Suspension Ball Scharnier Optimalisatie Design_hinge Knowledge_Tallsen 1

Het scharnier van de ophanging is het belangrijkste product van de Divisie van ZF Chassis Technology Components, en het structurele ontwerp is de kerntechnologie van de afdeling. Naarmate de auto -industrie blijft evolueren, neemt ook de vraag naar ballenscharnierende producten toe. In het verleden konden bepaalde productontwerpen niet langer aan de huidige behoeften van de markt voldoen. Klanten vereisen nu strengere simulatieomgevingen, complexere werkbelastingen en naleving van nieuwe wettelijke vereisten zoals voetgangersbescherming en faalcriteria na de collisie. Gezien deze omstandigheden is het absoluut noodzakelijk om de technische aspecten van het kogelgewricht te optimaliseren.

De kogelgewricht wordt voornamelijk gebruikt in de voorste ophanging, waardoor de verbinding tussen de staaf en de stuurknokkel wordt vergemakkelijkt. Deze verbinding biedt de tweede vrijheidsgraad die nodig is voor stuur. Om te voldoen aan hogere klantverwachtingen, verschuift de focus van onderzoek en optimalisatie naar het verbeteren van de afdichtingsprestaties en de slijtvastheid van vermoeidheid.

Dit artikel is gebaseerd op ZF's werkelijke massaproductie van het Dongfeng Liuzhou B20 -project voor een binnenlandse originele fabrikant van apparatuur (OEM), met de bedoeling de structuur van het scharnier van de ophanging te optimaliseren. Aanvankelijk was het plan om onderdelen uit het huidige massaproject te blijven gebruiken. Na de eerste ronde van de ontwerpvalidatie (DV) -tests werd echter vastgesteld dat er nog steeds potentiële risico's waren, voornamelijk in de vorm van waterlekkage en voortijdige slijtage. Bij analyse werd besloten dat ontwerpverbeteringen nodig waren om aan de huidige testvereisten te voldoen.

Verdere analyse van andere nieuwe binnenlandse OEM -projecten toonde aan dat veel OEM's specifieke specificaties hebben vastgesteld voor de prestaties van de kogelscharnieren, waarbij de ontwerpvereisten aanzienlijk zijn toegenomen. Evenzo werken globale OEM's continu hun specificaties voor balscharnieren bij. ZF -producten moeten bestand zijn tegen hardere omgevingscondities, complexere en variabele bedrijfsomstandigheden, evenals meer gedetailleerde eisen van de botsingsbescherming. In het licht van deze ontwikkelingen heeft dit artikel als doel een redelijk optimalisatieschema voor te stellen op basis van onderzoek en analyse van de nieuwe specificaties, om producten te verkrijgen die voldoen aan prestatienormen tegen lagere kosten.

om te scharnieren:

Kogelscharnieren zorgen voor de verbinding van mechanisme -ketens door continu contact en relatieve beweging te handhaven. De verbindingspunten voor deze bewegingen staan ​​bekend als gewrichten. Kogelscharnieren kunnen worden gecategoriseerd als radiaal geladen scharnieren (geleide balscharnieren) of axiaal geladen scharnieren (geladen kogelverbindingen). Elk gewricht bestaat uit twee verbindingselementen, zoals assen, gewone lagers, tandwieltanden, enz., Die met elkaar samenwerken en een geschikte geometrie hebben voor hun functie. De belangrijkste verbindingselementen van de kogelgewricht zijn de balzoting en de kogelwand. Afgezien van de prestaties van de kogelgewricht zelf, zijn andere kenmerken zoals materiaal, grootte, oppervlaktekwaliteit, belastingcapaciteit en smering ook belangrijk.

Functie en technische vereisten van het balscharnier:

De functie van het balscharnier is om de stang te verbinden met de stuurknokkel, waardoor drie vrijheidsgraden worden geboden. Twee van deze vrijheidsgraden worden gebruikt voor het kloppen en besturing van het wiel, terwijl de derde een elastokinematische variatie voor het wiel mogelijk maakt. Het kogelgewricht kan alleen trek-, druk- en radiale krachten introduceren vanwege de drie rotatiegraad van vrijheid. In het ideale geval mogen kogelgewrichten geen gratis spel hebben om onnodig geluid te voorkomen. De elastische verplaatsing moet worden geminimaliseerd om ongemak tijdens het rijden te voorkomen en om de subjectieve evaluatie van de bestuurder te behouden. Bovendien is het werkende koppel van het balscharnier een belangrijke evaluatie -index en mag niet lager zijn dan de toegestane waarde om voortijdige slijtage en ruis te voorkomen.

