Il forcellone si trova solitamente tra la ruota e la carrozzeria ed è un componente di sicurezza legato al conducente che trasmette forza, indebolisce la trasmissione delle vibrazioni e controlla la direzione.
Il forcellone si trova solitamente tra la ruota e la carrozzeria ed è un componente di sicurezza legato al conducente che trasmette forza, riduce la trasmissione delle vibrazioni e controlla la direzione. Questo articolo introduce il design strutturale comune del braccio oscillante sul mercato e confronta e analizza l'influenza di diverse strutture sul processo, sulla qualità e sul prezzo.
La sospensione del telaio dell'auto è approssimativamente divisa in sospensione anteriore e sospensione posteriore. Sia le sospensioni anteriori che quelle posteriori hanno bracci oscillanti per collegare le ruote e la carrozzeria. I bracci oscillanti si trovano solitamente tra le ruote e la carrozzeria.
Il ruolo del forcellone guida è collegare la ruota e il telaio, trasmettere la forza, ridurre la trasmissione delle vibrazioni e controllare la direzione. È una componente di sicurezza che coinvolge il conducente. Nel sistema di sospensione ci sono parti strutturali che trasmettono la forza, in modo che le ruote si muovano rispetto alla carrozzeria secondo una determinata traiettoria. Le parti strutturali trasmettono il carico e l'intero sistema di sospensioni sostiene le prestazioni di manovrabilità della vettura.
Funzioni comuni e progettazione della struttura del forcellone dell'auto
1. Per soddisfare i requisiti di trasferimento del carico, progettazione e tecnologia della struttura del braccio oscillante
La maggior parte delle auto moderne utilizza sistemi di sospensioni indipendenti. In base alle diverse forme strutturali, i sistemi di sospensione indipendenti possono essere suddivisi in tipo a quadrilatero, tipo a braccio longitudinale, tipo multi-link, tipo a candela e tipo McPherson. Il braccio trasversale e il braccio posteriore sono una struttura a due forze per un braccio singolo nel multi-link, con due punti di connessione. Due aste a doppia forza sono montate sul giunto universale con una certa angolazione e le linee di collegamento dei punti di connessione formano una struttura triangolare. Il braccio inferiore della sospensione anteriore MacPherson è un tipico forcellone a tre punti con tre punti di connessione. La linea che collega i tre punti di connessione è una struttura triangolare stabile in grado di sopportare carichi in più direzioni.
La struttura del braccio oscillante a due forze è semplice e la progettazione strutturale è spesso determinata in base alle diverse competenze professionali e alla comodità di lavorazione di ciascuna azienda. Ad esempio, la struttura in lamiera stampata (vedere Figura 1), la struttura di progetto è un'unica piastra di acciaio senza saldature e la cavità strutturale ha per lo più la forma di "I"; la struttura saldata in lamiera (vedere Figura 2), la struttura di progetto è una piastra di acciaio saldata e la cavità strutturale è più a forma di "口"; oppure vengono utilizzate piastre di rinforzo locali per saldare e rafforzare la posizione pericolosa; la struttura di lavorazione della macchina per la forgiatura dell'acciaio, la cavità strutturale è solida e la forma è per lo più adattata in base ai requisiti di layout del telaio; la struttura di lavorazione della macchina per la forgiatura dell'alluminio (vedere Figura 3), la struttura La cavità è solida e i requisiti di forma sono simili alla forgiatura dell'acciaio; la struttura del tubo d'acciaio ha una struttura semplice e la cavità strutturale è circolare.
La struttura del forcellone a tre punti è complicata e il design strutturale è spesso determinato in base ai requisiti dell'OEM. Nell'analisi della simulazione del movimento, il braccio oscillante non può interferire con altre parti e la maggior parte di esse ha requisiti di distanza minima. Ad esempio, la struttura in lamiera stampata viene utilizzata principalmente contemporaneamente alla struttura in lamiera saldata, il foro del cablaggio del sensore o la staffa di collegamento della biella della barra stabilizzatrice, ecc. modificheranno la struttura progettuale del forcellone; la cavità strutturale ha ancora la forma di una "bocca" e la cavità del forcellone sarà Una struttura chiusa è migliore di una struttura non chiusa. Struttura lavorata a forgiatura, la cavità strutturale è prevalentemente a forma di "I", che presenta le tradizionali caratteristiche di resistenza alla torsione e alla flessione; la struttura, la forma e la cavità strutturale lavorate a fusione sono per lo più dotate di nervature di rinforzo e fori di riduzione del peso in base alle caratteristiche della fusione; saldatura della lamiera La struttura combinata con la forgiatura, a causa dei requisiti di spazio di disposizione del telaio del veicolo, il giunto sferico è integrato nella forgiatura e la forgiatura è collegata alla lamiera; la struttura di lavorazione dell'alluminio pressofuso fornisce un migliore utilizzo del materiale e una migliore produttività rispetto alla forgiatura ed è superiore alla resistenza del materiale delle fusioni, che è l'applicazione della nuova tecnologia.
