در توسعه تجهیزات سیار و پلتفرمهای خودکار، فرمان، بهعنوان جزئی که به طور همزمان عملکردهای رانندگی و فرمان را بر عهده میگیرد، مستقیماً بر ظرفیت تحمل بار، مقاومت در برابر سایش، سازگاری محیطی و عمر کلی آن از طریق انتخاب مواد تأثیر میگذارد. سناریوهای کاربردی مختلف نیازمندی های متفاوتی برای استحکام، ویژگی های اصطکاک، مقاومت در برابر خوردگی و سطح سبک وزن چرخ های فرمان هستند. بنابراین، در طول فرآیند طراحی و ساخت، مواد باید بر اساس شرایط عملیاتی به صورت علمی انتخاب شوند تا تعادل بهینه بین عملکرد و هزینه حاصل شود.
ساختار اصلی یک فرمان عموماً از یک توپی، آج، محفظه یاتاقان و اتصالات فرمان تشکیل شده است که هر جزء بر انتخاب مواد تاکید دارد. توپی به عنوان جزء اصلی که بار را تحمل میکند و قدرت انتقال میدهد، اغلب از فولاد آلیاژی با استحکام بالا یا آلیاژ آلومینیوم با استحکام بالا- ساخته میشود. فولاد آلیاژی دارای مقاومت بسیار خوبی در برابر ضربه و مقاومت در برابر خستگی است که آن را برای-وسایل نقلیه صنعتی سنگین و شرایط استارت مکرر-مناسب میسازد. از سوی دیگر، آلیاژ آلومینیوم به طور قابل توجهی وزن را کاهش می دهد و در عین حال استحکام کافی را تضمین می کند، که برای بهبود بهره وری انرژی و پاسخ دینامیکی مفید است و به طور گسترده در ربات های لجستیک سبک وزن و وسایل نقلیه خدماتی استفاده می شود.
آج قسمتی است که مستقیماً با زمین تماس دارد و مواد آن کشش فرمان، مقاومت در برابر سایش و عملکرد بالشتک را تعیین می کند. مواد متداول عبارتند از لاستیک طبیعی، لاستیک مصنوعی (مانند لاستیک نئوپرن و لاستیک پلی اورتان) و کامپوزیت های پلیمری. لاستیک طبیعی خاصیت ارتجاعی و چسبندگی خوبی دارد، اما در معرض قرار گرفتن در معرض روغن یا اشعه ماوراء بنفش مستعد پیری است. لاستیک مصنوعی، از طریق تنظیمات فرمول، می تواند مقاومت در برابر روغن، مقاومت در برابر آب و هوا و مقاومت در برابر پارگی را ترکیب کند و آن را برای محیط های پیچیده صنعتی مناسب کند. لاستیک پلی اورتان از نظر مقاومت در برابر سایش بالا و سختی متوسط برتری دارد و به طور قابل توجهی مقاومت غلتشی را کاهش می دهد و عمر مفید روی سطوح صاف و سخت را افزایش می دهد. برای سناریوهایی که نیاز به ضد{5}}استاتیک یا تمیزی دارند، میتوان پرکنندههای رسانا یا پلیمرهای تراوش کم- را به فرمول آج اضافه کرد تا مشخصات عملیاتی خاص را برآورده کند.
محفظه یاتاقان و اتصال فرمان به موادی نیاز دارند که بر مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی و ثبات ابعادی تأکید دارند. معمولاً از فولاد کربنی یا فولاد ضد زنگ تیمار شده با حرارت- استفاده میشود. اولی مقرون به صرفه است و برای اکثر شرایط عملیاتی از استحکام کافی برخوردار است، در حالی که دومی مقاومت در برابر خوردگی عالی در محیطهای مرطوب، اسیدی، قلیایی یا پاشش نمک بالا دارد و مقاومت چرخشی را کاهش میدهد و به دلیل زنگ زدگی فاصله بیشتری دارد. در کاربردهای با سرعت بالا که به اینرسی چرخشی کاهش یافته نیاز دارند، آلیاژهای سبک وزن با عملیات سخت شدن سطحی اغلب برای متعادل کردن استحکام و عملکرد دینامیکی انتخاب میشوند.
در محیط های خاص از مواد کامپوزیتی و پلیمرهای اصلاح شده برای ساخت توپی یا آج چرخ استفاده می شود. به عنوان مثال، کامپوزیتهای تقویتشده با فیبر کربن به وزن بسیار سبکی دست مییابند و در عین حال استحکام بالایی نیز حفظ میکنند، و برای AGVهای{1}}بالا و پلتفرمهای متحرک دقیق مناسب هستند. پلاستیکهای مهندسی اصلاحشده، با ویژگیهای خود-روغنکننده، کم-صدای کم و خوردگی شیمیایی-شان، در اتاقهای تمیز یا خطوط تولید مواد غذایی که کنترل صدا و آلودگی سختگیرانه است، استفاده میشوند.
علاوه بر خواص مکانیکی اولیه، پایداری حرارتی، چقرمگی{0}}درجه حرارت پایین، و سازگاری با رسانه های روان کننده نیز باید در طول انتخاب به طور جامع ارزیابی شود. برای مثال، در محیطهای ذخیرهسازی سرد یا دمای پایین{2}، فرمولهای لاستیکی با دمای انتقال شیشهای پایینتر و شکنندگی کمتر در دماهای پایین باید در اولویت قرار گیرند. در محیطهای پخت با دمای بالا یا تابش گرما، باید اطمینان حاصل شود که تغییر شکل حرارتی توپی چرخ و مواد آج قابل کنترل است تا از تأثیر ناپایداری ابعادی بر دقت فرمان جلوگیری شود.
به طور کلی، انتخاب مواد اصلی برای فرمان یک هنر مهندسی است که به دنبال تعادل بهینه بین استحکام، وزن، مقاومت در برابر سایش، سازگاری با محیط و هزینه است. با تطبیق مناسب مواد و شرایط عملیاتی، نه تنها میتوان قابلیت اطمینان و طول عمر فرمان را بهبود بخشید، بلکه میتوان بازده انرژی و عملکرد فرمانپذیری کل خودرو را نیز بهینه کرد و تضمینی محکم برای عملکرد پایدار سیستمهای اتوماسیون سیار در محیطهای پیچیده مختلف ارائه کرد.
