Càng sau thường nằm giữa bánh xe và thân xe, là một bộ phận an toàn liên quan đến người lái, có chức năng truyền lực, làm giảm sự truyền rung động và điều khiển hướng lái.
Càng sau thường nằm giữa bánh xe và thân xe, là một bộ phận an toàn liên quan đến người lái, có chức năng truyền lực, giảm rung động và điều khiển hướng lái. Bài viết này giới thiệu các thiết kế cấu trúc càng sau phổ biến trên thị trường, đồng thời so sánh và phân tích ảnh hưởng của các cấu trúc khác nhau đến quá trình sản xuất, chất lượng và giá cả.
Hệ thống treo khung gầm ô tô được chia大致 thành hệ thống treo trước và hệ thống treo sau. Cả hệ thống treo trước và sau đều có các tay đòn để kết nối bánh xe với thân xe. Các tay đòn thường nằm giữa bánh xe và thân xe.
Vai trò của càng dẫn hướng là kết nối bánh xe và khung xe, truyền lực, giảm rung động và điều khiển hướng. Đây là một bộ phận an toàn liên quan đến người lái. Trong hệ thống treo có các bộ phận kết cấu truyền lực, giúp bánh xe chuyển động tương đối so với thân xe theo một quỹ đạo nhất định. Các bộ phận kết cấu này truyền tải tải trọng, và toàn bộ hệ thống treo chịu trách nhiệm về khả năng vận hành của xe.
Các chức năng và thiết kế cấu trúc thông thường của càng sau xe hơi
1. Để đáp ứng yêu cầu truyền tải trọng, cần thiết kế và công nghệ kết cấu tay đòn xoay.
Hầu hết các xe ô tô hiện đại đều sử dụng hệ thống treo độc lập. Theo các hình thức cấu trúc khác nhau, hệ thống treo độc lập có thể được chia thành kiểu càng chữ A, kiểu càng chữ A, kiểu đa liên kết, kiểu càng chữ A và kiểu McPherson. Càng chữ A và càng chữ A tạo thành cấu trúc hai lực cho một càng đơn trong kiểu đa liên kết, với hai điểm nối. Hai thanh hai lực được lắp ráp trên khớp nối vạn năng ở một góc nhất định, và các đường nối của các điểm nối tạo thành cấu trúc hình tam giác. Càng dưới của hệ thống treo trước MacPherson là một càng xoay ba điểm điển hình với ba điểm nối. Đường nối ba điểm nối tạo thành một cấu trúc hình tam giác ổn định có thể chịu tải theo nhiều hướng.
Cấu trúc của càng treo hai lực khá đơn giản, và thiết kế cấu trúc thường được xác định dựa trên chuyên môn và sự thuận tiện trong gia công của từng công ty. Ví dụ, cấu trúc tấm kim loại dập (xem Hình 1), cấu trúc thiết kế là một tấm thép đơn không hàn, và khoang cấu trúc chủ yếu có hình chữ "I"; cấu trúc tấm kim loại hàn (xem Hình 2), cấu trúc thiết kế là một tấm thép hàn, và khoang cấu trúc thường có hình chữ "口"; hoặc sử dụng các tấm gia cường cục bộ để hàn và gia cố các vị trí nguy hiểm; cấu trúc gia công bằng máy rèn thép, khoang cấu trúc đặc, và hình dạng chủ yếu được điều chỉnh theo yêu cầu bố trí khung gầm; cấu trúc gia công bằng máy rèn nhôm (xem Hình 3), khoang cấu trúc đặc, và yêu cầu về hình dạng tương tự như rèn thép; cấu trúc ống thép có cấu trúc đơn giản, và khoang cấu trúc có hình tròn.
Cấu trúc của càng sau ba điểm khá phức tạp, và thiết kế cấu trúc thường được xác định theo yêu cầu của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM). Trong phân tích mô phỏng chuyển động, càng sau không được gây cản trở các bộ phận khác, và hầu hết chúng đều có yêu cầu về khoảng cách tối thiểu. Ví dụ, cấu trúc tấm kim loại dập thường được sử dụng đồng thời với cấu trúc tấm kim loại hàn, lỗ dây dẫn cảm biến hoặc giá đỡ kết nối thanh ổn định, v.v. sẽ làm thay đổi cấu trúc thiết kế của càng sau; khoang cấu trúc vẫn có hình dạng "miệng", và khoang càng sau sẽ có cấu trúc kín tốt hơn cấu trúc hở. 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 gia công đúc, hình dạng và khoang cấu trúc chủ yếu được trang bị các gân gia cường và các lỗ giảm trọng lượng theo đặc điểm của quá trình đúc; cấu trúc kết hợp hàn tấm kim loại với cấu trúc rèn, do yêu cầu về không gian bố trí của khung gầm xe, khớp cầu được tích hợp trong cấu trúc rèn, và cấu trúc rèn được kết nối với tấm kim loại; Cấu trúc gia công nhôm đúc rèn mang lại hiệu quả sử dụng vật liệu và năng suất tốt hơn so với phương pháp rèn, đồng thời có độ bền vật liệu vượt trội so với phương pháp đúc, đây là một ứng dụng của công nghệ mới.
