Yeni Enerji ve Otomobil Şasi Yayının Hafif Tasarımı ve Malzeme Yükseltmesi
Yeni enerji çağında otomobil şasi yayları: hafif tasarım yolları ve yüksek mukavemetli malzeme uygulamaları
Giriş
Geleneksel yakıtlı araçlarla karşılaştırıldığında, yeni enerji araçları, akü nedeniyle 200-500 kg kazanıyor. Araç ağırlığındaki artış, süspansiyon, fren ve gövde sistemlerinin yük gereksinimlerini doğrudan artırırken, aynı zamanda seyir menziline de ciddi bir meydan okuma oluşturuyor. Çalışmalar, yay altındaki kütledeki her 1 kg 'lık bir azalma için etkinin yay * * üzerindeki kütlede 4-5 kg' lık bir azalmaya (atalet nedeniyle) eşdeğer olduğunu göstermiştir. Yay altındaki önemli yapısal parçalar olarak, bobin yaylarının ve stabilizatörlerin hafif potansiyeli OEM 'lerin dikkatini çekmiştir.
2024 'ten 2026' ya kadar, ana akım yeni enerji modellerinin süspansiyon yayları genellikle 2.000 MPa 'nın üzerindeki yüksek mukavemetli yay çeliklerini benimsemiştir, bu da geleneksel 1.600 MPa yaylara kıyasla ağırlığı% 20 ila% 30 oranında azaltmak için gerilmeli çektirme ve değişken çap tasarımı ile birleştirilmiştir. Aynı zamanda, hava süspansiyonlarındaki yardımcı yaylar ve akü paketlerindeki iletkenlik yayları gibi yeni bileşenler de yay fonksiyonlarının entegrasyonunu teşvik etti.
Bu makale, malzeme yükseltmeleri, şekil optimizasyonu, şut çekme, CAE tahrik tasarımı ve yeni enerjiye özgü uygulama senaryoları dahil olmak üzere otomotiv şasi (özellikle süspansiyon) yayları için hafif tasarım tekniklerine odaklanmaktadır.
İlk olarak, hafif süspansiyon yayının teknik rotası
1.1 Artan tasarım stresi (malzeme gücü yükseltmesi)
Yayın ağırlık azaltma formülü: yay kütlesi m < unk > (yük P sargı oranı C ²) / (izin verilen kayma gerilimi α ²). Bu nedenle, malzemenin izin verilen kayma gerilimini artırmak, ağırlığı azaltmanın en doğrudan yoludur. İzin verilen kayma gerilimi, çekme kuvveti ile orantılıdır.
Malzeme Sınıfı Çekme Dayanımı Rm (MPa) İzin Verilebilir Kayma Gerilimi (MPa) Bağıl Ağırlık
65Mn (sıradan karbon) 1.200 ~ 1.400400 ~ 5001.00 (baz)
60Si2MnA (alaşım) 1.600 ~ 1.800600 ~ 700.75
50CrVA (yüksek mukavemetli) 1.800 ~ 2.000700 ~ 8000.65
55CrSi (ultra yüksek mukavemet) 2.000 ~ 2.200800 ~ 9500.55
55CrSi yay çeliği, mikro alaşımlama (Nb, V eklenmesi) ve kontrollü haddeleme ve kontrollü soğutma işlemi ile tanecik boyutu, hassas ısıl işlem ve şut çektirme ile 10 dereceden fazla dereceye ulaşabilir, yorulma direnci sınırı 1.000 MPa 'yı aşarak süspansiyon yayını yapar Tek bir parçanın ağırlığı, geleneksel yakıtlı araçlarda 3,5 kg' dan yeni enerji araçlarında yaklaşık 2,5 kg 'a düşürülür (dört yayın toplam ağırlığı 4 kg azalır).
1.2 Değişken çap ve değişken hatve tasarımı
Yayı azaltmak: Orta çap, dönüş sayısına (konik, namlu veya muz) göre değişir. Bunun avantajı, kurulum alanından tasarruf ederken sertlik özelliklerinde kademeli bir değişiklik (küçük genlik olduğunda yumuşak, büyük genlik olduğunda sert) elde edebilmesidir. Optimize edilmiş değişken çap tasarımı, eşit çaplı yay ile karşılaştırıldığında ağırlığı% 10 ila% 15 azaltabilir.
