Люлеещото се рамо обикновено се намира между волана и каросерията и е компонент за безопасност, свързан с водача, който предава сила, отслабва предаването на вибрации и контролира посоката.
Люлеещото се рамо обикновено се намира между колелото и тялото и е компонент за безопасност, свързан с водача, който предава сила, намалява предаването на вибрации и контролира посоката. Тази статия представя често срещаните структурни дизайни на люлеещото се рамо на пазара и сравнява и анализира влиянието на различните конструкции върху процеса, качеството и цената.
Окачването на шасито на автомобила е грубо разделено на предно окачване и задно окачване. Както предното, така и задното окачване имат люлеещи се рамена, които свързват колелата и каросерията. Люлеещите се рамена обикновено са разположени между колелата и каросерията.
Ролята на водещото люлеещо се рамо е да свързва колелото и рамата, да предава сила, да намалява предаването на вибрации и да контролира посоката. То е компонент за безопасност, свързан с водача. В системата за окачване има структурни части, предаващи сила, така че колелата се движат спрямо каросерията по определена траектория. Структурните части предават натоварването и цялата система за окачване поема отговорността за управлението на автомобила.
Общи функции и структурен дизайн на люлеещото се рамо на автомобила
1. За да се отговаря на изискванията за прехвърляне на натоварване, дизайн и технология на конструкцията на люлеещото се рамо
Повечето съвременни автомобили използват независими системи за окачване. Според различните структурни форми, независимите системи за окачване могат да бъдат разделени на тип с носачи, тип с тегличи, тип многораменна система, тип свещ и тип Макферсън. Напречното рамо и тегличът представляват двусилова структура за едно рамо в многораменната система с две точки на свързване. Две двусилови щанги са сглобени върху универсалната връзка под определен ъгъл, а свързващите линии на свързващите точки образуват триъгълна структура. Долното рамо на предното окачване Макферсън е типично триточково люлеещо се рамо с три точки на свързване. Линията, свързваща трите точки на свързване, е стабилна триъгълна структура, която може да издържи натоварвания в множество посоки.
Структурата на двусиловото люлеещо се рамо е проста, а структурният дизайн често се определя според различния професионален опит и удобство при обработка на всяка компания. Например, при щампована ламаринена конструкция (виж Фигура 1) конструкцията е от единична стоманена плоча без заваряване, а структурната кухина е предимно във формата на "I"; при заварена ламаринена конструкция (виж Фигура 2) конструкцията е от заварена стоманена плоча, а структурната кухина е по-скоро във формата на "口"; или се използват локални армировъчни плочи за заваряване и укрепване на опасните места; при ковашка стоманена конструкция, структурната кухина е плътна, а формата ѝ се регулира предимно според изискванията за оформление на шасито; при ковашка алуминиева конструкция (виж Фигура 3) конструкцията на кухината е плътна, а изискванията за форма са подобни на тези при ковашката стомана; стоманената тръбна конструкция е проста по конструкция, а структурната кухина е кръгла.
Структурата на триточковото люлеещо се рамо е сложна и структурният дизайн често се определя според изискванията на производителя на оригинално оборудване (OEM). При анализа на симулацията на движението, люлеещото се рамо не може да пречи на други части и повечето от тях имат минимални изисквания за разстояние. Например, щампованата ламаринена конструкция се използва най-често едновременно със заварената ламаринена конструкция, отворът за сноп на сензора или скобата за свързване на свързващия прът на стабилизиращата щанга и т.н. ще променят конструктивната структура на люлеещото се рамо; структурната кухина все още е във формата на "устата", а кухината на люлеещото се рамо ще бъде. Затворената конструкция е по-добра от незатворената конструкция. При ковано-обработена конструкция структурната кухина е предимно във формата на "I", което има традиционните характеристики на устойчивост на усукване и огъване; при леене, машинно обработена конструкция, формата и структурната кухина са най-често оборудвани с подсилващи ребра и отвори за намаляване на теглото според характеристиките на леенето; при заваряване на ламарина, комбинираната конструкция с ковано рамо, поради изискванията за пространство на разположение на шасито на превозното средство, сферичният шарнир е интегриран в кованото рамо, а кованото рамо е свързано с ламарината; Ковано-отливната алуминиева конструкция осигурява по-добро използване на материала и производителност от коването и е по-добра от здравината на материала на отливките, което е приложението на нови технологии.
