Nihajna roka se običajno nahaja med kolesom in karoserijo in je varnostna komponenta, povezana z voznikom, ki prenaša silo, slabi prenos vibracij in nadzoruje smer.
Nihajna roka se običajno nahaja med kolesom in ohišjem ter je varnostna komponenta, povezana z gonilnikom, ki prenaša silo, zmanjšuje prenos vibracij in nadzoruje smer. Ta članek predstavlja običajno strukturno zasnovo nihajne roke na trgu ter primerja in analizira vpliv različnih struktur na postopek, kakovost in ceno.
Vzmetenje avtomobilske šasije je v grobem razdeljeno na sprednje in zadnje vzmetenje. Tako sprednje kot zadnje vzmetenje imata nihajne roke za povezavo koles in karoserije. Nihajne roke so običajno nameščene med kolesi in karoserijo.
Vloga vodilne nihajne roke je povezovanje kolesa in okvirja, prenos sile, zmanjšanje prenosa vibracij in nadzor smeri. Je varnostni element, ki vključuje voznika. V sistemu vzmetenja so strukturni deli, ki prenašajo silo, tako da se kolesa premikajo glede na karoserijo po določeni poti. Strukturni deli prenašajo obremenitev, celoten sistem vzmetenja pa nosi vodljivost avtomobila.
Pogoste funkcije in konstrukcijska zasnova nihajne roke avtomobila
1. Za izpolnjevanje zahtev glede prenosa obremenitve, zasnove in tehnologije konstrukcije nihajne roke
Večina sodobnih avtomobilov uporablja neodvisne sisteme vzmetenja. Glede na različne strukturne oblike lahko neodvisne sisteme vzmetenja razdelimo na prečne vzmeti, vlečne vzmeti, večvodilne vzmeti, svečne vzmeti in McPhersonove vzmeti. Prečna in vlečna vzmet sta v večvodilni vzmeti dvosilna struktura za eno samo vzmet z dvema priključnima točkama. Dve dvosilni palici sta sestavljeni na univerzalnem zglobu pod določenim kotom, povezovalni črti povezovalnih točk pa tvorita trikotno strukturo. Spodnja vzmet sprednjega vzmetenja MacPherson je tipična tritočkovna nihajna roka s tremi priključnimi točkami. Črta, ki povezuje tri priključne točke, je stabilna trikotna struktura, ki lahko prenese obremenitve v več smereh.
Struktura dvosilne nihajne roke je preprosta, konstrukcijska zasnova pa se pogosto določi glede na strokovno znanje in enostavnost obdelave posameznega podjetja. Na primer, konstrukcija iz žigosane pločevine (glej sliko 1) je zasnovana iz ene same jeklene plošče brez varjenja, konstrukcijska votlina pa je večinoma v obliki črke "I"; konstrukcija iz varjene pločevine (glej sliko 2) je zasnovana iz varjene jeklene plošče, konstrukcijska votlina pa je bolj v obliki črke "口"; ali pa se za varjenje in krepitev nevarnega položaja uporabljajo lokalne ojačitvene plošče; konstrukcija, obdelana s kovanim jeklom, ima konstrukcijsko votlino trdno strukturo, ki se večinoma prilagaja zahtevam postavitve šasije; konstrukcija, obdelana s kovanim aluminijem (glej sliko 3), ima konstrukcijsko votlino trdno strukturo, zahteve glede oblike pa so podobne tistim pri kovanem jeklu; konstrukcija jeklenih cevi je preprosta, konstrukcijska votlina pa je okrogla.
Struktura tritočkovne nihajne roke je zapletena, konstrukcijska zasnova pa se pogosto določi glede na zahteve proizvajalca originalne opreme. Pri analizi simulacije gibanja nihajna roka ne sme motiti drugih delov, večina pa ima minimalne zahteve glede razdalje. Na primer, če se žigosana pločevinasta konstrukcija večinoma uporablja hkrati z varjeno pločevinasto konstrukcijo, se luknja za kabelski snop senzorja ali nosilec ojnice stabilizatorja itd. spremeni konstrukcijsko strukturo nihajne roke; konstrukcijska votlina je še vedno v obliki "ust", votlina nihajne roke pa bo zaprta. Zaprta konstrukcija je boljša od odprte. Pri strojno obdelani konstrukciji je konstrukcijska votlina večinoma v obliki črke "I", kar ima tradicionalne značilnosti odpornosti proti torziji in upogibanju; pri strojno obdelani konstrukciji je oblika in konstrukcijska votlina večinoma opremljena z ojačitvenimi rebri in luknjami za zmanjšanje teže glede na značilnosti ulitka; pri kombinirani konstrukciji s kovanim materialom je kroglični zglob zaradi prostorskih zahtev šasije vozila integriran v kovano kovino, kovano kovino pa je povezano s pločevino. Struktura obdelave litega aluminija zagotavlja boljši izkoristek materiala in produktivnost kot kovanje ter je boljša od materialne trdnosti ulitkov, kar je posledica uporabe nove tehnologije.
