Аптымізацыя падвеснага шарніра Design_inge wendis_tallsen 1

Шарнір падвескі - гэта ключавы прадукт аддзела кампанентаў тэхналогій ZF Chassis, а яго структурная канструкцыя - асноўная тэхналогія аддзела. Па меры таго, як аўтамабільная прамысловасць працягвае развівацца, попыт на прадукты шарнірнага шарніра таксама павялічваецца. У мінулым некаторыя канструкцыі прадуктаў больш не змаглі задаволіць бягучыя патрэбы рынку. Цяпер кліенты патрабуюць больш жорсткіх умоў мадэлявання, больш складаных працоўных нагрузак і выканання новых нарматыўных патрабаванняў, такіх як абарона пешаходаў і крытэрыі адмовы пасля сутыкнення. Улічваючы гэтыя абставіны, неабходна аптымізаваць тэхнічныя аспекты шаравага сустава.

Шарыкавы шарнір у асноўным выкарыстоўваецца ў пярэдняй падвесцы, што палягчае сувязь паміж стрыжнем і рулявой ручкай. Гэта злучэнне забяспечвае другую ступень свабоды, неабходнай для кіравання. Для задавальнення больш высокіх чаканняў кліентаў, фокус даследаванняў і аптымізацыі пераходзіць на павышэнне прадукцыйнасці герметызацыі і стомленасці.

Гэты артыкул заснаваны на рэальнай масавай вытворчасці ZF у праекце Dongfeng Liuzhou B20 для хатняга вытворцы арыгінальнага абсталявання (OEM) з намерам аптымізаваць структуру шарніра падвеснага шара. Першапачаткова план заключаўся ў тым, каб працягваць выкарыстоўваць дэталі з бягучага праекта, які прадугледжаны масавым вытворчасцю. Аднак пасля першага раунда тэстаў праверкі праектавання (DV) было выяўлена, што яшчэ ёсць патэнцыйныя рызыкі, у асноўным у выглядзе ўцечкі вады і заўчаснага зносу. Пры аналізе было прынята рашэнне, што для задавальнення бягучых патрабаванняў да выпрабаванняў неабходныя ўдасканаленні дызайну.

Далейшы аналіз іншых новых айчынных праектаў OEM паказаў, што многія вытворцы вытворчасці ўстанавілі пэўныя характарыстыкі для прадукцыйнасці шарніра, пры гэтым патрабаванні да праектавання значна павялічыліся. Сапраўды гэтак жа глабальныя вытворцы OEM пастаянна абнаўляюць свае характарыстыкі для шарнірных шарнір. Прадукты ZF павінны вытрымліваць больш жорсткія ўмовы навакольнага асяроддзя, больш складаныя і зменныя ўмовы працы, а таксама больш падрабязныя патрабаванні да абароны сутыкнення. У святле гэтых падзей гэты артыкул накіравана на прапанову разумнай схемы аптымізацыі, заснаванай на даследаваннях і аналізе новых спецыфікацый, каб атрымаць прадукцыю, якія адпавядаюць стандартам прадукцыйнасці з меншымі выдаткамі.

на шарнір з мячом:

Шарніры шара забяспечваюць злучэнне ланцугоў механізму, падтрымліваючы пастаянны кантакт і адносны рух. Кропкі злучэння для гэтых рухаў вядомыя як суставы. Шарніры з шарыкамі можна аднесці да катэгорыі радыяльна загружаных завес (кіраваныя шарнірныя завесы) або завесы з восева загружанымі (загружаныя шаравыя суставы). Кожны сустаў складаецца з двух злучальных элементаў, такіх як вала, звычайныя падшыпнікі, зубчастыя зубы і г.д., якія супрацоўнічаюць паміж сабой і маюць прыдатную геаметрыю для іх функцыі. Асноўнымі элементамі падлучэння шаравага сустава з'яўляюцца шар -шпілька і мяч. Акрамя прадукцыйнасці самога шарніра, іншыя характарыстыкі, такія як матэрыял, памер, якасць паверхні, грузападымальнасць і змазка таксама важныя.

Функцыянальныя і тэхнічныя патрабаванні шарніра мяча:

Функцыя шарніра шара заключаецца ў падключэнні стрыжня з рулявой ручкай, забяспечваючы тым самым тры ступені свабоды. Дзве з гэтых ступеняў свабоды выкарыстоўваюцца для біцця колаў і кіравання, а трэці дазваляе зрабіць эластакінематычную змену кола. Шарыкавы шарнір можа ўводзіць толькі расцяжэнне, сціск і прамянёвыя сілы з -за трох яе круцільных градусаў свабоды. У ідэале шаравыя суставы не павінны мець ніякай бясплатнай гульні, каб пазбегнуць непатрэбнага шуму. Эластычнае зрушэнне трэба звесці да мінімуму, каб прадухіліць дыскамфорт падчас руху і падтрымання суб'ектыўнай ацэнкі кіроўцы. Акрамя таго, працоўны крутоўны момант шарніру шара з'яўляецца важным індэксам ацэнкі і не павінен быць ніжэй, чым дапушчальнае значэнне, каб пазбегнуць заўчаснага зносу і шуму.

