O braço oscilante geralmente fica localizado entre a roda e a carroceria, e é um componente de segurança relacionado ao motorista que transmite força, enfraquece a transmissão de vibração e controla a direção.
O braço oscilante geralmente está localizado entre a roda e a carroceria, sendo um componente de segurança relacionado ao motorista que transmite força, reduz a transmissão de vibração e controla a direção. Este artigo apresenta o design 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. Tanto a suspensão dianteira quanto a traseira possuem braços oscilantes para conectar as rodas à carroceria. Os braços oscilantes geralmente ficam localizados entre as rodas e a carroceria.
A função do braço oscilante guia é conectar a roda ao quadro, transmitir força, reduzir a transmissão de vibração e controlar a direção. É um componente de segurança que envolve o motorista. O sistema de suspensão possui peças estruturais que transmitem força, de modo que as rodas se movem em relação à carroceria de acordo com uma determinada trajetória. As peças estruturais transmitem a carga, e todo o sistema de suspensão suporta o desempenho de dirigibilidade do carro.
Funções comuns e projeto estrutural do braço oscilante do carro
1. Para atender aos requisitos de transferência de carga, projeto e tecnologia de estrutura de braço oscilante
A maioria dos carros modernos utiliza sistemas de suspensão independentes. De acordo com diferentes formas estruturais, os sistemas de suspensão independentes podem ser divididos em tipo braço oscilante, tipo braço oscilante, tipo multi-link, tipo vela e tipo McPherson. O braço transversal e o braço oscilante 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 braço oscilante de três pontos típico com três pontos de conexão. A linha que conecta os três pontos de conexão é uma estrutura triangular estável que pode suportar cargas em várias direções.
A estrutura do braço oscilante de duas forças é simples, e o projeto estrutural é frequentemente determinado de acordo com as diferentes especialidades profissionais e a conveniência de processamento de cada empresa. Por exemplo, a estrutura de chapa metálica estampada (ver Figura 1), a estrutura de projeto é uma única chapa de aço sem soldagem, e a cavidade estrutural tem principalmente o formato de "I"; a estrutura soldada de chapa metálica (ver Figura 2), a estrutura de projeto é uma chapa de aço soldada, e a cavidade estrutural tem mais o formato 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 o formato é principalmente ajustado 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 formato são semelhantes aos do forjamento de aço; a estrutura do tubo de aço é simples em estrutura, e a cavidade estrutural é circular.
A estrutura do braço oscilante de três pontos é complexa e o projeto estrutural é frequentemente determinado de acordo com os requisitos do fabricante original do equipamento original. Na análise de simulação de movimento, o braço oscilante não pode interferir em outras peças e a maioria delas possui requisitos mínimos de distância. Por exemplo, a estrutura de chapa metálica estampada é geralmente usada simultaneamente com a estrutura soldada de chapa metálica, o furo do chicote do sensor ou o suporte de conexão da biela da barra estabilizadora, etc., alterará a estrutura do projeto do braço oscilante; a cavidade estrutural ainda tem o formato de uma "boca", e a cavidade do braço oscilante será Uma estrutura fechada é melhor do que uma estrutura aberta. Estrutura usinada forjada, a cavidade estrutural é principalmente em forma de "I", que possui as características tradicionais de resistência à torção e flexão; estrutura usinada fundida, a forma e a cavidade estrutural são principalmente equipadas com nervuras de reforço e furos de 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 ao forjamento, e o forjamento é conectado à chapa metálica; a estrutura de usinagem de alumínio forjado fundido proporciona melhor utilização do material e produtividade do que o forjamento, e é superior à resistência do material das peças fundidas, que é a aplicação de nova tecnologia.
2. Reduzir a transmissão de vibração ao corpo e o design estrutural do elemento elástico no ponto de conexão do braço oscilante
Como a superfície da estrada sobre a qual o carro trafega não pode ser totalmente plana, a força de reação vertical da superfície da estrada que atua sobre as rodas costuma ser impactante, especialmente ao dirigir em alta velocidade em uma superfície ruim. Essa força de impacto também causa desconforto ao motorista. Elementos elásticos são instalados no sistema de suspensão e a conexão rígida é convertida em conexão elástica. Após o impacto, o elemento elástico gera vibração, e a vibração contínua causa desconforto ao motorista. Portanto, 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 rotacional e oscilante. Buchas de borracha são frequentemente utilizadas como componentes elásticos em automóveis, assim como buchas hidráulicas e articulações transversais.
Figura 2 Braço oscilante para soldagem de chapa metálica
A estrutura da bucha de borracha é geralmente um tubo de aço com borracha na parte externa, ou uma estrutura sanduíche de tubo de aço, borracha e tubo de 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 diferentes requisitos de rigidez.
O anel de aço mais externo geralmente tem um ângulo de entrada necessário, o que é propício ao encaixe por pressão.
A bucha hidráulica possui uma estrutura complexa, sendo um produto com processo complexo e alto valor agregado na categoria de buchas. Há uma cavidade na borracha e óleo nessa 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 será danificada. As buchas hidráulicas podem proporcionar uma melhor curva de rigidez, afetando a dirigibilidade geral do veículo.
