Lengan ayun biasanya terletak di antara roda dan bodi, dan merupakan komponen keselamatan yang berkaitan dengan pengemudi yang mentransmisikan gaya, mengurangi transmisi getaran, dan mengontrol arah.
Lengan ayun biasanya terletak di antara roda dan bodi, dan merupakan komponen keselamatan yang berkaitan dengan pengemudi yang mentransmisikan gaya, mengurangi transmisi getaran, dan mengontrol arah. Artikel ini memperkenalkan desain struktural lengan ayun yang umum di pasaran, serta membandingkan dan menganalisis pengaruh struktur yang berbeda terhadap proses, kualitas, dan harga.
Sistem suspensi sasis mobil secara umum terbagi menjadi suspensi depan dan suspensi belakang. Baik suspensi depan maupun belakang memiliki lengan ayun untuk menghubungkan roda dan bodi. Lengan ayun biasanya terletak di antara roda dan bodi.
Fungsi lengan ayun pemandu adalah untuk menghubungkan roda dan rangka, mentransmisikan gaya, mengurangi transmisi getaran, dan mengontrol arah. Ini adalah komponen keselamatan yang melibatkan pengemudi. Terdapat bagian struktural yang mentransmisikan gaya pada sistem suspensi, sehingga roda bergerak relatif terhadap bodi sesuai dengan lintasan tertentu. Bagian struktural tersebut mentransmisikan beban, dan seluruh sistem suspensi menanggung kinerja pengendalian mobil.
Fungsi umum dan desain struktur lengan ayun mobil
1. Untuk memenuhi persyaratan transfer beban, desain struktur lengan ayun, dan teknologi.
Sebagian besar mobil modern menggunakan sistem suspensi independen. Menurut bentuk struktur yang berbeda, sistem suspensi independen dapat dibagi menjadi tipe wishbone, tipe trailing arm, tipe multi-link, tipe candle, dan tipe McPherson. Lengan silang dan lengan trailing arm merupakan struktur dua gaya untuk lengan tunggal pada multi-link, dengan dua titik penghubung. Dua batang dua gaya dirakit pada sambungan universal pada sudut tertentu, dan garis penghubung dari titik penghubung membentuk struktur segitiga. Lengan bawah suspensi depan MacPherson adalah lengan ayun tiga titik khas dengan tiga titik penghubung. Garis yang menghubungkan ketiga titik penghubung tersebut adalah struktur segitiga stabil yang dapat menahan beban dalam berbagai arah.
Struktur lengan ayun dua gaya sederhana, dan desain strukturnya sering ditentukan sesuai dengan keahlian profesional dan kemudahan pemrosesan yang berbeda dari setiap perusahaan. Misalnya, struktur lembaran logam yang dicap (lihat Gambar 1), struktur desainnya adalah pelat baja tunggal tanpa pengelasan, dan rongga strukturalnya sebagian besar berbentuk "I"; struktur lembaran logam yang dilas (lihat Gambar 2), struktur desainnya adalah pelat baja yang dilas, dan rongga strukturalnya lebih berbentuk "I"; atau pelat penguat lokal digunakan untuk mengelas dan memperkuat posisi yang berbahaya; struktur pemrosesan mesin tempa baja, rongga strukturalnya padat, dan bentuknya sebagian besar disesuaikan sesuai dengan persyaratan tata letak sasis; struktur pemrosesan mesin tempa aluminium (lihat Gambar 3), rongga strukturnya padat, dan persyaratan bentuknya mirip dengan tempa baja; struktur pipa baja sederhana, dan rongga strukturalnya berbentuk lingkaran.
Struktur lengan ayun tiga titik rumit, dan desain strukturnya sering ditentukan sesuai dengan persyaratan OEM. Dalam analisis simulasi gerak, lengan ayun tidak boleh mengganggu bagian lain, dan sebagian besar memiliki persyaratan jarak minimum. Misalnya, struktur lembaran logam yang dicap sebagian besar digunakan bersamaan dengan struktur lembaran logam yang dilas, lubang kabel sensor atau braket penghubung batang penstabil, dll. akan mengubah struktur desain lengan ayun; rongga struktural masih berbentuk "mulut", dan rongga lengan ayun akan memiliki struktur tertutup lebih baik daripada struktur terbuka. Struktur tempa yang dikerjakan dengan mesin, rongga struktural sebagian besar berbentuk "I", yang memiliki karakteristik tradisional ketahanan torsi dan tekukan; struktur cor yang dikerjakan dengan mesin, bentuk dan rongga struktural sebagian besar dilengkapi dengan rusuk penguat dan lubang pengurang berat sesuai dengan karakteristik pengecoran; pengelasan lembaran logam, struktur gabungan dengan tempa, karena persyaratan ruang tata letak sasis kendaraan, sambungan bola diintegrasikan dalam tempa, dan tempa dihubungkan dengan lembaran logam; Struktur pemesinan aluminium cor-tempa memberikan pemanfaatan material dan produktivitas yang lebih baik daripada penempaan, dan memiliki kekuatan material yang lebih unggul daripada pengecoran, yang merupakan penerapan teknologi baru.
