Suspensie Ball Balk Optimization Design_HHINGE Knowledge_Tallsen 1

Balama cu bilă de suspensie este produsul cheie al diviziei de componente tehnologice ale șasiului ZF, iar designul său structural este tehnologia de bază a departamentului. Pe măsură ce industria auto continuă să evolueze, cererea de produse cu balamale cu bile este, de asemenea, în creștere. În trecut, anumite proiecte de produse nu mai erau capabile să răspundă nevoilor actuale ale pieței. Clienții necesită acum mai multe medii de simulare mai stricte, sarcini de lucru mai complexe și respectarea noilor cerințe de reglementare, cum ar fi protecția pietonilor și criteriile de defecțiune post-coliziune. Având în vedere aceste circumstanțe, este imperativ să optimizăm aspectele tehnice ale articulației cu bilă.

Îmbinarea cu bilă este utilizată în principal în suspensia din față, facilitând conexiunea dintre tijă și articulația de direcție. Această conexiune oferă al doilea grad de libertate necesar direcției. Pentru a satisface așteptările mai mari ale clienților, concentrarea cercetării și optimizării se transformă către îmbunătățirea performanței de etanșare și a rezistenței la uzură a oboselii.

Acest articol se bazează pe producția reală a ZF a proiectului Dongfeng Liuzhou B20 pentru un producător de echipamente originale interne (OEM), cu intenția de a optimiza structura balamalei cu bilă de suspensie. Inițial, planul era să continue utilizarea pieselor din proiectul actual produs de masă. Cu toate acestea, după prima rundă de teste de validare a proiectării (DV), s -a identificat că există încă riscuri potențiale, în principal sub formă de scurgeri de apă și uzură prematură. La analiză, s -a decis că îmbunătățirile proiectării au fost necesare pentru a îndeplini cerințele actuale de testare.

Analiza ulterioară a altor noi proiecte OEM interne au relevat faptul că multe OEM -uri au stabilit specificații specifice pentru performanța balamalei cu balamalele, cerințele de proiectare au crescut semnificativ. În mod similar, OEM -urile globale își actualizează continuu specificațiile pentru balamalele cu bile. Produsele ZF trebuie să reziste la condiții mai dure de mediu, condiții de operare mai complexe și variabile, precum și cerințe mai detaliate de protecție împotriva coliziunilor. Având în vedere aceste evoluții, acest articol își propune să propună o schemă de optimizare rezonabilă bazată pe cercetarea și analiza noilor specificații, pentru a obține produse care îndeplinesc standardele de performanță la un cost mai mic.

la balamale cu mingea:

Balamalele cu bilă asigură conectarea lanțurilor de mecanism prin menținerea contactului continuu și a mișcării relative. Punctele de conectare pentru aceste mișcări sunt cunoscute sub numele de articulații. Balamalele cu bilă pot fi clasificate ca balamale încărcate radial (balamale cu bile ghidate) sau balamale încărcate axial (articulații cu bilă încărcate). Fiecare articulație este formată din două elemente de conectare, cum ar fi arbori, rulmenți simpli, dinți de viteză etc., care cooperează între ele și au o geometrie adecvată pentru funcția lor. Principalele elemente de conectare ale articulației cu bilă sunt știftul cu bilă și priza cu bilă. În afară de performanța articulației cu bile în sine, sunt importante și alte caracteristici, cum ar fi materialul, dimensiunea, calitatea suprafeței, capacitatea de transport a sarcinii și lubrifierea.

Funcția și cerințele tehnice ale balamalei cu mingea:

Funcția balamalei cu bilă este conectarea tijei cu nodul de direcție, oferind astfel trei grade de libertate. Două dintre aceste grade de libertate sunt utilizate pentru bătaia și direcția roților, în timp ce a treia permite o variație elastokinematică pentru roată. Articulația cu bilă nu poate introduce decât forțe de tracțiune, compresive și radiale, datorită celor trei grade de libertate rotativă. În mod ideal, articulațiile cu bilă nu ar trebui să aibă niciun joc gratuit pentru a evita zgomotul inutil. Deplasarea elastică trebuie minimizată pentru a preveni disconfortul în timpul conducerii și pentru a menține evaluarea subiectivă a șoferului. În plus, cuplul de lucru al balamalei cu bilă este un indice important de evaluare și nu ar trebui să fie mai mic decât valoarea admisă pentru a evita uzura și zgomotul prematur.

