Rungon tyyppi ja materiaali

Minkälainen ja mistä materiaalista?

Lujuuden suhde painoon ja tämän suhde hintaan ovat tärkeimmät reunaehdot rungon materiaalia mietittäessä. Hiilikuitukomposiitti, alumiini, teräs vai joku muu? Mistä sitä voisi saada, paljonko se maksaisi, mitä valmistusmenetelmiä materiaaliin liittyy?

Hiilikuitukomposiitti, eli epoksimassa lujitettuna hiilikuiduilla, usein vielä kuidut ovat kappaleeseen aiheutuvien maksimivoimien suuntaisesti asetettu. Materiaalina verrattain hyvin kallista. Hiilikuitukomposiitti on myös hyvin todennäköisesti paino / lujuus suhteessa paras vaihtoehto rungon materiaaliksi tänä päivänä. Mihin hiilikuitukomposiitin lujuus sitten perustuu? Alkuaineella hiili on monta eri olomuotoa, esimerkiksi maailman kovin aine timantti, jossa kaikki atomit ovat tiukasti kiinni neljässä viereisessä atomissa. Hiilikuitu on erittäin lujaa, mikäli kuorma vaikuttaa kuidun pituus suunnassa. Esimerkiksi hiilikuidusta tehty hiihtosauva on kevyt ja kestää hyvin hiihtämistä, mutta ei miekkailua. Tänä hetkenä niin Moto GP -moottoripyörien kuin Formula 1 -autojen runkojen valmistuksessa käytetään hiilikuitua. Miksi emme sitten valinneet hiilikuitua? Emme rajallisen budjetin vuoksi voineet. Valmistusmenetelmä on myös hieman vieras, mistä olisi seurannut toisen resurssin, ajan, käyttöä. Teräkseen verrattaen emme tulleet siihen lopputulokseen, että vaikka olisimme voineet saada jonkinverran, todennäköisesti vähän, kevyemmän rungon hiilikuitukomposiitista olisi siihen mennyt liikaa aikaa ja rahaa.

Kuvan lähde: www.2wheeltimes.com

Alumiinivalettu runko on luultavasti suosituin moottoripyörissä käytetty runko, niin sarjavalmisteisissa kaupallisissa moottoripyörissä, kuin Moto GP -kilpureissakin. Moto GP:ssä ollaan siirtymässä Ducatin johdolla hiilikuitukomposiitin pariin, mutta sarjavalmisteisissa pysytään luultavasti vielä kauan aluminiivalurungoissa. Edelliset asiat todistaa, että alumiinivalurungosta voi saada todella hyvän ja suurissa valmistus määrissä edullisen. Suurien määrien valmistuksen edullisuus perustuu siihen, että valumuotin tekeminen on kallista, mutta kun valmistus on saatu aloitettua on yksittäisen kappaleen valmistushinta edullinen. Tästä syystä alumiinivalettu runko ei tule kysymykseen tässä projektissa. Hitsattu alumiiniputkirunko ei ole lujuus / paino suhteessa teräsputkirunkoa parempi ja on myös kalliimpi ja vaikeampi valmistaa. Tämä, koska alumiinin täytyisi olla erikoisalumiinia, jotta sen hitsausominaisuudet sekä lujuus- / painosuhde paranisivat teräkseen verrattuna.

Kuvan lähde: www.mcnews.com.au

Kolmiogeometriaa noudattava suurlujuusteräsputkirunko oli vaihtoehto mihin päädyttiin. Rautaruukilta löytyi runkoon hyvin sopivaa Form600 ohutseinämäputkea. Teräksen myötölujuus on 500 MPa ja murtolujuus 600 MPa ja paino ei sen enempää kuin esimerkiksi ehkä maailman käytetyimmällä teräksellä S355 eli vähän alle 8 kg / litra. Form600 teräksen hitsausominaisuudet ovat myös todella hyvät. Kolmiogeometriaa käyttämällä rungosta on mahdollista saada erittäin kevyt lujuuteensa nähden. Näiden syiden ohella päätökseen vaikutti myös se, että Rautaruukki Oyj lähti sponsoroimaan projektiamme materiaalin muodossa.

Teräksestä valmistettaessa järkevin vaihtoehto on juurikin putkirunko, toisenlaisiakin ratkaisuja on nähty, kuten vanhemmissa sarjavalmisteisissa käytetyt palkkirungot. Moto GP -sarjassakin oli Ducatilla ennen hiilikuitukomposiittirunkoon siirtymistä vielä vuonna 2008 teräsputkirunko. Alla yksinkertainen esimerkki kolmiogeometrian lujasta ideasta:

Eli rakenne on kiinni avaruudessa vasemmasta ylänurkasta ja sitä vedetään punaisen nuolen osoittamalla voimalla, tämä voima aiheuttaa muunmuassa keltaisten nuolten osoittamat voimat. Nämä keltaisten nuolten osoittamat voimat aiheuttavat vasemmassa kuvassa rakenteen muuttumisen salmiakiksi ja lopulta hajoamisen, mutta kun laitetaan tuki oikean kuvan osoittamalla tavalla, saadaan rakenteesta huomattavasti lujempi painoonsa nähden. Perusidea on siis hyvin yksinkertainen.