转向拉杆球销防尘罩破损分析与改进
2023-08-18虞锋保刘春元卢时邦
虞锋保 刘春元 卢时邦
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，泥水进入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 文献标识码：A 文章编号：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
轉向系统对汽车的行驶安全起着重要的作用，它保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶[1]，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]。
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 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：
由上可知，该样车在运行20434km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0.72mm，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。
2.2 故障设计分析
1）干涉现象分析：理论上增加约0.16mm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。
2.3 前悬下极限跳动量对防尘罩影响
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。
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改进的方向，有如表5方案：
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入球窝。泥水进入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，2005：267.
[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，2010：49.
[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，2004.
[5]（德）费德﹒普费尔（Petr Pfeffer），（德）曼弗雷德﹒哈尔（Manfred Harrer）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，2018.12.
