Маятниковый рычаг обычно располагается между колесом и кузовом и является элементом безопасности, связанным с водителем, который передает усилие, снижает передачу вибраций и контролирует направление движения.
Маятниковый рычаг обычно располагается между колесом и кузовом и является элементом безопасности, связанным с водителем, который передает усилие, снижает передачу вибраций и контролирует направление движения. В данной статье рассматриваются распространенные конструкции маятниковых рычагов, представленные на рынке, а также сравнивается и анализируется влияние различных конструкций на процесс производства, качество и цену.
Подвеска автомобильного шасси условно делится на переднюю и заднюю. И передняя, и задняя подвеска имеют маятниковые рычаги, соединяющие колеса и кузов. Маятниковые рычаги обычно располагаются между колесами и кузовом.
Роль направляющей маятниковой подвески заключается в соединении колеса и рамы, передаче усилия, снижении передачи вибрации и управлении направлением движения. Это элемент безопасности, затрагивающий водителя. В системе подвески имеются элементы, передающие усилие, благодаря чему колеса движутся относительно кузова по определенной траектории. Эти элементы передают нагрузку, и вся система подвески отвечает за управляемость автомобиля.
Общие функции и конструкция подвески автомобиля.
1. Для соответствия требованиям к передаче нагрузки, проектированию и технологии конструкции поворотного рычага.
Большинство современных автомобилей используют независимую подвеску. В зависимости от конструктивной формы независимые подвески можно разделить на поперечные рычаги, продольные рычаги, многорычажные системы, свечные подвески и подвеску типа Макферсон. Поперечный и продольный рычаги представляют собой двухсиловую конструкцию для одного рычага в многорычажной подвеске с двумя точками соединения. Два двухсиловых стержня установлены на карданном шарнире под определенным углом, а линии соединения точек соединения образуют треугольную структуру. Нижний рычаг передней подвески типа Макферсон представляет собой типичный трехточечный маятниковый рычаг с тремя точками соединения. Линия, соединяющая три точки соединения, образует устойчивую треугольную структуру, способную выдерживать нагрузки в нескольких направлениях.
Конструкция двухрычажного маятника проста, и её проектирование часто определяется с учётом различного профессионального опыта и удобства обработки каждой компании. Например, конструкция из штампованного листового металла (см. рис. 1) представляет собой цельную стальную пластину без сварки, а полость конструкции в основном имеет форму буквы «I»; конструкция из сварного листового металла (см. рис. 2) представляет собой сварную стальную пластину, а полость конструкции чаще имеет форму буквы «口»; или для усиления опасных мест используются локальные усиливающие пластины; конструкция, изготовленная методом ковки стали, имеет цельную полость конструкции, форма которой в основном регулируется в соответствии с требованиями компоновки шасси; конструкция, изготовленная методом ковки алюминия (см. рис. 3), имеет цельную полость конструкции, а требования к форме аналогичны стальной ковке; конструкция из стальной трубы имеет простую структуру, а полость конструкции имеет круглую форму.
Конструкция трехточечного маятника сложна, и ее проектирование часто определяется в соответствии с требованиями производителя. При анализе движения маятник не должен мешать другим деталям, и для большинства из них существуют минимальные требования к расстоянию между ними. Например, при штамповке листового металла чаще всего используется одновременно со сваркой листового металла, отверстие для жгута проводов датчика или кронштейн соединения тяги стабилизатора и т. д. изменяют конструкцию маятника; полость конструкции по-прежнему имеет форму «отверстия», и полость маятника имеет более закрытую конструкцию, чем незакрытую. При ковке и механической обработке полость конструкции чаще всего имеет I-образную форму, что обладает традиционными характеристиками сопротивления кручению и изгибу; при литье и механической обработке форма и полость конструкции чаще всего оснащаются ребрами жесткости и отверстиями для уменьшения веса в соответствии с характеристиками литья; при сварке листового металла конструкция, комбинированная с ковкой, из-за требований к пространству компоновки шасси автомобиля, шаровой шарнир интегрируется в ковку, а ковка соединяется с листовым металлом; Конструкция из литого и кованого алюминия, полученная методом механической обработки, обеспечивает лучшее использование материала и производительность по сравнению с ковкой, а также превосходит прочность литых материалов, что является результатом применения новых технологий.
