Оптимизация шарнира для шарнира подвески 1

Основная шарнир для подвески является ключевым продуктом подразделения компонентов технологий ZF Chassis, и его структурный дизайн является основной технологией департамента. По мере того, как автомобильная промышленность продолжает развиваться, спрос на продукты для шарниров также увеличивается. В прошлом определенные дизайны продуктов больше не могли удовлетворить текущие потребности рынка. В настоящее время клиенты требуют более строгих моделирования, более сложных рабочих нагрузок и соответствия новым нормативным требованиям, таким как критерии защиты пешеходов и пост-заключение. Учитывая эти обстоятельства, необходимо оптимизировать технические аспекты шарового сустава.

Шаровой соединение в основном используется в передней подвеске, облегчая соединение между стержнем и рулевым кулаком. Эта связь обеспечивает вторую степень свободы, необходимой для рулевого управления. Чтобы соответствовать более высоким ожиданиям клиентов, фокус исследований и оптимизации сдвигается в направлении повышения производительности герметизации и устойчивости к износу усталости.

Эта статья основана на реальном массовом производстве ZF проекта Dongfeng Liuzhou B20 для домашнего производителя оригинального оборудования (OEM) с намерением оптимизировать структуру шарнира для подвески. Первоначально план состоял в том, чтобы продолжить использование деталей из текущего массового проекта. Тем не менее, после первого раунда тестов на проверку дизайна (DV) было определено, что все еще были потенциальные риски, в основном в виде утечки воды и преждевременного износа. После анализа было решено, что улучшения дизайна необходимы для удовлетворения текущих требований к тестированию.

Дальнейший анализ других новых внутренних проектов OEM показал, что многие OEM -производители установили конкретные спецификации для эффективности шарниров, причем требования к проектированию значительно увеличились. Точно так же глобальные OEM -производители постоянно обновляют свои спецификации для шарнирных петли. Продукты ZF должны противостоять более жестким условиям окружающей среды, более сложные и переменные условия работы, а также более подробные требования к защите от столкновений. В свете этих разработок, эта статья направлена ​​на то, чтобы предложить разумную схему оптимизации, основанную на исследованиях и анализе новых спецификаций, чтобы получить продукты, соответствующие стандартам производительности, по более низкой стоимости.

на шарнир:

Петли шариков обеспечивают соединение цепочек механизма, сохраняя непрерывный контакт и относительное движение. Точки соединения для этих движений известны как суставы. Шаровые петли могут быть классифицированы как радиально нагруженные петли (шарнирные петли с гидом) или петли с осевой нагрузкой (загруженные шариковые суставы). Каждый сустав состоит из двух соединительных элементов, таких как валы, простые подшипники, зубчатые зубы и т. Д., Которые сотрудничают друг с другом и имеют подходящую геометрию для их функции. Основными соединительными элементами шарикового соединения являются шпилька и шариковая гнезда. Помимо производительности самого шарового соединения, также важны другие характеристики, такие как материал, размер, качество поверхности, грузоподъемность и смазка.

Функция и технические требования шарнира мяча:

Функция шарнира шарика состоит в том, чтобы соединить стержень с рулевым кулаком, что обеспечивает три градуса свободы. Две из этих степеней свободы используются для избиения колес и рулевого управления, в то время как третье позволяет эластокинематическому изменению колеса. Шаровой сустав может вводить только растягивание, сжимание и радиальные силы из -за его трех вращательных степеней свободы. В идеале, шариковые суставы не должны иметь никакой свободной игры, чтобы избежать ненужного шума. Упругое смещение должно быть сведено к минимуму, чтобы предотвратить дискомфорт во время вождения и поддерживать субъективную оценку водителя. Кроме того, рабочий крутящий момент шарнира шарика является важным показателем оценки и не должен быть ниже допустимого значения, чтобы избежать преждевременного износа и шума.

