Suspension Ball Scharnieroptimierung Design_hinge Knowledge_Tallsen 1

Das Hängebangrümpfe ist das Schlüsselprodukt der Abteilung ZF Chassis Technology Components, und sein strukturelles Design ist die Kerntechnologie der Abteilung. Da sich die Automobilindustrie weiterentwickelt, nimmt auch die Nachfrage nach Ballscharnierprodukten zu. In der Vergangenheit konnten bestimmte Produktdesigns den aktuellen Bedürfnissen des Marktes nicht mehr erfüllen. Kunden benötigen nun strengere Simulationsumgebungen, komplexere Arbeitsbelastungen und die Einhaltung neuer regulatorischer Anforderungen wie Fußgängerschutz und Kriterien für den Ausfall nach der Kollision. Unter diesen Umständen ist es unerlässlich, die technischen Aspekte des Ballgelenks zu optimieren.

Das Kugelgelenk wird hauptsächlich in der vorderen Suspension verwendet, wodurch die Verbindung zwischen Stange und Lenkknöchel erleichtert wird. Diese Verbindung bietet den zweiten Freiheitsgrad für die Lenkung. Um höhere Kundenerwartungen zu erfüllen, verlagert sich der Schwerpunkt der Forschung und Optimierung zur Verbesserung der Versiegelungsleistung und des Widerstands von Ermüdungsnutzern.

Dieser Artikel basiert auf der tatsächlichen Massenproduktion von ZF des Dongfeng Liuzhou B20 -Projekts für einen häuslichen Originalausrüstungshersteller (OEM) mit der Absicht, die Struktur des Scharniers des Aufhängesballs zu optimieren. Zunächst bestand der Plan darin, Teile aus dem aktuellen Massenprojekt weiter zu verwenden. Nach der ersten Runde der DV -Tests (DV) wurde jedoch festgestellt, dass es immer noch potenzielle Risiken gab, hauptsächlich in Form von Wasserlecks und vorzeitiger Verschleiß. Bei der Analyse wurde entschieden, dass Entwurfsverbesserungen erforderlich waren, um die aktuellen Testanforderungen zu erfüllen.

Eine weitere Analyse anderer neuer inländischer OEM -Projekte ergab, dass viele OEMs spezifische Spezifikationen für die Leistung von Ballscharnieren festgelegt haben, wobei die Entwurfsanforderungen erheblich gestiegen sind. In ähnlicher Weise aktualisieren globale OEMs ihre Spezifikationen für Ballscharniere kontinuierlich. ZF -Produkte müssen den Umweltbedingungen, komplexeren und variableren Betriebsbedingungen sowie detaillierteren Kollisionsschutzanforderungen standhalten. Angesichts dieser Entwicklungen zielt dieser Artikel darauf ab, ein angemessenes Optimierungsschema vorzuschlagen, das auf der Forschung und Analyse der neuen Spezifikationen basiert, um Produkte zu erhalten, die den Leistungsstandards zu geringeren Kosten entsprechen.

Kugelscharnier:

Kugelscharniere gewährleisten die Verbindung von Mechanismusketten, indem sie einen kontinuierlichen Kontakt und relative Bewegung aufrechterhalten. Die Verbindungspunkte für diese Bewegungen werden als Gelenke bezeichnet. Kugelscharniere können als radial belastete Scharniere (geführte Kugelscharniere) oder axial beladene Scharniere (belastete Kugelgelenke) kategorisiert werden. Jede Verbindung besteht aus zwei Verbindungselementen wie Wellen, einfachen Lagern, Zahnradzähne usw., die miteinander zusammenarbeiten und eine geeignete Geometrie für ihre Funktion haben. Die wichtigsten Verbindungselemente des Ballgelenks sind der Ballbolzen und die Ballhöhle. Neben der Leistung des Ballgelenks selbst sind auch andere Eigenschaften wie Material, Größe, Oberflächenqualität, Tragfähigkeit und Schmierung wichtig.

Funktions- und technische Anforderungen des Kugelscharniers:

Die Funktion des Kugelscharniers besteht darin, die Stange mit dem Lenkknöchel zu verbinden und damit drei Freiheitsgrade zu bieten. Zwei dieser Freiheitsgrade werden für Radschläge und Lenkung verwendet, während der dritte eine elastokinematische Variation für das Rad ermöglicht. Das Kugelgelenk kann aufgrund seiner drei Rotationsgrade nur Zug-, Druck- und Radialkräfte einführen. Im Idealfall sollten Ballverbindungen kein freies Spiel haben, um unnötige Lärm zu vermeiden. Die elastische Verschiebung sollte minimiert werden, um Unbehagen während der Fahrt zu verhindern und die subjektive Bewertung des Fahrers aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus ist das Arbeitsmoment des Ballscharners ein wichtiger Bewertungsindex und sollte nicht niedriger sein als der zulässige Wert, um vorzeitige Verschleiß und Rauschen zu vermeiden.

