某車型前控制臂球頭銷異響分析及改進(jìn)

吳云飛

摘? 要：球頭銷總成是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸掛系統(tǒng)的一個(gè)重要部件，本文所研究分析的控制臂球頭出現(xiàn)球頭異響的失效模式。本文首先通過魚骨圖對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)環(huán)節(jié)進(jìn)行排查，找到了根本原因是球頭鍍層脫落導(dǎo)致非正常磨損從而使整車行駛過程中產(chǎn)生噪音。然后對(duì)球頭銷進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證，最終解決了球頭銷異響問題。系統(tǒng)地介紹了如何分析問題、制訂和驗(yàn)證整改方案，整個(gè)過程對(duì)球頭銷的設(shè)計(jì)開發(fā)工作也有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：前控制臂球頭銷;異響;表面處理;磨損

中圖分類號(hào)：U463. 1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2021）05-0096-04

FLCA Ball Joint Of Vehicle Noise Issue Study And Improvement

WU Yun-fei

（ Benteler automotive co.， ltd， Shanghai 201800， China ）

Abstract： Front lower control arm is the important component in the vehicle of steering and suspension， the ball joint in this paper happened noise issue in vehicle level. It is from man， machine， material， method and environment to do the analysis. Finally found the root cause is ball stud surface treatment， the ball joint noise happened due to the worn of the Zn-Ni coating in the ball stud. First find the issue root cause， then optimized the design and do the design verification， finally solved the noise issue. This paper systematically introduces how to analyze the problem， Define and verify the improvement proposal. This paper also has certain guiding for the design and development of the ball joint.

前下控制臂球頭銷安裝在控制臂上，對(duì)車輛的安全性、舒適性、操控性等具有很重要的影響[1]。球頭銷的失效形式主要存在以下幾種：球頭脫出，球頭斷裂或變形，球頭護(hù)套開裂，球頭異響等[2]。汽車球頭銷總成是實(shí)現(xiàn)車輪上、下跳動(dòng)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，對(duì)車輪起到導(dǎo)向作用，并通過它的轉(zhuǎn)動(dòng)使前懸架車輪支架可以繞主銷偏轉(zhuǎn)[3]。隨著人們生活水平的提高，越來越多的人擁有了私家車，人們對(duì)于車輛舒適性的要求也越來越高，球頭銷發(fā)生異響問題會(huì)直觀的讓駕駛者感受到，影響駕駛者的舒適性。

1? ? 控制臂球頭銷異響問題描述

某車型在售后市場(chǎng)陸續(xù)接收到部分車輛在凹凸路同時(shí)帶轉(zhuǎn)向工況下整車偶發(fā)噪音的反饋。對(duì)車輛進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)更換新控制臂后異響消除，初步鎖定異響來源于控制臂。異響零件返回后，更換新控制臂球頭銷后重新安裝在整車上，進(jìn)行凹凸路驗(yàn)證，異響消除，經(jīng)過排查確認(rèn)異響來自控制臂球頭銷，如圖1所示為車輛偶發(fā)噪聲的工況和產(chǎn)生噪聲源頭的控制臂球頭銷。

2? ?異響原因分析

針對(duì)控制臂球頭出現(xiàn)的噪音異響問題采用魚骨圖從5M1E6因素進(jìn)行排查分析，最終發(fā)現(xiàn)是球桿鍍層在運(yùn)動(dòng)過程中磨損脫落導(dǎo)致球桿和球軸承配合間隙增大從而出現(xiàn)松動(dòng)和異響。

2.1? ?潛在原因分析

根據(jù)球頭銷過往開發(fā)經(jīng)驗(yàn)分析控制臂球頭在行車過程中發(fā)生噪聲異響問題主要有兩個(gè)原因。原因一是球頭護(hù)套在運(yùn)動(dòng)過程中卡簧保護(hù)不嚴(yán)或者護(hù)套破損后，水或者其它雜質(zhì)進(jìn)圖球桿和軸承內(nèi)部導(dǎo)致球桿與軸承非正常磨損從而產(chǎn)生異響[4]，見圖2所示。原因二是球頭銷球桿與連接零件緊固不可靠，力矩松動(dòng)[5]。球桿與連接零件之間存在間隙，當(dāng)球頭銷在整車運(yùn)行過程中受到載荷沖擊產(chǎn)生噪聲，如圖3所示。

2.2? ?失效分析

分析了零件可能產(chǎn)生噪聲的潛在原因后，接下來需要對(duì)失效零件進(jìn)行全面分析，以確認(rèn)問題的根本原因。此次售后退回失效零件有10個(gè)，見下表4所示，對(duì)失效零件進(jìn)行外觀檢查、尺寸檢測(cè)、油脂含水率檢測(cè)、軸向間隙檢測(cè)和涂層厚度檢測(cè)。失效零件外觀并無(wú)破損，漏油或者變形問題。失效零件全尺寸檢測(cè)，尺寸符合圖紙要求無(wú)不符合項(xiàng)。失效零件內(nèi)部油脂檢測(cè)含水率，符合目標(biāo)要求，并沒有內(nèi)部進(jìn)入水的問題。失效零件軸向間隙測(cè)量發(fā)現(xiàn)部分零件存在間隙超過目標(biāo)值的問題，初步評(píng)判是球頭銷與軸承磨損導(dǎo)致。對(duì)零件進(jìn)一步分析，檢測(cè)失效零件鍍層厚度，發(fā)現(xiàn)部分零件涂層厚度明顯低于目標(biāo)值，且軸向間隙也大于目標(biāo)值，因此判斷是球桿在運(yùn)動(dòng)過程中涂層脫落后球桿與軸承發(fā)生非正常磨損，導(dǎo)致球桿與軸承間隙增大，從而在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生噪聲。

