Viljuška se obično nalazi između volana i karoserije, i predstavlja sigurnosnu komponentu povezanu s vozačem koja prenosi silu, slabi prijenos vibracija i kontrolira smjer.
Viljuška se obično nalazi između točka i karoserije i predstavlja sigurnosnu komponentu povezanu s vozačem koja prenosi silu, smanjuje prijenos vibracija i kontrolira smjer. Ovaj članak predstavlja uobičajeni strukturni dizajn viljuške na tržištu te uspoređuje i analizira utjecaj različitih struktura na proces, kvalitetu i cijenu.
Ovjes šasije automobila se grubo dijeli na prednje ovjes i zadnje ovjes. I prednji i zadnji ovjes imaju okretne viljuške za povezivanje kotača i karoserije. Okretne viljuške se obično nalaze između kotača i karoserije.
Uloga vodeće viljuške je povezivanje točka i okvira, prenos sile, smanjenje prenosa vibracija i kontrola smjera. To je sigurnosna komponenta koja uključuje vozača. U sistemu ovjesa postoje strukturni dijelovi koji prenose silu, tako da se točkovi kreću u odnosu na karoseriju prema određenoj putanji. Strukturni dijelovi prenose opterećenje, a cijeli sistem ovjesa snosi performanse upravljanja automobilom.
Uobičajene funkcije i dizajn konstrukcije viljuške automobila
1. Da bi se ispunili zahtjevi prijenosa opterećenja, dizajna i tehnologije strukture okretne vilice
Većina modernih automobila koristi nezavisne sisteme ovjesa. Prema različitim strukturnim oblicima, nezavisni sistemi ovjesa mogu se podijeliti na tip s viljuškastom ramenom, tip s vučnom ramenom, tip s višestrukom vezom, tip sa svijećom i tip McPherson. Poprečna ramena i vučna ramena su struktura s dvije sile za jedno rameno u višestrukom veznom zglobu, s dvije spojne tačke. Dvije šipke s dvije sile su sastavljene na univerzalnom zglobu pod određenim uglom, a spojne linije spojnih tačaka formiraju trokutastu strukturu. Donja ramena prednjeg ovjesa MacPherson je tipična trokutasta viljuška s tri tačke spajanja. Linija koja spaja tri spojne tačke je stabilna trokutasta struktura koja može izdržati opterećenja u više smjerova.
Struktura dvostruke okretne viljuške je jednostavna, a strukturni dizajn se često određuje prema različitim profesionalnim vještinama i praktičnosti obrade svake kompanije. Na primjer, kod strukture od štancanog lima (vidi sliku 1), konstrukcija je od jedne čelične ploče bez zavarivanja, a strukturna šupljina je uglavnom u obliku slova "I"; kod zavarene strukture od lima (vidi sliku 2), konstrukcija je od zavarene čelične ploče, a strukturna šupljina je više u obliku slova "口"; ili se lokalne ploče za ojačanje koriste za zavarivanje i ojačavanje opasnih pozicija; kod strukture za obradu čelika mašinom za kovanje, strukturna šupljina je čvrsta, a oblik se uglavnom prilagođava zahtjevima rasporeda šasije; kod strukture za obradu aluminija mašinom za kovanje (vidi sliku 3), konstrukcija šupljine je čvrsta, a zahtjevi za oblik su slični onima kod kovanog čelika; konstrukcija čelične cijevi je jednostavne strukture, a strukturna šupljina je kružna.
Struktura trostruke okretne vilice je složena, a strukturni dizajn se često određuje prema zahtjevima proizvođača originalne opreme (OEM). U analizi simulacije kretanja, okretna vilica ne smije ometati druge dijelove, a većina njih ima minimalne zahtjeve za udaljenost. Na primjer, struktura od prešanog lima se uglavnom koristi istovremeno sa zavarenom konstrukcijom od lima, otvor za kablovski svežanj senzora ili nosač spojne šipke stabilizatora itd. promijenit će strukturu dizajna okretne vilice; strukturna šupljina je i dalje u obliku "usta", a šupljina okretne vilice će se... Zatvorena struktura je bolja od nezatvorene strukture. Kod konstrukcije obrađene kovanim materijalom, strukturna šupljina je uglavnom oblika "I", što ima tradicionalne karakteristike otpornosti na torziju i savijanje; kod konstrukcije obrađene livenjem, oblik i strukturna šupljina su uglavnom opremljeni ojačavajućim rebrima i otvorima za smanjenje težine prema karakteristikama lijevanja; kod zavarivanja lima, kombinovana struktura sa kovanim materijalom, zbog zahtjeva prostora za raspored šasije vozila, kuglasti zglob je integriran u okovani materijal, a okovani materijal je spojen sa limom; Struktura obrade livenog i kovanog aluminija pruža bolje iskorištavanje materijala i produktivnost od kovanja, te je superiornija u odnosu na čvrstoću materijala odlivaka, što je posljedica primjene nove tehnologije.
