CN109408891B - 一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法 - Google Patents
一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109408891B CN109408891B CN201811117055.5A CN201811117055A CN109408891B CN 109408891 B CN109408891 B CN 109408891B CN 201811117055 A CN201811117055 A CN 201811117055A CN 109408891 B CN109408891 B CN 109408891B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spherical hinge
- ball
- force
- bowl
- spherical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 63
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims description 23
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 17
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 14
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 14
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 11
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 8
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 5
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 5
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 239000004519 grease Substances 0.000 claims description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 claims description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 abstract 1
- 208000035874 Excoriation Diseases 0.000 description 7
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Pivots And Pivotal Connections (AREA)
Abstract
本发明公开了一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，利用CAE分析技术进行球铰产品的性能优化与结构设计，并考虑生产工艺对球铰性能指标的影响以提高分析可靠性。为了提供分析输入所需的数据,须通过摩擦试验得到摩擦系数与接触压强、速度之间三者关系式，以及根据拉伸试验得到各个零件的材料参数，实现分析前期数据输入。然后根据汽车球铰件有限元模型结合理论模型分析得到拉压溃力、刚度、扭矩等性能参数，并优化旋铆工艺参数。利用本发明可以提高汽车球铰仿真分析的准确性与适用性,进而极大地保证了球铰的设计可靠性，全面优化了球铰的各个性能指标。
Description
技术领域
本发明球铰结构设计技术领域，具体涉及一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法。
背景技术
汽车球铰是现代汽车上的结构之一，对汽车的行驶安全、舒适性至关重要。其中，球销、球座与盖板为金属件,而球碗为聚合物材料。球铰的作用是实现不同轴的动力传送，球销强度、球碗与球销的配合状态、工艺参数等都会影响球头副的性能。而且，影响球铰最终性能的因素较多且球铰性能参数不单一，使得球铰装配体结构无法处于最佳的使用状态。目前，各大汽车零部件公司对于球铰结构设计没有准确的理论依据和完善的设计规范，只能借鉴以往的生产经验。因此，很多未知因素的存在将导致汽车球铰的性能无法得以评估。如果在开发阶段发生失效，产品的开发时间和成本也会大幅度提升。所以，有必要为球铰设计提供理论依据及设计规范。这样既能提高球头副的性能，还可以缩短开发周期、节约成本。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了设计可靠性的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法。
