Suspension Ball Hinge Optimization Design_hinge Knowledge_Tallsen

Suspension Ball Hinge est le produit central de la division des composants de la technologie des châssis ZF, et sa conception structurelle est la technologie de base du département. À mesure que l'industrie automobile continue de se développer, les exigences pour les produits de charnière à billes augmentent également. Le marché actuel exige des environnements de simulation plus stricts, des charges de travail complexes et une conformité avec de nouvelles exigences réglementaires telles que la protection des piétons et la défaillance post-collision. Pour répondre à ces demandes, l'optimisation technique de l'articulation du ballon est cruciale.

Le joint à billes est principalement utilisé dans la suspension avant, servant de connexion entre la tige et la flippe de direction. Cette connexion fournit le deuxième degré de liberté de roue, permettant la direction. Afin de répondre aux exigences des clients plus élevées, les performances d'étanchéité et les performances d'usure de la fatigue de l'articulation du ballon doivent être améliorées.

Cet article se concentre sur l'optimisation de la structure de charnière de la balle de suspension pour le projet OEM domestique (projet Dongfeng Liuzhou B20) de la production de masse de ZF. Initialement, le plan était de continuer à utiliser les pièces en masse actuelles. Cependant, après le premier cycle de tests DV, il a été découvert qu'il y avait des risques impliqués, notamment des fuites d'eau et une usure précoce. Une analyse plus approfondie a révélé la nécessité d'améliorer la conception pour répondre aux exigences de test actuelles.

Grâce à l'analyse d'autres projets OEM nationaux, il a été constaté que de nombreux OEM ont formulé des spécifications spécifiques pour les charnières de balle, augmentant considérablement les exigences de conception. Les OEM mondiaux mettent également en œuvre en permanence leurs spécifications pour les charnières de balle. Cela signifie que les produits ZF doivent résister à des conditions environnementales plus sévères, des conditions de travail plus complexes et des exigences de protection contre les collisions plus détaillées. Par conséquent, il est nécessaire de rechercher et d'analyser les nouvelles spécifications pour élaborer un plan d'optimisation raisonnable qui peut répondre aux exigences de performance à moindre coût.

à la charnière à balle:

Les charnières à billes maintiennent un contact continu et un mouvement relatif entre les chaînes de mécanismes. Les articulations où ces mouvements se produisent sont appelés charnières à balles. Il existe deux types de charnières à billes: des charnières à chargés radialement (charnières guidées) et des charnières chargées axialement (joints à billes chargés). Les principaux éléments de connexion de l'articulation de la balle sont le goujon à billes et la prise de balle. Les performances de travail du joint à billes, ainsi que d'autres caractéristiques telles que le matériau, la taille, la qualité de la surface, la capacité de charge de charge et la lubrification, sont toutes des considérations importantes.

Fonctions et exigences techniques de la charnière à balle:

La fonction de la charnière à billes est de connecter la tige à la fusée de direction, offrant trois degrés de liberté pour la force et la transmission de mouvement. Deux degrés de liberté sont utilisés pour les battements de roues et la direction, tandis que le troisième degré de liberté permet une variation élastokinmatique pour la roue. Le joint à billes doit avoir un déplacement élastique minimal dans des conditions de fonctionnement normales pour éviter l'inconfort et affecter l'évaluation du conducteur. De plus, le couple de travail de la charnière à billes ne doit pas être inférieur à la valeur admissible pour éviter l'usure précoce et le bruit.

Analyse du mode de défaillance de conception originale:

Au cours de l'étape initiale du projet B20, le test de performance d'étanchéité a révélé des modes de défaillance tels que la fuite d'eau et la rouille. Une analyse plus approfondie a montré que la charnière à billes et la fusée de direction ne s'adaptaient pas correctement, entraînant un écart de 2,5 mm, qui posait un risque de fuite d'eau et de défaillance du système d'étanchéité. Le démontage de la charnière à balle a révélé une corrosion sévère sur la surface de l'accouplement avec la fusée de direction. Il a été conclu que le système actuel résistant à la poussière ne répondait pas aux exigences de conception et ne nécessitait pas une amélioration.

Schéma de conception optimal pour la charnière à billes:

Deux facteurs principaux ont été identifiés comme des contributeurs potentiels à la défaillance du test d'étanchéité: la qualité de l'assemblage et la sélection de taille du col et la défaillance de la couverture de poussière. Pour résoudre le problème d'assemblage, la taille de l'installation du collier a été définie dans les IP (spécification du processus interne). Cette spécification fournit des lignes directrices pour l'assemblage des cols, garantissant qu'il répond aux exigences de conception. De plus, le couvercle à poussière et la conception de broches à balle ont été optimisés pour améliorer les performances d'étanchéité. La conception de la couverture de poussière a été modifiée pour correspondre à l'angle du cône attendu, et l'étape de la broche à billes a été redessinée pour augmenter la zone de contact avec le couvercle de poussière.

Vérification optimale de test de conception:

Des échantillons ont été produits sur la base du schéma de conception optimisé, et le test de performance d'étanchéité a été effectué. Les résultats ont montré une amélioration significative, avec une teneur en eau aux extrémités de la broche à billes et de la coque à balle allant de seulement 0,1% à 0,2%. Le test a réussi et la situation de corrosion de la conception optimisée était considérablement meilleure par rapport à la conception d'origine.

Le schéma de conception optimisé pour la charnière à billes dans le projet B20 a démontré une amélioration des performances d'étanchéité. Bien qu'il existe un potentiel de performances encore meilleures, la solution actuelle s'est avérée efficace dans les contraintes de temps du projet. Ce projet a souligné l'importance d'analyser en profondeur les exigences des clients et de développer une disposition complète avant de commencer la production. En mettant en œuvre la conception optimisée, ZF a pu répondre aux demandes du projet OEM et améliorer les performances d'étanchéité de la charnière à balle.