NÁVRH KYVNÉ VIDLICE ZADNÍHO KOLA MOTOCYKLU SVOČ FST Petr Křesťan Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň, Česká republika

Podobné dokumenty
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ. Návrh kyvné vidlice zadního kola motocyklu. Vedoucí práce: Ing. Václav KUBEC, Ph.D.

Určení hlavních geometrických, hmotnostních a tuhostních parametrů železničního vozu, přejezd vozu přes klíny

DIMENZOVÁNÍ PODVOZKU ŽELEZNIČNÍHO VOZU PRO VYSOKÉ KOLOVÉ ZATÍŽENÍ SVOČ FST_2018

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

pneumatiky a kola zavěšení kol odpružení řízení

TLUMIČ ODPRUŽENÍ jako prvek ovlivňující jízdní vlastnosti automobilu

NÁVRH JACOBSOVA PODVOZKU SVOČ FST Bc. Vlastislav Hroník, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Stabilizátory (pérování)

STUDENT CAR. Dílčí výpočtová zpráva. Univerzita Pardubice Dopravní fakulta Jana Pernera. Září 2008

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

UPÍNACÍ DESKA KONÍKU SOUSTRUHU ŘADY SR SVOČ FST Bc. Milan Kušnír Západočeská univerzita v Plzni Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Odpružená sedačka. Petr Školník, Michal Menkina. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

KONSTRUKČNÍ NÁVRH ÚHLOVÉ KYVADLOVÉ NÁPRAVY

Mechanika s Inventorem

Nelineární úlohy při výpočtu konstrukcí s využitím MKP

Nápravy motorových vozidel

NESTABILITY VYBRANÝCH SYSTÉMŮ. Úvod. Vzpěr prutu. Petr Frantík 1

ZATÍŽENÍ KŘÍDLA - I. Rozdělení zatížení. Aerodynamické zatížení vztlakových ploch

Betonové konstrukce (S) Přednáška 3

NÁVRH KONCEPCE VULKANIZAČNÍHO LISU VL75 SVOČ FST Bc. Jakub Jirásko, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Příloha-výpočet motoru

Libor Kasl 1, Alois Materna 2

KONSTRUKČNÍ NÁVRH RÁMU LISU CKW 630 SVOČ FST Bc. Martin Konvalinka, Jiráskova 745, Nýrsko Česká republika

Ing. Václav Losík. Dynamický výpočet otočného sloupového jeřábu OS 5/5 MD TECHNICKÁ ZPRÁVA

Název zpracovaného celku: Nápravy automobilů

Primární a sekundární napjatost

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Návrh rozměru čelních ozubených kol je proveden podle ČSN ČÁST 4 PEVNOSTNÍ VÝPOČET ČELNÍCH A OZUBENÝCH KOL.

Posouzení a optimalizace nosného rámu studentské formule

Okruhy problémů k teoretické části zkoušky Téma 1: Základní pojmy Stavební statiky a soustavy sil

PŘEPRACOVÁNÍ NORMÁLNĚ ROZCHODNÉHO STOPROCENTNĚ NÍZKOPODLAŽNÍHO, PLNĚ OTOČNÉHO PODVOZKU EVO NA ROZCHOD 1000mm SVOČ FST 2015

Technické výpočty = virtuální zajištění funkčnosti vozu (FEM)

Primární řízení lehkého sportovního letounu

Pevnostní výpočty náprav pro běžný a hnací podvozek vozu M 27.0

Dynamika vázaných soustav těles

Pružné spoje Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují

Snižování hlukové emise moderní automobilové převodovky. Prezentace: Pojednání ke státní doktorské zkoušce Ing. Milan Klapka

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

Fyzikální teorie a konstrukce motocyklů

Pevnostní analýza plastového držáku

Tuhost mechanických částí. Předepnuté a nepředepnuté spojení. Celková tuhosti kinematické vazby motor-šroub-suport.

