het chassis (of frame) is een structuur die alle andere delen van het voertuig lokaliseert en monteert. Het biedt ook een beschermde ruimte voor de bewoner(s).
Chassistypen
Er zijn meerdere chassistypen, maar ze kunnen allemaal worden ingedeeld in een van de twee benaderingen:
- gebruik lengtes van ronde of vierkante buizen of andere structurele metalen vormen om de chassisstructuur te vormen (ruimteframe, multi-tube, ladderframe)
- gebruik samengevoegde panelen om de chassisstructuur te vormen (Monocoque, Unibody)
beide benaderingen kunnen een structuur bieden waarmee andere voertuigonderdelen kunnen worden gemonteerd, maar elk heeft zijn eigen voor-en nadelen.
Spaceframe-Chassis
het spaceframe-chassis maakt gebruik van talrijke gesneden en gevormde delen van structurele metalen buizen (meestal staal) die samen een sterk frame vormen. Het diagram SF1 hieronder uit Ron Champion ‘ s boek “bouw je eigen sportwagen voor slechts £ 250”, toont een voorbeeld van een space frame chassis.
Diagram SF1. Spaceframe chassis voor een” Lowcost ” auto. Uit Ron Champion ’s boek” bouw je eigen sportwagen voor slechts £ 250 en Race het!”,
het principe van spaceframe ontwerp is om driehoeksmeting van de buizen te gebruiken om een stijve structuur te creëren. Diagrammen SF2 en SF3 hieronder laten zien hoe triangulatie wordt gebruikt om een structuur te rigidiiseren:
Diagram SF2. Een onbewerkte doos (waarvan er één zijn zijkanten mist) is gemakkelijk kromgetrokken.
een niet-driehoekig kader heeft zeer weinig sterkte. U kunt dit zien in actie hierboven. Als de hand tegen de hoek van de doos duwt, verandert de vorm in een parallellogram.
als we nu de doos met een buis kruisen of trianguleren, wordt de sterkte sterk verhoogd:
Diagram SF3. Een doos met een dwarsdoorsnede vormt twee driehoeken (weergegeven in het rood)en wordt gezegd dat deze driehoeken zijn. De kracht die op de doos wordt uitgeoefend, probeert de dwarsdoorsnede uit elkaar te trekken.
in figuur SF3 hierboven wordt de buis in spanning getrokken alsof de hoeken van de doos aan de plaats waar hij is bevestigd probeerden hem uit elkaar te scheuren. Vanwege de sterkte van de buis in spanning, zal de doos niet vervormen in het parallellogram van diagram SF2
triangulatie kan ook werken met buizen in compressie. Maar het ideale ontwerp heeft altijd de Lid buizen werken in spanning die veel superieure sterkte aan buizen werken in compressie biedt.
Diagram SF4 hieronder laat zien hoe de belasting die wordt toegepast nu probeert de buis te verpletteren of te comprimeren in plaats van hem uit elkaar te scheuren. Door de verminderde sterkte in compressie kan knikken een probleem worden.
Diagram SF4. Een driehoekige doos. De op de doos uitgeoefende kracht comprimeert de dwarsdoorsnede, mogelijk Verbogen als de kracht voldoende is..
terugkerend naar diagram SF1, zijn er tal van voorbeelden in dit diagram van hoe open box tube structuren zijn driehoekig gemaakt om een veel stijver chassis te creëren. Het diagram toont ook ophanging en andere montagebeugels.
Spaceframes gebruiken meestal vierkante of ronde buizen. Vierkante buis is gemakkelijker om te werken met omdat snijden het gaat om rechte sneden onder een bepaalde hoek. Ronde buizen niet stomp tegen andere ronde buizen goed, en daarom vereist een speciale tube notcher om ronde vormen te snijden in het.
het belangrijkste aspect van het spaceframe-ontwerp is het identificeren en analyseren van de te verwachten belastingen en het ontwerpen van het frame en de triangulatie om deze belastingen op een geoptimaliseerde manier te verwerken. Aangezien het buizenstelsel in spanning hogere sterkte dan compressie verstrekt, kan een lichtere gaugebuizenstelsel in spanningsbelaste gebieden worden gebruikt om gewicht te besparen. In gebieden waar slangen compressiebelastingen zien, kan een zwaardere meter of een slang met een grotere diameter beter te gebruiken zijn.
