podwozie (lub rama) jest konstrukcją, która lokalizuje i montuje wszystkie inne części pojazdu. Zapewnia również chronioną przestrzeń dla użytkownika (- ów).
typy podwozia
istnieje wiele typów podwozia, ale wszystkie z nich można podzielić na jedno z dwóch podejść:
- użyj długości okrągłych lub kwadratowych rur lub innych metalowych kształtów konstrukcyjnych, aby utworzyć konstrukcję podwozia (rama przestrzenna, wielostopniowa, rama drabinowa)
- użyj połączonych paneli, aby utworzyć konstrukcję podwozia (Monocoque, Unibody)
oba podejścia mogą zapewnić konstrukcję zdolną do montażu innych elementów pojazdu, ale każde z nich ma swoje zalety i wady.
rama Spaceframe Podwozie
rama Spaceframe podwozie wykorzystuje liczne cięte i ukształtowane kawałki metalowych rur konstrukcyjnych (Zwykle stalowych) połączonych ze sobą w celu utworzenia silnej ramy. Schemat SF1 poniżej z książki Rona Championa „Zbuduj swój własny samochód sportowy za jedyne 250 funtów”, pokazuje przykład podwozia space frame.
Podwozie do samochodu typu „Lowcost”. Z książki Rona Championa ” Zbuduj swój własny samochód sportowy za jedyne 250 funtów i ścigaj się nim!”,
zasadą konstrukcji przestrzennej jest wykorzystanie triangulacji rur do stworzenia sztywnej struktury. Diagramy SF2 i SF3 poniżej pokazują, jak triangulacja jest używana do sztywnienia struktury:
Nierozwinięte pudło (jedno pozbawione boków) jest łatwo wypaczone.
nie-triangulowane pudełko ma bardzo małą siłę. Można to zobaczyć w akcji powyżej. Gdy dłoń popycha o róg pudełka, kształt wygina się w równoległobok.
teraz, jeśli skrzyżujemy klamrę lub triangulujemy pudełko rurką, siła jest znacznie zwiększona:
Diagram SF3. Pole z członem krzyżowym tworzy dwa trójkąty (pokazane na czerwono) i mówi się, że jest trójkątne. Siła przyłożona do pudełka próbuje rozciąć poprzeczkę.
na powyższym schemacie SF3 rura jest ciągnięta w naprężeniu tak, jakby rogi pudełka, do którego jest przymocowana, próbowały ją rozerwać. Ze względu na wytrzymałość rury na rozciąganie, pudełko nie odkształci się w równoległobok diagramu SF2
triangulacja może również współpracować z rurkami w kompresji. Jednak idealna konstrukcja zawsze ma rury prętowe pracujące w naprężeniu, co zapewnia znacznie lepszą wytrzymałość niż rury pracujące w kompresji.
Diagram SF4 poniżej pokazuje, jak przyłożone obciążenie próbuje teraz zmiażdżyć lub skompresować rurę zamiast rozrywać ją na strzępy. Ze względu na zmniejszoną wytrzymałość na ściskanie wyboczenie może stać się problemem.
Trójkątne pudełko. Siła przyłożona do skrzyni ściska poprzeczkę, potencjalnie wyginając ją, jeśli siła jest wystarczająca..
Wracając do diagramu SF1, istnieje wiele przykładów na tym diagramie, w jaki sposób struktury rur otwartych Skrzynek zostały triangulowane, aby stworzyć znacznie bardziej sztywne podwozie. Schemat pokazuje również zawieszenie i inne wsporniki montażowe.
Ramki kosmiczne zwykle używają rur kwadratowych lub okrągłych. Kwadratowa rura jest łatwiejsza do pracy, ponieważ cięcie polega na prostych cięciach pod określonym kątem. Okrągłe rury nie przylegają do innych okrągłych rur dobrze, a zatem wymaga specjalnego wycięcia rur do cięcia okrągłych kształtów.
kluczowym aspektem projektowania ram przestrzennych jest identyfikacja i analiza obciążeń, których należy się spodziewać, oraz zaprojektowanie ramy i triangulacji, aby obsłużyć te obciążenia w zoptymalizowany sposób. Ponieważ rurki w naprężeniu zapewniają większą wytrzymałość niż ściskanie, w obszarach obciążonych napięciem można stosować lżejsze rurki miernicze, aby zmniejszyć wagę. W obszarach, w których rury widzą obciążenia ściskające, lepszym rozwiązaniem mogą być rury o większej średnicy lub cięższej średnicy.
Podwozie Monocoque
podwozie monocoque jest technicznie ulepszeniem w stosunku do podwozia z ramą Kosmiczną. Diagram MC1 poniżej pokazuje prosty przykład różnicy między konstrukcją spaceframe a monocoque.
