Cánh 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 giảm rung động và điều khiển hướng đi.
Tay đòn thường nằm giữa bánh xe và thân xe, là bộ phận an toàn liên quan đến người lái, truyền lực, giảm rung động truyền và điều khiển hướng. Bài viết này giới thiệu thiết kế kết cấu chung của tay đòn trên thị trường, 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 xe được chia thành hệ thống treo trước và hệ thống treo sau. Cả hệ thống treo trước và sau đều có tay đòn để kết nối bánh xe và thân xe. Tay đòn thường nằm giữa bánh xe và thân xe.
Vai trò của tay đòn dẫn hướng là kết nối bánh xe và khung, truyền lực, giảm truyền rung động và kiểm soát hướng. Đây là thành phần an toàn liên quan đến người lái. Có các bộ phận kết cấu truyền lực trong hệ thống treo, để bánh xe di chuyển so với thân xe theo một quỹ đạo nhất định. Các bộ phận kết cấu truyền tải tải trọng và toàn bộ hệ thống treo chịu trách nhiệm xử lý hiệu suất của xe.
Chức năng chung và thiết kế cấu trúc của tay đòn xe ô tô
1. Đáp ứng yêu cầu về truyền tải tải, thiết kế và công nghệ kết cấu cánh tay đòn
Hầu hết các xe 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 sau, loại liên kết nhiều thanh, loại nến và loại McPherson. Tay đòn ngang và tay đòn sau là cấu trúc hai lực cho một tay đòn đơn trong liên kết nhiều thanh, có hai điểm kết nối. Hai thanh hai lực được lắp ráp trên khớp vạn năng ở một góc nhất định và các đường kết nối của các điểm kết nối tạo thành cấu trúc hình tam giác. Tay đòn dưới hệ thống treo trước MacPherson là tay đòn ba điểm điển hình với ba điểm kết nối. Đường kết nối ba điểm kết nối là cấu trúc hình tam giác ổn định có thể chịu được tải trọng theo nhiều hướng.
Cấu trúc của cánh tay đòn hai lực đơn giản, và thiết kế kết cấu thường được xác định theo chuyên môn nghiệp vụ khác nhau và sự tiện lợi trong quá trình gia công của mỗi công ty. Ví dụ, kết cấu kim loại tấm dập (xem Hình 1), cấu trúc thiết kế là một tấm thép đơn không hàn, và khoang kết cấu chủ yếu có hình dạng "I"; kết cấu hàn kim loại tấm (xem Hình 2), cấu trúc thiết kế là một tấm thép hàn, và khoang kết cấu có hình dạng "口"; hoặc các tấm gia cố cục bộ được sử dụng để hàn và gia cố vị trí nguy hiểm; kết cấu gia công máy rèn thép, khoang kết cấu là rắn chắc, và hình dạng chủ yếu được điều chỉnh theo yêu cầu bố trí khung gầm; kết cấu gia công máy rèn nhôm (xem Hình 3), cấu trúc khoang là rắn chắc, 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 là hình tròn.
Cấu trúc của tay đòn ba điểm rất phức tạp và thiết kế cấu trúc thường được xác định theo yêu cầu của OEM. Trong phân tích mô phỏng chuyển động, 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 chủ yếu được sử dụng cùng lúc với cấu trúc hàn kim loại tấm, lỗ dây nịt cảm biến hoặc giá đỡ kết nối thanh ổn định, v.v. sẽ thay đổi cấu trúc thiết kế của tay đòn; khoang cấu trúc vẫn có hình dạng "miệng", và khoang tay đòn sẽ Cấu trúc khép kín tốt hơn cấu trúc không khép kín. Cấu trúc gia công rèn, khoang cấu trúc chủ yếu là hình chữ "I", có đặc điểm truyền thống là khả năng chống xoắn và uốn; cấu trúc gia công đúc, hình dạng và khoang cấu trúc chủ yếu được trang bị các gân gia cố và lỗ giảm trọng lượng theo đặc điểm đúc; hàn kim loại tấm Kết cấu kết hợp với rèn, do yêu cầu về không gian bố trí của khung gầm xe, khớp bi được tích hợp trong rèn và rèn được kết nối với kim loại tấm; Cấu trúc gia công nhôm đúc rèn cung cấp khả năng sử dụng vật liệu và năng suất tốt hơn so với rèn, và có độ bền vật liệu vượt trội so với đúc, đó là ứng dụng công nghệ mới.
2. Giảm sự truyền rung động đến thân xe và thiết kế kết cấu của phần tử đàn hồi tại điểm kết nối của tay đòn
Do mặt đường mà xe đang chạy không thể hoàn toàn bằng phẳng, lực phản ứng theo phương thẳng đứng của mặt đường tác động lên bánh xe thường có tác động mạnh, đặc biệt là khi lái xe ở tốc độ cao trên mặt đường xấu, lực tác động này cũng khiến người lái cảm thấy khó chịu. , các thành phần đàn hồi được lắp đặt trong hệ thống treo và kết nối cứng được chuyển thành kết nối đàn hồi. Sau khi thành phần đàn hồi bị tác động, nó sẽ tạo ra rung động và rung động liên tục khiến người lái cảm thấy khó chịu, vì vậy hệ thống treo cần các thành phần giảm chấn để giảm biên độ rung động nhanh chóng.
Các điểm kết nối trong thiết kế cấu trúc 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 chấn rung động và một số ít bậc tự do quay và dao động. Ống lót cao su thường được sử dụng làm thành phần đàn hồi trong ô tô, và ống lót thủy lực và bản lề chéo cũng được sử dụng.
