转向拉杆球销防尘罩破损分析与改进.pdf

汽车科技/AUTOSCI-TECH2023年第4 期doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2023.04.007收稿日期：2 0 2 3-0 5-1 1转向拉杆球销防尘罩破损分析与改进虞锋保，刘春元，卢时邦（1.柳州孔辉汽车科技有限公司，柳州5 4 5 0 2 6;2.上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州5 4 5 0 0 7）摘要：转向拉杆球销总成是汽车转向系统与悬挂系统重要连接部件，其性能影响到驾驶的安全性和稳定性。然而，由于防尘罩的破损，泥水进人球销总成使球销及球销座磨损松旷，通过对转向拉杆球销防尘罩破损原因分析与结构改进，从而保证了驾驶的安全性和稳定性。关键词：转向拉杆；球销；防尘罩；破损；极限摆角；刚度中图分类号：U463 Damage Analysis And Improvement Of Dust Cover For Ball Pin(1.Liuzhou Konghui Automobile Technology Co.,LTD,Liuzhou 545026,China;Abstract:The ball pin assembly of steering tie rod is an important connecting part ofautomobile steering system and suspension system,its performance affects the driving safetyand stability.However,due to the damage of dust cover,mud entered the ball pin assembly,causing loose wear and tear on the ball pin and ball pin seat,By analyzing the damagesituation of the steering rod ball pin dust cover and improving its structure,driving safetyand stabilitywereensured.Key Words:Steering Rod;Ball Pin;Dust Cover;Ultimate Swing Angle;Siffness文献标识码：A文章编号：1 0 0 5-2 5 5 0（2 0 2 3）0 4-0 0 3 5-0 5Of Steering Tie RodYU Feng-bao,LIU Chun-yuan,LU Shi-bang2.SGMW,Liuzhou 545007,China)转向系统对汽车的行驶安全起着重要的作虞锋保用，它保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行毕业于广西科技大学，本科学历，现就职于柳州孔辉汽车科技有限公司，任转向系统工程师，主要研究方向：汽车转向系统设计开发。目前已发表一种新型汽车转向管柱输出轴一种弯曲变形转向拉杆汽车的转向轴、转向系统及汽车转向器总成及车辆4 份专利。驶，是决定汽车操稳动力学性能的关键，而转向拉杆的作用则是连接转向机构并传递力矩和运动。球头销作为转向拉杆的关键零部件，位于转向器和转向节臂之间，其主要作用在于实现车轮垂直运动和转向运动 2。即随轮胎上下运动，通过球头销的旋转和摆动，将方向盘的操舵力传输给轮胎，从而实现转向。球销组件出现故障时，轻则影响汽车的操作稳定性，重则会造成车辆操作失灵，导致发生安全事故。因此，球销组件的可靠性对整车安全非常重要3。