CN106114610B - 一种高精密车用转向器支架及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精密车用转向器支架及其制造方法，该转向器支架包括固定基座、安装基座及连接板，固定基座内安装有转盘，转盘上连接有锁紧螺杆；安装基座的侧面连接有U型连接件及螺孔，U型连接件内形成有安装槽；连接板内设有液压油缸，液压油缸上连接有活塞杆，活塞杆上连接有压块。该转向器支架的制造方法分为以下几个步骤：(1)转向器支架结构设计；(2)样品试验；(3)转向器支架模拟压铸；(4)模拟压铸；(5)压铸转向器支架。相比较现有技术，本发明分别进行模型力学分析及实物力学测试，彻底的剔除了现有转向器支架力学上的缺陷，满足各项力学要求，产品质量提高，具有巨大的潜在经济价值。

Description

一种高精密车用转向器支架及其制造方法

技术领域

本发明涉及转向器支架领域，尤其是涉及一种高精密车用转向器支架及其制造方法。

背景技术

随着科技的进步，人们生活水平的提高，汽车逐渐进入千家万户，为人们的出行提供了极大的方便。转向器是汽车的一个重要部件，转向器的作用是把来自转向盘的转向力矩和转向角进行适当的变换(主要是减速增矩)，再输出给转向拉杆机构，从而使汽车转向，属于减速传动装置。

转向器一般通过转向器支架进行安装，转向器支架用于转向器的支撑固定作用；在实际使用中发现，对于一些方向盘中心横向存在较大偏置的转向器，转向器直拉杆需要弯曲较大幅度，转向系统可靠性较差。对于载重汽车来说，由于整车载荷的加大，转向器支架承受的交变力矩加大，现有转向器支架容易出现开裂现象，十分危险。同时，现有的转向器支架安装转向器均仅采用螺栓方式安装，在长期行驶中，由于震动等原因易出现螺栓松动，牢固度有待提升，安全性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精密车用转向器支架及其制造方法，针对现有技术中的缺点，在制造过程中，分别进行模型力学分析及实物力学测试，彻底的剔除了现有转向器支架力学上的缺陷，满足各项力学要求，提升强度、刚度及载荷，使得本发明具有理想的整体受力能力，产品质量提高，具有巨大的潜在经济价值。而且本发明设计的转向器支架借助转盘与锁紧螺母实现自动化固定，操作简便，且固定后不易脱落，十分牢固；同时，转向器在以螺栓方式安装的基础上，借助液压油缸向转向器提供推压力，具有减振作用，有效方式防止转向器松动，安全可靠。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种高精密车用转向器支架，包括固定基座、安装基座及连接板，固定基座与安装基座之间连接有连接板，其特征在于：固定基座内安装有转盘，转盘上连接有锁紧螺杆，转盘与锁紧螺杆相互配合；安装基座的侧面连接有U型连接件及螺孔，U型连接件内形成有安装槽，螺孔均匀分布于安装基座的侧面；连接板内设有液压油缸，液压油缸上连接有活塞杆，活塞杆上连接有压块，压块贯穿安装基座，压块与安装槽相互配合。

进一步，固定基座与安装基座均呈L型，固定基座包括第一竖板与第一横板，安装基座包括第二竖板与第二横板，第二横板连接第一竖板。L型的固定基座与安装基座不仅外形美观，而且增加了整个转向器支架的接触面积，其强度得到改进。

进一步，转盘包括转体、底座、马达及支架，转体位于转盘的上端，底座位于转盘的下端，支架设于转体与底座之间；转体的圆周面上设有从动齿环，马达上连接有主动齿轮，主动齿轮与从动齿环相互啮合。转盘由马达带动旋转：马达启动后带动主动齿轮旋转，通过啮合作用带动从动齿环旋转，进而实现转体旋转，结构简单，设计巧妙。

进一步，转体与支架的连接处设有第一凹槽，第一凹槽内设有第一钢珠；转盘内安装有活动支架，活动支架位于支架内，活动支架与支架之间设有第二凹槽，第二凹槽中设有第二钢珠。第一钢珠降低转体与支架之间的摩擦力，减少两者的摩擦损伤，延长两者的使用寿命。第二钢珠降低活动支架与支架之间的摩擦力，减少两者的摩擦损伤，延长其使用寿命。

