Kyvná vidlica sa zvyčajne nachádza medzi kolesom a karosériou a je to bezpečnostný komponent súvisiaci s vodičom, ktorý prenáša silu, oslabuje prenos vibrácií a riadi smer.
Kyvné rameno sa zvyčajne nachádza medzi kolesom a karosériou a je to bezpečnostný komponent súvisiaci s vodičom, ktorý prenáša silu, znižuje prenos vibrácií a riadi smer. Tento článok predstavuje bežné konštrukčné riešenie kyvného ramena na trhu a porovnáva a analyzuje vplyv rôznych konštrukcií na proces, kvalitu a cenu.
Zavesenie podvozku auta sa zhruba delí na predné zavesenie a zadné zavesenie. Predné aj zadné zavesenie majú kyvné ramená na spojenie kolies a karosérie. Kyvné ramená sa zvyčajne nachádzajú medzi kolesami a karosériou.
Úlohou vodiacej kyvnej vidlice je spojiť koleso a rám, prenášať silu, znižovať prenos vibrácií a riadiť smer. Je to bezpečnostný prvok, ktorý sa týka vodiča. V systéme odpruženia sú konštrukčné diely prenášajúce silu, takže kolesá sa pohybujú vzhľadom na karosériu podľa určitej trajektórie. Konštrukčné diely prenášajú zaťaženie a celý systém odpruženia nesie zodpovednosť za ovládateľnosť vozidla.
Bežné funkcie a konštrukcia kyvného ramena automobilu
1. Na splnenie požiadaviek na prenos zaťaženia, návrh a technológiu konštrukcie výkyvného ramena
Väčšina moderných automobilov používa nezávislé systémy zavesenia kolies. Podľa rôznych konštrukčných foriem možno nezávislé systémy zavesenia kolies rozdeliť na typy s lichobežníkovým zavesením, s vlečným ramenom, s viacprvkovým zavesením, so sviečkovým zavesením a s typom McPherson. Priečna a vlečná tyč sú dvojbodovou konštrukciou pre jedno rameno vo viacprvkovom zavesení s dvoma spojovacími bodmi. Dve dvojbodové tyče sú namontované na univerzálnom kĺbe pod určitým uhlom a spojovacie čiary spojovacích bodov tvoria trojuholníkovú štruktúru. Spodné rameno predného zavesenia kolies MacPherson je typické trojbodové kyvné rameno s tromi spojovacími bodmi. Čiara spájajúca tri spojovacie body je stabilná trojuholníková štruktúra, ktorá dokáže odolať zaťaženiu vo viacerých smeroch.
Štruktúra dvojčinnej kyvnej vidlice je jednoduchá a konštrukčné riešenie sa často určuje podľa rôznych odborných znalostí a pohodlia spracovania každej spoločnosti. Napríklad, konštrukcia z lisovaného plechu (pozri obrázok 1) je konštrukčná konštrukcia z jedného oceľového plechu bez zvárania a konštrukčná dutina má prevažne tvar „I“; zváraná plechová konštrukcia (pozri obrázok 2) je konštrukčná konštrukcia zo zváraného oceľového plechu a konštrukčná dutina má skôr tvar „口“; alebo sa na zváranie a spevnenie nebezpečnej polohy používajú lokálne výstužné plechy; konštrukcia obrábaná kovaním ocele má konštrukčnú dutinu pevnú a tvar sa väčšinou upravuje podľa požiadaviek na rozloženie podvozku; konštrukcia obrábaná kovaním hliníka (pozri obrázok 3) má konštrukciu dutiny pevnú a požiadavky na tvar sú podobné oceľovému kovaniu; oceľová rúrková konštrukcia má jednoduchú konštrukciu a konštrukčná dutina je kruhová.
Štruktúra trojbodového kyvného ramena je zložitá a konštrukčné riešenie sa často určuje podľa požiadaviek výrobcu originálneho vybavenia (OEM). Pri analýze simulácie pohybu sa kyvné rameno nemôže dotýkať iných častí a väčšina z nich má požiadavky na minimálnu vzdialenosť. Napríklad, ak sa lisovaná plechová konštrukcia používa súčasne so zváranou plechovou konštrukciou, otvor pre káblový zväzok snímača alebo konzola spojovacej tyče stabilizačnej tyče atď. zmení konštrukčnú štruktúru kyvného ramena; konštrukčná dutina má stále tvar „úst“ a dutina kyvného ramena bude uzavretá. Uzavretá konštrukcia je lepšia ako neuzavretá konštrukcia. Pri kovanej konštrukcii má konštrukčná dutina prevažne tvar „I“, čo má tradičné vlastnosti odolnosti proti krúteniu a ohybu. Pri odlievanej konštrukcii je tvar a konštrukčná dutina väčšinou vybavená výstužnými rebrami a otvormi na zníženie hmotnosti podľa charakteristík odliatku. Pri zváraní plechu je kombinovaná konštrukcia s kovaním kvôli požiadavkám na priestor podvozku vozidla, guľový kĺb je integrovaný do kovania a kovanie je spojené s plechom. Štruktúra obrábania odlievaného a kovaného hliníka poskytuje lepšie využitie materiálu a produktivitu ako kovanie a má lepšiu pevnosť materiálu ako odliatky, čo je vďaka aplikácii nových technológií.
