Optimalizácia závesu zavesenia lopty Design_inge Knowledge_tallsen 1

Závesný záves guľôčok je kľúčovým produktom divízie komponentov technológie ZF podvozku a jeho konštrukčný dizajn je základnou technológiou oddelenia. Keďže sa automobilový priemysel neustále vyvíja, zvyšuje sa aj dopyt po výrobkoch z lopty. V minulosti niektoré návrhy produktov už neboli schopné uspokojiť súčasné potreby trhu. Zákazníci teraz vyžadujú prísnejšie simulačné prostredia, zložitejšie pracovné zaťaženie a súlad s novými regulačnými požiadavkami, ako sú kritériá ochrany chodcov a kritériá zlyhania po zrážke. Vzhľadom na tieto okolnosti je nevyhnutné optimalizovať technické aspekty guľového kĺbu.

Guľový kĺb sa používa primárne v prednom odpružení, čo uľahčuje spojenie medzi tyčou a kĺbom riadenia. Toto spojenie poskytuje druhý stupeň slobody potrebného na riadenie. Na splnenie vyšších očakávaní zákazníkov sa zameranie výskumu a optimalizácie zameriava smerom k zlepšeniu výkonnosti tesnenia a odolnosti proti únave opotrebovania.

Tento článok je založený na skutočnej hromadnej výrobe spoločnosti ZF projektu Dongfeng Liuzhou B20 pre domáceho výrobcu originálnych zariadení (OEM) s úmyslom optimalizovať štruktúru závesu zavesenia. Spočiatku bolo v pláne pokračovať v používaní častí zo súčasného hromadného projektu. Po prvom kole testov validácie dizajnu (DV) sa však zistilo, že stále existujú potenciálne riziká, hlavne vo forme úniku vody a predčasného opotrebenia. Po analýze sa rozhodlo, že na splnenie súčasných požiadaviek na testovanie sú potrebné vylepšenia návrhu.

Ďalšia analýza ďalších nových domácich projektov OEM odhalila, že mnoho OEM stanovilo špecifické špecifikácie výkonu guľového závesu, pričom požiadavky na konštrukciu sa výrazne zvýšili. Podobne globálne OEM neustále aktualizujú svoje špecifikácie pre pánty lopty. Výrobky ZF musia vydržať tvrdšie podmienky prostredia, zložitejšie a variabilné prevádzkové podmienky, ako aj podrobnejšie požiadavky na ochranu kolízie. Na základe tohto vývoja je tento článok zameraný na navrhnutie primeranej optimalizačnej schémy založenej na výskume a analýze nových špecifikácií s cieľom získať výrobky, ktoré spĺňajú výkonnostné normy za nižšie náklady.

na guľový záves:

Skryté guľky zabezpečujú spojenie mechanizmových reťazcov udržiavaním nepretržitého kontaktu a relatívneho pohybu. Body spojenia pre tieto pohyby sú známe ako kĺby. Žely guľôčok môžu byť kategorizované ako radiálne naložené pánty (pádené pánty guľôčkových pántov) alebo axiálne naložené pánty (naložené guľové kĺby). Každý kĺb pozostáva z dvoch spojovacích prvkov, ako sú hriadele, obyčajné ložiská, zuby prevodových stupňov atď., Ktoré navzájom spolupracujú a majú vhodnú geometriu pre svoju funkciu. Hlavnými spojovacími prvkami guľového kĺbu sú guľové čapy a guľová zásuvka. Okrem výkonu samotného guľového kĺbu sú dôležité aj ďalšie vlastnosti, ako je materiál, veľkosť, kvalita povrchu, kapacita nosenia zaťaženia a mazanie.

Funkcia a technické požiadavky na loptový záves:

Funkciou guľového závesu je spojiť tyč s kĺbom riadenia, čím poskytuje tri stupne voľnosti. Dva z týchto stupňov voľnosti sa používajú na bitie a riadenie kolies, zatiaľ čo tretí umožňuje elastokinematickú variáciu kolesa. Guľový kĺb môže predstavovať iba ťahové, tlakové a radiálne sily kvôli svojim trom rotačným stupňom voľnosti. V ideálnom prípade by guľové kĺby nemali mať žiadnu bezplatnú hru, aby sa predišlo zbytočnému hluku. Elastický posun by sa mal minimalizovať, aby sa zabránilo nepohodlím pri jazde a zachovaní subjektívneho hodnotenia vodiča. Pracovný krútiaci moment guľového závesu je navyše dôležitým indexom hodnotenia a nemal by byť nižší ako prípustná hodnota, aby sa predišlo predčasnému opotrebeniu a hluku.