35转向拉杆球销防尘罩破损分析与改进目前，国内外汽车上使用的各大系列球销总成普遍都存在防尘罩的破损，引起球销由于球面部分磨损而损坏 4 ，导致球销与球窝配合异常现象，所以通过对转向拉杆球销防尘罩破损情况分析，进而进行结构改进是非常必要的。1古故障描述1.1 问题来源某车型的一辆样车在做常规可靠性耐久路试过程中发现转向拉杆与转向节连接的球销防尘罩破损，防尘罩表面有明显的油污，相关信息如表1所示：表1 路试故障件信息路试编号1#路试里程/km20434前悬下跳行程/mm-80对应球销理论21.6摆角/(+2.2)球座与转向节理论3.69最小距离/mm(0.72)由上可知，该样车在运行2 0 4 3 4 km的耐久路试里程后，拉杆球销摆角比理论设计值大了2.2，从而导致球座与转向节距离比理论设计小了0.7 2 mm，即球销防尘套与转向节干涉量为0.72mm，这是造车球销防尘套破损的主要原因。1.2其他路试车状态为了能准确排查出导致球销防尘套与转向节路试编号路试里程前悬下跳行程对应球销理论摆角球座与转向节理论最小距离干涉的原因，以及保证最终结果的准确性，又检查了其他车型的路试车，发现也存在有转向节连接球销防尘套破损的现象，而造成破损的原因与第一辆样车一致，具体数据信息如表2。2原因调查2.1故障现象分析1）防尘罩膜部压缩侧与转向节干涉。造成该现象的原因是转向节与球座之间距离过小，导致两者容易干涉。2）防尘罩破损区域有一道约长1/2 圆周长的划痕。因为该划痕位置固定，因此该干涉摩擦是在某一情况下发生的。防尘罩状态破损表2 其他车型路试故障件信息2#3#40429km12560km-80mm21.6(+2.23.69mm(-0.72mm)干涉，破损图1 故障车上表现2.2故障设计分析1）干涉现象分析：理论上增加约0.1 6 mm的干涉量，就会导致防尘罩磨损，甚至出现破损的可能；2）防尘罩故障件问题关联尺寸调查：3）防尘罩变形分析：该结构防尘罩上膜部的14818km-71mm20.27(+0.844.25mm(-0.16mm)干涉，破损图2 故障件状态4#无干涉，无磨痕防尘罩状态36汽车科技/AUTOSCI-TECH2023年第4 期表3 防尘罩零件尺寸故障件实测值尺寸123图纸要求&00+1#1:61:626.117.002#1:626.017.023#1:626.217.004#1:626.117.04144518.06:61718.001718.041717.98176?171:61:61:61:6218013-4g43刚度相对下膜部小，受挤压时上膜部的变形量比下膜部大，导致交界处上翘，增大了干涉的风险；4）防尘罩耐久磨损分析：防尘罩处在转向节与拉杆壳体之间，磨损部分在变形后与转向节干涉，内侧未接触壳体，故判断故障件防尘罩是在路试过程中与转向节干涉摩擦后被割破。转向节上膜部干涉点防尘罩球销拉杆壳体图3 故障防尘罩变形示意图2.3前悬下极限跳动量对防尘罩影响表4 球销参数前悬架下极球销极球座与转向防尘罩干改进的方向，有如表5 方案：限跳动量限摆角节最小距离-60mm19.43-71mm20.27-80mm21.6表4 给出了前悬架下极限跳动量对球销极限摆角和球座与转向节最小距离的影响，并以此得出干涉量。球销极限摆角：球销中心线与球座中心线夹角。球座与转向节最小距离球座与转向节最小距离：转向节下平面锐边到球座上平面的最小距离，因无法模拟防尘罩变形，故以此距离衡量干涉量。下膜部-60mm图4 悬架下跳极限球销状态示意图3改进方案从上述原因分析可知，干涉是导致防尘罩破损的根本原因，故消除防尘罩与转向节的干涉是涉量4.41mmOmm4.25mm0.16mm3.69mm0.72mm5.6910038.5*3809.50,2025.412.50.2018原结构新结构图5 防尘罩结构对比-80mm骨架上膜部一下膜部37转向拉杆球销防尘罩破损分析与改进表5 改进方案方案方案一方案二验证方案极限摆角模拟旧结构、新结构各一件。试验结果：旧结构干涉，新结构不干涉。