Tay đòn thường nằm giữa bánh xe và thân xe, là bộ phận an toàn liên quan đến người lái có tác dụng truyền lực, làm suy yếu khả năng truyền rung và điều khiển hướng.
Tay đòn thường nằm giữa bánh xe và thân xe, là bộ phận an toàn liên quan đến người lái có nhiệm vụ truyền lực, giảm truyền rung và điều khiển hướng. Bài viết này giới thiệu thiết kế kết cấu phổ biến của cánh tay đòn trên thị trường, đồng thời so sánh và phân tích ảnh hưởng của các kết cấu khác nhau đến quy trình, chất lượng và giá cả.
Hệ thống treo khung gầm ô tô được chia thành hệ thống treo trước và hệ thống treo sau. Cả hệ thống treo trước và sau đều có tay đòn để nối bánh xe và thân xe. Tay đòn thường nằm giữa bánh xe và thân xe.
Vai trò của cánh tay đòn dẫn hướng là kết nối bánh xe và khung, truyền lực, giảm truyền rung và điều khiển hướng. Nó là một thành phần an toàn liên quan đến người lái xe. Trong hệ thống treo có các bộ phận kết cấu truyền lực, nhờ đó các bánh xe chuyển động tương đối với thân xe theo một quỹ đạo nhất định. Các bộ phận kết cấu truyền tải trọng và toàn bộ hệ thống treo chịu tác dụng xử lý của ô tô.
Chức năng chung và thiết kế cấu trúc của tay đòn ô tô
1. Để đáp ứng các yêu cầu về truyền tải, thiết kế và công nghệ kết cấu cánh tay đòn
Hầu hết các ô tô hiện đại đều sử dụng hệ thống treo độc lập. Theo các dạng cấu trúc khác nhau, hệ thống treo độc lập có thể được chia thành loại xương đòn, loại tay đòn, loại đa liên kết, loại nến và loại McPherson. Cánh tay ngang và cánh tay kéo là cấu trúc hai lực cho một cánh tay trong đa liên kết, với hai điểm kết nối. Hai thanh hai lực được lắp ráp trên khớp vạn năng ở một góc nhất định và các đường nối của các điểm kết nối tạo thành một cấu trúc hình tam giác. Tay đòn dưới của hệ thống treo trước MacPherson là tay đòn ba điểm điển hình với ba điểm kết nối. Đường nối ba điểm đấu nối là kết cấu hình tam giác ổn định, có thể chịu được tải trọng theo nhiều hướng.
Cấu trúc của cánh tay đòn hai lực rất đơn giản và thiết kế kết cấu thường được xác định theo chuyên môn chuyên môn khác nhau và sự thuận tiện trong xử lý của mỗi công ty. Ví dụ, kết cấu kim loại tấm dập (xem Hình 1), kết cấu thiết kế là một tấm thép đơn không hàn, và khoang kết cấu chủ yếu có hình chữ “I”; kết cấu hàn kim loại tấm (xem Hình 2), kết cấu thiết kế là tấm thép hàn, và khoang kết cấu nhiều hơn. Nó có hình dạng "口"; hoặc tấm gia cố cục bộ dùng để hàn, gia cố vị trí nguy hiểm; kết cấu gia công máy rèn thép, khoang kết cấu chắc chắn và hình dạng hầu hết được điều chỉnh theo yêu cầu bố trí khung gầm; cấu trúc gia công của máy rèn nhôm (xem Hình 3), cấu trúc Khoang chắc chắn và các yêu cầu về hình dạng tương tự như rèn thép; kết cấu ống thép có cấu trúc đơn giản và khoang kết cấu có hình tròn.
Cấu trúc của cánh tay đòn ba điểm rất phức tạp và thiết kế kết cấu thường được xác định theo yêu cầu của OEM. Trong phân tích mô phỏng chuyển động, cánh tay đòn không thể can thiệp vào các bộ phận khác và hầu hết chúng đều có yêu cầu về khoảng cách tối thiểu. Ví dụ, cấu trúc kim loại tấm dập hầu hết được sử dụng cùng lúc với cấu trúc hàn kim loại tấm, lỗ khai thác cảm biến hoặc khung kết nối thanh kết nối thanh ổn định, v.v. sẽ thay đổi cấu trúc thiết kế của cánh tay đòn; khoang cấu trúc vẫn có dạng "miệng", và khoang cánh tay đòn sẽ Cấu trúc khép kín tốt hơn cấu trúc không kín. Cấu trúc gia công rèn, khoang cấu trúc chủ yếu có hình chữ "I", có đặc tính truyền thống là khả năng chống xoắn và uốn; cấu trúc, hình dạng và khoang kết cấu đúc hầu hết được trang bị các gân gia cố và các lỗ giảm trọng lượng theo đặc điểm của vật đúc; hàn kim loại tấm Cấu trúc kết hợp với rèn, do yêu cầu về không gian bố trí của khung xe, khớp bi được tích hợp trong quá trình rèn và rèn được kết nối với tấm kim loại; Cấu trúc gia công nhôm đúc mang lại hiệu quả sử dụng vật liệu và năng suất tốt hơn so với rèn, đồng thời vượt trội hơn so với độ bền vật liệu đúc là ứng dụng công nghệ mới.
