Tối ưu hóa Ball Hinge Design_ Breathe assge_tallsen 1

Bản lề bóng treo là sản phẩm chính của bộ phận thành phần công nghệ khung gầm ZF, và thiết kế kết cấu của nó là công nghệ cốt lõi của bộ phận. Khi ngành công nghiệp ô tô tiếp tục phát triển, nhu cầu về các sản phẩm bản lề bóng cũng đang tăng lên. Trong quá khứ, một số thiết kế sản phẩm không còn có thể đáp ứng nhu cầu hiện tại của thị trường. Khách hàng hiện yêu cầu môi trường mô phỏng nghiêm ngặt hơn, tải trọng làm việc phức tạp hơn và tuân thủ các yêu cầu quy định mới như bảo vệ người đi bộ và tiêu chí thất bại sau va chạm. Với những trường hợp này, bắt buộc phải tối ưu hóa các khía cạnh kỹ thuật của khớp bóng.

Khớp bóng chủ yếu được sử dụng trong hệ thống treo trước, tạo điều kiện cho kết nối giữa thanh và khớp tay lái. Kết nối này cung cấp mức độ tự do thứ hai cần thiết cho tay lái. Để đáp ứng những kỳ vọng của khách hàng cao hơn, trọng tâm của nghiên cứu và tối ưu hóa chuyển sang cải thiện hiệu suất niêm phong và sức đề kháng mặc mệt mỏi.

Bài viết này dựa trên sản xuất hàng loạt thực tế của dự án Dongfeng Liuzhou B20 cho một nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) trong nước, với mục đích tối ưu hóa cấu trúc của bản lề bóng treo. Ban đầu, kế hoạch là tiếp tục sử dụng các bộ phận từ dự án sản xuất hàng loạt hiện tại. Tuy nhiên, sau vòng thử nghiệm xác nhận thiết kế (DV) đầu tiên, người ta đã xác định rằng vẫn còn những rủi ro tiềm ẩn, chủ yếu ở dạng rò rỉ nước và hao mòn sớm. Sau khi phân tích, người ta đã quyết định rằng các cải tiến thiết kế là cần thiết để đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm hiện tại.

Phân tích sâu hơn về các dự án OEM trong nước mới khác cho thấy nhiều OEM đã thiết lập các thông số kỹ thuật cụ thể cho hiệu suất bản lề bóng, với các yêu cầu thiết kế đã tăng đáng kể. Tương tự, các OEM toàn cầu đang liên tục cập nhật thông số kỹ thuật của họ cho bản lề bóng. Các sản phẩm ZF cần phải chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt hơn, các điều kiện hoạt động phức tạp và thay đổi hơn, cũng như các yêu cầu bảo vệ va chạm chi tiết hơn. Trong các phát triển này, bài viết này nhằm mục đích đề xuất một kế hoạch tối ưu hóa hợp lý dựa trên nghiên cứu và phân tích các thông số kỹ thuật mới, để có được các sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn hiệu suất với chi phí thấp hơn.

để bản lề bóng:

Bản lề bóng đảm bảo kết nối của các chuỗi cơ chế bằng cách duy trì tiếp xúc liên tục và chuyển động tương đối. Các điểm kết nối cho các chuyển động này được gọi là khớp. Bản lề bóng có thể được phân loại thành bản lề được tải triệt để (bản lề bóng có hướng dẫn) hoặc bản lề được tải theo trục (các khớp bóng được tải). Mỗi khớp bao gồm hai yếu tố kết nối, chẳng hạn như trục, vòng bi trơn, răng bánh răng, v.v., hợp tác với nhau và có một hình học phù hợp cho chức năng của chúng. Các yếu tố kết nối chính của khớp bóng là Stud bóng và ổ cắm bóng. Ngoài hiệu suất của khớp bóng, các đặc điểm khác như vật liệu, kích thước, chất lượng bề mặt, khả năng mang tải và bôi trơn cũng rất quan trọng.

Các yêu cầu về chức năng và kỹ thuật của bản lề bóng:

Chức năng của bản lề bóng là kết nối thanh với đốt ngón tay, do đó cung cấp ba độ tự do. Hai trong số các mức độ tự do này được sử dụng để đánh và lái bánh xe, trong khi thứ ba cho phép biến thể elastokinical cho bánh xe. Khớp bóng chỉ có thể giới thiệu lực kéo, nén và xuyên tâm do ba mức độ tự do quay của nó. Lý tưởng nhất, các khớp bóng không nên chơi miễn phí để tránh tiếng ồn không cần thiết. Sự dịch chuyển đàn hồi nên được giảm thiểu để ngăn chặn sự khó chịu trong khi lái xe và để duy trì đánh giá chủ quan của người lái. Ngoài ra, mô -men xoắn làm việc của bản lề bóng là một chỉ số đánh giá quan trọng và không nên thấp hơn giá trị cho phép để tránh hao mòn sớm và nhiễu.

