Suspension Ball Hinge Optimization Design_hing Knowledge_tallsen 1

Suspensjonsballhengselet er nøkkelproduktet fra ZF Chassis Technology Components Division, og dens strukturelle design er kjerneteknologien til avdelingen. Når bilindustrien fortsetter å utvikle seg, øker også etterspørselen etter ballhengselprodukter. I det siste var visse produktdesign ikke lenger i stand til å imøtekomme markedets nåværende behov. Kundene krever nå strengere simuleringsmiljøer, mer komplekse arbeidsbelastninger og overholdelse av nye myndighetskrav som for eksempel krybbeskriving og kriterier etter kollisjon. Gitt disse omstendighetene, er det viktig å optimalisere de tekniske aspektene ved ballleddet.

Ballleddet brukes først og fremst i frontfjæringen, noe som letter forbindelsen mellom stangen og styringsknoken. Denne forbindelsen gir den andre graden av frihet som kreves for styring. For å oppfylle høyere kundeforventninger, skifter fokuset for forskning og optimalisering mot å forbedre forseglingsytelsen og utmattelsesslærmotstanden.

Denne artikkelen er basert på ZFs faktiske masseproduksjon av Dongfeng Liuzhou B20 -prosjektet for en innenlandsk produsent av originalutstyr (OEM), med den hensikt å optimalisere strukturen til suspensjonskulen hengsel. Opprinnelig var planen å fortsette å bruke deler fra det nåværende masseproduserte prosjektet. Etter den første runden med design av designvalidering (DV) ble det imidlertid identifisert at det fremdeles var potensielle risikoer, hovedsakelig i form av vannlekkasje og for tidlig slitasje. Ved analyse ble det bestemt at designforbedringer var nødvendige for å oppfylle gjeldende testkrav.

Ytterligere analyse av andre nye innenlandske OEM -prosjekter avslørte at mange OEM -er har etablert spesifikke spesifikasjoner for ytelse for ballhengs, med designkrav som har økt betydelig. Tilsvarende oppdaterer globale OEM -er kontinuerlig spesifikasjonene for ballhengsler. ZF -produkter må tåle tøffere miljøforhold, mer komplekse og variable driftsforhold, samt mer detaljerte krav til kollisjonsbeskyttelse. I lys av denne utviklingen har denne artikkelen som mål å foreslå en rimelig optimaliseringsordning basert på forskning og analyse av de nye spesifikasjonene, for å skaffe produkter som oppfyller ytelsesstandarder til en lavere pris.

å ball hengslet:

Ballhengsler sikrer tilkobling av mekanismekjedene ved å opprettholde kontinuerlig kontakt og relativ bevegelse. Forbindelsespunktene for disse bevegelsene er kjent som ledd. Ballhengsler kan kategoriseres som radialt lastede hengsler (guidede kulehengsler) eller aksialt lastede hengsler (lastede kuleledd). Hver ledd består av to tilkoblingselementer, for eksempel sjakter, vanlige lagre, girtenner osv., Som samarbeider med hverandre og har en passende geometri for deres funksjon. De viktigste koblingselementene i kuleleddet er ballstuden og kulekontakten. Bortsett fra ytelsen til selve kuleleddet, er andre egenskaper som materiale, størrelse, overflatekvalitet, bærekapasitet og smøring også viktige.

Funksjon og tekniske krav til ballhengslet:

Funksjonen til ballhengslet er å koble stangen med styringsknoken, og dermed gi tre frihetsgrader. To av disse frihetsgrader brukes til hjul på hjul og styring, mens den tredje gir mulighet for en elastokinematisk variasjon for hjulet. Ballleddet kan bare innføre strekk-, komprimerings- og radiale krefter på grunn av dens tre rotasjonsgrader av frihet. Ideelt sett bør kuleledd ikke ha noe gratis spill for å unngå unødvendig støy. Den elastiske forskyvningen bør minimeres for å forhindre ubehag mens du kjører og for å opprettholde førerens subjektive evaluering. I tillegg er arbeidsmomentet til ballhengslet en viktig evalueringsindeks og bør ikke være lavere enn den tillatte verdien for å unngå for tidlig slitasje og støy.