Analyse van originele ontwerpfoutmodus:

1. Falen van afdichtingprestatietest:

Tijdens de beginfase van het B20 -project werd door de klant gevraagd om de bestaande projectproducten te blijven gebruiken om onderzoeks- en ontwikkelingskosten en cyclustijd te verminderen. Tijdens de DV -test werden echter faalmodi zoals waterlekkage en roest waargenomen in de afdichtingsprestaties van het balscharnier. Bij inspectie werd ontdekt dat de balscharnier en de stuurknokkel een slechte montage hadden, wat resulteerde in een 2,5 mm gratis kloof tussen hen. Deze kloof kan mogelijk leiden tot waterlekkage, wat aangeeft dat het afdichtsysteem niet aan de testvereisten voldeed. Verdere demontage van het balscharnier onthulde ernstige corrosie op het paringsoppervlak met de stuurknokkel. Dit bevestigde dat de afdichtingsprestaties van het huidige product niet voldeden aan de ontwerpvereisten voor het B20 -project. Met name zichtbare watervlekken en ernstige corrosie werden waargenomen op de balpennen in het gebied van het stofbedekking. Dit gaf aan dat het huidige stofbestendig systeem onvoldoende was en vereiste verbetering.

2. Analyse van testresultaten:

De testresultaten gaven aan dat het binnendringen van water tijdens het testen onder het W3 -niveau viel, waar watervlekken visueel werden waargenomen. Dit benadrukte de ernst van het binnendringen van water in het afdichtsysteem na de test. Het binnendringende gebied van het water beïnvloedde voornamelijk de kragen aan beide uiteinden van het balscharnier. Mogelijke redenen voor het falen waren als volgt:

- Montagekwaliteit en selectie van de kraag van de kraag: de kraag had een definitie van maximale grootte nadat hij was uitgerekt, die gericht was erop te zorgen dat de klemkracht aan de ontwerpvereisten voldeed na de elastische vervorming van de kraag. Als de werkelijke assemblage echter niet strikt de specificaties volgt, kan dit leiden tot onvoldoende klemkracht en een losse kraag.

- Ontwerpfalen van de stofbedekking: een vergelijkende analyse van het ontwerp van het stofbedekking onthulde een afwijking in de kegelhoek van het labyrintgebied. Het huidige ontwerp had een kegelhoek van 20 °, terwijl het standaardontwerp een kegelhoek van 12 ° had. Deze afwijking verhoogde het risico op lekkage.

- Ontwerpfalen van het afdichtingsgebied van de kogelpen: het ontwerp van de kogelpen had een getrapte structuur in een specifiek gebied, met een diameter 1 mm groter dan de kogelpenas. Deze structuur was bedoeld om te voorkomen dat het stofdeksel in de nekpositie van de kogelpen werd gedrukt. Onder extreme werkomstandigheden van het kogelgewricht, zoals op de limietpositie, was het contactgebied tussen de stofdekking en de stap echter te klein, wat resulteerde in de mogelijkheid van falen. Bovendien kunnen lage temperaturen ook leiden tot kleine contactgebieden, waardoor hiaten en waterlekkage ontstaan.

Balscharnieroptimalisatieontwerpschema:

1. Optimalisatie van kraagassemblage:

Het falen van de kraaguiteinde was voornamelijk het gevolg van problemen met de productie -assemblage. Om dit aan te pakken, werd het effectief geacht om de installatiegrootte van de kraag in de interne processpecificatie (IPS) te definiëren, die deel uitmaakt van de instructie van de productie -werking. De IP's zouden de installatierichting, de maximale diameter van het gereedschapsbijlage en het diameterbereik van de kraagopening definiëren. Bovendien zou het ook het FEA -rapport en het lay -outrapport van de stofomslag (FEA) omvatten. Deze methode zou het assemblageproces verbeteren en ervoor zorgen dat het aan de ontwerpvereisten voldoet.

2. Optimaal ontwerp van de balpen:

Uit de analyse van faalmodi bleek dat het onredelijke ontwerp van het labyrintgebied van de stofkap en het kleine contactgebied van de balpenstap de belangrijkste factoren waren die bijdragen aan de afdichtingsstestfout. Gezien de kosten- en projectontwikkelingsbeperkingen, werd het optimaliseren van de structuur van de balpen als de meest kosteneffectieve oplossing beschouwd. Het geoptimaliseerde ontwerp was bedoeld om een ​​groter contactgebied te bieden tussen de balpenstap en de stofafdekking toen het kogelscharnier zich maximaal werkte. Het oorspronkelijke ontwerp had een halfcirkelvormige dwarsdoorsnede voor de stap, terwijl het nieuwe ontwerp een rechthoekige dwarsdoorsnedestructuur introduceerde en de buitendiameter van de stap verhoogde. Dit resulteerde in een groter contactgebied en bood een grotere reactiekracht onder extreme werkomstandigheden, waardoor het risico op openingen en stofdeksels in de nek werd verminderd.

3. Optimale ontwerptestverificatie:

Monsters op basis van het geoptimaliseerde ontwerp werden geproduceerd en onderworpen aan afdichtingsprestatietests. De resultaten toonden aan dat het watergehalte aan het einde van de kogelpen en het uiteinde van de kogelschaal slechts 0,1% tot 0 was.2