进一步，安装基座上设有通孔，通孔与安装槽相互连通，压块活动于通孔内，压块通过通孔抵住安装槽内的转向器安装部件。

如权利要求1的一种高精密车用转向器支架的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)转向器支架结构设计：a、建立转向器支架模型；b、模型力学分析及转向器结构优化；

(2)根据步骤(1)的设计结果，制造转向器支架试验样品，对该试验样品进行力学测试；合格后，进入制造工序；反之，返回步骤(1)重新进行结构设计；

(3)转向器支架模拟压铸：a、模具设计；b、浇注系统设计；c、参数与条件设定：选择多组常用参数及条件，包括浇注材料、浇注温度、浇注时间及浇注速率，根据正交实验法将其有序分组；d、模拟压铸：取步骤c中的各组参数与条件，对转向器支架进行模拟压铸；e、分析模拟压铸过程，确定压铸的参数与条件；

(4)压铸准备：首先制造模具，然后制造转盘保护腔与液压油缸保护腔，再将转盘加入到转盘保护腔，液压油缸加入到液压油缸保护腔；接着将转盘保护腔与液压油缸保护腔安装至模具中；

(5)压铸转向器支架：a、根据步骤(3)中的参数与条件浇注模具；b、冷却后，凝固成型；c、切割转盘保护腔与液压油缸保护腔的多余部分。

优选后，步骤(1)的a中建立转向器支架模型的具体步骤为：取原转向器支架，依据原转向器支架的形状，采用三维软件对原转向器支架进行三维建模。

优选后，步骤(1)的b中模型力学分析及转向器结构优化的具体步骤为：①采用智能网格分方法将转向器支架划分成多个单元，首先在安装基座的处设置全约束，并计算U型连接件的应力分布；然后检测压块施加的压力，计算该压力能够产生的摩擦力；②根据①的分析结果，将尺寸优化、形状优化和拓扑优化技术相结合，对支架结构进行优化改进。

优选后，步骤(4)制造转盘保护腔与液压油缸保护腔中，在转盘保护腔与液压油缸保护腔的表面涂抹隔热膜。

优选后，步骤(5)a中具体的浇注步骤为：①插入芯棒，芯棒表面缠白纸；②以加速方式浇注，一开始浇注缓慢，而后逐渐加快，并每隔30min清除内部熔渣及杂物。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为一种高精密车用转向器支架及其制造方法，针对现有技术中的缺点，在制造过程中，分别进行模型力学分析及实物力学测试，彻底的剔除了现有转向器支架力学上的缺陷，满足各项力学要求，提升强度、刚度及载荷，使得本发明具有理想的整体受力能力，产品质量提高，具有巨大的潜在经济价值。而且本发明设计的转向器支架借助转盘与锁紧螺母实现自动化固定，操作简便，且固定后不易脱落，十分牢固；同时，转向器在以螺栓方式安装的基础上，借助液压油缸向转向器提供推压力，具有减振作用，有效方式防止转向器松动，安全可靠。其具体优异效果表现为以下几点：

1、锁紧螺杆与转盘相互配合，在固定转向器支架时，锁紧螺杆连接至车内的固定位置，然后转盘内的马达正向运转，锁紧螺杆旋入该固定位置，十分牢固；马达反向运转，锁紧螺杆即可旋出该固定位置，实现拆卸；借助马达实现自动化的固定及拆卸过程，操作十分方便，省时省力，且结构设计巧妙。

2、U型连接件用于连接转向器，限定转向器的位置，使得转向器上的螺孔能够完美的对接安装基座上的螺孔，安装方便，不会出现安装偏移等问题。

3、液压油缸带动活塞杆伸缩，通过该伸缩作用实现压块压紧转向器的安装部件，使得转向器与转向器支架紧密连接，具有减振作用，有效方式防止转向器松动，安全可靠。

4、通过转向器支架结构设计，全面的分析了现有转向器支架中的力学缺陷，提升了本发明的转向器支架的各方面力学性能，如：提升强度、刚度及载荷。且该结构设计过程在短时间且不需要大量重复性统计的条件下进行了转向器支架的结构优化，优化结果准确可靠，不但降低了研发成本，缩短了开发周期，而且提高了转向器支架的设计效率和质量。

5、通过步骤(2)的试验样品力学测试，规避步骤(1)中有可能出现的分析疏漏，进一步确保本发明的转向器支架的各方面力学性能。

6、经步骤(3)转向器支架模拟压铸后，确定的压铸的最有参数及条件，进一步提升本发明转向器支架的质量，加快工作效率，减少次品率，具有巨大的经济效益。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种高精密车用转向器支架的结构示意图；

