chassit (eller ramen) är en struktur som lokaliserar och monterar alla andra delar av fordonet. Det ger också ett skyddat utrymme för passageraren / passagerarna.
chassityper
det finns flera typer av chassi men alla kan klassificeras i en av två tillvägagångssätt:
- använd längder av runda eller fyrkantiga rör eller andra strukturella metallformer för att bilda chassistrukturen (Rymdram, flerrör, stegram)
- använd sammanfogade paneler för att bilda chassistrukturen (Monocoque, Unibody)
båda metoderna kan ge en struktur som kan montera andra fordonskomponenter, men var och en har sina egna fördelar och nackdelar.
Spaceframe chassi
Spaceframe chassi använder många skurna och formade bitar av strukturella metallrör (vanligtvis stål) sammanfogade för att bilda en stark ram. Diagrammet SF1 nedan från Ron Champion bok” Bygg din egen sportbil för så lite som 250 250″, visar ett exempel på en rymdram chassi.
diagram SF1. Spaceframe chassi för en” Lowcost ” bil. Från Ron Champion bok ” Bygg din egen sportbil för så lite som 250 och tävla!”,
principen för spaceframe design är att använda triangulering av rören för att skapa en styv struktur. Diagram SF2 och SF3 nedan visar hur triangulering används för att stelna en struktur:
diagram SF2. En otriangulerad låda (en som saknar sidorna) är lätt skev.
en icke-triangulerad låda har mycket liten styrka. Du kan se detta i aktion ovan. När handen trycker mot lådans hörn, vrider formen in i ett parallellogram.
Nu, om vi korsar eller triangulerar lådan med ett rör, ökar styrkan kraftigt:
diagram SF3. En låda med ett tvärelement bildar två trianglar (visas i rött) och sägs vara triangulerade. Kraften som appliceras på lådan försöker dra tvärelementet ifrån varandra.
i diagram SF3 ovan dras röret i spänning som om hörnen på lådan där den är fastsatt försökte riva den ifrån varandra. På grund av rörets styrka i spänning kommer lådan inte att deformeras i parallellogrammet i diagram SF2
triangulering kan också fungera med rör i kompression. Men den ideala designen har alltid medlemsrören som arbetar i spänning vilket ger mycket överlägsen styrka till rör som arbetar i kompression.
Diagram SF4 nedan visar hur lasten som appliceras nu försöker krossa eller komprimera röret istället för att riva det ifrån varandra. På grund av den minskade styrkan i kompression kan knäckning bli ett problem.
diagram SF4. En triangulerad låda. Kraften som appliceras på lådan komprimerar tvärelementet, vilket potentiellt knäcker det om kraften är tillräcklig..
återgå till diagram SF1, det finns många exempel i detta diagram över hur öppna lådrörstrukturer har triangulerats för att skapa ett mycket styvare chassi. Diagrammet visar också upphängning och andra monteringsfästen.
Spaceframes använder vanligtvis fyrkantiga eller runda rör. Fyrkantsrör är lättare att arbeta med eftersom skärning innebär raka snitt i en viss vinkel. Runda slangar stöter inte upp mot andra runda rör väl, och kräver därför en speciell rörhakare för att skära runda former i den.
den viktigaste aspekten av spaceframe design är att identifiera och analysera de belastningar som kan förväntas och utforma ramen och trianguleringen för att hantera dessa laster på ett optimerat sätt. Eftersom slangar i spänning ger högre styrka än kompression, kan en lättare gauge slang användas i spänningsbelastade områden för att spara vikt. I områden där slangar ser kompressionsbelastningar kan en tyngre mätare eller rör med större diameter vara bättre att använda.
Monocoque chassi
monocoque chassi är tekniskt en förbättring jämfört med spaceframe chassi. Diagram MC1 nedan visar ett enkelt exempel på skillnaden mellan spaceframe och monocoque design.
Diagram MC1. Att jämföra beteendet hos en monocoque kontra en rymdram under spänningsbelastning.
den monocoque ” rutan ”till vänster använder en panel av material för att strukturellt” slutföra ” rutan. När handen trycker mot den i den riktning som visas av den gröna pilen skapar den en skjuvkraft över panelen. Denna kraft hanteras effektivt på samma sätt som en spänningsbelastning är av spaceframe triangulerade rutan till höger. Men om handen skulle trycka från den andra sidan av lådan, kan spaceframe-röret eventuellt kollapsa i kompression, medan monocoque-lådan skulle uppträda på samma sätt som den gjorde tidigare. Se diagram MC2 nedan:
Diagram MC2. Jämföra beteendet hos en monocoque kontra en spaceframe under kompressionsbelastning. Observera överlägsen spänningslasthantering av monocoque och sämre kompressionsbelastningshantering av spaceframe.
båda typerna av chassi kan göras lika starka som varandra. Men för att göra en motsvarande styrka rymdram kräver i allmänhet mer material och därför mer vikt. Materialen som används gör också stor skillnad.
i diagram MC3 nedan skulle både monocoque ”box” till vänster och den helt triangulerade spaceframe ”box” till höger hantera laster på samma sätt (vi har lämnat baksidan av spaceframe ”box” för att undvika att visuellt komplicera diagrammet)
Diagram MC3. Monocoque box och” motsvarande ” triangulerad rymdram. (Baksidan av spaceframe visas inte för att hålla diagram klarhet.)
även om monocoque vanligtvis kan göras lättare och starkare än en rymdram, har den några nackdelar som gör det mer komplicerat att designa, bygga och driva.
