โดยทั่วไปแขนแกว่งจะอยู่ระหว่างล้อและตัวถัง และเป็นส่วนประกอบด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับผู้ขับขี่ โดยทำหน้าที่ถ่ายทอดแรง ลดการส่งผ่านแรงสั่นสะเทือน และควบคุมทิศทาง
สวิงอาร์มมักจะอยู่ระหว่างล้อและตัวถัง และเป็นส่วนประกอบด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับคนขับซึ่งส่งแรง ลดแรงสั่นสะเทือน และควบคุมทิศทาง บทความนี้จะแนะนำการออกแบบโครงสร้างทั่วไปของสวิงอาร์มในตลาด และเปรียบเทียบและวิเคราะห์อิทธิพลของโครงสร้างต่างๆ ที่มีต่อกระบวนการ คุณภาพ และราคา
ระบบกันสะเทือนของตัวถังรถแบ่งออกเป็นระบบกันสะเทือนหน้าและระบบกันสะเทือนหลัง โดยระบบกันสะเทือนทั้งด้านหน้าและด้านหลังจะมีสวิงอาร์มเพื่อเชื่อมระหว่างล้อและตัวถัง โดยสวิงอาร์มมักจะอยู่ระหว่างล้อและตัวถัง
หน้าที่ของแขนแกว่งนำทางคือเชื่อมต่อล้อและเฟรม ส่งแรง ลดแรงสั่นสะเทือน และควบคุมทิศทาง เป็นส่วนประกอบด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับผู้ขับขี่ ในระบบกันสะเทือนจะมีชิ้นส่วนโครงสร้างที่ส่งแรง เพื่อให้ล้อเคลื่อนที่สัมพันธ์กับตัวถังตามวิถีที่กำหนด ชิ้นส่วนโครงสร้างจะถ่ายโอนน้ำหนัก และระบบกันสะเทือนทั้งหมดจะรับหน้าที่ควบคุมรถ
ฟังก์ชั่นทั่วไปและการออกแบบโครงสร้างของแขนแกว่งรถยนต์
1. เพื่อตอบสนองความต้องการการถ่ายโอนน้ำหนัก การออกแบบและเทคโนโลยีโครงสร้างแขนแกว่ง
รถยนต์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ระบบกันสะเทือนอิสระ โดยระบบกันสะเทือนอิสระสามารถแบ่งตามรูปแบบโครงสร้างที่แตกต่างกันได้เป็นประเภทปีกนก ประเภทแขนลาก ประเภทมัลติลิงค์ ประเภทเทียนไข และประเภทแมคเฟอร์สัน โดยแขนขวางและแขนลากเป็นโครงสร้างสองแรงสำหรับแขนเดียวในมัลติลิงค์ โดยมีจุดเชื่อมต่อสองจุด แกนสองแรงประกอบกันบนข้อต่อสากลในมุมที่กำหนด และเส้นเชื่อมของจุดเชื่อมต่อจะสร้างโครงสร้างสามเหลี่ยม แขนล่างช่วงล่างด้านหน้าแบบแม็กเฟอร์สันเป็นแขนแกว่งสามจุดทั่วไปที่มีจุดเชื่อมต่อสามจุด เส้นเชื่อมจุดเชื่อมต่อทั้งสามเป็นโครงสร้างสามเหลี่ยมที่มั่นคงซึ่งสามารถรับน้ำหนักได้ในหลายทิศทาง
โครงสร้างของแขนแกว่งสองแรงนั้นเรียบง่ายและการออกแบบโครงสร้างมักจะถูกกำหนดตามความเชี่ยวชาญระดับมืออาชีพที่แตกต่างกันและความสะดวกในการประมวลผลของแต่ละบริษัท ตัวอย่างเช่นโครงสร้างแผ่นโลหะปั๊ม (ดูรูปที่ 1) โครงสร้างการออกแบบเป็นแผ่นเหล็กแผ่นเดียวที่ไม่มีการเชื่อมและช่องว่างโครงสร้างส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปร่างของ "I" โครงสร้างแผ่นโลหะเชื่อม (ดูรูปที่ 2) โครงสร้างการออกแบบเป็นแผ่นเหล็กเชื่อมและช่องว่างโครงสร้างมีรูปร่าง "口" มากกว่าหรือแผ่นเสริมแรงในท้องถิ่นใช้เพื่อเชื่อมและเสริมความแข็งแกร่งในตำแหน่งอันตราย โครงสร้างการประมวลผลเครื่องตีเหล็กช่องว่างโครงสร้างเป็นของแข็งและรูปร่างส่วนใหญ่ปรับตามข้อกำหนดการจัดวางแชสซี โครงสร้างการประมวลผลเครื่องตีอลูมิเนียม (ดูรูปที่ 3) โครงสร้างช่องว่างเป็นของแข็งและข้อกำหนดรูปร่างคล้ายกับการตีเหล็กโครงสร้างท่อเหล็กมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและช่องว่างโครงสร้างเป็นวงกลม
โครงสร้างของแขนแกว่งสามจุดมีความซับซ้อนและการออกแบบโครงสร้างมักจะถูกกำหนดตามข้อกำหนดของ OEM ในการวิเคราะห์การจำลองการเคลื่อนไหวแขนแกว่งไม่สามารถรบกวนส่วนอื่น ๆ และส่วนใหญ่มีข้อกำหนดระยะทางขั้นต่ำ ตัวอย่างเช่นโครงสร้างแผ่นโลหะปั๊มส่วนใหญ่ใช้ในเวลาเดียวกันกับโครงสร้างแผ่นโลหะเชื่อมรูสายรัดเซ็นเซอร์หรือวงเล็บเชื่อมต่อแท่งกันโคลง ฯลฯ จะเปลี่ยนโครงสร้างการออกแบบของแขนแกว่ง โพรงโครงสร้างยังคงอยู่ในรูปของ "ปาก" และโพรงแขนแกว่งจะ โครงสร้างปิดดีกว่าโครงสร้างที่ไม่ปิด โครงสร้างที่ผ่านการกลึงด้วยการตีขึ้นรูป โพรงโครงสร้างส่วนใหญ่เป็นรูปร่าง "I" ซึ่งมีลักษณะดั้งเดิมของความต้านทานแรงบิดและการดัด โครงสร้างที่ผ่านการกลึงด้วยการหล่อ รูปร่างและโพรงโครงสร้างส่วนใหญ่มีซี่โครงเสริมและรูลดน้ำหนักตามลักษณะของการหล่อ การเชื่อมแผ่นโลหะ โครงสร้างรวมกับการตีขึ้นรูป เนื่องจากข้อกำหนดด้านพื้นที่เค้าโครงของแชสซีรถยนต์ ข้อต่อบอลจึงรวมเข้ากับการตีขึ้นรูป และการตีขึ้นรูปจะเชื่อมต่อกับแผ่นโลหะ โครงสร้างเครื่องจักรกลอลูมิเนียมหล่อขึ้นรูปช่วยให้ใช้ประโยชน์จากวัสดุและมีผลผลิตดีกว่าการตีขึ้นรูป และมีความแข็งแรงของวัสดุที่เหนือกว่าการหล่อ ซึ่งเป็นการนำเทคโนโลยีใหม่มาใช้
2. ลดการส่งผ่านแรงสั่นสะเทือนไปยังตัวเครื่อง และการออกแบบโครงสร้างขององค์ประกอบยืดหยุ่นที่จุดเชื่อมต่อของแขนแกว่ง
เนื่องจากพื้นผิวถนนที่รถขับอยู่นั้นไม่สามารถเรียบได้อย่างสมบูรณ์ แรงปฏิกิริยาแนวตั้งของพื้นผิวถนนที่กระทำต่อล้อจึงมักมีผลกระทบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อขับรถด้วยความเร็วสูงบนพื้นผิวถนนที่ไม่ดี แรงกระแทกนี้ยังทำให้ผู้ขับขี่รู้สึกไม่สบายตัวอีกด้วย มีการติดตั้งองค์ประกอบยืดหยุ่นในระบบช่วงล่าง และการเชื่อมต่อแบบแข็งจะถูกแปลงเป็นการเชื่อมต่อแบบยืดหยุ่น หลังจากที่องค์ประกอบยืดหยุ่นได้รับผลกระทบแล้ว ก็จะสร้างการสั่นสะเทือน และการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องทำให้ผู้ขับขี่รู้สึกไม่สบายตัว ดังนั้นระบบช่วงล่างจึงต้องการองค์ประกอบการหน่วงเพื่อลดแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนอย่างรวดเร็ว