A dobradiça transversal possui uma estrutura complexa e é composta por borracha e dobradiças esféricas. Ela oferece maior durabilidade do que a bucha, ângulo de giro e ângulo de rotação, curva de rigidez especial e atende aos requisitos de desempenho de todo o veículo. Dobradiças transversais danificadas geram ruído na cabine quando o veículo está em movimento.
3. Com o movimento da roda, o projeto estrutural do elemento de balanço 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 (quadro) e, ao mesmo tempo, se movam, como curvas, retos, etc., exigindo que a trajetória das rodas atenda a certos requisitos. O braço oscilante e a junta universal são conectados principalmente por uma articulação esférica.
A articulação esférica do braço oscilante pode proporcionar um ângulo de giro superior a ±18° e um ângulo de rotação de 360°. Atende plenamente aos requisitos de excentricidade das rodas e direção. A articulação 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 articulação esférica (articulação esférica), a conexão pode ser dividida em: conexão por parafuso ou rebite, sendo a articulação esférica com flange; conexão de interferência por encaixe por pressão, sendo a articulação esférica sem flange; e a integração, sendo o braço oscilante e a articulação esférica integrados. Para estruturas metálicas de chapa única e estruturas soldadas de chapas metálicas múltiplas, os dois primeiros tipos de conexão são mais amplamente utilizados; o último tipo de conexão, como forjamento em aço, forjamento em alumínio e ferro fundido, é mais amplamente utilizado.
A dobradiça esférica precisa atender à resistência ao desgaste sob condições de carga, pois o ângulo de trabalho é maior que o da bucha, o que aumenta a vida útil. Portanto, a dobradiça esférica precisa ser projetada como uma estrutura combinada, incluindo boa lubrificação do giro e sistema de lubrificação à prova de poeira e 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 do corpo (também conhecida como frequência de vibração livre do sistema de vibração), determinada pela rigidez da suspensão e pela massa suportada pela mola da 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 corpo se movendo para cima e para baixo durante a caminhada, que é de cerca de 1 a 1,6 Hz. A frequência natural do corpo deve ser o mais próximo possível dessa faixa de frequência. Quando a rigidez do sistema de suspensão é constante, quanto menor a massa suspensa, menor a deformação vertical da suspensão e maior a frequência natural.
Quando a carga vertical é constante, quanto menor a rigidez da suspensão, menor a frequência natural do carro e maior o espaço necessário para a roda saltar para cima e para baixo.
Quando as condições da estrada e a velocidade do veículo são as mesmas, quanto menor a massa não suspensa, menor a carga de impacto no sistema de suspensão. A massa não suspensa inclui a massa da roda, a massa da junta universal e 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. Os outros ficam no meio termo.
Como a massa de um conjunto de braços oscilantes é geralmente menor que 10 kg, em comparação com um veículo com massa superior a 1000 kg, a massa do braço oscilante tem pouco efeito no consumo de combustível.
2. Fator preço: depende do plano de projeto
Quanto mais requisitos, maior o custo. Partindo do princípio de que a resistência estrutural e a rigidez do braço oscilante atendem aos requisitos, os requisitos de tolerância de fabricação, a dificuldade do processo de fabricação, o tipo e a disponibilidade do material e os requisitos de corrosão da superfície afetam diretamente o preço. Por exemplo, fatores anticorrosivos: o revestimento eletrogalvanizado, por meio de passivação da superfície e outros tratamentos, pode atingir cerca de 144 horas; a proteção da superfície é dividida em revestimento de pintura eletroforética catódica, que pode atingir 240 horas 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 anticorrosivo de mais de 500 horas. À medida que os requisitos de teste de corrosão aumentam, o custo da peça também aumenta.
O custo pode ser reduzido comparando os esquemas de design e estrutura do braço oscilante.
Como todos sabemos, diferentes arranjos de pontos rígidos proporcionam diferentes desempenhos de condução. Em particular, é importante ressaltar que o mesmo arranjo de pontos rígidos e diferentes designs de pontos de conexão podem gerar custos diferentes.
Existem três tipos de conexão entre peças estruturais e juntas esféricas: conexão por meio de peças padrão (parafusos, porcas ou rebites), conexão por encaixe de interferência e integração. Comparada à estrutura de conexão padrão, a estrutura de conexão por encaixe de interferência reduz os tipos de peças, como parafusos, porcas, rebites e outras peças. A estrutura de conexão integrada de uma peça reduz o número de peças da junta esférica, em comparação com a estrutura de conexão por encaixe de interferência.
Existem duas formas de conexão entre o elemento estrutural e o elemento elástico: os elementos elásticos dianteiro e traseiro são axialmente paralelos e axialmente perpendiculares. Métodos diferentes determinam processos de montagem diferentes. Por exemplo, a direção de prensagem 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 por pressão as buchas dianteira e traseira 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 equipamento; quando a bucha é projetada para ser pressionada por dentro, duas estações e duas prensas são necessárias para encaixar a bucha sucessivamente por pressão.