2. Снижение передачи вибрации на кузов и оптимизация конструкции упругого элемента в точке соединения с маятниковым рычагом.
Поскольку дорожное покрытие, по которому движется автомобиль, не может быть абсолютно ровным, вертикальная сила реакции дорожного покрытия, действующая на колеса, часто бывает значительной, особенно при движении на высокой скорости по плохому дорожному покрытию. Эта ударная сила также вызывает дискомфорт у водителя. В систему подвески устанавливаются упругие элементы, и жесткое соединение преобразуется в упругое. После удара упругий элемент генерирует вибрацию, и непрерывная вибрация вызывает дискомфорт у водителя, поэтому в систему подвески необходимы демпфирующие элементы для быстрого снижения амплитуды вибрации.
В конструкции маятникового рычага точками соединения являются упругие элементы и шаровые шарниры. Упругие элементы обеспечивают гашение вибраций и небольшое количество степеней свободы вращения и колебаний. В автомобилях в качестве упругих компонентов часто используются резиновые втулки, а также гидравлические втулки и поперечные шарниры.
Рисунок 2. Поворотный рычаг для сварки листового металла.
Конструкция резиновой втулки обычно представляет собой стальную трубу с резиновым наружным слоем или сэндвич-структуру из стальной трубы, резины и стальной трубы. Внутренняя стальная труба должна обладать достаточной прочностью и диаметром, а на обоих концах обычно имеются противоскользящие насечки. Состав материала и конструкция резинового слоя регулируются в зависимости от требований к жесткости.
Для самого наружного стального кольца часто требуется определенный угол захода, что облегчает запрессовку.
Гидравлическая втулка имеет сложную структуру и представляет собой изделие, изготовленное по сложной технологической схеме, с высокой добавленной стоимостью в категории втулок. В резиновой части имеется полость, в которой находится масло. Конструкция полости разрабатывается в соответствии с требованиями к эксплуатационным характеристикам втулки. При утечке масла втулка повреждается. Гидравлические втулки обеспечивают лучшую кривую жесткости, что влияет на общую управляемость автомобиля.
Поперечный шарнир имеет сложную конструкцию и представляет собой составную часть из резины и шариковых шарниров. Он обеспечивает лучшую долговечность, чем втулка, имеет больший угол поворота и угол вращения, специальную кривую жесткости и соответствует требованиям к эксплуатационным характеристикам всего транспортного средства. Поврежденные поперечные шарниры будут создавать шум в кабине во время движения транспортного средства.
3. При движении колеса конструкция качающегося элемента в точке соединения с качающимся рычагом изменяется в зависимости от его положения.
Неровная дорожная поверхность приводит к тому, что колеса подпрыгивают относительно кузова (рамы), и одновременно происходит движение колес, например, поворот, прямолинейное движение и т. д., что требует соответствия траектории движения колес определенным требованиям. Маятниковый рычаг и карданный шарнир в основном соединены шаровым шарниром.
Шарнирное соединение маятниковой подвески обеспечивает угол поворота более ±18° и угол вращения 360°. Полностью соответствует требованиям к биению колес и рулевому управлению. На шаровое соединение распространяется гарантия 2 года или 60 000 км и 3 года или 80 000 км на весь автомобиль.
В зависимости от способа соединения маятникового рычага и шарового шарнира (шарового соединения) их можно разделить на болтовое или заклепочное соединение (шаровой шарнир имеет фланец); запрессованное соединение (шаровой шарнир не имеет фланца); и интегрированное соединение (маятниковый рычаг и шаровой шарнир в одном изделии). Для конструкций из цельного листового металла и сварных конструкций из нескольких листов металла первые два типа соединений используются чаще; второй тип соединения, например, соединение из стали, алюминия и чугуна, также широко применяется.
Шарнирное соединение должно обладать износостойкостью под нагрузкой, поскольку его рабочий угол больше, чем у втулки, и, следовательно, требуется больший срок службы. Поэтому шарнирное соединение должно быть спроектировано как комбинированная конструкция, включающая в себя хорошую смазку качающегося механизма и пыле- и водонепроницаемую систему смазки.
