Suspensi Bola Optimasi Design_hinge Knowledge_tallsen 1

Suspension Ball Hinge adalah produk utama dari Divisi Komponen Teknologi Sasis ZF, dan desain strukturalnya adalah teknologi inti dari departemen tersebut. Ketika industri mobil terus berkembang, permintaan untuk produk engsel bola juga meningkat. Di masa lalu, desain produk tertentu tidak lagi dapat memenuhi kebutuhan pasar saat ini. Pelanggan sekarang membutuhkan lingkungan simulasi yang lebih ketat, beban kerja yang lebih kompleks, dan kepatuhan dengan persyaratan peraturan baru seperti perlindungan pejalan kaki dan kriteria kegagalan pasca-tabrakan. Mengingat keadaan ini, sangat penting untuk mengoptimalkan aspek teknis sambungan bola.

Sambungan bola terutama digunakan dalam suspensi depan, memfasilitasi hubungan antara batang dan buku jari kemudi. Koneksi ini memberikan tingkat kebebasan kedua yang diperlukan untuk kemudi. Untuk memenuhi harapan pelanggan yang lebih tinggi, fokus penelitian dan optimasi bergeser ke arah peningkatan kinerja penyegelan dan resistensi keausan kelelahan.

Artikel ini didasarkan pada produksi massal ZF yang sebenarnya dari proyek Dongfeng Liuzhou B20 untuk produsen peralatan asli domestik (OEM), dengan maksud mengoptimalkan struktur engsel bola suspensi. Awalnya, rencananya adalah untuk terus menggunakan suku cadang dari proyek yang diproduksi secara massal saat ini. Namun, setelah putaran pertama tes validasi desain (DV), diidentifikasi bahwa masih ada risiko potensial, terutama dalam bentuk kebocoran air dan keausan prematur. Setelah dianalisis, diputuskan bahwa perbaikan desain diperlukan untuk memenuhi persyaratan pengujian saat ini.

Analisis lebih lanjut dari proyek OEM domestik baru lainnya mengungkapkan bahwa banyak OEM telah menetapkan spesifikasi spesifik untuk kinerja engsel bola, dengan persyaratan desain meningkat secara signifikan. Demikian pula, OEM global terus memperbarui spesifikasinya untuk engsel bola. Produk ZF perlu menahan kondisi lingkungan yang lebih keras, kondisi operasi yang lebih kompleks dan bervariasi, serta persyaratan perlindungan tabrakan yang lebih rinci. Mengingat perkembangan ini, artikel ini bertujuan untuk mengusulkan skema optimasi yang masuk akal berdasarkan penelitian dan analisis spesifikasi baru, untuk mendapatkan produk yang memenuhi standar kinerja dengan biaya lebih rendah.

engsel bola:

Engsel bola memastikan koneksi rantai mekanisme dengan mempertahankan kontak terus menerus dan pergerakan relatif. Titik -titik koneksi untuk gerakan ini dikenal sebagai sambungan. Engsel bola dapat dikategorikan sebagai engsel yang dimuat secara radial (engsel bola berpemandu) atau engsel yang dimuat secara aksial (sambungan bola yang dimuat). Setiap sambungan terdiri dari dua elemen penghubung, seperti poros, bantalan polos, gigi roda gigi, dll., Yang bekerja sama satu sama lain dan memiliki geometri yang cocok untuk fungsinya. Elemen penghubung utama dari sambungan bola adalah stud bola dan soket bola. Terlepas dari kinerja sambungan bola itu sendiri, karakteristik lain seperti material, ukuran, kualitas permukaan, daya dukung beban, dan pelumasan juga penting.

Fungsi dan persyaratan teknis engsel bola:

Fungsi engsel bola adalah untuk menghubungkan batang dengan buku jari kemudi, sehingga memberikan tiga derajat kebebasan. Dua derajat kebebasan ini digunakan untuk pemukulan dan kemudi roda, sedangkan yang ketiga memungkinkan variasi elastokinematik untuk roda. Sambungan bola hanya dapat memperkenalkan gaya tarik, tekan, dan radial karena tiga derajat kebebasan rotasi. Idealnya, sambungan bola tidak boleh memiliki permainan gratis untuk menghindari kebisingan yang tidak perlu. Perpindahan elastis harus diminimalkan untuk mencegah ketidaknyamanan saat mengemudi dan untuk mempertahankan evaluasi subyektif pengemudi. Selain itu, torsi kerja engsel bola adalah indeks evaluasi yang penting dan tidak boleh lebih rendah dari nilai yang diijinkan untuk menghindari keausan prematur dan kebisingan.