จุดเชื่อมต่อในการออกแบบโครงสร้างของแขนแกว่งคือการเชื่อมต่อองค์ประกอบยืดหยุ่นและการเชื่อมต่อข้อต่อลูกหมาก องค์ประกอบยืดหยุ่นช่วยลดการสั่นสะเทือนและให้องศาอิสระในการหมุนและการแกว่งเล็กน้อย บูชยางมักใช้เป็นส่วนประกอบยืดหยุ่นในรถยนต์ และยังใช้บูชไฮดรอลิกและบานพับไขว้ด้วย
รูปที่ 2 แขนแกว่งสำหรับเชื่อมแผ่นโลหะ
โครงสร้างของบูชยางส่วนใหญ่เป็นท่อเหล็กที่มียางอยู่ด้านนอกหรือโครงสร้างแบบแซนวิชของท่อเหล็ก-ยาง-เหล็ก ท่อเหล็กด้านในต้องมีความต้านทานแรงดันและข้อกำหนดด้านเส้นผ่านศูนย์กลาง และมักจะมีหยักกันลื่นที่ปลายทั้งสองด้าน ชั้นยางจะปรับสูตรวัสดุและโครงสร้างการออกแบบตามข้อกำหนดด้านความแข็งแกร่งที่แตกต่างกัน
วงแหวนเหล็กด้านนอกสุดมักจะมีข้อกำหนดเรื่องมุมนำเข้าซึ่งจะเอื้อต่อการประกอบแบบกด
บูชไฮดรอลิกมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีกระบวนการที่ซับซ้อนและมีมูลค่าเพิ่มสูงในประเภทบูช มีโพรงในยางและมีน้ำมันในโพรง การออกแบบโครงสร้างโพรงดำเนินการตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของบูช หากมีน้ำมันรั่ว บูชจะได้รับความเสียหาย บูชไฮดรอลิกสามารถให้เส้นโค้งความแข็งที่ดีกว่า ซึ่งส่งผลต่อความสามารถในการขับขี่รถโดยรวม
บานพับไขว้มีโครงสร้างที่ซับซ้อนและเป็นส่วนประกอบของยางและบานพับลูกบอล บานพับไขว้มีความทนทานมากกว่าบูช มุมแกว่งและมุมหมุน เส้นโค้งความแข็งพิเศษ และตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพของรถทั้งคัน บานพับไขว้ที่ชำรุดจะทำให้เกิดเสียงดังในห้องโดยสารเมื่อรถกำลังเคลื่อนที่
3. ด้วยการเคลื่อนไหวของล้อ การออกแบบโครงสร้างขององค์ประกอบแกว่งที่จุดเชื่อมต่อของแขนแกว่ง
พื้นผิวถนนที่ไม่เรียบทำให้ล้อกระโดดขึ้นลงเมื่อเทียบกับตัวถัง (เฟรม) และในขณะเดียวกันล้อก็เคลื่อนที่ เช่น เลี้ยว ตรง ฯลฯ ซึ่งต้องใช้วิถีการเคลื่อนที่ของล้อเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดบางประการ แขนสวิงและข้อต่ออเนกประสงค์ส่วนใหญ่เชื่อมต่อกันด้วยบานพับลูกบอล
บานพับลูกปืนแบบสวิงอาร์มสามารถให้มุมสวิงได้มากกว่า ±18° และให้มุมหมุนได้ 360° ตอบสนองข้อกำหนดการเลี้ยวและการเลี้ยวของล้อได้อย่างสมบูรณ์ และบานพับลูกปืนยังตรงตามข้อกำหนดการรับประกัน 2 ปีหรือ 60,000 กม. และ 3 ปีหรือ 80,000 กม. สำหรับรถทั้งคัน
ตามวิธีการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันระหว่างแขนแกว่งและบานพับลูกบอล (ข้อต่อลูกบอล) สามารถแบ่งออกเป็นการเชื่อมต่อแบบสลักเกลียวหรือหมุดย้ำ บานพับลูกบอลมีหน้าแปลน การเชื่อมต่อแบบกดพอดีแบบป้องกันการแทรกซึม บานพับลูกบอลไม่มีหน้าแปลน แบบบูรณาการ แขนแกว่งและบานพับลูกบอลรวมอยู่ในหนึ่งเดียว สำหรับโครงสร้างโลหะแผ่นเดียวและโครงสร้างเชื่อมโลหะหลายแผ่น การเชื่อมต่อสองประเภทแรกใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น ประเภทการเชื่อมต่อหลัง เช่น การตีเหล็ก การตีอลูมิเนียม และเหล็กหล่อ ใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น
บานพับลูกบอลต้องมีคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอภายใต้สภาวะการรับน้ำหนัก เนื่องจากมุมการทำงานที่ใหญ่กว่าบูช จึงมีอายุการใช้งานที่นานกว่า ดังนั้น จึงต้องออกแบบบานพับลูกบอลให้เป็นโครงสร้างแบบผสมผสาน รวมถึงการหล่อลื่นสวิงที่ดี และระบบหล่อลื่นป้องกันฝุ่นและกันน้ำ
รูปที่ 3 แขนสวิงอลูมิเนียมหลอม
ผลกระทบของการออกแบบแขนแกว่งต่อคุณภาพและราคา
1. ปัจจัยด้านคุณภาพ: ยิ่งเบายิ่งดี
ความถี่ธรรมชาติของตัวถัง (เรียกอีกอย่างว่าความถี่การสั่นสะเทือนอิสระของระบบสั่นสะเทือน) ที่กำหนดโดยความแข็งของช่วงล่างและมวลที่รองรับโดยสปริงช่วงล่าง (มวลสปริง) เป็นหนึ่งในตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพที่สำคัญของระบบช่วงล่างที่ส่งผลต่อความสะดวกสบายในการขับขี่ของรถยนต์ ความถี่การสั่นสะเทือนในแนวตั้งที่ร่างกายมนุษย์ใช้คือความถี่ของร่างกายที่เคลื่อนที่ขึ้นและลงขณะเดิน ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 1-1.6Hz ความถี่ธรรมชาติของตัวถังควรใกล้เคียงกับช่วงความถี่นี้มากที่สุด เมื่อความแข็งของระบบช่วงล่างคงที่ มวลสปริงยิ่งเล็ก การเสียรูปในแนวตั้งของระบบช่วงล่างก็จะยิ่งน้อยลง และความถี่ธรรมชาติก็จะสูงขึ้น
เมื่อโหลดแนวตั้งคงที่ ความแข็งของช่วงล่างจะน้อยลง ความถี่ธรรมชาติของรถก็จะน้อยลง และต้องใช้พื้นที่มากขึ้นเพื่อให้ล้อกระโดดขึ้นและลง
เมื่อสภาพถนนและความเร็วของรถเท่ากัน มวลที่ไม่ได้รับรองรับจะเล็กลงเท่าใด แรงกระแทกที่ระบบกันสะเทือนต้องรับก็จะน้อยลงเท่านั้น มวลที่ไม่ได้รับรองรับจะรวมถึงมวลของล้อ มวลของข้อต่ออเนกประสงค์ และมวลของแขนนำทาง เป็นต้น
โดยทั่วไปแล้วแขนแกว่งอะลูมิเนียมจะมีมวลเบาที่สุด ในขณะที่แขนแกว่งเหล็กหล่อจะมีมวลมากที่สุด ส่วนแขนแกว่งชนิดอื่นๆ ก็มีมวลอยู่ในระดับกลางๆ
เนื่องจากมวลของแขนแกว่งทั้งชุดส่วนใหญ่ไม่เกิน 10 กิโลกรัม เมื่อเปรียบเทียบกับยานพาหนะที่มีมวลมากกว่า 1,000 กิโลกรัม มวลของแขนแกว่งจึงส่งผลต่อการสิ้นเปลืองน้ำมันเพียงเล็กน้อย
2. ปัจจัยด้านราคา: ขึ้นอยู่กับแผนการออกแบบ
ยิ่งมีความต้องการมากเท่าไหร่ ต้นทุนก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น โดยอาศัยสมมติฐานที่ว่าความแข็งแรงและความแข็งแกร่งของโครงสร้างแขนแกว่งตรงตามข้อกำหนด ข้อกำหนดความคลาดเคลื่อนในการผลิต ความยากของกระบวนการผลิต ประเภทและความพร้อมใช้งานของวัสดุ และข้อกำหนดการกัดกร่อนของพื้นผิว ล้วนส่งผลโดยตรงต่อราคา ตัวอย่างเช่น ปัจจัยป้องกันการกัดกร่อน: การเคลือบสังกะสีด้วยไฟฟ้า ซึ่งผ่านการทำให้พื้นผิวเป็นพาสซีฟและการบำบัดอื่นๆ สามารถบรรลุผลได้ประมาณ 144 ชั่วโมง การป้องกันพื้นผิวแบ่งออกเป็นการเคลือบสีอิเล็กโทรโฟเรติกแบบแคโทดิก ซึ่งสามารถบรรลุผลต้านทานการกัดกร่อน 240 ชั่วโมงได้โดยการปรับความหนาของการเคลือบและวิธีการบำบัด การเคลือบสังกะสี-เหล็กหรือสังกะสี-นิกเกิล ซึ่งสามารถตอบสนองข้อกำหนดการทดสอบป้องกันการกัดกร่อนได้มากกว่า 500 ชั่วโมง เมื่อข้อกำหนดการทดสอบการกัดกร่อนเพิ่มขึ้น ต้นทุนของชิ้นส่วนก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน
สามารถลดต้นทุนได้โดยการเปรียบเทียบรูปแบบการออกแบบและโครงสร้างของแขนแกว่ง
อย่างที่เราทราบกันดีว่าการจัดวางตำแหน่งฮาร์ดพอยต์ที่แตกต่างกันนั้นให้ประสิทธิภาพการขับขี่ที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ควรสังเกตว่าการจัดวางตำแหน่งฮาร์ดพอยต์แบบเดียวกันและการออกแบบจุดเชื่อมต่อที่แตกต่างกันนั้นอาจมีต้นทุนที่แตกต่างกัน
การเชื่อมต่อระหว่างชิ้นส่วนโครงสร้างกับข้อต่อลูกหมากมีอยู่ 3 ประเภท ได้แก่ การเชื่อมต่อผ่านชิ้นส่วนมาตรฐาน (สลักเกลียว น็อต หรือหมุดย้ำ) การเชื่อมต่อแบบสอดประสานและการผสานรวม เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างการเชื่อมต่อมาตรฐาน โครงสร้างการเชื่อมต่อแบบสอดประสานจะลดประเภทของชิ้นส่วน เช่น สลักเกลียว น็อต หมุดย้ำ และชิ้นส่วนอื่นๆ โครงสร้างการเชื่อมต่อแบบชิ้นเดียวที่ผสานรวมเข้ากับโครงสร้างการเชื่อมต่อแบบสอดประสานจะลดจำนวนชิ้นส่วนของเปลือกข้อต่อลูกหมาก
มีรูปแบบการเชื่อมต่อสองแบบระหว่างสมาชิกโครงสร้างและองค์ประกอบยืดหยุ่น: องค์ประกอบยืดหยุ่นด้านหน้าและด้านหลังขนานกันตามแนวแกนและตั้งฉากกันตามแนวแกน วิธีการที่แตกต่างกันจะกำหนดกระบวนการประกอบที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ทิศทางการกดของบูชจะอยู่ในทิศทางเดียวกันและตั้งฉากกับตัวแขนแกว่ง สามารถใช้เครื่องกดหัวคู่สถานีเดียวเพื่อกดบูชด้านหน้าและด้านหลังพร้อมกัน ช่วยประหยัดกำลังคน อุปกรณ์ และเวลา หากทิศทางการติดตั้งไม่สม่ำเสมอ (แนวตั้ง) สามารถใช้เครื่องกดหัวคู่สถานีเดียวเพื่อกดและติดตั้งบูชตามลำดับ ช่วยประหยัดกำลังคนและอุปกรณ์ เมื่อออกแบบบูชให้กดเข้าจากด้านใน ต้องใช้สองสถานีและเครื่องกดสองเครื่องเพื่อกดบูชตามลำดับ
