șasiul (sau cadrul) este o structură care localizează și montează toate celelalte părți ale vehiculului. De asemenea, oferă un spațiu protejat ocupantului(ocupanților).
tipuri de șasiu
există mai multe tipuri de șasiu, dar toate acestea pot fi clasificate într-una din cele două abordări:
- folosiți lungimi de tuburi rotunde sau pătrate sau alte forme metalice structurale pentru a forma structura șasiului (cadru spațial, multi-tub, cadru de scară)
- utilizați panouri Unite pentru a forma structura șasiului (monococ, Unibody)
ambele abordări pot oferi o structură capabilă să monteze alte componente ale vehiculului, dar fiecare are propriile sale avantaje și dezavantaje.
șasiu cadru spațial
șasiul cadru spațial folosește numeroase bucăți tăiate și modelate de tuburi metalice structurale (de obicei oțel) Unite pentru a forma un cadru puternic. Diagrama SF1 de mai jos din Cartea lui Ron Champion „construiește-ți propria mașină sport pentru doar 250 de metri cubi”, arată un exemplu de șasiu cu cadru spațial.
diagrama SF1. Șasiu Spaceframe pentru o mașină” low-cost”. Din Cartea lui Ron Champion „construiește-ți propria mașină sport pentru cât mai puțin de 250 de dolari și concurează cu ea!”,
principiul designului cadrului spațial este de a utiliza triangularea tuburilor pentru a crea o structură rigidă. Diagramele SF2 și SF3 de mai jos arată modul în care triangulația este utilizată pentru a rigidiza o structură:
diagrama SF2. O cutie netriangulată (una care îi lipsește laturile) este ușor deformată.
o cutie ne-triangulată are o rezistență foarte mică. Puteți vedea acest lucru în acțiunea de mai sus. Pe măsură ce mâna împinge colțul cutiei, forma se deformează într-un paralelogram.
acum, dacă încrucișăm sau triangulăm cutia cu un tub, rezistența este mult crescută:
diagrama SF3. O cutie cu un element încrucișat formează două triunghiuri (afișate în roșu) și se spune că este triangulată. Forța aplicată cutiei încearcă să desprindă elementul transversal.
în diagrama SF3 de mai sus, tubul este tras în tensiune ca și cum colțurile cutiei de unde este atașat ar încerca să-l sfâșie. Datorită rezistenței tubului în tensiune, cutia nu se va deforma în paralelograma diagramei SF2
triangulația poate funcționa și cu tuburi în compresie. Cu toate acestea, designul ideal are întotdeauna tuburile membre care lucrează în tensiune, ceea ce oferă o rezistență mult superioară tuburilor care lucrează în compresie.
diagrama SF4 de mai jos arată modul în care sarcina aplicată încearcă acum să zdrobească sau să comprime tubul în loc să-l rupă. Datorită rezistenței reduse la compresie, flambarea poate deveni o problemă.
diagrama SF4. O cutie triangulată. Forța aplicată cutiei comprimă elementul transversal, potențial flambând-o dacă forța este suficientă..revenind la diagrama SF1, există numeroase exemple în această diagramă a modului în care structurile tuburilor cu cutie deschisă au fost triangulate pentru a crea un șasiu mult mai rigid. Diagrama arată, de asemenea, suspendarea și alte suporturi de montare.
cadrele spațiale folosesc de obicei tuburi pătrate sau rotunde. Tubul pătrat este mai ușor de lucrat, deoarece tăierea implică tăieturi drepte la un anumit unghi. Tuburi rotunde nu cap la cap împotriva altor tuburi rotunde bine, și, prin urmare, necesită un tub special notcher să taie forme rotunde în ea.
aspectul cheie al designului cadrului spațial este de a identifica și analiza sarcinile care sunt de așteptat și de a proiecta cadrul și triangulația pentru a gestiona aceste sarcini într-un mod optimizat. Deoarece tuburile în tensiune oferă o rezistență mai mare decât compresia, un tub cu ecartament mai ușor poate fi utilizat în zonele încărcate cu tensiune pentru a economisi greutate. În zonele în care tubulatura vede sarcini de compresie, un ecartament mai greu sau un tub cu diametru mai mare poate fi mai bine de utilizat.