Pomocné výpočty. Geometrické veličiny rovinných útvarů. Strojírenské výpočty (verze 1.1) Strojírenské výpočty. Michal Kolesa

( LEVEL 2 něco málo o matematickém popisu, tvorbě simulačního modelu a práci s ním. )

Zadání programu z předmětu Dynamika I pro posluchače kombinovaného studia v Ostravě a Uherském Brodu vyučuje Ing. Zdeněk Poruba, Ph.D.

SEMI-AKTIVNĚ ŘÍZENÉ TLUMENÍ PODVOZKU VYSOKORYCHLOSTNÍHO VLAKU

ODLUČOVAČ CHLADICÍ KAPALINY SVOČ FST 2018

Pružnost a pevnost (132PRPE) Písemná část závěrečné zkoušky vzorové otázky a příklady. Část 1 - Test

Odpružení automobilů

Martin NESLÁDEK. 14. listopadu 2017

Projekt: Obor DS. Prezentace projektů FD 2010 Aktivní bezpečnost dopravních prostředků projekt k616 Bc. Petr Valeš

Cisterny. Obecné informace o cisternách. Cisterny se používají k přepravě kapalin, například nafty, tekutých chemikálií a mléka.

KA 19 - UKÁZKOVÝ PROJEKT 2.3 VÝSTUPNÍ ŽLAB VÝPOČTOVÁ ZPRÁVA

Matematická a experimentální analýza namáhání rotujícího prstence ovinovacího balicího stroje

Čerpadla na beton. Obecné informace o čerpadlech na beton. Provedení. Nástavby na čerpadla na beton jsou považovány za extra torzně tuhé.

Střední škola automobilní Ústí nad Orlicí

MODÁLNÍ ANALÝZA ZVEDACÍ PLOŠINY S NELINEÁRNÍ VAZBOU

Lineární jednotky MTJZ s pohonem ozubeným řemenem

Harmonické oscilátory

Rozlítávací voliéra. Statická část. Technická zpráva + Statický výpočet

1 VÝPOČTY ODPRUŽENÍ 1.1 ZDVIH KOLA PŘI NAKLOPENÍ KAROSERIE O HMOTNOSTI A TĚŽIŠTĚ. Naklopení karoserie: ψ = 2 deg Rozchod kol: t = 1605 mm

CW01 - Teorie měření a regulace

Zkoušky těsnosti převodovek tramvajových vozidel (zkušební stand )

Výpočtová dokumentace pro montážní přípravek oběžného kola Peltonovy turbíny

Výpočet přetvoření a dimenzování pilotové skupiny

Optimalizace vláknového kompozitu

MODIFIKOVANÝ KLIKOVÝ MECHANISMUS

Materiálové vlastnosti: Poissonův součinitel ν = 0,3. Nominální mez kluzu (ocel S350GD + Z275): Rozměry průřezu:

ENÁ ŽELEZOBETONOVÁ DESKA S OTVOREM VE SLOUPOVÉM PRUHU

Kladnice jeřábu MB

MKP analýza konstrukčních řetězců ovinovacího balicího stroje FEM Analysis of Construction Parts of Wrapping Machine

Popis softwaru VISI Flow

Tiskové chyby vyhrazeny. Obrázky mají informativní charakter.

4. Statika základní pojmy a základy rovnováhy sil

Elektromobil s bateriemi Li-pol

Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost (OPVK)

AUTOMATICKÁ VÝMĚNA NÁSTROJŮ NA OBRÁBĚCÍCH STROJÍCH. Ondřej Tyc

Cvičení 7 (Matematická teorie pružnosti)

Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Náhradní ohybová tuhost nosníku

Tiskové chyby vyhrazeny. Obrázky mají informativní charakter.