2. Намалете предаването на вибрации към тялото и структурния дизайн на еластичния елемент в точката на свързване на люлеещото се рамо
Тъй като пътната настилка, по която се движи автомобилът, не може да бъде абсолютно равна, вертикалната реакционна сила на пътната настилка, действаща върху колелата, често е ударна, особено при шофиране с висока скорост по лоша пътна настилка. Тази сила на удара също кара водача да се чувства неудобно. В системата на окачване са монтирани еластични елементи, а твърдата връзка се превръща в еластична. След като еластичният елемент е ударен, той генерира вибрации, а непрекъснатите вибрации карат водача да се чувства неудобно. Така че системата на окачване се нуждае от амортисьорни елементи, за да намали бързо амплитудата на вибрациите.
Точките на свързване в структурния дизайн на люлеещото се рамо са еластична връзка и връзка със сферична връзка. Еластичните елементи осигуряват амортизиране на вибрациите и малък брой въртящи се и осцилиращи степени на свобода. Гумените втулки често се използват като еластични компоненти в автомобилите, както и хидравлични втулки и напречни панти.
Фигура 2 Подвижно рамо за заваряване на ламарина
Структурата на гумената втулка е най-често стоманена тръба с гумена външна част или сандвич структура от стоманена тръба-гума-стоманена тръба. Вътрешната стоманена тръба изисква изисквания за устойчивост на налягане и диаметър, а противоплъзгащите назъбвания са често срещани в двата края. Гуменият слой регулира формулата на материала и конструкцията според различните изисквания за твърдост.
Най-външният стоманен пръстен често има изискване за ъгъл на въвеждане, което е благоприятно за пресоване.
Хидравличната втулка има сложна структура и е продукт със сложен процес и висока добавена стойност в категорията втулки. В гумата има кухина, в която има масло. Дизайнът на структурата на кухината се извършва в съответствие с изискванията за производителност на втулката. Ако изтече масло, втулката се поврежда. Хидравличните втулки могат да осигурят по-добра крива на твърдост, което влияе върху цялостната управляемост на автомобила.
Напречната панта има сложна структура и е съставна част от гумени и сферични панти. Тя може да осигури по-добра издръжливост от втулката, ъгъл на завъртане и ъгъл на въртене, специална крива на твърдост и да отговори на изискванията за производителност на цялото превозно средство. Повредените напречни панти ще генерират шум в кабината, когато превозното средство е в движение.
3. С движението на колелото, структурният дизайн на люлеещия се елемент в точката на свързване на люлеещото се рамо
Неравната пътна настилка кара колелата да подскачат нагоре и надолу спрямо каросерията (рамата), като същевременно колелата се движат, например при завиване, движение направо и т.н., което изисква траекторията на колелата да отговаря на определени изисквания. Махащото се рамо и универсалната шарнирна връзка са свързани най-вече чрез сферична панта.
Шарнирната панта на люлеещото се рамо може да осигури ъгъл на завъртане по-голям от ±18° и ъгъл на завъртане от 360°. Напълно отговаря на изискванията за биене на колелата и управление. Шарнирната панта отговаря на гаранционните изисквания от 2 години или 60 000 км и 3 години или 80 000 км за цялото превозно средство.
Според различните методи на свързване между люлеещото се рамо и сферичната панта (сферична връзка), то може да бъде разделено на болтово или нитово съединение, при което сферичната панта има фланец; пресово съединение с интерферентност, при което сферичната панта няма фланец; интегрирано, при което люлеещото се рамо и сферичната панта са „всичко в едно“. За конструкции от един лист метал и заварени конструкции от много лист метал, първите два вида връзки са по-широко използвани; вторият вид връзки, като например ковани стомани, ковани алуминии и чугун, е по-широко използван.
Шарнирната панта трябва да отговаря на изискванията за износоустойчивост при натоварване, тъй като по-големият работен ъгъл в сравнение с втулката изисква по-висок живот. Следователно, шарнирната панта трябва да бъде проектирана като комбинирана конструкция, включваща добро смазване на люлеещата се част и прахоустойчива и водоустойчива смазочна система.
