O braço oscilante geralmente está localizado entre a roda e a carroceria e é um componente de segurança relacionado ao motorista que transmite força, enfraquece a transmissão de vibrações e controla a direção.
O braço oscilante geralmente fica localizado entre a roda e a carroceria e é um componente de segurança relacionado ao motorista que transmite força, reduz a transmissão de vibrações e controla a direção. Este artigo apresenta o projeto estrutural comum do braço oscilante no mercado e compara e analisa a influência de diferentes estruturas no processo, qualidade e preço.
A suspensão do chassi do carro é dividida em suspensão dianteira e suspensão traseira. As suspensões dianteira e traseira possuem braços oscilantes para conectar as rodas e a carroceria. Os braços oscilantes geralmente estão localizados entre as rodas e a carroceria.
A função do braço oscilante guia é conectar a roda e a estrutura, transmitir força, reduzir a transmissão de vibração e controlar a direção. É um componente de segurança que envolve o motorista. Existem peças estruturais transmissoras de força no sistema de suspensão, para que as rodas se movam em relação à carroceria de acordo com uma determinada trajetória. As partes estruturais transmitem a carga e todo o sistema de suspensão suporta o desempenho de dirigibilidade do carro.
Funções comuns e design de estrutura do braço oscilante do carro
1. Para atender aos requisitos de transferência de carga, design e tecnologia da estrutura do braço oscilante
A maioria dos carros modernos usa sistemas de suspensão independentes. De acordo com as diferentes formas estruturais, os sistemas de suspensão independentes podem ser divididos em tipo triângulo, tipo braço articulado, tipo multi-link, tipo vela e tipo McPherson. O braço cruzado e o braço traseiro são uma estrutura de duas forças para um único braço no multi-link, com dois pontos de conexão. Duas hastes de duas forças são montadas na junta universal em um determinado ângulo, e as linhas de conexão dos pontos de conexão formam uma estrutura triangular. O braço inferior da suspensão dianteira MacPherson é um típico braço oscilante de três pontos com três pontos de conexão. A linha que liga os três pontos de conexão é uma estrutura triangular estável que pode suportar cargas em múltiplas direções.
A estrutura do braço oscilante de duas forças é simples e o projeto estrutural é frequentemente determinado de acordo com os diferentes conhecimentos profissionais e conveniência de processamento de cada empresa. Por exemplo, a estrutura de chapa estampada (ver Figura 1), a estrutura do projeto é uma única placa de aço sem soldagem, e a cavidade estrutural tem principalmente a forma de "I"; a estrutura soldada em chapa metálica (ver Figura 2), a estrutura do projeto é uma placa de aço soldada e a cavidade estrutural é mais Tem a forma de "口"; ou placas de reforço locais são usadas para soldar e fortalecer a posição perigosa; a estrutura de processamento da máquina de forjamento de aço, a cavidade estrutural é sólida e a forma é ajustada principalmente de acordo com os requisitos de layout do chassi; a estrutura de processamento da máquina de forjamento de alumínio (ver Figura 3), a estrutura A cavidade é sólida e os requisitos de forma são semelhantes aos do forjamento de aço; a estrutura do tubo de aço tem estrutura simples e a cavidade estrutural é circular.
A estrutura do braço oscilante de três pontos é complicada e o projeto estrutural é frequentemente determinado de acordo com os requisitos do OEM. Na análise de simulação de movimento, o braço oscilante não pode interferir em outras peças, e a maioria delas possui requisitos de distância mínima. Por exemplo, a estrutura de chapa metálica estampada é usada principalmente ao mesmo tempo que a estrutura soldada de chapa metálica, o orifício do chicote do sensor ou o suporte de conexão da biela da barra estabilizadora, etc. a cavidade estrutural ainda tem o formato de uma "boca" e a cavidade do braço oscilante terá uma estrutura fechada é melhor do que uma estrutura não fechada. Forjando estrutura usinada, a cavidade estrutural é em sua maioria em formato “I”, que possui as características tradicionais de torção e resistência à flexão; a estrutura usinada de fundição, o formato e a cavidade estrutural são em sua maioria equipados com nervuras de reforço e furos para redução de peso de acordo com as características da fundição; soldagem de chapa metálica A estrutura combinada com o forjamento, devido aos requisitos de espaço de layout do chassi do veículo, a junta esférica é integrada no forjamento, e o forjamento é conectado com a chapa metálica; a estrutura de usinagem de alumínio forjado fundido proporciona melhor utilização e produtividade do material do que o forjamento, e é superior à resistência do material das peças fundidas, que é a aplicação de novas tecnologias.