Phân tích chế độ thất bại thiết kế ban đầu:

1. Thất bại trong kiểm tra hiệu suất niêm phong:

Trong giai đoạn ban đầu của dự án B20, khách hàng đã yêu cầu tiếp tục sử dụng các sản phẩm dự án hiện tại để giảm chi phí nghiên cứu và phát triển và thời gian chu kỳ. Tuy nhiên, trong quá trình thử nghiệm DV, các chế độ thất bại như rò rỉ nước và rỉ sét đã được quan sát thấy trong hiệu suất niêm phong của bản lề bóng. Sau khi kiểm tra, người ta đã phát hiện ra rằng bản lề bóng và đầu lái có đồ đạc kém, dẫn đến khoảng cách miễn phí 2,5mm giữa chúng. Khoảng cách này có khả năng dẫn đến rò rỉ nước, cho thấy hệ thống niêm phong không đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm. Việc tháo gỡ hơn nữa bản lề bóng cho thấy sự ăn mòn nghiêm trọng trên bề mặt giao phối với khớp tay lái. Điều này xác nhận rằng hiệu suất niêm phong của sản phẩm hiện tại không đáp ứng các yêu cầu thiết kế cho dự án B20. Đáng chú ý, các vết nước có thể nhìn thấy và ăn mòn nghiêm trọng đã được quan sát thấy trên các chân bóng trong khu vực của vỏ bụi. Điều này chỉ ra rằng hệ thống chống bụi hiện tại là không đủ và cần phải cải thiện.

2. Phân tích kết quả kiểm tra:

Kết quả thử nghiệm chỉ ra rằng việc xâm nhập nước trong quá trình thử nghiệm giảm dưới mức W3, nơi các vết nước được quan sát trực quan. Điều này nhấn mạnh mức độ nghiêm trọng của các điều kiện xâm nhập nước trong hệ thống niêm phong sau khi thử nghiệm. Khu vực xâm nhập nước chủ yếu ảnh hưởng đến các vòng cổ ở cả hai đầu của bản lề bóng. Những lý do có thể cho sự thất bại như sau:

- Chất lượng lắp ráp và lựa chọn kích thước của cổ áo: Cổ áo có định nghĩa kích thước tối đa sau khi được kéo dài, nhằm đảm bảo rằng lực kẹp đáp ứng các yêu cầu thiết kế sau khi biến dạng đàn hồi của cổ áo. Tuy nhiên, nếu lắp ráp thực tế không tuân thủ nghiêm ngặt các thông số kỹ thuật, nó có thể dẫn đến lực kẹp không đủ và cổ áo lỏng lẻo.

- Thất bại thiết kế của vỏ bụi: Một phân tích so sánh thiết kế vỏ bụi cho thấy sự sai lệch trong góc hình nón của khu vực mê cung. Thiết kế hiện tại có góc hình nón 20 °, trong khi thiết kế tiêu chuẩn có góc hình nón 12 °. Độ lệch này làm tăng nguy cơ rò rỉ.

- Thất bại thiết kế của khu vực niêm phong pin bóng: Thiết kế pin bóng có cấu trúc bước tại một khu vực cụ thể, với đường kính lớn hơn 1mm so với trục ghim bóng. Cấu trúc này nhằm ngăn chặn lớp phủ bụi bị ép vào vị trí cổ của chốt bóng. Tuy nhiên, trong điều kiện làm việc cực đoan của khớp bóng, chẳng hạn như ở vị trí giới hạn, khu vực tiếp xúc giữa nắp bụi và bước quá nhỏ, dẫn đến khả năng thất bại. Ngoài ra, nhiệt độ thấp cũng có thể dẫn đến các khu vực tiếp xúc nhỏ, tạo ra khoảng trống và rò rỉ nước.

Sơ đồ thiết kế tối ưu hóa bản lề bóng:

1. Tối ưu hóa lắp ráp cổ áo:

Sự thất bại của kết thúc cổ áo chủ yếu là do các vấn đề với lắp ráp sản xuất. Để giải quyết vấn đề này, nó được coi là có hiệu lực để xác định kích thước cài đặt của cổ áo trong Đặc tả quy trình nội bộ (IPS), trở thành một phần của hướng dẫn vận hành sản xuất. IPS sẽ xác định hướng cài đặt, đường kính tối đa của vật cố dụng cụ và phạm vi đường kính của mở cổ áo. Hơn nữa, nó cũng sẽ bao gồm báo cáo phân tích phần tử hữu hạn (FEA) và báo cáo bố cục của vỏ bụi. Phương pháp này sẽ cải thiện quá trình lắp ráp và đảm bảo rằng nó đáp ứng các yêu cầu thiết kế.

2. Thiết kế tối ưu của pin bóng:

Phân tích các chế độ thất bại cho thấy rằng thiết kế không hợp lý của khu vực mê cung của vỏ bụi và khu vực tiếp xúc nhỏ của bước pin bóng là các yếu tố chính góp phần gây ra lỗi thử nghiệm. Xem xét các hạn chế phát triển chi phí và dự án, tối ưu hóa cấu trúc ghim bóng được coi là giải pháp hiệu quả nhất về chi phí. Thiết kế được tối ưu hóa nhằm cung cấp một khu vực tiếp xúc lớn hơn giữa bước ghim bóng và nắp bụi khi bản lề bóng ở góc làm việc tối đa của nó. Thiết kế ban đầu có hình dạng cắt ngang hình bán nguyệt cho bước, trong khi thiết kế mới giới thiệu một cấu trúc cắt ngang hình chữ nhật và tăng đường kính ngoài của bước. Điều này dẫn đến một khu vực tiếp xúc lớn hơn và cung cấp một lực phản ứng lớn hơn trong điều kiện làm việc cực độ, làm giảm nguy cơ khoảng trống và vỏ bụi được ép vào cổ.

3. Xác minh kiểm tra thiết kế tối ưu:

Các mẫu dựa trên thiết kế được tối ưu hóa được sản xuất và chịu các bài kiểm tra hiệu suất niêm phong. Kết quả cho thấy hàm lượng nước ở cuối chốt bóng và phần cuối của vỏ bóng chỉ là 0,1% đến 0.2