Zawieszenie optymalizacja zawiązania kulki projekt_hinge wiedza_tallsen 1

Zabożek z powodu zawieszenia jest kluczowym produktem działu technologii podwozia ZF, a jego konstrukcja jest podstawową technologią działu. W miarę ewolucji przemysłu motoryzacyjnego zwiększa się również zapotrzebowanie na produkty zawiasów kulowych. W przeszłości niektóre projekty produktów nie były już w stanie zaspokoić obecnych potrzeb rynku. Klienci wymagają teraz bardziej rygorystycznych środowisk symulacyjnych, bardziej złożonych obciążeń roboczych i zgodności z nowymi wymaganiami regulacyjnymi, takimi jak ochrona pieszych i kryteria awarii po kolizji. Biorąc pod uwagę te okoliczności, konieczne jest zoptymalizowanie technicznych aspektów stawu kulowego.

Złącze kulowe jest używane przede wszystkim w zawiesinie przedniego, ułatwiając połączenie między prętem a kostką kierowniczą. To połączenie zapewnia drugi stopień swobody wymagany do sterowania. Aby spełnić wyższe oczekiwania klientów, skupienie się na badaniach i optymalizacji zmienia się w kierunku poprawy wydajności uszczelnienia i odporności na zużycie zmęczeniowe.

Artykuł ten oparty jest na faktycznej masowej produkcji ZF projektu Dongfeng Liuzhou B20 dla krajowego producenta oryginalnego sprzętu (OEM), z zamiarem optymalizacji struktury zawiasu kulkowego. Początkowo plan polegał na dalszym użyciu części z obecnego projektu produkowanego masowo. Jednak po pierwszej rundzie testów walidacji projektowania (DV) zidentyfikowano, że nadal istnieje potencjalne ryzyko, głównie w postaci wycieku wody i przedwczesnego zużycia. Po analizie postanowiono, że ulepszenia projektu były konieczne, aby spełnić obecne wymagania testowe.

Dalsza analiza innych nowych krajowych projektów OEM ujawniła, że ​​wiele producentów OEM ustaliło specyfikację specyfikacji wydajności zawiasów piłki, przy czym znacząco wzrosły wymagania projektowe. Podobnie globalne producenci OEM stale aktualizują swoje specyfikacje zawiasów piłki. Produkty ZF muszą wytrzymać surowsze warunki środowiskowe, bardziej złożone i zmienne warunki pracy, a także bardziej szczegółowe wymagania dotyczące ochrony kolizji. W świetle tych wydarzeń ten artykuł ma na celu zaproponowanie rozsądnego schematu optymalizacji opartego na badaniach i analizie nowych specyfikacji, w celu uzyskania produktów spełniających standardy wydajności przy niższych kosztach.

Do Ball zawias:

Zawiaski kulkowe zapewniają połączenie łańcuchów mechanizmu poprzez utrzymanie ciągłego kontaktu i ruchu względnego. Punkty połączenia dla tych ruchów są znane jako połączenia. Zawiasy kulkowe można podzielić jako obciążone promieniowo zawiasy (zawiasy kulkowe) lub obciążone osiowo zawiasy (załadowane połączenia kulowe). Każde złącze składa się z dwóch elementów łączących, takich jak wały, zwykłe łożyska, zęby przekładni itp., Które współpracują ze sobą i mają odpowiednią geometrię dla ich funkcji. Głównymi elementami łączącymi stawu kulowego są kołek piłki i gniazdo piłki. Oprócz wydajności samego złącza kulowego ważne są również inne cechy, takie jak materiał, rozmiar, jakość powierzchni, nośność obciążenia i smarowanie.

Funkcja i wymagania techniczne zawiasu piłki:

Funkcją zawiasu piłki jest podłączenie pręta z kostką sterującą, zapewniając w ten sposób trzy stopnie swobody. Dwa z tych stopni swobody są używane do bicia kół i sterowania, a trzecia pozwala na elastokinematyczną zmianę koła. Złącze kulowe może wprowadzać tylko siły rozciągające, ściskające i promieniowe ze względu na trzy stopnie obrotowe swobody. Idealnie, złącza kulowe nie powinny mieć żadnej bezpłatnej gry, aby uniknąć niepotrzebnego hałasu. Przemieszczenie sprężyste należy zminimalizować, aby zapobiec dyskomforcie podczas jazdy i utrzymywać subiektywną ocenę kierowcy. Ponadto roboczy moment obrotowy zawiasu kulowego jest ważnym wskaźnikiem oceny i nie powinna być niższa niż dopuszczalna wartość, aby uniknąć przedwczesnego zużycia i hałasu.

