Suspension Ball Hinge Optimization Design_hinge Knowledge_Tallsen 1

Suspension Ball Hængsel er det vigtigste produkt i ZF Chassis Technology Components Division, og dets strukturelle design er instituttets centrale teknologi. Efterhånden som bilindustrien fortsætter med at udvikle sig, øges efterspørgslen efter bold hængselprodukter også. Tidligere var visse produktdesign ikke længere i stand til at imødekomme markedets nuværende behov. Kunder kræver nu strengere simuleringsmiljøer, mere komplekse arbejdsbelastninger og overholdelse af nye lovgivningsmæssige krav, såsom fodgængerbeskyttelse og kriterier efter kollisionsfejl. I betragtning af disse omstændigheder er det bydende nødvendigt at optimere de tekniske aspekter af kugleleddet.

Kugleleddet bruges primært i den forreste ophæng, hvilket letter forbindelsen mellem stangen og styreknokken. Denne forbindelse giver den anden grad af frihed, der kræves til styring. For at imødekomme højere kundeforventninger skifter fokus for forskning og optimering mod forbedring af forseglingsydelsen og træthedsslidemodstand.

Denne artikel er baseret på ZFs faktiske masseproduktion af Dongfeng Liuzhou B20 -projektet for en indenlandsk originaludstyrsproducent (OEM) med den hensigt at optimere strukturen i suspensionskuglen. Oprindeligt var planen at fortsætte med at bruge dele fra det nuværende masseproducerede projekt. Efter den første runde af designvalideringstest (DV) -test blev det imidlertid identificeret, at der stadig var potentielle risici, hovedsageligt i form af vandlækage og for tidligt slid. Efter analyse blev det besluttet, at designforbedringer var nødvendige for at opfylde de aktuelle testkrav.

Yderligere analyse af andre nye indenlandske OEM -projekter afslørede, at mange OEM'er har etableret specifikke specifikationer for boldhængsepræstation, hvor designkrav er markant forøget. Tilsvarende opdaterer globale OEM'er kontinuerligt deres specifikationer for boldhængsler. ZF -produkter er nødt til at modstå hårdere miljøforhold, mere komplekse og variable driftsbetingelser samt mere detaljerede krav til kollisionsbeskyttelse. I lyset af denne udvikling sigter denne artikel at foreslå en rimelig optimeringsordning baseret på forskning og analyse af de nye specifikationer for at få produkter, der opfylder ydelsesstandarderne til en lavere pris.

til bold hængsel:

Boldhængsler sikrer forbindelsen mellem mekanismekæder ved at opretholde kontinuerlig kontakt og relativ bevægelse. Forbindelsespunkterne for disse bevægelser er kendt som samlinger. Boldhængsler kan kategoriseres som radialt belastede hængsler (guidede boldhængsler) eller aksialt belastede hængsler (belastede kugleled). Hvert led består af to forbindelseselementer, såsom aksler, almindelige lejer, gear tænder osv., Der samarbejder med hinanden og har en passende geometri til deres funktion. De vigtigste forbindelseselementer i kugleleddet er kuglestud og kuglestikket. Bortset fra selve kugleledets ydeevne er andre egenskaber såsom materiale, størrelse, overfladekvalitet, belastningskapacitet og smøring også vigtige.

Funktion og tekniske krav til bolden hængsel:

Kuglens hængsel er at forbinde stangen med styreknokken og derved give tre frihedsgrader. To af disse frihedsgrader bruges til at slå hjul og styring, mens den tredje giver mulighed for en elastokinematisk variation for hjulet. Kugleleddet kan kun introducere træk-, tryk- og radiale kræfter på grund af dens tre rotationsgrader af frihed. Ideelt set bør boldfuger ikke have noget frit spil for at undgå unødvendig støj. Den elastiske forskydning skal minimeres for at forhindre ubehag under kørsel og for at opretholde førerens subjektive evaluering. Derudover er det arbejdende drejningsmoment for bolden hængsel et vigtigt evalueringsindeks og bør ikke være lavere end den tilladte værdi for at undgå for tidligt slid og støj.