Değişken Pitch Yayı: Farklı perdelerle doğrusal olmayan sertlik de elde edilebilir. Maksimum yük altında, daha küçük perdeli döngüler önceden birleştirilecek ve böylece yay aşırı deformasyondan korunacaktır. Tasarım, FEA aracılığıyla döngü dizisinin hassas kontrolünü gerektirir.
1.3 İçi boş yay (çelik boru şekillendirme)
Dikişsiz çelik borunun içi boş bir helezon yayına preslenmesi ve sarılması, aynı dış çap ve yük altında ağırlığı% 40 ila% 50 oranında azaltabilir. Bununla birlikte, süreç karmaşıktır (iç duvar çekimi ve uç tıkanıklığı gerektirir) ve maliyeti yüksektir. Şu anda, sadece yarış arabalarında ve az sayıda üst düzey spor arabada kullanılmaktadır. İleride süreç olgunlaşırsa, üst düzey elektrikli araçlarda tanıtılması bekleniyor.
Stres atış peening: hafif "güvenlik valfi"
Tasarım gerilimi 1.000 MPa 'yı aştığında, artık yeterli artık basınç gerilimi sağlamak için artık geleneksel atış kazıma yeterli değildir. Statik bir burulma yükü (yay yüzeyinde tasarım stresinin% 50 ila% 80' ini üreten çekme gerilimi) uygulanırken gerilme kazıma gerçekleştirilir. Boşaltmadan sonra, artık basınç gerilmesinin derinliği ve genliği önemli ölçüde artar.
Stres atış peening etkisinin karşılaştırılması:
Konvansiyonel atış çekiçleme: yüzey artık basınç gerilimi yaklaşık -600 MPa 'dır ve basınç stres tabakasının derinliği 0,15 mm' dir;
Gerilme vuruşu kazıma: Yüzey artık basınç gerilimi, 0,25 mm derinlikle 1.000 MPa 'dan fazla değere ulaşabilir.
Mühendislik hususları: Gerilme kazıma, özel ekipman (yay için bir ön yük kuvveti uygulayan armatürler) gerektirir ve ön yükün boyutu kesinlikle kontrol edilmelidir - çok küçük yeterli değildir ve çok büyük, yayın akmasına ve deforme olmasına neden olabilir.
III. Yeni enerji gereksinimleri için yay işlevi entegrasyonu
3.1 Pil paketi iletkenlik yayı
Yeni enerji pil modüllerinde, yayların iletkenli konektörler olarak tasarımı giderek daha yaygın hale geliyor. Örneğin, akü direği pabucu ile bus arasına bakır alaşımından yapılmış bir iletkenlik yayı yerleştirilir ve yayın esnekliği, akımı (onlarca ila yüzlerce amper) iletirken temas basıncını (0,5 ~ 2 N) korumak için kullanılır.
Teknik gereksinimler:
Malzeme: berilyum bakır (C17200), fosfor bronz (C5191), iletkenlik ≥% 20 IACS;
Temas direnci: ≤ 0,5 milyon (başlangıç), ≤ 1 milyon uzun süreli yaşlanmadan sonra;
Çalışma sıcaklığı: -40C ~ 120C;
Stres gevşemesi: Kuvvet değeri zayıflamasından 1000 saat sonra ≤% 10.
3.2 Hava süspansiyon yardımcı yayı (kauçuk-metal kompozit yay)
Bazı yeni enerji modelleri, havalı süspansiyon + yardımcı bobin yayı kombinasyonunu kullanır. Yardımcı yay, minimum zemin boşluğunu sağlamak için ana hava odası söndürüldüğünde gövdeyi destekler. Bu yay, son derece düşük kalıcı deformasyon (<% 0,2) ve yüksek yorulma direnci (10 ^ 6 kattan fazla) gerektirir.