2. Giảm sự truyền rung động đến thân xe, và thiết kế kết cấu của phần tử đàn hồi tại điểm nối của tay đòn.
Do mặt đường mà xe chạy trên đó không thể hoàn toàn bằng phẳng, lực phản lực thẳng đứng của mặt đường tác động lên bánh xe thường rất mạnh, đặc biệt khi lái xe ở tốc độ cao trên mặt đường xấu, lực tác động này cũng khiến người lái cảm thấy khó chịu. Vì vậy, các phần tử đàn hồi được lắp đặt trong hệ thống treo, và liên kết cứng được chuyển đổi thành liên kết đàn hồi. Sau khi phần tử đàn hồi bị tác động, nó tạo ra rung động, và rung động liên tục khiến người lái cảm thấy khó chịu, do đó hệ thống treo cần các phần tử giảm chấn để giảm biên độ rung động một cách nhanh chóng.
Các điểm kết nối trong thiết kế kết cấu của càng sau bao gồm kết nối bằng phần tử đàn hồi và kết nối bằng khớp cầu. Các phần tử đàn hồi giúp giảm chấn rung động và cung cấp một số ít bậc tự do quay và dao động. Ống lót cao su thường được sử dụng làm các bộ phận đàn hồi trong ô tô, ngoài ra còn có các ống lót thủy lực và khớp nối chữ thập.
Hình 2. Cần xoay hàn tấm kim loại.
Cấu trúc của ống lót cao su chủ yếu là ống thép với lớp cao su bên ngoài, hoặc cấu trúc dạng sandwich gồm ống thép - cao su - ống thép. Ống thép bên trong cần đáp ứng các yêu cầu về khả năng chịu áp lực và đường kính, và các rãnh chống trượt thường được bố trí 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 hướng, điều này thuận lợi cho việc lắp ghép bằng phương pháp ép.
Ống lót thủy lực có cấu trúc phức tạp, là sản phẩm có quy trình sản xuất phức tạp và giá trị gia tăng cao trong nhóm các loại ống lót. Bên trong lớp cao su có một khoang rỗng, và bên trong khoang đó chứa dầu. Thiết kế cấu trúc khoang rỗng được thực hiện theo yêu cầu về hiệu suất của ống lót. Nếu dầu bị rò rỉ, ống lót sẽ bị hư hỏng. Ống lót thủy lực có thể cung cấp đường cong độ cứng tốt hơn, ảnh hưởng đến khả năng vận hành tổng thể của xe.
Khớp nối chữ thập có cấu trúc phức tạp và là một bộ phận tổng hợp gồm cao su và khớp cầu. Nó có thể cung cấp độ bền tốt hơn so với bạc 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. Khớp nối chữ thập bị hỏng sẽ tạo ra tiếng ồn trong cabin khi xe đang di chuyển.
3. Cùng với chuyển động của bánh xe, thiết kế kết cấu của bộ phận xoay tại điểm nối của tay đòn xoay cần được xem xét.
Mặt đường gồ ghề khiến bánh xe nảy lên xuống so với thân xe (khung), đồng thời bánh xe chuyển động, chẳng hạn như khi rẽ, đi thẳng, v.v., đòi hỏi quỹ đạo chuyển động của bánh xe phải đáp ứng những yêu cầu nhất định. Càng xoay và khớp nối vạn năng thường được kết nối bằng khớp cầu.
Khớp cầu càng sau có thể cung cấp góc xoay lớn hơn ±18° và góc quay 360°. Đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ lệch tâm bánh xe và khả năng lái. Và khớp cầu 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 khớp cầu, có thể chia thành kết nối bằng bu lông hoặc đinh tán (khớp cầu có mặt bích); kết nối ép chặt (khớp cầu không có mặt bích); và kết nối liền khối (tay đòn và khớp cầu liền khối). Đối với kết cấu thép tấm đơn và kết cấu hàn nhiều tấm, hai loại kết nối đầu tiên được sử dụng rộng rãi hơn; loại kết nối sau được sử dụng phổ biến hơn đối với các kết cấu như thép rèn, nhôm rèn và gang.