一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)利用摩擦磨损试验测出脂润滑状态下球销材料样件与球碗材料样件间的摩擦系数，以载荷与转速为自变量，建立摩擦系数与两者间的函数；
f＝f(P，v)
其中，P为接触压强，v为速度；
步骤2)利用CAE分析技术对旋铆工艺参数进行优化，以球座与球碗的最大应力值为评价参数，确定具体的轴向下压速度值与旋铆转速值；
步骤3)利用CAE分析技术对球铰的轴向过盈量及径向过盈量进行优化，结合扭矩理论计算方法模型，以球碗的最大应力值和接触应力分布均匀性为评价参数，确定最佳的轴向过盈量和径向过盈量；
步骤4)利用CAE分析技术对经过热处理后的球铰的轴径向过盈量进行优化，通过蠕变时效试验建立球碗的蠕变模型，将其作为仿真输入所需的数据，结合球碗的热变形效应，以球碗的最大应力值和接触应力分布均匀性为评价参数，确定经过热处理后的球铰过盈量；
步骤5)通过刚度试验并结合CAE分析技术确定经过磨损试验后的球铰磨损量；
步骤6)利用CAE分析技术计算球销的拉出力与压出力，并通过修改收口尺寸完成球铰结构设计；
步骤7)利用CAE分析技术计算球铰连杆的拉溃力与压溃力，并通过压杆稳定理论得出具体的压溃力，并利用CAE分析技术进行屈曲分析并加以验证；
步骤8)利用CAE分析技术对球铰连杆进行防尘罩运动干涉分析，避免防尘罩因干涉而破损失效；
步骤9)利用CAE分析技术进行球销的强度分析与疲劳分析，从而保证球销的设计可靠性。
所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤1)中利用CETR-UTM多功能摩擦磨损试验机通过销盘旋转运动摩擦实验对摩擦特性进行探究，采用控制单一变量法，从而建立摩擦系数与两者间的函数。
所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤2)中旋铆工艺参数决定了旋铆质量，在旋铆工艺过程中，球座的最大应力值必须小于球座材料的抗拉强度，且须保证支撑力的上限值，等确定了轴径向过盈量，再确定顶杆支撑力的下限值。
所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤3)中轴向过盈量作用下球铰扭矩的理论计算方法如下：
由于圆环的面积为：
dA＝2πrsinα，rdα
则球碗下球面的圆环正压力表示为：
dN＝P·2πrsinα·rdα
将圆环作用力扩展到整个下球面，即可表示为：
对球碗上球面进行分析，在轴向力作用下，球碗与球座形成挤压，产生了指向球心的径向力F′，其中
则球碗上球面的正压力表示为：
摩擦力dF可表示为：
dF＝f(P，V)dN
下半球的转动摩擦力矩M1为：
上半球的转动摩擦力矩M2为：
所以，球铰的总摩擦力矩为：
M′＝M1+M2。
所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤3)中径向过盈量作用球铰扭矩的理论计算方法如下所述：
球碗下球面的作用力可表示为：
球碗上球面的圆环正压力表示为：
所以，球铰的总摩擦力矩为：
所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤4)中考虑球碗的热变形效应，在80-85℃下建立蠕变时效模型。
所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤4)中蠕变时效模型是由蠕变试验得到各载荷下随时间变化的应力-应变曲线，其蠕变应变表达式为ε＝f(σ，t，T)。
所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤6)中计算拉出力时只需给球销施加轴向位移,使球销拉出球座即可，若拉出力不满足要求，则需要修改收口尺寸；同理，计算压出力也只需施加位移，使得球销与盖板一同压出球座，若压出力不达标，则需要修改铆边厚度和铆边高度。
所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤7)中根据材料力学里的压杆稳定理论，可计算得出压溃力，稳定杆连杆可视作铰接连杆进行分析，两端铰支时，L0＝L，μ＝1，压溃力的计算公式如下:
其中，I为连杆的惯性矩，E为弹性模量，ι为杆长，μ为杆长系数；
若压溃力不达标，则修改连杆截面尺寸，加大抗弯刚度，或更换刚度更大的材料。
所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤9)中球销的疲劳分析：在球销的球心点进行加载，然后施加交变载荷的循环次数，最终得出疲劳寿命；球销的强度分析：在球心点施加强制位移，然后在结果处理时提取最大反作用力值；若强度分析和疲劳分析不达标，则增大球颈部位的直径，或者采用抗拉强度更大的合金钢。
本发明的技术方案如下：
1)优化球铰旋铆工艺参数，减小了球碗因旋铆工艺存在的残余应力。
2)以球铰的摆动力矩与转动力矩为优化目标，轴向过盈配合量与径向过盈配合量为变量，进行理论建模与试验验证；
3)根据球碗的蠕变时效模型，确定热处理环境下球碗发生应力松弛后的过盈配合量组合；
4)在球铰磨损量测试过程中，存在弹性变形量、塑性变形量与磨损量，以CAE分析手段确定磨损量的具体数值；
