Оптимізація підвіски Оптимізація Design_hinge inkly_tallsen 1

Загін для підвіски є ключовим продуктом підрозділу компонентів технологій ZF Chassis, а його структурна конструкція є основною технологією департаменту. По мірі того, як автомобільна промисловість продовжує розвиватися, попит на продукти з шарнірним покриттям також збільшується. У минулому певні конструкції продуктів більше не змогли задовольнити поточні потреби ринку. Зараз клієнти потребують більш жорстких середовищ імітацій, більш складних робочих навантажень та дотримання нових нормативних вимог, таких як захист пішоходів та критерії відмови після зіткнення. Враховуючи ці обставини, важливо оптимізувати технічні аспекти кулькового суглоба.

Кульовий суглоб в основному використовується в передній підвісці, полегшуючи зв'язок між стрижнем і рульовим коліном. Це з'єднання забезпечує другий ступінь свободи, необхідної для рульового управління. Щоб задовольнити більш високі очікування клієнтів, фокус досліджень та оптимізації зміщується на покращення продуктивності ущільнення та стійкості до втоми.

Ця стаття базується на фактичному масовому виробництві ZF проекту Dongfeng Liuzhou B20 для вітчизняного виробника оригінального обладнання (OEM) з наміром оптимізувати структуру шарніра підвіски. Спочатку план повинен був продовжувати використовувати частини поточного проекту, що виробляється масовим виробництвом. Однак після першого раунду тестів на перевірку дизайну (DV) було визначено, що все ще існували потенційні ризики, головним чином у вигляді витоку води та передчасного зносу. Після аналізу було вирішено, що для задоволення поточних вимог до тесту було вирішено, що вдосконалення дизайну.

Подальший аналіз інших нових внутрішніх проектів OEM показав, що багато оригінальних виробників встановили специфічні характеристики для продуктивності шарніра, при цьому вимоги до проектування значно зросли. Аналогічно, глобальні виробники виробників постійно оновлюють свої специфікації для петлі з м'ячем. Продукти ZF повинні протистояти суворішими умовами навколишнього середовища, більш складними та змінними умовами експлуатації, а також більш детальними вимогами до захисту зіткнення. Зважаючи на ці розробки, ця стаття має на меті запропонувати розумну схему оптимізації, засновану на дослідженні та аналізі нових специфікацій, щоб отримати продукти, що відповідають стандартам продуктивності за меншими витратами.

до балки з м'ячем:

Петлі з м'ячами забезпечують підключення ланцюгів механізму шляхом підтримки постійного контакту та відносного руху. Точки з'єднання для цих рухів відомі як суглоби. Кулькові петлі можна класифікувати як радіально навантажені петлі (керовані кульові петлі) або осі цілі навантажені петлі (завантажені кульові суглоби). Кожен суглоб складається з двох з'єднувальних елементів, таких як вали, звичайні підшипники, зуби передач тощо, які співпрацюють один з одним і мають відповідну геометрію для своєї функції. Основними з'єднувальними елементами кулькового суглоба є кульова шпилька та кульова розетка. Крім продуктивності самого кульового суглоба, важливі також інші характеристики, такі як матеріал, розмір, якість поверхні, вантажопідйомність та змащування.

Функціонування та технічні вимоги до шарніра:

Функція кульового шарніра полягає в тому, щоб з'єднати стрижень з рульовим коліном, тим самим забезпечуючи три градуси свободи. Два з цих ступенів свободи використовуються для побиття та рульових коліс, а третій дозволяє здійснити еластокінематичну варіацію для колеса. Кульний суглоб може вводити лише на розтяг, стиск і радіальні сили завдяки трьох його обертальних ступенях свободи. В ідеалі кульові суглоби не повинні мати вільної гри, щоб уникнути зайвого шуму. Еластичне зміщення слід мінімізувати, щоб запобігти дискомфорту під час руху та підтримці суб'єктивної оцінки водія. Крім того, робочий крутний момент шарнірного шарніра є важливим показником оцінки і не повинен бути нижчим, ніж допустиме значення, щоб уникнути передчасного зносу та шуму.