Khớp cầu cần đáp ứng yêu cầu về khả năng chống mài mòn dưới tải trọng, do góc làm việc lớn hơn so với bạc lót, nên tuổi thọ cao hơn. Vì vậy, khớp cầu cần được thiết kế như một cấu trúc kết hợp, bao gồm khả năng bôi trơn tốt cho chuyển động xoay và hệ thống bôi trơn chống bụi và chống thấm nước.
Hình 3. Càng sau bằng nhôm rèn.
Ảnh hưởng của thiết kế càng sau đến chất lượng và giá cả
1. Yếu tố chất lượng: càng nhẹ càng tốt
Tần số dao động tự nhiên của cơ thể (còn được gọi là tần số dao động tự do của hệ thống dao động) được xác định bởi độ cứng của hệ thống treo và khối lượng được lò xo treo nâng đỡ (khối lượng treo) là một trong những chỉ số hiệu suất quan trọng của hệ thống treo ảnh hưởng đến sự thoải mái khi lái xe. Tần số dao động thẳng đứng mà cơ thể người sử dụng là tần số chuyển động lên xuống của cơ thể khi đi bộ, khoảng 1-1,6Hz. Tần số dao động tự nhiên của cơ thể nên càng gần với phạm vi tần số này càng tốt. Khi độ cứng của hệ thống treo không đổi, khối lượng treo càng nhỏ thì độ biến dạng thẳng đứng của hệ thống treo càng nhỏ và tần số dao động tự nhiên càng cao.
Khi tải trọng thẳng đứng không đổi, độ cứng hệ thống treo càng nhỏ thì tần số dao động riêng của xe càng thấp, và không gian cần thiết để bánh xe chuyển động lên xuống càng lớn.
Khi điều kiện đường xá và tốc độ xe như nhau, khối lượng không được treo càng nhỏ thì tải trọng tác động lên hệ thống treo càng nhỏ. Khối lượng không được treo bao gồm khối lượng bánh xe, khối lượng khớp nối vạn năng và tay đòn dẫn hướng, v.v.
Nhìn chung, càng sau bằng nhôm có khối lượng nhẹ nhất và càng sau bằng gang có khối lượng lớn nhất. Các loại khác có khối lượng nằm giữa hai loại này.
Vì khối lượng của bộ càng sau thường nhỏ hơn 10kg, so với một chiếc xe có khối lượng hơn 1000kg, nên khối lượng của càng sau ít ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nhiên liệu.
2. Yếu tố giá cả: phụ thuộc vào kế hoạch thiết kế.
Càng nhiều yêu cầu, chi phí càng cao. Trên cơ sở độ bền và độ cứng kết cấu của càng đáp ứng các yêu cầu, thì các yêu cầu về dung sai sản xuất, độ khó của quy trình sản xuất, loại vật liệu và khả năng cung cấp, cũng như các yêu cầu về chống ăn mòn bề mặt đều ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành. 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 144 giờ; bảo vệ bề mặt được chia thành lớp phủ sơn điện di catốt, có thể đạt được khả năng chống ăn mòn 240 giờ 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 yêu cầu thử nghiệm chống ăn mòn hơn 500 giờ. Khi 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 các phương án thiết kế và cấu trúc của càng xoay.
Như chúng ta đã biết, các cách bố trí điểm kết nối khác nhau sẽ mang lại hiệu suất lái khác nhau. Đặc biệt, cần lưu ý rằng cùng một cách bố trí điểm kết nối nhưng thiết kế điểm kết nối khác nhau có thể dẫn đến chi phí khác nhau.
Có ba loại kết nối giữa các bộ phận kết cấu và khớp cầu: kết nối bằng các bộ phận tiêu chuẩn (bu lông, đai ốc hoặc đinh tán), kết nối kiểu ép chặt và kết nối liền khối. So với cấu trúc kết nối tiêu chuẩn, cấu trúc kết nối kiểu ép chặt giúp giảm số lượng các loại bộ phận như bu lông, đai ốc, đinh tán và các bộ phận khác. Cấu trúc liền khối giúp giảm số lượng các bộ phận của vỏ khớp cầu hơn so với cấu trúc kết nối kiểu ép chặt.
Có hai dạng liên kết giữa cấu kiện chịu lực và phần tử đàn hồi: 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 bạc lót cùng hướng và vuông góc với thân càng xe. Có thể sử dụng máy ép hai đầu một trạm để ép lắp đồng thời bạc lót phía trước và phía sau, tiết kiệm nhân lực, thiết bị và thời gian; nếu hướng lắp đặt không nhất quán (thẳng đứng), có thể sử dụng máy ép hai đầu một trạm để ép và lắp bạc lót lần lượt, tiết kiệm nhân lực và thiết bị; khi bạc lót được thiết kế để ép từ bên trong, cần hai trạm và hai máy ép để ép lắp bạc lót lần lượt.
