轉(zhuǎn)向拉桿球銷防塵罩破損分析與改進

虞鋒保 劉春元 盧時邦

摘 ?要：轉(zhuǎn)向拉桿球銷總成是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸掛系統(tǒng)重要連接部件，其性能影響到駕駛的安全性和穩(wěn)定性。然而，由于防塵罩的破損，泥水進入球銷總成使球銷及球銷座磨損松曠，通過對轉(zhuǎn)向拉桿球銷防塵罩破損原因分析與結(jié)構(gòu)改進，從而保證了駕駛的安全性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向拉桿；球銷；防塵罩；破損；極限擺角；剛度

中圖分類號：U463 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1005-2550（2023）04-0035-05

Damage Analysis And Improvement Of Dust Cover For Ball Pin Of Steering Tie Rod

YU Feng-bao1，LIU Chun-yuan2，LU Shi-bang1

（ 1. Liuzhou Konghui Automobile Technology Co.， LTD，Liuzhou 545026， China;

2. SGMW，Liuzhou 545007， China ）

Abstract： The ball pin assembly of steering tie rod is an important connecting part of automobile steering system and suspension system， its performance affects the driving safety and 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 damage situation of the steering rod ball pin dust cover and improving its structure， driving safety and stability were ensured.

Key Words： Steering Rod; Ball Pin; Dust Cover; Ultimate Swing Angle; Siffness

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車的行駛安全起著重要的作用，它保證汽車能按駕駛員的意志而進行轉(zhuǎn)向行駛[1]，是決定汽車操穩(wěn)動力學(xué)性能的關(guān)鍵，而轉(zhuǎn)向拉桿的作用則是連接轉(zhuǎn)向機構(gòu)并傳遞力矩和運動。

球頭銷作為轉(zhuǎn)向拉桿的關(guān)鍵零部件，位于轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間，其主要作用在于實現(xiàn)車輪垂直運動和轉(zhuǎn)向運動[2]。即隨輪胎上下運動，通過球頭銷的旋轉(zhuǎn)和擺動，將方向盤的操舵力傳輸給輪胎，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。球銷組件出現(xiàn)故障時，輕則影響汽車的操作穩(wěn)定性，重則會造成車輛操作失靈，導(dǎo)致發(fā)生安全事故。因此，球銷組件的可靠性對整車安全非常重要[3]。

目前，國內(nèi)外汽車上使用的各大系列球銷總成普遍都存在防塵罩的破損，引起球銷由于球面部分磨損而損壞[4]，導(dǎo)致球銷與球窩配合異常現(xiàn)象，所以通過對轉(zhuǎn)向拉桿球銷防塵罩破損情況分析，進而進行結(jié)構(gòu)改進是非常必要的。

1 ? ?故障描述

1.1 ? 問題來源

某車型的一輛樣車在做常規(guī)可靠性耐久路試過程中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接的球銷防塵罩破損，防塵罩表面有明顯的油污，相關(guān)信息如表1所示：

由上可知，該樣車在運行20434km的耐久路試里程后，拉桿球銷擺角比理論設(shè)計值大了2.2°，從而導(dǎo)致球座與轉(zhuǎn)向節(jié)距離比理論設(shè)計小了0.72mm，即球銷防塵套與轉(zhuǎn)向節(jié)干涉量為0.72mm，這是造車球銷防塵套破損的主要原因。

1.2 ? 其他路試車狀態(tài)

為了能準確排查出導(dǎo)致球銷防塵套與轉(zhuǎn)向節(jié)干涉的原因，以及保證最終結(jié)果的準確性，又檢查了其他車型的路試車，發(fā)現(xiàn)也存在有轉(zhuǎn)向節(jié)連接球銷防塵套破損的現(xiàn)象，而造成破損的原因與第一輛樣車一致，具體數(shù)據(jù)信息如表2。

