alusta (tai runko) on rakenne, joka paikantaa ja kiinnittää Ajoneuvon kaikki muut osat. Se tarjoaa myös suojatun tilan asukkaalle (matkustajille).
alustatyypit
alustatyyppejä on useita, mutta ne kaikki voidaan luokitella yhteen kahdesta lähestymistavasta:
- käytä pyöreiden tai neliömäisten letkujen tai muiden Metallirakenteiden pituuksia alustarakenteen muodostamiseksi (avaruusrunko, moniputki, tikapuurunko)
- käytä liitettyjä paneeleita alustarakenteen muodostamiseksi (monokokki, Unibody)
molemmat lähestymistavat voivat tarjota rakenteen, joka pystyy asentamaan muita ajoneuvon osia, mutta kummallakin on omat etunsa ja haittansa.
avaruusrunko
avaruusrunko käyttää lukuisia leikattuja ja muotoiltuja metallirakenneputkien kappaleita (yleensä terästä), jotka on liitetty toisiinsa vahvaksi kehykseksi. Alla oleva kaavio SF1 Ron Championin kirjasta ”Build your Own Sports Car for As Little As £250”, osoittaa esimerkin avaruusrungon alustasta.
kaavio SF1. Spaceframe Alustan ”Lowcost” auto. Ron Championin kirjasta ” Build your Own Sports Car for as Little as £250 and Race It!”,
avaruusrakenteen periaatteena on käyttää putkien kolmiomittausta jäykän rakenteen luomiseksi. Alla olevat kaaviot SF2 ja SF3 näyttävät, miten kolmiomittausta käytetään rakenteen jäykistämiseen:
kaavio SF2. Käsittelemätön laatikko (jolta puuttuu sen sivut)vääntyy helposti.
kolmiomittaamattomassa laatikossa on hyvin vähän voimaa. Voit nähdä tämän toiminnassa yllä. Käden työntyessä laatikon kulmaa vasten muoto vääntyy suunnikkaaksi.
nyt, jos rastitaan tai kolmioidaan laatikko putkella, vahvuus kasvaa huomattavasti:
kaavio SF3. Laatikko, jossa on rajat-jäsen muodostaa kaksi kolmiota (näytetään punaisella) ja sanotaan olevan triangulated. Rasiaan kohdistettu voima yrittää repiä ristijäsentä erilleen.
yllä olevassa kaaviossa SF3 putkea vedetään jännityksessä ikään kuin laatikon kulmat, joihin se on kiinnitetty, yrittäisivät repiä sitä kappaleiksi. Koska putki on vahva jännityksessä, laatikko ei muotoutu diagrammin SF2
kolmiomittaus voi toimia myös putkien puristuksessa. Kuitenkin ihanteellinen muotoilu on aina jäsen putket työskentelevät jännitystä, joka tarjoaa paljon ylivoimainen vahvuus putket työskentelevät puristus.
alla oleva kaavio SF4 näyttää, miten kohdistettu kuorma yrittää nyt murskata tai puristaa putkea sen repimisen sijaan. Koska puristuksen lujuus on alentunut, vääntyminen voi tulla ongelmaksi.
kaavio SF4. Kolmiomittauslaatikko. Ruutuun kohdistuva voima puristaa ristijäsentä puristaen sitä mahdollisesti, jos voima on riittävä..
Palatakseni kaavioon SF1, tässä kaaviossa on lukuisia esimerkkejä siitä, miten avoimia laatikkoputkirakenteita on kolmioitu paljon jäykemmän alustan luomiseksi. Kuvassa näkyy myös jousitus ja muut kiinnikkeet.
välilevyissä käytetään yleensä neliömäisiä tai pyöreitä letkuja. Neliömäinen putki on helpompi työstää, koska sen leikkaamiseen liittyy suoria leikkauksia tietyssä kulmassa. Pyöreä letku ei puske muita pyöreitä putkia vastaan hyvin, ja siksi se vaatii erityisen putken notcherin leikkaamaan siihen pyöreitä muotoja.
avaruuskehyksen suunnittelussa keskeistä on tunnistaa ja analysoida odotettavissa olevat kuormitukset sekä suunnitella kehys ja kolmiomittaus siten, että ne voidaan käsitellä optimoidusti. Koska letkut jännitteessä tarjoaa suuremman lujuuden kuin puristus, kevyempi mittari letkut voidaan käyttää jännitys kuormitettu alueilla säästää painoa. Alueilla, joilla letku näkee puristuskuormia, raskaampi mittari tai suurempi halkaisija letku voi olla parempi käyttää.