Řízení. Slouží k udržování nebo změně směru jízdy vozidla

Experimentální ověření možností stanovení příčné tuhosti flexi-coil pružin

Téma 13, Úvod do dynamiky stavebních konstrukcí dynamiky

Experimentální hodnocení bezpečnosti mobilní fotbalové brány

POHONNÝ SYSTÉM PRO TĚŽEBNÍ STROJ SVOČ FST Bc. Martin Míchal, Rodná 14, Mladá Vožice, Česká republika

FEM ANALYSIS OF HOSE SPRNIG CLAMP DEFORMATION BEHAVIOUR

Virtuální zajištění funkčnosti vozu (FEM) Výpočty v oblasti karosérie

Dimenzování pohonů. Parametry a vztahy používané při návrhu servopohonů.

SHRNOVAče řady v MAGNUM PRO

Mechanika s Inventorem

Jméno: St. skupina: Datum cvičení: Autor cvičení: Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc., Ing. Petr Liškutín, Ing. Martin Petrenec,

Základní výměry a kvantifikace

Mechanika zemin a zakládání staveb, 2 ročník bakalářského studia. Zemní tlaky

PRUŽNOST A PLASTICITA I

Zpráva pevnostní analýzy

Konstrukční zásady návrhu polohových servopohonů

Téma 12, modely podloží

5 Analýza konstrukce a navrhování pomocí zkoušek

1. výpočet reakcí R x, R az a R bz - dle kapitoly 3, q = q cosα (5.1) kolmých (P ). iz = P iz sinα (5.2) iz = P iz cosα (5.3) ix = P ix cosα (5.

Principy navrhování stavebních konstrukcí

Transkript:

NÁVRH KYVNÉ VIDLICE ZADNÍHO KOLA MOTOCYKLU SVOČ FST 2016 Petr Křesťan Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 306 14 Plzeň, Česká republika ABSTRAKT V dnešní době kdy lidí na naší zeměkouli přibývá, sériová výroba nabírá na obrátkách a my lidé žijeme jako klony ostatních, tak se zvyšuje touha lidí po individualizaci a tím i zájem o originální a jedinečné výrobky. Cílem tohoto projektu celkově bylo stvoření unikátní motorky, která se bude naprosto lišit od standardní sériové výroby a nabídne volný a nesvázaný design, který sériová výroba neumožní, zachovají se a nebo se zlepší jízdní vlastnosti a sníží se hmotnost stroje. Náplní této práce byl návrh alternativní konstrukce kyvné vidlice zadního kola. Z designových důvodů bylo nutné pozměnit rám použitého sériového motocyklu. KLÍČOVÁ SLOVA motocykl, kyvná vidlice, tlumič, pružina, mechanika, MKP, NASTRAN, SIEMENS NX, YAMAHA ÚVOD Kyvná vidlice je součástí podvozku a slouží k uchycení zadního kola k rámu a k vedení zadního kola. Je odpružena a tlumena jednou centrální pružinou s tlumičem, nebo dvěma bočními pružinami s tlumiči. Tlumící a pružící jednotka je uchycena na jednom konci k rámu a druhým koncem ke kyvné vidlici. Uložení pružící a tlumící jednotky ovlivňuje jízdní vlastnosti a reakce přenášené na kyvnou vidlici a na rám. Při nevhodném uložení tlumicí-pružící jednotky mohou vznikat extrémní momenty na pružící a tlumící jednotku, takže je nutné zvýšení tuhosti a koeficientu tlumení výměnou pružiny a tlumiče. Přičemž je dosti možné, že v daných rozměrech již nebude možné vyrábět pružiny a tlumiče s vyššími hodnotami. Nedostatečný koeficient tlumení může způsobit rozkmitání zadního kola a ohrozit řidiče na životě, zatímco nízká tuhost zhorší komfort z jízdy. Ve výsledku navrhnuté řešení kyvné vidlice a její uložení musí splňovat dané podmínky. [5] PODMÍNKY KONSTRUKCE Úprava původní kyvné vidlice nedestruktivním způsobem Snížení hmotnosti neodpružené hmoty Snížení celkové hmotnosti rámu a motocyklu Zachování nebo zlepšení jízdních vlastností NÁVRHY VARIANT Varianta 1: Konvenční dvouramenná zadní vidlice Jedná se o nejrozšířenější typ kyvné vidlice. Tato vidlice je sestavena ze dvou ramen, která jsou odpružena dvěma tlumiči, každý na jednom rameni. Tlumiče jsou nastaveny na určitý úhel v závislosti na kyvné vidlici. Výhodou konvenční dvouramenné kyvné vidlice je jednoduchá konstrukce, malé reakční síly přenášené do rámu, snadný odvod tepla vznikající v pružících a tlumících jednotkách a velkou výhodou je velká amplituda pohybu tlumícípružící jednotky, která je téměř rovna svislé amplitudě pohybu zadního kola, čímž vznikají velké kompresní a extenzivní rychlosti tlumičů. Největšími nevýhodami jsou omezené vertikální oscilační amplitudy zadního kola a malá progresivní tuhostní charakteristika. Velkou nevýhodou jsou různé síly od obou pružících-tlumících jednotek, které jsou vyvolané buď různým předpnutím obou jednotek nebo různými fyzikálními hodnotami pružin a tlumičů, tento problém způsobuje špatné fungování podvozku, díky vznikajícím momentům, které torzně namáhají kyvnou vidlici. Tento problém se dá zmírnit příčkou vloženou mezi ramena kyvné vidlice.