Analyse des ursprünglichen Entwurfsausfallmodus:

1. Ausfall des Versiegelungsleistungstests:

In der ersten Phase des B20 -Projekts wurde der Kunde angefordert, die vorhandenen Projektprodukte weiter zu verwenden, um die Forschungs- und Entwicklungskosten und die Zykluszeit zu reduzieren. Während des DV -Tests wurden jedoch bei der Versiegelungsleistung des Kugelscharniers Fehlermodi wie Wasserlecks und Rost beobachtet. Bei der Inspektion wurde festgestellt, dass das Kugelscharnier und der Lenkknöchel einen schlechten Anbau hatten, was zu einer 2,5 -mm -freien Lücke zwischen ihnen führte. Diese Lücke könnte möglicherweise zu Wasserleckagen führen, was darauf hinweist, dass das Versiegelungssystem die Testanforderungen nicht entsprach. Eine weitere Demontage des Ballscharniers ergab eine schwere Korrosion auf der Paarungsfläche mit dem Lenkknöchel. Dies bestätigte, dass die Dichtungsleistung des aktuellen Produkts nicht die Entwurfsanforderungen für das B20 -Projekt entsprach. Bemerkenswerterweise wurden sichtbare Wasserflecken und schwere Korrosion an den Kugelstiften im Bereich der Staubbedeckung beobachtet. Dies zeigte, dass das aktuelle staubdichtes System unzureichend war und eine Verbesserung erforderte.

2. Analyse der Testergebnisse:

Die Testergebnisse zeigten, dass der Wassereingang während des Tests unter den W3 -Niveau fiel, wo Wasserflecken visuell beobachtet wurden. Dadurch wurde der Schweregrad der Bedingungen des Wassereingangs im Dichtungssystem nach dem Test hervorgehoben. Der Wassereinsatzbereich betriffte hauptsächlich die Kragen an beiden Enden des Kugelscharniers. Mögliche Gründe für das Versagen waren wie folgt:

- Auswahl der Baugruppe und Größenauswahl des Kragens: Der Kragen hatte nach dem Dehnen einer maximalen Größendefinition, die darauf abzielte, sicherzustellen, dass die Klemmkraft nach der elastischen Deformation des Kragens die Entwurfsanforderungen entsprach. Wenn die tatsächliche Baugruppe jedoch nicht den Spezifikationen befolgt, könnte dies zu einer unzureichenden Klemmkraft und einem losen Kragen führen.

- Entwurfsausfall der Staubbedeckung: Eine vergleichende Analyse des Staubabdeckungsdesigns ergab eine Abweichung im Kegelwinkel des Labyrinthbereichs. Das aktuelle Design hatte einen Kegelwinkel von 20 °, während das Standarddesign einen Kegelwinkel von 12 ° hatte. Diese Abweichung erhöhte das Leckagenrisiko.

- Entwurfsausfall des Ballstift -Dichtungsbereichs: Das Kugelstiftdesign hatte eine Stufenstruktur in einem bestimmten Bereich mit einem Durchmesser von 1 mm, der größer als die Kugelstiftwelle war. Diese Struktur zielte darauf ab, zu verhindern, dass die Staubbedeckung in die Nackenposition des Kugelstifts gedrückt wird. Unter extremen Arbeitsbedingungen der Ballverbindung, wie z. Zusätzlich können niedrige Temperaturen zu kleinen Kontaktbereichen führen, die Lücken und Wasserlecks erzeugen.

Kugelscharnier -Optimierungsdesignschema:

1. Kragenbauoptimierung:

Das Versagen des Kragenends resultierte hauptsächlich aus Problemen mit der Produktionsversammlung. Um dies zu beheben, wurde es als effektiv angesehen, die Installationsgröße des Kragens in der internen Prozessspezifikation (IPS) zu definieren, die Teil des Produktionsbetriebsanweisung wird. Das IPS würde die Installationsrichtung, den maximalen Durchmesser der Werkzeuganlagen und den Durchmesserbereich der Kragenöffnung definieren. Darüber hinaus würde es auch den Bericht über Finite -Elemente -Analysen (FEA) und Layoutbericht über die Staubabdeckung einschließen. Diese Methode würde den Montageprozess verbessern und sicherstellen, dass sie den Entwurfsanforderungen entspricht.

2. Optimales Design des Ballnadels:

Die Analyse der Fehlermodi ergab, dass das unangemessene Design des Labyrinthbereichs der Staubbedeckung und der kleine Kontaktbereich des Ballstiftschritts die Hauptfaktoren waren, die zum Versiegelungstestausfall beitrugen. Unter Berücksichtigung von Kosten- und Projektentwicklungsbeschränkungen wurde die Optimierung der Kugelstiftstruktur als die kostengünstigste Lösung angesehen. Das optimierte Design zielte darauf ab, einen größeren Kontaktbereich zwischen dem Kugelstiftschritt und der Staubabdeckung zu bieten, wenn das Kugelscharnier im maximalen Arbeitswinkel war. Das ursprüngliche Design enthielt eine halbkreisförmige Querschnittsform für den Schritt, während das neue Design eine rechteckige Querschnittsstruktur einführte und den äußeren Durchmesser des Schritts erhöhte. Dies führte zu einer größeren Kontaktfläche und lieferte eine größere Reaktionskraft unter extremen Arbeitsbedingungen, wodurch das Risiko von Lücken und Staubabdeckungen in den Hals reduziert wurde.

3. Optimale Konstruktionstestüberprüfung:

Proben, die auf dem optimierten Design basieren, wurden erzeugt und einer Versiegelungstests unterzogen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Wassergehalt am Ende des Kugelstifts und das Ende der Kugelschale nur 0,1% bis 0 betrug.2