Оригінальний аналіз режиму відмови дизайну:

1. Невдача тесту на ущільнювальну продуктивність:

Під час початкового етапу проекту B20 замовник вимагав продовжувати використовувати існуючі продукти проекту для зменшення витрат на дослідження та розробки та часу циклу. Однак під час тестування DV режими невдачі, такі як витік води та іржа, спостерігалися у герметичних показниках шарнірного шарніра. Після огляду було виявлено, що шарнір з м'ячем і рульове рукоятка мали погану придатність, що призвело до 2,5 -мм вільного зазору між ними. Цей розрив потенційно може призвести до витоку води, що свідчить про те, що система ущільнення не відповідає вимогам випробувань. Подальше розбирання шарнірного шарніра виявила сильну корозію на поверхні спаровування з рульовим рукояткою. Це підтвердило, що нинішня герметична продуктивність продукту не відповідала вимогам проекту для проекту B20. Зокрема, на кулькових шпильках спостерігалися видимі плями з водою та сильна корозія в області пилового покриву. Це вказувало на те, що нинішня система, захищена від пилу, була недостатньою і потребує вдосконалення.

2. Аналіз результатів тесту:

Результати випробувань вказували на те, що потрапляння води під час випробувань потрапила під рівень W3, де спостерігаються водні плями. Це підкреслило тяжкість умов проведення води в системі герметизації після випробування. Площа, що потрапляє на воду, в основному вплинула на коміри на обох кінцях шарнірного шарніра. Можливі причини невдачі були наступними:

- Якість складання та розмір розміру комір: комір мав максимальний розмір визначення після розтягування, яке було спрямовано на забезпечення того, щоб сила затискання відповідала вимогам проектування після пружної деформації коміра. Однак, якби фактична збірка не строго дотримувалася специфікацій, це може призвести до неадекватної сили затискання та вільного коміра.

- Невдача дизайну пилового покриву: Порівняльний аналіз конструкції пилового покриву виявив відхилення під кутом конуса області лабіринту. Поточна конструкція мала кут конуса 20 °, тоді як стандартна конструкція мала кут конуса 12 °. Це відхилення збільшило ризик витоку.

- Невдача дизайну області герметизації кульової шпильки: конструкція кульової шпильки мала ступінчасту конструкцію на певній області, діаметр на 1 мм більший за вал кульового штифта. Ця структура була спрямована на те, щоб запобігти притисненню пилової кришки в положення шиї кульової шпильки. Однак, в крайніх умовах праці кульового суглоба, наприклад, у обмеженому положенні, контактна область між пилом та кроком була занадто мала, що призводить до можливості відмови. Крім того, низькі температури також можуть призвести до невеликих контактних областей, створюючи прогалини та витік води.

Схема дизайну оптимізації шарнірного шарніра:

1. Оптимізація коміра:

Невдача кінця коміра в першу чергу виникла з питань з виробничою збіркою. Для вирішення цього питання було визнано ефективним для визначення розміру встановлення коміра у специфікації внутрішнього процесу (IPS), яка стає частиною інструкції з виробничої операції. IPS визначить напрямок встановлення, максимальний діаметр приладдя для інструментів та діаметр діаметра отвору коміра. Крім того, він також включатиме звіт про аналіз кінцевих елементів (FEA) та звіт про макет пилового покриву. Цей метод покращить процес складання та забезпечить відповідність вимогам проектування.

2. Оптимальна конструкція кульової шпильки:

Аналіз режимів відмови показав, що необґрунтована конструкція області лабіринту пилового покриву та невелика контактна область крокового кроку були основними факторами, що сприяли невдачі тесту на ущільнення. Враховуючи обмеження щодо розробки витрат та проектів, оптимізація структури кульового шпильки вважалася найбільш економічно вигідною рішенням. Оптимізована конструкція мала на меті забезпечити більшу контактну область між кроком кульового штифта та пиловою кришкою, коли кульова шарнір знаходився під максимальним робочим кутом. Оригінальна конструкція містила напівкруглу форму поперечного перерізу для кроку, тоді як нова конструкція представила прямокутну конструкцію поперечного перерізу та збільшив зовнішній діаметр етапу. Це призвело до більшої контактної області та забезпечило більшу силу реакції в екстремальних умовах праці, зменшуючи ризик проміжки та пилу, що притискаються до шиї.

3. Оптимальна перевірка тестування проектування:

Зразки на основі оптимізованої конструкції були виготовлені та піддані тестам на ущільнювальну продуктивність. Результати показали, що вміст води в кінці кульової шпильки та кінець кульової оболонки становив лише 0,1% до 0.2