Рисунок 3. Кованый алюминиевый маятник.
Влияние конструкции маятниковой подвески на качество и цену
1. Фактор качества: чем легче, тем лучше.
Собственная частота колебаний тела (также известная как частота свободных колебаний системы), определяемая жесткостью подвески и массой, поддерживаемой пружиной подвески (подрессоренной массой), является одним из важных показателей работы системы подвески, влияющих на комфорт езды автомобиля. Частота вертикальных колебаний, используемая человеческим телом, — это частота движения тела вверх и вниз во время ходьбы, которая составляет примерно 1-1,6 Гц. Собственная частота колебаний тела должна быть как можно ближе к этому диапазону частот. При постоянной жесткости системы подвески, чем меньше подрессоренная масса, тем меньше вертикальная деформация подвески и тем выше собственная частота.
При постоянной вертикальной нагрузке, чем меньше жесткость подвески, тем ниже собственная частота колебаний автомобиля и тем больше пространство, необходимое для того, чтобы колесо подпрыгивало вверх и вниз.
При одинаковых дорожных условиях и скорости движения автомобиля, чем меньше неподрессоренная масса, тем меньше ударная нагрузка на подвеску. Неподрессоренная масса включает в себя массу колеса, карданного шарнира и направляющих рычагов и т. д.
В целом, алюминиевый маятник имеет наименьшую массу, а чугунный — наибольшую. Остальные находятся между этими значениями.
Поскольку масса маятниковой подвески обычно составляет менее 10 кг, по сравнению с транспортным средством массой более 1000 кг, масса маятниковой подвески мало влияет на расход топлива.
2. Ценовой фактор: зависит от проектной документации.
Чем больше требований, тем выше стоимость. При условии, что прочность и жесткость маятникового рычага соответствуют требованиям, на цену напрямую влияют требования к допускам при изготовлении, сложность процесса изготовления, тип и доступность материалов, а также требования к коррозии поверхности. Например, факторы защиты от коррозии: электрооцинкованное покрытие, благодаря пассивации поверхности и другим обработкам, может обеспечить стойкость к коррозии около 144 часов; защита поверхности подразделяется на катодное электрофоретическое лакокрасочное покрытие, которое может обеспечить 240 часов коррозионной стойкости за счет регулирования толщины покрытия и методов обработки; цинково-железное или цинково-никелевое покрытие, которое может соответствовать требованиям испытаний на коррозионную стойкость более 500 часов. По мере увеличения требований к испытаниям на коррозионную стойкость возрастает и стоимость детали.
Стоимость можно снизить, сравнив конструктивные и структурные решения маятниковой подвески.
Как известно, различные варианты расположения точек крепления обеспечивают разные ходовые характеристики. В частности, следует отметить, что даже при одном и том же варианте расположения точек крепления и различных конструкциях точек соединения могут наблюдаться разные затраты.
Существует три типа соединения между конструктивными элементами и шаровыми шарнирами: соединение с помощью стандартных деталей (болты, гайки или заклепки), соединение с натягом и цельное соединение. По сравнению со стандартной конструкцией соединения, соединение с натягом уменьшает количество используемых деталей, таких как болты, гайки, заклепки и другие. Цельное соединение, в отличие от соединения с натягом, уменьшает количество деталей в корпусе шарового шарнира.
Между конструктивным элементом и упругим элементом существуют два способа соединения: передний и задний упругие элементы расположены аксиально параллельно и аксиально перпендикулярно друг другу. Различные методы определяют различные процессы сборки. Например, направление запрессовки втулки совпадает с направлением и перпендикулярно корпусу маятникового рычага. Для одновременной запрессовки передней и задней втулок можно использовать однопозиционный двухголовочный пресс, что позволяет сэкономить рабочую силу, оборудование и время; если направление установки неравномерное (вертикальное), можно использовать однопозиционный двухголовочный пресс для последовательной запрессовки и установки втулки, что также позволяет сэкономить рабочую силу и оборудование; если втулка предназначена для запрессовки изнутри, требуется два позиционных пресса для последовательной запрессовки втулки.