Pôvodná analýza režimu zlyhania dizajnu:

1. Zlyhanie testu tesnenia výkonu:

Počas počiatočnej fázy projektu B20 ho zákazník požiadal, aby pokračoval v používaní existujúcich produktov projektu na zníženie nákladov na výskum a vývoj a čas cyklu. Počas testu DV sa však pri tesniacich výkone guľového závesu pozorovali režimy zlyhania, ako je únik vody a hrdza. Po prehliadke sa zistilo, že záves lopty a kĺb riadenia mali zlú montáž, čo malo za následok voľnú medzeru medzi nimi 2,5 mm. Táto medzera by potenciálne mohla viesť k úniku vody, čo naznačuje, že tesnenie nespĺňa požiadavky na testovanie. Ďalšie demontáž závesu gule odhalilo silnú koróziu na párení s kĺbom riadenia. To potvrdilo, že tesnenie súčasného produktu nespĺňali požiadavky na návrh projektu B20. Najmä viditeľné škvrny od vody a závažná korózia sa pozorovali na guľôčkových kolíkoch v oblasti prachového krytu. To naznačovalo, že súčasný systém odolný voči prachu bol nedostatočný a vyžadoval zlepšenie.

2. Analýza výsledkov testov:

Výsledky testov naznačujú, že vstup vody počas testovania klesol pod úroveň W3, kde sa vizuálne pozorovali škvrny vo vode. To zdôraznilo závažnosť podmienok vstupu vody v tesniacich systémoch po teste. Oblasť vstupu vody ovplyvnila hlavne obojky na oboch koncoch lopty. Možné dôvody zlyhania boli nasledujúce:

- Výber kvality a veľkosť goliera montáže: Golier mal po natiahnutí maximálnu definíciu veľkosti, ktorej cieľom bolo zabezpečiť, aby upínacia sila splnila konštrukčné požiadavky po elastickej deformácii goliera. Ak však skutočné zhromaždenie prísne nedodržiava špecifikácie, mohlo by to mať za následok nedostatočnú upínaciu silu a voľný golier.

- Návrh zlyhania pokrytia prachu: Porovnávacia analýza návrhu prachového krytu odhalila odchýlku v uhle kužeľa v oblasti labyrintu. Súčasný dizajn mal uhol kužeľa 20 °, zatiaľ čo štandardný dizajn mal uhol kužeľa 12 °. Táto odchýlka zvýšila riziko úniku.

- Zlyhanie konštrukcie tesnenia guľôčkového kolíka: Dizajn guľôčkového kolíka mal stupňovú štruktúru v konkrétnej oblasti, s priemerom 1 mm väčším ako hriadeľ guľového kolíka. Cieľom tejto štruktúry bolo zabrániť pritlačeniu prachového krytu do polohy krku guľôčkového kolíka. Avšak za extrémnych pracovných podmienok guľového kĺbu, napríklad v limitnej polohe, bola kontaktná plocha medzi prachovým krytom a krokom príliš malá, čo viedlo k možnosti zlyhania. Nízke teploty by navyše mohli viesť k malým kontaktným oblastiam, ktoré vytvárajú medzery a únik vody.

Schéma návrhu optimalizácie lopty:

1. Optimalizácia montáže goliera:

Zlyhanie konca goliera bolo predovšetkým výsledkom problémov s výrobným zhromaždením. Aby sa to vyriešilo, považovalo sa za účinné definovať veľkosť inštalácie goliera v špecifikácii interného procesu (IPS), ktorá sa stáva súčasťou inštrukcie výrobnej prevádzky. IPS by definoval smer inštalácie, maximálny priemer príslušenstva nástrojov a rozsah priemeru otvoru goliera. Ďalej by zahŕňal aj správu o analýze konečných prvkov (FEA) a správu o rozložení o pokrytí prachu. Táto metóda by zlepšila proces montáže a zabezpečila by, že spĺňa požiadavky na návrh.

2. Optimálny dizajn guľového kolíka:

Analýza režimov zlyhania odhalila, že neprimeraný návrh oblasti labyrintu prachového krytu a malá kontaktná plocha kroku guľôčkového kolíka boli hlavnými faktormi prispievajúcimi k zlyhaniu tesnenia testu. Vzhľadom na obmedzenia nákladov a vývoja projektu sa optimalizácia štruktúry guľôčkového kolíka považovala za nákladovo najefektívnejšie riešenie. Optimalizovaný dizajn bol zameraný na zabezpečenie väčšieho kontaktného priestoru medzi krokom guľôčkového kolíka a krytom prachu, keď bol loptový záves bol v maximálnom pracovnom uhle. Pôvodný dizajn predstavoval polkruhový prierezový tvar pre krok, zatiaľ čo nový dizajn predstavil obdĺžnikovú štruktúru prierezu a zvýšil vonkajší priemer kroku. To viedlo k väčšej kontaktnej oblasti a poskytlo väčšiu reakčnú silu v extrémnych pracovných podmienkach, čím sa znížilo riziko medzier a prachových poťahov pritlačení do krku.

3. Optimálne overenie testu dizajnu:

Vzorky založené na optimalizovanom dizajne boli vyrobené a podrobené tesneniam tesnenia. Výsledky ukázali, že obsah vody na konci guľového kolíka a koniec guľôčkovej škrupiny bol iba 0,1% až 0.2