5)通过球铰拉压溃力、连杆拉压溃力等参数分析，保证球铰的实用性与使用安全性。
附图说明
图1为本发明球铰内部结构示意图；
图2为本发明试验盘结构示意图；
图3为本发明试验销结构示意图；
图4为本发明旋铆工艺示意图；
图5为本发明轴向过盈配合下的球碗受力示意图；
图6为本发明径向过盈配合下的球碗受力示意图；
图7为本发明连杆拉压溃力示意图；
图8为本发明球销强度分析与疲劳分析示意图。
图中：101-球销，102-卡环，103-防尘罩，104-球座，105-球碗，106-盖板，401-旋铆头，402-上压板，403-下压板。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步描述。
汽车球铰主要包括球销、球碗、球座及盖板，其结构如图1所示。球铰装配过程涉及结构设计、材料选择、工艺设计、测试等多个方面。在球铰的结构设计方面，由于涉及因素比较多，目前尚未形成完善的设计规范。若球铰内部接触区域产生间隙，则在汽车转向过程中会因球碗与球销间的微幅度碰撞而产生冲击噪声，进而加剧球碗磨损。为了避免产生该问题,球铰内部各个零件采取过渡配合或者过盈配合方式进行装配。由于过盈配合量的选取会影响各个球铰性能参数，例如轴径向刚度、摆动扭矩和转动扭矩，启动扭矩以及磨损量等，需要利用FEA方法对球铰结构进行分析与优化。
下面就相关细节进行详述，其步骤如下所示。
第一步，先得到仿真过程中与理论验证所需要的摩擦系数函数。利用CETR-UTM多功能摩擦磨损试验机通过销盘旋转运动摩擦实验对摩擦特性进行探究，采用控制单一变量法，每一因素需确定一个基本水平以减少不必要的实验次数。速度由输入的转速直接决定，实验过程中，速度大小保持恒定，有利于提供一个恒定的摩擦系数值。试验中，采用等量的锂基润滑脂。如图2和图3所示，试验盘为球销材料，试验销为球碗材料。根据试验结果进行数据拟合，得到仿真分析前期输入的函数。
f＝f(P，v)
其中，P为接触压强，v为速度。
第二步，如图4所示，根据实际旋铆头的实际尺寸，与铆边接触的地方采用曲线拟合弧面形状。旋铆工艺参数决定了旋铆质量，故而分析轴向下压速度与旋转转速对球碗应力与球座应力值的影响。最重要的是，必须保证旋铆工艺过程中，球座的最大应力值必须小于球座材料的抗拉强度。其次，在旋铆过程中，需要保证顶杆支撑力的大小。若该支撑力过大，则会加大球座的应力值，进而使得球座因达到抗拉强度而产生裂纹。若支撑力过小，则盖板与球碗之间的过盈配合无法实现，或者实际轴向过盈量小于设定值，进而导致扭矩值过小且轴向刚度值过小，不满足使用要求。在本步骤，须保证支撑力的上限值。等确定了轴径向过盈量，再确定顶杆支撑力的下限值。
第三步，通过CAE分析方法得到球碗内表面上各个节点的接触压强CPRESS，进而计算摩擦力矩。根据图5所示，具体计算轴向过盈量作用下的球铰扭矩的方法如下所述：
由于圆环的面积为
dA＝2πrsinα，rdα
则球碗下球面的圆环正压力表示为
dN＝P.2πrsinα·rdα
将圆环作用力扩展到整个下球面，即可表示为
对球碗上球面进行分析，在轴向力作用下，球碗与球座形成挤压，产生了指向球心的径向力F′。其中，
则球碗上球面的正压力表示为
摩擦力dF可表示为
dF＝f(P,V)dN
下半球的转动摩擦力矩M1为
上半球的转动摩擦力矩M2为
所以，球铰的总摩擦力矩为
M′＝M1+M2
根据图6所示，具体计算径向过盈量作用下的球铰扭矩的方法如下所述：
球碗下球面的作用力可表示为
球碗上球面的圆环正压力表示为
所以，球铰的总摩擦力矩为
以符合扭矩要求的接触应力均值与各节点的接触应力值偏差为评价参数，确定合理的轴向过盈量和径向过盈量。
第四步，由于球碗材料为POM，在80-85℃环境下会产生较为明显的蠕变时效现象。因此，以载荷与时间为变量，通过蠕变试验得到各载荷下随时间变化的应力-应变曲线。蠕变应变表达式为ε＝f(σ，t，T),根据建立的蠕变模型结合CAE分析技术获得热处理后的球铰应力状态。
第五步，根据蠕变模型利用CAE技术分析不同轴径向过盈量下的接触应力值，同时考虑球碗产生的热变形效应，进而选取最佳的过盈量。对于轴向刚度的分析,对球销模型施加轴向的载荷,在后处理中得到球销的轴向位移量。对于径向刚度的分析，只需施加径向载荷即可，其他细节类同。若刚度值过小，则会影响球铰的NVH性能。
第六步，根据选取得到的过盈量进行球铰装配。当球铰经过载荷谱的多次循环下，球碗的内表面会产生黏着磨损和磨粒磨损。为了评判磨损量是否超过主机厂规定的上限值，需要进行检测。由于球铰内部结构较为复杂不易拆卸且有润滑脂干扰，无法通过称重法测出球碗的磨损量。因此，通过刚度试验方式进行测量，对比在磨损试验前的位移值与磨损试验后的位移值，即可得到磨损量。但是，由于球碗的屈服强度较低，刚度测试中球碗在受载下会产生未知的塑性变形量。由于试验前后的塑性变形量具有差异性，因此，通过CAE技术计算出弹性位移量和塑性位移量，根据已知量即可得出磨损量。
第七步，为了保证球铰件的使用安全性，对球铰拉出力和压出力进行分析显得至关重要。在分析过程中，只需给球销施加轴向位移,使球销拉出球座即可。若拉出力不满足要求，则需要修改收口尺寸。同理，计算压出力也只需施加位移，使得球销与盖板一同压出球座。若压出力不达标，则需要修改铆边厚度和铆边高度。