Porównanie zachowania monocoque ’ a z ramą Kosmiczną pod obciążeniem naprężeniowym.
monocoque „Box” po lewej stronie wykorzystuje panel z materiału, aby strukturalnie „uzupełnić” pudełko. Gdy ręka naciska na nią w kierunku pokazanym przez zieloną strzałkę, tworzy siłę ścinającą w poprzek panelu. Siła ta jest skutecznie obsługiwana w ten sam sposób, w jaki obciążenie naprężające jest przez trójkątną ramę Kosmiczną po prawej stronie. Gdyby jednak ręka pchała się z drugiej strony pudełka, rurka ramy kosmicznej mogłaby się załamać podczas kompresji, podczas gdy pudełko monocoque zachowywałoby się tak samo, jak wcześniej. Zobacz diagram MC2 poniżej:
Diagram MC2. Porównanie zachowania monocoque ’ a z ramą Kosmiczną pod obciążeniem kompresyjnym. Zwróć uwagę na doskonałą obsługę obciążenia naciągowego monocoque i gorszą obsługę obciążenia ściskającego ramy kosmicznej.
oba typy podwozi mogą być tak samo mocne jak siebie nawzajem. Jednak, aby uzyskać równoważną wytrzymałość spaceframe na ogół wymaga więcej materiału, a tym samym większą wagę. Użyte materiały również robią dużą różnicę.
na diagramie MC3 poniżej, zarówno monocoque „box” po lewej stronie, jak i w pełni triangulowana ramka kosmiczna „box” po prawej poradziłyby sobie z ładunkami w ten sam sposób (pominęliśmy tylną część „pudełka”, aby uniknąć wizualnego komplikowania diagramu)
Diagram MC3. Skrzynia Monocoque i „równoważna” trójkątna rama kosmiczna. (Tył ramy kosmicznej nie jest pokazany, aby zachować jasność diagramu.)
chociaż monocoque może być Zwykle lżejszy i mocniejszy niż rama kosmiczna, ma pewne wady, które sprawiają, że projektowanie, budowa i obsługa są bardziej skomplikowane.
Po pierwsze, monocoque wymaga, aby struktura utworzona przez panele była”kompletna”. Jeśli zauważysz „pudełko”na diagramie MC3, którego użyliśmy do zademonstrowania monocoque, wyobraź sobie, że brakuje jednej jego strony, Jak pokazano na diagramie MC4 poniżej:
Diagram MC4. Niekompletne przenoszenie ładunku przez monocoque spowoduje jego deformację i klamrę.
możemy nacisnąć na róg pudełka, w którym spotykają się trzy panele (pokazane po lewej) i nie będzie się wypaczać (dużo), ale nacisnąć na róg obok miejsca, w którym powinna być brakująca strona, A Pudełko się zapnie (jak pokazano po prawej). W przypadku gdy istnieje otwór, podwozie musi obsługiwać obciążenia przez podporę.
głównym celem w projektowaniu monocoque jest zapewnienie, że nie ma nieobsługiwanych ścieżek obciążenia, które mogą spowodować pęknięcie konstrukcji monocoque. Zapięty monocoque nie jest lepszy niż Zapięta rura ramy kosmicznej.
w przypadku źle obsługiwanych ścieżek obciążenia rama kosmiczna może być bardziej wyrozumiała, ponieważ średnica rur i materiał stalowy zwykle zapewniają bardziej stopniową awarię niż monocoque. Lepiej jednak w pierwszej kolejności prawidłowo zaprojektować podwozie, a następnie polegać na zauważaniu stopniowych awarii.
to prowadzi nas do kolejnego kluczowego punktu o monocoque—jeśli jest uszkodzony, jest trudny do naprawy w porównaniu z lampami kosmicznymi. Trudno jest również wykryć uszkodzenia na monocoque, podczas gdy wygięte lub uszkodzone rury są dość łatwe do wykrycia.
sztywność skrętna
sztywność skrętna jest właściwością każdego podwozia pojazdu, która określa, jak duże skręcenie będzie odczuwane przez podwozie, gdy obciążenia są przenoszone przez koła i zawieszenie. Schemat TR1 poniżej pokazuje zasadę.
schemat TR1. Sztywność Skrętna. Im mniej skrętów podwozia, tym bardziej sztywne jest ono skrętne.
podwozie, które ma dużo skrętu, nie wytrzyma tak przewidywalnie, jak to, które ma bardzo mało, ponieważ przez skręcanie podwozie zaczyna działać jak przedłużenie zawieszenia. Zawieszenie zostało zaprojektowane tak, aby Koła/opony mogły podążać za wybojami i upadkami drogi. Jeśli podwozie skręca się, gdy opona uderza w zderzenie, działa jak część zawieszenia, co oznacza, że strojenie zawieszenia jest trudne lub niemożliwe. Idealnie, podwozie powinno być ultra-sztywne, a zawieszenie zgodne.
sztywność skrętna jest mierzona w lbs-ft/stopień lub kg-m/stopień. Jeden koniec podwozia (przedni lub tylny) jest nieruchomy, a drugi koniec jest zrównoważony na punkcie i skręt jest przykładany za pomocą belki. Diagram TR2 poniżej pokazuje podstawową ideę:
Diagram TR2. Metoda pomiaru sztywności skrętnej.
