Suspension Ball gångjärn Optimering Design_hinge Knowledge_tallsen 1

Suspension Ball Hinge är den viktigaste produkten från Division av ZF Chassis Technology Components, och dess strukturella design är avdelningens kärnteknologi. När bilindustrin fortsätter att utvecklas ökar också efterfrågan på bollgångjärnsprodukter. Tidigare kunde vissa produktdesign inte längre tillgodose marknadens nuvarande behov. Kunder kräver nu strängare simuleringsmiljöer, mer komplexa arbetsbelastningar och efterlevnad av nya lagkrav som fotgängare och kriterier efter kollision. Med tanke på dessa omständigheter är det absolut nödvändigt att optimera de tekniska aspekterna av kulleden.

Kulfogen används främst i den främre upphängningen, vilket underlättar anslutningen mellan stången och styrknogen. Denna anslutning ger den andra frihetsgraden som krävs för styrning. För att möta högre kundförväntningar förändras fokusen på forskning och optimering för att förbättra tätningsprestanda och trötthetsslitningsmotstånd.

Den här artikeln är baserad på ZF: s faktiska massproduktion av Dongfeng Liuzhou B20 -projektet för en inhemsk originalutrustningstillverkare (OEM), med avsikt att optimera strukturen i upphängningsbollens gångjärn. Ursprungligen var planen att fortsätta använda delar från det nuvarande massproducerade projektet. Efter den första omgången av designvalidering (DV) -tester identifierades emellertid att det fortfarande fanns potentiella risker, främst i form av vattenläckage och för tidigt slitage. Vid analysen beslutades att designförbättringar var nödvändiga för att uppfylla de nuvarande testkraven.

Ytterligare analys av andra nya inhemska OEM -projekt avslöjade att många OEM har etablerat specifika specifikationer för bollledningsprestanda, med designkraven som ökat avsevärt. På liknande sätt uppdaterar globala OEM: er kontinuerligt sina specifikationer för kulgångjärn. ZF -produkter måste motstå hårdare miljöförhållanden, mer komplexa och variabla driftsförhållanden samt mer detaljerade krav på kollisionsskydd. Mot bakgrund av denna utveckling syftar denna artikel till att föreslå ett rimligt optimeringsschema baserat på forskning och analys av de nya specifikationerna för att få produkter som uppfyller prestandanormer till en lägre kostnad.

till bollgångjärn:

Bollgångjärn säkerställer anslutningen av mekanismkedjor genom att upprätthålla kontinuerlig kontakt och relativ rörelse. Anslutningspunkterna för dessa rörelser kallas leder. Kulgångjärn kan kategoriseras som radiellt laddade gångjärn (guidade kulgångjärn) eller axiellt laddade gångjärn (laddade kulfogar). Varje fog består av två anslutande element, såsom axlar, vanliga lager, växeltänder etc. som samarbetar med varandra och har en lämplig geometri för deras funktion. De huvudsakliga anslutningselementen i kulfogen är kulstången och kuluttaget. Bortsett från själva kulfogens prestanda är andra egenskaper såsom material, storlek, ytkvalitet, belastningskapacitet och smörjning också viktiga.

Funktion och tekniska krav på bollledet:

Funktionen för bollledet är att ansluta stången med styrknogen och därmed tillhandahålla tre frihetsgrader. Två av dessa frihetsgrader används för hjulslagning och styrning, medan den tredje möjliggör en elastokinematisk variation för hjulet. Kulfogen kan bara införa drag-, tryckkrafter och radiella krafter på grund av dess tre rotationsgrader av frihet. Helst bör kulfogar inte ha något gratis spel för att undvika onödigt brus. Den elastiska förskjutningen bör minimeras för att förhindra obehag under körning och för att upprätthålla förarens subjektiva utvärdering. Dessutom är arbetsmomentet för bollledet ett viktigt utvärderingsindex och bör inte vara lägre än det tillåtna värdet för att undvika för tidigt slitage och brus.

