Вилка приводного вала переднего моста и поворотный кулак из стали 40Cr

40Cr (эквивалент конструкционной легированной стали AISI 5140) – это среднеуглеродистая легированная сталь с хорошей прокаливаемостью, прочностью и ударной вязкостью. После закалки и отпуска твердость может достигать HRC25-35. Широко используется для изготовления высоконагруженных деталей системы привода переднего моста автомобилей. Вилка приводного вала переднего моста и поворотный кулак являются ключевыми деталями трансмиссии и рулевого управления переднеприводных или полноприводных автомобилей. Их часто изготавливают ковкой из стали 40Cr, чтобы выдерживать крутящий момент, ударные и усталостные нагрузки. Выбор 40Cr обусловлен ее превосходными комплексными механическими свойствами (например, предел прочности на разрыв ≥785MPa), она подходит для коммерческих автомобилей, легковых автомобилей и тяжелых грузовиков среднего и низкого класса, но необходимо учитывать риск растрескивания при закалке.

Вилка приводного вала переднего моста (Yoke)

Вилка приводного вала переднего моста – это соединительный элемент на конце приводного вала, используемый для соединения карданного вала и полуоси, для передачи мощности от дифференциала к колесам, особенно в неравномерных приводных мостах.

• Основные функции:
  • Передача крутящего момента: выдерживает крутящий момент, выдаваемый двигателем (до 500-2000 Нм), обеспечивая равномерное распределение мощности между передним и задним мостами.
  • Компенсация угла: в сочетании с карданным валом адаптируется к изменению угла приводного вала при повороте, уменьшая вибрацию и шум.
  • Устойчивость к ударам: поглощает осевые/радиальные нагрузки, вызванные неровностями дороги, предотвращая отсоединение или поломку трансмиссии.
• Конструктивные особенности:
  • Вилообразная конструкция: U-образная или крестообразная конструкция паза, диаметр φ40-80 мм, длина 100-200 мм, вилка имеет паз для игольчатого подшипника.
  • Место установки: выходной конец дифференциала переднего моста, соединенный со шлицами полуоси, подходит для подвески McPherson или двухрычажной подвески.
  • Пример спецификации: вилка 40Cr для тяжелого грузовика Shaanxi Auto F2000, вес около 2-5 кг.
• Преимущества материала 40Cr:
  • Хорошие комплексные характеристики после закалки и отпуска, подходит для случаев средней точности и высокой скорости (скорость ≤5000 об/мин).
  • Термическая обработка: равномерный нагрев при 850-880℃ после ковки, закалка при 860℃ + отпуск, чтобы избежать растрескивания.
• Краткое описание технологического процесса:
  1. Ковка: свободная ковка или штамповка, температура 1100-1200℃.
  2. Черновая обработка: токарная обработка вилочных рычагов + фрезерование пазов, оставляя припуск 0,5 мм.
  3. Термическая обработка + чистовая обработка: чистовая токарная обработка на станке с ЧПУ после закалки и отпуска, чтобы обеспечить концентричность ≤0,02 мм. Сложность: высокая точность вилки, требуется обработка упрочненной поверхности инструментом PCD.

Поворотный кулак (Steering Knuckle)

Поворотный кулак – это узел поворота переднего колеса, соединяющий подвеску, систему рулевого управления и ступицу колеса, выдерживающий крутящий момент рулевого управления и тормозное усилие.

• Основные функции:
  • Поддержка рулевого управления: направляет угол поворота колеса (±45°), обеспечивая стабильное управление.
  • Распределение нагрузки: выдерживает вертикальную нагрузку (1-3 тонны/колесо) и боковую силу, предотвращая неравномерный износ шин.
  • Интегрированные функции: установка датчика ABS и шаровой опоры, оптимизация отклика рулевого управления.
• Конструктивные особенности:
  • Литой/кованый элемент в форме бараньего рога: верхнее/нижнее отверстия для ушей соединяют рычаг управления, в отверстие шпинделя устанавливается ступица колеса, диаметр φ50-70 мм.
  • Место установки: в независимой подвеске переднего моста, соединяется со стойкой McPherson и рулевой тягой.
  • Пример спецификации: диаметр оси 50-70 мм, вес 3-6 кг, подходит для переднего моста Santana или тяжелого грузовика.
• Преимущества материала 40Cr:
  • Высокая прочность: HRC50 и выше после закалки, однородная структура оси, усталостная долговечность >10^6 циклов.
  • Тенденция к замене: может быть заменен нелегированной сталью для снижения затрат, но 40Cr по-прежнему является основным материалом для автомобилей среднего класса.
• Краткое описание технологического процесса:
  1. Ковка + выравнивающий отжиг: немедленно выдерживать при 850℃ в течение 10-20 минут после ковки, чтобы уменьшить деформацию.
  2. Черновая/чистовая обработка: пятиосевое фрезерование ушных отверстий на станке с ЧПУ + токарная обработка оси, шероховатость поверхности Ra1,6μm.
  3. Термическая обработка + проверка: закалка в воде при 860℃, проверка градиента твердости (поверхность > сердцевина). Сложность: диаметр оси влияет на структуру закалки, большой диаметр может легко смягчить сердцевину, необходимо оптимизировать время выдержки.