Wskazówki dotyczące konstrukcji podwozia (1/2)
modyfikowanie podwozia produkcyjnego
rozważając modyfikację podwozia produkcyjnego w celu zamontowania alternatywnego zawieszenia, silników lub układu napędowego, poświęć czas na badanie konstrukcji unibody (nowszy pojazd) lub drabiny (starszy pojazd). Konstrukcje tworzone przez konstruktorów podwozi producenta mają silne obszary przeznaczone na obciążenia i słabe obszary nieprzeznaczone do przenoszenia obciążeń. Kluczowe znaczenie ma określenie właściwych części konstrukcji podwozia do cięcia lub modyfikacji.
rozważ użycie modeli w skali pojazdu (jeśli wykonano Modele plastikowe), makiety zmian lub oprogramowanie do modelowania 3D, aby zrobić to samo. Jeśli zmiany dotyczą zawieszenia, np. obniżenia pojazdu, należy najpierw wymodelować nowe zawieszenie. Czasami obniżenie pojazdu przy użyciu tych samych punktów odbioru zawieszenia spowoduje złe prowadzenie.
Budowanie modeli podwozi
Modelowanie podwozia szkieletowego za pomocą pałeczek z drewna balsa pozwala zobaczyć na własne oczy różnice pomiędzy triangulacją a sztywnością podwozia. Herb Adams w swojej książce „Chassis Engineering” zawiera cały rozdział na temat modelowania podwozia z wykorzystaniem balsy i papieru. Jego rekomendacja dotyczy modelu w skali 1/12.
podobnie, używanie kartonu, papieru i kleju do budowy modeli monocoków może być bardzo satysfakcjonującym i tanim doświadczeniem w nauce. Wspaniałą rzeczą w tych materiałach jest to, że nie mają one dużej wytrzymałości, a więc odkształcenia, które tworzą obciążenia, można łatwo zauważyć podczas nakładania obciążeń.
Zaprojektuj podwozie po zawieszeniu
znacznie łatwiej jest zaprojektować wstępne zawieszenie zgodnie z zasadami i dobrą geometrią, a następnie zbudować podwozie zgodnie z punktami mocowania zawieszenia i sprężynami/mocowaniami amortyzatorów. Zobacz nasz dział ” projektowanie własnego samochodu wyścigowego „
rozważ ścieżki obciążenia
w podwoziu nie chodzi o” pochłanianie ” energii, ale raczej o wsparcie. Rozważając umieszczenie rur, zwizualizuj „ścieżki obciążenia” i rozważ użycie oprogramowania do analizy elementów skończonych (FEA), aby pomóc w analizie scenariuszy obciążenia. Ścieżki obciążenia są zdefiniowane jako siły wynikające z przyspieszania i zwalniania, w kierunku wzdłużnym i bocznym, które podążają za przewodem od pręta do pręta. Pierwsze siły, które przychodzą na myśl, to mocowania zawieszenia, ale takie rzeczy jak akumulator i kierowca naciskają na konstrukcję ramy kosmicznej.
zmaksymalizuj położenie CG i wyważenie pojazdu
środek ciężkości wpływa na samochód jak wahadło. Idealne miejsce dla CG jest absolutnie między przednimi i tylnymi kołami oraz lewymi i prawymi kołami. Umieszczenie CG na dziobie lub rufie lub w lewo lub w prawo od tego punktu oznacza, że ciężar zmienia się nierównomiernie w zależności od tego, w którą stronę skręca samochód i czy przyspiesza, czy zwalnia. Im dalej od tego idealnego punktu, tym bardziej jeden koniec samochodu działa jak wahadło i tym trudniej jest zoptymalizować prowadzenie.
CG jest również zależne od wysokości. Umieszczenie silnika wyżej od ziemi podnosi CG i wymusza przeniesienie większych ciężarów podczas pokonywania zakrętów, przyspieszania lub zwalniania. Celem projektu pojazdu jest utrzymanie wszystkich czterech kół, jeśli to możliwe, aby zmaksymalizować przyczepność, więc umieszczenie wszystkich części w samochodzie w najniższym możliwym miejscu pomoże obniżyć wysokość CG.
