工序基准和定位基准均为 咖70:黑孑L左侧端面,所以基准不重合误差。=o;(2由定位轴定位面的位置度引起的角度误差“=arctarl/n=arctan0.02/70=0.98(下转第85页 团盈圈 垒塑!坐堕型!:曼 074万方数据刳6人,=O l时不Itd的凡f刈系统17门杉响。睛况图7控制器增益参数对转向盘回正特性的影响3结论(1介绍了基于PID控制的EPs控制模式,分别讨论了助 力模式和回正模式下确定电机的控制电压的方法。(2建立了基于MATLAB/Simuli

12、nk的仿真模型,采用试 凑法确定了助力模式和回正模式下的PID参数。(3仿真结果表明:所采用的PID控制策略具有良好的控 制效果,助力模式能提高转向轻便性和操纵稳定性,回正模式 能快速回到中间位置,并能有效避免摆振。参考文献:【1】邓利军,张进,王书贤.EPs系统助力特性与控制策略研究J农业装备与车辆工程,20lO(10:1930.【2】邓利军.商用车辆电动助力转向系统仿真研究J.轻工科技 2012(11:2930.垫!:曼垒塑竺!堕!塑 085 司盈圈【3】王其东,杨孝剑,陈无畏,等.电动助力转向系统的建模及控制 J.农业机械学报,2004,35(5:l一4.【4】王正林,王胜开,陈国顺.M

13、ATLAB/simulink与控制系统仿真 M.北京:电子工业出版社,2005:182198.【5】徐建平,何仁,苗立东,等.电动助力转向系统回正控制算法研 究J.汽车工程,2004,26(5:558559.(上接第74页式中:为定位面位置度误差,mm;血为定位面宽度,mm。 因定位孔妒o:;器与定位轴咖70:署之间存在间隙,造成 转角。6=arctan(D。一d叫。/=arctan(一0.032+0.081/3l=5.43 式中:D。为定位孔的最大直径,mm;d为定位轴的最小直径,mm;为定位轴孔接触长度,mm。由夹具定位误差引起的最大转角误差为d=0.987+5.43=6.41207/3由

14、于定位误差小于加工误差的1/3,所以该夹具的精确度 可以保证零件的加工精度要求。4结束语通过对夹具结构及定位误差的分析,该夹具可以实现空间 异形件转向节大批量、高效、高精度的生产。实践证明,夹具 结构设计完全满足零件的高精度加工要求,使用效果良好,并 能减轻操作者的劳动强度,对同类零件的加工具有一定的指导 意义。参考文献:【l】王先逵.机械加工工艺手册M.北京:机械工业出版社,2006. 【2】吴拓.现代机床夹具设计M.北京:化学工业出版社,2009. 【3】华健.赛欧4200转向节的夹具设计J.机电产品开发与创新, 2005(2:105106.【4】张蕾,朱华炳,何春华,等.铸造式汽车转向节加工工艺研究