2 ? ?原因調(diào)查

2.1 ? 故障現(xiàn)象分析

1）防塵罩膜部壓縮側(cè)與轉(zhuǎn)向節(jié)干涉。造成該現(xiàn)象的原因是轉(zhuǎn)向節(jié)與球座之間距離過小，導(dǎo)致兩者容易干涉。

2）防塵罩破損區(qū)域有一道約長1/2圓周長的劃痕。因為該劃痕位置固定，因此該干涉摩擦是在某一情況下發(fā)生的。

2.2 ? 故障設(shè)計分析

1）干涉現(xiàn)象分析：理論上增加約0.16mm的干涉量，就會導(dǎo)致防塵罩磨損，甚至出現(xiàn)破損的可能；

2）防塵罩故障件問題關(guān)聯(lián)尺寸調(diào)查：

3）防塵罩變形分析：該結(jié)構(gòu)防塵罩上膜部的剛度相對下膜部小，受擠壓時上膜部的變形量比下膜部大，導(dǎo)致交界處上翹，增大了干涉的風(fēng)險；

4）防塵罩耐久磨損分析：防塵罩處在轉(zhuǎn)向節(jié)與拉桿殼體之間，磨損部分在變形后與轉(zhuǎn)向節(jié)干涉，內(nèi)側(cè)未接觸殼體，故判斷故障件防塵罩是在路試過程中與轉(zhuǎn)向節(jié)干涉摩擦后被割破。

2.3 ? 前懸下極限跳動量對防塵罩影響

表4給出了前懸架下極限跳動量對球銷極限擺角和球座與轉(zhuǎn)向節(jié)最小距離的影響，并以此得出干涉量。

球銷極限擺角：球銷中心線與球座中心線夾角。

球座與轉(zhuǎn)向節(jié)最小距離球座與轉(zhuǎn)向節(jié)最小距離：轉(zhuǎn)向節(jié)下平面銳邊到球座上平面的最小距離，因無法模擬防塵罩變形，故以此距離衡量干涉量。

3 ? ?改進方案

從上述原因分析可知，干涉是導(dǎo)致防塵罩破損的根本原因，故消除防塵罩與轉(zhuǎn)向節(jié)的干涉是改進的方向，有如表5方案：

方案一涉及到兩種零件的模具更改，周期長、成本高；而方案二更改的是橡膠件，更改周期和成本都相對較低，故最終采用方案二。

4 ? ?方案驗證

防塵罩新結(jié)構(gòu)經(jīng)實物極限擺角模擬、臺架試驗后確保可行，同時通過常規(guī)耐久路試中驗證，如下表6，無干涉摩擦、破損現(xiàn)象產(chǎn)生。最后經(jīng)過下達工程變更指令，通知供應(yīng)商投入量產(chǎn)使用。

5 ? ?結(jié)束語

防塵罩是用來防止污物或泥水進入球窩。泥水進入會產(chǎn)生球接頭內(nèi)部腐蝕，污物與腐蝕會加劇磨損并產(chǎn)生間隙，導(dǎo)致早期失效[5]。本文通過對轉(zhuǎn)向拉桿球頭銷防塵罩破損情況進行分析，考慮到前懸下極限跳動量對防塵罩的影響，采用增大防塵罩上膜部剛度方法，從而改善轉(zhuǎn)向拉桿球銷防塵罩破損情況。

參考文獻：

[1]陳家端.汽車構(gòu)造（第五版 下冊）[M].北京：人民交通出版社，2005：267.

[2]日本自動車技術(shù)會.汽車工程手冊5（底盤設(shè)計篇）[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010：49.

[3]汽車前軸擺臂球頭銷結(jié)構(gòu)[P].CH.F16C11/06.CH201220493282.X.2013-03-20.

[4]王望予.汽車設(shè)計（第4版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[5]（德）費德﹒普費爾（Petr Pfeffer），（德）曼弗雷德﹒哈爾（Manfred Harrer）著；李旭東 譯.汽車轉(zhuǎn)向（中文版﹒原書第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2018.12.