Monokokkinen alusta
monokokkinen alusta on teknisesti parempi kuin välikorinen alusta. Alla olevassa kaaviossa MC1 on yksinkertainen esimerkki Välikehyksen ja monokokkirakenteen erosta.
kaavio MC1. Vertaamalla monokokin käyttäytymistä avaruuskehykseen jännityskuormituksessa.
vasemmalla olevassa monokokkisessa ”laatikossa” käytetään materiaalipaneelia, joka rakenteellisesti ”täydentää” laatikkoa. Kun käsi työntää sitä vasten vihreän nuolen osoittamaan suuntaan, se luo leikkausvoiman paneelin poikki. Tämä voima käsitellään tehokkaasti samalla tavalla kuin jännityskuorma on välimallin kolmiomittattu laatikko oikealla. Jos käsi kuitenkin työntäisi laatikon toiselta puolelta, välilevyputki voisi mahdollisesti romahtaa puristuksessa, kun taas monokokkinen laatikko käyttäytyisi samalla tavalla kuin ennenkin. Katso kaavio MC2 alta:
kaavio MC2. Vertaamalla monokokin käyttäytymistä välikehykseen puristuskuorman alla. Huomaa monokokin ylivertainen jännityskuorman käsittely ja Välikehyksen huonompi puristuskuorman käsittely.
molemmat alustat voidaan tehdä yhtä vahvoiksi kuin toisetkin. Vastaavan lujuuden välin valmistaminen vaatii kuitenkin yleensä enemmän materiaalia ja siten enemmän painoa. Myös käytetyillä materiaaleilla on suuri merkitys.
alla olevassa kaaviossa MC3 sekä vasemmalla oleva monokokkinen ”laatikko” että oikealla oleva täysin trianguloitu avaruuskehys ”laatikko” käsittelisivät kuormia samalla tavalla (olemme jättäneet pois avaruuskehyksen ”laatikon” takaosan välttääksemme kaavion monimutkaistamisen)
kaavio MC3. Monokokki laatikko ja ”vastaava” kolmiokehys. (Välikehyksen takana ei näy kuvan selkeyden säilyttämiseksi.)
vaikka monokokki voidaan yleensä tehdä kevyemmäksi ja voimakkaammaksi kuin välikappale, siinä on joitakin varjopuolia, jotka tekevät siitä monimutkaisemman suunnitella, rakentaa ja käyttää.
ensinnäkin monokokki vaatii paneelien muodostaman rakenteen olevan ”ehyt”. Jos havainnoit kaaviossa MC3 olevaa” laatikkoa”, jota käytimme monokokin osoittamiseen, kuvittele sen toinen puoli puuttuvan, kuten alla olevassa kaaviossa MC4 esitetään:
kaavio MC4. Monokokin puutteellinen kuormankäsittely aiheuttaa sen muodonmuutoksen ja soljen.
voimme työntää laatikon kulmaa, jossa kolme paneelia kohtaavat (kuvassa vasemmalla), eikä se loimi (paljon), vaan työntää nurkkaa sen vieressä, missä puuttuvan puolen pitäisi olla ja laatikko soljuu (kuten oikealla). Jos siinä on aukko, alustan on käsiteltävä kuormia tukirakenteiden kautta.
monokokkirakenteen ensisijainen tavoite on varmistaa, että ei ole käsittelemättömiä kuormitusreittejä, jotka voivat aiheuttaa monokokkirakenteen soljumisen. Buckled monocoque ei ole parempi kuin buckled spaceframe putki.
huonosti käsiteltyjen kuormitusreittien tapauksessa välikehys voi olla anteeksiantavampi, sillä letkun halkaisija ja teräsmateriaali aiheuttavat yleensä monokokkia asteittaisemman epäonnistumisen. On kuitenkin parempi suunnitella alusta oikein ensinnäkin sitten luottaa huomaamatta vähitellen epäonnistumisia.
tästä päästään toiseen monokokin avainkohtaan: jos se on vaurioitunut, sitä on vaikea korjata verrattuna avaruusputkiin. On myös vaikea havaita vaurioita monokokki taas taivutettu tai rikki letku on melko helppo havaita.
vääntöjäykkyys
vääntöjäykkyys on jokaisen ajoneuvon alustan ominaisuus, joka määrittää, kuinka paljon alusta vääntyy, kun pyörät ja jousitus kuormittavat sitä. Alla oleva kaavio TR1 näyttää periaatteen.
kaavio TR1. Vääntöjäykkyys. Mitä vähemmän alusta vääntää, sitä jäykemmäksi se katsotaan.
paljon vääntävää alustaa ei käsitellä yhtä ennakoivasti kuin sellaista, jossa on hyvin vähän, koska vääntämällä alusta alkaa toimia jousituksen jatkeena. Jousitus on suunniteltu siten, että pyörät/renkaat seuraavat tien töyssyjä ja notkahduksia. Jos alusta vääntyy renkaan osuessa töyssyyn, se toimii kuin osa jousitusta, eli jousituksen virittäminen on vaikeaa tai mahdotonta. Ihannetapauksessa Alustan pitäisi olla erittäin jäykkä ja jousitus yhteensopiva.
vääntöjäykkyys mitataan lbs-ft/astetta tai kg-m / astetta. Alustan toinen pää (edessä tai takana) pidetään paikallaan ja toinen pää tasapainotetaan pisteeseen ja kierretään puomin kautta. Alla oleva kaavio TR2 esittää perusidean:
kaavio TR2. Vääntöjäykkyyden mittausmenetelmä.
