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(jīng)常拆分球頭連接處，由于操作空間受限以及操作方法不當(dāng)，易引起球頭損壞和失效，影響車輛性能和安全。本文結(jié)合乘用車因拆卸維修引起的球頭失效案例，進(jìn)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(xiàn)，可作為故障原因識別的參考。針對市場上常規(guī)拆卸方式的局限性，提出一種新型的無損拆卸方法，結(jié)構(gòu)簡單易操作、具有廣泛適用性，且經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證有良好效果，可普及推廣。

關(guān)鍵詞：懸架球頭;失效分析;無損拆卸

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

劉曉卉

畢業(yè)于西南交通大學(xué)，碩士研究生。現(xiàn)就職于東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心底盤部，任主管工程師，主要研究方向?yàn)樾凶呦到y(tǒng)設(shè)計(jì)，已發(fā)表文章數(shù)篇。

1前言

懸架球頭是連接轉(zhuǎn)向節(jié)和擺臂的重要零件。當(dāng)汽車勻速行駛、加速或者減速行駛、轉(zhuǎn)向時(shí)，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(dāng)車輪發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，會(huì)對該處產(chǎn)生垂直方向的外載力。球頭失效會(huì)引起汽車異響、擺振，影響四輪定位參數(shù)，加劇輪胎磨損等現(xiàn)象，若球銷脫出或斷裂，則將引起嚴(yán)重交通事故。因此，懸架球頭是保證汽車操縱穩(wěn)定性，行駛平順性、舒適性、安全性及使汽車正確、準(zhǔn)確行駛的關(guān)鍵零部件。但因懸架球頭連接處作為底盤中重要的連接點(diǎn)，在保養(yǎng)維修中經(jīng)常需要被拆卸，而拆卸操作方法不當(dāng)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(jié)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(zhuǎn)向節(jié)和擺臂，使輪邊零件能上下跳動(dòng)和左右轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車輪的跳動(dòng)和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向節(jié)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(gè)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(dòng)軸、制動(dòng)卡鉗、輪轂軸承、轉(zhuǎn)向機(jī)等）進(jìn)行維修更換時(shí)，需要先行將球頭與轉(zhuǎn)向節(jié)、或球頭與控制臂分開，因控制臂與球頭連接一般采用多個(gè)螺栓連接或者壓裝，所以通常會(huì)選擇拆分球頭與轉(zhuǎn)向節(jié)之間的連接。但面臨的問題是，螺母拆下后因擰緊連接產(chǎn)生的變形仍使球銷被緊夾在轉(zhuǎn)向節(jié)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(guī)范的情況，如直接敲擊球頭、使用撬棍撬動(dòng)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(dòng)，即出現(xiàn)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(hù)零件，且作為車輛關(guān)重件，設(shè)計(jì)上要求故障率低。但統(tǒng)計(jì)分析近期乘用車開發(fā)試驗(yàn)以及市場售后反饋的20余起懸架球頭松曠、竄動(dòng)、防塵罩油脂外泄故障，因產(chǎn)品質(zhì)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(dāng)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(xiàn)老化龜裂現(xiàn)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(huì)較零散，不會(huì)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(jìn)行基本的性能檢查，主要包括力矩檢測及軸向位移檢測。發(fā)現(xiàn)3故障件均出現(xiàn)了力矩消失現(xiàn)象，且軸向拉壓球銷，有間隙感，實(shí)測數(shù)據(jù)見表1。說明球頭內(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)三個(gè)故障件防塵罩破口均內(nèi)外貫穿，且破口相對的球頭殼體表面有磕痕，內(nèi)部油脂也均已進(jìn)水，失去潤滑功能。其中，故障件A的防塵罩唇口已嚴(yán)重變形破損，露出內(nèi)部鋼圈，明顯為防塵罩上部受到強(qiáng)力撬動(dòng)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(jié)果，三個(gè)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(dǎo)致。防塵罩破損后，泥水通過破口進(jìn)入內(nèi)部，潤滑脂失效，球頭在不斷擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)過程中無法有效潤滑，引起過度磨損，進(jìn)而引起球頭出現(xiàn)間隙失效。同時(shí)，經(jīng)了解發(fā)現(xiàn)在拆解球頭與轉(zhuǎn)向節(jié)之間的連接時(shí)，試驗(yàn)現(xiàn)場及部分4s店會(huì)直接敲擊控制臂、球頭，或采用撬棍撬動(dòng)該處進(jìn)行拆卸。這些操作方法極易損壞球頭防塵罩，引起后續(xù)失效，證明了上述非正常外力即為拆卸維修中的不當(dāng)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(xiàn)，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(fā)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(guī)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(shí)，叉臂卡住轉(zhuǎn)向節(jié)球銷孔外緣，一字臂或螺桿壓在球銷頭部，通過扳手轉(zhuǎn)動(dòng)施力螺桿將球銷壓出，該工具可在拆卸球頭的時(shí)候有效保護(hù)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(dòng)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(guī)拆卸方法在實(shí)際操作中具有很大的局限性。懸架球頭、轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂為底盤件，位于車身地板之下，拆卸維修時(shí)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(dòng)卡鉗、傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guī)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(huán)、端板、滑塊定位螺栓、鏈條構(gòu)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(dòng)，其與端板之間的距離連續(xù)可調(diào)，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(huán)上。

在拆卸操作過程中，首先拆除球銷與轉(zhuǎn)向節(jié)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(dòng)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(huán)上，準(zhǔn)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(dòng)拆卸下來。由于施力點(diǎn)位于車輛底盤外側(cè)，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(gè)操作過程中，工具未與懸架球頭產(chǎn)生接觸，有效的保護(hù)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(diǎn)、鏈條與控制臂接觸點(diǎn)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(hù)零件漆層。

該工具結(jié)構(gòu)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(jīng)過在試驗(yàn)車輛上進(jìn)行驗(yàn)證，采用此方法進(jìn)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(yàn)證有效。

5結(jié)論

在目前乘用車試驗(yàn)及市場售后中，對球頭拆卸存在很多操作不當(dāng)?shù)那闆r，導(dǎo)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(shí)易損的球頭防塵罩起到良好的保護(hù)作用，該方法經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證便捷有效，顯著地提高了球頭的使用壽命。同時(shí)，由于提出的新型無損拆卸工具結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，易普及推廣。