אופטימיזציה של ציר מתלה עיצוב_הינג'ה ידע_טאלסן 1

ציר כדור המתלה הוא התוצר העיקרי של חטיבת רכיבי טכנולוגיית ה- ZF של ZF, והעיצוב המבני שלה הוא טכנולוגיית הליבה של המחלקה. ככל שתעשיית הרכב ממשיכה להתפתח, גם הביקוש למוצרי צייר כדור הולך וגדל. בעבר, עיצובים מסוימים של מוצרים כבר לא הצליחו לענות על הצרכים הנוכחיים של השוק. הלקוחות דורשים כעת סביבות סימולציה מחמירות יותר, עומסי עבודה מורכבים יותר ועמידה בדרישות רגולטוריות חדשות כגון הגנת הולכי רגל וקריטריוני כישלון לאחר התנגשות. בהתחשב בנסיבות אלה, חובה לייעל את ההיבטים הטכניים של מפרק הכדור.

מפרק הכדור משמש בעיקר במתלה הקדמי, ומקל על החיבור בין המוט לבין מפרק ההיגוי. חיבור זה מספק את דרגת החופש השנייה הנדרשת להיגוי. כדי לעמוד בציפיות הלקוחות הגבוהות יותר, מוקד המחקר והאופטימיזציה עובר לשיפור ביצועי האיטום ועמידות בלאי עייפות.

מאמר זה מבוסס על ייצור המוני בפועל של ZF של פרויקט Dongfeng Liuzhou B20 עבור יצרן ציוד מקורי מקורי (OEM), מתוך כוונה לייעל את מבנה ציר כדור המתלים. בתחילה, התוכנית הייתה להמשיך להשתמש בחלקים מהפרויקט הנוכחי המיוצר במסה. עם זאת, לאחר סיבוב הראשון של בדיקות אימות העיצוב (DV), זוהה כי עדיין היו סיכונים פוטנציאליים, בעיקר בצורה של דליפת מים ובלאי בטרם עת. לאחר הניתוח הוחלט כי שיפורי תכנון נחוצים כדי לעמוד בדרישות הבדיקה הנוכחיות.

ניתוח נוסף של פרויקטים חדשים אחרים של OEM מקומיים גילה כי יצרני ציוד מקורי רבים קבעו מפרטים ספציפיים לביצועי ציר הכדור, כאשר דרישות התכנון עלו משמעותית. באופן דומה, יצרני ציוד מקורי גלובליים מעדכנים ברציפות את המפרט שלהם לצירי כדור. מוצרי ZF צריכים לעמוד בתנאים סביבתיים קשים יותר, תנאי הפעלה מורכבים ומשתנים יותר, כמו גם דרישות הגנה מפני התנגשות מפורטות יותר. לאור התפתחויות אלה, מאמר זה נועד להציע תכנית אופטימיזציה סבירה המבוססת על מחקר וניתוח של המפרט החדש, על מנת להשיג מוצרים העומדים בתקני ביצועים בעלות נמוכה יותר.

לציר כדור:

צירי כדור מבטיחים חיבור של שרשראות מנגנון על ידי שמירה על קשר רציף ותנועה יחסית. נקודות החיבור לתנועות אלה ידועות כמפרקים. ניתן לסווג צירי כדור כצירים טעונים באופן רדיאלי (צירי כדור מודרכים) או צירים טעונים ציריים (מפרקי כדור עמוסים). כל מפרק מורכב משני אלמנטים מקשרים, כמו פירים, מיסבים רגילים, שיני הילוכים וכו ', המשתפים פעולה זה עם זה ויש להם גיאומטריה מתאימה לתפקודם. האלמנטים החיבור העיקריים של מפרק הכדור הם חתיכת הכדור ושקע הכדור. מלבד ביצועי מפרק הכדור עצמו, גם מאפיינים אחרים כמו חומר, גודל, איכות פני השטח, יכולת נשיאת עומס ושימון חשובים.

דרישות פונקציה וטכניות של ציר הכדור:

תפקידו של ציר הכדור הוא לחבר את המוט עם מפרק ההיגוי, ובכך לספק שלוש דרגות חופש. שתי דרגות חופש אלה משמשות למכות גלגלים והיגוי, ואילו השלישית מאפשרת וריאציה אלסטוקינמטית לגלגל. מפרק הכדור יכול להציג רק כוחות מתיחה, דחיסה ורדיאליים בגלל שלוש דרגות החופש הסיבוביות שלו. באופן אידיאלי, למפרקי הכדור לא צריך להיות משחק חופשי כדי למנוע רעש מיותר. יש למזער את העקירה האלסטית כדי למנוע אי נוחות בזמן נהיגה ושמירה על ההערכה הסובייקטיבית של הנהג. בנוסף, מומנט העבודה של ציר הכדור הוא מדד הערכה חשוב ולא אמור להיות נמוך מהערך המותר כדי למנוע בלאי ורעש מוקדמים.