第八步，如图7所示，对稳定杆连杆施加作用力。一般而言，稳定杆连杆的拉溃力的值都大于压溃力，所以只需要校核压溃力是否达标即可。根据材料力学里的压杆稳定理论，可计算得出压溃力。稳定杆连杆可视作铰接连杆进行分析，两端铰支时，L0＝L，μ＝1。压溃力的计算公式如下:
其中，I为连杆的惯性矩，E为弹性模量，ι为杆长，μ为杆长系数。
根据理论公式即可得到理论值，并且利用CAE分析技术进行屈曲分析并加以验证。若压溃力不达标，则修改连杆截面尺寸，加大抗弯刚度。另外，更换刚度更大的材料。由于球铰点在整车装配中处于固定位置，因此无法通过减小连杆长度以增大压溃力。
第九步，利用CAE分析技术对防尘罩运动干涉分析。防尘罩是球头销总成中的重要零件，其材料为橡胶材料。密封唇与球销表面间具有足够的接触压强以维持密封状态。防尘罩在摆动中与连杆发生干涉.经过长时间的碰撞而造成破损，进而泥水从破损部位进入球铰内部而导致失效。另外，由于橡胶材料的抗拉性能较差，所以防尘罩运动时拉伸侧的最大应力越小越好。若防尘罩在球销摆动过程中长期处于拉应力较大的状态，则会导致疲劳破损。因此，修改防尘罩模型尺寸可对其进行优化。
第十步，对球销进行疲劳分析与强度分析，如图8所示。若球销发生断裂，则汽车就无法进行安全行驶。一般而言，在球销的球心点进行加载，然后施加交变载荷的循环次数，最终得出疲劳寿命。对于球销的强度分析，在球心点施加强制位移，然后在结果处理时提取最大反作用力值。若强度分析和疲劳分析不达标，则增大球颈部位的直径，或者采用抗拉强度更大的合金钢。若渗碳淬火工艺中存在缺陷，则导致球销颈部的金相组织不良、无淬硬层，需要优化球销的热处理工艺。除此之外，还需基于试验考察球销在常温和低温下的冲击性能，在冲击后测量计算球销径向偏斜角度，并在显微镜下观察球销是否有明显裂纹。
综上,本发明基于CAE技术进行各项性能参数的分析，具体对球铰的扭矩、径向强度、刚度、拉溃力等性能指标进行分析。一开始通过摩擦试验得到摩擦系数与接触压强、速度两个变量间的函数关系，再在仿真过程中完成接触属性定义。然后,优化球铰的轴径向过盈量，间接地减小球铰的磨损风险。通过分析连杆强度等性能指标与修改球铰各零件结构尺寸来保证球铰的设计可靠性,有利于提高球铰件的产品质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,应当指出的是,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)利用摩擦磨损试验测出脂润滑状态下球销材料样件与球碗材料样件间的摩擦系数，以载荷与转速为自变量，建立摩擦系数与两者间的函数，即仿真分析前期输入的函数；
f＝f(P，v)
其中，P为接触压强，v为速度；
步骤2)利用CAE分析技术对旋铆工艺参数进行优化，以球座与球碗的最大应力值为评价参数，确定具体的轴向下压速度值与旋铆转速值；
步骤3)利用CAE分析技术对球铰的轴向过盈量及径向过盈量进行优化，结合扭矩理论计算方法模型，以球碗的最大应力值和接触应力分布均匀性为评价参数，确定最佳的轴向过盈量和径向过盈量；
步骤4)利用CAE分析技术对经过热处理后的球铰的轴径向过盈量进行优化，通过蠕变时效试验建立球碗的蠕变模型，将其作为仿真输入所需的数据，结合球碗的热变形效应，以球碗的最大应力值和接触应力分布均匀性为评价参数，确定经过热处理后的球铰过盈量；
步骤5)通过刚度试验并结合CAE分析技术确定经过磨损试验后的球铰磨损量；
步骤6)利用CAE分析技术计算球销的拉出力与压出力，并通过修改收口尺寸完成球铰结构设计；
步骤7)利用CAE分析技术计算球铰连杆的拉溃力与压溃力，并通过压杆稳定理论得出具体的压溃力，并利用CAE分析技术进行屈曲分析并加以验证；
步骤8)利用CAE分析技术对球铰连杆进行防尘罩运动干涉分析，来优化防尘罩模型尺寸，避免防尘罩因干涉而破损失效；
步骤9)利用CAE分析技术进行球销的强度分析与疲劳分析，从而保证球销的设计可靠性。
2.根据权利要求1所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤1)中利用CETR-UTM多功能摩擦磨损试验机通过销盘旋转运动摩擦实验对摩擦特性进行探究，采用控制单一变量法，从而建立摩擦系数与两者间的函数。
3.根据权利要求1所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤2)中旋铆工艺参数决定了旋铆质量，在旋铆工艺过程中，球座的最大应力值必须小于球座材料的抗拉强度，且须保证顶杆支撑力的上限值，等确定了轴径向过盈量，再确定顶杆支撑力的下限值。
4.根据权利要求1所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤3)中轴向过盈量作用下球铰扭矩的理论计算方法如下：
由于圆环的面积为：
dA＝2πrsinα·rdα
则球碗下球面的圆环正压力表示为：
dN＝P·2πrsinα·rdα
将圆环作用力扩展到整个下球面，即表示为：
对球碗上球面进行分析，在轴向力作用下，球碗与球座形成挤压，产生了指向球心的径向力F′，其中
则球碗上球面的正压力表示为：
摩擦力dF表示为：
dF＝f(P，V)dN