Фигура 3 Ковано алуминиево люлеещо се рамо
Влиянието на дизайна на люлеещото се рамо върху качеството и цената
1. Качествен фактор: колкото по-лек, толкова по-добре
Собствената честота на тялото (известна още като честота на свободните вибрации на вибрационната система), определена от твърдостта на окачването и масата, поддържана от пружината на окачването (пружинна маса), е един от важните показатели за работата на системата на окачване, който влияе върху комфорта на возене на автомобила. Вертикалната честота на вибрациите, използвана от човешкото тяло, е честотата, с която тялото се движи нагоре и надолу по време на ходене, която е около 1-1,6 Hz. Собствената честота на тялото трябва да бъде възможно най-близка до този честотен диапазон. Когато твърдостта на системата на окачване е постоянна, колкото по-малка е пружинната маса, толкова по-малка е вертикалната деформация на окачването и толкова по-висока е собствената честота.
Когато вертикалното натоварване е постоянно, колкото по-малка е твърдостта на окачването, толкова по-ниска е естествената честота на автомобила и толкова по-голямо е пространството, необходимо за колелото да скача нагоре и надолу.
Когато пътните условия и скоростта на превозното средство са еднакви, колкото по-малка е неопружинената маса, толкова по-малко е ударното натоварване върху системата на окачването. Неопружинената маса включва масата на колелото, масата на карданния шарнир и направляващия лост и др.
Като цяло, алуминиевата люлка има най-лека маса, а чугунената - най-голяма. Други са по средата.
Тъй като масата на комплект люлеещи се рамена е предимно по-малка от 10 кг, в сравнение с превозно средство с маса над 1000 кг, масата на люлеещото се рамо има малък ефект върху разхода на гориво.
2. Ценови фактор: зависи от проектния план
Колкото повече изисквания, толкова по-висока е цената. При условие че структурната здравина и твърдост на люлеещото се рамо отговарят на изискванията, изискванията за производствени толеранси, трудността на производствения процес, видът и наличността на материала, както и изискванията за повърхностна корозия, пряко влияят върху цената. Например, антикорозионните фактори: електропоцинкованото покритие, чрез повърхностна пасивация и други обработки, може да постигне около 144 часа; повърхностната защита се разделя на катодно електрофоретично боядисване, което може да постигне 240 часа корозионна устойчивост чрез регулиране на дебелината на покритието и методите на обработка; цинк-желязо или цинк-никелово покритие, което може да отговори на изискванията за антикорозионно изпитване от повече от 500 часа. С увеличаването на изискванията за корозионно изпитване се увеличава и цената на детайла.
Цената може да бъде намалена чрез сравняване на конструктивните схеми и схемите на люлеещото се рамо.
Както всички знаем, различните конфигурации на закрепващите точки осигуряват различни характеристики на шофиране. По-специално, трябва да се отбележи, че една и съща конфигурация на закрепващите точки и различните конструкции на точките на свързване могат да доведат до различни разходи.
Съществуват три вида връзки между конструктивните части и сферичните шарнири: връзка чрез стандартни части (болтове, гайки или нитове), връзка с пресоване и интеграция. В сравнение със стандартната конструкция на свързване, конструкцията с пресоване намалява броя на частите, като болтове, гайки, нитове и други. Интегрираната еднокомпонентна конструкция намалява броя на частите на обвивката на сферичния шарнир в сравнение с конструкцията с пресоване.
Съществуват две форми на свързване между конструктивния елемент и еластичния елемент: предният и задният еластични елементи са аксиално успоредни и аксиално перпендикулярни. Различните методи определят различни процеси на сглобяване. Например, посоката на пресоване на втулката е в една и съща посока и перпендикулярна на тялото на люлеещото се рамо. Може да се използва еднопозиционна двуглава преса за едновременно пресоване на предните и задните втулки, спестявайки работна сила, оборудване и време; ако посоката на монтаж е неравномерна (вертикална), може да се използва еднопозиционна двуглава преса за последователно пресоване и монтаж на втулката, спестявайки работна сила и оборудване; когато втулката е проектирана да се пресова отвътре, са необходими две станции и две преси за последователно пресоване на втулката.
