[发明专利]一种融合生产工艺的汽车球铰结构设计方法

权利要求书

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＝2πrs_inα·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)。