Analiza modului original de eșec de proiectare:

1. Eșecul testului de performanță de etanșare:

În etapa inițială a proiectului B20, clientul a solicitat să continue utilizarea produselor de proiect existente pentru a reduce costurile de cercetare și dezvoltare și timpul de ciclu. Cu toate acestea, în timpul testului DV, au fost observate moduri de eșec, cum ar fi scurgerea de apă și rugina, în performanța de etanșare a balamalei cu bilă. La inspecție, s -a descoperit că balama cu bilă și unitatea de direcție au o montare slabă, rezultând un decalaj fără 2,5 mm între ele. Acest decalaj ar putea duce la scurgeri de apă, ceea ce indică faptul că sistemul de etanșare nu a îndeplinit cerințele de testare. Demontarea suplimentară a balamalei cu balamalele a evidențiat coroziune severă pe suprafața de împerechere cu articulația de direcție. Acest lucru a confirmat că performanța de etanșare a produsului actual nu a îndeplinit cerințele de proiectare pentru proiectul B20. În special, petele de apă vizibile și coroziunea severă au fost observate pe ace de minge din zona capacului de praf. Acest lucru a indicat că sistemul curent de rezistență la praf a fost insuficient și a necesitat îmbunătățiri.

2. Analiza rezultatelor testelor:

Rezultatele testelor au indicat că intrarea în apă în timpul testării a scăzut sub nivelul W3, unde s -au observat vizual petele de apă. Acest lucru a evidențiat gravitatea condițiilor de intrare a apei în sistemul de etanșare după test. Zona de intrare a apei a afectat în principal gulerele de la ambele capete ale balamalei. Posibilele motive ale eșecului au fost următoarele:

- Calitatea asamblării și selecția dimensiunii gulerului: gulerul a avut o definiție de dimensiuni maxime după ce a fost întinsă, ceea ce avea ca scop asigurarea faptului că forța de prindere a îndeplinit cerințele de proiectare după deformarea elastică a gulerului. Cu toate acestea, dacă adunarea reală nu ar urma cu strictețe specificațiile, ar putea duce la o forță de prindere inadecvată și la un guler liber.

- Eșecul de proiectare a capacului prafului: o analiză comparativă a designului de acoperire a prafului a relevat o abatere în unghiul conului din zona labirintului. Proiectarea actuală a avut un unghi de con de 20 °, în timp ce designul standard avea un unghi de con de 12 °. Această abatere a crescut riscul de scurgere.

- Eșecul de proiectare a zonei de etanșare a pinului cu bilă: Proiectarea pinului cu bilă a avut o structură în trepte într -o zonă specifică, cu un diametru cu 1mm mai mare decât arborele cu bilă. Această structură a urmărit să împiedice apăsarea capacului de praf în poziția gâtului a știftului cu bilă. Cu toate acestea, în condiții de muncă extreme ale articulației cu bilă, cum ar fi la poziția limită, zona de contact dintre acoperirea prafului și etapa a fost prea mică, ceea ce a dus la posibilitatea eșecului. În plus, temperaturile scăzute ar putea duce, de asemenea, la mici zone de contact, creând lacune și scurgeri de apă.

Schema de proiectare a optimizării balamalei cu balamale:

1. Optimizarea ansamblului gulerului:

Eșecul capătului gulerului a rezultat în principal din probleme cu asamblarea producției. Pentru a rezolva acest lucru, s -a considerat eficient definirea dimensiunii de instalare a gulerului în specificația internă a procesului (IPS), care devine o parte a instrucțiunii de operare de producție. IP -urile ar defini direcția de instalare, diametrul maxim al corpului de scule și intervalul de diametru al deschiderii gulerului. Mai mult, acesta ar include, de asemenea, raportul de analiză a elementelor finite (FEA) și raportul de aspect al acoperirii prafului. Această metodă ar îmbunătăți procesul de asamblare și ar asigura că respectă cerințele de proiectare.

2. Design optim al pinului cu bilă:

Analiza modurilor de eșec a relevat faptul că proiectarea nejustificată a zonei labirintului de praf și zona mică de contact a etapei cu bilă au fost factorii principali care contribuie la eșecul testului de etanșare. Având în vedere constrângerile de dezvoltare a costurilor și a proiectului, optimizarea structurii pinului cu bilă a fost considerată cea mai rentabilă soluție. Proiectarea optimizată a urmărit să ofere o zonă de contact mai mare între pasul cu bilă și capacul de praf atunci când balama cu bilă era în unghiul său maxim de lucru. Designul original a prezentat o formă de secțiune transversală semicirculară pentru pas, în timp ce noul design a introdus o structură dreptunghiulară în secțiune transversală și a crescut diametrul exterior al pasului. Aceasta a dus la o zonă de contact mai mare și a oferit o forță de reacție mai mare în condiții de muncă extreme, reducând riscul de goluri și capace de praf să fie presate în gât.

3. Verificarea optimă a testului de proiectare:

Probele bazate pe designul optimizat au fost produse și supuse testelor de performanță de etanșare. Rezultatele au arătat că conținutul de apă de la capătul pinului cu bilă și capătul cochiliei cu bilă a fost de doar 0,1% până la 0.2