鎂鋁合金擺臂球銷的結構設計研究范文
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摘要：機械設備的正常運轉需要借助液壓助力和電子助力轉向機，將產生的動能傳遞給車輪轉向節，但這并不能產生壓力與拉力，使車輪進行正常運轉，車輪轉向節在接收到管柱的力與運動的動能后，需要將力作用到球銷軸線上，球銷將力傳遞出去，這樣才能在設備運行過程中保持車輛本身的穩定。因此，鋁合金擺臂球銷是車輪運轉不可缺少的連接環節，結構設計必須保障科學合理。文章對鋁合金擺臂球銷結構設計進行了簡要的分析。
關鍵詞：鋁合金擺臂球銷；工藝；結構設計
1鋁合金球銷座結構設計
1.1工藝要求
鋁合金球銷座在車輛行駛過程中，不僅要承受扭轉力矩，還需要承受機械設備在運行過程中的彎曲力矩與壓力，所以對球銷座結構的抗壓、抗拉、抗變形、抗彎能力都有著較高的要求，這樣才能保障球銷座的穩定性與可靠性。例如，案例車型在球銷座的設計上選擇鋁合金為原材料，通過機械加工，加工后需要進行100%探傷[1]。
1.2毛坯選材、工藝、處理
機械設備運行中所經過的路面平整度無法控制，處于顛簸路段上設備會產生瞬時沖擊力，這種力直接作用到球銷座上會轉化成巨大的壓力、扭矩以及拉力，脆弱的球銷座可能出現折段或部件開裂的問題。因此，在設計上，原材料的選擇十分重要，要具備抗沖擊、韌度、耐磨、抗疲勞等性能，所以最好選擇鋁合金材質或40Cr為原材料。在進行毛坯生產過程中，為了可以實現大量投產，加工精度不出現誤差，機械加工中需要留取加工余量，通過模鍛制造的方式，先將胚料制作成球銷座的形狀，在利用模鍛控制其統一性。毛坯需要經過熱處理，但是在處理過程中不能改變工件形狀以及整體結構的化學成分，要通過對工件內部顯微組織的改變、表面化學成分的改變，對球銷座的性能進行改善，盡可能的降低殘余應力。
1.3鋁合金球銷座機加工
加工過程首先要選擇球銷座的基準面，盡量選擇精加工的基準面，如果不存精加工，要在加工前做好處理，能夠為后續的加工提供精加工基準面；精加工完成后，需要進入到機加工階段，這部分包括球座孔、安裝面、安裝孔等內容，需要通過粗加工與精加工兩部分來完成，但是最重要的是保障鋁合金球銷與球銷座孔的匹配。
1.4表面處理
由于機械設備運行過程中，底盤會長時間處于污濁狀態，大量的泥沙等附著物會掩蓋球銷座，而且還有大量濕氣長時間氧化球銷座的金屬表面，所以無法保障球銷座的清潔，但是必須保障其金屬面具有抗腐蝕的能力，這樣才能保障其靈活性。因此，可以通過電泳、電鍍合金等方式對球銷座的表面進行防腐處理。
2球銷結構設計
文章通過對兩種球頭銷結構進行對比，借助有限元工具對結構進行具體的解析，從而獲取可靠的設計依據，保障球銷設計的科學性與合理性。具體的步驟為：（1）對球銷模型進行簡化處理，處理過程中去除掉模型的球頭銷與球銷座兩者之間的襯套、塵罩、卡簧，修改球銷座數模完成后，將襯套利用金屬進行代替與球銷接觸，并將壓蓋與球銷座合成為一體，截斷拉桿；（2）進行網絡劃分。考慮到結構內部的對稱性，通常會將鋁合金球銷分成五面體或六面體的球狀網格；該球銷座由于本身不具備對稱性，通常劃分成四面體網格；拉桿與焊道通常會被劃分成六面體環狀網格，如圖1所示；（3）確定材料屬性，彈性模量為E=2.1E5、泊松比為u=0.3；（4）確定邊界條件，球銷與整車的連接需要使用到螺母，結構設計與分析過程中可以利用相應接觸與預載代替螺母進行球銷連接部位預緊，然后對支架側邊進行相應的約束；拉桿屬于二力桿范疇，在處理過程中斷面處加載總大小為2500N的分布力，并建立球銷與球銷座接觸面；（5）結果計算與分析。計算主要依據馮·米賽斯的von Mises屈服準則對圖1中A1與A2兩個部位的最大von Mises應力（基于剪切應變能的一種等效應力）進行計算，A1部位的最大von Mises應力為457.5MPa、A2部位的最大von Mises應力為664.5MPa。基于計算結果進行結構設計，設計要先明確結構設計要求，例如，A1部位需要螺母安裝臺階，中間有凸緣，這會對應力分布產生影響，多一次應力集中，所以，A1變截面設計中，位置1直徑要大于位置2，并且距離荷載施加處的距離要長于位置2，這樣才能保障A1結構中兩個位置的表層的最大應力基本相同。
3結語
綜上所述，鋁合金球銷結構設計直接關系到機械設備操作的穩定性、可靠性與安全性，還會對形式設備的舒適性與平順性起到決定性的作用，所以球銷是機械動力設備的關鍵組成部件，其作用不可替代，在設計過程中，必須合理的進行尺寸的控制、選擇合理的材料、滿足設計要求，保障應力分布均勻，增強與設備使用性的匹配性，從而保障設計質量。
參考文獻：
[1] 曾強,熊雪嬌.論新型汽車擺臂球銷產品及加工工藝方法[J].內燃機與配件,2018,23(6):108-109.
作者:趙月剛 單位:保定市格瑞機械有限公司