2. Smanjite prenos vibracija na tijelo i strukturni dizajn elastičnog elementa na mjestu spajanja viljuške
Budući da površina puta po kojoj se automobil kreće ne može biti apsolutno ravna, vertikalna sila reakcije površine puta koja djeluje na točkove često je udarna, posebno pri vožnji velikom brzinom na lošoj površini puta, a ova sila udara također uzrokuje nelagodu kod vozača. U sistem ovjesa ugrađeni su elastični elementi, a kruta veza se pretvara u elastičnu vezu. Nakon što elastični element udari, on generira vibracije, a kontinuirane vibracije uzrokuju nelagodu kod vozača, pa su sistemu ovjesa potrebni elementi za prigušenje kako bi se brzo smanjila amplituda vibracija.
Spojne tačke u konstrukcijskom dizajnu viljuške su spoj elastičnih elemenata i spoj kuglastog zgloba. Elastični elementi omogućavaju prigušivanje vibracija i mali broj rotacijskih i oscilirajućih stepeni slobode. Gumene čahure se često koriste kao elastične komponente u automobilima, a koriste se i hidraulične čahure i poprečni zglobovi.
Slika 2 Viljuška za zavarivanje lima
Struktura gumene čahure je uglavnom čelična cijev s gumom izvana ili sendvič struktura od čelične cijevi-gume-čelične cijevi. Unutrašnja čelična cijev zahtijeva otpornost na pritisak i promjer, a protuklizni nazubljeni dijelovi su uobičajeni na oba kraja. Gumeni sloj prilagođava formulu materijala i strukturu dizajna prema različitim zahtjevima za krutost.
Najudaljeniji čelični prsten često ima zahtjev za ugao uvođenja, što pogoduje spajanju presovanjem.
Hidraulična čahura ima složenu strukturu i proizvod je sa složenim procesom i visokom dodanom vrijednošću u kategoriji čahura. U gumi postoji šupljina u kojoj se nalazi ulje. Dizajn strukture šupljine se vrši u skladu sa zahtjevima performansi čahure. Ako ulje curi, čahura je oštećena. Hidraulične čahure mogu pružiti bolju krivulju krutosti, što utiče na ukupnu upravljivost vozila.
Poprečni zglob ima složenu strukturu i kompozitni je dio gumenih i kugličnih zglobova. Može pružiti bolju izdržljivost od čahure, ugao zakretanja i ugao rotacije, posebnu krivulju krutosti i zadovoljiti zahtjeve performansi cijelog vozila. Oštećeni poprečni zglobovi će generirati buku u kabini kada se vozilo kreće.
3. S kretanjem točka, strukturni dizajn elementa zakretanja na mjestu spajanja viljuške
Neravna površina puta uzrokuje poskakivanje točkova gore-dolje u odnosu na karoseriju (okvir), a istovremeno se točkovi kreću, kao što je skretanje, kretanje pravo itd., što zahtijeva da putanja točkova ispunjava određene zahtjeve. Vilica i univerzalni zglob su uglavnom povezani kuglastim šarnirom.
Kuglasti zglob okretne vilice može obezbijediti ugao zakretanja veći od ±18° i može obezbediti ugao rotacije od 360°. U potpunosti ispunjava zahteve za odstupanje od volana i upravljanje. Kuglasti zglob ispunjava i garancijske uslove od 2 godine ili 60.000 km i 3 godine ili 80.000 km za celo vozilo.
Prema različitim metodama spajanja između viljuške i kuglastog zgloba (kuglastog spoja), mogu se podijeliti na vijčane ili zakovične spojeve, kod kojih kuglasti zglob ima prirubnicu; spojeve s presovanjem, kod kojih kuglasti zglob nema prirubnicu; i integrirane spojeve, kada su viljuška i kuglasti zglob sve u jednom. Za konstrukcije od jednog lima i zavarene konstrukcije od više limova, prve dvije vrste spojeva se češće koriste; druge vrste spojeva, kao što su kovanje čelika, kovanje aluminija i liveno gvožđe, se češće koriste.