2. Mengurangi transmisi getaran ke bodi, dan desain struktural elemen elastis pada titik sambungan lengan ayun.
Karena permukaan jalan tempat mobil melaju tidak mungkin benar-benar rata, gaya reaksi vertikal dari permukaan jalan yang bekerja pada roda seringkali berdampak besar, terutama saat berkendara dengan kecepatan tinggi di permukaan jalan yang buruk. Gaya benturan ini juga menyebabkan pengemudi merasa tidak nyaman. Oleh karena itu, elemen elastis dipasang pada sistem suspensi, dan sambungan kaku diubah menjadi sambungan elastis. Setelah elemen elastis terkena benturan, ia menghasilkan getaran, dan getaran terus-menerus membuat pengemudi merasa tidak nyaman, sehingga sistem suspensi membutuhkan elemen peredam untuk mengurangi amplitudo getaran dengan cepat.
Titik penghubung dalam desain struktural lengan ayun adalah sambungan elemen elastis dan sambungan ball joint. Elemen elastis memberikan peredaman getaran dan sejumlah kecil derajat kebebasan rotasi dan osilasi. Bushing karet sering digunakan sebagai komponen elastis pada mobil, dan bushing hidrolik serta engsel silang juga digunakan.
Gambar 2 Lengan ayun pengelasan lembaran logam
Struktur bushing karet umumnya berupa pipa baja dengan lapisan karet di luar, atau struktur sandwich pipa baja-karet-pipa baja. Pipa baja bagian dalam memerlukan ketahanan tekanan dan persyaratan diameter, dan gerigi anti selip umum terdapat di kedua ujungnya. Lapisan karet menyesuaikan formula material dan struktur desain sesuai dengan persyaratan kekakuan yang berbeda.
Cincin baja terluar seringkali memiliki persyaratan sudut masuk, yang memudahkan pemasangan dengan cara ditekan.
Bushing hidrolik memiliki struktur yang kompleks, dan merupakan produk dengan proses yang rumit dan nilai tambah yang tinggi dalam kategori bushing. Terdapat rongga di dalam karet, dan terdapat oli di dalam rongga tersebut. Desain struktur rongga dilakukan sesuai dengan persyaratan kinerja bushing. Jika oli bocor, bushing akan rusak. Bushing hidrolik dapat memberikan kurva kekakuan yang lebih baik, yang memengaruhi kemampuan berkendara kendaraan secara keseluruhan.
Engsel silang memiliki struktur yang kompleks dan merupakan bagian komposit dari karet dan engsel bola. Engsel ini dapat memberikan daya tahan yang lebih baik daripada bushing, sudut ayunan dan sudut rotasi, kurva kekakuan khusus, dan memenuhi persyaratan kinerja seluruh kendaraan. Engsel silang yang rusak akan menimbulkan suara bising di dalam kabin saat kendaraan sedang bergerak.
3. Dengan pergerakan roda, desain struktural elemen ayun pada titik sambungan lengan ayun
Permukaan jalan yang tidak rata menyebabkan roda bergerak naik turun relatif terhadap bodi (rangka), dan pada saat yang sama roda bergerak, seperti berbelok, berjalan lurus, dll., sehingga lintasan roda harus memenuhi persyaratan tertentu. Lengan ayun dan sambungan universal sebagian besar dihubungkan oleh engsel bola.
Engsel bola lengan ayun dapat memberikan sudut ayun lebih besar dari ±18°, dan dapat memberikan sudut rotasi 360°. Sepenuhnya memenuhi persyaratan kelurusan roda dan kemudi. Dan engsel bola memenuhi persyaratan garansi 2 tahun atau 60.000 km dan 3 tahun atau 80.000 km untuk seluruh kendaraan.
Berdasarkan metode penyambungan yang berbeda antara lengan ayun dan engsel bola (sambungan bola), dapat dibagi menjadi sambungan baut atau paku keling, engsel bola memiliki flensa; sambungan tekan tekan, engsel bola tidak memiliki flensa; terintegrasi, lengan ayun dan engsel bola menyatu. Untuk struktur lembaran logam tunggal dan struktur las multi-lembaran logam, dua jenis sambungan pertama lebih banyak digunakan; jenis sambungan terakhir seperti penempaan baja, penempaan aluminium, dan besi cor lebih banyak digunakan.
Engsel bola perlu memenuhi ketahanan aus di bawah kondisi beban, karena sudut kerja yang lebih besar daripada bushing, sehingga membutuhkan masa pakai yang lebih tinggi. Oleh karena itu, engsel bola perlu dirancang sebagai struktur gabungan, termasuk pelumasan yang baik pada bagian ayunan dan sistem pelumasan tahan debu dan tahan air.