Original designfeil modus analyse:

1. Feil ved forseglingsytelsestest:

I løpet av den innledende fasen av B20 -prosjektet ble det av kunden bedt om å fortsette å bruke de eksisterende prosjektproduktene for å redusere forsknings- og utviklingskostnader og syklustid. Under DV -testen ble imidlertid feilmodus som vannlekkasje og rust observert i tetningsytelsen til ballhengslet. Ved inspeksjon ble det oppdaget at ballhengslet og styringsknoken hadde dårlig montering, noe som resulterte i et gratis gap på 2,5 mm mellom dem. Dette gapet kan potensielt føre til vannlekkasje, noe som indikerer at tetningssystemet ikke oppfylte testkravene. Ytterligere demontering av ballhengslet avslørte alvorlig korrosjon på parringsoverflaten med styringsknoken. Dette bekreftet at det nåværende produktets tetningsytelse ikke oppfylte designkravene for B20 -prosjektet. Spesielt ble synlige vannflekker og alvorlig korrosjon observert på kulepinnene i støvdekselet. Dette indikerte at det nåværende støvsikre systemet var utilstrekkelig og nødvendig forbedring.

2. Analyse av testresultater:

Testresultatene indikerte at vanninntrengningen under testing falt under W3 -nivået, der vannflekker ble observert visuelt. Dette fremhevet alvorlighetsgraden av vanninntrengende forhold i tetningssystemet etter testen. Vanninntrengningen påvirket hovedsakelig kragene i begge ender av ballhengslet. Mulige årsaker til feilen var som følger:

- Monteringskvalitet og valg av krage: Kraven hadde en definisjon av maksimal størrelse etter å ha blitt strukket, noe som hadde som mål å sikre at klemmekraften oppfylte designkravene etter den elastiske deformasjonen av kragen. Imidlertid, hvis den faktiske enheten ikke strengt fulgte spesifikasjonene, kan det føre til utilstrekkelig klemkraft og en løs krage.

- Designfeil i støvdekselet: En sammenlignende analyse av støvdekselutformingen avdekket et avvik i kjeglevinkelen til det labyrintområdet. Den nåværende utformingen hadde en kjeglevinkel på 20 °, mens standardutformingen hadde en kjeglevinkel på 12 °. Dette avviket økte risikoen for lekkasje.

- Designfeil på kulepinnens tetningsområde: Ball -pin -designen hadde en trappet struktur på et spesifikt område, med en diameter 1 mm større enn kulestikkakselen. Denne strukturen hadde som mål å forhindre at støvdekket ble presset inn i nakkeposisjonen til kulepinnen. Under ekstreme arbeidsforhold for kuleleddet, for eksempel ved grenseposisjonen, var imidlertid kontaktområdet mellom støvdekselet og trinnet for lite, noe som resulterte i muligheten for svikt. I tillegg kan lave temperaturer også føre til små kontaktområder, og skape hull og vannlekkasje.

Ball Hinge Optimization Design Scheme:

1. Kraveforsamlingsoptimalisering:

Svikt i krageenden resulterte først og fremst av problemer med produksjonsenhet. For å adressere dette ble det ansett som effektivt å definere kragens installasjonsstørrelse i den interne prosessspesifikasjonen (IPS), som blir en del av produksjonsoperasjonen. IP -ene ville definere installasjonsretningen, den maksimale diameteren på verktøyarmaturen og diameterområdet for krageåpningen. Videre vil det også omfatte rapporten om endelig elementanalyse (FEA) og layoutrapport av støvdekselet. Denne metoden vil forbedre monteringsprosessen og sikre at den oppfyller designkravene.

2. Optimal design av ballnålen:

Analysen av feilmodus avdekket at den urimelige utformingen av støvdekselets labyrintområde og det lille kontaktområdet til ballstrinnet var hovedfaktorene som bidro til forseglingstestfeilen. Tatt i betraktning kostnads- og prosjektutviklingsbegrensninger, ble optimalisering av ballstrukturen ansett som den mest kostnadseffektive løsningen. Den optimaliserte utformingen hadde som mål å gi et større kontaktområde mellom kulestrinnet og støvdekselet når ballhengslet var i sin maksimale arbeidsvinkel. Den originale designen inneholdt en halvsirkelformet tverrsnittsform for trinnet, mens den nye designen introduserte en rektangulær tverrsnittsstruktur og økte trinnets ytre diameter. Dette resulterte i et større kontaktområde og ga en større reaksjonskraft under ekstreme arbeidsforhold, noe som reduserte risikoen for at hull og støvdeksler ble presset inn i nakken.

3. Optimal designtestverifisering:

Prøver basert på optimalisert design ble produsert og utsatt for tetningstester. Resultatene viste at vanninnholdet på slutten av kulepinnen og enden av kuleskallet bare var 0,1% til 0.2