サスペンションボールヒンジ最適化Design_hinge Knowledge_Tallsen

サスペンションボールヒンジは、ZFシャーシテクノロジーコンポーネント部門のコア製品であり、その構造設計は部門のコアテクノロジーです。 自動車産業が開発を続けているため、ボールヒンジ製品の要件も増加しています。 現在の市場では、より厳しいシミュレーション環境、複雑な作業負荷、および歩行者保護や衝突後の障害などの新しい規制要件へのコンプライアンスが必要です。 これらの要求を満たすために、ボールジョイントの技術的最適化が重要です。

ボールジョイントは主にフロントサスペンションで使用され、ロッドとステアリングナックルの間の接続として機能します。 この接続は、2番目の車輪の自由度を提供し、ステアリングを可能にします。 より高い顧客の要件を満たすために、ボールジョイントのシーリングパフォーマンスと疲労摩耗性能を強化する必要があります。

この記事では、ZFの大量生産の国内OEMプロジェクト（Dongfeng Liuzhou B20プロジェクト）のサスペンションボールヒンジ構造の最適化に焦点を当てています。 当初、計画は現在の大量生産部品を継続することでした。 ただし、DVテストの最初のラウンドの後、水漏れや早期摩耗など、リスクが関係していることが発見されました。 さらなる分析により、現在のテスト要件を満たすために設計を改善する必要性が明らかになりました。

他の国内OEMプロジェクトの分析を通じて、多くのOEMがボールヒンジの特定の仕様を策定し、設計要件を大幅に引き上げていることがわかりました。 グローバルOEMは、ボールヒンジの仕様を継続的に更新しています。 これは、ZF製品がより厳しい環境条件、より複雑な労働条件、より詳細な衝突保護要件に耐える必要があることを意味します。 したがって、新しい仕様を調査および分析して、低コストでパフォーマンス要件を満たすことができる合理的な最適化計画を開発する必要があります。

ボールヒンジに：

ボールヒンジは、メカニズムチェーン間の連続的な接触と相対的な動きを維持します。 これらの動きが発生する関節は、ボールヒンジと呼ばれます。 ボールヒンジには2種類の種類があります。放射状に装填されたヒンジ（ガイド付きボールヒンジ）と、軸方向にロードされたヒンジ（ロードボールジョイント）です。 ボールジョイントの主な接続要素は、ボールスタッドとボールソケットです。 ボールジョイントのワーキングパフォーマンス、および材料、サイズ、表面の品質、荷重の積載能力、潤滑などのその他の特性はすべて重要な考慮事項です。

ボールヒンジの機能と技術的要件：

ボールヒンジの機能は、ロッドをステアリングナックルに接続し、力と動きの伝達のために3つの自由度を提供することです。 ホイールの鼓動とステアリングには2つの自由度が使用されますが、3度目の自由度により、ホイールのエラストキネマティックバリエーションが可能になります。 ボールジョイントは、不快感を避け、ドライバーの評価に影響を与えるために、通常の動作条件下で最小限の弾性変位を持つ必要があります。 さらに、ボールヒンジの作業トルクは、早期の摩耗や騒音を防ぐために許容値よりも低くはありません。

元の設計故障モード分析：

B20プロジェクトの初期段階で、シーリングパフォーマンステストにより、水漏れや錆などの故障モードが明らかになりました。 さらなる分析により、ボールヒンジとステアリングナックルが適切に収まらず、2.5mmのギャップが発生し、水漏れとシーリングシステムの故障のリスクが発生しました。 ボールヒンジの分解により、操縦ナックルと交配面での重度の腐食が明らかになりました。 現在の粉塵防止システムは、設計要件を満たしておらず、改善が必要であると結論付けられました。

ボールヒンジの最適な設計スキーム：

2つの主な要因が、シーリングテストの故障への潜在的な貢献者として特定されました。カラーのアセンブリの品質とサイズの選択、およびダストカバーの設計障害です。 アセンブリの問題に対処するために、襟のインストールサイズがIPS（内部プロセス仕様）で定義されました。 この仕様は、カラーアセンブリのガイドラインを提供し、設計要件を満たすことを保証します。 さらに、シーリングパフォーマンスを改善するために、ダストカバーとボールピンの設計が最適化されました。 ダストカバーデザインは、予想される円錐角と一致するように変更され、ボールピンステップが再設計され、ダストカバーと接触領域が増加しました。

最適な設計テストの検証：

最適化された設計スキームに基づいてサンプルが生成され、シーリングパフォーマンステストが実施されました。 結果は大幅な改善を示し、ボールピンに水分含有量があり、ボールシェルの端は0.1％から0.2％の範囲でした。 テストは成功し、最適化された設計の腐食状況は、元の設計と比較してかなり優れていました。

B20プロジェクトのボールヒンジの最適化された設計スキームは、シーリングパフォーマンスの改善を実証しました。 パフォーマンスがさらに向上する可能性がありますが、現在のソリューションはプロジェクトの時間制約内で効果的であることが判明しました。 このプロジェクトは、生産を開始する前に顧客の要件を徹底的に分析し、包括的なレイアウトを開発することの重要性を強調しました。 最適化された設計を実装することにより、ZFはOEMプロジェクトの需要を満たし、ボールヒンジのシーリングパフォーマンスを強化することができました。