ניתוח מצב כשל בעיצוב מקורי:

1. כישלון של מבחן ביצועי איטום:

בשלב הראשוני של פרויקט B20, התבקש על ידי הלקוח להמשיך להשתמש במוצרי הפרויקט הקיימים כדי להפחית את עלויות המחקר והפיתוח וזמן המחזור. עם זאת, במהלך בדיקת ה- DV, נצפו מצבי כישלון כמו דליפת מים וחלודה בביצועי האיטום של ציר הכדור. בבדיקה התגלה כי ציר הכדור ופרץ ההגה היו התאמה לקויה, וכתוצאה מכך ביניהם פער חופשי של 2.5 מ"מ. פער זה עלול להוביל לדליפת מים, מה שמצביע על כך שמערכת האיטום לא עמדה בדרישות הבדיקה. פירוק נוסף של ציר הכדור חשף קורוזיה קשה על משטח ההזדווגות עם מפרק ההיגוי. זה אישר כי ביצועי האיטום של המוצר הנוכחי לא עמדו בדרישות העיצוב לפרויקט B20. ראוי לציין כי כתמי מים גלויים וקורוזיה קשה נצפו על סיכות הכדור באזור כיסוי האבק. זה הצביע על כך שהמערכת הנוכחית אטום אבק אינה מספיקה ונדרשה שיפור.

2. ניתוח תוצאות הבדיקה:

תוצאות הבדיקה הצביעו על כך שחדירת המים במהלך הבדיקה נפלה תחת רמת ה- W3, שם נצפו ויזואלית כתמי מים. זה הדגיש את חומרת תנאי חדירת המים במערכת האיטום לאחר הבדיקה. אזור כניסת המים השפיע בעיקר על הצווארונים בשני קצות ציר הכדור. הסיבות האפשריות לכישלון היו כדלקמן:

- בחירת איכות ההרכבה והגודל של הצווארון: לצווארון הייתה הגדרת גודל מקסימאלית לאחר שנמתח, שמטרתה להבטיח שכוח ההידוק יעמוד בדרישות התכנון לאחר העיוות האלסטי של הצווארון. עם זאת, אם ההרכבה בפועל לא עקבה בקפדנות במפרט, היא עלולה לגרום לכוח הידוק לא מספק ולצווארון רופף.

- כישלון תכנון של כיסוי האבק: ניתוח השוואתי של עיצוב כיסוי האבק חשף סטייה בזווית החרוט של אזור המבוך. לעיצוב הנוכחי היה זווית חרוט של 20 °, ואילו לעיצוב הסטנדרטי הייתה זווית חרוט של 12 °. סטייה זו העלתה את הסיכון לדליפה.

- כישלון עיצוב של אזור איטום סיכת הכדור: עיצוב סיכת הכדור היה מבנה מדרג באזור ספציפי, עם קוטר 1 מ"מ גדול יותר מפיר סיכת הכדור. מבנה זה נועד למנוע לחיצה על כיסוי האבק למצב הצוואר של סיכת הכדור. עם זאת, בתנאי עבודה קיצוניים של מפרק הכדור, כמו למשל בעמדת הגבול, אזור המגע בין כיסוי האבק לשלב היה קטן מדי, וכתוצאה מכך אפשרות לכישלון. בנוסף, טמפרטורות נמוכות עלולות להוביל גם לאזורי מגע קטנים, ליצור פערים ודליפת מים.

תוכנית תכנון אופטימיזציה של ציר כדור:

1. אופטימיזציה של הרכבת הצווארון:

כישלונו של סוף הצווארון נבע בעיקר מבעיות בהרכבת הייצור. כדי לטפל בכך, זה נחשב יעיל להגדיר את גודל ההתקנה של הצווארון במפרט התהליך הפנימי (IPS), שהופך לחלק מהוראות פעולת הייצור. ה- IPS יגדיר את כיוון ההתקנה, את הקוטר המרבי של מתקן הכלים ואת טווח הקוטר של פתיחת הצווארון. יתר על כן, זה יכלול גם את דו"ח הניתוח של Element Element (FEA) ודוח הפריסה של כיסוי האבק. שיטה זו תשפר את תהליך ההרכבה ותבטיח שהיא עומדת בדרישות העיצוב.

2. עיצוב אופטימלי של סיכת הכדור:

הניתוח של מצבי כישלון העלה כי התכנון הבלתי סביר של אזור המבוך של כיסוי האבק ואזור המגע הקטן של צעד סיכת הכדור היו הגורמים העיקריים התורמים לכישלון מבחן האיטום. בהתחשב באילוצי עלות ופיתוח פרויקטים, אופטימיזציה של מבנה סיכת הכדור נחשבה לפיתרון החסכוני ביותר. העיצוב האופטימלי שנועד לספק אזור מגע גדול יותר בין שלב סיכת הכדור לכיסוי האבק כאשר ציר הכדור היה בזווית העבודה המרבית שלו. העיצוב המקורי כלל צורת חתך חצי עיגול עבור הצעד, ואילו העיצוב החדש הציג מבנה חתך מלבני והגדיל את הקוטר החיצוני של הצעד. זה הביא לאזור מגע גדול יותר וסיפק כוח תגובה גדול יותר בתנאי עבודה קיצוניים, מה שהפחית את הסיכון של פערים וכיסויי אבק שנלחצים לצוואר.

3. אימות מבחן עיצוב אופטימלי:

דגימות המבוססות על העיצוב המותאם הופקו והועברו לבדיקות ביצועים איטום. התוצאות הראו שתכולת המים בסוף סיכת הכדור וקצה מעטפת הכדור הייתה רק 0.1% עד 0.2