懸架球頭失效分析及無損拆卸方法探討

劉曉卉

摘要：懸架球頭是車輛的重要安全件，在底盤零件拆卸維修過程中，需經常拆分球頭連接處，由于操作空間受限以及操作方法不當，易引起球頭損壞和失效，影響車輛性能和安全。本文結合乘用車因拆卸維修引起的球頭失效案例，進行了故障件失效分析，闡明了因拆卸引起球頭失效的典型表現，可作為故障原因識別的參考。針對市場上常規拆卸方式的局限性，提出一種新型的無損拆卸方法，結構簡單易操作、具有廣泛適用性，且經實際驗證有良好效果，可普及推廣。

關鍵詞：懸架球頭;失效分析;無損拆卸

中圖分類號：U463.33 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2020）04-0074-06

劉曉卉

畢業于西南交通大學，碩士研究生。現就職于東風汽車集團有限公司技術中心底盤部，任主管工程師，主要研究方向為行走系統設計，已發表文章數篇。

1前言

懸架球頭是連接轉向節和擺臂的重要零件。當汽車勻速行駛、加速或者減速行駛、轉向時，該接頭處主要承受從車輪傳遞過來的水平方向的外載力;當車輪發生跳動時，會對該處產生垂直方向的外載力。球頭失效會引起汽車異響、擺振，影響四輪定位參數，加劇輪胎磨損等現象，若球銷脫出或斷裂，則將引起嚴重交通事故。因此，懸架球頭是保證汽車操縱穩定性，行駛平順性、舒適性、安全性及使汽車正確、準確行駛的關鍵零部件。但因懸架球頭連接處作為底盤中重要的連接點，在保養維修中經常需要被拆卸，而拆卸操作方法不當極易造成球頭早期損壞失效，影響車輛性能及行車安全。本文結合乘用車在拆卸維修中造成的球頭失效案例，分析了問題原因，提出了有效的解決方法。

2懸架球頭簡介

懸架球頭連接轉向節和擺臂，使輪邊零件能上下跳動和左右轉動，從而實現車輪的跳動和轉向功能，讓整車按照指定的方向行駛。以某一球頭總成為例，球頭總成主要由球銷、球座、防塵罩、卡圈、殼體組成，如圖1所示：

球頭與轉向節有2種常見的連接方式，分別為錐度連接、圓柱連接，如圖2所示：

球頭與控制臂的2種常見連接方式見圖3，分別為3個螺栓或鉚釘連接，或壓裝連接。

在很多底盤零件（如減震器、傳動軸、制動卡鉗、輪轂軸承、轉向機等）進行維修更換時，需要先行將球頭與轉向節、或球頭與控制臂分開，因控制臂與球頭連接一般采用多個螺栓連接或者壓裝，所以通常會選擇拆分球頭與轉向節之間的連接。但面臨的問題是，螺母拆下后因擰緊連接產生的變形仍使球銷被緊夾在轉向節球銷孔上，需要用較大的力才能分離。該處操作空間小，且普遍存在操作方法不規范的情況，如直接敲擊球頭、使用撬棍撬動球頭等，極易使球頭在拆卸過程中引起損壞及失效。

3故障件失效分析

懸架球頭的失效形式主要有：松曠，即力矩喪失;竄動，即出現軸向間隙;球銷變形;球銷脫出;球銷斷裂;防塵罩損壞等。乘用車懸架球頭是終生免維護零件，且作為車輛關重件，設計上要求故障率低。但統計分析近期乘用車開發試驗以及市場售后反饋的20余起懸架球頭松曠、竄動、防塵罩油脂外泄故障，因產品質量問題或正常磨耗造成的失效比例極低，90%以上的失效是拆卸球頭過程中的不當操作造成的，該問題引起了高度重視。下文以3種不同車型故障球頭的失效分析舉例說明。

3.1外觀檢查

檢查三臺車故障件，防塵罩表面均有破口，油脂外泄，但破口平整并未出現老化龜裂現象，破口附近的殼體表面有明顯的磕碰、敲打損傷痕跡。若車輛在行駛過程中遭受石擊，磕碰痕、劃痕會較零散，不會如此集中，且通常控制臂漆層具有抗石擊作用，因此可排除正常石擊造成的磕碰痕跡。觀察故障件控制臂及球頭受損形式，判斷為非正常外力致使，見圖4所示：

3.2性能檢查

對故障球頭進行基本的性能檢查，主要包括力矩檢測及軸向位移檢測。發現3故障件均出現了力矩消失現象，且軸向拉壓球銷，有間隙感，實測數據見表1。說明球頭內部已異常磨損，球銷與球座之間已非緊密配合，球頭失效。

3.3拆解檢查

拆解故障球頭，觀察內部結構，發現三個故障件防塵罩破口均內外貫穿，且破口相對的球頭殼體表面有磕痕，內部油脂也均已進水，失去潤滑功能。其中，故障件A的防塵罩唇口已嚴重變形破損，露出內部鋼圈，明顯為防塵罩上部受到強力撬動擠壓所致，如圖5所示：

