スイングアームは通常、車輪とボディの間に位置し、力の伝達や振動伝達の弱め、方向制御などを行うドライバーに関わる安全部品です。
スイングアームは通常、車輪と車体の間に位置し、力の伝達、振動伝達の低減、方向制御などを行うドライバーに関わる安全部品です。この記事では、市場で一般的なスイングアームの構造設計を紹介し、さまざまな構造がプロセス、品質、価格に与える影響を比較および分析します。
車のサスペンションは大きくフロントサスペンションとリアサスペンションに分けられます。前後のサスペンションには、車輪と車体を接続するスイングアームが装備されています。スイングアームは通常、車輪と車体の間に位置します。
ガイドスイングアームの役割は、ホイールとフレームを接続し、力を伝達し、振動伝達を軽減し、方向を制御することです。ドライバーに関わる安全部品です。サスペンション システムには力を伝達する構造部品があり、車輪が車体に対して一定の軌道に従って動きます。構造部品が荷重を伝達し、サスペンションシステム全体がクルマのハンドリング性能を支えます。
自動車スイングアームの共通機能と構造設計
1. 荷重伝達、スイングアーム構造の設計および技術の要件を満たすため
最近の自動車のほとんどは独立したサスペンション システムを採用しています。独立懸架装置は構造形式によりウィッシュボーン式、トレーリングアーム式、マルチリンク式、キャンドル式、マクファーソン式に分けられます。クロスアームとトレーリングアームはマルチリンクの1本のアームに対して2箇所の接続点を持つ2フォース構造です。2本のツーフォースロッドがユニバーサルジョイント上に一定の角度で組み付けられ、接続点の接続線が三角形の構造を形成します。マクファーソン フロント サスペンション ロア アームは、3 つの接続点を持つ典型的な 3 点式スイング アームです。3つの接続点を結ぶラインは安定した三角構造となっており、多方向の荷重にも耐えられます。
ツーフォーススイングアームの構造はシンプルであり、構造設計は各社の専門知識や加工の都合に応じて決定されることが多い。たとえば、プレスされた板金構造 (図 1 を参照) の設計構造は溶接のない単一の鋼板であり、構造キャビティはほとんどが「I」の形状になっています。板金溶接構造（図2を参照）、設計構造は溶接鋼板であり、構造空洞はより「口」の形をしています。または局所的な補強プレートを使用して危険な位置を溶接して強化します。鋼鍛造機の加工構造、構造キャビティは固体であり、形状はシャーシのレイアウト要件に従ってほとんど調整されています。アルミニウム鍛造機の加工構造（図3を参照）、構造キャビティは固体であり、形状要件は鋼鍛造と同様です。鋼管構造は構造が単純であり、構造空洞は円形です。
3点式スイングアームの構造は複雑であり、その構造設計はOEMの要求に応じて決定されることが多い。モーション シミュレーション解析では、スイング アームは他の部品と干渉することができず、ほとんどの部品には最小距離の要件があります。例えば、プレス板金構造は板金溶接構造と同時に使用されることが多く、センサーハーネス穴やスタビライザーバーコンロッド接続ブラケットなどスイングアームの設計構造が変わります。構造キャビティは依然として「口」の形状をしており、スイング アーム キャビティは閉じられた構造よりも優れています。鍛造機械加工構造の構造キャビティはほとんどが「I」字型で、ねじり抵抗と曲げ抵抗の伝統的な特性を備えています。鋳造機械加工構造、形状および構造キャビティには、鋳物の特性に応じて補強リブと軽量化穴がほとんど装備されています。板金溶接 鍛造品との結合構造。車両シャーシのレイアウトスペース要件により、ボールジョイントは鍛造品に組み込まれ、鍛造品は板金と接続されます。鋳造鍛造アルミ加工構造は、鍛造に比べ材料の利用効率と生産性が向上し、鋳物を上回る材料強度を実現する新技術の応用です。
2. スイングアーム接続部の弾性要素の構造設計によりボディへの振動伝達を低減
車が走行する路面は完全に平坦ではないため、車輪に作用する路面の垂直反力が大きな衝撃となることが多く、特に悪路を高速で走行する場合には、この衝撃力がドライバーに衝撃を与えます。不快に感じること。、弾性要素がサスペンションシステムに取り付けられ、剛結合が弾性結合に変換されます。弾性要素が衝撃を受けると振動が発生し、継続的な振動はドライバーに不快感を与えるため、サスペンションシステムには振動振幅を急速に低減するための減衰要素が必要です。
スイングアームの構造設計における接続箇所は、弾性要素接続とボールジョイント接続です。弾性要素は振動減衰と、少数の回転および振動の自由度を提供します。ゴムブッシュは自動車の弾性部品としてよく使われており、油圧ブッシュやクロスヒンジなども使われています。
図2 板金溶接スイングアーム
ゴムブッシュの構造は、鋼管の外側にゴムを被せたものや、鋼管-ゴム-鋼管のサンドイッチ構造のものがほとんどです。内側の鋼管には耐圧性と直径の要件が必要で、両端には滑り止めのセレーションが一般的です。ゴム層は、さまざまな剛性要件に応じて材料配合と設計構造を調整します。
最も外側のスチール リングには多くの場合、圧入に適した引き込み角度の要件があります。
油圧ブッシュは複雑な構造をしており、ブッシュの中でも複雑な工程を経た付加価値の高い製品です。ゴムには空洞があり、その空洞の中にオイルが入っています。キャビティ構造の設計は、ブッシュの性能要件に従って行われます。オイルが漏れるとブッシュが破損します。油圧ブッシュはより優れた剛性曲線を提供し、車両全体の操縦性に影響を与えます。
