悬架球头失效分析及无损拆卸方法探讨

刘晓卉

摘要：悬架球头是车辆的重要安全件，在底盘零件拆卸维修过程中，需经常拆分球头连接处，由于操作空间受限以及操作方法不当，易引起球头损坏和失效，影响车辆性能和安全。本文结合乘用车因拆卸维修引起的球头失效案例，进行了故障件失效分析，阐明了因拆卸引起球头失效的典型表现，可作为故障原因识别的参考。针对市场上常规拆卸方式的局限性，提出一种新型的无损拆卸方法，结构简单易操作、具有广泛适用性，且经实际验证有良好效果，可普及推广。

关键词：悬架球头;失效分析;无损拆卸

中图分类号：U463.33 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2020）04-0074-06

刘晓卉

畢业于西南交通大学，硕士研究生。现就职于东风汽车集团有限公司技术中心底盘部，任主管工程师，主要研究方向为行走系统设计，已发表文章数篇。

1前言

悬架球头是连接转向节和摆臂的重要零件。当汽车匀速行驶、加速或者减速行驶、转向时，该接头处主要承受从车轮传递过来的水平方向的外载力;当车轮发生跳动时，会对该处产生垂直方向的外载力。球头失效会引起汽车异响、摆振，影响四轮定位参数，加剧轮胎磨损等现象，若球销脱出或断裂，则将引起严重交通事故。因此，悬架球头是保证汽车操纵稳定性，行驶平顺性、舒适性、安全性及使汽车正确、准确行驶的关键零部件。但因悬架球头连接处作为底盘中重要的连接点，在保养维修中经常需要被拆卸，而拆卸操作方法不当极易造成球头早期损坏失效，影响车辆性能及行车安全。本文结合乘用车在拆卸维修中造成的球头失效案例，分析了问题原因，提出了有效的解决方法。

2悬架球头简介

悬架球头连接转向节和摆臂，使轮边零件能上下跳动和左右转动，从而实现车轮的跳动和转向功能，让整车按照指定的方向行驶。以某一球头总成为例，球头总成主要由球销、球座、防尘罩、卡圈、壳体组成，如图1所示：

球头与转向节有2种常见的连接方式，分别为锥度连接、圆柱连接，如图2所示：

球头与控制臂的2种常见连接方式见图3，分别为3个螺栓或铆钉连接，或压装连接。

在很多底盘零件（如减震器、传动轴、制动卡钳、轮毂轴承、转向机等）进行维修更换时，需要先行将球头与转向节、或球头与控制臂分开，因控制臂与球头连接一般采用多个螺栓连接或者压装，所以通常会选择拆分球头与转向节之间的连接。但面临的问题是，螺母拆下后因拧紧连接产生的变形仍使球销被紧夹在转向节球销孔上，需要用较大的力才能分离。该处操作空间小，且普遍存在操作方法不规范的情况，如直接敲击球头、使用撬棍撬动球头等，极易使球头在拆卸过程中引起损坏及失效。

3故障件失效分析

悬架球头的失效形式主要有：松旷，即力矩丧失;窜动，即出现轴向间隙;球销变形;球销脱出;球销断裂;防尘罩损坏等。乘用车悬架球头是终生免维护零件，且作为车辆关重件，设计上要求故障率低。但统计分析近期乘用车开发试验以及市场售后反馈的20余起悬架球头松旷、窜动、防尘罩油脂外泄故障，因产品质量问题或正常磨耗造成的失效比例极低，90%以上的失效是拆卸球头过程中的不当操作造成的，该问题引起了高度重视。下文以3种不同车型故障球头的失效分析举例说明。

3.1外观检查

检查三台车故障件，防尘罩表面均有破口，油脂外泄，但破口平整并未出现老化龟裂现象，破口附近的壳体表面有明显的磕碰、敲打损伤痕迹。若车辆在行驶过程中遭受石击，磕碰痕、划痕会较零散，不会如此集中，且通常控制臂漆层具有抗石击作用，因此可排除正常石击造成的磕碰痕迹。观察故障件控制臂及球头受损形式，判断为非正常外力致使，见图4所示：

3.2性能检查

对故障球头进行基本的性能检查，主要包括力矩检测及轴向位移检测。发现3故障件均出现了力矩消失现象，且轴向拉压球销，有间隙感，实测数据见表1。说明球头内部已异常磨损，球销与球座之间已非紧密配合，球头失效。

3.3拆解检查

拆解故障球头，观察内部结构，发现三个故障件防尘罩破口均内外贯穿，且破口相对的球头壳体表面有磕痕，内部油脂也均已进水，失去润滑功能。其中，故障件A的防尘罩唇口已严重变形破损，露出内部钢圈，明显为防尘罩上部受到强力撬动挤压所致，如图5所示：