Monocoque Chassis
het monocoque chassis is technisch gezien een verbetering ten opzichte van het spaceframe chassis. Diagram MC1 hieronder toont een eenvoudig voorbeeld van het verschil tussen spaceframe en monocoque design.
Diagram MC1. Het vergelijken van het gedrag van een monocoque versus een spaceframe onder spanningsbelasting.
het monocoque “vak” aan de linkerkant gebruikt een paneel van materiaal om het vak structureel “aan te vullen”. Wanneer de hand er tegenaan duwt in de richting die wordt aangegeven door de groene pijl, ontstaat er een afschuifkracht over het paneel. Deze kracht wordt effectief behandeld op dezelfde manier als een spanningsbelasting door de spaceframe driehoekige doos aan de rechterkant. Echter, als de hand vanaf de andere kant van de doos zou duwen, zou de spaceframe buis kunnen instorten in compressie, terwijl de monocoque doos zou zich op dezelfde manier gedragen als voorheen. Zie diagram MC2 hieronder:
Diagram MC2. Het vergelijken van het gedrag van een monocoque versus een spaceframe onder compressiebelasting. Let op de superieure spanningsbelasting van de monocoque en de inferieure compressiebelasting van het spaceframe.
beide typen chassis kunnen net zo sterk gemaakt worden als elkaar. Echter, om een gelijkwaardige sterkte ruimteframe over het algemeen vereist meer materiaal en dus meer gewicht. Ook de gebruikte materialen maken een groot verschil.
in diagram MC3 hieronder zouden zowel de monocoque “box” aan de linkerkant als de volledig driehoekige spaceframe “box” aan de rechterkant belastingen op dezelfde manier behandelen (we hebben de achterkant van het spaceframe “box” weggelaten om het diagram visueel niet te compliceren)
Diagram MC3. Monocoque doos en” equivalent ” driehoekige spaceframe. (Achterzijde van spaceframe niet getoond Om diagram duidelijkheid te houden.)
hoewel de monocoque meestal lichter en sterker kan worden gemaakt dan een spaceframe, heeft het een aantal nadelen die het moeilijker maken om te ontwerpen, bouwen en te bedienen.
ten eerste vereist de monocoque dat de structuur van de panelen “compleet”is. Als u het “kader” in diagram MC3 waarneemt dat we gebruikten om de monocoque aan te tonen, stelt u zich dan voor dat één zijde ontbreekt zoals getoond in diagram MC4 hieronder:
Diagram MC4. Onvolledige ladingbehandeling door een monocoque zal leiden tot vervormen en gesp.
We kunnen op de hoek van de doos drukken waar drie panelen samenkomen (zie links) en het zal niet vervormen (veel), maar op een hoek drukken naast waar de ontbrekende kant zou moeten zijn en de doos zal krimpen (zie rechts). Indien er een opening is, moet het chassis belastingen door een ondersteunende substructuur verwerken.
een primair doel in een monocok ontwerp is ervoor te zorgen dat er geen niet-afgehandelde belastingpaden zijn die de monocokstructuur kunnen doen instorten. Een verbogen monocoque is niet beter dan een verbogen spaceframe buis.
in het geval van slecht behandelde laadpaden kan het spaceframe meer vergevingsgezind zijn omdat de diameter van de buis en het staalmateriaal meestal een geleidelijker defect veroorzaken dan een monocoque. Het is echter beter om het chassis in de eerste plaats correct te ontwerpen dan te vertrouwen op het merken van geleidelijke storingen.
Dit brengt ons bij een ander belangrijk punt over de monocoque – als het beschadigd is, is het moeilijk te repareren in vergelijking met spaceframe buizen. Het is ook moeilijk om schade te detecteren op een monocoque terwijl gebogen of gebroken buizen is vrij gemakkelijk te herkennen.
torsiestijfheid
torsiestijfheid is een eigenschap van elk voertuigchassis die bepaalt hoeveel draai het chassis zal ervaren wanneer belastingen door de wielen en de ophanging worden uitgeoefend. Figuur TR1 hieronder toont het principe.