2.3? ? 魚骨圖分析過程原因

通過對(duì)失效零件的分析后確認(rèn)是零件涂層存在問題，對(duì)零件的生產(chǎn)過程通過用魚骨圖從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)六個(gè)方面進(jìn)行分析，見圖5所示。確認(rèn)是零件來料問題，球頭銷球桿定義需要Zn-Ni涂層，而球桿與內(nèi)部塑料軸承在行車過程中一直處于相互運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，球桿由于涂覆了Zn-Ni涂層，涂層容易發(fā)生脫落后掉入油脂中，油脂中存在了Zn-Ni涂層雜質(zhì)，雜質(zhì)引起球桿與塑料軸承非正常磨損，最終球桿與塑料軸承配合間隙增大而導(dǎo)致噪聲產(chǎn)生。

3? ?問題優(yōu)化方案

3.1? ?球桿優(yōu)化方案

針對(duì)此控制臂球頭銷異響問題，經(jīng)過系統(tǒng)排查分析，明確了球頭銷異響的根本原因是球桿鍍層脫落導(dǎo)致球桿與軸承的非正常磨損?，F(xiàn)有球桿設(shè)計(jì)尺寸和工藝如下圖6，零件首先是桿部機(jī)加工，然后端部軸頸機(jī)加工，然后球桿球部分進(jìn)行拋光處理為了達(dá)到圖紙要求的直徑公差和圓度公差要求。最后對(duì)球桿進(jìn)行Zn-Ni涂覆。由于存在鍍層處理工藝所以在電鍍前球桿直徑定義為26.99±0.02。電鍍后球部分直徑尺寸保證在27±0.02以滿足零件的匹配要求。

對(duì)原設(shè)計(jì)和工藝進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，將電鍍工藝放在球桿球部分機(jī)加工之前，如下圖7所示。優(yōu)化后設(shè)計(jì)和工藝具體為首先對(duì)球桿干部進(jìn)行機(jī)加工，第二步對(duì)球桿進(jìn)行電鍍，第三步對(duì)球桿端部和軸頸進(jìn)行機(jī)加工，最后對(duì)球桿球部分進(jìn)行最后的拋光處理，拋光后直徑尺寸需滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求27±0.02。工藝調(diào)整后球桿球部分沒有了Zn-Ni涂層，就不會(huì)發(fā)生球桿與軸承運(yùn)動(dòng)過程中涂層脫落的問題，從而解決由于球桿與軸承非正常磨損導(dǎo)致的異響問題。

3.2? ?改善方案臺(tái)架和整車驗(yàn)證

對(duì)改善前后的零件首先進(jìn)行相應(yīng)的臺(tái)架耐久和高負(fù)荷耐久試驗(yàn)，從而對(duì)比分析零件改進(jìn)效果。首先對(duì)改善前后零件進(jìn)行耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)條件左右方向載荷±4361N@8.3Hz，上下方向載荷±618N@8.3Hz，載荷加載耐久次數(shù)1000000次，試驗(yàn)后分別測(cè)量軸向和徑向間隙值，如下圖8所示為改善前后零件臺(tái)架耐久后的軸向和徑向間隙值，試驗(yàn)前后軸向和徑向間隙均有較大程度改善。

然后對(duì)改善前后零件進(jìn)行高負(fù)荷耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)條件軸向載荷30KN@0.2Hz，上下方向載荷25KN@0.2Hz，載荷加載耐久次數(shù)100次，試驗(yàn)后分別測(cè)量軸向和徑向間隙值，如下圖9所示為改善前后零件高負(fù)荷耐久后的軸向和徑向間隙值。從耐久的試驗(yàn)結(jié)果看，球桿的工藝優(yōu)化后，零件的改善效果明顯，但需要進(jìn)一步跟蹤整車狀態(tài)。

經(jīng)過設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化后的零件于19年2月份開始切換，持續(xù)跟蹤新零件在整車售后市場(chǎng)的反饋，如下圖10所示，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)截止2020年12月份。從19年2月份開始切換新零件后，售后異響退件數(shù)量明顯減少，改善效果明顯，數(shù)據(jù)顯示改善方案有效。

4? ? 總結(jié)

控制臂球頭銷安裝在控制臂上，對(duì)車輛的安全性、舒適性、操控性等具有很重要的影響。本文所研究分析的控制臂球頭失效形式為球頭異響，系統(tǒng)地介紹了如何分析問題、制訂和驗(yàn)證整改方案，整個(gè)過程對(duì)球頭銷的設(shè)計(jì)開發(fā)工作也有一定的指導(dǎo)意義。通過魚骨圖對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)環(huán)節(jié)進(jìn)行排查，找到了根本原因是球頭鍍層脫落導(dǎo)致非正常磨損。然后對(duì)球頭銷進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證，最終解決了球頭銷異響問題。

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