3.4綜合分析

綜合以上外觀、性能、拆解檢查結果，三個故障球頭的防塵罩均存在貫穿破口，因破口平整無龜裂，故可排除防塵罩老化引起的損壞，且觀察防塵罩破口附近的控制臂本體、球頭殼體均有集中分布的磕碰痕、劃痕，因此可判定為非正常外力敲擊導致。防塵罩破損后，泥水通過破口進入內部，潤滑脂失效，球頭在不斷擺動旋轉過程中無法有效潤滑，引起過度磨損，進而引起球頭出現間隙失效。同時，經了解發現在拆解球頭與轉向節之間的連接時，試驗現場及部分4s店會直接敲擊控制臂、球頭，或采用撬棍撬動該處進行拆卸。這些操作方法極易損壞球頭防塵罩，引起后續失效，證明了上述非正常外力即為拆卸維修中的不當操作。

上述故障件失效模式為典型的由拆卸引起的失效表現，可用于球銷失效分析的參考，以識別故障原因。針對這種多發的由于拆卸維修造成的球頭失效，需要采用無損拆卸的方法。

4無損拆卸方法

4.1常規拆卸方法

4.1.1使用球頭拉拔器

市場上在售的球頭拉拔器主要有圖6所示兩種形式，在拆卸球頭時，叉臂卡住轉向節球銷孔外緣，一字臂或螺桿壓在球銷頭部，通過扳手轉動施力螺桿將球銷壓出，該工具可在拆卸球頭的時候有效保護防塵罩，見圖7。

4.1.2使用慣性拉拔器

若球頭附近的控制臂上開有維修孔，可將慣性拉拔器的頭部通過擰緊輔助工具固定在該孔處，在控制臂下方滑動慣性錘，利用慣性錘施加拉拔力，將球頭拆卸，見下圖8：

4.2新型無損拆卸方法

4.2.1提出新型拆卸法的必要性

常規拆卸方法在實際操作中具有很大的局限性。懸架球頭、轉向節、控制臂為底盤件，位于車身地板之下，拆卸維修時需將車輛吊起以便操作人員檢查操作，但因其周圍緊湊的分布著制動卡鉗、傳動軸、轉向拉桿等零件，維修空間極小，見圖9：

上文提及的球頭拉拔器受限于維修空間多無法使用。慣性拉拔器由于所需的操縱空間位于控制臂下方，所以在車輛吊起后不受空間限制，但要求控制臂上必須開維修口。不同車型因結構設計等不同原因，并非都在控制臂外端開孔，所以慣性拉拔器的使用具有很大的局限性。

4.2.2新型拆卸工具

鑒于以上常規拆解方法的弊端，本文提出一種可廣泛適用于各種車型的球頭拆卸方法。下圖10為一種新型懸架球頭拆卸工具，由L型梁、滑塊、滑塊鉤環、端板、滑塊定位螺栓、鏈條構成，是由鋼管、鋼板等組合、焊接而成。L型梁分為橫梁和縱梁，橫梁約150mm，縱梁約30mm。滑塊在橫梁上可以自由滑動，其與端板之間的距離連續可調，定位螺栓擰緊后可將滑塊與橫梁相對固定，因此可適用于不同輪距的車輛。鏈條一端固定在滑塊上，另一端繞掛在控制臂上后，可將端部掛鉤連接在滑塊鉤環上。

在拆卸操作過程中，首先拆除球銷與轉向節連接處的緊固螺母，再將拆卸工具的端板抵壓在托架平整處起到支撐作用，滑塊滑動至合適位置后擰緊滑塊定位螺栓將滑塊固定，鏈條繞掛在控制臂外端約1/3處，鏈條自由端掛在滑塊鉤環上，準備工作完畢。最后錘擊橫梁的外端，通過杠桿作用將球銷振動拆卸下來。由于施力點位于車輛底盤外側，故操作不受空間限制，且因橫梁長度大，即錘擊力的力臂長，所以操作人員可以用較小的力完成球頭拆卸。在整個操作過程中，工具未與懸架球頭產生接觸，有效的保護了球頭防塵罩。如圖11所示。在以上操作中，需注意在端板與托架接觸點、鏈條與控制臂接觸點墊放橡膠墊或其他隔離物，避免拆卸工具與零件鋼碰鋼，以保護零件漆層。

該工具結構簡單、成本低廉，且操作便捷、輕松，針對球頭附近狹小的操作空間，適用性好，易于普及。經過在試驗車輛上進行驗證，采用此方法進行球頭拆卸后，球頭早期故障率明顯降低，新型無損拆卸方法驗證有效。

5結論

在目前乘用車試驗及市場售后中，對球頭拆卸存在很多操作不當的情況，導致了因底盤零件拆卸維修引起的球頭失效。本文提出了一種對乘用車具有廣泛適用性的球頭無損拆卸方法，可對拆卸時易損的球頭防塵罩起到良好的保護作用，該方法經實踐驗證便捷有效，顯著地提高了球頭的使用壽命。同時，由于提出的新型無損拆卸工具結構簡單、操作簡便，易普及推廣。