Suspensijas bumbiņas eņģes optimizācijas dizains_hinge zināšanu_tallsens 1

Suspensijas bumbiņas eņģe ir ZF šasijas tehnoloģiju komponentu nodaļas galvenais produkts, un tās strukturālais dizains ir departamenta galvenā tehnoloģija. Tā kā automobiļu rūpniecība turpina attīstīties, palielinās arī pieprasījums pēc lodīšu eņģu produktiem. Agrāk daži produktu dizains vairs nespēja apmierināt tirgus pašreizējās vajadzības. Tagad klientiem ir nepieciešama stingrāka simulācijas vide, sarežģītāka darba slodze un atbilstība jaunām normatīvajām prasībām, piemēram, gājēju aizsardzībai un pēcapstrādes kļūmes kritērijiem. Ņemot vērā šos apstākļus, ir obligāti jāoptimizē bumbas locītavas tehniskie aspekti.

Bumbas savienojumu galvenokārt izmanto priekšējā balstiekārtā, atvieglojot savienojumu starp stieni un stūres šarnīru. Šis savienojums nodrošina otro brīvības pakāpi, kas nepieciešama stūrēšanai. Lai apmierinātu augstākas klientu cerības, pētniecības un optimizācijas uzmanības centrā ir blīvējuma veiktspējas un noguruma nodiluma izturības uzlabošana.

Šī raksta pamatā ir ZF faktiskā masveida Dongfeng Liuzhou B20 projekta ražošana vietējā oriģinālā aprīkojuma ražotājam (OEM) ar nolūku optimizēt balstiekārtas lodīšu eņģes struktūru. Sākotnēji plāns bija turpināt izmantot detaļas no pašreizējā masveidā ražota projekta. Tomēr pēc pirmās projektēšanas validācijas (DV) testu kārtas tika identificēts, ka joprojām pastāv potenciāli riski, galvenokārt ūdens noplūdes un priekšlaicīga nodiluma veidā. Pēc analīzes tika nolemts, ka, lai izpildītu pašreizējās testa prasības, ir nepieciešami projektēšanas uzlabojumi.

Turpmāka citu jauno vietējo OEM projektu analīze atklāja, ka daudzi oriģinālo iekārtu ražotāji ir izveidojuši īpašas specifikācijas bumbiņu eņģu veiktspējai, un projektēšanas prasības ir ievērojami palielinājušās. Līdzīgi globālie oriģinālo iekārtu ražotāji nepārtraukti atjaunina savas specifikācijas par bumbiņu eņģēm. ZF produktiem ir jāiztur skarbāki vides apstākļi, sarežģītāki un mainīgāki darbības apstākļi, kā arī detalizētākas sadursmes aizsardzības prasības. Ņemot vērā šos notikumus, šī raksta mērķis ir ierosināt saprātīgu optimizācijas shēmu, kuras pamatā ir jauno specifikāciju izpēte un analīze, lai iegūtu produktus, kas atbilst veiktspējas standartiem par zemākām izmaksām.

Balles eņģe:

Bumbu eņģes nodrošina mehānisma ķēžu savienojumu, saglabājot nepārtrauktu kontaktu un relatīvu kustību. Šo kustību savienojuma punkti ir pazīstami kā locītavas. Bumbas eņģes var klasificēt kā radiāli noslogotas eņģes (vadītas lodīšu eņģes) vai aksiāli noslogotas eņģes (piekrautas lodīšu savienojumi). Katrs locītava sastāv no diviem savienojošajiem elementiem, piemēram, vārpstām, vienkāršiem gultņiem, zobratu zobiem utt., Kas sadarbojas savā starpā un ir piemērota ģeometrija to funkcijai. Galvenie lodīšu savienojuma savienojošie elementi ir bumbiņas tapa un lodīšu kontaktligzda. Papildus pašas lodīšu locītavas veiktspējai, svarīgi ir arī citas īpašības, piemēram, materiāls, lielums, virsmas kvalitāte, slodzes uzskaites spēja un eļļošana.

Bumbas eņģes funkcija un tehniskās prasības:

Bumbas eņģes funkcija ir savienot stieni ar stūres šarnīru, tādējādi nodrošinot trīs brīvības pakāpes. Divas no šīm brīvības pakāpēm tiek izmantotas riteņu pukstēšanai un stūrēšanai, savukārt trešais ļauj veikt elastokinemātisku variāciju ritenim. Bumbas savienojums var ieviest tikai stiepes, spiedes un radiālus spēkus, pateicoties tā trim rotācijas brīvības pakāpēm. Ideālā gadījumā bumbiņu savienojumiem nevajadzētu būt brīvai spēlei, lai izvairītos no nevajadzīga trokšņa. Elastīgais pārvietojums jāsamazina, lai novērstu diskomfortu braukšanas laikā un saglabātu vadītāja subjektīvo novērtējumu. Turklāt lodīšu eņģes darba griezes moments ir svarīgs novērtēšanas indekss, un tam nevajadzētu būt zemākam par pieļaujamo vērtību, lai izvairītos no priekšlaicīgas nodiluma un trokšņa.