图2为本发明中固定基座的结构示意图；

图3为本发明中安装基座的结构示意图；

图4为本发明中液压油缸连接压块的示意图；

图5为本发明中转盘的结构示意图。

具体实施方式

本发明中，一种高精密车用转向器支架，主要由固定基座1、安装基座6及连接板5三部分组成，固定基座1与安装基座6之间连接连接板5；固定基座1呈L型，包括第一横板3与第一竖板2，第一竖板2内安装有转盘17；转盘17包括转体20、底座21、马达18及支架22，转体20位于转盘17的上端，底座21位于转盘17的下端，支架22设于转体20与底座21之间；转体20的圆周面上设有从动齿环(图中未标出)，马达18上连接有主动齿轮19，主动齿轮19与从动齿环相互啮合。转盘17由马达18带动旋转：马达18启动后带动主动齿轮19旋转，通过啮合作用带动从动齿环旋转，进而实现转体20旋转，结构简单，设计巧妙。锁紧螺杆4与转盘17相互配合，在固定转向器支架时，锁紧螺杆4连接至车内的固定位置，然后转盘17内的马达18正向运转，带动锁紧螺杆4旋转，旋转的锁紧螺杆4逐渐旋入该固定位置，该连接方式十分牢固；马达18反向运转，锁紧螺杆4即可旋出该固定位置，实现拆卸；借助马达18实现自动化的固定及拆卸过程，操作十分方便，省时省力，且结构设计巧妙。

同时，转体20与支架22的连接处设有第一凹槽(图中未标出)，第一凹槽内设有第一钢珠25；第一钢珠25降低转体20与支架22之间的摩擦力，减少两者的摩擦损伤，延长两者的使用寿命。

转盘17内安装有活动支架23，活动支架23位于支架22内，活动支架23与支架22之间设有第二凹槽(图中未标出)，第二凹槽中设有第二钢珠24。第二钢珠24降低活动支架23与支架22之间的摩擦力，减少两者的摩擦损伤，延长其使用寿命。

安装基座6呈L型，包括第二竖板7与第二横板8，第二横板8连接第一竖板2；第二竖板7的侧面连接有U型连接件9及螺孔座11，U向连接件连接于安装基座6的中间位置，U型连接件9的开口设于上端位置，U型连接件9内形成有安装槽10；螺孔座11分布于U型连接件9外侧的四个角落，每个螺孔座11内设有螺孔12；在安装转向器时，首先将转向器上用于安装的部分连入安装槽10，然后借助螺栓连入螺孔12实现固。U型连接件9限定转向器的位置，使得转向器上的螺孔12能够完美的对接安装基座6上的螺孔12，安装方便，不会出现安装偏移等问题。

连接板5内设有液压油缸14，液压油缸14上连接有活塞杆15，活塞杆15上连接有压块16，压块16在安装基座6上的通孔内活动，压块16压紧转向器上的安装部件；液压油缸14带动活塞杆15伸缩，通过该伸缩作用实现压块16压紧转向器的安装部件，使得转向器与转向器支架紧密连接，具有减振作用，有效方式防止转向器松动，安全可靠。

上述一种高精密车用转向器支架的制造方法，包括如下步骤：

(1)转向器支架结构设计：

a、建立转向器支架模型：取原转向器支架的工程图纸，记录工程图纸上完整的尺寸与参数，在三维软件中输入完整的尺寸与参数，利用该三维软件对原转向器支架进行三维建模；

b、模型力学分析：转向器支架的材料为铸铁合金，铸铁合金的弹性模量为34.58GPa，铸铁合金的密度为7.2～7.35g/cm³，铸铁合金的抗拉强度为520～595MPa，铸铁合金的断后伸长率为2％，基于上述铸铁合金的物理性质，取标准许用应力为360MPa。

采用智能网格分方法将转向器支架划分成多个单元，首先在安装基座6的处设置全约束，并计算U型连接件9的应力分布，计算得到最大应力为379MPa；故该模型在最大应力的作用下，容易导致结构变形，甚至产生裂缝，影响转向器支架的使用效果。

