Suspension Ball Telp Optimization Design_hinge Knowledge_tallsen 1

A dobradiça da bola de suspensão é o principal produto da divisão de componentes da tecnologia do chassi ZF, e seu design estrutural é a tecnologia principal do departamento. À medida que a indústria automobilística continua a evoluir, a demanda por produtos de dobradiça de bola também está aumentando. No passado, certos projetos de produtos não eram mais capazes de atender às necessidades atuais do mercado. Os clientes agora exigem ambientes de simulação mais rigorosos, cargas de trabalho mais complexas e conformidade com novos requisitos regulatórios, como proteção de pedestres e critérios de falha pós-colisão. Dadas essas circunstâncias, é imperativo otimizar os aspectos técnicos da articulação da bola.

A junta da bola é usada principalmente na suspensão dianteira, facilitando a conexão entre a haste e a articulação da direção. Esta conexão fornece o segundo grau de liberdade necessário para a direção. Para atender às expectativas mais altas dos clientes, o foco das pesquisas e da otimização muda para melhorar o desempenho de vedação e a resistência ao desgaste da fadiga.

Este artigo é baseado na produção em massa real do ZF do projeto Dongfeng Liuzhou B20 para um fabricante doméstico de equipamentos originais (OEM), com a intenção de otimizar a estrutura da dobradiça da bola de suspensão. Inicialmente, o plano era continuar usando peças do atual projeto produzido em massa. No entanto, após a primeira rodada de testes de validação de projeto (DV), identificou -se que ainda havia riscos potenciais, principalmente na forma de vazamento de água e desgaste prematuro. Após a análise, foi decidido que as melhorias no projeto eram necessárias para atender aos requisitos atuais de teste.

Uma análise mais aprofundada de outros novos projetos domésticos de OEM revelou que muitos OEMs estabeleceram especificações específicas para o desempenho da dobradiça da bola, com os requisitos de design tendo aumentado significativamente. Da mesma forma, os OEMs globais estão atualizando continuamente suas especificações para dobradiças de bola. Os produtos ZF precisam suportar condições ambientais mais severas, condições operacionais mais complexas e variáveis, bem como requisitos mais detalhados de proteção de colisão. À luz desses desenvolvimentos, este artigo tem como objetivo propor um esquema de otimização razoável baseado na pesquisa e análise das novas especificações, a fim de obter produtos que atendam aos padrões de desempenho a um custo menor.

para dobrar de bola:

As dobradiças da bola garantem a conexão de cadeias de mecanismo, mantendo o contato contínuo e o movimento relativo. Os pontos de conexão para esses movimentos são conhecidos como juntas. As dobradiças da bola podem ser categorizadas como dobradiças carregadas radialmente (dobradiças de bola guiadas) ou dobradiças axialmente carregadas (juntas de bola carregadas). Cada articulação consiste em dois elementos de conexão, como eixos, rolamentos simples, dentes de engrenagem, etc., que cooperam entre si e têm uma geometria adequada para sua função. Os principais elementos de conexão da articulação da bola são o pino e o soquete da bola. Além do desempenho da própria articulação da bola, outras características como material, tamanho, qualidade da superfície, capacidade de carga e lubrificação também são importantes.

Função e requisitos técnicos da dobradiça da bola:

A função da dobradiça da bola é conectar a haste com a articulação da direção, fornecendo assim três graus de liberdade. Dois desses graus de liberdade são usados ​​para bater as rodas e direção, enquanto o terceiro permite uma variação elastoquinemática para a roda. A articulação da bola só pode introduzir forças de tração, compressão e radial devido a seus três graus de liberdade rotacionais. Idealmente, as juntas da bola não devem ter nenhum jogo gratuito para evitar ruídos desnecessários. O deslocamento elástico deve ser minimizado para evitar o desconforto enquanto dirige e para manter a avaliação subjetiva do motorista. Além disso, o torque de trabalho da dobradiça da bola é um importante índice de avaliação e não deve ser menor que o valor permitido para evitar desgaste e ruído prematuros.