2. Ridurre la trasmissione delle vibrazioni al corpo e il design strutturale dell'elemento elastico nel punto di connessione del forcellone
Poiché il manto stradale su cui si muove l'auto non può essere assolutamente piatto, la forza di reazione verticale del manto stradale che agisce sulle ruote è spesso di grande impatto, soprattutto quando si guida ad alta velocità su un manto stradale dissestato, questa forza d'urto fa sì che il conducente sentirsi a disagio. , nel sistema di sospensione vengono installati elementi elastici e la connessione rigida viene trasformata in connessione elastica. Dopo che l'elemento elastico viene colpito, genera vibrazioni e la vibrazione continua mette a disagio il conducente, quindi il sistema di sospensione necessita di elementi smorzanti per ridurre rapidamente l'ampiezza della vibrazione.
I punti di collegamento nella progettazione strutturale del forcellone sono il collegamento dell'elemento elastico e il collegamento del giunto sferico. Gli elementi elastici forniscono smorzamento delle vibrazioni e un numero limitato di gradi di libertà rotazionali e oscillanti. Le boccole in gomma vengono spesso utilizzate come componenti elastici nelle automobili, vengono utilizzate anche boccole idrauliche e cerniere a croce.
Figura 2 Braccio oscillante per saldatura lamiera
La struttura della boccola in gomma è principalmente un tubo d'acciaio con gomma all'esterno, oppure una struttura sandwich di tubo d'acciaio-gomma-tubo d'acciaio. Il tubo interno in acciaio richiede resistenza alla pressione e requisiti di diametro e le dentellature antiscivolo sono comuni su entrambe le estremità. Lo strato di gomma regola la formula del materiale e la struttura del design in base ai diversi requisiti di rigidità.
L'anello in acciaio più esterno ha spesso un requisito di angolo di attacco, che favorisce il montaggio a pressione.
La boccola idraulica ha una struttura complessa ed è un prodotto con processo complesso e alto valore aggiunto nella categoria delle boccole. C'è una cavità nella gomma e nella cavità c'è olio. La progettazione della struttura della cavità viene eseguita in base ai requisiti prestazionali della boccola. Se fuoriesce olio, la boccola è danneggiata. Le boccole idrauliche possono fornire una migliore curva di rigidità, influenzando la guidabilità complessiva del veicolo.
La cerniera a croce ha una struttura complessa ed è una parte composita di cerniere in gomma e sfere. Può fornire una durata migliore rispetto alla boccola, all'angolo di oscillazione e all'angolo di rotazione, una curva di rigidità speciale e soddisfare i requisiti prestazionali dell'intero veicolo. Le cerniere trasversali danneggiate genereranno rumore nella cabina quando il veicolo è in movimento.
3. Con il movimento della ruota, il disegno strutturale dell'elemento oscillante nel punto di connessione del forcellone
La superficie stradale irregolare fa sì che le ruote saltino su e giù rispetto alla carrozzeria (telaio) e allo stesso tempo le ruote si muovano, come girare, andare dritte, ecc., richiedendo che la traiettoria delle ruote soddisfi determinati requisiti. Il forcellone e il giunto cardanico sono per lo più collegati da una cerniera a sfera.
La cerniera a sfera del braccio oscillante può fornire un angolo di oscillazione maggiore di ±18° e un angolo di rotazione di 360°. Soddisfa pienamente i requisiti di eccentricità e sterzata delle ruote. E la cerniera a sfera soddisfa i requisiti di garanzia di 2 anni o 60.000 km e 3 anni o 80.000 km per l'intero veicolo.
A seconda dei diversi metodi di connessione tra il braccio oscillante e la cerniera a sfera (giunto sferico), può essere suddiviso in connessione con bullone o rivetto, la cerniera a sfera ha una flangia; collegamento ad interferenza a pressione, la cerniera a sfera non ha flangia; integrato, il braccio oscillante e la cerniera a sfera Tutto in uno. Per la struttura saldata in lamiera singola e multilamiera, i primi due tipi di connessioni sono più ampiamente utilizzati; quest'ultimo tipo di connessione come la forgiatura dell'acciaio, la forgiatura dell'alluminio e la ghisa è quella più utilizzata
La cerniera a sfera deve soddisfare la resistenza all'usura in condizioni di carico, a causa dell'angolo di lavoro maggiore rispetto alla boccola, i requisiti di durata più elevati. Pertanto, la cerniera a sfera deve essere progettata come una struttura combinata, comprendente una buona lubrificazione dell'oscillazione e un sistema di lubrificazione antipolvere e impermeabile.