șasiu monococ
șasiul monococ este tehnic o îmbunătățire față de șasiul cadrului spațial. Diagrama MC1 de mai jos prezintă un exemplu simplu al diferenței dintre spaceframe și designul monococ.
diagrama MC1. Comparând comportamentul unui monococ față de un cadru spațial sub sarcină de tensiune.
„cutia” monococă din stânga folosește un panou de material pentru a „completa” structural cutia. Când mâna împinge împotriva ei în direcția indicată de săgeata verde, creează o forță de forfecare pe panou. Această forță este manipulată în mod eficient în același mod în care o sarcină de tensiune este prin caseta triangulată a cadrului spațial din dreapta. Cu toate acestea, dacă mâna ar împinge din cealaltă parte a cutiei, tubul cadrului spațial s-ar putea prăbuși în compresie, în timp ce cutia monococă s-ar comporta la fel ca înainte. A se vedea diagrama MC2 de mai jos:
diagrama MC2. Compararea comportamentului unui monococ față de un cadru spațial sub sarcină de compresie. Rețineți Manevrarea superioară a sarcinii de tensiune a monococului și manevrarea inferioară a sarcinii de compresie a cadrului spațial.
ambele tipuri de șasiu pot fi făcute la fel de puternice ca și celelalte. Cu toate acestea, pentru a face o rezistență echivalentă spaceframe necesită, în general, mai mult material și, prin urmare, mai multă greutate. Materialele folosite fac o mare diferență, de asemenea.
în diagrama MC3 de mai jos, atât „caseta” monococă din stânga, cât și „caseta” spaceframe complet triangulată din dreapta ar gestiona sarcinile în același mod (am lăsat partea din spate a „casetei” spaceframe pentru a evita complicarea vizuală a diagramei)
diagrama MC3. Cutie monococă și cadru spațial triangulat „echivalent”. (Partea din spate a cadrului spațial nu este prezentată pentru a păstra claritatea diagramei.)
deși monococul poate fi de obicei mai ușor și mai puternic decât un cadru spațial, are unele dezavantaje care îl fac mai complicat de proiectat, construit și operat.
în primul rând, monococul cere ca structura formată din panouri să fie „completă”. Dacă observați „caseta”din diagrama MC3 pe care am folosit-o pentru a demonstra monococa, imaginați-vă că o parte a acesteia lipsește așa cum se arată în diagrama MC4 de mai jos:
diagrama MC4. Manipularea incompletă a sarcinii de către un monococ va determina deformarea și catarama.
putem împinge pe colțul cutiei unde se întâlnesc trei panouri (afișate în stânga) și nu se va deforma (mult), ci împingeți pe un colț lângă locul unde ar trebui să fie partea lipsă și cutia se va îndoi (așa cum se arată în dreapta). În cazul în care există o deschidere, șasiul trebuie să se ocupe de sarcini printr-o sub-structură de susținere.
un obiectiv principal în proiectarea monococă este de a se asigura că nu există căi de încărcare netratate care pot determina catarama structurii monococe. Un monococ buckled nu este mai bun decât un tub spaceframe buckled.
în cazul căilor de încărcare prost manipulate, cadrul spațial poate fi mai iertător, deoarece diametrul tubului și materialul din oțel oferă de obicei o defecțiune mai treptată decât un monococ. Cu toate acestea, este mai bine să proiectați corect șasiul în primul rând, apoi să vă bazați pe observarea defecțiunilor treptate.
Acest lucru ne aduce la un alt punct cheie despre monococ—dacă este deteriorat, este dificil de reparat în comparație cu tuburile cu cadru spațial. De asemenea, este dificil să se detecteze daunele pe un monococ, în timp ce tuburile îndoite sau rupte sunt destul de ușor de observat.
rigiditate torsională
rigiditatea torsională este o proprietate a fiecărui șasiu al vehiculului care determină câtă răsucire va experimenta șasiul atunci când se aplică sarcini prin roți și suspensie. Diagrama TR1 de mai jos prezintă principiul.
diagrama TR1. Rigiditate Torsională. Cu cât șasiul se răsucește mai puțin, cu atât este mai rigid torsional.
un șasiu care are o mulțime de răsucire nu se va descurca la fel de previzibil ca unul care are foarte puțin, deoarece prin răsucire, șasiul începe să acționeze ca o extensie a suspensiei. Suspensia este proiectată pentru a permite roților/anvelopelor să urmeze denivelările și scufundările drumului. Dacă șasiul se răsucește atunci când o anvelopă lovește o denivelare, acesta acționează ca o parte a suspensiei, ceea ce înseamnă că reglarea suspensiei este dificilă sau imposibilă. În mod ideal, șasiul ar trebui să fie ultra-rigid, iar suspensia să fie conformă.