Oryginalna analiza trybu awarii projektowania:

1. Awaria testu wydajności uszczelnienia:

Na początkowym etapie projektu B20 przez klient wymagał dalszego korzystania z istniejących produktów projektowych w celu zmniejszenia kosztów badań i rozwoju oraz czasu cyklu. Jednak podczas testu DV zaobserwowano tryby awarii, takie jak wyciek wody i rdza w wydajności uszczelnienia zawiasu kulowego. Po inspekcji odkryto, że zawias piłki i kłykcie sterujące miały złe pomieszanie, co skutkuje między nimi bezczelną szczeliną 2,5 mm. Ta luka może potencjalnie doprowadzić do wycieku wody, co wskazuje, że system uszczelniający nie spełnił wymagań testowych. Dalszy demontaż zawias kulowych ujawnił poważną korozję na powierzchni godowej z kostką kierowniczą. To potwierdziło, że wyniki uszczelnienia obecnego produktu nie spełniają wymagań projektowych dla projektu B20. W szczególności widzialne plamy wody i ciężką korozję zaobserwowano na szpilkach kulowych w obszarze pokrywy pyłu. Wskazało to, że obecny system odporny na kurz był niewystarczający i wymagał poprawy.

2. Analiza wyników testu:

Wyniki testu wskazują, że wnikanie wody podczas testowania znalazło się na poziomie W3, gdzie wizualnie obserwowano plamy wody. Podkreśliło to nasilenie warunków wnikania wody w układzie uszczelniającym po teście. Obszar wnikania wody wpłynął głównie na kołnierze na obu końcach zawiasu kulowego. Możliwe przyczyny awarii były następujące:

- Wybór jakości i rozmiaru montażu kołnierza: Kołnierz miała definicję maksymalnej wielkości po rozciągnięciu, która miała na celu zapewnienie, że siła zacisku spełniła wymagania projektowe po elastycznym deformacji kołnierza. Jeśli jednak faktyczny montaż nie był ściśle przestrzegać specyfikacji, może to spowodować nieodpowiednią siłę zacisku i luźny kołnierz.

- Projektowanie pokrycia pyłu: analiza porównawcza projektu pokrycia pyłu ujawniła odchylenie w kącie stożka obszaru labiryntu. Obecna konstrukcja miał kąt stożka 20 °, podczas gdy standardowy projekt miał kąt stożka 12 °. Odchylenie to zwiększyło ryzyko wycieku.

- Awaria konstrukcji strefy uszczelnienia szpilki kulowej: Konstrukcja szpilki kulkowej miał stopniową konstrukcję w określonym obszarze o średnicy 1 mm większej niż wałek szpilki kulowej. Struktura ta miała na celu zapobieganie wciśnięciu osłony pyłu w pozycję szyi szpilki kulowej. Jednak w skrajnych warunkach pracy stawu kulowego, na przykład przy pozycji granicznej, powierzchnia styku między osłoną pyłu a krokiem był zbyt mały, co spowodowało możliwość awarii. Ponadto niskie temperatury mogą również prowadzić do małych obszarów kontaktowych, tworząc luki i wyciek wody.

Schemat projektowania optymalizacji zawiotów kulkowych:

1. Optymalizacja montażu kołnierza:

Niepowodzenie końca kołnierza wynikało przede wszystkim z problemów związanych z montażem produkcyjnym. Aby rozwiązać ten problem, uznano za skuteczne w zdefiniowaniu wielkości instalacji kołnierza w wewnętrznej specyfikacji procesu (IPS), która staje się częścią instrukcji operacji produkcyjnej. IPS zdefiniowałby kierunek instalacji, maksymalną średnicę urządzenia narzędzi i zakres średnicy otworu kołnierza. Ponadto obejmowałby również raport analizy elementów skończonych (FEA) i raport układu na pokrycie pyłu. Ta metoda poprawi proces montażu i zapewni, że spełnia wymagania projektowe.

2. Optymalny projekt szpilki kulowej:

Analiza trybów awarii ujawniła, że ​​nieuzasadniony projekt obszaru labiryntu pokrywy pyłu i niewielki obszar styku kroku szpilki kulowej były głównymi czynnikami przyczyniającymi się do awarii testu uszczelnienia. Biorąc pod uwagę ograniczenia opracowywania kosztów i projektu, optymalizacja struktury szpilki kulkowej uznano za najbardziej opłacalne rozwiązanie. Zoptymalizowana konstrukcja miała na celu zapewnienie większego obszaru kontaktu między krokiem szpilki kulowej a pokryciem pyłu, gdy zawias kulki był pod maksymalnym kątem pracy. Oryginalna konstrukcja zawierała półkolisty przekrojowy kształt dla kroku, podczas gdy nowy projekt wprowadził prostokątną strukturę przekrojową i zwiększyła zewnętrzną średnicę kroku. Doprowadziło to do większego obszaru kontaktowego i zapewniło większą siłę reakcji w skrajnych warunkach pracy, zmniejszając ryzyko wciśnięcia szczelin i osłony pyłu w szyję.

3. Optymalna weryfikacja testu projektu:

Próbki oparte na zoptymalizowanym projekcie zostały wyprodukowane i poddane testom wydajności uszczelnienia. Wyniki pokazały, że zawartość wody na końcu szpilki kulowej i koniec skorupy kulowej wynosiła tylko 0,1% do 0.2