2. Zmanjšajte prenos vibracij na telo in strukturno zasnovo elastičnega elementa na priključni točki nihajne roke
Ker cestišče, po katerem se vozi avtomobil, ne more biti popolnoma ravno, je navpična reakcijska sila cestišča, ki deluje na kolesa, pogosto udarna, zlasti pri vožnji z veliko hitrostjo po slabem cestišču. Ta udarna sila povzroča tudi nelagodje pri vozniku. V sistem vzmetenja so vgrajeni elastični elementi, togi spoji pa se pretvorijo v elastične. Po udarcu v elastični element nastanejo vibracije, ki vozniku povzročajo nelagodje, zato sistem vzmetenja potrebuje dušilne elemente, ki hitro zmanjšajo amplitudo vibracij.
Priključne točke v strukturni zasnovi nihajne roke so elastični elementi in kroglični zglobi. Elastični elementi zagotavljajo dušenje vibracij in majhno število rotacijskih in nihajnih stopenj svobode. Gumijaste puše se pogosto uporabljajo kot elastične komponente v avtomobilih, uporabljajo pa se tudi hidravlične puše in prečni tečaji.
Slika 2 Nihajna roka za varjenje pločevine
Struktura gumijaste puše je večinoma jeklena cev z zunanjo gumo ali sendvič struktura iz jeklene cevi, gume in jeklene cevi. Notranja jeklena cev zahteva zahteve glede tlačne odpornosti in premera, na obeh koncih pa so običajne protizdrsne nazobčanosti. Gumijasta plast prilagaja formulo materiala in konstrukcijo glede na različne zahteve glede togosti.
Najbolj zunanji jekleni obroč ima pogosto zahtevo glede kota uvajanja, kar je ugodno za stiskanje.
Hidravlična puša ima kompleksno strukturo in je izdelek s kompleksnim postopkom ter visoko dodano vrednostjo v kategoriji puš. V gumi je votlina, v kateri je olje. Zasnova strukture votline je izvedena v skladu z zahtevami glede delovanja puše. Če olje pušča, se puša poškoduje. Hidravlične puše lahko zagotovijo boljšo krivuljo togosti, kar vpliva na splošno voznost vozila.
Prečni tečaj ima kompleksno strukturo in je sestavljen iz gumijastih in krogličnih tečajev. Zagotavlja boljšo vzdržljivost kot puša, kot nihanja in kot vrtenja, posebno krivuljo togosti in izpolnjuje zahteve glede zmogljivosti celotnega vozila. Poškodovani prečni tečaji bodo med vožnjo povzročali hrup v kabini.
3. Z gibanjem kolesa se strukturna zasnova nihajnega elementa na priključni točki nihajne roke
Zaradi neravne cestne površine kolesa poskakujejo gor in dol glede na karoserijo (okvir), hkrati pa se kolesa premikajo, na primer pri zavijanju, vožnji naravnost itd., kar zahteva, da pot koles izpolnjuje določene zahteve. Nihajna roka in univerzalni zglob sta večinoma povezana s krogličnim tečajem.
Kroglični tečaj nihajne roke lahko zagotovi kot nihanja večji od ±18° in kot vrtenja 360°. V celoti izpolnjuje zahteve glede oprijema koles in krmiljenja. Kroglični tečaj izpolnjuje tudi garancijske zahteve 2 leti ali 60.000 km in 3 leta ali 80.000 km za celotno vozilo.
Glede na različne načine povezave med nihajno roko in krogličnim tečajem (krogličnim zglobom) jih lahko razdelimo na vijačne ali zakovičene povezave, pri katerih ima kroglični tečaj prirobnico; povezave s stiskanjem in interferenco, pri katerih kroglični tečaj nima prirobnice; in integrirane povezave, pri katerih sta nihajna roka in kroglični tečaj vse v enem. Za enojne in večpločevinaste varjene konstrukcije se prvi dve vrsti povezav pogosteje uporabljata; drugi vrsti povezav, kot so jekleni kovanci, aluminijasti kovanci in lito železo, se pogosteje uporabljata.