2. Giảm sự truyền rung động đến cơ thể và thiết kế cấu trúc của phần tử đàn hồi tại điểm kết nối của cánh tay đòn
Do mặt đường mà ô tô đang chạy không thể bằng phẳng tuyệt đối nên phản lực thẳng đứng của mặt đường tác dụng lên các bánh xe thường tác động lên các bánh xe, nhất là khi lái xe tốc độ cao trên mặt đường xấu, lực tác động này cũng khiến người lái xe phải chịu để cảm thấy khó chịu. , các phần tử đàn hồi được lắp đặt trong hệ thống treo và liên kết cứng được chuyển thành liên kết đàn hồi. Sau khi phần tử đàn hồi tác động sẽ sinh ra rung động, rung động liên tục khiến người lái cảm thấy khó chịu nên hệ thống treo cần có bộ phận giảm chấn để giảm biên độ rung động nhanh chóng.
Các điểm kết nối trong thiết kế kết cấu của tay đòn là kết nối phần tử đàn hồi và kết nối khớp bi. Các phần tử đàn hồi cung cấp khả năng giảm rung và một số ít bậc tự do quay và dao động. Ống lót cao su thường được sử dụng làm bộ phận đàn hồi trong ô tô, ống lót thủy lực và bản lề chéo cũng được sử dụng.
Hình 2 Cánh tay hàn tấm kim loại
Kết cấu của ống lót cao su chủ yếu là ống thép có cao su bên ngoài hoặc kết cấu kẹp bằng ống thép-ống cao su-thép. Ống thép bên trong yêu cầu khả năng chịu áp lực và đường kính, và các răng cưa chống trượt phổ biến ở cả hai đầu. Lớp cao su điều chỉnh công thức vật liệu và cấu trúc thiết kế theo các yêu cầu về độ cứng khác nhau.
Vòng thép ngoài cùng thường có yêu cầu về góc dẫn vào, thuận lợi cho việc lắp ép.
Ống lót thủy lực có cấu trúc phức tạp và là sản phẩm có quy trình phức tạp và có giá trị gia tăng cao trong danh mục ống lót. Có một khoang trong cao su và có dầu trong khoang. Thiết kế cấu trúc khoang được thực hiện theo yêu cầu hiệu suất của ống lót. Nếu rò rỉ dầu, ống lót bị hỏng. Ống lót thủy lực có thể mang lại đường cong có độ cứng tốt hơn, ảnh hưởng đến khả năng lái tổng thể của xe.
Bản lề chéo có cấu trúc phức tạp và là bộ phận tổng hợp của bản lề cao su và bi. Nó có thể cung cấp độ bền tốt hơn ống lót, góc xoay và góc quay, đường cong độ cứng đặc biệt và đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất của toàn bộ xe. Bản lề chéo bị hư hỏng sẽ tạo ra tiếng ồn vào cabin khi xe chuyển động.
3. Với chuyển động của bánh xe, thiết kế kết cấu của phần tử đu tại điểm nối của tay đòn
Mặt đường không bằng phẳng khiến bánh xe nhảy lên nhảy xuống so với thân xe (khung), đồng thời bánh xe chuyển động như quay vòng, đi thẳng,… đòi hỏi quỹ đạo của bánh xe phải đáp ứng những yêu cầu nhất định. Tay đòn và khớp vạn năng hầu hết được kết nối bằng bản lề bi.
Bản lề bi tay đòn có thể cung cấp góc xoay lớn hơn ±18° và có thể cung cấp góc xoay 360°. Đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ đảo bánh xe và hệ thống lái. Còn bản lề cầu đáp ứng yêu cầu bảo hành 2 năm hoặc 60.000 km và 3 năm hoặc 80.000 km cho toàn bộ xe.
Theo các phương pháp kết nối khác nhau giữa cánh tay đòn và bản lề bi (khớp bi), nó có thể được chia thành kết nối bu lông hoặc đinh tán, bản lề bi có mặt bích; kết nối nhiễu phù hợp với báo chí, bản lề bóng không có mặt bích; tích hợp, tay đòn và bản lề bi Tất cả trong một. Đối với kết cấu kim loại tấm đơn và kết cấu hàn kim loại nhiều tấm, hai loại kết nối trước đây được sử dụng rộng rãi hơn; loại kết nối sau như rèn thép, rèn nhôm và gang được sử dụng rộng rãi hơn
Bản lề bi cần đáp ứng khả năng chống mài mòn trong điều kiện tải trọng, do góc làm việc lớn hơn ống lót nên yêu cầu tuổi thọ cao hơn. Vì vậy, bản lề bi bắt buộc phải được thiết kế theo cấu trúc kết hợp, bao gồm bôi trơn tốt cho xích đu và hệ thống bôi trơn chống bụi, chống nước.