试验方法：试验摆角：2 2,3 Hz0.4Hz;试验转角：4 0,1 Hz0.1Hz;台架复现循环次数：1 0 0 万次摆动循环。（旧结构）试验样件：旧结构两件。试验结果：干涉临界摆角2 0.8；3 8 万次循环出现磨痕，8 0 万次循环破损。试验方法：同上。台架试验试验样件：（新结构）新结构两件。试验结果：无干涉，1 0 0 万次循环无磨痕。试验方法：搭载常规耐久路试车验证。试验样件：路试验证新结构两件。试验结果：无干涉，无磨痕。骨架原结构新结构图6 防尘罩变形示意图改进方向增大转向节与球座之间距离增大防尘罩上膜部刚度表6 实物模拟、台架试验、路试验证结果验证方法试验方法：实物装配，摆动球销至极限角度。试验样件：涉及零件1.转向节：下平面沿球销轴线上移1.5 mm，需修模；2.拉杆球头销：球头销锥度大端沿轴线上移1.5 mm，新开模。防尘罩：采用带骨架防尘罩，其结构及变形见图5、图6。原结构，干涉新结构，不干涉38万循环80万循环方案一涉及到两种零件的模具更改，周期长、成本高；而方案二更改的是橡胶件，更改周期和成本都相对较低，故最终采用方案二。4方案验证防尘罩新结构经实物极限摆角模拟、台架试验后确保可行，同时通过常规耐久路试中验证，如下表6，无干涉摩擦、破损现象产生。最后经过验证结果38汽车科技/AUTOSCI-TECH2023年第4 期下达工程变更指令，通知供应商投入量产使用。5结束语防尘罩是用来防止污物或泥水进人球窝。泥水进人会产生球接头内部腐蚀，污物与腐蚀会加剧磨损并产生间隙，导致早期失效 5 。本文通过对转向拉杆球头销防尘罩破损情况进行分析，考虑到前悬下极限跳动量对防尘罩的影响，采用增大防尘罩上膜部刚度方法，从而改善转向拉杆球销防尘罩破损情况。参考文献：1陈家端.汽车构造（第五版下册）M.北京：人民交通出版社，2 0 0 5：2 6 7.2日本自动车技术会.汽车工程手册5（底盘设计篇）M.北京：北京理工大学出版社，2 0 1 0:4 9.3汽车前轴摆臂球头销结构 P.CH.F16C11/06.CH201220493282.X.2013-03-20.4王望予.汽车设计（第4 版）M.北京：机械工业出版社，2 0 0 4.5（德）费德普费尔（PetrPfefer），（德）曼弗雷德哈尔（ManfredHarrer）著；李旭东译.汽车转向（中文版原书第2 版）M.北京：机械工业出版社，2 0 1 8.1 2.专家推荐语康明东风商用车技术中心工艺研究所所长材料科学与工程研究员级高级工程师本文通过对转向拉杆球销防尘罩破损原因分析，提出了防尘罩的改进方案。改进方案经台架试验和常规耐久道路试验验证，有效解决了防尘罩早期破损现象。该论文设计合理，数据可靠，理论正确，具一定的创新性和实用价值。（上接第4 4 页）性对动态特性的影响分析.中国机械工程，2 0 1 5,26(15):2010-2015.2李沁逸，李俊泓，刘嘉林等电动汽车减速器NVH仿真研究与优化U.机械传动，2 0 2 2，46(2):107-113.3张鑫，刘欣荣.基于齿轮系统啮合错位量的修形优化分析.机械传动，2 0 2 2，4 6(4):9 5-1 0 0+1 4 2.4Donald R.Houser,Jonny Harianto,David Talbot.Gear Mesh Misalignment JJ.Gear Solutions,2006,34-43.5国家质量监督检验检疫总局.GB/Z18620.3-2002圆柱齿轮检验实施规范第3 部分：齿轮坏、轴中心距和轴线平行度 S.北京：中国标准出版社，2 0 0 2.6刘延柱，陈立群，陈文良.振动力学 M.北京：高等教育出版社，2 0 1 9.0 5.吴道俊合肥工业大学博士厦门金龙客车高级工程师本文基于齿轮齿合错位量对电驱动系统啸叫的影响，搭建了电驱动系统Masta仿真分析模型，从齿辐、壳体等方面，进行齿轮啮合错位量的优化和评价，结合齿轮修形设计，最终实现齿轮阶次噪声的改善。相关技术对于工程类似问题的解决，具有参考意义。专家推荐语39