محور شوكة عمود الإدارة الأمامي ومفصل التوجيه من مادة 40Cr

40Cr (ما يعادل AISI 5140 فولاذ إنشائي سبائكي) هو فولاذ سبائكي متوسط الكربون يتميز بقدرة تصليد جيدة وقوة وصلابة، ويمكن أن تصل صلابته إلى HRC25-35 بعد المعالجة الحرارية، ويستخدم على نطاق واسع في المكونات عالية الإجهاد لنظام القيادة الأمامي للسيارات. يعتبر محور شوكة عمود الإدارة الأمامي ومفصل التوجيه من المكونات الرئيسية لنقل الحركة والتوجيه في المركبات ذات الدفع الأمامي أو الرباعي، وغالبًا ما يتم تشكيلهما عن طريق التشكيل بالحدادة من مادة 40Cr لتحمل عزم الدوران والصدمات وأحمال الإجهاد. يعود اختيار 40Cr إلى أدائه الميكانيكي الشامل الممتاز (مثل قوة الشد ≥785MPa)، وهو مناسب للمركبات التجارية والمركبات الركاب والشاحنات الثقيلة متوسطة ومنخفضة الجودة، ولكن يجب الانتباه إلى خطر التشقق الناتج عن التبريد السريع.

محور شوكة عمود الإدارة الأمامي (Yoke)

محور شوكة عمود الإدارة الأمامي هو وصلة التوصيل في الطرف الأمامي لعمود الإدارة، ويستخدم لتوصيل وصلة عالمية ونصف محور، لتحقيق نقل الطاقة من الترس التفاضلي إلى العجلات، وخاصة في الجسور الدافعة غير متساوية السرعة.

• الوظائف الرئيسية:
  • نقل عزم الدوران: تحمل عزم الدوران الناتج عن المحرك (يمكن أن يصل إلى 500-2000 نيوتن متر)، مما يضمن توزيعًا متساويًا للطاقة بين المحورين الأمامي والخلفي.
  • تعويض الزاوية: بالتعاون مع الوصلة العالمية، تتكيف مع تغير زاوية عمود الإدارة أثناء التوجيه، مما يقلل الاهتزاز والضوضاء.
  • مقاومة الصدمات: تمتص الأحمال المحورية / القطرية الناتجة عن وعورة الطريق، مما يمنع نظام النقل من الانفصال أو الكسر.
• الخصائص الهيكلية:
  • تصميم على شكل شوكة: هيكل على شكل حرف U أو فتحة متقاطعة، قطر φ40-80 مم، طول 100-200 مم، فتحة الشوكة بها فتحة محمل إبرة أسطوانية.
  • موقع التركيب: طرف الإخراج للترس التفاضلي الأمامي، متصل بنصف محور، مناسب لنظام التعليق ماكفرسون أو نظام التعليق مزدوج عظم الترقوة.
  • مثال على المواصفات: رأس شوكة 40Cr المستخدم في شاحنة Shaanxi Auto F2000 الثقيلة، يزن حوالي 2-5 كجم.
• مزايا مادة 40Cr:
  • أداء شامل جيد بعد المعالجة الحرارية، مناسب للمناسبات متوسطة الدقة وعالية السرعة (سرعة الدوران ≤5000 دورة في الدقيقة).
  • المعالجة الحرارية: تسخين موحد عند 850-880 درجة مئوية بعد الحدادة، تبريد سريع عند 860 درجة مئوية + تلطيف، لتجنب التشقق.
• وصف موجز لعملية المعالجة:
  1. التشكيل بالحدادة: حدادة حرة أو حدادة بالقالب، درجة الحرارة 1100-1200 درجة مئوية.
  2. التشغيل الخشن: خراطة ذراع الشوكة + طحن الفتحة، مع ترك هامش 0.5 مم.
  3. المعالجة الحرارية + التشغيل الدقيق: خراطة CNC دقيقة بعد المعالجة الحرارية، لضمان المحورية ≤0.02 مم. الصعوبة: دقة فتحة الشوكة عالية، وتتطلب أدوات PCD لمعالجة السطح المتصلد.

مفصل التوجيه (Steering Knuckle)

مفصل التوجيه هو محور توجيه العجلة الأمامية، ويربط نظام التعليق ونظام التوجيه وجلبة العجلة، ويتحمل عزم دوران التوجيه وقوة الكبح.

• الوظائف الرئيسية:
  • دعم التوجيه: توجيه زاوية دوران العجلة (±45°)، مما يضمن استقرار التحكم.
  • تقاسم الأحمال: تحمل الأحمال الرأسية (1-3 أطنان / عجلة) والقوة الجانبية، مما يمنع التآكل غير المتساوي للإطارات.
  • وظائف متكاملة: تركيب مستشعر ABS ورأس كروي، لتحسين استجابة التوجيه.
• الخصائص الهيكلية:
  • قطعة مصبوبة / مشكلة على شكل قرن الكبش: فتحات الأذن العلوية / السفلية تربط ذراع التحكم، فتحة المغزل تثبت جلبة العجلة، قطر φ50-70 مم.
  • موقع التركيب: في نظام التعليق الأمامي المستقل، متصل بدعامة ماكفرسون وقضيب التوجيه.
  • مثال على المواصفات: قطر المحور 50-70 مم، الوزن 3-6 كجم، مناسب للمحور الأمامي لسيارة Santana أو شاحنة ثقيلة.
• مزايا مادة 40Cr:
  • قوة عالية: HRC50 أو أعلى بعد التبريد السريع، هيكل موحد للمحور، عمر مقاومة الإجهاد >10^6 دورة.
  • اتجاه الاستبدال: يمكن استبداله بفولاذ غير معالج حرارياً لتقليل التكاليف، ولكن 40Cr لا يزال هو التيار الرئيسي في الطرازات متوسطة الجودة.
• وصف موجز لعملية المعالجة:
  1. الحدادة + التسخين الموحد: الاحتفاظ بالحرارة عند 850 درجة مئوية لمدة 10-20 دقيقة مباشرة بعد الحدادة، لتقليل التشوه.
  2. التشغيل الخشن / الدقيق: طحن CNC خماسي المحاور لفتحات الأذن + محور السيارة، خشونة السطح Ra1.6μm.
  3. المعالجة الحرارية + الفحص: تبريد سريع بالماء عند 860 درجة مئوية، الكشف عن تدرج الصلابة (السطح > القلب). الصعوبة: يؤثر قطر المحور على هيكل التبريد السريع، والقطر الكبير يسهل تليين القلب، ويتطلب تحسين وقت الاحتفاظ بالحرارة.