Hình 3 Tay đòn rèn bằng nhôm
Ảnh hưởng của thiết kế cánh tay đòn đến chất lượng và giá cả
1. Yếu tố chất lượng: càng nhẹ càng tốt
Tần số tự nhiên của thân xe (còn gọi là tần số dao động tự do của hệ thống rung) được xác định bởi độ cứng của hệ thống treo và khối lượng được đỡ bởi lò xo treo (khối lượng lò xo) là một trong những chỉ số hoạt động quan trọng của hệ thống treo ảnh hưởng đến đi xe thoải mái. Tần số rung dọc mà cơ thể con người sử dụng là tần số cơ thể chuyển động lên xuống trong khi đi bộ, khoảng 1-1,6Hz. Tần số tự nhiên của cơ thể phải càng gần dải tần này càng tốt. Khi độ cứng của hệ thống treo không đổi, khối lượng lò xo càng nhỏ thì biến dạng thẳng đứng của hệ thống treo càng nhỏ và tần số tự nhiên càng cao.
Khi tải trọng thẳng đứng không đổi, độ cứng của hệ thống treo càng nhỏ thì tần số tự nhiên của ô tô càng thấp và không gian cần thiết để bánh xe nhảy lên nhảy xuống càng lớn.
Khi điều kiện đường và tốc độ xe như nhau, khối lượng không treo càng nhỏ thì tải trọng tác động lên hệ thống treo càng nhỏ. Khối lượng không treo bao gồm khối lượng bánh xe, khối lượng khớp vạn năng và cánh tay dẫn hướng, v.v.
Nhìn chung, tay đòn bằng nhôm có khối lượng nhẹ nhất và tay đòn bằng gang có khối lượng lớn nhất. Những người khác ở giữa.
Vì khối lượng của một bộ tay đòn hầu hết đều nhỏ hơn 10kg nên so với xe có khối lượng trên 1000kg thì khối lượng của tay đòn ít ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên liệu.
2. Yếu tố giá: phụ thuộc vào phương án thiết kế
Yêu cầu càng nhiều thì chi phí càng cao. Trên cơ sở rằng độ bền kết cấu và độ cứng của cánh tay đòn đáp ứng các yêu cầu, các yêu cầu về dung sai sản xuất, độ khó của quy trình sản xuất, loại vật liệu và tính sẵn có cũng như các yêu cầu về ăn mòn bề mặt đều ảnh hưởng trực tiếp đến giá cả. Ví dụ, các yếu tố chống ăn mòn: lớp phủ mạ điện, thông qua quá trình thụ động bề mặt và các phương pháp xử lý khác, có thể đạt được khoảng 144h; bảo vệ bề mặt được chia thành lớp sơn điện di catốt, có thể đạt được khả năng chống ăn mòn 240h thông qua việc điều chỉnh độ dày lớp phủ và phương pháp xử lý; lớp phủ kẽm-sắt hoặc kẽm-niken, có thể đáp ứng các yêu cầu kiểm tra chống ăn mòn trên 500h. Khi yêu cầu kiểm tra ăn mòn tăng lên, chi phí của bộ phận cũng tăng theo.
Chi phí có thể được giảm bằng cách so sánh sơ đồ thiết kế và cấu trúc của cánh tay đòn.
Như chúng ta đã biết, cách sắp xếp các điểm cứng khác nhau sẽ mang lại hiệu suất lái xe khác nhau. Đặc biệt, cần chỉ ra rằng cùng một cách bố trí điểm cứng và thiết kế điểm kết nối khác nhau có thể mang lại những mức chi phí khác nhau.
Có ba loại kết nối giữa các bộ phận kết cấu và khớp bi: kết nối thông qua các bộ phận tiêu chuẩn (bu lông, đai ốc hoặc đinh tán), kết nối khớp và tích hợp. So với cấu trúc kết nối tiêu chuẩn, cấu trúc kết nối phù hợp với nhiễu làm giảm các loại bộ phận, chẳng hạn như bu lông, đai ốc, đinh tán và các bộ phận khác. Cấu trúc kết nối liền khối tích hợp hơn so với cấu trúc kết nối vừa vặn giúp giảm số lượng các bộ phận của vỏ khớp bi.
Có hai dạng liên kết giữa bộ phận kết cấu và phần tử đàn hồi: phần tử đàn hồi phía trước và phía sau song song dọc trục và vuông góc dọc trục. Các phương pháp khác nhau xác định các quy trình lắp ráp khác nhau. Ví dụ, hướng ép của ống lót cùng hướng và vuông góc với thân tay đòn. Có thể sử dụng máy ép hai đầu một trạm để ép vừa khít ống lót phía trước và phía sau cùng lúc, tiết kiệm nhân lực, thiết bị và thời gian; Nếu hướng lắp đặt không nhất quán (theo chiều dọc), có thể sử dụng máy ép hai đầu một trạm để ép và lắp ống lót liên tiếp, tiết kiệm nhân lực và thiết bị; Khi ống lót được thiết kế để ép vào từ bên trong thì cần có hai trạm và hai máy ép, lần lượt ấn vừa khít vào ống lót.
