Βελτιστοποίηση με άρθρωση της μπάλας ανάρτησης Design_hinge knowledge_tallsen 1

Ο μεντεσέ της μπάλας ανάρτησης είναι το βασικό προϊόν της Διεύθυνσης Τεχνολογίας Τεχνολογίας ZF και ο δομικός σχεδιασμός του είναι η βασική τεχνολογία του τμήματος. Καθώς η αυτοκινητοβιομηχανία συνεχίζει να εξελίσσεται, η ζήτηση για προϊόντα μεντεσέδες με μπάλα αυξάνεται επίσης. Στο παρελθόν, ορισμένα σχέδια προϊόντων δεν ήταν πλέον σε θέση να καλύψουν τις τρέχουσες ανάγκες της αγοράς. Οι πελάτες απαιτούν πλέον αυστηρότερα περιβάλλοντα προσομοίωσης, πιο σύνθετα φορτία εργασίας και συμμόρφωση με νέες κανονιστικές απαιτήσεις, όπως η προστασία των πεζών και τα κριτήρια αποτυχίας μετά τη συλλογή. Δεδομένων αυτών των περιστάσεων, είναι επιτακτική ανάγκη να βελτιστοποιηθούν οι τεχνικές πτυχές της μπάλας.

Η σύνδεση με μπάλα χρησιμοποιείται κυρίως στην εμπρόσθια ανάρτηση, διευκολύνοντας τη σύνδεση μεταξύ της ράβδου και του αρθρώματος του τιμονιού. Αυτή η σύνδεση παρέχει το δεύτερο βαθμό ελευθερίας που απαιτείται για το σύστημα διεύθυνσης. Για να ανταποκριθεί στις υψηλότερες προσδοκίες των πελατών, το επίκεντρο της έρευνας και της βελτιστοποίησης μετατοπίζεται προς τη βελτίωση της απόδοσης σφράγισης και της αντοχής στη φθορά της κόπωσης.

Αυτό το άρθρο βασίζεται στην πραγματική μαζική παραγωγή του ZF του έργου Dongfeng Liuzhou B20 για έναν εγχώριο κατασκευαστή εξοπλισμού (OEM), με σκοπό να βελτιστοποιήσει τη δομή του μεντεσέ της μπάλας εναιώρησης. Αρχικά, το σχέδιο ήταν να συνεχιστεί η χρήση εξαρτημάτων από το τρέχον μαζικό παράγοντα. Ωστόσο, μετά τον πρώτο γύρο των δοκιμών επικύρωσης σχεδιασμού (DV), εντοπίστηκε ότι εξακολουθούν να υπάρχουν πιθανοί κίνδυνοι, κυρίως με τη μορφή διαρροής νερού και πρόωρης φθοράς. Μετά την ανάλυση, αποφασίστηκε ότι οι βελτιώσεις σχεδιασμού ήταν απαραίτητες για την κάλυψη των τρέχουσας δοκιμής.

Περαιτέρω ανάλυση άλλων νέων εγχώριων έργων OEM αποκάλυψε ότι πολλοί ΚΑΕ έχουν καθιερώσει συγκεκριμένες προδιαγραφές για την απόδοση με άρθρωση της μπάλας, με τις απαιτήσεις σχεδιασμού να έχουν σημαντικά αυξημένες. Ομοίως, οι παγκόσμιοι ΚΑΕ ενημερώνουν συνεχώς τις προδιαγραφές τους για μεντεσέδες. Τα προϊόντα ZF πρέπει να αντέχουν σε σκληρότερες περιβαλλοντικές συνθήκες, πιο σύνθετες και μεταβλητές συνθήκες λειτουργίας, καθώς και λεπτομερέστερες απαιτήσεις προστασίας σύγκρουσης. Υπό το πρίσμα αυτών των εξελίξεων, το παρόν άρθρο στοχεύει να προτείνει ένα λογικό σύστημα βελτιστοποίησης που βασίζεται στην έρευνα και ανάλυση των νέων προδιαγραφών, προκειμένου να αποκτηθούν προϊόντα που πληρούν τα πρότυπα απόδοσης με χαμηλότερο κόστος.

σε μεντεσέ:

Οι μεντεσέδες της μπάλας εξασφαλίζουν τη σύνδεση των αλυσίδων μηχανισμού διατηρώντας συνεχή επαφή και σχετική κίνηση. Τα σημεία σύνδεσης για αυτές τις κινήσεις είναι γνωστά ως αρθρώσεις. Οι μεντεσέδες της σφαίρας μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως ακτινικά φορτωμένοι μεντεσέδες (μεντεσέδες με καθοδηγούμενη σφαίρα) ή αξονικά φορτωμένες μεντεσέδες (φορτωμένες αρθρώσεις μπάλας). Κάθε άρθρωση αποτελείται από δύο στοιχεία σύνδεσης, όπως άξονες, απλά ρουλεμάν, δόντια γραναζιών κλπ., Που συνεργάζονται μεταξύ τους και έχουν μια κατάλληλη γεωμετρία για τη λειτουργία τους. Τα κύρια στοιχεία που συνδέονται με τη σφαίρα είναι η σφαίρα και η πρίζα μπάλας. Εκτός από την απόδοση της ίδιας της ένωσης μπάλας, άλλα χαρακτηριστικά όπως το υλικό, το μέγεθος, η ποιότητα της επιφάνειας, η ικανότητα μεταφοράς φορτίου και η λίπανση είναι επίσης σημαντικά.