Hình 2 Cánh tay xoay hàn kim loại tấm
Cấu trúc của ống lót cao su chủ yếu là ống thép có cao su bên ngoài, hoặc cấu trúc bánh sandwich của ống thép-cao su-ống thép. Ống thép bên trong yêu cầu khả năng chịu áp suất và yêu cầu đường kính, và các răng cưa chống trượt là 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, là sản phẩm có quy trình phức tạp và 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 dầu rò rỉ, ống lót sẽ bị hỏng. Ống lót thủy lực có thể cung cấp đường cong độ cứng tốt hơn, ảnh hưởng đến khả năng lái xe tổng thể của xe.
Bản lề chữ thập có cấu trúc phức tạp và là một bộ phận hợp thành từ bản lề cao su và bi. Nó có thể cung cấp độ bền tốt hơn so với 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 chữ thập bị hỏng sẽ tạo ra tiếng ồn vào cabin khi xe đang chuyển động.
3. Với chuyển động của bánh xe, thiết kế cấu trúc của phần tử xoay tại điểm kết nối của cánh tay xoay
Mặt đường không bằng phẳng khiến bánh xe nhảy lên nhảy xuống so với thân xe (khung), đồng thời bánh xe di chuyển, chẳng hạn như quay, đi thẳng, v.v., đòi hỏi quỹ đạo của bánh xe phải đáp ứng các yêu cầu nhất định. Tay đòn và khớp vạn năng chủ yếu được kết nối bằng bản lề bi.
Bản lề bi cánh tay đòn có thể cung cấp góc xoay lớn hơn ±18° và có thể cung cấp góc quay 360°. Đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ lệch bánh xe và lái. Và bản lề bi đáp ứng các 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 tay đòn và bản lề bi (khớp bi), có thể chia thành kết nối bu lông hoặc đinh tán, bản lề bi có mặt bích; kết nối can thiệp ép chặt, bản lề bi 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 nhiều tấm kim loại, hai loại kết nối trước 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 dưới điều kiện tải trọng, do góc làm việc lớn hơn ống lót nên yêu cầu tuổi thọ cao hơn. Do đó, bản lề bi cần được thiết kế thành một cấu trúc kết hợp, bao gồm bôi trơn tốt cho trục xoay và hệ thống bôi trơn chống bụi và chống thấm nước.
Hình 3 Tay đòn rèn bằng nhôm
Tác động của thiết kế tay đòn đến chất lượng và giá cả
1. Yếu tố chất lượng: càng nhẹ càng tốt
Tần số tự nhiên của cơ thể (còn được gọi là tần số rung động tự do của hệ thống rung động) được xác định bởi độ cứng của hệ thống treo và khối lượng được lò xo treo hỗ trợ (khối lượng lò xo) là một trong những chỉ số hiệu suất quan trọng của hệ thống treo ảnh hưởng đến sự thoải mái khi lái xe của ô tô. Tần số rung động theo chiều dọc mà cơ thể con người sử dụng là tần số của cơ thể di chuyển lên xuống trong khi đi bộ, khoảng 1-1,6Hz. Tần số tự nhiên của cơ thể phải càng gần với dải tần số này càng tốt. Khi độ cứng của hệ thống treo không đổi, khối lượng lò xo càng nhỏ, biến dạng theo chiều dọc 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, tần số tự nhiên của xe càng thấp và không gian cần thiết để bánh xe nhảy lên và xuống càng lớn.
Khi điều kiện đường sá và tốc độ xe giống 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, khớp vạn năng và khối lượng 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 loại khác ở giữa.
Vì khối lượng của một bộ tay đòn thường nhỏ hơn 10kg, so với một chiếc xe có khối lượng hơn 1000kg, nên khối lượng của tay đòn ít ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nhiên liệu.
2. Yếu tố giá cả: phụ thuộc vào phương án thiết kế
Yêu cầu càng nhiều, chi phí càng cao. Trên cơ sở độ bền kết cấu và độ cứng của 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 khả dụng, và 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 hóa bề mặt và các phương pháp xử lý khác, có thể đạt được khoảng 144h; bảo vệ bề mặt được chia thành lớp phủ 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 thử nghiệm chống ăn mòn hơn 500h. Khi các yêu cầu thử nghiệm ăn mòn tăng lên, chi phí của bộ phận cũng tăng theo.
Có thể giảm chi phí bằng cách so sánh thiết kế và cấu trúc của cánh tay xoay.
Như chúng ta đã biết, các cách bố trí điểm cứng khác nhau mang lại hiệu suất lái xe khác nhau. Đặc biệt, cần lưu ý rằng cùng một cách bố trí điểm cứng và thiết kế điểm kết nối khác nhau có thể mang lại 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 lắp ghép và tích hợp. So với cấu trúc kết nối tiêu chuẩn, cấu trúc kết nối lắp ghép làm giảm các loại bộ phận, chẳng hạn như bu lông, đai ốc, đinh tán và các bộ phận khác. Một mảnh tích hợp hơn cấu trúc kết nối lắp ghép làm giảm số lượng các bộ phận của vỏ khớp bi.
Có hai dạng kết nối giữa bộ phận kết cấu và phần tử đàn hồi: các phần tử đàn hồi phía trước và phía sau song song theo trục và vuông góc theo trục. Các phương pháp khác nhau quyết 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 lắp ống lót phía trước và phía sau cùng một lúc, tiết kiệm nhân lực, thiết bị và thời gian; Nếu hướng lắp 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, cần có hai trạm và hai máy ép, ép lắp ống lót liên tiếp.