Analisis Mode Kegagalan Desain Asli:

1. Kegagalan tes kinerja sealing:

Selama tahap awal proyek B20, diminta oleh pelanggan untuk terus menggunakan produk proyek yang ada untuk mengurangi biaya penelitian dan pengembangan dan waktu siklus. Namun, selama uji DV, mode kegagalan seperti kebocoran air dan karat diamati dalam kinerja penyegelan engsel bola. Setelah diperiksa, ditemukan bahwa bola engsel dan buku jari kemudi memiliki kesesuaian yang buruk, menghasilkan celah bebas 2.5mm di antara mereka. Kesenjangan ini berpotensi menyebabkan kebocoran air, menunjukkan bahwa sistem penyegelan tidak memenuhi persyaratan pengujian. Pembongkaran lebih lanjut dari engsel bola mengungkapkan korosi parah pada permukaan kawin dengan buku jari kemudi. Ini mengkonfirmasi bahwa kinerja penyegelan produk saat ini tidak memenuhi persyaratan desain untuk proyek B20. Khususnya, noda air yang terlihat dan korosi parah diamati pada pin bola di area penutup debu. Ini menunjukkan bahwa sistem tahan debu saat ini tidak mencukupi dan perbaikan yang diperlukan.

2. Analisis hasil tes:

Hasil tes menunjukkan bahwa masuknya air selama pengujian jatuh di bawah level W3, di mana noda air diamati secara visual. Ini menyoroti tingkat keparahan kondisi masuk air dalam sistem penyegelan setelah pengujian. Area masuknya air terutama mempengaruhi kerah di kedua ujung engsel bola. Kemungkinan alasan kegagalan adalah sebagai berikut:

- Kualitas perakitan dan pemilihan ukuran kerah: kerah memiliki definisi ukuran maksimum setelah diregangkan, yang ditujukan untuk memastikan bahwa kekuatan penjepit memenuhi persyaratan desain setelah deformasi elastis kerah. Namun, jika majelis yang sebenarnya tidak secara ketat mengikuti spesifikasi, itu dapat mengakibatkan gaya penjepit yang tidak memadai dan kerah longgar.

- Kegagalan desain tutupan debu: Analisis komparatif dari desain tutupan debu mengungkapkan penyimpangan di sudut kerucut area labirin. Desain saat ini memiliki sudut kerucut 20 °, sedangkan desain standar memiliki sudut kerucut 12 °. Penyimpangan ini meningkatkan risiko kebocoran.

- Kegagalan desain area penyegelan pin bola: Desain pin bola memiliki struktur melangkah di area tertentu, dengan diameter 1mm lebih besar dari poros pin bola. Struktur ini bertujuan untuk mencegah tutupan debu ditekan ke posisi leher pin bola. Namun, di bawah kondisi kerja sambungan bola yang ekstrem, seperti pada posisi batas, area kontak antara penutup debu dan langkahnya terlalu kecil, mengakibatkan kemungkinan kegagalan. Selain itu, suhu rendah juga dapat menyebabkan area kontak kecil, menciptakan celah dan kebocoran air.

Skema Desain Optimasi Eseng Bola:

1. Optimalisasi perakitan kerah:

Kegagalan akhir kerah terutama dihasilkan dari masalah dengan perakitan produksi. Untuk mengatasi hal ini, dianggap efektif untuk menentukan ukuran pemasangan kerah dalam spesifikasi proses internal (IPS), yang menjadi bagian dari instruksi operasi produksi. IPS akan menentukan arah pemasangan, diameter maksimum perlengkapan perkakas, dan kisaran diameter bukaan kerah. Selain itu, itu juga akan mencakup laporan Finite Element Analysis (FEA) dan laporan tata letak tutupan debu. Metode ini akan meningkatkan proses perakitan dan memastikan bahwa ia memenuhi persyaratan desain.

2. Desain optimal dari pin bola:

Analisis mode kegagalan mengungkapkan bahwa desain yang tidak masuk akal dari area labirin tutupan debu dan area kontak kecil dari langkah pin bola adalah faktor utama yang berkontribusi terhadap kegagalan uji penyegelan. Mempertimbangkan kendala pengembangan biaya dan proyek, mengoptimalkan struktur pin bola dianggap sebagai solusi yang paling hemat biaya. Desain yang dioptimalkan bertujuan untuk menyediakan area kontak yang lebih besar antara langkah pin bola dan penutup debu ketika engsel bola berada pada sudut kerja maksimumnya. Desain asli menampilkan bentuk cross-sectional setengah lingkaran untuk langkah, sedangkan desain baru memperkenalkan struktur cross-sectional persegi panjang dan meningkatkan diameter luar langkah. Ini menghasilkan area kontak yang lebih besar dan memberikan kekuatan reaksi yang lebih besar di bawah kondisi kerja yang ekstrem, mengurangi risiko celah dan penutup debu ditekan ke leher.

3. Verifikasi Tes Desain Optimal:

Sampel berdasarkan desain yang dioptimalkan diproduksi dan mengalami tes kinerja menyegel. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar air di ujung pin bola dan ujung shell bola hanya 0,1% hingga 0.2