2. Reduza a transmissão de vibração ao corpo e o desenho estrutural do elemento elástico no ponto de conexão do braço oscilante
Como a superfície da estrada em que o carro está circulando não pode ser absolutamente plana, a força de reação vertical da superfície da estrada que atua sobre as rodas costuma ter impacto, especialmente ao dirigir em alta velocidade em uma superfície de estrada ruim, essa força de impacto também faz com que o motorista sentir-se desconfortável. , elementos elásticos são instalados no sistema de suspensão e a conexão rígida é convertida em conexão elástica. Após o impacto do elemento elástico, ele gera vibração, e a vibração contínua faz com que o motorista se sinta desconfortável, por isso o sistema de suspensão precisa de elementos de amortecimento para reduzir rapidamente a amplitude da vibração.
Os pontos de conexão no projeto estrutural do braço oscilante são a conexão do elemento elástico e a conexão da junta esférica. Os elementos elásticos proporcionam amortecimento de vibrações e um pequeno número de graus de liberdade rotacionais e oscilantes. Buchas de borracha são frequentemente usadas como componentes elásticos em carros, e buchas hidráulicas e dobradiças cruzadas também são usadas.
Figura 2 Braço oscilante para soldagem de chapa metálica
A estrutura da bucha de borracha é principalmente um tubo de aço com borracha na parte externa ou uma estrutura sanduíche de tubo de aço-borracha-aço. O tubo de aço interno requer resistência à pressão e requisitos de diâmetro, e serrilhas antiderrapantes são comuns em ambas as extremidades. A camada de borracha ajusta a fórmula do material e a estrutura do projeto de acordo com os diferentes requisitos de rigidez.
O anel de aço mais externo geralmente tem um requisito de ângulo de entrada, o que é propício ao encaixe por pressão.
A bucha hidráulica possui estrutura complexa, sendo um produto de processo complexo e de alto valor agregado na categoria de buchas. Há uma cavidade na borracha e óleo na cavidade. O projeto da estrutura da cavidade é realizado de acordo com os requisitos de desempenho da bucha. Se houver vazamento de óleo, a bucha estará danificada. As buchas hidráulicas podem proporcionar uma melhor curva de rigidez, afetando a dirigibilidade geral do veículo.
A dobradiça cruzada tem uma estrutura complexa e é uma parte composta de dobradiças de borracha e esféricas. Ele pode fornecer melhor durabilidade do que a bucha, ângulo de giro e ângulo de rotação, curva de rigidez especial e atender aos requisitos de desempenho de todo o veículo. Dobradiças transversais danificadas gerarão ruído na cabine quando o veículo estiver em movimento.
3. Com o movimento da roda, o projeto estrutural do elemento oscilante no ponto de conexão do braço oscilante
A superfície irregular da estrada faz com que as rodas saltem para cima e para baixo em relação à carroceria (estrutura) e, ao mesmo tempo, as rodas se movam, como girar, seguir em linha reta, etc., exigindo que a trajetória das rodas atenda a certos requisitos. O braço oscilante e a junta universal são principalmente conectados por uma dobradiça esférica.
A dobradiça esférica do braço oscilante pode fornecer um ângulo de giro superior a ± 18° e pode fornecer um ângulo de rotação de 360°. Atende totalmente aos requisitos de desvio e direção das rodas. E a dobradiça esférica atende aos requisitos de garantia de 2 anos ou 60.000 km e 3 anos ou 80.000 km para todo o veículo.
De acordo com os diferentes métodos de conexão entre o braço oscilante e a dobradiça esférica (junta esférica), ela pode ser dividida em conexão por parafuso ou rebite, a dobradiça esférica possui um flange; conexão de interferência de encaixe por pressão, a dobradiça esférica não possui flange; integrados, o braço oscilante e a dobradiça esférica, tudo em um. Para estruturas de chapa única e estruturas soldadas de múltiplas chapas, os dois primeiros tipos de conexões são mais amplamente utilizados; o último tipo de conexão, como forjamento de aço, forjamento de alumínio e ferro fundido, é mais amplamente utilizado
A dobradiça esférica precisa atender à resistência ao desgaste sob a condição de carga, devido ao maior ângulo de trabalho que a bucha, maior exigência de vida útil. Portanto, a dobradiça esférica deve ser projetada como uma estrutura combinada, incluindo boa lubrificação do balanço e sistema de lubrificação à prova de poeira e à prova d'água.