クロスヒンジはゴムヒンジとボールヒンジを組み合わせた複雑な構造をしています。ブッシュよりも優れた耐久性、スイング角度と回転角度、特別な剛性曲線を提供し、車両全体の性能要件を満たします。クロスヒンジが損傷すると、車両の走行中にキャブ内に騒音が発生します。
3. ホイールの動きに伴い、スイングアームの接続点におけるスイング要素の構造設計
路面の凹凸により、車体（フレーム）に対して車輪が上下に跳ねたり、同時に旋回や直進などの車輪の移動が発生するため、一定の要件を満たす車輪の軌道が求められます。スイングアームとユニバーサルジョイントは大部分がボールヒンジで接続されています。
スイング アーム ボール ヒンジは、±18° を超えるスイング角度を提供でき、360° の回転角度を提供できます。ホイールの振れとステアリングの要件を完全に満たします。また、ボールヒンジは車両全体で2年または6万km、3年または8万kmの保証要件を満たしています。
スイングアームとボールヒンジ（ボールジョイント）の間のさまざまな接続方法に応じて、ボルト接続またはリベット接続に分けることができ、ボールヒンジにはフランジが付いています。圧入干渉接続、ボールヒンジにはフランジがありません。スイングアームとボールヒンジをオールインワンに一体化。単板金属構造と多板金属溶接構造では、前者の 2 つのタイプの接続がより広く使用されます。鍛造鋼、アルミニウム鍛造、鋳鉄などの後者のタイプの接続がより広く使用されています。
ボールヒンジはブッシュよりも作動角が大きいため、負荷条件下での耐摩耗性を満たす必要があり、より高い寿命要件が求められます。したがって、ボールヒンジは揺動部の良好な潤滑と防塵・防水潤滑システムを組み合わせた構造として設計する必要があります。
図3 アルミ鍛造スイングアーム
スイングアームの設計が品質と価格に与える影響
1. 品質要因: 軽いほど良い
サスペンションの剛性とサスペンション スプリングによって支持される質量 (バネ質量) によって決定されるボディの固有振動数 (振動系の自由振動周波数とも呼ばれます) は、サスペンション システムの重要な性能指標の 1 つであり、サスペンション システムの性能に影響を与えます。車の乗り心地。人間の体が使用する垂直振動周波数は、歩行中に体が上下に動く周波数であり、約1〜1.6Hzです。身体の固有振動数は、この周波数範囲にできる限り近づける必要があります。サスペンションの剛性が一定の場合、バネ上質量が小さいほどサスペンションの上下変形は小さくなり、固有振動数は高くなります。
垂直荷重が一定の場合、サスペンション剛性が小さいほど車の固有振動数は低くなり、車輪が上下に跳ね上がるために必要なスペースは大きくなります。
路面状況と車速が同じ場合、バネ下質量が小さいほどサスペンションにかかる衝撃荷重は小さくなります。ばね下質量には、ホイール質量、ユニバーサルジョイント、ガイドアーム質量などが含まれます。
一般に、アルミニウム製スイングアームの質量が最も軽く、鋳鉄製スイングアームの質量が最も大きくなります。他はその中間です。
スイングアーム一式の質量は10kg未満のものが多く、質量が1000kgを超える車両に比べてスイングアームの質量が燃費に与える影響はほとんどありません。
2. 価格要素: 設計プランによって異なります
要件が多ければ多いほど、コストは高くなります。スイングアームの構造強度と剛性が要件を満たすことを前提として、製造公差要件、製造プロセスの難易度、材料の種類と入手可能性、表面腐食の要件はすべて価格に直接影響します。たとえば、耐食性要素: 表面不動態化およびその他の処理による電気亜鉛めっきコーティングは、約 144 時間を達成できます。表面保護は陰極電気泳動塗装コーティングに分けられ、コーティングの厚さと処理方法の調整により240時間の耐食性を達成できます。亜鉛-鉄または亜鉛-ニッケルコーティング。500時間以上の耐食試験要件を満たすことができます。腐食試験の要件が増加するにつれて、部品のコストも増加します。
スイングアームの設計と構造スキームを比較することにより、コストを削減できます。
周知のとおり、ハードポイントの配置が異なると走行性能も異なります。特に、同じハード ポイントの配置と異なる接続ポイントの設計により、コストが異なる可能性があることを指摘する必要があります。
構造部品とボールジョイントとの接続には、標準部品（ボルト、ナット、リベット）による接続、しまりばめ接続、一体化の3種類があります。しまりばめ接続構造のため、標準的な接続構造に比べ、ボルト、ナット、リベットなどの部品種類が削減されます。しまりばめ接続構造に比べて一体一体型のため、ボールジョイントジョイントシェルの部品点数が削減されます。
構造部材と弾性要素との間には 2 つの接続形式があります。前部と後部の弾性要素は軸方向に平行であり、軸方向に垂直です。方法が異なれば、組み立てプロセスも異なります。例えば、ブッシュの押圧方向はスイングアーム本体に対して垂直な同一方向である。シングルステーションのダブルヘッドプレスを使用して、フロントブッシュとリアブッシュを同時に圧入できるため、人員、設備、時間を節約できます。取り付け方向が一定でない場合（垂直方向）、シングルステーションのダブルヘッドプレスを使用してブッシュを連続的にプレスして取り付けることができるため、人員と設備を節約できます。ブシュを内側から圧入する場合は、2ステーション、2プレスで連続してブシュを圧入します。