然后检测压块16施加的压力，计算该压力能够产生的摩擦力，计算得到平均摩擦力为150N，在该摩擦力作用下，使得转向器与转向器支架紧密连接，具有减振作用，有效方式防止转向器松动，安全可靠；

c、结构优化：根据步骤b中的力学分析结果，改变本发明转向器支架的构造，将安装基座6与固定基座1均设计成L型的结构，且将第一竖杆的长度由285mm减小至230mm，第二竖板7的长度由250mm减小到210mm。并将连接板5上端通过板件连接安装基座6，结构优化后，转向器支架的最大应力为323MPa，增大了薄弱位置的尺寸，提高了转向器支架的稳定性。

(2)根据步骤(1)的设计结果，制造转向器支架试验样品，对该试验样品进行力学测试，测试结果如表1所示：

表1试验样品的力学测试结果

上述力学测试结果符合要求，然后进入制造工序。

(3)转向器支架模拟压铸：

a、模具设计：根据转向器支架的自身形状结构，制造直线型分型面的模具，直线型分型面的模具结构简单，易于加工。浇注较为饱满，转向器支架的结构牢固。

b、浇注系统设计：对浇注系统的设计具有以下要求：①所确定的内浇道的位置、方向和个数符合铸件(即转向器支架)的凝固原则及补缩方法；②在规定的浇注时间内能够有效的充满模具内腔；③能够使金属液流动平稳，避免严重紊流，且能够防止卷人，吸收气体使得金属过度氧化；④具有良好的阻渣能力；⑤金属液进入内腔时线速度不可过高，避免飞溅、冲刷型壁及砂芯；⑥保证金属液面具有足够的上升速度，避免形成砂结疤、皱皮、冷隔等缺陷。

根据上述要求，结合转向器支架的结构特点；选择阶梯式浇注系统，采用阶梯式的浇注系统，金属液首先由最低层内浇道充型，随着型内液面的上升，自下而上地流经各层内浇道；因而具有充型平稳，模腔内气体排出顺利。充型后，上部金属液温度高于下部，有利于顺序凝固和冒口的补缩，铸件组织致密。易避免缩孔、缩松、冷隔及浇不到等压铸缺陷。

c、参数与条件设定：选择多组常用参数及条件，①选取材料为铸铁合金，铸铁合金的密度为7.2～7.35g/cm³；②浇注温度选择650℃、720℃、750℃及800℃；③浇注时间选择1h、1.5h、2h、2.5h及3h；④铸铁合金金属液的浇注速率选择25ml/min、30ml/min、35ml/min、40ml/min及50ml/min；⑤凝固时间选择2h、4h、6h及8h；根据正交实验法将其有序分组。

d、模拟压铸：取步骤c中的各组参数与条件，对转向器支架进行模拟压铸；

e、分析模拟压铸过程，确定压铸的参数与条件:①在650℃、720℃、750℃下浇注，压铸过程中充型速度较慢，由于铸铁合金金属液温度较低，不能进行良好的热传导，存在温度差，很容易产生缩孔等缺陷，故浇注温度选择800℃；②在1.5h、2h、2.5h及3h下浇注，浇注时间过慢，容易造成热量流失，而产生结构扭曲等问题，故选择浇注时间为1h；③在依次以25ml/min、30ml/min、35ml/min、40ml/min及50ml/min的增速浇注下，铸铁合金金属液进入模具腔后基本保持连续，温度区域分布比较平衡，流动相对平稳。因此保证了在凝固过程中有足够的铸铁合金液进行补缩，在压铸件(转向器支架)上没有大的空洞出现，因此在此浇注速率下浇注效果理想；④凝固6h后，压铸件成型。

(4)压铸准备：首先制造模具，然后制造转盘17保护腔与液压油缸14保护腔，在转盘17保护腔与液压油缸14保护腔的表面涂抹隔热膜。再将转盘17加入到转盘17保护腔，液压油缸14加入到液压油缸14保护腔；接着将转盘17保护腔与液压油缸14保护腔安装至模具中；