Diagram TR1. Torsiestijfheid. Hoe minder het chassis draait, hoe meer torsiestijfheid het wordt beschouwd.
een chassis met veel twist zal niet zo voorspelbaar omgaan als een chassis met weinig twist, omdat het chassis door te draaien als een verlenging van de ophanging begint te werken. De ophanging is ontworpen om de Wielen / banden te volgen hobbels en dips van de weg. Als het chassis draait wanneer een band raakt een bump, het werkt als een deel van de ophanging, wat betekent dat het afstemmen van de ophanging is moeilijk of onmogelijk. Idealiter moet het chassis ultra-stijf zijn en moet de ophanging compatibel zijn.
torsiestijfheid wordt gemeten in lbs-ft/graad of kg-m / graad. Het ene uiteinde van het chassis (voor of achter) wordt stilgehouden en het andere uiteinde wordt op een punt gebalanceerd en via een balk gedraaid. Diagram TR2 hieronder toont het basisidee:
Diagram TR2. Methode om torsiestijfheid te meten.
Tips voor het ontwerp van het Chassis (1/2)
modifying Production Chassis
wanneer u overweegt een op productie gebaseerd chassis aan te passen om alternatieve ophanging, motoren of aandrijving te monteren, besteed dan tijd aan het bestuderen van de unibody (nieuwer voertuig) of ladder-frame (ouder voertuig) structuren. De constructies die door de chassisontwerpers van de fabrikant worden gevormd, hebben sterke gebieden die bestemd zijn voor ladingen en zwakke gebieden die niet bedoeld zijn om ladingen te dragen. Het identificeren van de juiste delen van de chassisstructuur om te snijden of te wijzigen is van cruciaal belang.
overweeg het gebruik van schaalmodellen van het voertuig (als plastic modellen werden gemaakt), om de veranderingen te mockup, of 3D-modellering software om hetzelfde te doen. Als de wijzigingen betrekking hebben op de ophanging, zoals het verlagen van het voertuig, model dan eerst de nieuwe ophanging. Soms verlagen van het voertuig tijdens het gebruik van dezelfde ophanging pick-up punten zal leiden tot slechte behandeling.
Build Chassismodellen
modelleren van een spaceframe-chassis met balsahouten stokken stelt u in staat om uit de eerste hand de verschillen te zien die triangulatie maakt met de stijfheid van een chassis. Herb Adams, in zijn boek “Chassis Engineering” biedt een heel hoofdstuk over chassis modellering met behulp van balsa en papier. Zijn aanbeveling is voor een 1/12 schaalmodel.
evenzo kan het gebruik van karton, papier en lijm om monocoques te bouwen een zeer lonende en goedkope leerervaring zijn. Het mooie van deze materialen is dat ze niet veel sterkte hebben en dus de vervormingen die belastingen veroorzaken gemakkelijk te zien zijn wanneer belastingen worden toegepast.
ontwerp het chassis na de ophanging
Het is veel gemakkelijker om een voorlopige ophanging te ontwerpen volgens de regels en een goede geometrie, en vervolgens het chassis te bouwen om te voldoen aan ophanging bevestigingspunten en veren/demper mounts. Zie onze sectie” Designing Your Own Race Car “
overweeg de laadpaden
een chassis gaat niet over het” absorberen ” van energie, maar eerder over ondersteuning. Bij het overwegen van plaatsing van buizen, visualiseer de “load paths”, en overweeg het gebruik van FEA (Finite Element Analysis software) om te helpen bij het analyseren van load scenario ‘ s. Belastingsbanen worden gedefinieerd als de krachten die het gevolg zijn van het versnellen en vertragen, in de lengterichting en de zijrichting die de slang van lid tot lid volgen. De eerste krachten die te binnen schieten zijn ophangingen, maar dingen als de batterij en de bestuurder plaatsen spanningen op de spaceframe structuur.
Maximaliseer de CG-plaatsing en voertuigbalans
zwaartepunt beïnvloedt de auto als een slinger. De ideale plaats voor de CG is absoluut tussen de voor-en achterwielen en de linker-en rechterwielen. Het plaatsen van de CG voor of achter of links of rechts van dit punt betekent dat het gewicht ongelijkmatig wordt overgedragen, afhankelijk van welke kant de auto draait, en of hij accelereert of afremt. Hoe verder van dit ideale punt, hoe meer een uiteinde van de auto fungeert als een slinger, en hoe moeilijker het is om de handling te optimaliseren.
de CG is ook afhankelijk van de hoogte. Het plaatsen van een motor hoger van de grond verhoogt de CG, en dwingt grotere hoeveelheden gewicht over te dragen bij het bochten, versnellen of vertragen. Het doel van voertuigontwerp is om alle vier de wielen geplant indien mogelijk om grip te maximaliseren, zodat het plaatsen van alle onderdelen in de auto op hun laagst mogelijke locatie zal helpen lager de CG hoogte.
