轉向器前期自動化磨合設備的開發*

陳婀娜

（貴州師范大學機械與電氣工程學院，貴州貴陽 550001）

0 前言

社會經濟的增長給制造業帶來了更高的考驗，在追求企業向前發展的同時，還需要考慮在產品、工人、環境等因素中進行改善。齒輪齒條式磨合機作為對齒輪齒條式轉向器的初期磨合測試，是在結合轉向器產品的廣泛應用的過程中，作為進一步提高產品使用性能而研制的。通過對轉向器前期磨合機的應用，再次提高產品品質，滿足人們的需要。

1 機械結構

結合轉向器產品品種的多樣性及產品的特殊特性。在生產的過程中，產品在磨合時，裝夾和更換頻繁，結合這樣的特點，磨合機的使用性能應滿足以下特點：

（1）對產品各種型號的使用性強，須滿足轉向器的產品結構；

（2）在使用過程中操作應簡便，工人操作技能掌握快，只需簡單的培訓即可進行獨立上崗；

（3）在工作中，裝夾效率高，更換產品時便捷。

結合上面三個特點，為了滿足要求，對磨合機的機械部分進行了一個綜合的考慮，產品在結構上有一定的差異，在裝夾中，如采用專用夾具，那么在進行產品更換時，給裝夾和調整階段帶來了不便，經過對專用夾具和通用的夾具的分析，加上考慮在今后新品試制中，該磨合機也能在新品的開發中發揮一定的作用。即在設計中，進行了以下分解，如圖1。

（1）電機與轉向器連接結構

在電機轉矩的傳遞中，為保證電機所傳遞的力有效地輸入到工件上，結合工件工作狀態為花鍵連接，為方便和節約成本，借用了萬向節總成的工作原理，以此解決在連接中的不易找正的困難，同時也滿足傳遞的需求。此外，考慮在工作中，由于時常更換產品的類型，在傳遞結構與電機連接處，采用了快換裝置的連接方法，確保在更換產品類型時，更換傳動結構方便可靠，有效地實現快換的目的。

圖1 結構分解

（2）壓緊結構與定位結構由于該磨合機的使用中，工件的裝夾頻繁，壓緊與定位兩個結構上，需要具備在生產的每一種型號的轉向器中能實現通用性。裝夾調整時，做到方便調整、裝夾便捷的操作效果。結合這兩方面的性能，在對壓緊結構與定位結構的設計時，采用了V 型塊作為定位結構件，將V 型塊安裝在帶有腰型槽的兩塊支板上，使V 型塊在腰型槽支板上松開螺釘后，能進行自由的滑動調節，滿足每個型號產品的裝夾定位。因該磨合機在工作中，需要電機轉動作動力。在工件裝上后需工件固定不動，保證在傳遞中有效。為此，在壓緊結構上，采用了活節壓緊結構作為在工作中對工件的壓緊，實現了裝卸工件方便快捷的目的。

2 電氣部分

電氣元件作為磨合機工作動作的執行元件，也是磨合機的技術核心部分之一。為保證磨合機在工作中達到工作要求，運行時安全可靠，根據需要，調整運動的快慢，滿足操作工人的要求。為此，對元件的核定是必要的，結合上面要求，對電路的設計思路如圖2。

根據轉向器轉矩的要求，轉向器的空載啟動力矩為0.49～1.57 N·m 之間，轉向器在磨合狀態下，以3 倍的鎖緊力進行磨合，則最大力矩為4.71 N·m，考慮在工作的安全性，在傳遞中以中等沖擊載荷系數KA=1.25計算，即：

T1=4.71KA=5.89 N·m

其中：T1——轉向器最大轉矩（N·m）。

在下面的元件選擇中，主要以5.89 N·m為依據，選擇電機及其它相關電氣元件。

（1）電機的選擇[1]

電機作為磨合機的動力來源，電機的功率、型號的選用，與轉向器的運動特點為主。根據經濟價值與工作實際的要求，電機在工作時，合理的轉速在200 r/min 以下為宜。經過對電機的查閱及參考相關資料，選擇了三相異步電機（YVP90S4型渦輪蝸桿無極變速電機）作為該磨合機的動力源，該電機在經過蝸輪蝸桿的變速后，通過變頻器的調節，可以實現低、中級的無極調速。其通過對轉向器的扭矩核算為：

其中：T——名義轉矩（N·m）；

P——額定功率（kW）；

n——電機軸轉速（r/min）。

根據計算的結果，電機的輸出轉矩為7.8 N·m，磨合需要的最大安全使用轉矩為7.5 N·m，電機的安全使用系數大于磨合時的使用系數。另外，電機實際輸出轉速為：S=1 400/7.5=187 r/min，小于200 r/min，滿足轉速要求。從這幾個方面看來，選擇的各參數都較為接近選擇的電機，從經濟和使用上都滿足了要求，即選擇的電機可行。

圖2 電路原理示意圖

（2）電機換向控制元件的選定

為使電機在工作中，帶動工件往返的來回運動，YVP90S4 型變速電機在工作中，通過對電流的控制，可以使電機在工作時實現正反轉。即，需借助接近開、交流接觸器的工作原理對輸入電機的電流進行控制，實現電機的正反轉，滿足電機正反轉的需求。此外，由于該磨合機在設計完成后，投入到實際工作時，需要做到對轉速的調整[2]，結合電路控制的特點和變頻器的調節功能，選用了變頻器作為對電機轉速快慢的控制。

（3）電源控制器的選擇

電源斷路器作為對整個電氣系統的通電、過載起到一個安全的保護作用，在選用中，為了使電源斷路器能正常的工作和保護電路元件，選擇在該磨合機中加上了電源斷路器、電源控制器、控制變壓器電機電阻器及各電源執行按鈕[3]。

3 結論

為了校驗該磨合機在實際工作的工作性能是否滿足設計要求，在該磨合機安裝好后進行了初期的測試，該磨合機在性能上實現了預期的設計目標，滿足磨合的基本要求，工作性能正常，到達預期的設計效果。

［1］孫恒，陳作模.機械原理：7 版［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］郭仁生，魏宣燕.機械設計基礎［M］.北京：清華大學出版社，2001.

［3］趙如福.金屬機械加工工藝人員手冊［K］.上海：上海科學技術出版社，1996.