Odpružení Ball Hinge Optimalizace design_hinge znalostí_tallsen 1

Závěs za suspenze je klíčovým produktem divize technologických komponent Chassis ZF a jeho strukturálním designem je hlavní technologií oddělení. Vzhledem k tomu, že se automobilový průmysl neustále vyvíjí, roste také poptávka po produktech Ball Hinge. V minulosti již některé návrhy produktů již nebyly schopny uspokojit současné potřeby trhu. Zákazníci nyní vyžadují přísnější simulační prostředí, složitější pracovní zatížení a dodržování nových regulačních požadavků, jako je ochrana pro chodce a kritéria selhání po kolizi. Vzhledem k těmto okolnostem je nezbytné optimalizovat technické aspekty míčového kloubu.

Kloub kuličky se primárně používá v přední zavěšení, což usnadňuje spojení mezi tyč a kloubem řízení. Toto spojení poskytuje druhý stupeň svobody potřebné pro řízení. Pro splnění vyšších očekávání zákazníků se zaměření výzkumu a optimalizace posune směrem ke zlepšení výkonu těsnění a odolnosti proti únavě.

Tento článek je založen na skutečné hromadné výrobě ZF projektu Dongfeng Liuzhou B20 pro výrobce domácího původního vybavení (OEM) s úmyslem optimalizovat strukturu zavěšeného míčového závěsu. Zpočátku měl v plánu pokračovat v používání dílů ze současného hromadně vyráběného projektu. Po prvním kole testů validace návrhu (DV) však bylo zjištěno, že stále existují potenciální rizika, zejména ve formě úniku vody a předčasného opotřebení. Po analýze bylo rozhodnuto, že ke splnění současných požadavků na testování je nutná vylepšení návrhu.

Další analýza dalších nových domácích projektů OEM odhalila, že mnoho OEM stanovilo specifické specifikace výkonu míčových závěsů, přičemž požadavky na návrh se výrazně zvýšily. Podobně globální OEM neustále aktualizují své specifikace pro míčové panty. Produkty ZF musí odolat tvrdším podmínkám prostředí, složitější a variabilnější provozní podmínky a podrobnější požadavky na ochranu proti kolizi. S ohledem na tento vývoj je tento článek cílem navrhnout přiměřené optimalizační schéma založené na výzkumu a analýze nových specifikací za účelem získání produktů, které splňují výkonnostní standardy za nižší náklady.

na míč závěs:

Kalské závěsy zajišťují spojení řetězců mechanismu udržováním nepřetržitého kontaktu a relativního pohybu. Body spojení těchto pohybů jsou známé jako klouby. Kalské závěsy lze kategorizovat jako radiálně naložené závěsy (řízené kuličkové závěsy) nebo axiálně naloženými závěsy (naloženými kulovými spoji). Každý kloub se skládá ze dvou spojovacích prvků, jako jsou hřídele, obyčejná ložiska, ozubené zuby atd., Které spolupracují a mají pro svou funkci vhodnou geometrii. Hlavními spojovacími prvky kulového kloubu jsou kulička a kulička. Kromě výkonu samotného kulového kloubu jsou také důležité i jiné vlastnosti, jako je materiál, velikost, kvalita povrchu, nosnost zatížení a mazání.

Funkce a technické požadavky míčového závěsu:

Funkcí plesu je spojit tyč s kloubem řízení, čímž poskytuje tři stupně volnosti. Dva z těchto stupňů svobody se používají pro bití a řízení kol, zatímco třetí umožňuje elastokinematickou variantu kola. Kloub kuličky může zavést pouze tahové, kompresní a radiální síly díky třem rotačním stupňům volnosti. V ideálním případě by kulové klouby neměly mít žádnou volnou hru, aby se zabránilo zbytečnému hluku. Elastické posunutí by mělo být minimalizováno, aby se zabránilo nepohodlí při jízdě a udržovalo subjektivní hodnocení řidiče. Pracovní moment míčového závěsu je navíc důležitým indexem hodnocení a neměl by být nižší než přípustná hodnota, aby se zabránilo předčasnému opotřebení a hluku.

