تعلیق توپ بهینه سازی بهینه سازی طراحی_ inghing knowledge_tallsen 1

لولا توپ تعلیق محصول اصلی بخش مؤلفه های فناوری شاسی ZF است و طراحی ساختاری آن فناوری اصلی این بخش است. با پیشرفت صنعت خودرو ، تقاضا برای محصولات لولای توپ نیز در حال افزایش است. در گذشته ، برخی از طرح های خاص دیگر قادر به تأمین نیازهای فعلی بازار نبودند. اکنون مشتریان به محیط های شبیه سازی دقیق تر ، بارهای پیچیده تر کار و رعایت الزامات نظارتی جدید مانند حفاظت از عابر پیاده و معیارهای خرابی پس از برخورد نیاز دارند. با توجه به این شرایط ، بهینه سازی جنبه های فنی مفصل توپ ضروری است.

مفصل توپ در درجه اول در سیستم تعلیق جلو استفاده می شود و اتصال بین میله و گره فرمان را تسهیل می کند. این اتصال درجه دوم آزادی مورد نیاز برای فرمان را فراهم می کند. برای برآورده کردن انتظارات مشتری بالاتر ، تمرکز تحقیق و بهینه سازی به سمت بهبود عملکرد آب بندی و مقاومت در برابر سایش خستگی تغییر می کند.

این مقاله بر اساس تولید انبوه واقعی ZF از پروژه Dongfeng Liuzhou B20 برای یک تولید کننده تجهیزات اصلی داخلی (OEM) با هدف بهینه سازی ساختار لولای توپ تعلیق است. در ابتدا ، این طرح برای ادامه استفاده از قطعات پروژه تولید انبوه فعلی بود. با این حال ، پس از دور اول تست های اعتبار سنجی طراحی (DV) ، مشخص شد که هنوز خطرات بالقوه ای وجود دارد ، عمدتا به شکل نشت آب و سایش زودرس. پس از تجزیه و تحلیل ، تصمیم گرفته شد که برای برآورده کردن الزامات آزمون فعلی ، پیشرفت های طراحی لازم باشد.

تجزیه و تحلیل بیشتر از سایر پروژه های جدید OEM داخلی نشان داد که بسیاری از OEM مشخصات خاصی را برای عملکرد لولای توپ ایجاد کرده اند که نیازهای طراحی به طور قابل توجهی افزایش یافته است. به طور مشابه ، OEM های جهانی به طور مداوم مشخصات خود را برای لولا توپ به روز می کنند. محصولات ZF باید در برابر شرایط سختگیرانه تر محیطی ، شرایط عملیاتی پیچیده تر و متغیر و همچنین الزامات دقیق تر برای محافظت در برابر برخورد مقاومت کنند. با توجه به این تحولات ، این مقاله با هدف ارائه یک طرح بهینه سازی معقول بر اساس تحقیق و تجزیه و تحلیل مشخصات جدید ، به منظور به دست آوردن محصولاتی که مطابق با استانداردهای عملکرد با هزینه کمتری هستند ، ارائه می شود.

به لولای توپ:

لولا توپ با حفظ تماس مداوم و حرکت نسبی ، اتصال زنجیرهای مکانیسم را تضمین می کند. نقاط اتصال این حرکات به عنوان اتصالات شناخته می شوند. لولا های توپ را می توان به عنوان لولا های شعاعی بارگذاری شده (لولای هدایت شده) یا لولا های بارگذاری شده محوری (اتصالات توپ بارگیری شده) طبقه بندی کرد. هر مفصل از دو عنصر اتصال مانند شفت ، یاتاقان ساده ، دندانهای دنده و غیره تشکیل شده است که با یکدیگر همکاری می کنند و هندسه مناسبی برای عملکرد آنها دارند. عناصر اصلی اتصال توپ اتصال توپ و سوکت توپ است. جدا از عملکرد خود مفصل توپ ، سایر خصوصیات مانند مواد ، اندازه ، کیفیت سطح ، ظرفیت حمل بار و روغن کاری نیز مهم است.

عملکرد و الزامات فنی لولا توپ:

عملکرد لولا توپ اتصال میله با گره فرمان است و از این طریق سه درجه آزادی را فراهم می کند. دو مورد از این درجه آزادی برای ضرب و شتم چرخ و فرمان استفاده می شود ، در حالی که سوم امکان تغییر الاستوکینماتیک برای چرخ را فراهم می کند. مفصل توپ فقط به دلیل سه درجه چرخشی آزادی ، می تواند نیروهای کششی ، فشاری و شعاعی را معرفی کند. در حالت ایده آل ، اتصالات توپ برای جلوگیری از سر و صدای غیر ضروری نباید هیچ بازی رایگان داشته باشد. جابجایی الاستیک باید برای جلوگیری از ناراحتی هنگام رانندگی و حفظ ارزیابی ذهنی راننده به حداقل برسد. علاوه بر این ، گشتاور کار لولای توپ یک شاخص ارزیابی مهم است و برای جلوگیری از سایش زودرس و سر و صدای زودرس نباید از ارزش مجاز پایین باشد.