Figura 3 Braço oscilante forjado em alumínio
O impacto do design do braço oscilante na qualidade e no preço
1. Fator de qualidade: quanto mais leve melhor
A frequência natural da carroceria (também conhecida como frequência de vibração livre do sistema vibratório) determinada pela rigidez da suspensão e pela massa suportada pela mola de suspensão (massa suspensa) é um dos importantes indicadores de desempenho do sistema de suspensão que afeta o conforto de condução do carro. A frequência de vibração vertical usada pelo corpo humano é a frequência do movimento do corpo para cima e para baixo durante a caminhada, que é cerca de 1-1,6 Hz. A frequência natural do corpo deve estar o mais próximo possível desta faixa de frequência. Quando a rigidez do sistema de suspensão é constante, quanto menor for a massa suspensa, menor será a deformação vertical da suspensão e maior será a frequência natural.
Quando a carga vertical é constante, quanto menor for a rigidez da suspensão, menor será a frequência natural do carro e maior será o espaço necessário para a roda saltar para cima e para baixo.
Quando as condições da estrada e a velocidade do veículo são iguais, quanto menor for a massa não suspensa, menor será a carga de impacto no sistema de suspensão. A massa não suspensa inclui a massa da roda, a junta universal e a massa do braço guia, etc.
Em geral, o braço oscilante de alumínio tem a massa mais leve e o braço oscilante de ferro fundido tem a maior massa. Outros estão no meio.
Como a massa de um conjunto de braços oscilantes é geralmente inferior a 10 kg, em comparação com um veículo com massa superior a 1.000 kg, a massa do braço oscilante tem pouco efeito no consumo de combustível.
2. Fator preço: depende do plano de design
Quanto mais requisitos, maior será o custo. Com base na premissa de que a resistência estrutural e a rigidez do braço oscilante atendem aos requisitos, os requisitos de tolerância de fabricação, dificuldade do processo de fabricação, tipo e disponibilidade de material e requisitos de corrosão superficial afetam diretamente o preço. Por exemplo, fatores anticorrosivos: revestimento eletrogalvanizado, por meio de passivação superficial e outros tratamentos, pode atingir cerca de 144h; a proteção de superfície é dividida em revestimento de pintura eletroforética catódica, que pode atingir 240h de resistência à corrosão por meio do ajuste da espessura do revestimento e dos métodos de tratamento; revestimento de zinco-ferro ou zinco-níquel, que pode atender aos requisitos de teste anticorrosão de mais de 500h. À medida que os requisitos de teste de corrosão aumentam, também aumenta o custo da peça.
O custo pode ser reduzido comparando os esquemas de projeto e estrutura do braço oscilante.
Como todos sabemos, diferentes arranjos de pontos rígidos proporcionam diferentes desempenhos de direção. Em particular, deve ser salientado que a mesma disposição de pontos rígidos e diferentes designs de pontos de ligação podem proporcionar custos diferentes.
Existem três tipos de ligação entre peças estruturais e juntas esféricas: ligação através de peças standard (parafusos, porcas ou rebites), ligação por ajuste interferente e integração. Em comparação com a estrutura de conexão padrão, a estrutura de conexão com ajuste interferente reduz os tipos de peças, como parafusos, porcas, rebites e outras peças. A peça única integrada que a estrutura de conexão de ajuste de interferência reduz o número de peças do invólucro da junta esférica.
Existem duas formas de ligação entre o elemento estrutural e o elemento elástico: os elementos elásticos dianteiro e traseiro são axialmente paralelos e axialmente perpendiculares. Diferentes métodos determinam diferentes processos de montagem. Por exemplo, a direção de pressão da bucha é na mesma direção e perpendicular ao corpo do braço oscilante. Uma prensa de cabeça dupla de estação única pode ser usada para encaixar as buchas dianteiras e traseiras ao mesmo tempo, economizando mão de obra, equipamento e tempo; Se a direção de instalação for inconsistente (vertical), uma prensa de cabeça dupla de estação única pode ser usada para pressionar e instalar a bucha sucessivamente, economizando mão de obra e equipamentos; quando a bucha é projetada para ser prensada por dentro, são necessárias duas estações e duas prensas, encaixando sucessivamente a bucha.