Figura 3 Forcellone forgiato in alluminio
L'impatto del design del forcellone su qualità e prezzo
1. Fattore di qualità: più leggero è, meglio è
La frequenza naturale del corpo (nota anche come frequenza di vibrazione libera del sistema di vibrazione) determinata dalla rigidità della sospensione e dalla massa supportata dalla molla di sospensione (massa sospesa) è uno degli importanti indicatori di prestazione del sistema di sospensione che influenza la comfort di marcia dell'auto. La frequenza di vibrazione verticale utilizzata dal corpo umano è la frequenza del movimento del corpo su e giù durante la camminata, che è di circa 1-1,6 Hz. La frequenza naturale del corpo dovrebbe essere il più vicino possibile a questa gamma di frequenza. Quando la rigidità del sistema di sospensione è costante, minore è la massa sospesa, minore è la deformazione verticale della sospensione e maggiore è la frequenza naturale.
Quando il carico verticale è costante, minore è la rigidità della sospensione, minore è la frequenza naturale dell'auto e maggiore è lo spazio richiesto affinché la ruota salti su e giù.
A parità di condizioni stradali e velocità del veicolo, minore è la massa non sospesa, minore è il carico d'urto sul sistema di sospensione. La massa non sospesa comprende la massa della ruota, il giunto cardanico e la massa del braccio guida, ecc.
In generale, il forcellone in alluminio ha la massa più leggera mentre il forcellone in ghisa ha la massa maggiore. Altri sono nel mezzo.
Poiché la massa di un set di bracci oscillanti è nella maggior parte dei casi inferiore a 10 kg, rispetto a un veicolo con una massa superiore a 1.000 kg, la massa del forcellone ha un effetto minimo sul consumo di carburante.
2. Fattore prezzo: dipende dal piano di progettazione
Maggiori sono i requisiti, maggiore sarà il costo. Partendo dalla premessa che la resistenza strutturale e la rigidità del forcellone soddisfano i requisiti, i requisiti di tolleranza di produzione, la difficoltà del processo di produzione, il tipo e la disponibilità del materiale e i requisiti di corrosione superficiale influiscono tutti direttamente sul prezzo. Ad esempio, fattori anticorrosivi: il rivestimento elettrozincato, attraverso la passivazione superficiale e altri trattamenti, può raggiungere circa 144 ore; la protezione superficiale è suddivisa in rivestimento di vernice elettroforetica catodica, che può raggiungere una resistenza alla corrosione di 240 ore attraverso la regolazione dello spessore del rivestimento e dei metodi di trattamento; rivestimento in zinco-ferro o zinco-nichel, in grado di soddisfare i requisiti del test anticorrosivo di oltre 500 ore. Con l'aumento dei requisiti dei test di corrosione, aumenta anche il costo della parte.
Il costo può essere ridotto confrontando gli schemi di progettazione e struttura del forcellone.
Come tutti sappiamo, diverse disposizioni dei punti rigidi forniscono prestazioni di guida diverse. In particolare, va sottolineato che la stessa disposizione dei punti rigidi e diverse progettazioni dei punti di connessione possono comportare costi diversi.
Esistono tre tipi di connessione tra parti strutturali e giunti sferici: connessione tramite parti standard (bulloni, dadi o rivetti), connessione con interferenza e integrazione. Rispetto alla struttura di connessione standard, la struttura di connessione con adattamento ad interferenza riduce i tipi di parti, come bulloni, dadi, rivetti e altre parti. Il pezzo unico integrato rispetto alla struttura di connessione con adattamento ad interferenza riduce il numero di parti del guscio del giunto sferico.
Esistono due forme di collegamento tra l'elemento strutturale e l'elemento elastico: gli elementi elastici anteriore e posteriore sono assialmente paralleli e assialmente perpendicolari. Metodi diversi determinano processi di assemblaggio diversi. Ad esempio, la direzione di pressione della boccola è nella stessa direzione e perpendicolare al corpo del forcellone. È possibile utilizzare una pressa a doppia testa a stazione singola per pressare contemporaneamente le boccole anteriori e posteriori, risparmiando manodopera, attrezzature e tempo; Se la direzione di installazione non è coerente (verticale), è possibile utilizzare una pressa a doppia testa a stazione singola per pressare e installare la boccola in successione, risparmiando manodopera e attrezzature; quando la boccola è destinata ad essere pressata dall'interno, sono necessarie due stazioni e due presse, successivamente per inserire a pressione la boccola.
