悬架球铰链优化Design_hinge知识

悬架球铰链是ZF底盘技术组件部门的核心产品，其结构设计是该部门的核心技术。 随着汽车行业的不断发展，球铰链产品的需求也在增加。 当前的市场需要更严格的仿真环境，复杂的工作负载以及遵守新的监管要求，例如行人保护和冲突后故障。 为了满足这些需求，球关节的技术优化至关重要。

球接头主要用于前悬架，用作杆和转向指关节之间的连接。 该连接提供了第二轮的自由度，可以进行转向。 为了满足更高的客户需求，需要增强球关节的密封性能和疲劳磨损性能。

本文重点介绍了ZF群众生产的国内OEM项目（Dongfeng Liuzhou B20项目）的悬架球铰链结构的优化。 最初，计划是继续使用当前的批量生产零件。 但是，在第一轮DV测试之后，发现涉及风险，包括漏水和早期磨损。 进一步的分析表明，有必要改善设计以满足当前的测试要求。

通过对其他国内OEM项目的分析，发现许多OEM已经为球铰链制定了特定规范，从而大大提高了设计要求。 全球OEM还不断更新其针对球铰链的规格。 这意味着ZF产品需要承受更严格的环境条件，更复杂的工作条件以及更详细的碰撞保护要求。 因此，有必要研究和分析新规格，以制定合理的优化计划，该计划可以以较低的成本满足绩效要求。

铰链：

球铰链保持连续的接触和机制链之间的相对运动。 这些运动发生的关节称为球铰链。 球铰链有两种类型：径向加载的铰链（引导球铰链）和轴向载荷的铰链（负载的球接头）。 球关节的主要连接元件是球螺柱和球插座。 球关节的工作性能以及其他特征，例如材料，尺寸，表面质量，承载能力和润滑，都是重要的考虑因素。

球铰链的功能和技术要求：

球铰链的功能是将杆与转向指关节连接起来，提供三个自由度的力和运动传输。 两种自由度用于轮子和转向，而第三度的自由度允许轮子进行弹性变化。 球关节在正常工作条件下应具有最小的弹性位移，以避免不适并影响驾驶员评估。 此外，球铰链的工作扭矩不应低于允许值，以防止早期磨损和噪音。

原始设计故障模式分析：

在B20项目的初始阶段，密封性能测试显示出漏水和生锈等故障模式。 进一步的分析表明，球铰链和转向指关节不正确，导致2.5mm的间隙，这构成了漏水和密封系统故障的风险。 球铰链的拆卸显示与转向指关节的交配表面发生了严重的腐蚀。 得出的结论是，当前的防尘系统不符合设计要求，需要改进。

球铰链的最佳设计方案：

两个主要因素被确定为密封测试失败的潜在贡献者：套圈的组装质量和尺寸选择，以及灰尘盖的设计故障。 为了解决程序集问题，在IPS（内部进程规范）中定义了项圈的安装大小。 该规范为衣领组装提供了指南，以确保它符合设计要求。 此外，对防尘盖和球销设计进行了优化，以提高密封性能。 修改了防尘盖设计以匹配预期的锥角，并重新设计球销步骤以增加与防尘盖的接触区域。

最佳设计测试验证：

根据优化的设计方案生产样品，并进行了密封性能测试。 结果显示出明显的改善，球销和球壳的末端的水含量仅为0.1％至0.2％。 该测试成功了，与原始设计相比，优化设计的腐蚀情况要好得多。

在B20项目中针对球铰链的优化设计方案表明，密封性能提高了。 尽管有可能提高性能，但当前的解决方案被证明在项目的时间限制中有效。 该项目强调了在开始生产之前彻底分析客户需求并开发全面布局的重要性。 通过实施优化的设计，ZF能够满足OEM项目的需求，并提高球铰链的密封性能。