Rungon suunnittelu (osa 3)

Katsotaan tässä viestissä FEM-laskentoja tilanteesta jossa pyörään kohdistuu pysty- ja sivuttaissuuntaisia voimia. Tälläinen tilanne voi esimerkiksi olla jos ajetaan kurvissa kallellaan lujaa ja asfaltilla on ajolinjalla kuoppa.

Ensin laskelma kallellaan ajosta:

Yleiskuvat tilanteesta:

Eturenkaan ja tien välinen ehto (1 = x-akseli, 2 = y-akseli ja 3 = z-akseli):

Takarenkaan ja tien välinen ehto:

Moottoripyörän massan aiheuttama voima:

Kuljettajan aiheuttama voima:

Muodonmuutosta kertomalla huomataan, että malli toimii realistisesti:

Kuvia takahaarukkaan kohdistuvista voimista:

Lopuksi vielä moottoripyörään kaarteessa kohdistuvia voimia havainnollistava kuva ja linkki:

Lähde: http://www.bajahill.net/mirror/AjoHanskassa/Ajo_Hanskassa_s1-15.pdf

X-akselilla oleva voima on lisätty laskentaan kaarteessa mahdollisesti olevan kuopan ja kuskin sisäkaarteessa "roikkumisesta" syntyviä voimia simuloimaan.

Alusta projektissa

Tällä ja seuraavalla kerralla tarkoituksena olisi kertoa, minkälaisiin alusta ratkaisuihin päädyimme projektia tehdessä. Käytettävinä alustan osina olivat Suzukista saamamme Teleskooppi etuhaarukka ja takajousi-iskunvaimenninelementti. Osat olisi kylläkin tarkoitus myöhemmin vaihtaa parempiin, kun budjetti sen sallii.

Etupää

Etupäätä suunnitellessa piti ensiksi miettiä, mikä olisi sopiva keulakulma. Yleisesti rata käyttöön suunnitelluissa moottoripyörissä keulakulma on välillä 23-25 astetta. Tällaisella kulmalla saavutetaan suhteellisen hyvä vakaus sekä kääntyvyys, jotka ovat tärkeimmät kriteerit keulakulmaa valitessa. Kulmaa suurentaessa vakaus paranee, mutta kääntyvyys heikkenee ja pienentäessä taas kääntyvyys paranee ja vakaus heikkenee. Päädyimme itse 24 asteen kulmaan, mikä oli mielestämme sopiva juuri vakautta ja kääntyvyyttä ajatellen. Vakauttahan pystyy tietenkin lisäksi parantamaan käyttämällä ohjausiskunvaimenninta.

Keulakulman lisäksi etupäässä alustaan vaikuttaa etujättö. Etujättö tarkoittaa renkaan kosketuspinnan ja ohjausakselin suuntaisen suoran välistä etäisyyttä tien pinnasta mitattuna. Etujättöä pystytään säätämään esimerkiksi ohjauskulmaa ja keulakulmaa muuttamalla. Täysin oikean suuruista etujättöä on hankala määritellä, yleisesti puhutaan, että sopiva etujättö olisi 5 – 10 cm välillä. Etujätön ollessa pieni, tulee moottoripyörästä ketterämpi. Etujättöä ei kuitenkaan kannata säätää liian pieneksi, koska silloin ajettavuus muuttuu epävakaaksi. Suuri etujättö taas tekee pyörästä vakaan, mutta kääntäminen on raskaampaa. Projektissa etujätöksi muodostui noin 103 mm. Emme perehtyneet etujättöön kovinkaan tarkasti, vaan päätimme säätää sen lähes samaksi kuin Suzukissa, koska käytimme Suzukin osia etupäässä ja keulakulmakin oli melkein sama. Paras vaihtoehto olisi se, että etujättöä pystyisi säätämään eri radoille sopivaksi säädettävällä etuhaarukalla.

Etupäässä jousittamaton massa koostuu telskooppi-iskunvaimentimista, jarruista, vanteesta ja renkaasta. Nämä massat olisi tärkeä saada niin pieniksi kuin mahdollista. Tähän vaikuttaa kuitenkin raha todella paljon ja siksi emme pysty tällä osa-alueella parasta mahdollista kokonaisuutta tällähetkellä saavuttamaan.

Ensi kerralla kerron takahaarukasta ja takaiskunvaimentimen sijoituksesta ja toiminnasta.

Rungon suunnittelu (osa 2)

Viimeksi kirjoitin etupäästä, siitä kuinka runko tukee etuiskunvaimentimia olemalla samalla kevyt. Nyt perehdytään istuinosaan ja rungon keskiosaan.

Pisteen 1 solmu on tuossa paikassa, koska moottorin täytyy mahtua tulla putken 1 (ylempi kuva) vasemmalta puolelta ja edestä tulevien putkien täytyy olla 90 asteen kulmassa etuiskunvaimentimiin nähden (edellinen viesti). Piste 2 määräytyy iskunvaimentimen mukaan joka on pisteiden 2 ja 3 välissä.

Keltaiset nuolet kuvastavat jarrutustilanteen aiheuttamia voimia. Punainen nuoli kuvastaa kuskin aiheuttamaa voimaa istuin osaan, tämä on suurimmillaan tilanteessa jossa ajetaan töysyyn kovaa vauhtia (vaalean sininen nuoli kuvaa takarenkaan kautta tulevaa voimaa tässä tilanteessa). Istuin osa ei voi lähteä pisteestä 2, koska tällöin istuinkorkeus ja painopiste nousisivat liian korkeaksi, joten siksi se lähtee hieman epäedullisesti solmun vierestä. Tämä ei kuitenkaan FEM-laskentojen pohjalta vaikuta lujuuteen ja sitä kautta painoon merkittävästi.

Moottori tukee runkoa mustien viivojen osoittamalla tavalla ja mahdollistaa pisteen 1 osoittaman ohuen kohdan rungossa (sivulta päin katsottuna).

Töyssy tilanteessa muodostuu takahaarukkaan ja iskunvaimentimeen sinisellä piirrettyjen noulten osoittamat voimat. FEM-laskennassa olemme käyttäneet iskunvaimentimen tilalla jäykkää teräspalkkia, joka luo varmuuskertoimen rungon lujuudelle. Todellisuudessa iskunvaimennin ”imee” suuren osan voimasta joustavaan jouseensa.

Kuten huomaatte kuvia tarkastelemalla on runko täynnä kolmioita, voimat siirtyvät eteenpäin ja näin kaikki 8 kiloa runkoa ottaa voimat hyvin tasaisesti vastaan. Tämä on todella tärkeä seikka kevyttä runkoa suunnitellessa.

Olemme pahoillamme pitkästä päivitysvälistä, nyt on niin paljon kiirettä koulussa (opinnäytetyö ja joulun alla olevat kokeet), että on jäänyt blogin päivitys vähemmälle.