Obrázek 1:Konvenční dvouramenná zadní vidlice s uložením v rámu Obrázek 2: Sestava zadního podvozku Varianty 1 Varianta 2: Konzolová zadní vidlice Tato vidlice je poskládaná ze dvou ramen a konzolové části, na které je uchycena centrální tlumící a pružící jednotka. Výhodou konzolové zadní vidlice je lepší nastavitelnost podvozku díky jednomu tlumiči, menší neodpružená hmota, velká tuhost v ohybu a v krutu a velká výchylka pohybu zadního kola. Toto odpružení zadního kola nedosahuje progresivních tuhostí a pozice tlumící-pružící jednotky nad motorem nebo za motorem může způsobovat problémy s odvodem tepla z tlumiče. Obrázek 4: Konzolová zadní vidlice s uložením v rámu Obrázek 3: Sestava zadního podvozku Varianty 2 Varianta 3: Zadní vidlice s pákovým mechanismem a s centrální tlumící a pružící jednotkou Tyto mechanismy odpružení jsou schopny dosáhnout lepších progresivních vlastností. Nejčastější konstrukce jsou založené na čtyřčlenných mechanismech. Jednotlivé typy mechanismů tohoto odpružení jsou od sebe navzájem rozdílné jen umístěním uchycení tlumící-pružící jednotky. Může být uchycená mezi rámem a pákou (UniTrak Kawasaki) nebo mezi spojovacím článkem a rámem (ProLink Honda) a nebo mezi pákou a kyvnou vidlicí (Full Floater Suzuki). Je zachována minimální neodpružená hmota, jsou dosaženy velké výchylky zadního kola a velké reakční síly jsou přeneseny přes části mechanismů. Nevýhodou tohoto systému je samotná komplikovanější konstrukce mechanismu a je nutno více dílů. Přímo tato varianta pákového mechanismu je inspirována experimentálním návrhem z osmdesátých let.