Alustan Suunnittelukärjet (1/2)
tuotantoalustan muuttaminen
harkittaessa tuotantopohjaisen Alustan muuttamista vaihtoehtoisen jousituksen, moottoreiden tai voimansiirron asentamiseksi, käyttäkää aikaa unibodyn (uudempi ajoneuvo) tai tikapuurungon (vanhempi ajoneuvo) rakenteiden tutkimiseen. Valmistajan alustasuunnittelijoiden muodostamissa rakenteissa on kuormille tarkoitettuja vahvoja alueita ja heikkoja alueita, joita ei ole tarkoitettu kuormien kuljettamiseen. Alustarakenteen oikeiden osien tunnistaminen leikattavaksi tai muokattavaksi on ratkaisevan tärkeää.
harkitse ajoneuvon pienoismallien (jos tehtiin muovimalleja) käyttämistä muutosten mallintamiseen, tai 3D-mallinnusohjelmien käyttämistä saman tekemiseen. Jos muutokset koskevat jousitusta, kuten ajoneuvon laskemista, mallintaa uusi jousitus ensin. Joskus ajoneuvon alentaminen samoja jousituksen noutopisteitä käytettäessä aiheuttaa huonoa käsittelyä.
Rakenna Alustamalleja
mallintamalla avaruusrunko balsapuukepeillä voit nähdä omakohtaisesti kolmiomittauksen erot alustan jäykkyyteen. Herb Adams esittää kirjassaan ”Chassure Engineering” kokonaisen luvun alustamallinnuksesta Balsan ja paperin avulla. Hänen suosituksensa on 1/12-mittakaavamalli.
samoin kartongin, paperin ja liiman käyttäminen mallimonokokkien rakentamiseen voi olla myös hyvin palkitsevaa ja edullista oppimiskokemusta. Hienoa näissä materiaaleissa on, että niillä ei ole paljon voimaa, joten kuormituksen aiheuttamat muodonmuutokset voidaan helposti nähdä, kun kuormia käytetään.
Suunnittele alusta jousituksen jälkeen
on paljon helpompi suunnitella alustava jousitus sääntöjen ja hyvän geometrian mukaisesti, ja rakentaa sitten alusta jousituksen kiinnityskohtien ja jousien / vaimenninkiinnikkeiden mukaiseksi. Katso ”oman kilpa-auton suunnittelu” – osiosta
mieti kuormitusreittejä
alustassa ei ole kyse energian ”imemisestä”, vaan tuesta. Kun tarkastellaan putkien sijoittamista, visualisoidaan ”kuormitusreitit” ja harkitaan FEA: n (Finite Element Analysis software) käyttöä kuormitusskenaarioiden analysoimiseksi. Kuormitusreiteillä tarkoitetaan kiihdytyksestä ja hidastumisesta johtuvia voimia pitkittäis-ja sivusuunnassa, jotka seuraavat letkua jäsenestä toiseen. Ensimmäiset voimat, jotka tulevat mieleen, ovat jousitus kiinnikkeet, mutta asiat, kuten akku ja kuljettaja, asettavat paineita avaruusrakenteen.
maksimoi CG: n sijoitus ja ajoneuvon tasapaino
painopiste vaikuttaa autoon heilurin tavoin. Ihanteellinen paikka CG: lle on ehdottomasti etu-ja takapyörien sekä vasemman ja oikean pyörien välissä. CG: n sijoittaminen eteen tai taakse tai tästä kohdasta vasemmalle tai oikealle tarkoittaa, että paino siirtyy epätasaisesti riippuen siitä, mihin suuntaan auto kääntyy ja kiihdyttääkö vai hidastaako se. Mitä kauempana tästä ideaalipisteestä on, sitä enemmän auton toinen pää toimii heilurin tavoin, ja sitä vaikeampi on optimoida käsittelyä.
CG on myös pituudesta riippuvainen. Moottorin sijoittaminen korkeammalle maasta nostaa CG: tä ja pakottaa suurempia määriä painoa siirtymään kaarteessa, kiihdytettäessä tai hidastettaessa. Ajoneuvosuunnittelun tavoitteena on pitää kaikki neljä pyörää istutettuina mahdollisuuksien mukaan pidon maksimoimiseksi, joten kaikkien osien sijoittaminen autoon alimmalle mahdolliselle paikalleen auttaa alentamaan CG-korkeutta.