下半球的转动摩擦力矩M1为：
上半球的转动摩擦力矩M2为：
所以，球铰的总摩擦力矩为：
M′＝M1+M2。
5.根据权利要求1或4所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤3)中径向过盈量作用球铰扭矩的理论计算方法如下所述：
球碗下球面的作用力表示为：
球碗上球面的圆环正压力表示为：
所以，球铰的总摩擦力矩为：
6.根据权利要求1所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤4)中考虑球碗的热变形效应，在80-85℃下建立蠕变时效模型。
7.根据权利要求1或6所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤4)中蠕变时效模型是由蠕变试验得到各载荷下随时间变化的应力-应变曲线，其蠕变应变表达式为ε＝f(σ，t，T)。
8.根据权利要求1所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤6)中计算拉出力时只需给球销施加轴向位移,使球销拉出球座即可，若拉出力不满足要求，则需要修改收口尺寸；同理，计算压出力也只需施加位移，使得球销与盖板一同压出球座，若压出力不达标，则需要修改铆边厚度和铆边高度。
9.根据权利要求1所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤7)中根据材料力学里的压杆稳定理论，计算得出压溃力，稳定杆连杆可视作铰接连杆进行分析，两端铰支时，L0＝L，μ＝1，压溃力的计算公式如下:
其中，I为连杆的惯性矩，E为弹性模量，L为杆长，μ为杆长系数；
若压溃力不达标，则修改连杆截面尺寸，加大抗弯刚度，或更换刚度更大的材料。
10.根据权利要求1所述的一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法，其特征在于，所述步骤9)中球销的疲劳分析：在球销的球心点进行加载，然后施加交变载荷的循环次数，最终得出疲劳寿命；球销的强度分析：在球心点施加强制位移，然后在结果处理时提取最大反作用力值；若强度分析和疲劳分析不达标，则增大球颈部位的直径，或者采用抗拉强度更大的合金钢。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811117055.5A CN109408891B (zh) | 2018-09-25 | 2018-09-25 | 一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811117055.5A CN109408891B (zh) | 2018-09-25 | 2018-09-25 | 一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109408891A CN109408891A (zh) | 2019-03-01 |
| CN109408891B true CN109408891B (zh) | 2023-06-20 |
Family
ID=65465153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811117055.5A Active CN109408891B (zh) | 2018-09-25 | 2018-09-25 | 一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109408891B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111241636B (zh) * | 2020-01-09 | 2023-04-25 | 浙江理工大学 | 一种推力杆球铰的优化设计方法 |
| CN112611554B (zh) * | 2020-11-30 | 2023-09-26 | 中国汽车工程研究院股份有限公司 | 一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107203668A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-09-26 | 四川望锦机械有限公司 | 一种基于cae的汽车球铰结构设计方法 |
| CN107967387A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-04-27 | 成都望锦汽车部件有限公司 | 一种汽车球铰工作力矩的有限元设计方法 |
-
2018
- 2018-09-25 CN CN201811117055.5A patent/CN109408891B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109408891A (zh) | 2019-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109408891B (zh) | 一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法 | |