Oriģinālā dizaina kļūmes režīma analīze:

1. Blīvēšanas veiktspējas testa kļūme:

Sākotnējā B20 projekta posmā klients pieprasīja turpināt izmantot esošos projekta produktus, lai samazinātu pētniecības un attīstības izmaksas un cikla laiku. Tomēr DV testa laikā bumbiņas eņģes blīvēšanas veiktspēja tika novēroti tādi kļūmes režīmi kā ūdens noplūde un rūsa. Pēc pārbaudes tika atklāts, ka bumbiņas eņģei un stūres šarnīram bija slikts uzstādīts, kā rezultātā starp tiem bija 2,5 mm brīva sprauga. Šī plaisa potenciāli varētu izraisīt ūdens noplūdi, norādot, ka blīvēšanas sistēma neatbilst testa prasībām. Turpmāka bumbas eņģes demontāža atklāja smagu koroziju uz pārošanās virsmas ar stūres šarnīru. Tas apstiprināja, ka pašreizējā produkta blīvēšanas veiktspēja neatbilda projekta projektēšanas prasībām. Proti, uz lodīšu tapām tika novēroti redzami ūdens traipi un smaga korozija putekļu apvalka zonā. Tas norādīja, ka pašreizējā putekļu izturīgā sistēma ir nepietiekama un nepieciešama uzlabojums.

2. Testa rezultātu analīze:

Pārbaudes rezultāti norādīja, ka ūdens iekļūšana testēšanas laikā nokrita zem W3 līmeņa, kur tika vizuāli novēroti ūdens traipi. Tas uzsvēra ūdens iekļūšanas apstākļu smagumu blīvēšanas sistēmā pēc testa. Ūdens iekļūšanas zona galvenokārt ietekmēja apkakles abos bumbiņas eņģes galos. Iespējamie neveiksmes iemesli bija šādi:

- Apkakles montāžas kvalitāte un lieluma izvēle: apkaklei bija maksimāla lieluma definīcija pēc izstiepšanās, kuras mērķis bija nodrošināt, ka iespīlēšanas spēks atbilst projektēšanas prasībām pēc apkakles elastīgās deformācijas. Tomēr, ja faktiskā montāža stingri neatbilst specifikācijām, tā var izraisīt nepietiekamu iespīlēšanas spēku un vaļēju apkakli.

- Putekļu apvalka projektēšanas kļūme: Putekļu apvalka dizaina salīdzinošā analīze atklāja novirzi labirinta apgabala konusa leņķī. Pašreizējā konstrukcijas konusa leņķis bija 20 °, bet standarta konstrukcijas konusa leņķis bija 12 °. Šī novirze palielināja noplūdes risku.

- Bumbas tapas blīvējuma laukuma projektēšanas kļūme: Bumbas tapas dizainam bija pakāpiena struktūra noteiktā vietā ar diametru par 1 mm lielāku par lodīšu tapas vārpstu. Šīs struktūras mērķis bija novērst putekļu pārsega nospiešanu lodīšu tapas kakla stāvoklī. Tomēr galējos lodīšu locītavas darba apstākļos, piemēram, ierobežojuma stāvoklī, kontakta laukums starp putekļu pārsegu un soli bija pārāk mazs, kā rezultātā radās neveiksmes iespēja. Turklāt zema temperatūra var izraisīt arī nelielas kontakta zonas, radot spraugas un ūdens noplūdi.

Lodīšu eņģu optimizācijas dizaina shēma:

1. Apkakles montāžas optimizācija:

Apkakles beigu neveiksme galvenokārt izraisīja jautājumus ar ražošanas montāžu. Lai to risinātu, tika uzskatīts par efektīvu definēt apkakles instalācijas lielumu iekšējā procesa specifikācijā (IPS), kas kļūst par ražošanas darbības instrukcijas daļu. IPS definētu uzstādīšanas virzienu, instrumentu armatūras maksimālo diametru un apkakles atveres diametra diapazonu. Turklāt tas ietvertu arī galīgo elementu analīzes (FEA) ziņojumu un putekļu pārsega izkārtojuma ziņojumu. Šī metode uzlabotu montāžas procesu un nodrošinātu, ka tā atbilst projektēšanas prasībām.

2. Optimāls bumbiņas tapas dizains:

Neveiksmes režīmu analīze atklāja, ka Putekļu pārsega labirinta zonas nepamatots dizains un lodīšu tapas pakāpiena mazais kontakta laukums bija galvenie faktori, kas veicina blīvējuma testa kļūmi. Ņemot vērā izmaksu un projekta izstrādes ierobežojumus, lodīšu tapu struktūras optimizēšana tika uzskatīta par visrentablāko risinājumu. Optimizētā dizaina mērķis bija nodrošināt lielāku kontakta zonu starp lodīšu tapas soli un putekļu apvalku, kad bumbiņas eņģe bija maksimālā darba leņķī. Oriģinālajā dizainā bija pusapaļas šķērsgriezuma forma solim, savukārt jaunais dizains ieviesa taisnstūrveida šķērsgriezuma struktūru un palielināja soļa ārējo diametru. Tā rezultātā tika izveidots lielāks kontakta laukums un nodrošināja lielāku reakcijas spēku ekstremālos darba apstākļos, samazinot spraugu un putekļu pārsegu risku kaklā.

3. Optimāla dizaina testa pārbaude:

Tika izgatavoti paraugi, kas balstīti uz optimizētu dizainu, un tika pakļauti blīvēšanas veiktspējas testiem. Rezultāti parādīja, ka ūdens saturs lodīšu tapas galā un bumbiņas apvalka gals bija tikai no 0,1% līdz 0.2