Optimizacija kuglice za suspenziju Design_hinge knowles_tallsen 1

Šarka za ovjes kuglice ključni je proizvod odjeljenja ZF Chassis Technology Components, a njegov strukturni dizajn temeljna je tehnologija odjela. Kako se automobilska industrija i dalje razvija, povećava se i potražnja za proizvodima zgloba kuglice. U prošlosti, određeni dizajni proizvoda više nisu mogli zadovoljiti trenutne potrebe tržišta. Kupci sada zahtijevaju stroža simulacijska okruženja, složenija radna opterećenja i usklađenost s novim regulatornim zahtjevima kao što su zaštita od pješaka i kriterija za neuspjeh nakon sudara. S obzirom na ove okolnosti, neophodno je optimizirati tehničke aspekte kuglice.

Kuglični spoj se prvenstveno koristi u prednjem ovjesu, što olakšava vezu između šipke i upravljača. Ova veza pruža drugi stupanj slobode potreban za upravljanje. Kako bi ispunili veća očekivanja kupaca, fokus istraživanja i optimizacije mijenja se na poboljšanje performansi brtvljenja i otpornosti na umor.

Ovaj se članak temelji na stvarnoj masovnoj proizvodnji ZF -a projekta Dongfeng Liuzhou B20 za domaćeg proizvođača originalne opreme (OEM), s namjerom optimizacije strukture zgloba kuglice za ovjes. U početku je plan bio nastaviti koristiti dijelove iz trenutnog masovnog proizvedenog projekta. Međutim, nakon prvog kruga testova validacije dizajna (DV), identificirano je da još uvijek postoje potencijalni rizici, uglavnom u obliku curenja vode i preuranjenog trošenja. Nakon analize, odlučeno je da su poboljšanja dizajna potrebna kako bi se ispunili trenutni testni zahtjevi.

Daljnja analiza ostalih novih domaćih OEM projekata otkrila je da su mnogi OEM -ovi utvrdili specifične specifikacije za performanse kuglica, a dizajnerski zahtjevi značajno su se povećali. Slično tome, globalni OEM -ovi kontinuirano ažuriraju svoje specifikacije za kuglice. ZF proizvodi moraju izdržati oštrije uvjete okoliša, složenije i promjenjive radne uvjete, kao i detaljnije zahtjeve zaštite od sudara. U svjetlu ovih događaja, ovaj članak ima za cilj predložiti razumnu shemu optimizacije na temelju istraživanja i analize novih specifikacija, kako bi se dobili proizvodi koji zadovoljavaju standarde performansi po nižim troškovima.

do šarke kuglice:

Kuglice šarke osiguravaju povezivanje lanaca mehanizma održavanjem kontinuiranog kontakta i relativnog kretanja. Točke povezanosti za ove pokrete poznate su kao zglobovi. Šarke s kuglicama mogu se kategorizirati kao radijalno napunjene šarke (vođene kuglice) ili aksijalno opterećene šarke (natovareni kuglični spojevi). Svaki se spoj sastoji od dva povezivačka elementa, poput osovina, običnih ležajeva, zuba zupčanika itd., Koji surađuju jedni s drugima i imaju odgovarajuću geometriju za njihovu funkciju. Glavni priključni elementi kuglice su kuglica i kugla utičnice. Osim performansi samog kugličnog spoja, također su važne i druge karakteristike poput materijala, veličine, kvalitete površine, nošenja opterećenja i podmazivanja.

Funkcija i tehnički zahtjevi kuglice:

Funkcija kuglice je povezati šipku s rukom upravljača, pružajući tako tri stupnja slobode. Dva od tih stupnjeva slobode koriste se za premlaćivanje i upravljanje kotačima, dok treći omogućava elastokinematičku varijaciju za kotač. Kuglični spoj može uvesti samo zatezne, tlačne i radijalne sile zbog tri rotacijske stupnjeve slobode. U idealnom slučaju, kuglični spojevi ne bi trebali imati slobodnu igru ​​kako bi se izbjegla nepotrebna buka. Elastični pomak treba minimizirati kako bi se spriječila nelagoda tijekom vožnje i održavanje subjektivne procjene vozača. Uz to, radni moment kuglice je važan indeks evaluacije i ne bi trebao biti niži od dopuštene vrijednosti kako bi se izbjeglo prerano habanje i buka.