Аналіз рэжыму адмоваў арыгінальнага дызайну:

1. Збой тэсту на прадукцыйнасць герметызацыі:

На пачатковым этапе праекта B20 яго запатрабавалі заказчыкам працягваць выкарыстоўваць існуючыя прадукты праекта для зніжэння выдаткаў на даследаванні і распрацоўкі і час цыкла. Аднак падчас тэсту DV рэжымы адмовы, такія як уцечка вады і іржа, назіраліся ў герметычных характарыстыках шарніра шара. Пасля агляду было выяўлена, што шарнір шара і рулявое руля мелі дрэннае прыстасаванне, што прывяло да 2,5 -мм свабоднага разрыву паміж імі. Гэты разрыў можа патэнцыйна прывесці да ўцечкі вады, што сведчыць аб тым, што сістэма ўшчыльнення не адпавядае патрабаванням тэсту. Далейшае разборкі шарнірнага шарніра выявіла сур'ёзную карозію на паверхні спарвання з рулявой ручкай. Гэта пацвердзіла, што прадукцыйнасць ушчыльнення бягучага прадукту не адпавядае патрабаванням праектавання праекта B20. У прыватнасці, на шаравых шпільках назіраліся бачныя плямы вады і сур'ёзная карозія. Гэта паказала, што цяперашняя сістэма, якая не выклікае пылу, была недастатковай і патрабуе паляпшэння.

2. Аналіз вынікаў выпрабаванняў:

Вынікі выпрабаванняў паказалі, што трапленне вады падчас выпрабаванняў трапіла пад узровень W3, дзе візуальна назіраліся плямы вады. Гэта падкрэсліла выяўленасць умоў траплення вады ў сістэме герметызацыі пасля тэсту. Плошча ўваходу ў ваду ў асноўным паўплывала на каўнерыкі на абодвух канцах шарнірнага шарніра. Магчымыя прычыны адмовы былі наступныя:

. Аднак, калі фактычная зборка не строга прытрымлівалася спецыфікацый, гэта можа прывесці да неадэкватнай сілы заціску і друзлага каўняра.

- Збой у канструкцыі пылавога покрыва: параўнальны аналіз канструкцыі пылу выявіў адхіленне ў куце конусу лабірынтнай вобласці. Цяперашні дызайн меў кут конусу 20 °, у той час як стандартная канструкцыя мела кут конусу 12 °. Гэта адхіленне павялічыла рызыку ўцечкі.

- Збой у канструкцыі шаравай штыфты ўшчыльняльнай плошчы: дызайн штыфта шара меў стэпаленую канструкцыю ў пэўнай вобласці, дыяметрам на 1 мм больш, чым шарыкавы штыфт. Гэтая структура накіравана на тое, каб прадухіліць націсканне пылу ў становішча шыі штыфта. Аднак пры экстрэмальных умовах працы шаравага сустава, напрыклад, у абмежаваным становішчы, плошча кантакту паміж пылам і крокам была занадта малай, што прывяло да магчымасці адмовы. Акрамя таго, нізкая тэмпература таксама можа прывесці да невялікіх кантактных участкаў, ствараючы прабелы і ўцечку вады.

Схема дызайну аптымізацыі шарнірнага шарніра:

1. Аптымізацыя зборкі каўняра:

Збой канца каўняра ў першую чаргу ўзнікла ў выніку праблем з вытворчай зборкай. Для вырашэння гэтага лічылася эфектыўным для вызначэння памеру ўстаноўкі каўняра ва ўнутранай спецыфікацыі працэсу (IPS), які становіцца часткай інструкцыі па вытворчасці. IPS будзе вызначаць кірунак ўстаноўкі, максімальны дыяметр інструментальнага прыстасавання і дыяметр адтуліны каўняра. Акрамя таго, ён таксама ўключыць справаздачу аб аналізах абмежаваных элементаў (FEA) і справаздачы аб макетах пылу. Гэты метад палепшыць працэс зборкі і гарантаваць, што ён адпавядае патрабаванням дызайну.

2. Аптымальны дызайн штыфта шара:

Аналіз рэжымаў адмовы паказаў, што неабгрунтаванай канструкцыяй лабірынтнай вобласці пылу і невялікай вобласці кантактнай стадыі штыфта былі асноўнымі фактарамі, якія садзейнічалі адмове ў герметызацыі. Улічваючы абмежаванні на развіццё выдаткаў і праектаў, аптымізацыя структуры штыфта шара лічылася найбольш эканамічна эфектыўным рашэннем. Аптымізаваная канструкцыя накіравана на тое, каб забяспечыць вялікую плошчу кантакту паміж крокам штыфта шара і пылавым покрывам, калі шарнір шара быў пад яго максімальна працоўным вуглом. Арыгінальны дызайн быў паўкруглы папярочны перасек для кроку, у той час як новы дызайн увёў прамавугольную структуру папярочнага перасеку і павялічыў вонкавы дыяметр кроку. Гэта прывяло да большай плошчы кантактаў і забяспечыла вялікую сілу рэакцыі пры экстрэмальных умовах працы, зніжаючы рызыку прабелаў і пылавых вечкаў, якія націскаюцца ў шыю.

3. Аптымальная праверка тэставання дызайну:

Узоры, заснаваныя на аптымізаванай канструкцыі, былі выраблены і падвяргаліся тэстам на прадукцыйнасць герметызацыі. Вынікі паказалі, што ўтрыманне вады ў канцы штыфта шара і канец шаравай абалонкі склала ўсяго 0,1% да 0.2