Λειτουργία και τεχνικές απαιτήσεις του μεντεσέ της μπάλας:

Η λειτουργία του μεντεσέ της μπάλας είναι να συνδέσετε τη ράβδο με τον αρθρώσεις του τιμονιού, παρέχοντας έτσι τρεις βαθμούς ελευθερίας. Δύο από αυτούς τους βαθμούς ελευθερίας χρησιμοποιούνται για τον ξυλοδαρμό και το τιμόνι, ενώ ο τρίτος επιτρέπει μια ελαστοκινική παραλλαγή για τον τροχό. Ο σύνδεσμος μπάλας μπορεί να εισαγάγει μόνο εφελκυσμό, συμπιεστικές και ακτινικές δυνάμεις λόγω των τριών περιστροφικών βαθμών ελευθερίας. Στην ιδανική περίπτωση, οι αρθρώσεις μπάλας δεν πρέπει να έχουν ελεύθερο παιχνίδι για να αποφύγουν τον περιττό θόρυβο. Η ελαστική μετατόπιση πρέπει να ελαχιστοποιηθεί για να αποτρέψει την ταλαιπωρία κατά την οδήγηση και τη διατήρηση της υποκειμενικής αξιολόγησης του οδηγού. Επιπλέον, η ροπή εργασίας του μεντεσέ της μπάλας είναι ένας σημαντικός δείκτης αξιολόγησης και δεν πρέπει να είναι χαμηλότερη από την επιτρεπόμενη τιμή για να αποφευχθεί η πρόωρη φθορά και θόρυβος.

Πρωτότυπη ανάλυση λειτουργίας αποτυχίας σχεδιασμού:

1. Αποτυχία της δοκιμής απόδοσης σφράγισης:

Κατά τη διάρκεια του αρχικού σταδίου του έργου B20, ζητήθηκε από τον πελάτη να συνεχίσει να χρησιμοποιεί τα υπάρχοντα προϊόντα έργου για τη μείωση του κόστους έρευνας και ανάπτυξης και του χρόνου κύκλου. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της δοκιμής DV, παρατηρήθηκαν τρόποι αποτυχίας όπως η διαρροή νερού και η σκουριά στην απόδοση της σφράγισης του μεντεσέ. Κατά την επιθεώρηση, ανακαλύφθηκε ότι ο μεντεσέ και ο αρθρώσεις του τιμονιού είχε κακή τοποθέτηση, με αποτέλεσμα ένα χάσμα ελεύθερου 2,5 χιλιοστών μεταξύ τους. Αυτό το κενό θα μπορούσε ενδεχομένως να οδηγήσει σε διαρροή νερού, υποδεικνύοντας ότι το σύστημα σφράγισης δεν πληρούσε τις απαιτήσεις δοκιμής. Περαιτέρω αποσυναρμολόγηση του μεντεσέ της μπάλας αποκάλυψε σοβαρή διάβρωση στην επιφάνεια ζευγαρώματος με το αρθρώσεις του τιμονιού. Αυτό επιβεβαίωσε ότι η απόδοση σφράγισης του τρέχοντος προϊόντος δεν πληρούσε τις απαιτήσεις σχεδιασμού για το έργο B20. Συγκεκριμένα, παρατηρήθηκαν ορατοί λεκέδες νερού και σοβαρή διάβρωση στις ακίδες μπάλας στην περιοχή του κάλυμμα σκόνης. Αυτό έδειξε ότι το σημερινό σύστημα από την απόρριψη σκόνης ήταν ανεπαρκές και απαιτούμενη βελτίωση.

2. Ανάλυση των αποτελεσμάτων των δοκιμών:

Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι η εισροή νερού κατά τη διάρκεια των δοκιμών έπεσε κάτω από το επίπεδο W3, όπου οι λεκέδες νερού παρατηρήθηκαν οπτικά. Αυτό υπογράμμισε τη σοβαρότητα των συνθηκών εισόδου νερού στο σύστημα σφράγισης μετά τη δοκιμή. Η περιοχή εισόδου νερού επηρέασε κυρίως τα περιλαίμια και στα δύο άκρα του μεντεσέ. Πιθανοί λόγοι για την αποτυχία ήταν οι εξής:

- Η ποιότητα της συναρμολόγησης και η επιλογή του μεγέθους του κολάρου: Το κολάρο είχε έναν ορισμό μέγιστου μεγέθους μετά την τεντωμένη, η οποία αποσκοπούσε στην εξασφάλιση της δύναμης σύσφιξης να πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού μετά την ελαστική παραμόρφωση του κολάρο. Ωστόσο, εάν η πραγματική συναρμολόγηση δεν ακολούθησε αυστηρά τις προδιαγραφές, θα μπορούσε να οδηγήσει σε ανεπαρκή δύναμη σύσφιξης και ένα χαλαρό κολάρο.