Análise de modo de falha de projeto original:

1. Falha no teste de desempenho de vedação:

Durante a fase inicial do projeto B20, ele foi solicitado pelo cliente para continuar usando os produtos do projeto existentes para reduzir os custos de pesquisa e desenvolvimento e tempo de ciclo. No entanto, durante o teste de DV, modos de falha, como vazamento de água e ferrugem, foram observados no desempenho de vedação da dobradiça da bola. Após a inspeção, descobriu -se que a dobradiça da bola e a articulação da direção tinham baixa montagem, resultando em uma lacuna livre de 2,5 mm entre eles. Essa lacuna poderia levar ao vazamento de água, indicando que o sistema de vedação não atendeu aos requisitos de teste. Desmontagem adicional da dobradiça da bola revelou corrosão grave na superfície de acasalamento com a articulação da direção. Isso confirmou que o desempenho de vedação do produto atual não atendeu aos requisitos de projeto para o projeto B20. Notavelmente, manchas de água visíveis e corrosão grave foram observadas nos pinos da bola na área da cobertura de poeira. Isso indicou que o sistema atual à prova de poeira era insuficiente e exigia uma melhoria.

2. Análise dos resultados dos testes:

Os resultados do teste indicaram que a entrada de água durante o teste caiu no nível W3, onde as manchas de água foram observadas visualmente. Isso destacou a gravidade das condições de entrada de água no sistema de vedação após o teste. A área de entrada de água afetou principalmente os colares nas duas extremidades da dobradiça da bola. Possíveis razões para o fracasso foram os seguintes:

- Qualidade da montagem e seleção de tamanho do colar: o colar tinha uma definição de tamanho máximo após ser esticado, o que visa garantir que a força de fixação atendesse aos requisitos de projeto após a deformação elástica do colarinho. No entanto, se a montagem real não seguisse estritamente as especificações, poderá resultar em força de fixação inadequada e em um colarinho solto.

- Falha no projeto da cobertura de poeira: Uma análise comparativa do design da capa de poeira revelou um desvio no ângulo do cone da área do labirinto. O projeto atual tinha um ângulo de cone de 20 °, enquanto o projeto padrão tinha um ângulo de cone de 12 °. Esse desvio aumentou o risco de vazamento.

- Falha no projeto da área de vedação do pino de esferas: o design do pino da bola tinha uma estrutura escalonada em uma área específica, com um diâmetro 1 mm maior que o eixo do pino da bola. Essa estrutura teve como objetivo impedir que a cobertura de poeira seja pressionada na posição do pescoço do pino da bola. No entanto, sob condições de trabalho extremas da articulação da bola, como na posição limitada, a área de contato entre a tampa da poeira e a etapa era muito pequena, resultando na possibilidade de falha. Além disso, as baixas temperaturas também podem levar a pequenas áreas de contato, criando lacunas e vazamento de água.

Esquema de design de otimização da dobradiça de bola:

1. Otimização da montagem do colarinho:

A falha da extremidade do colar resultou principalmente de problemas com a montagem da produção. Para resolver isso, foi considerado eficaz para definir o tamanho da instalação do colar na especificação do processo interno (IPS), que se torna parte da instrução de operação de produção. O IPS definiria a direção da instalação, o diâmetro máximo do acessório de ferramentas e a faixa de diâmetro da abertura do colarinho. Além disso, também incluiria o relatório de análise de elementos finitos (FEA) e relatório de layout da tampa da poeira. Esse método melhoraria o processo de montagem e garantiria que atenda aos requisitos de projeto.

2. Design ideal do pino da bola:

A análise dos modos de falha revelou que o design irracional da área de labirinto da capa de poeira e a pequena área de contato da etapa do pino da bola foram os principais fatores que contribuíram para a falha do teste de vedação. Considerando as restrições de desenvolvimento de custos e projetos, a otimização da estrutura do pino da bola foi considerada a solução mais econômica. O design otimizado teve como objetivo fornecer uma área de contato maior entre a etapa do pino da bola e a tampa da poeira quando a dobradiça da bola estava em seu ângulo de trabalho máximo. O design original apresentava uma forma de seção transversal semicircular para a etapa, enquanto o novo design introduziu uma estrutura retangular da seção transversal e aumentou o diâmetro externo da etapa. Isso resultou em uma área de contato maior e forneceu uma força de reação maior sob condições de trabalho extremas, reduzindo o risco de lacunas e tampas de poeira sendo pressionadas no pescoço.

3. Verificação ideal de teste de projeto:

As amostras baseadas no projeto otimizado foram produzidas e submetidas a testes de desempenho de vedação. Os resultados mostraram que o teor de água no final do pino da bola e o final da concha da bola era de apenas 0,1% a 0.2