2. Znížte prenos vibrácií na telo a konštrukčné riešenie elastického prvku v mieste pripojenia kyvného ramena
Keďže povrch vozovky, po ktorej sa vozidlo pohybuje, nemôže byť úplne rovný, vertikálna reakčná sila povrchu vozovky pôsobiaca na kolesá je často nárazová, najmä pri jazde vysokou rýchlosťou na zlom povrchu vozovky. Táto nárazová sila tiež spôsobuje, že sa vodič cíti nepohodlne. V systéme zavesenia kolies sú inštalované elastické prvky a tuhé spojenie sa premení na elastické spojenie. Po náraze na elastický prvok vznikajú vibrácie a neustále vibrácie spôsobujú, že sa vodič cíti nepohodlne, takže systém zavesenia kolies potrebuje tlmiace prvky, aby sa amplitúda vibrácií rýchlo znížila.
Spojovacie body v konštrukčnom riešení kyvného ramena sú spojenie elastických prvkov a spojenie guľovým kĺbom. Elastické prvky zabezpečujú tlmenie vibrácií a malý počet rotačných a kmitajúcich stupňov voľnosti. Gumové puzdrá sa často používajú ako elastické komponenty v automobiloch a používajú sa aj hydraulické puzdrá a priečne kĺby.
Obrázok 2 Kyvné rameno na zváranie plechu
Štruktúra gumového puzdra je väčšinou oceľová rúra s vonkajšou gumou alebo sendvičová konštrukcia oceľová rúra-guma-oceľová rúra. Vnútorná oceľová rúra vyžaduje odolnosť voči tlaku a priemer a na oboch koncoch sú bežné protišmykové zúbky. Gumová vrstva prispôsobuje zloženie materiálu a konštrukciu rôznym požiadavkám na tuhosť.
Najvzdialenejší oceľový krúžok má často požiadavku na uhol nábehu, čo je priaznivé pre lisovanie.
Hydraulické puzdro má zložitú štruktúru a je to produkt so zložitým procesom a vysokou pridanou hodnotou v kategórii puzdier. V gumovej vložke je dutina, v ktorej sa nachádza olej. Návrh dutiny sa vykonáva podľa výkonnostných požiadaviek puzdra. Ak uniká olej, puzdro sa poškodí. Hydraulické puzdrá môžu poskytnúť lepšiu krivku tuhosti, čo ovplyvňuje celkovú ovládateľnosť vozidla.
Priečny pánt má zložitú štruktúru a je zloženou súčasťou gumových a guľôčkových pántov. V porovnaní s puzdrom poskytuje lepšiu odolnosť, uhol výkyvu a uhol natočenia, špeciálnu krivku tuhosti a spĺňa výkonnostné požiadavky celého vozidla. Poškodené priečne pánty budú počas pohybu vozidla generovať hluk v kabíne.
3. S pohybom kolesa sa mení konštrukcia výkyvného prvku v mieste pripojenia výkyvného ramena
Nerovný povrch vozovky spôsobuje, že kolesá poskakujú hore a dole vzhľadom na karosériu (rám) a zároveň sa kolesá pohybujú, napríklad sa otáčajú, jazdia priamo atď., čo vyžaduje, aby trajektória kolies spĺňala určité požiadavky. Kyvná vidlica a univerzálny kĺb sú väčšinou spojené guľovým pántom.
Guľový pánt kyvnej vidlice umožňuje uhol výkyvu väčší ako ±18° a uhol otáčania 360°. Plne spĺňa požiadavky na hádzavosť a riadenie kolies. Guľový pánt spĺňa záručné podmienky 2 roky alebo 60 000 km a 3 roky alebo 80 000 km na celé vozidlo.
Podľa rôznych spôsobov spojenia medzi kyvnou vidlicou a guľovým závesom (guľovým kĺbom) sa dá rozdeliť na skrutkové alebo nitové spojenie, pričom guľový záves má prírubu; lisované spojenie s presakom, pričom guľový záves nemá prírubu; integrované spojenie, pričom kyvná vidlica a guľový záves sú všetko v jednom. Pre jednoplechové a viacplechové zvárané konštrukcie sa častejšie používajú prvé dva typy spojenia; častejšie sa používajú druhé typy spojenia, ako napríklad oceľové kovanie, hliníkové kovanie a liatinové kovanie.
Guľový záves musí spĺňať požiadavky na odolnosť proti opotrebovaniu pri zaťažení, pretože pracovný uhol je väčší ako u puzdra, čo znamená vyššiu životnosť. Preto musí byť guľový záves navrhnutý ako kombinovaná konštrukcia, ktorá zahŕňa dobré mazanie výkyvu a prachotesný a vodotesný mazací systém.