3.4综合分析

综合以上外观、性能、拆解检查结果，三个故障球头的防尘罩均存在贯穿破口，因破口平整无龟裂，故可排除防尘罩老化引起的损坏，且观察防尘罩破口附近的控制臂本体、球头壳体均有集中分布的磕碰痕、划痕，因此可判定为非正常外力敲击导致。防尘罩破损后，泥水通过破口进入内部，润滑脂失效，球头在不断摆动旋转过程中无法有效润滑，引起过度磨损，进而引起球头出现间隙失效。同时，经了解发现在拆解球头与转向节之间的连接时，试验现场及部分4s店会直接敲击控制臂、球头，或采用撬棍撬动该处进行拆卸。这些操作方法极易损坏球头防尘罩，引起后续失效，证明了上述非正常外力即为拆卸维修中的不当操作。

上述故障件失效模式为典型的由拆卸引起的失效表现，可用于球销失效分析的参考，以识别故障原因。针对这种多发的由于拆卸维修造成的球头失效，需要采用无损拆卸的方法。

4无损拆卸方法

4.1常规拆卸方法

4.1.1使用球头拉拔器

市场上在售的球头拉拔器主要有图6所示两种形式，在拆卸球头时，叉臂卡住转向节球销孔外缘，一字臂或螺杆压在球销头部，通过扳手转动施力螺杆将球销压出，该工具可在拆卸球头的时候有效保护防尘罩，见图7。

4.1.2使用惯性拉拔器

若球头附近的控制臂上开有维修孔，可将惯性拉拔器的头部通过拧紧辅助工具固定在该孔处，在控制臂下方滑动惯性锤，利用惯性锤施加拉拔力，将球头拆卸，见下图8：

4.2新型无损拆卸方法

4.2.1提出新型拆卸法的必要性

常规拆卸方法在实际操作中具有很大的局限性。悬架球头、转向节、控制臂为底盘件，位于车身地板之下，拆卸维修时需将车辆吊起以便操作人员检查操作，但因其周围紧凑的分布着制动卡钳、传动轴、转向拉杆等零件，維修空间极小，见图9：

上文提及的球头拉拔器受限于维修空间多无法使用。惯性拉拔器由于所需的操纵空间位于控制臂下方，所以在车辆吊起后不受空间限制，但要求控制臂上必须开维修口。不同车型因结构设计等不同原因，并非都在控制臂外端开孔，所以惯性拉拔器的使用具有很大的局限性。

4.2.2新型拆卸工具

鉴于以上常规拆解方法的弊端，本文提出一种可广泛适用于各种车型的球头拆卸方法。下图10为一种新型悬架球头拆卸工具，由L型梁、滑块、滑块钩环、端板、滑块定位螺栓、链条构成，是由钢管、钢板等组合、焊接而成。L型梁分为横梁和纵梁，横梁约150mm，纵梁约30mm。滑块在横梁上可以自由滑动，其与端板之间的距离连续可调，定位螺栓拧紧后可将滑块与横梁相对固定，因此可适用于不同轮距的车辆。链条一端固定在滑块上，另一端绕挂在控制臂上后，可将端部挂钩连接在滑块钩环上。

在拆卸操作过程中，首先拆除球销与转向节连接处的紧固螺母，再将拆卸工具的端板抵压在托架平整处起到支撑作用，滑块滑动至合适位置后拧紧滑块定位螺栓将滑块固定，链条绕挂在控制臂外端约1/3处，链条自由端挂在滑块钩环上，准备工作完毕。最后锤击横梁的外端，通过杠杆作用将球销振动拆卸下来。由于施力点位于车辆底盘外侧，故操作不受空间限制，且因横梁长度大，即锤击力的力臂长，所以操作人员可以用较小的力完成球头拆卸。在整个操作过程中，工具未与悬架球头产生接触，有效的保护了球头防尘罩。如图11所示。在以上操作中，需注意在端板与托架接触点、链条与控制臂接触点垫放橡胶垫或其他隔离物，避免拆卸工具与零件钢碰钢，以保护零件漆层。

该工具结构简单、成本低廉，且操作便捷、轻松，针对球头附近狭小的操作空间，适用性好，易于普及。经过在试验车辆上进行验证，采用此方法进行球头拆卸后，球头早期故障率明显降低，新型无损拆卸方法验证有效。

5结论

在目前乘用车试验及市场售后中，对球头拆卸存在很多操作不当的情况，导致了因底盘零件拆卸维修引起的球头失效。本文提出了一种对乘用车具有广泛适用性的球头无损拆卸方法，可对拆卸时易损的球头防尘罩起到良好的保护作用，该方法经实践验证便捷有效，显著地提高了球头的使用寿命。同时，由于提出的新型无损拆卸工具结构简单、操作简便，易普及推广。