Original designfejltilstand analyse:

1. Manglende forsegling af præstationstest:

I det indledende fase af B20 -projektet blev det anmodet af kunden om at fortsætte med at bruge de eksisterende projektprodukter til at reducere forsknings- og udviklingsomkostninger og cyklustid. Under DV -testen blev der imidlertid observeret svigtningstilstande, såsom vandlækage og rust i forseglingens ydelse af kuglen. Ved inspektion blev det opdaget, at bolden hængsel og styreknokken havde dårlig tilpasning, hvilket resulterede i et 2,5 mm frit mellemrum mellem dem. Dette hul kan potentielt føre til vandlækage, hvilket indikerer, at tætningssystemet ikke opfyldte testkravene. Yderligere adskillelse af bolden hængslet afslørede alvorlig korrosion på parringsoverfladen med styreknokken. Dette bekræftede, at det aktuelle produkts tætningsydelse ikke opfyldte designkravene til B20 -projektet. Bemærkelsesværdigt blev synlige vandpletter og alvorlig korrosion observeret på kuglestifterne i området med støvdækslet. Dette indikerede, at det nuværende støvsikre system var utilstrækkeligt og krævede forbedringer.

2. Analyse af testresultater:

Testresultaterne indikerede, at vandindtrængningen under test faldt under W3 -niveauet, hvor vandpletter blev observeret visuelt. Dette fremhævede sværhedsgraden af ​​vandindtrængningsbetingelser i tætningssystemet efter testen. Vandindtrængningsområdet påvirkede hovedsageligt kraverne i begge ender af bolden hængsel. Mulige årsager til fiaskoen var som følger:

- Samlingskvalitet og størrelse Valg af kraven: kraven havde en maksimal størrelse definition efter at have været strakt, hvilket var rettet mod at sikre, at klampekraften opfyldte designkravene efter den elastiske deformation af kraven. Men hvis den faktiske samling ikke strengt fulgte specifikationerne, kunne det resultere i utilstrækkelig klemkraft og en løs krave.

- Designfejl af støvdækslet: En komparativ analyse af støvdækningsdesignet afslørede en afvigelse i kegelvinklen i labyrintområdet. Det aktuelle design havde en keglevinkel på 20 °, mens standarddesignet havde en keglevinkel på 12 °. Denne afvigelse øgede risikoen for lækage.

- Designfejl i kuglepinforseglingsområdet: Boldstiftens design havde en trappet struktur på et specifikt område med en diameter, der er 1 mm større end kuglestiften. Denne struktur havde til formål at forhindre, at støvdækslet presses ind i nakken på kuglen. Under ekstreme arbejdsvilkår for kugleleddet, såsom ved grænsepositionen, var kontaktområdet mellem støvdækslet og trinet for lille, hvilket resulterede i muligheden for fiasko. Derudover kan lave temperaturer også føre til små kontaktområder og skabe huller og vandlækage.

Boldhængseloptimeringsdesignskema:

1. Collar Assembly Optimization:

Svigt i kraven ender primært skyldtes problemer med produktionsmontering. For at tackle dette blev det anset for effektivt at definere kravens installationsstørrelse i den interne processpecifikation (IPS), som bliver en del af produktionsoperationens instruktion. IPS definerer installationsretningen, den maksimale diameter på værktøjsarmaturet og diameterområdet for kraven om krave. Derudover vil det også omfatte rapporten Finite Element Analysis (FEA) og layout fra støvdækslet. Denne metode ville forbedre samlingsprocessen og sikre, at den opfylder designkravene.

2. Optimal design af kuglestiften:

Analysen af ​​fiasko -tilstande afslørede, at det urimelige design af støvdækkets labyrintområde og det lille kontaktområde i kuglesnåletrinnet var de vigtigste faktorer, der bidrog til tætningstestfejlen. I betragtning af omkostninger og projektudviklingsbegrænsninger blev optimering af kuglestiftstrukturen betragtet som den mest omkostningseffektive løsning. Det optimerede design havde til formål at tilvejebringe et større kontaktområde mellem kuglepinstrinnet og støvdækslet, når bolden hængslet var i sin maksimale arbejdsvinkel. Det originale design indeholdt en halvcirkelformet tværsnitsform til trinnet, mens det nye design introducerede en rektangulær tværsnitsstruktur og øgede trinets ydre diameter. Dette resulterede i et større kontaktområde og gav en større reaktionskraft under ekstreme arbejdsvilkår, hvilket reducerede risikoen for, at huller og støvdækninger blev presset i nakken.

3. Optimal designtestbekræftelse:

Prøver baseret på det optimerede design blev produceret og underkastet tætning af præstationstest. Resultaterne viste, at vandindholdet i slutningen af ​​kuglen pin og enden af ​​kugleskallen kun var 0,1% til 0.2