(5)压铸转向器支架：

a、根据步骤(3)中的参数与条件浇注模具：①材料为铸铁合金，浇注温度800℃，浇筑时间1h，增速浇注；②压铸准备：首先清洗模具有烘干，然后选择合适的芯棒，最好用金属芯棒，有助于保证质量；芯棒直径应考虑到加工余量和铸铁合金的冷缩。③铸铁合金熔化：首先预热加热锅，预热至100℃后，添加铸铁合金，然后对加热锅持续升温，为防止发生氧化，对加热锅通氮气；④插入芯棒，芯棒表面缠白纸；⑤依次以25ml/min、30ml/min、35ml/min、40ml/min及50ml/min的速率依次浇注，并每隔30min清除内部熔渣及杂物。

b、冷却后，凝固6h成型；

c、切割转盘17保护腔与液压油缸14保护腔的多余部分；

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种高精密车用转向器支架，包括固定基座、安装基座及连接板，所述固定基座与所述安装基座之间连接有所述连接板，其特征在于：所述固定基座内安装有转盘，所述转盘包括转体、底座、马达及支架，所述转体位于所述转盘的上端，所述底座位于所述转盘的下端，所述支架设于所述转体与所述底座之间；所述转体的圆周面上设有从动齿环，所述马达上连接有主动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿环相互啮合,所述转盘上连接有锁紧螺杆，所述转盘与所述锁紧螺杆相互配合；所述安装基座的侧面连接有U型连接件及螺孔，所述U型连接件内形成有安装槽，所述螺孔均匀分布于所述安装基座的侧面；所述连接板内设有液压油缸，所述液压油缸上连接有活塞杆，所述活塞杆上连接有压块，所述压块贯穿所述安装基座，所述压块与所述安装槽相互配合。

2.根据权利要求1所述一种高精密车用转向器支架，其特征在于：所述固定基座与安装基座均呈L型，所述固定基座包括第一竖板与第一横板，所述安装基座包括第二竖板与第二横板，所述第二横板连接所述第一竖板。

3.根据权利要求1所述一种高精密车用转向器支架，其特征在于：所述转体与所述支架的连接处设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有第一钢珠；所述转盘内安装有活动支架，所述活动支架位于所述支架内，所述活动支架与所述支架之间设有第二凹槽，所述第二凹槽中设有第二钢珠。

4.根据权利要求1所述一种高精密车用转向器支架，其特征在于：所述安装基座上设有通孔，所述通孔与所述安装槽相互连通，所述压块活动于所述通孔内。

5.如权利要求1所述的一种高精密车用转向器支架的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)转向器支架结构设计：a、建立转向器支架模型；b、模型力学分析及转向器结构优化；

(2)根据步骤(1)的设计结果，制造转向器支架试验样品，对该试验样品进行力学测试；合格后，进入制造工序；反之，返回步骤(1)重新进行结构设计；

(3)转向器支架模拟压铸：a、模具设计；b、浇注系统设计；c、参数与条件设定：选择多组常用参数及条件，包括浇注材料、浇注温度、浇注时间及浇注速率，根据正交实验法将其有序分组；d、模拟压铸：取步骤c中的各组参数与条件，对转向器支架进行模拟压铸；e、分析模拟压铸过程，确定压铸的参数与条件；

(4)压铸准备：首先制造模具，然后制造转盘保护腔与液压油缸保护腔，再将所述转盘加入到转盘保护腔，所述液压油缸加入到液压油缸保护腔；接着将转盘保护腔与液压油缸保护腔安装至模具中；

(5)压铸转向器支架：a、根据步骤(3)中的参数与条件浇注模具；b、冷却后，凝固成型；c、切割转盘保护腔与液压油缸保护腔的多余部分。

6.根据权利要求5所述一种高精密车用转向器支架的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)的a中建立转向器支架模型的具体步骤为：取原转向器支架，依据原转向器支架的形状，采用三维软件对原转向器支架进行三维建模。

7.根据权利要求5所述一种高精密车用转向器支架的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)的b中模型力学分析及转向器结构优化的具体步骤为：①采用智能网格分方法将转向器支架划分成多个单元，首先在所述安装基座的处设置全约束，并计算所述U型连接件的应力分布；然后检测压块施加的压力，计算该压力能够产生的摩擦力；②根据①的分析结果，将尺寸优化、形状优化和拓扑优化技术相结合，对支架结构进行优化改进。

8.根据权利要求5所述一种高精密车用转向器支架的制造方法，其特征在于：所述步骤(4)制造转盘保护腔与液压油缸保护腔中，在转盘保护腔与液压油缸保护腔的表面涂抹隔热膜。

9.根据权利要求5所述一种高精密车用转向器支架的制造方法，其特征在于：所述步骤(5)a中具体的浇注步骤为：①插入芯棒，芯棒表面缠白纸；②以加速方式浇注，一开始浇注缓慢，而后逐渐加快，并每隔30min清除内部熔渣及杂物。