För det första kräver monocoque att strukturen som bildas av panelerna är ”komplett”. Om du observerar ”rutan”i diagram MC3 som vi använde för att demonstrera monocoque, föreställ dig att en sida av den saknas som visas i diagram MC4 nedan:
Diagram MC4. Ofullständig lasthantering av en monocoque kommer att få den att deformeras och spännas.
Vi kan trycka på hörnet av rutan där tre paneler möts (visas till vänster) och det kommer inte att varpa (mycket), men tryck på ett hörn bredvid där den saknade sidan ska vara och rutan kommer att spänna (som visas till höger). Om det finns en öppning måste chassit hantera laster genom en stödjande understruktur.
ett primärt mål i monocoque design är att säkerställa att det inte finns några obehandlade lastvägar som kan orsaka att monocoque-strukturen spänns. En bucklad monocoque är inte bättre än ett bucklat rymdramrör.
vid dåligt hanterade lastvägar kan spaceframe vara mer förlåtande eftersom rördiametern och stålmaterialet vanligtvis ger ett mer gradvis misslyckande än en monocoque. Det är dock bättre att utforma chassit korrekt i första hand och sedan förlita sig på att märka gradvisa fel.
detta leder oss till en annan viktig punkt om monocoque—om den är skadad är det svårt att reparera jämfört med spaceframe-rör. Det är också svårt att upptäcka skador på en monocoque medan böjda eller trasiga slangar är ganska lätt att upptäcka.
vridstyvhet
vridstyvhet är en egenskap hos varje fordonschassi som bestämmer hur mycket vridning chassit kommer att uppleva när laster appliceras genom hjulen och upphängningen. Diagram TR1 nedan visar principen.
diagram TR1. Vridstyvhet. Ju mindre chassit vrids, desto mer vridstyvt anses det.
ett chassi som har mycket vridning kommer inte att hantera så förutsägbart som ett som har väldigt lite, eftersom chassit börjar fungera som en förlängning av upphängningen genom att vrida. Upphängningen är utformad så att hjulen/däcken kan följa vägens stötar och dips. Om chassit vrider sig när ett däck träffar en bula, fungerar det som en del av upphängningen, vilket innebär att det är svårt eller omöjligt att ställa in upphängningen. Helst bör chassit vara extremt styvt och upphängningen kompatibel.
vridstyvhet mäts i lbs-ft/grad eller kg-m / grad. Ena änden av chassit (fram eller bak) hålls stillastående och den andra änden är balanserad på en punkt och vridning appliceras via en Balk. Diagram TR2 nedan visar grundtanken:
Diagram TR2. Metod för att mäta vridstyvhet.
Chassidesigntips (1/2)
modifiera Produktionschassi
När du överväger att modifiera ett produktionsbaserat chassi för att montera alternativ fjädring, motorer eller drivlina, spendera tid på att studera unibody (nyare fordon) eller stege-ram (äldre fordon) strukturer. Konstruktionerna som bildas av tillverkarens chassidesigners har starka områden avsedda för laster och svaga områden som inte är avsedda att bära laster. Att identifiera de korrekta delarna av chassikonstruktionen för att skära eller modifiera är avgörande.
överväg att använda skalmodeller av fordonet (om plastmodeller gjordes), för att mockup ändringarna eller 3D-modelleringsprogramvara för att göra detsamma. Om ändringarna innebär upphängning, som att sänka fordonet, modellera den nya upphängningen först. Ibland sänker fordonet medan du använder samma upphängningsupphämtningspunkter skapar dålig hantering.
Bygg Chassimodeller
modellering av ett spaceframe-chassi med balsa – träpinnar gör att du kan se förstahands skillnaderna triangulering gör till styvheten hos ett chassi. Herb Adams, i sin bok ”chassi Engineering” ger ett helt kapitel om chassi modellering med hjälp av balsa och papper. Hans rekommendation är för en 1/12 skala modell.
På samma sätt kan man använda kartong, papper och lim för att bygga modellmonokok också vara en mycket givande och billig inlärningsupplevelse. Det fantastiska med dessa material är att de inte har mycket styrka och så kan deformationerna som laster skapar lätt ses när laster appliceras.
designa chassit efter upphängningen
det är mycket lättare att designa en preliminär upphängning enligt reglerna och god geometri och sedan bygga chassit för att överensstämma med upphängningsmonteringspunkter och fjädrar/spjällfästen. Se avsnittet ”designa din egen racerbil”
Tänk på lastvägarna
ett chassi handlar inte om att” absorbera ” energi utan snarare om stöd. När du överväger placering av rör, visualisera ”belastningsvägarna” och överväga att använda FEA (Finite Element Analysis software) för att analysera belastningsscenarier. Lastbanor definieras som de krafter som härrör från acceleration och retardation, i de längsgående och laterala riktningar som följer slangen från medlem till medlem. De första krafterna som kommer att tänka på är upphängningsfästen, men saker som batteriet och föraren lägger på spänningar på spaceframe-strukturen.
maximera CG-placering och fordonsbalans
tyngdpunkten påverkar bilen som en pendel. Den perfekta platsen för CG är absolut mellan fram-och bakhjulen och vänster och höger hjul. Att placera CG framåt eller bakåt eller vänster eller höger om denna punkt innebär att vikten överförs ojämnt beroende på vilken väg bilen vrider och om den accelererar eller bromsar in. Ju längre från denna idealiska punkt, desto mer ena änden av bilen fungerar som en pendel, och desto svårare är det att optimera hanteringen.
CG är också höjdberoende. Att placera en motor högre från marken höjer kg och tvingar större mängder vikt att överföra vid svängning, acceleration eller retardation. Målet med fordonsdesign är att hålla alla fyra hjulen planterade om möjligt för att maximera greppet, så att placera alla delar i bilen på lägsta möjliga plats hjälper till att sänka CG-höjden.
