Garfo do Eixo de Acionamento Dianteiro e Manga de Eixo em Material 40Cr

40Cr (equivalente ao aço estrutural de liga AISI 5140) é um aço de liga de médio carbono com boa temperabilidade, resistência e tenacidade. Após o tratamento de têmpera e revenimento, a dureza pode atingir HRC25-35, sendo amplamente utilizado em componentes de alta tensão do sistema de acionamento do eixo dianteiro de automóveis. O garfo do eixo de acionamento dianteiro e a manga de eixo são componentes críticos de transmissão e direção de veículos com tração dianteira ou tração nas quatro rodas, frequentemente forjados em 40Cr para suportar torque, impacto e cargas de fadiga. A escolha do 40Cr se deve às suas excelentes propriedades mecânicas abrangentes (como resistência à tração ≥785MPa), sendo adequado para veículos comerciais, de passageiros e caminhões pesados de médio e baixo custo, mas é preciso estar atento ao risco de rachaduras durante o processo de têmpera.

Garfo do Eixo de Acionamento Dianteiro (Yoke)

O garfo do eixo de acionamento dianteiro é o componente de conexão na extremidade frontal do eixo de transmissão, usado para conectar a junta universal e o semieixo, realizando a transmissão de potência do diferencial para as rodas, especialmente crucial em eixos de acionamento não isocinéticos.

• Funções Principais：
  • Transmitir Torque: Suportar o torque de saída do motor (podendo atingir 500-2000Nm), garantindo uma distribuição uniforme da potência entre os eixos dianteiro e traseiro.
  • Compensar Ângulos: Em conjunto com a junta universal, adaptar-se às mudanças de ângulo do eixo de acionamento durante a direção, reduzindo vibrações e ruídos.
  • Resistir a Impactos: Absorver as cargas axiais/radiais causadas por solavancos na estrada, evitando que o sistema de transmissão se solte ou quebre.
• Características Estruturais：
  • Design em Forma de Garfo: Estrutura em forma de U ou ranhura cruzada, diâmetro φ40-80mm, comprimento 100-200mm, com ranhuras para rolamentos de agulha na abertura do garfo.
  • Posição de Instalação: Extremidade de saída do diferencial do eixo dianteiro, conectado ao estriado do semieixo, adequado para suspensões McPherson ou de braço duplo.
  • Exemplo de Especificação: Garfo 40Cr usado no caminhão pesado Shaanxi Auto F2000, peso de aproximadamente 2-5kg.
• Vantagens do Material 40Cr：
  • Boas propriedades abrangentes após têmpera e revenimento, adequado para ocasiões de média precisão e alta velocidade (velocidade ≤5000rpm).
  • Tratamento Térmico: Aquecimento uniforme a 850-880℃ após a forja, têmpera a 860℃ + revenimento, evitando rachaduras.
• Breve Descrição do Processo de Fabricação：
  1. Forjamento: Forjamento livre ou em matriz, temperatura 1100-1200℃.
  2. Usinagem Bruta: Torneamento dos braços do garfo + fresagem das ranhuras, deixando uma folga de 0,5mm.
  3. Tratamento Térmico + Usinagem Fina: Torneamento fino CNC após têmpera e revenimento, garantindo concentricidade ≤0,02mm. Dificuldade: Alta precisão da abertura do garfo, necessitando de ferramentas PCD para usinar a superfície endurecida.

Manga de Eixo (Steering Knuckle)

A manga de eixo é o pivô de direção da roda dianteira, conectando a suspensão, o sistema de direção e o cubo da roda, suportando o torque de direção e a força de frenagem.

• Funções Principais：
  • Suporte à Direção: Guiar o ângulo de rotação da roda (±45°), garantindo estabilidade na direção.
  • Distribuição de Carga: Suportar a carga vertical (1-3 toneladas/roda) e a força lateral, evitando o desgaste irregular dos pneus.
  • Funções Integradas: Instalar sensores ABS e rótulas, otimizando a resposta da direção.
• Características Estruturais：
  • Peça Fundida/Forjada em Forma de Chifre: Orifícios superiores/inferiores para conectar os braços de controle, orifício do eixo principal para instalar o cubo da roda, diâmetro φ50-70mm.
  • Posição de Instalação: Na suspensão independente do eixo dianteiro, conectado ao amortecedor McPherson e à barra de direção.
  • Exemplo de Especificação: Diâmetro do eixo 50-70mm, peso 3-6kg, adequado para o Santana ou o eixo dianteiro de caminhões pesados.
• Vantagens do Material 40Cr：
  • Alta Resistência: HRC50 ou superior após a têmpera, estrutura uniforme na parte do eixo, vida útil à fadiga >10^6 ciclos.
  • Tendência de Substituição: Pode ser substituído por aço não temperado para reduzir custos, mas o 40Cr ainda é o principal em modelos de médio porte.
• Breve Descrição do Processo de Fabricação：
  1. Forjamento + Aquecimento Uniforme: Manter a 850℃ por 10-20min imediatamente após a forja, reduzindo a deformação.
  2. Usinagem Bruta/Fina: Fresagem CNC de cinco eixos dos orifícios + torneamento da parte do eixo, rugosidade superficial Ra1.6μm.
  3. Tratamento Térmico + Inspeção: Têmpera em água a 860℃, detecção do gradiente de dureza (superfície > núcleo). Dificuldade: O diâmetro do eixo afeta a estrutura da têmpera, grandes diâmetros facilitam o amolecimento do núcleo, necessitando otimizar o tempo de manutenção da temperatura.