Obrázek 5: Zadní vidlice s pákovým mechanismem a s centrální tlumící a pružící jednotkou Obrázek 6: Sestava zadního podvozku Varianty 3 Výběr optimální varianty Posouzení optimální varianty probíhalo podle výběrové tabulky, kde vyšla nejlépe Varianta 2 Konzolová zadní vidlice. Z praktického hlediska Varianta 3 byla vyhodnocena jako nerealizovatelná, díky nedostatku prostoru pro pružící-tlumící jednotku v původní vidlici, problématickému analytickému řešení a komplikovanější výrobě. Tabulka 1: Rozhodovací tabulka pro výběr optimální varianty BYLA VYBRÁNA VARIANTA 2 VÝBĚR PRUŽÍCÍ-TLUMÍCÍ JEDNOTKY A URČENÍ JEJÍHO ÚHLU NATOČENÍ Při výběru tlumicí-pružící jednotky byl dán předpoklad malého stlačení pružiny při statickém zatížení vlastní hmotností motocyklu a řidiče, rozložení hmotnosti na zadním kole v poměru mz =0,55,kde mz je hmotnost naměřená na m zadním kole a m je celková hmotnost motocyklu. Tato hodnota pochází z naměřených hodnot na původním motocyklu a očekávaná hmotnost motocyklu m je 220 kg a s řidičem mr je 300 Kg. Byla řešena mechanická analýza ternárního členu, který tvoří konzolová kyvná vidlice, kde byla určena závislost úhlu natočení pružiny na reakční síle od pružiny na ternární člen. Pro mechanickou analýzu zvolíme sílu působící na zadní kolo podle vztahu, F k =m r g mr hmotnost motocyklu s řidičem g gravitační zrychlení. mz/m rozložení hmotnosti motocyklu mz (1) m

Výsledkem je zátěžová síla Fk působící na zadní kolo o síle 1618 N. Z momentové podmínky k bodu uložení kyvné vidlice byl odvozen vzorec pro závislost úhlu natočení pružiny na reakční síle od pružiny: F P= F k cos (β) r 1 (2) sin(α) r 2 x +cos (α) r 2 y 3450 3400 síla [N] 3350 3300 Obrázek 8: Popis analytického řešení 3250 3200 3150 15 20 25 30 35 40 45 50 úhel [ ] Obrázek 7: Charakteristika závislosti úhlu natočení pružiny na reakční síle od pružiny Obrázek 9: Grafické řešení Analytický výpočet byl podpořen grafickým řešení viz. obr 9. Z vypočtené charakteristiky byl určen optimální úhel natočení tlumiče o úhlu 37. Síla od pružiny vyšla o hodnotě 3270 N. Byla vybrána provizorní tlumící-pružící jednotka z motocyklu YAMAHA FZ1 s pružinou o lineární tuhosti 103N/mm. Z čehož plyne, že při zatížení hmotností motorky a řidiče klesne pružina přibližně o 32 mm. Bude dost pravděpodobně nutné vyměnit pružinu za tužší přibližně o hodnotě 150 N/mm, aby pokles pružiny byl na 20 mm jako u továrních motocyklů.[1][2][3] MKP ANALÝZA Stanovení Okrajových podmínek Pro získání dynamických sil byl uvažován přejezd překážky o výšce 30 mm při rychlosti 100 km/h. Z prostého kinematického řešení kdy předpokládáme zdvih kola ve vertikálním směru o 30 mm a zachování horizontální rychlosti, vychází hodnoty akcelerace přes 30 g. Výsledek není nesmyslem, ale extrémní sílu pohltí pneumatika viz. obr. 10. Proto byla dynamická síla určena ze stlačení pružiny a tlumiče, jež mají hodnoty tuhosti k=103 N/mm a tlumení c=365 Ns/mm viz obr. 11. Stlačení pružící-tlumící jednotky bylo vypočteno pomocí goniometrických funkcí o hodnotě 14,8 mm viz. obr. 12. Reakční síla působící od tlumiče byla vyhodnocena 21446 N a přepočtená hodnota reakční síly od zadního kola byla 12312 N.

