Upright、連桿/接頭、材料與失效模式

Upright、接頭、材料與失效模式

Upright 設計目標

Upright 是輪端的力與幾何匯流點：承接上/下 A 臂、pushrod（若有）、tie-rod、caliper、wheel bearing 與 hub。 的 FSAE 懸吊專題報告指出 uprights、hubs 等為主要懸吊零件，且幾乎任何一項失效都可能造成嚴重後果，設計需以安全可靠為前提。

三個硬目標：

1. 幾何：pickup points 在受載下仍能維持預期 camber/toe/steering axis（彈性變形可控）。
2. 結構：極端組合工況（bump+curb+制動+側向）不屈服、不裂，並考慮疲勞（尤其 rod end 與 bearing seat）。
3. 製造/檢驗：bearing bore、caliper mount、球接頭座面需可加工且可量測（GD&T/基準）。

Bearing seats 與配合（fit）

輪端常見失效是外圈在鋁座內爬行（creep）或過大干涉造成外圈變形、內部游隙異常。 指出干涉配合會讓軸承圈膨脹/壓縮並改變 internal clearance，且干涉量需與負載大小相關以避免 creep。 也提醒鋁 housing 因熱膨脹較大，通常需要比鋼/鑄鐵更緊的配合。

實務建議（非規則）：

• 先判定哪個圈承受 rotating load，再決定干涉方向與量級。
• 鋁 upright 常需更緊外圈干涉並考慮工作溫升後剩餘干涉。
• 組裝避免敲擊跨越滾道；必要時使用加熱/冷凍配合與正確工具。

Rod ends / spherical bearings：承載、捕捉、雙剪

規則要求雙剪或捕捉（V.3.1.5）。 （亦可見 Aurora 品牌）提供 rod end catalog，解釋 ultimate radial static load 定義並建議以適當安全係數換算操作載荷。

常見失效模式 → 對策：

• 單剪 bolt bending：優先雙剪；或縮短懸臂、用襯套定位。
• misalignment 過限造成 binding：全行程角度驗證，必要時用 high-misalignment spacers。
• 捕捉墊片太薄屈曲/剪斷：捕捉件需按結構件設計（厚度、材質、受力路徑）。

材料選擇比較（典型值）

部件	常見材料	指標（典型）	優點	風險/注意	來源
焊接式 control arms / 車架連接件	4130 鉻鉬鋼	屈服約 460 MPa（視熱處理）	可焊、韌性佳、成本較可控	焊接熱影響區與殘留應力需控
CNC/板件式 upright / rocker	6061-T6 / T651	屈服約 276 MPa、UTS 約 310 MPa	好加工、耐蝕、取得性佳	強度較 7075 低；bearing seat 變形需評估
高強度鋁 upright / rocker	7075-T6	屈服約 503 MPa、UTS 約 572 MPa（典型）	高強度、重量優勢	應力腐蝕/成本；螺紋與座孔工藝要求高

註：本次請求未指定材料限制；規則亦未直接限制 upright 材料。但若你採 custom wheel attachment（V.4.2.2），材料與製程證明會被要求。

Critical Fasteners 的落地方式

由於懸吊 fasteners 屬 Critical Fasteners（V.3.1.4），建議建立「螺栓地圖」：每顆螺栓記錄規格、等級、鎖固方式與扭矩。 必做項：

• Grade 5/8.8 以上；頭型符合 T.8.2；禁止沉頭。
• 每處有 Positive Locking；Loctite 不可作為唯一鎖固。
• 螺帽露牙 ≥ 2。

補充圖解：Double Shear / Capture

讀圖重點

• 雙剪的核心價值在於降低偏心與螺栓彎曲風險。
• 若某些位置因包絡限制只能單剪，至少要補做 capture，避免球面座失效後直接脫落。
• 設計 capture 時，不能只看「有沒有墊片」，還要看外徑、厚度、接觸面壓與疲勞。