Obrázok 3 Kovaná kyvná vidlica z hliníka
Vplyv konštrukcie kyvnej vidlice na kvalitu a cenu
1. Faktor kvality: čím ľahší, tým lepší
Vlastná frekvencia tela (známa aj ako frekvencia voľných vibrácií vibračného systému) určená tuhosťou zavesenia kolies a hmotnosťou podopretou pružinou zavesenia kolies (odpružená hmotnosť) je jedným z dôležitých ukazovateľov výkonu systému zavesenia kolies, ktorý ovplyvňuje komfort jazdy vozidla. Vertikálna frekvencia vibrácií ľudského tela je frekvencia pohybu tela hore a dole počas chôdze, ktorá je približne 1 – 1,6 Hz. Vlastná frekvencia tela by sa mala čo najviac blížiť tomuto frekvenčnému rozsahu. Keď je tuhosť systému zavesenia kolies konštantná, čím menšia je odpružená hmotnosť, tým menšia je vertikálna deformácia zavesenia kolies a tým vyššia je vlastná frekvencia.
Keď je vertikálne zaťaženie konštantné, čím menšia je tuhosť zavesenia kolies, tým nižšia je prirodzená frekvencia vozidla a tým väčší priestor je potrebný na to, aby koleso mohlo skákať hore a dole.
Ak sú podmienky vozovky a rýchlosť vozidla rovnaké, čím menšia je neodpružená hmotnosť, tým menšie je nárazové zaťaženie na systém zavesenia kolies. Neodpružená hmotnosť zahŕňa hmotnosť kolesa, hmotnosť univerzálneho kĺbu a vodiacej tyče atď.
Vo všeobecnosti má hliníková kyvná vidlica najľahšiu hmotnosť a liatinová kyvná vidlica najväčšiu hmotnosť. Ostatné sú niekde medzi tým.
Keďže hmotnosť sady kyvných ramien je väčšinou menšia ako 10 kg v porovnaní s vozidlom s hmotnosťou viac ako 1 000 kg, hmotnosť kyvného ramena má malý vplyv na spotrebu paliva.
2. Cenový faktor: závisí od projektového plánu
Čím viac požiadaviek, tým vyššie náklady. Za predpokladu, že štrukturálna pevnosť a tuhosť kyvného ramena spĺňajú požiadavky, požiadavky na výrobnú toleranciu, náročnosť výrobného procesu, typ a dostupnosť materiálu a požiadavky na povrchovú koróziu priamo ovplyvňujú cenu. Napríklad antikorózne faktory: elektrolyticky pozinkovaný náter, prostredníctvom pasivácie povrchu a iných úprav, môže dosiahnuť odolnosť voči korózii približne 144 hodín; povrchová ochrana sa delí na katódové elektroforetické lakovanie, ktoré môže dosiahnuť odolnosť voči korózii 240 hodín úpravou hrúbky náteru a metódami úpravy; zinok-železo alebo zinok-nikelový náter, ktorý môže splniť požiadavky na antikoróznu skúšku viac ako 500 hodín. So zvyšujúcimi sa požiadavkami na koróznu skúšku sa zvyšuje aj cena dielu.
Náklady je možné znížiť porovnaním konštrukčných a konštrukčných schém výkyvného ramena.
Ako všetci vieme, rôzne usporiadania závesných bodov poskytujú rôzny jazdný výkon. Treba najmä zdôrazniť, že rovnaké usporiadanie závesných bodov a rôzne prevedenia spojovacích bodov môžu viesť k rôznym nákladom.
Existujú tri typy spojenia medzi konštrukčnými časťami a guľovými kĺbmi: spojenie pomocou štandardných dielov (skrutky, matice alebo nity), spojenie s presahovaným uložením a integrované spojenie. V porovnaní so štandardnou konštrukciou spojenia znižuje konštrukcia s presahovaným uložením počet typov dielov, ako sú skrutky, matice, nity a iné diely. Integrovaná jednodielna konštrukcia v porovnaní s konštrukciou spojenia s presahovaným uložením znižuje počet dielov puzdra guľového kĺbu.
Existujú dva druhy spojenia medzi konštrukčným prvkom a elastickým prvkom: predný a zadný elastický prvok sú axiálne rovnobežné a axiálne kolmé. Rôzne metódy určujú rôzne montážne procesy. Napríklad smer lisovania puzdra je v rovnakom smere a kolmý na telo kyvného ramena. Na súčasné nalisovanie predného a zadného puzdra je možné použiť jednostaničný dvojhlavý lis, čím sa šetrí pracovná sila, vybavenie a čas. Ak je smer inštalácie nekonzistentný (vertikálny), je možné na postupné nalisovanie a inštaláciu puzdra použiť jednostaničný dvojhlavý lis, čím sa šetrí pracovná sila a vybavenie. Ak je puzdro navrhnuté tak, aby sa lisovalo zvnútra, sú potrebné dve stanice a dva lisy na postupné nalisovanie puzdra.