Původní analýza režimu selhání návrhu:

1. Selhání testu výkonu těsnění:

Během počáteční fáze projektu B20 byl zákazník požádán, aby pokračoval v používání stávajících produktů projektu ke snížení nákladů na výzkum a vývoj a doba cyklu. Během testu DV však byly při těsnicím výkonu míčového závěsu pozorovány režimy selhání, jako je únik vody a rez. Po inspekci bylo zjištěno, že míčový závěs a řízení řízení měly špatné vybavení, což vedlo k 2,5 mm mezery mezi nimi. Tato mezera by mohla potenciálně vést k úniku vody, což naznačuje, že utěsňovací systém nesplňoval požadavky testu. Další demontáž míče závěsu odhalila těžkou korozi na páření s kloubem řízení. To potvrdilo, že výkonnost současného těsnění produktu nesplňovala požadavky na návrh projektu B20. Zejména byly pozorovány viditelné skvrny z vody a těžká koroze na kuličkové kolíky v oblasti krytu prachu. To naznačuje, že současný systém odolný proti prachu nebyl nedostatečný a vyžadoval zlepšení.

2. Analýza výsledků testu:

Výsledky testu ukázaly, že vniknutí vody během testování kleslo pod hladinu W3, kde byly vizuálně pozorovány skvrny z vody. To zdůraznilo závažnost podmínek vstupu vody v těsnicím systému po testu. Oblast vody vniknutí do hlavně ovlivnila límce na obou koncích míčového závěsu. Možné důvody selhání byly následující:

- Kvalita montáže a výběr velikosti límce: límec měl po natažení definici maximální velikosti, jehož cílem bylo zajistit, aby upínací síla splnila požadavky na návrh po elastické deformaci límce. Pokud by však skutečná sestava přísně nedodržela specifikace, mohlo by to mít za následek nedostatečnou upínací sílu a volný límec.

- Selhání návrhu krytu prachu: Srovnávací analýza konstrukce krytu prachu odhalila odchylku v kuželovém úhlu labyrintové oblasti. Současný design měl kuželový úhel 20 °, zatímco standardní konstrukce měl úhel kužele 12 °. Tato odchylka zvýšila riziko úniku.

- Návrh selhání plochy těsnění kuličkového kolíku: Konstrukce kuličského kolíku měl stupňovou strukturu v konkrétní oblasti, s průměrem o 1 mm větší než hřídel kuličky. Cílem této struktury bylo zabránit tlačení krytu prachu do polohy krku kuličkového kolíku. Avšak za extrémních pracovních podmínek kulového kloubu, například v mezní poloze, byla kontaktní oblast mezi krytem prachu a krokem příliš malá, což vedlo k možnosti selhání. Nízké teploty by navíc mohly také vést k malým kontaktním oblastem, což by vytvořilo mezery a únik vody.

Schéma návrhu optimalizace míče:

1. Optimalizace sestavy límce:

Neúspěch konec límce bylo primárně vyplývající z problémů s výrobním montáží. Abychom to vyřešili, bylo považováno za efektivní definovat velikost instalace límce ve specifikaci interních procesů (IPS), která se stává součástí výuky výrobních operací. IPS by definoval směr instalace, maximální průměr nástrojového příslušenství a rozsah průměru otvoru límce. Dále by také zahrnovala zprávu o analýze konečných prvků (FEA) a zprávu o rozvržení o krytu prachu. Tato metoda by zlepšila proces montáže a zajistila, aby splňovala požadavky na návrh.

2. Optimální design kulového kolíku:

Analýza režimů selhání odhalila, že hlavní faktory přispívající k selhání těsnění přispívajících k selhání těsnění přispívaly nepřiměřený návrh labyrintové oblasti labyrintu a malé kontaktní oblasti kulového kolíku. S ohledem na omezení nákladů a vývoje projektu byla optimalizace struktury pinů kulička považována za nákladově nejefektivnější řešení. Optimalizovaný design měl za cíl poskytnout větší kontaktní plochu mezi krokem kulového kolíku a potahem prachu, když byl míčový závěs na maximálním pracovním úhlu. Původní design představoval půlkruhový tvar průřezu pro krok, zatímco nový design zavedl obdélníkovou průřezovou strukturu a zvýšil vnější průměr kroku. To mělo za následek větší kontaktní oblast a poskytlo větší reakční sílu za extrémních pracovních podmínek, čímž se snížilo riziko, že se do krku tlačí riziko mezer a potah prachu.

3. Optimální ověření testu návrhu:

Vzorky založené na optimalizovaném designu byly vyrobeny a podrobeny testům výkonu těsnění. Výsledky ukázaly, že obsah vody na konci kulového kolíku a konec skořepiny míče byl pouze 0,1% až 0.2