Анализ режима сбоя в оригинальном дизайне:

1. Отказ испытания на производительность запечатывания:

На начальном этапе проекта B20 клиент попросил продолжить использование существующих проектных продуктов для снижения затрат на исследования и разработки и время цикла. Однако во время теста DV режимы отказа, таких как утечка воды и ржавчина, наблюдались при уплотнении шарнира шарика. После осмотра было обнаружено, что шарнир мяча и рулевой кулаки имели плохую приспособление, что привело к промежутке 2,5 мм свободного. Этот разрыв может потенциально привести к утечке воды, что указывает на то, что система герметизации не соответствует требованиям испытаний. Дальнейшая разборка шарнира мяча выявила серьезную коррозию на поверхности спаривания с рулевым кулаком. Это подтвердило, что текущая производительность герметизации продукта не соответствовала требованиям проектирования для проекта B20. Примечательно, что на штифтах в области пылевого покрова наблюдались видимые водные пятна и сильная коррозия. Это указывало на то, что текущая пылезащитная система была недостаточной и требуется улучшение.

2. Анализ результатов теста:

Результаты испытаний показали, что проникновение воды во время испытаний оказалось под уровнем W3, где визуально наблюдались пятна воды. Это подчеркивало тяжесть условий проникновения воды в системе герметизации после испытания. Площадь проникновения воды в основном затронула воротники на обоих концах шарнира мяча. Возможные причины отказа были следующими:

- Качество сборки и выбор размера воротника: воротник имел максимальное определение размера после растяжения, которое было направлено на обеспечение того, чтобы сила зажима соответствовала требованиям к конструкции после упругой деформации воротника. Однако, если фактическая сборка не была строго соблюдать спецификации, это может привести к неадекватной силе зажима и свободному воротнику.

- Отказ дизайна пылевого покрова: сравнительный анализ конструкции пылевого покрытия выявил отклонение в угле конуса области лабиринта. Конструкция тока имела угол конуса 20 °, в то время как стандартная конструкция имела угол конуса 12 °. Это отклонение увеличило риск утечки.

- Разобление сбоя в области уплотнения шариковых штифтов: конструкция шарикового штифта имела ступенчатую конструкцию в определенной области, диаметром на 1 мм больше, чем шариковой штифт. Эта структура была направлена ​​на то, чтобы предотвратить прижатие пылевого покрова в положение шеи шариковой штифт. Однако в крайних условиях труда шарикового соединения, например, в предельном положении, площадь контакта между пылевым покровами и шагом была слишком мала, что приводило к возможности отказа. Кроме того, низкие температуры также могут привести к небольшим участкам контакта, создавая пробелы и утечку воды.

Схема проектирования оптимизации шарика:

1. Оптимизация сборки воротника:

Неспособность конца воротника в первую очередь возникла в результате проблем с производственной сборкой. Чтобы решить эту проблему, было признано эффективным для определения размера установки воротника во внутреннем спецификации процесса (IPS), которая становится частью инструкции по производственной операции. IPS определяет направление установки, максимальный диаметр прибора для инструментов и диапазон диаметра отверстия воротника. Кроме того, он также будет включать в себя отчет анализа конечных элементов (FEA) и отчет о макете пылевого покрова. Этот метод улучшит процесс сборки и обеспечит соответствие требованиям проектирования.

2. Оптимальная конструкция шариковой штифта:

Анализ режимов отказа показал, что необоснованная конструкция лабиринтной области пылевого покрова и небольшая область контакта шарикового штифта стала основными факторами, способствующими сбое теста уплотнения. Принимая во внимание ограничения затрат и разработки проекта, оптимизация структуры шариковых штифтов считалась наиболее экономически эффективным решением. Оптимизированная конструкция была направлена ​​на то, чтобы обеспечить большую площадь контакта между шариковым шагом и пылеустремленной крышкой, когда шарнир для шарика находился под максимальным рабочим углом. В оригинальном дизайне была полукругальная форма поперечного сечения для шага, в то время как новый дизайн представил прямоугольную структуру поперечного сечения и увеличивала внешний диаметр шага. Это привело к большей области контакта и обеспечило большую реакцию в условиях труда, снижая риск того, что зазоры и пылевые крышки прижимают в шею.

3. Оптимальная проверка тестирования дизайна:

Образцы, основанные на оптимизированной конструкции, были произведены и подвергались тестам на герметизацию. Результаты показали, что содержание воды в конце шариковой штифта и конец шарнирной оболочки составлял всего 0,1% до 0.2