| CN105531050A (zh) | 车轮支承用滚动轴承单元的制造方法 | |
| Raju et al. | Evaluation of fatigue life of aluminum alloy wheels under radial loads | |
| WO2015174323A1 (ja) | タイヤの転がり抵抗予測方法およびタイヤの転がり抵抗予測装置 | |
| Borawski | Common methods in analysing the tribological properties of brake pads and discs–a review | |
| KR20110036135A (ko) | 마스터 타이어 및 그 마스터 타이어를 사용한 타이어 유니포미티 시험기의 검사 방법 | |
| US20180320772A1 (en) | Lightweight torque transmission gear | |
| CN107203668A (zh) | 一种基于cae的汽车球铰结构设计方法 | |
| CN110263487A (zh) | 一种机械产品加速疲劳寿命试验方法 | |
| Liu et al. | A novel theoretical model of tire in-plane dynamics on uneven roads and its experimental validation | |
| Grubisic et al. | Methodology for effective design evaluation and durability approval of car suspension components | |
| Ballo et al. | Numerical and experimental study of radial impact test of an aluminum wheel: towards industry 4.0 virtual process assessment | |
| CN211374012U (zh) | 一种发动机轴系刚度模拟与加载精度控制装置 | |
| Lee et al. | Finite element modeling and fatigue analysis of hypoid gears installed in a power transfer unit with a correlational study based on an experimental investigation | |
| Bonisoli et al. | Improvements on design and validation of automotive steel wheels | |
| JP4905915B2 (ja) | タイヤの数値解析モデルの作成方法、及び、タイヤの転がり抵抗の解析方法 | |
| CN115345042A (zh) | 基于分级模型的金属密封法兰连接性能评价及优化方法 | |
| Karandikar et al. | Fatigue life prediction for wheels by simulation of the rotating bending test | |
| Shang et al. | Wheel impact performance with consideration of material inhomogeneity and a simplified approach for modeling | |
| Papinniemi et al. | An investigation of in-plane vibration modes in disc brake squeal noise | |
| JP5533020B2 (ja) | タイヤの転がり抵抗を予測する方法および解析する方法と、タイヤの転がり抵抗を予測する予測装置および解析する装置 | |
| Vijaykumar et al. | Crankshaft design optimization to improve dynamic balancing and fatigue strength | |
| CN113484176A (zh) | 一种油封可靠性验证方法 | |
| Solazzi et al. | Development of an innovative test machine for tyre, wheel and suspension systems for automotive and industrial vehicles | |
| Rovarino et al. | Hardware and virtual test-rigs for automotive steel wheels design |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |