זרוע הנדנדה ממוקמת לרוב בין הגלגל לגוף, והיא מהווה מרכיב בטיחותי הקשור לנהג שמשדר כוח, מחליש את העברת הרטט ושולט בכיוון.
זרוע הנדנדה ממוקמת בדרך כלל בין הגלגל לגוף, והיא מהווה מרכיב בטיחותי הקשור לנהג שמשדר כוח, מפחית העברת רעידות ושולט בכיוון. מאמר זה מציג את העיצוב המבני הנפוץ של זרוע הנדנדה בשוק, ומשווה ומנתח את ההשפעה של מבנים שונים על התהליך, האיכות והמחיר.
מתלה שלדת המכונית מתחלק באופן גס למתלה קדמי ומתלה אחורי. גם למתלים הקדמיים וגם האחוריים יש זרועות נדנדה לחיבור הגלגלים והגוף. זרועות הנדנדה ממוקמות בדרך כלל בין הגלגלים לגוף.
תפקידה של זרוע הנדנדה היא לחבר את הגלגל והמסגרת, להעביר כוח, להפחית את העברת הרטט ולשלוט בכיוון. זהו מרכיב בטיחותי המעורב את הנהג. במערכת המתלים ישנם חלקי מבנה מעבירי כוח, כך שהגלגלים נעים ביחס לגוף לפי מסלול מסוים. החלקים המבניים מעבירים את העומס, וכל מערכת המתלים נושאת את ביצועי הטיפול של המכונית.
פונקציות נפוצות ועיצוב מבנה של זרוע הנדנדה לרכב
1. כדי לעמוד בדרישות של העברת עומס, עיצוב וטכנולוגיה של מבנה זרוע הנדנדה
רוב המכוניות המודרניות משתמשות במערכות מתלים עצמאיות. על פי צורות מבניות שונות, ניתן לחלק את מערכות ההשעיה העצמאיות לסוג עצמות משאל, סוג זרוע נגררת, סוג רב-קשרי, סוג נר וסוג מקפרסון. הזרוע הצולבת והזרוע הנגררת הינם מבנה דו-כוחות לזרוע בודדת ברב-הקשר, עם שתי נקודות חיבור. שני מוטות שני כוחות מורכבים על המפרק האוניברסלי בזווית מסוימת, וקווי החיבור של נקודות החיבור יוצרים מבנה משולש. זרוע ההשעיה הקדמית של מקפרסון היא זרוע נדנדה טיפוסית בעלת שלוש נקודות עם שלוש נקודות חיבור. הקו המחבר בין שלוש נקודות החיבור הוא מבנה משולש יציב היכול לעמוד בעומסים במספר כיוונים.
המבנה של זרוע הנדנדה בעלת שני כוחות הוא פשוט, והעיצוב המבני נקבע לרוב על פי המומחיות המקצועית השונה ונוחות העיבוד של כל חברה. לדוגמה, מבנה הגיליון המוטבע (ראה איור 1), מבנה העיצוב הוא לוח פלדה בודד ללא ריתוך, והחלל המבני הוא לרוב בצורת "I"; המבנה המרותך מתכת גיליון (ראה איור 2), מבנה העיצוב הוא לוח פלדה מרותך, והחלל המבני הוא יותר זה בצורת "口"; או לוחות חיזוק מקומיים משמשים כדי לרתך ולחזק את המיקום המסוכן; מבנה עיבוד מכונת חישול הפלדה, החלל המבני מוצק, והצורה מותאמת בעיקר בהתאם לדרישות פריסת השלדה; מבנה עיבוד מכונת חישול אלומיניום (ראה איור 3), המבנה החלל מוצק, ודרישות הצורה דומות לזיוף פלדה; מבנה צינור הפלדה פשוט במבנה, והחלל המבני הוא עגול.
המבנה של זרוע התנופה בעלת שלוש הנקודות הוא מסובך, והעיצוב המבני נקבע לרוב בהתאם לדרישות ה-OEM. בניתוח הדמיית תנועה, זרוע הנדנדה אינה יכולה להפריע לחלקים אחרים, ולרובם דרישות מרחק מינימלי. לדוגמה, מבנה הפח המוטבע משמש לרוב במקביל למבנה המרותך של הפח, חור רתמת החיישן או תושבת חיבור מוט המייצב וכו' ישנו את המבנה העיצובי של זרוע הנדנדה; החלל המבני עדיין בצורת "פה", וחלל זרוע הנדנדה יהיה מבנה סגור עדיף על מבנה לא סגור. חישול מבנה מעובד, חלל המבני הוא בעיקר בצורת "אני", אשר יש לו את המאפיינים המסורתיים של התנגדות פיתול וכיפוף; יציקה מבנה מעובד, צורה וחלל מבני מצוידים בעיקר בצלעות חיזוק ובחורים מפחיתי משקל בהתאם למאפייני היציקה; ריתוך פח המבנה המשולב עם הפרזול, עקב דרישות החלל של פריסת שלדת הרכב, מפרק הכדור משולב בפרזול, והפרזול מחובר לפח; מבנה העיבוד היצוק מאלומיניום מספק ניצול ופרודוקטיביות של חומרים טובים יותר מאשר פרזול, והוא עדיף על חוזק החומר של יציקות, שהוא היישום של טכנולוגיה חדשה.
2. להפחית את העברת הרטט לגוף, ואת העיצוב המבני של האלמנט האלסטי בנקודת החיבור של זרוע הנדנדה
מכיוון שמשטח הכביש עליו נוסעת המכונית אינו יכול להיות שטוח לחלוטין, כוח התגובה האנכי של משטח הכביש הפועל על הגלגלים משפיע לרוב, במיוחד בנסיעה במהירות גבוהה על משטח כביש גרוע, כוח הפגיעה הזה גורם גם לנהג. להרגיש לא בנוח. , מותקנים אלמנטים אלסטיים במערכת המתלים, והחיבור הקשיח הופך לחיבור אלסטי. לאחר הפגיעה באלמנט האלסטי, הוא יוצר רטט, והרעידה המתמשכת גורמת לנהג להרגיש לא בנוח, כך שמערכת המתלים זקוקה לאלמנטים שיכוך כדי להפחית את משרעת הרטט במהירות.
נקודות החיבור בעיצוב המבני של זרוע הנדנדה הן חיבור אלמנט אלסטי וחיבור מפרק כדורי. האלמנטים האלסטיים מספקים שיכוך רעידות ומספר קטן של דרגות חופש סיבוביות ותנודות. תותבי גומי משמשים לרוב כרכיבים אלסטיים במכוניות, וגם תותבים הידראוליים וצירים צולבים משמשים.
איור 2 זרוע נדנדה לריתוך מתכת
המבנה של תותב הגומי הוא לרוב צינור פלדה עם גומי בחוץ, או מבנה סנדוויץ' של צינור פלדה-גומי-פלדה. צינור הפלדה הפנימי דורש עמידות בלחץ ודרישות קוטר, ושינונים נגד החלקה נפוצים בשני הקצוות. שכבת הגומי מתאימה את נוסחת החומר ומבנה העיצוב בהתאם לדרישות קשיחות שונות.
לטבעת הפלדה החיצונית יש לעתים קרובות דרישת זווית מובילה, דבר המתאים להתאמת לחיצה.
התותב ההידראולי הינו בעל מבנה מורכב, והוא מוצר בעל תהליך מורכב וערך מוסף גבוה בקטגוריית התותבים. יש חלל בגומי, ויש שמן בחלל. תכנון מבנה החלל מתבצע בהתאם לדרישות הביצועים של התותב. אם שמן דולף, התותב ניזוק. תותבים הידראוליים יכולים לספק עקומת קשיחות טובה יותר, ולהשפיע על יכולת הנהיגה הכוללת של הרכב.
לציר הצלב מבנה מורכב והוא חלק מורכב מצירי גומי וכדורים. זה יכול לספק עמידות טובה יותר מאשר התותב, זווית התנופה וזווית הסיבוב, עקומת קשיחות מיוחדת, ולעמוד בדרישות הביצועים של הרכב כולו. צירים צולבים פגומים ייצרו רעש לתוך הקבינה כאשר הרכב בתנועה.
3. עם תנועת הגלגל, העיצוב המבני של אלמנט הנדנדה בנקודת החיבור של זרוע הנדנדה
משטח הכביש הלא אחיד גורם לגלגלים לקפוץ מעלה ומטה ביחס לגוף (המסגרת), ובמקביל נעים הגלגלים כמו פנייה, ישר וכדומה, מה שמחייב את מסלול הגלגלים לעמוד בדרישות מסוימות. זרוע הנדנדה והמפרק האוניברסלי מחוברים בעיקר על ידי ציר כדורי.
ציר הכדור של זרוע הנדנדה יכול לספק זווית תנופה גדולה מ-±18°, ויכול לספק זווית סיבוב של 360°. עונה באופן מלא על דרישות ההיגוי וההיגוי. והציר הכדורי עומד בדרישות האחריות של שנתיים או 60,000 ק"מ ו-3 שנים או 80,000 ק"מ לכל הרכב.
על פי שיטות החיבור השונות בין זרוע התנופה לציר הכדור (מפרק כדור), ניתן לחלקו לחיבור בורג או מסמרת, לציר הכדור יש אוגן; חיבור הפרעות ללחץ, לציר הכדור אין אוגן; משולבת, זרוע הנדנדה וציר הכדור הכל באחד. עבור מבנה מתכת מתכת יחיד ומבנה מרותך מתכת מרובה גיליונות, שני סוגי החיבורים לשעבר נמצאים בשימוש נרחב יותר; הסוג האחרון של חיבור כגון פרזול פלדה, פרזול אלומיניום וברזל יצוק נמצא בשימוש נרחב יותר
הציר הכדורי צריך לעמוד בעמידות הבלאי במצב העומס, בגלל זווית העבודה הגדולה יותר מזווית התותב, דרישת החיים הגבוהה יותר. לכן, ציר הכדור נדרש להיות מתוכנן כמבנה משולב, כולל שימון טוב של הנדנדה ומערכת שימון חסינת אבק ומים.
איור 3 זרוע נדנדה מחושלת מאלומיניום
ההשפעה של עיצוב זרועות הנדנדה על האיכות והמחיר
1. גורם איכות: כמה שיותר קל יותר טוב
התדר הטבעי של הגוף (המכונה גם תדר הרטט החופשי של מערכת הרטט) הנקבע על ידי קשיחות המתלים והמסה הנתמכת על ידי קפיץ המתלה (מסה קפיצית) הוא אחד ממדדי הביצועים החשובים של מערכת המתלים המשפיעים על נוחות הנסיעה של המכונית. תדר הרטט האנכי המשמש את גוף האדם הוא תדר הגוף הנעים מעלה ומטה במהלך ההליכה, שהוא בערך 1-1.6 הרץ. התדר הטבעי בגוף צריך להיות קרוב ככל האפשר לטווח התדרים הזה. כאשר קשיחות מערכת המתלים קבועה, ככל שהמסה הקפיצית קטנה יותר, כך העיוות האנכי של המתלה קטן יותר, והתדירות הטבעית גבוהה יותר.
כאשר העומס האנכי קבוע, ככל שקשיחות המתלים קטנה יותר, כך התדירות הטבעית של המכונית נמוכה יותר, והמרחב הנדרש לקפיצת הגלגל עולה ולמטה גדול יותר.
כאשר תנאי הדרך ומהירות הרכב זהים, ככל שהמסה הלא קפיצית קטנה יותר, עומס הפגיעה על מערכת המתלים קטן יותר. המסה הבלתי קפיצה כוללת מסת גלגל, מסת מפרק אוניברסלי ומסת זרוע מנחה וכו'.
באופן כללי, לזרוע הנדנדה מאלומיניום יש את המסה הקלה ביותר ולזרוע הנדנדה מברזל יצוק יש את המסה הגדולה ביותר. אחרים נמצאים בין לבין.
מכיוון שהמסה של מערכת זרועות נדנדה היא לרוב פחות מ-10 ק"ג, בהשוואה לרכב עם מסה של יותר מ-1000 ק"ג, למסה של זרוע הנדנדה יש השפעה מועטה על צריכת הדלק.
2. גורם מחיר: תלוי בתוכנית העיצוב
ככל שיותר דרישות, כך העלות גבוהה יותר. בהנחה שהחוזק המבני והקשיחות של זרוע הנדנדה עומדים בדרישות, דרישות סובלנות הייצור, קושי תהליך הייצור, סוג החומר וזמינות החומר ודרישות קורוזיה פני השטח כולם משפיעים ישירות על המחיר. לדוגמה, גורמים נגד קורוזיה: ציפוי מגולוון אלקטרו, באמצעות פסיבציה של פני השטח וטיפולים אחרים, יכולים להגיע לכ-144 שעות; הגנת פני השטח מחולקת לציפוי צבע אלקטרופורטי קתודי, שיכול להשיג עמידות בפני קורוזיה של 240 שעות באמצעות התאמת עובי הציפוי ושיטות הטיפול; ציפוי אבץ-ברזל או אבץ-ניקל, שיכול לעמוד בדרישות הבדיקה נגד קורוזיה של יותר מ-500 שעות. ככל שדרישות בדיקת הקורוזיה עולות, כך עולה גם עלות החלק.
ניתן להפחית את העלות על ידי השוואת תוכניות העיצוב והמבנה של זרוע הנדנדה.
כפי שכולנו יודעים, סידורי נקודות קשיחים שונים מספקים ביצועי נהיגה שונים. בפרט, יש לציין כי אותו סידור נקודות קשיח ועיצובים שונים של נקודות חיבור יכולים לספק עלויות שונות.
ישנם שלושה סוגי חיבור בין חלקים מבניים למפרקים כדוריים: חיבור דרך חלקים סטנדרטיים (ברגים, אומים או מסמרות), חיבור ושילוב של התאמת הפרעות. בהשוואה למבנה החיבור הסטנדרטי, מבנה חיבור ההתאמה מפחית את סוגי החלקים, כגון ברגים, אומים, מסמרות וחלקים אחרים. המבנה המשולב מקשה אחת מאשר מבנה חיבור ההתאמה להפרעות מפחית את מספר החלקים של מעטפת מפרק הכדור.
קיימות שתי צורות של חיבור בין האיבר המבני לאלמנט האלסטי: האלמנטים האלסטיים הקדמיים והאחוריים מקבילים צירית ומניצבים צירית. שיטות שונות קובעות תהליכי הרכבה שונים. לדוגמה, כיוון הלחיצה של התותב הוא באותו כיוון ומאונך לגוף זרוע הנדנדה. ניתן להשתמש במכבש כפול ראש חד-תחנה כדי להתאים את התותבים הקדמיים והאחוריים בו זמנית, ולחסוך בכוח אדם, ציוד וזמן; אם כיוון ההתקנה אינו עקבי (אנכי), ניתן להשתמש במכבש דו-ראשי חד-תחנה כדי ללחוץ ולהתקין את התותב ברצף, לחסוך בכוח אדם וציוד; כאשר התותב מתוכנן להילחץ מבפנים, נדרשות שתי תחנות ושתי לחיצות, ברציפות להתאים את התותב בלחיצה.
