Vorderachs-Antriebswellen-Gabel und Achsschenkel aus 40Cr-Material

40Cr (entspricht AISI 5140 legiertem Baustahl) ist ein mittelkohlenstoffhaltiger legierter Stahl mit guter Härtbarkeit, Festigkeit und Zähigkeit. Nach dem Vergüten kann eine Härte von HRC25-35 erreicht werden. Er wird häufig für hochbeanspruchte Bauteile in Antriebssystemen von Automobilvorderachsen verwendet. Die Vorderachs-Antriebswellen-Gabel und der Achsschenkel sind wichtige Antriebs- und Lenkkomponenten von Fahrzeugen mit Front- oder Allradantrieb. Sie werden häufig aus 40Cr geschmiedet, um Drehmoment, Stößen und Ermüdungsbelastungen standzuhalten. Die Wahl von 40Cr beruht auf seinen hervorragenden umfassenden mechanischen Eigenschaften (wie z. B. einer Zugfestigkeit von ≥785MPa) und eignet sich für mittlere und niedrigpreisige Nutzfahrzeuge, Personenkraftwagen und schwere Lkw, wobei jedoch die Gefahr von Härteverzug zu beachten ist.

Vorderachs-Antriebswellen-Gabel (Yoke)

Die Vorderachs-Antriebswellen-Gabel ist das Verbindungselement am vorderen Ende der Antriebswelle, das zur Verbindung des Universalgelenks und der Halbwelle verwendet wird, um die Kraft vom Differential zu den Rädern zu übertragen, insbesondere bei nicht-gleichförmigen Antriebsachsen.

• Hauptfunktionen:
  • Drehmomentübertragung: Aufnahme des vom Motor abgegebenen Drehmoments (bis zu 500-2000 Nm), um eine gleichmäßige Kraftverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse zu gewährleisten.
  • Winkelausgleich: In Verbindung mit dem Universalgelenk Anpassung an die Winkeländerung der Antriebswelle beim Lenken, wodurch Vibrationen und Geräusche reduziert werden.
  • Stoßfestigkeit: Absorption von axialen/radialen Lasten, die durch Unebenheiten der Fahrbahn verursacht werden, um ein Auskuppeln oder Brechen des Antriebssystems zu verhindern.
• Strukturmerkmale:
  • Gabeldesign: U-förmige oder Kreuzschlitzstruktur, Durchmesser φ40-80mm, Länge 100-200mm, die Gabelöffnung hat eine Nadellagerbohrung.
  • Einbauposition: Ausgangsseite des Vorderachsdifferentials, verbunden mit der Halbwelle über Keilverzahnung, geeignet für McPherson- oder Doppelquerlenkeraufhängung.
  • Beispiel für Spezifikationen: 40Cr-Gabelkopf für schwere Lkw vom Typ Shaanxi Auto F2000, Gewicht ca. 2-5 kg.
• Vorteile des 40Cr-Materials:
  • Gute Gesamtleistung nach dem Vergüten, geeignet für mittlere Genauigkeit und hohe Geschwindigkeiten (Drehzahl ≤5000 U/min).
  • Wärmebehandlung: Nach dem Schmieden 850-880℃ gleichmäßig erwärmen, 860℃ abschrecken + anlassen, um Risse zu vermeiden.
• Kurze Beschreibung des Bearbeitungsprozesses:
  1. Schmieden: Freiformschmieden oder Gesenkschmieden, Temperatur 1100-1200℃.
  2. Vorbearbeitung: Drehen der Gabelarme + Fräsen der Nuten, mit einem Aufmaß von 0,5 mm.
  3. Wärmebehandlung + Feinbearbeitung: CNC-Feindrehen nach dem Vergüten, um eine Rundlaufgenauigkeit von ≤0,02 mm zu gewährleisten. Schwierigkeit: Hohe Genauigkeit der Gabelöffnung, Bearbeitung der gehärteten Oberfläche mit PKD-Werkzeugen erforderlich.

Achsschenkel (Steering Knuckle)

Der Achsschenkel ist der Lenkknotenpunkt des Vorderrads, der die Aufhängung, das Lenksystem und die Radnabe verbindet und das Lenkmoment und die Bremskraft aufnimmt.

• Hauptfunktionen:
  • Lenkunterstützung: Führung des Raddrehwinkels (±45°), um eine stabile Handhabung zu gewährleisten.
  • Lastverteilung: Aufnahme der vertikalen Last (1-3 Tonnen/Rad) und der Querkraft, um ungleichmäßigen Reifenverschleiß zu verhindern.
  • Integrierte Funktionen: Installation von ABS-Sensoren und Kugelköpfen zur Optimierung des Lenkverhaltens.
• Strukturmerkmale:
  • Geformtes/geschmiedetes Bauteil in Form eines Widderhorns: Obere/untere Ösen verbinden den Querlenker, die Hauptwellenbohrung nimmt die Radnabe auf, Durchmesser φ50-70mm.
  • Einbauposition: In der Einzelradaufhängung der Vorderachse, verbunden mit dem McPherson-Federbein und der Spurstange.
  • Beispiel für Spezifikationen: Wellendurchmesser 50-70mm, Gewicht 3-6kg, geeignet für Santana- oder schwere Lkw-Vorderachsen.
• Vorteile des 40Cr-Materials:
  • Hohe Festigkeit: HRC50 oder höher nach dem Abschrecken, gleichmäßige Struktur des Wellenabschnitts, Ermüdungslebensdauer >10^6 Zyklen.
  • Ersatztrend: Kann durch nicht-vergüteten Stahl ersetzt werden, um Kosten zu senken, aber 40Cr ist immer noch der Mainstream bei Mittelklassewagen.
• Kurze Beschreibung des Bearbeitungsprozesses:
  1. Schmieden + Homogenisieren: Nach dem Schmieden sofort 850℃ für 10-20min warmhalten, um Verformungen zu reduzieren.
  2. Vor-/Feinbearbeitung: Fünfachs-CNC-Fräsen der Ösen + Drehen des Wellenabschnitts, Oberflächenrauheit Ra1.6μm.
  3. Wärmebehandlung + Prüfung: 860℃ Wasserabschrecken, Prüfung des Härtegradienten (Oberfläche > Kern). Schwierigkeit: Der Wellendurchmesser beeinflusst die Abschreckstruktur, große Durchmesser neigen dazu, den Kern zu erweichen, daher muss die Haltezeit optimiert werden.