Kroglični tečaj mora izpolnjevati zahteve glede odpornosti proti obrabi pri obremenitvi, saj je delovni kot večji kot puše, kar pomeni daljšo življenjsko dobo. Zato mora biti kroglični tečaj zasnovan kot kombinirana konstrukcija, vključno z dobrim mazanjem nihajnega dela ter sistemom mazanja, odpornim proti prahu in vodi.
Slika 3 Kovano aluminijasto nihajno roko
Vpliv zasnove nihajne roke na kakovost in ceno
1. Faktor kakovosti: lažji kot je, boljši
Naravna frekvenca telesa (znana tudi kot frekvenca prostih vibracij vibracijskega sistema), ki jo določata togost vzmetenja in masa, ki jo podpira vzmetenje (vzmetena masa), je eden pomembnih kazalnikov delovanja sistema vzmetenja, ki vpliva na udobje vožnje avtomobila. Navpična frekvenca vibracij, ki jo uporablja človeško telo, je frekvenca, s katero se telo premika gor in dol med hojo, in znaša približno 1–1,6 Hz. Naravna frekvenca telesa mora biti čim bližje temu frekvenčnemu območju. Ko je togost sistema vzmetenja konstantna, manjša kot je vzmetena masa, manjša je navpična deformacija vzmetenja in višja je naravna frekvenca.
Ko je navpična obremenitev konstantna, manjša kot je togost vzmetenja, nižja je naravna frekvenca avtomobila in večji prostor je potreben za skakanje kolesa gor in dol.
Ko so cestne razmere in hitrost vozila enake, manjša kot je nevzmetena masa, manjša je udarna obremenitev na sistem vzmetenja. Nevzmetena masa vključuje maso kolesa, maso univerzalnega zgloba in vodilne roke itd.
Na splošno ima aluminijasta nihajna roka najlažjo maso, litoželezna nihajna roka pa največjo. Druge so nekje vmes.
Ker je masa nihajne roke večinoma manjša od 10 kg v primerjavi z vozilom z maso več kot 1000 kg, ima masa nihajne roke le majhen vpliv na porabo goriva.
2. Cenovni dejavnik: odvisen od načrta zasnove
Več zahtev pomeni višji strošek. Ob predpostavki, da strukturna trdnost in togost nihajne roke ustrezata zahtevam, na ceno neposredno vplivajo zahteve glede tolerance izdelave, težavnost proizvodnega procesa, vrsta in razpoložljivost materiala ter zahteve glede površinske korozije. Na primer, dejavniki protikorozijske zaščite: elektrocinkana prevleka s površinsko pasivizacijo in drugimi obdelavami lahko doseže približno 144 ur; površinska zaščita je razdeljena na katodno elektroforetsko barvanje, ki lahko s prilagoditvijo debeline prevleke in metod obdelave doseže 240 ur odpornosti proti koroziji; cink-železo ali cink-nikelj, ki lahko izpolnjuje zahteve protikorozijskega preskusa več kot 500 ur. Z naraščajočimi zahtevami protikorozijskega preskusa se povečujejo tudi stroški dela.
Stroške je mogoče zmanjšati s primerjavo zasnove in strukturnih shem nihajne roke.
Kot vsi vemo, različne razporeditve trdih točk zagotavljajo različne vozne lastnosti. Še posebej je treba poudariti, da lahko ista razporeditev trdih točk in različne zasnove priključnih točk povzročijo različne stroške.
Obstajajo tri vrste povezav med konstrukcijskimi deli in krogličnimi zglobi: povezava s standardnimi deli (vijaki, matice ali zakovice), povezava z interferenčnim prileganjem in integracija. V primerjavi s standardno povezovalno strukturo povezovalna struktura z interferenčnim prileganjem zmanjša število vrst delov, kot so vijaki, matice, zakovice in drugi deli. Integrirana enodelna povezovalna struktura v primerjavi z povezovalno strukturo z interferenčnim prileganjem zmanjša število delov lupine krogličnega zgloba.
Med konstrukcijskim elementom in elastičnim elementom obstajata dve obliki povezave: sprednji in zadnji elastični element sta aksialno vzporedna in aksialno pravokotna. Različne metode določajo različne postopke montaže. Na primer, smer stiskanja puše je v isti smeri in pravokotna na telo nihajne roke. Za hkratno stiskanje sprednje in zadnje puše se lahko uporabi enopostajalna dvoglava stiskalnica, s čimer se prihrani delovna sila, oprema in čas; če je smer namestitve nedosledna (navpična), se lahko za zaporedno stiskanje in namestitev puše uporabi enopostajalna dvoglava stiskalnica, s čimer se prihrani delovna sila in oprema; ko je puša zasnovana tako, da se jo stisne od znotraj, sta potrebni dve postaji in dve stiskalnici, ki zaporedno stisneta pušo.