IV. CAE odaklı hafif tasarım süreci
4.1 Topoloji optimizasyonu ve Parametrik modelleme
Süspansiyon yaylarının topoloji optimizasyonu için Altair HyperWorks veya ANSYS kullanılması: kurulum alanı, yük koşulları, hedef sertliği göz önüne alındığında, yazılım tel çap dağılımını ve sarmal yolu otomatik olarak optimize eder. Elde edilen kavramsal model daha sonra bir değişken çap, değişken perde) bir Parametrik KAD modeline dönüştürülür.
4.2 Çok gövdeli dinamik yük çıkarma
Tipik çalışma koşulları (frenleme, hızlanma, bükülme, çarpma) altındaki yayın gerçek yük spektrumu, tüm aracın çok gövdeli modelinden (ADAMS, CarSim) çıkarılır. Yük spektrumu, yerel güçlendirme veya incelmeyi yönlendirmek için her düğümün hasar değerini hesaplamak için yorulma analiz yazılımına girilir.
4.3 Yorgunluk yaşam haritalaması
Optimize edilmiş değişken çaplı yay için, farklı bölümlerdeki yorulma ömrünü tahmin etmek için yerel gerinme yöntemi kullanılır. Belirli bir alanın ömrü yetersizse, tel çapını ince ayarlayın (artırın) veya orada atış çekme gücünü artırın.
Durum: Arka süspansiyon yayının ağırlığını 3,0 kg 'dan 2,3 kg' a (% 23 ağırlık azaltma) azaltmak için bir SUV modeli yukarıdaki işlemden geçti ve yorulma ömrü 250.000 kattan 400.000 kata çıkarıldı.
V. Üretim süreci sınırlamaları ve hafiflikte atılımlar
Hafif tasarım üretilebilirlik ile dengelenmelidir.
Tasarım Özellikleri Üretim Mücadelesi Çözümleri
Çok küçük sarım oranı (C < 4) Yayı sararken mandrel incedir ve sıkışması kolaydır. Sürgülü mandrel veya iç destek sargısı kullanılır
Değişken çaplı (konik) + otomatik hizalama ile uç yüzleri taşlarken zor konumlandırma için özel taşlama yayı armatürü
Ultra yüksek mukavemet (> 2,100 MPa) gecikmeli çatlama hassasiyeti arttı Kesinlikle kontrollü atış çekme kuvveti + dehidrojenasyon
İçi boş yay yuvarlandığında, boru duvarı yuvarlak bir şekilde destekleyici ortamla (poliüretan gibi) doldurulur.
VI. Mühendislik değerlendirmesi ve gelecekteki eğilimler
6.1 Hafif etkinin kapsamlı değerlendirme göstergeleri
Hafif faktör L _ F = (yay kütlesi, izin verilen stres) / (tasarım yükü, kurulum alanı) kullanılması önerilir. Katsayı ne kadar düşük olursa, tasarım o kadar iyi olur.
6.2 Gelecek yönergeler
Fiber kompozit yay: Çeliğin sadece dörtte biri yoğunluğa sahip karbon fiber takviyeli epoksi reçineden yapılmış bir yay, ancak yorulma ömrü ve darbe direncinin hala doğrulanması gerekiyor.
Şekil hafızalı alaşımlı yay: aktif süspansiyon için büyük deformasyon tahrik işlevi elde etmek için martensitik dönüşüm kullanarak;
Entegre yay sönümleme ünitesi: Akıllı süspansiyon için yayı manyetorheolojik sönümleyici ile entegre edin.
sonuç
Yeni enerji araçlarının hafif talebi, şasi yay teknolojisinin hızlı bir şekilde yinelenmesini zorluyor. Malzeme yükseltmelerinden (2.200 MPa dereceli yay çeliği) proses atılımlarına (gerilimli atış delme, değişken çaplı sarma), tasarım yöntemlerine (CAE optimizasyonu, çok gövdeli yük çıkarma) kadar, yay hafifletme net bir teknik yol oluşturdu. OEM 'ler ve yay üreticileri için bu teknolojilerde ustalaşmak yalnızca enerji tüketimini azaltmak ve pil ömrünü iyileştirmek için bir araç değil, aynı zamanda gelecekte üst düzey pazar rekabetine katılmak için bir bilettir.
BQUQ profesyonel bir metal yay üreticisidir, lütfen bize çizimler gönderin, şirketimiz 12 saat içinde size teklif verecektir.