تجزیه و تحلیل حالت خرابی اصلی طراحی اصلی:

1. عدم موفقیت در تست عملکرد:

در مرحله اولیه پروژه B20 ، از طرف مشتری خواسته شد تا از محصولات پروژه موجود برای کاهش هزینه های تحقیق و توسعه و زمان چرخه ادامه دهد. با این حال ، در طول آزمایش DV ، حالت های خرابی مانند نشت آب و زنگ زدگی در عملکرد آب بندی لولای توپ مشاهده شد. پس از بازرسی ، مشخص شد که لولای توپ و گره فرمان دارای اتصالات ضعیفی است و در نتیجه شکاف آزاد 2.5 میلی متر بین آنها ایجاد می شود. این شکاف به طور بالقوه می تواند منجر به نشت آب شود ، نشان می دهد که سیستم آب بندی نیازهای آزمایش را برآورده نمی کند. جداسازی بیشتر از لولای توپ ، خوردگی شدید در سطح جفت گیری را با گره فرمان نشان داد. این تأیید کرد که عملکرد آب بندی محصول فعلی الزامات طراحی پروژه B20 را برآورده نمی کند. نکته قابل توجه ، لکه های آب قابل مشاهده و خوردگی شدید بر روی پین های توپ در ناحیه پوشش گرد و غبار مشاهده شد. این نشان داد که سیستم ضد گرد و غبار فعلی کافی نبوده و نیاز به بهبود دارد.

2. تجزیه و تحلیل نتایج آزمون:

نتایج آزمایش نشان داد که ورود آب در حین آزمایش در زیر سطح W3 قرار گرفت ، جایی که لکه های آب از نظر بصری مشاهده شد. این امر شدت شرایط ورود آب در سیستم آب بندی را بعد از آزمایش برجسته کرد. منطقه ورود به آب عمدتا بر روی یقه ها در هر دو انتهای لولای توپ تأثیر می گذارد. دلایل احتمالی شکست به شرح زیر بود:

- کیفیت مونتاژ و انتخاب اندازه یقه: یقه پس از کشش ، تعریف حداکثر اندازه داشت که با هدف اطمینان از اینکه نیروی بستن پس از تغییر شکل الاستیک یقه ، نیازهای طراحی را برآورده می کرد. با این حال ، اگر مونتاژ واقعی به شدت از مشخصات پیروی نمی کرد ، می تواند منجر به نیروی بستن ناکافی و یقه سست شود.

- خرابی طراحی پوشش گرد و غبار: تجزیه و تحلیل مقایسه ای از طراحی پوشش گرد و غبار ، انحراف در زاویه مخروط منطقه لابیرنت را نشان داد. طراحی فعلی دارای زاویه مخروطی 20 درجه بود ، در حالی که طراحی استاندارد دارای زاویه مخروط 12 درجه بود. این انحراف خطر نشت را افزایش داد.

- خرابی طراحی منطقه آب بندی پین توپ: طراحی پین توپ دارای یک ساختار پله ای در یک منطقه خاص ، با قطر 1 میلی متر بزرگتر از شافت پین توپ بود. این ساختار با هدف جلوگیری از فشار دادن پوشش گرد و غبار به وضعیت گردن پین توپ. با این حال ، در شرایط شدید کار مفصل توپ ، مانند در موقعیت محدود ، ناحیه تماس بین پوشش گرد و غبار و مرحله خیلی کوچک بود و در نتیجه احتمال خرابی ایجاد می شود. علاوه بر این ، درجه حرارت پایین همچنین می تواند به مناطق تماس کوچک منجر شود و شکاف ها و نشت آب ایجاد شود.

طرح طراحی بهینه سازی لولا:

1. بهینه سازی مونتاژ یقه:

شکست پایان یقه در درجه اول ناشی از مسائل مربوط به مونتاژ تولید بود. برای پرداختن به این موضوع ، برای تعریف اندازه نصب یقه در مشخصات فرآیند داخلی (IPS) ، که بخشی از دستورالعمل عملکرد تولید می شود ، مؤثر بود. IPS جهت نصب ، حداکثر قطر فیکسچر ابزار و دامنه قطر باز شدن یقه را تعریف می کند. علاوه بر این ، این گزارش همچنین شامل گزارش تجزیه و تحلیل عناصر محدود (FEA) و گزارش چیدمان پوشش گرد و غبار است. این روش روند مونتاژ را بهبود می بخشد و اطمینان حاصل می کند که نیازهای طراحی را برآورده می کند.

2. طراحی بهینه پین ​​توپ:

تجزیه و تحلیل حالت های شکست نشان داد که طراحی غیر منطقی منطقه هزارتوی پوشش گرد و غبار و منطقه تماس کوچک مرحله پین ​​توپ ، عوامل اصلی کمک به خرابی تست آب بندی است. با توجه به محدودیت های هزینه و توسعه پروژه ، بهینه سازی ساختار پین توپ به عنوان مقرون به صرفه ترین راه حل تلقی شد. طراحی بهینه شده با هدف فراهم کردن یک منطقه تماس بزرگتر بین مرحله پین ​​توپ و پوشش گرد و غبار هنگامی که لولای توپ در زاویه حداکثر کار خود قرار داشت. طراحي اصلي يک شکل نقطه ي نقطه ي قطعي براي گام در حالی که طراحی جدید یک ساختار مستطقیم را معرفی کرد و قطر بیرونی گام را افزایش می داد. این منجر به یک منطقه تماس بزرگتر شد و در شرایط کار شدید نیروی واکنش بیشتری فراهم کرد و خطر ایجاد شکاف و روکش گرد و غبار را به گردن کاهش داد.

3. تأیید آزمون بهینه طراحی:

نمونه های مبتنی بر طراحی بهینه سازی شده تولید و در معرض تست های عملکرد پلمپ قرار گرفتند. نتایج نشان داد که میزان آب در انتهای پین توپ و انتهای پوسته توپ تنها 0.1 ٪ تا 0 بود.2