Kuglasti zglob mora ispunjavati uslove otpornosti na habanje pod opterećenjem, zbog većeg radnog ugla od čahure, što znači duži vijek trajanja. Stoga, kuglasti zglob mora biti dizajniran kao kombinovana struktura, uključujući dobro podmazivanje zamaha i sistem podmazivanja otporan na prašinu i vodu.
Slika 3 Kovano aluminijsko viljuškasto viljuška
Utjecaj dizajna viljuške na kvalitetu i cijenu
1. Faktor kvalitete: što lakši to bolji
Prirodna frekvencija tijela (poznata i kao frekvencija slobodnih vibracija sistema vibracija) određena krutošću ovjesa i masom koju podržava opruga ovjesa (opružna masa) jedan je od važnih pokazatelja performansi sistema ovjesa koji utiče na udobnost vožnje automobila. Vertikalna frekvencija vibracija koju koristi ljudsko tijelo je frekvencija kretanja tijela gore-dolje tokom hodanja, koja iznosi oko 1-1,6 Hz. Prirodna frekvencija tijela treba biti što bliža ovom frekventnom opsegu. Kada je krutost sistema ovjesa konstantna, što je manja opružna masa, manja je vertikalna deformacija ovjesa i veća je prirodna frekvencija.
Kada je vertikalno opterećenje konstantno, što je manja krutost ovjesa, to je niža prirodna frekvencija automobila i veći prostor potreban za skakanje točka gore-dolje.
Kada su uslovi na putu i brzina vozila isti, što je manja neoprugljena masa, to je manje udarno opterećenje na sistem ovjesa. Neoprugljena masa uključuje masu točka, masu univerzalnog zgloba i vodeće viljuške itd.
Općenito, aluminijska viljuška ima najmanju masu, a viljuška od lijevanog željeza najveću masu. Druge su negdje između.
Budući da je masa kompleta viljuški uglavnom manja od 10 kg, u poređenju s vozilom mase veće od 1000 kg, masa viljuške ima mali utjecaj na potrošnju goriva.
2. Faktor cijene: zavisi od plana dizajna
Što je više zahtjeva, to je cijena veća. Pod pretpostavkom da strukturna čvrstoća i krutost viljuške ispunjavaju zahtjeve, zahtjevi za toleranciju proizvodnje, složenost proizvodnog procesa, vrsta i dostupnost materijala, te zahtjevi za površinsku koroziju direktno utiču na cijenu. Na primjer, faktori zaštite od korozije: elektrocinčani premaz, putem pasivizacije površine i drugih tretmana, može postići otpornost na koroziju od oko 144 sata; zaštita površine se dijeli na katodni elektroforetski premaz bojenjem, koji podešavanjem debljine premaza i metoda obrade može postići otpornost na koroziju od 240 sati; cink-željezni ili cink-nikl premaz, koji može ispuniti zahtjeve ispitivanja korozije od preko 500 sati. Kako se zahtjevi za ispitivanje korozije povećavaju, raste i cijena dijela.
Trošak se može smanjiti poređenjem dizajna i strukturnih shema okretne vilice.
Kao što svi znamo, različiti rasporedi tvrdih tačaka pružaju različite performanse vožnje. Posebno treba istaći da isti raspored tvrdih tačaka i različiti dizajni priključnih tačaka mogu rezultirati različitim troškovima.
Postoje tri vrste veze između strukturnih dijelova i kuglastih zglobova: veza putem standardnih dijelova (vijci, matice ili zakovice), veza s interferencijom i integracija. U poređenju sa standardnom strukturom veze, struktura veze s interferencijom smanjuje broj vrsta dijelova, kao što su vijci, matice, zakovice i drugi dijelovi. Integrirana jednodijelna struktura veze smanjuje broj dijelova ljuske kuglastog zgloba u odnosu na strukturu veze s interferencijom.
Postoje dva oblika veze između konstrukcijskog elementa i elastičnog elementa: prednji i zadnji elastični elementi su aksijalno paralelni i aksijalno okomiti. Različite metode određuju različite procese montaže. Na primjer, smjer pritiskanja čahure je u istom smjeru i okomit na tijelo okretne vilice. Jednostanična presa s dvije glave može se koristiti za istovremeno pritiskanje prednjih i zadnjih čahura, štedeći radnu snagu, opremu i vrijeme; Ako je smjer ugradnje nekonzistentan (vertikalan), jednostanična presa s dvije glave može se koristiti za sukcesivno pritiskanje i ugradnju čahure, štedeći radnu snagu i opremu; kada je čahura dizajnirana da se utiskuje iznutra, potrebne su dvije stanice i dvije prese za sukcesivno pritiskanje čahure.