Originalna analiza načina neuspjeha dizajna:

1. Neuspjeh testa za brtvljenje:

Tijekom početne faze projekta B20, kupac je zatražio da nastavi koristiti postojeće projektne proizvode za smanjenje troškova istraživanja i razvoja i vremena ciklusa. Međutim, tijekom DV testa primijećeni su načini neuspjeha poput curenja vode i hrđe u performansama brtvljenja kuglice. Nakon pregleda, otkriveno je da su kuglica i upravljački zglob imali lošu opremu, što je rezultiralo 2,5 mm bez jaza između njih. Taj bi jaz mogao potencijalno dovesti do curenja vode, što ukazuje na to da sustav brtvljenja nije zadovoljio testne zahtjeve. Daljnje rastavljanje kuglice otkrilo je jaku koroziju na površini parenja s upravljačem. To je potvrdilo da performanse brtvljenja trenutnog proizvoda nisu udovoljile dizajnerskim zahtjevima za projekt B20. Značajno je da su vidljive mrlje vode i jaka korozija primijećene na kuglicama u području pokrivača prašine. To je ukazivalo da trenutni sustav otporan na prašinu nije dovoljan i potrebno je poboljšati.

2. Analiza rezultata ispitivanja:

Rezultati ispitivanja pokazali su da je ulazak vode tijekom ispitivanja pao pod razinu W3, gdje su vizualno uočene mrlje vode. To je istaknulo ozbiljnost uvjeta ulaska vode u sustavu brtvljenja nakon ispitivanja. Područje za ulazak u vodu uglavnom je utjecalo na ogrlice na oba kraja zgloba lopte. Mogući razlozi neuspjeha bili su sljedeći:

- Kvaliteta sklopa i odabir ogrlice: ovratnik je imao maksimalnu definiciju veličine nakon što je istekao, koja je bila usmjerena na osiguravanje da sila stezanja ispunjava dizajnerske zahtjeve nakon elastične deformacije ovratnika. Međutim, ako stvarni sklop nije strogo slijedio specifikacije, to bi moglo rezultirati neadekvatnom silom stezanja i labavim ovratnikom.

- Dizajn neuspjeha pokrova prašine: Usporedna analiza dizajna pokrova prašine otkrila je odstupanje u kutu konusa u području labirinta. Trenutni dizajn imao je kut konusa od 20 °, dok je standardni dizajn imao kut konusa od 12 °. To odstupanje povećalo je rizik od curenja.

- Dizajn kvara za brtvljenje kugličnih pinova: Dizajn kuglice imao je stepenastu strukturu na određenom području, s promjerom 1 mm većim od osovine kuglice. Ova struktura imala je za cilj spriječiti da se pokrov prašine pritisne u položaj kuglice. Međutim, u ekstremnim radnim uvjetima kuglice, poput graničnog položaja, kontaktno područje između pokrivača prašine i korak bio je premalo, što je rezultiralo mogućnošću neuspjeha. Uz to, niske temperature mogu također dovesti do malih kontaktnih područja, stvarajući praznine i curenje vode.

Shema dizajna optimizacije kuglice:

1. Optimizacija montaže ovratnika:

Neuspjeh kraja ovratnika prvenstveno je posljedica problema s skupštinom proizvodnje. Da bi se to riješilo, smatrano je da je učinkovito definirati veličinu instalacije ovratnika u unutarnjoj specifikaciji procesa (IPS), koja postaje dio upute za proizvodnju. IPS bi definirao smjer instalacije, maksimalni promjer učvršćenja alata i raspon promjera otvora za ovratnik. Nadalje, uključivao bi i izvješće o analizi konačnih elemenata (FEA) i izvješće o izgledu o pokrovu prašine. Ova bi metoda poboljšala postupak sastavljanja i osigurala da ispunjava zahtjeve za dizajnom.

2. Optimalni dizajn kuglice:

Analiza načina neuspjeha otkrila je da su nerazuman dizajn labirintskog područja pokrova prašine i malo kontaktno područje koraka kuglice glavni čimbenici koji su pridonijeli neuspjehu brtvenog testa. S obzirom na ograničenja troškova i razvoja projekata, optimiziranje strukture kuglice smatra se najisplativijim rješenjem. Optimizirani dizajn imao je za cilj pružiti veće kontaktno područje između koraka kuglice i poklopca prašine kada je kuglica bila pod maksimalnim radnim kutom. Originalni dizajn imao je polukružni oblik poprečnog presjeka za korak, dok je novi dizajn uveo pravokutnu strukturu poprečnog presjeka i povećao vanjski promjer koraka. To je rezultiralo većim kontaktnim područjem i osiguralo veću reakcijsku silu u ekstremnim radnim uvjetima, smanjujući rizik od praznina i pokrivača prašine ubačene u vrat.

3. Optimalna provjera testa dizajna:

Uzorci na temelju optimiziranog dizajna proizvedeni su i podvrgnuti testovima performansi za brtvljenje. Rezultati su pokazali da je sadržaj vode na kraju kuglice i kraj školjke kuglice bio samo 0,1% do 0.2