Gambar 3 Lengan ayun tempa aluminium
Dampak desain lengan ayun terhadap kualitas dan harga
1. Faktor kualitas: semakin ringan semakin baik
Frekuensi alami tubuh (juga dikenal sebagai frekuensi getaran bebas dari sistem getaran) yang ditentukan oleh kekakuan suspensi dan massa yang ditopang oleh pegas suspensi (massa pegas) adalah salah satu indikator kinerja penting dari sistem suspensi yang memengaruhi kenyamanan berkendara mobil. Frekuensi getaran vertikal yang digunakan oleh tubuh manusia adalah frekuensi tubuh yang bergerak naik turun saat berjalan, yaitu sekitar 1-1,6 Hz. Frekuensi alami tubuh harus sedekat mungkin dengan rentang frekuensi ini. Ketika kekakuan sistem suspensi konstan, semakin kecil massa pegas, semakin kecil deformasi vertikal suspensi, dan semakin tinggi frekuensi alaminya.
Ketika beban vertikal konstan, semakin kecil kekakuan suspensi, semakin rendah frekuensi alami mobil, dan semakin besar ruang yang dibutuhkan agar roda dapat bergerak naik turun.
Ketika kondisi jalan dan kecepatan kendaraan sama, semakin kecil massa yang tidak ditopang pegas (unsprung mass), semakin kecil beban benturan pada sistem suspensi. Massa yang tidak ditopang pegas meliputi massa roda, sambungan universal, dan massa lengan pemandu, dll.
Secara umum, lengan ayun aluminium memiliki massa paling ringan dan lengan ayun besi cor memiliki massa paling besar. Yang lainnya berada di antara keduanya.
Karena massa satu set lengan ayun umumnya kurang dari 10 kg, dibandingkan dengan kendaraan yang memiliki massa lebih dari 1000 kg, massa lengan ayun hanya memiliki sedikit pengaruh terhadap konsumsi bahan bakar.
2. Faktor harga: tergantung pada rencana desain.
Semakin banyak persyaratan, semakin tinggi biayanya. Dengan asumsi kekuatan struktural dan kekakuan lengan ayun memenuhi persyaratan, persyaratan toleransi manufaktur, kesulitan proses manufaktur, jenis dan ketersediaan material, serta persyaratan korosi permukaan semuanya secara langsung memengaruhi harga. Misalnya, faktor anti-korosi: lapisan galvanis elektro, melalui pasivasi permukaan dan perawatan lainnya, dapat mencapai sekitar 144 jam; perlindungan permukaan dibagi menjadi lapisan cat elektroforesis katodik, yang dapat mencapai ketahanan korosi 240 jam melalui penyesuaian ketebalan lapisan dan metode perawatan; lapisan seng-besi atau seng-nikel, yang dapat memenuhi persyaratan uji anti-korosi lebih dari 500 jam. Seiring meningkatnya persyaratan uji korosi, biaya komponen pun meningkat.
Biaya dapat dikurangi dengan membandingkan skema desain dan struktur lengan ayun.
Seperti yang kita ketahui, susunan titik tumpu yang berbeda memberikan performa berkendara yang berbeda. Secara khusus, perlu ditekankan bahwa susunan titik tumpu yang sama dan desain titik penghubung yang berbeda dapat menghasilkan biaya yang berbeda.
Terdapat tiga jenis sambungan antara bagian struktural dan sambungan bola: sambungan melalui bagian standar (baut, mur, atau paku keling), sambungan pas tekan, dan integrasi. Dibandingkan dengan struktur sambungan standar, struktur sambungan pas tekan mengurangi jenis bagian, seperti baut, mur, paku keling, dan bagian lainnya. Sambungan terintegrasi satu bagian mengurangi jumlah bagian cangkang sambungan bola dibandingkan dengan struktur sambungan pas tekan.
Terdapat dua bentuk sambungan antara elemen struktural dan elemen elastis: elemen elastis depan dan belakang sejajar secara aksial dan tegak lurus secara aksial. Metode yang berbeda menentukan proses perakitan yang berbeda. Misalnya, arah penekanan bushing searah dan tegak lurus terhadap badan lengan ayun. Mesin press kepala ganda satu stasiun dapat digunakan untuk memasang bushing depan dan belakang secara bersamaan, menghemat tenaga kerja, peralatan, dan waktu; Jika arah pemasangan tidak konsisten (vertikal), mesin press kepala ganda satu stasiun dapat digunakan untuk menekan dan memasang bushing secara berurutan, menghemat tenaga kerja dan peralatan; ketika bushing dirancang untuk ditekan dari dalam, diperlukan dua stasiun dan dua mesin press, untuk memasang bushing secara berurutan.