- Σχεδιασμός αποτυχία του καλύμματος σκόνης: Μια συγκριτική ανάλυση του σχεδιασμού κάλυψης σκόνης αποκάλυψε μια απόκλιση στην γωνία κώνου της περιοχής λαβυρίνθου. Ο ρεύμα σχεδιασμός είχε γωνία κώνου 20 °, ενώ ο τυπικός σχεδιασμός είχε γωνία κώνου 12 °. Αυτή η απόκλιση αύξησε τον κίνδυνο διαρροής.

- Σχεδιασμός αποτυχία της περιοχής στεγανοποίησης σφαίρας σφαίρας: Ο σχεδιασμός της σφαίρας είχε μια σταδιακή δομή σε μια συγκεκριμένη περιοχή, με διάμετρο 1 mm μεγαλύτερη από τον άξονα της σφαίρας. Αυτή η δομή αποσκοπούσε στην πρόληψη της πίεσης της κάλυψης σκόνης στη θέση του λαιμού του πείρου μπάλας. Ωστόσο, κάτω από ακραίες συνθήκες εργασίας της ένωσης μπάλας, όπως στην οριακή θέση, η περιοχή επαφής μεταξύ του καλύμματος σκόνης και του βήματος ήταν πολύ μικρό, με αποτέλεσμα τη δυνατότητα αποτυχίας. Επιπλέον, οι χαμηλές θερμοκρασίες θα μπορούσαν επίσης να οδηγήσουν σε μικρές περιοχές επαφής, δημιουργώντας κενά και διαρροή νερού.

Σχέδιο σχεδιασμού βελτιστοποίησης με άρθρωση μεντεσέδες:

1. Βελτιστοποίηση συναρμολόγησης κολάρο:

Η αποτυχία του τελικού κολάρου προέκυψε κυρίως από προβλήματα με τη συναρμολόγηση παραγωγής. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, θεωρήθηκε αποτελεσματικό για τον καθορισμό του μεγέθους εγκατάστασης του περιλαίμιου στην εσωτερική προδιαγραφή διεργασίας (IPS), η οποία γίνεται μέρος της διδασκαλίας παραγωγής. Το IPS θα καθορίσει την κατεύθυνση εγκατάστασης, τη μέγιστη διάμετρος του εξοπλισμού εργαλείων και το εύρος διαμέτρου του ανοίγματος του περιλαίμιου. Επιπλέον, θα περιλάμβανε επίσης την αναφορά της ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων (FEA) και την αναφορά διάταξης του καλύμματος σκόνης. Αυτή η μέθοδος θα βελτιώσει τη διαδικασία συναρμολόγησης και θα διασφαλίσει ότι πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού.

2. Βέλτιστος σχεδιασμός του πείρου μπάλας:

Η ανάλυση των τρόπων αποτυχίας αποκάλυψε ότι ο παράλογος σχεδιασμός της περιοχής λαβυρίνθου της κάλυψης σκόνης και η μικρή περιοχή επαφής του βήματος της σφαίρας ήταν οι κύριοι παράγοντες που συμβάλλουν στην αποτυχία της δοκιμής σφράγισης. Λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς ανάπτυξης κόστους και ανάπτυξης, η βελτιστοποίηση της δομής της σφαίρας θεωρήθηκε από την πιο οικονομικά αποδοτική λύση. Ο βελτιστοποιημένος σχεδιασμός αποσκοπούσε στην παροχή μεγαλύτερης περιοχής επαφής μεταξύ του βήματος της σφαίρας και του κάλυμμα σκόνης όταν ο μεντεσέ της μπάλας ήταν στη μέγιστη γωνία εργασίας του. Ο αρχικός σχεδιασμός χαρακτήρισε ένα ημικυκλικό σχήμα διατομής για το βήμα, ενώ ο νέος σχεδιασμός εισήγαγε μια ορθογώνια διατομή και αύξησε την εξωτερική διάμετρο του βήματος. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα μια μεγαλύτερη περιοχή επαφής και παρείχε μεγαλύτερη δύναμη αντίδρασης υπό ακραίες συνθήκες εργασίας, μειώνοντας τον κίνδυνο των κενών και των καλύμματος σκόνης που πιέζονται στο λαιμό.

3. Βέλτιστη επαλήθευση δοκιμής σχεδιασμού:

Δείγματα που βασίζονται στον βελτιστοποιημένο σχεδιασμό δημιουργήθηκαν και υποβλήθηκαν σε δοκιμές απόδοσης σφράγισης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η περιεκτικότητα σε νερό στο τέλος του πείρου μπάλας και το τέλος του κελύφους ήταν μόνο 0,1% έως 0.2