Obrázek 10: Kinematické řešení [1]. Obrázek 11: Absorbce rázové síly pneumatikou [2]. Obrázek 12: Závislost stlačení pručící-tlumící jednotky na zdvihu kyvné vidlice Výpočtový model U této úlohy bylo předpokládáno symetrické zatížení a uchycení. Proto byla řešena jen polovina modelu a byl zjednodušen odstraněním nepodstatných rádiusů, ploch a děr. Obr 13. Obrázek 13: Výpočtový model oranžovou barvou je vyznačena konzole Obrázek 14: FEM - Nasíťovaný model FEM model Daný model byl nasíťován 3D tetraedry. Hlavní podmínkou bylo, aby na šířku byli dva elementy. Většina dílů měla šířku stěny 4 mm, proto byla na tyto díly použita velikost elementů 2 mm. Velikosti elementů ostatních objemových součástí byli určeny funkcí automatické velikost elementů. FEM model byl složen z 64065 elementů. V modelu se vyskytlo 1139 upozornění (warnings) což je okolo 1,7 % elementů z celkového počtu elementů. Obr.14. Odebrání stupňů volnosti a volba zatížení Byli odebrány stupně volnosti na plochách vytvořených symetrizací modelu v ose x (žluté plochy) a odebrání radiálního posunu (osy Y,Z) na vnitřní ploše předního uložení kyvné vidlice (zelená plocha). Obr. 15. Pro zatížení byla užita funkce mechanismu a zatížil se jak čep zadního kola tak čep pružící-tlumící jednotky. Čep zadního kola byl zatížen o síle 6656 N a čep tlumiče o síle 10723 N. Jedná se o poloviční síly. Obr. 16. Obrázek 15: Plochy uchycení a zatížení Obrázek 16: Zatížení

Výsledky MKP Bylo navrhnuto několik výpočetních variant, které se lišili stupněm přesnosti okrajových podmínek. Výsledky výpočetních variant byli porovnatelné a proto zde jsou uvedeny pouze finální varianty výpočtu. Deformace Byla vyhodnocena maximální deformace konzoly o hodnotě 1.5 mm. Ve finální variantě bylo uložení zadního kola bylo zanedbáno, proto deformaci čepu zadního kola zanedbábáme. Pro potvrzení výsledků bylo v jedné z prvních variant uložení bráno v potaz. Hodnoty deformací jsou téměr shodné. Obr. 17-18 Obrázek 18: Finální varianta deformace Obrázek 17: Varianta bez zanedbání uložení Napětí Bylo vyhodnoceno maximální napětí o hodnotě 149 MPa a součinitel bezpečnosti k d činí 2,1. Pro snížení koncentrace napětí v kritických místech byla přidána žebra ZÁVĚR A DOPORUČENÍ Tato práce se především zabývala konstrukcí kyvné vidlice a mimo jiné řešila volbu pružící-tlumící jednotky. Konstrukce kyvné vidlice byla analyzována s metodou MKP při opravdu extrémním zatížení, proto výsledné napětí 149 MPa a výsledná bezpečnost 2,1 je opravdu dobrý výsledek. Deformace okolo 1,2 mm jsou opravdu zanedbatelné. S vedlejším úkolem výběru pružící-tlumící jednotky bylo zjištěno jaký úhel natočení a fyzikální hodnoty by měla mít ideální pružící-tlumící jednotka. Výsledkem práce je zadní podvozek připraven k montáži na motocykl pro následné testování, z něhož vyplyne případná změna nastavení zadního podvozku dle požadavků jezdce, což může být individuální. LITERATURA: [1] COSSALTER, Vittore. Motorcycle dynamics. 2nd English ed. [S.l.: Lulu], 2006. ISBN 978-1430308614. [2] FOALE, Tony. Motorcycle handling and chassis design: the art and science. Sec. ed. Spain: Tony Foale, 2006. ISBN 84-933-2863-4. [3] HLAVÁČ, Zdeněk a Jan VIMMR. Sbírka příkladů ze statiky a kinematiky: the art and science. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, 2007. ISBN 978-807-0436-097. [4] HOSNEDL, S., KRÁTKÝ, J. Příručka strojního inženýra 1. Brno: Computer Press, 1999 [5] VLK, František. Teorie a konstrukce motocyklů: the art and science. Brno: František Vlk, 2004. ISBN 80-239-16017.