Original Design Failure Mode Analys:

1. Misslyckande med tätningsprestationstest:

Under det första steget i B20 -projektet uppmanades kunden att fortsätta använda de befintliga projektprodukterna för att minska forsknings- och utvecklingskostnaderna och cykelliden. Under DV -testet observerades emellertid fellägen såsom vattenläckage och rost i tätningsprestanda för bollledet. Vid inspektionen upptäcktes att bollen gångjärn och styrknockan hade dålig montering, vilket resulterade i ett 2,5 mm fritt gap mellan dem. Detta gap kan potentiellt leda till vattenläckage, vilket indikerar att tätningssystemet inte uppfyllde testkraven. Ytterligare demontering av bollens gångjärn avslöjade allvarlig korrosion på parningsytan med styrknogen. Detta bekräftade att den nuvarande produktens tätningsprestanda inte uppfyllde designkraven för B20 -projektet. Noterbart observerades synliga vattenfläckar och svår korrosion på kulstiften i dammskyddet. Detta indikerade att det nuvarande dammsäkra systemet var otillräckligt och krävde förbättring.

2. Analys av testresultat:

Testresultaten indikerade att vattenintrycket under testningen föll under W3 -nivån, där vattenfläckar visuellt observerades. Detta framhöll svårighetsgraden av vatteninträngningsförhållanden i tätningssystemet efter testet. Vatteninträngningsområdet påverkade huvudsakligen krage i båda ändarna av bollens gångjärn. Möjliga orsaker till misslyckandet var följande:

- Monteringskvalitet och val av storlek: kragen hade en definition av maximal storlek efter att ha sträckts, vilket syftade till att säkerställa att klämkraften uppfyllde designkraven efter den elastiska deformationen av kragen. Men om den faktiska enheten inte strikt följde specifikationerna, kan det leda till otillräcklig klämkraft och en lös krage.

- Designfel i dammskyddet: En jämförande analys av dammskyddsdesignen avslöjade en avvikelse i konvinkeln i labyrintområdet. Den nuvarande designen hade en konvinkel på 20 °, medan standardkonstruktionen hade en konvinkel på 12 °. Denna avvikelse ökade risken för läckage.

- Konstruktionsfel i kullnåltätningsområdet: Kulstiftkonstruktionen hade en stegad struktur vid ett specifikt område, med en diameter 1 mm större än kulstiftet. Denna struktur syftade till att förhindra att dammskyddet pressas in i nackens läge på kulstiftet. Under extrema arbetsförhållanden i kulleden, såsom vid gränsläget, var emellertid kontaktområdet mellan dammskyddet och steget för litet, vilket resulterade i möjligheten till misslyckande. Dessutom kan låga temperaturer också leda till små kontaktområden, vilket skapar luckor och vattenläckage.

Bollgångjärnsoptimeringssystem:

1. Optimering av krage:

Misslyckandet i kragens slut resulterade främst från problem med produktionsmontering. För att ta itu med detta ansågs det effektivt att definiera kragens installationsstorlek i den interna processspecifikationen (IPS), som blir en del av produktionsoperationsinstruktionen. IP: erna skulle definiera installationsriktningen, den maximala diametern för verktygsarmaturen och diameterområdet för kragöppningen. Dessutom skulle den också inkludera rapporten om ändlig elementanalys (FEA) och layoutrapport om dammskyddet. Denna metod skulle förbättra monteringsprocessen och se till att den uppfyller designkraven.

2. Optimal design av kulstiftet:

Analysen av fellägen avslöjade att den orimliga utformningen av dammskyddets labyrintområde och det lilla kontaktområdet för kulstiftet var de viktigaste faktorerna som bidrog till tätningstestfel. Med tanke på kostnads- och projektutvecklingsbegränsningar ansågs optimering av kulstiftstrukturen den mest kostnadseffektiva lösningen. Den optimerade designen syftade till att tillhandahålla ett större kontaktområde mellan kullstiftet och dammskyddet när bollens gångjärn var i sin maximala arbetsvinkel. Den ursprungliga designen innehöll en halvcirkulär tvärsnittsform för steget, medan den nya designen introducerade en rektangulär tvärsnittsstruktur och ökade stegets yttre diameter. Detta resulterade i ett större kontaktområde och gav en större reaktionskraft under extrema arbetsförhållanden, vilket minskade risken för luckor och dammskydd som pressas in i nacken.

3. Optimal designtestverifiering:

Prover baserade på den optimerade designen producerades och utsattes för tätningsprestationstester. Resultaten visade att vatteninnehållet i slutet av kulstiftet och slutet på kulskalet endast var 0,1% till 0.2