rigiditatea torsională este măsurată în lbs-ft/grad sau kg-m / grad. Un capăt al șasiului (față sau spate) este ținut staționar, iar celălalt capăt este echilibrat pe un punct și răsucirea este aplicată printr-o grindă. Diagrama TR2 de mai jos prezintă ideea de bază:
diagrama TR2. Metodă de măsurare a rigidității torsionale.
sfaturi de proiectare a șasiului (1/2)
modificarea șasiului de producție
când aveți în vedere modificarea unui șasiu bazat pe producție pentru a monta suspensie alternativă, motoare sau transmisie, petreceți timp studiind structurile unibody (vehicul mai nou) sau cadru de scară (vehicul mai vechi). Structurile formate de proiectanții șasiului producătorului au zone puternice destinate sarcinilor și zone slabe care nu sunt destinate să transporte sarcini. Identificarea părților corecte ale structurii șasiului de tăiat sau modificat este critică.
luați în considerare utilizarea modelelor la scară ale vehiculului (dacă au fost realizate modele din plastic), pentru a macheta modificările sau software-ul de modelare 3D pentru a face același lucru. Dacă modificările implică suspensia, cum ar fi coborârea vehiculului, modelați mai întâi noua suspensie. Uneori, coborârea vehiculului în timp ce utilizați aceleași puncte de preluare a suspensiei va crea o manipulare slabă.
construiți modele de șasiu
modelarea unui șasiu cu cadru spațial cu bastoane din lemn de balsa vă permite să vedeți direct diferențele pe care triangulația le face rigidității unui șasiu. Herb Adams, în cartea sa „Chassis Engineering” oferă un întreg capitol despre modelarea șasiului folosind balsa și hârtie. Recomandarea sa este pentru un model la scară 1/12.
De asemenea, folosind carton, hârtie și lipici pentru a construi modelul monocoques poate fi o experiență de învățare foarte plină de satisfacții și low-cost, de asemenea. Lucrul grozav despre aceste materiale este că nu au multă rezistență și astfel deformările pe care le creează sarcinile pot fi văzute cu ușurință atunci când se aplică sarcini.
proiectați șasiul după suspensie
este mult mai ușor să proiectați o suspensie provizorie conform regulilor și geometriei bune, apoi să construiți șasiul pentru a se conforma punctelor de montare a suspensiei și arcurilor / suporturilor amortizorului. Consultați secțiunea „proiectarea propriei mașini de curse”
luați în considerare căile de încărcare
un șasiu nu este despre „absorbția” energiei, ci mai degrabă despre suport. Când luați în considerare plasarea tuburilor, vizualizați „căile de încărcare” și luați în considerare utilizarea FEA (software de analiză a elementelor Finite) pentru a ajuta la analiza scenariilor de încărcare. Căile de încărcare sunt definite ca forțele rezultate din accelerare și decelerare, în direcțiile longitudinale și laterale care urmează tubulatura de la membru la membru. Primele forțe care îmi vin în minte sunt suporturile de suspensie, dar lucruri precum bateria și șoferul pun accentul pe structura cadrului spațial.
maximizați plasarea CG și echilibrul vehiculului
Centrul de greutate afectează mașina ca un pendul. Locul ideal pentru CG este absolut între roțile din față și din spate și roțile din stânga și din dreapta. Plasarea CG în față sau în spate sau la stânga sau la dreapta acestui punct înseamnă că greutatea se transferă inegal în funcție de direcția în care se întoarce mașina și dacă accelerează sau decelerează. Cu cât este mai departe de acest punct ideal, cu atât mai mult un capăt al mașinii acționează ca un pendul și cu atât este mai dificil să optimizezi manevrabilitatea.
CG este, de asemenea, dependent de înălțime. Plasarea unui motor mai sus de la sol ridică CG și forțează transferul unor cantități mai mari de greutate la viraje, accelerare sau decelerare. Scopul proiectării vehiculului este de a menține toate cele patru roți plantate, dacă este posibil, pentru a maximiza aderența, astfel încât plasarea tuturor pieselor în mașină la cea mai mică locație posibilă va ajuta la scăderea înălțimii CG.
