страница - 58
Содержание
Введение...................................................,............................................................1 Типы рам..........................,.....................................................................................4
Распределение веса и центр тяжести......................................................2 Устойчивость и управляемость...................................................................5
Конструкция и материалы рамы..............................................................3 Облицовка............ ................................„„.....„...............................................6
1 Введение
Назнвчвнив рамы
Рама предназначена для выполнения ряда функций, которые можно разделить на "структурные" и "геометрические". Со структурной точки зрения, рама служит для расположения и крепления двигателя, трансмиссии, подвески и прочих вспомогательных деталей. Для эффективного выполнения этой функции рама должна быть жесткой, прочной и по возможности легкой. С геометрической точки зрения, рама обеспечивает требуемые геометрию рулевого управления и подвески, колесную базу и центр тяжести. Кроме того, рама выполняет еще одну важную функцию: она обеспечивает расположение колес на одной линии. Рама должна быть достаточно жесткой под воздействием сил, появляющихся при движении в повороте, ускорении и торможении без воздействия со стороны рулевого управления и подвески. В данном случае глевными критериями служит взаимное раслопожениерупевойколонкииоси качания рычага подвески - рама должна обеспечить поддержание рулевой колонки в вертикальной плоскости, а оси качания рычага подвески-в перпендикулярной, горизонтальной плоскости.
Именноэти факторы и определяют конструкцию рамы со времен появленияпервых мотоциклов. При отсутствии соответствующей прочности и жесткости рамы может происходить смещение переднего колеса относительно зад-негов пределах отнебольшого до совершенно опасного. Недостаточная жесткость рамы может не только служить причиной затрудненного или неприятного передвижения на машине, она может сводить преимущества двигателя на нет, вынуждая придерживаться осторожного стиля езды, оставляя таким обрезом данную модель далеко позади более сложных соперников. За прошедшие годы накопилось много примеров в сфере гоночных мотоциклов, когда машины с превосходными рамами, но скромными двигателями одерживали победу над конкурентами с замечательными двигателями и сомнительной ходовой частью.
Рынок дорожных мотоциклов устанавливает
другие требования, которыми руководствуются при окончательном выборе типа рамы для конкретной модели. В этой связи стоимость и форма обладают почти таким же значением, как и прочие характеристики ремы. Бесспорно, что хорошо сконструированная рама может преобразить почти любую машину. Возможность уделять внимание подробностям, присутствующая только в условиях мелкосерийного производства [результатом чего является высокая стоимость) объясняет не снижающуюся популярность тюнинговых рам. В довольно узко специализированных областях, заполненных производителями рам для гоночных мотоциклов и тюнинговых рам для дорожных, такими как Bimota и Harris, очевидна совокупность интуиции, знаний и мастерства.
2 Распределение весе и ивнтр тяжести
Распределение веса всех узлов мотоцикла в цепом определяет положение центра тяжести машины. Конструкция мотоцикла не предоставляет широкого простора для изменения традиционного расположения крупных узлов, как-то:двигателя,переднейизаднейподвески, топливного бака. К счастью, такое расположение узлов довольно удобно с точки зрения общего распределения веса. Но даже незначительное изменение центра тяжести может оказать заметное влияние на управляемость машины.
Центр тяжести оказывает влияние на два основных показателя: во-первых, ускорение и торможение, во-вторых, прохождение поворотов. Возможно, это вызовет удивление, но при выборе конструкторами его положения значение центра тяжести при прохождении поворотов оказывает меньшее влияние, чем при ускорении и торможении. Центр тяжести определяет степень перераспределения веса при ускорении и торможении, а следовательно, имеет ярко выраженное влияние на коэффициент сцепления шин с дорожным полотном.
При идеальном положении центра тяжести пробуксовка заднего колеса во время ускорения начиналась бы только при отрыве переднего колеса от земли. Аналогично,
блокирование переднего колеса в процессе торможения начиналась бы только при отрыве заднего колеса от земли. При высоком центре тяжести трогание с места и остановка происходят легко, без потери сцепления с дорогой. Если же центр тяжести располагается низко,, топередтроганием или остановкой шине всегда будет пробухсовывать или бпокироваться. При высоком центре тяжести усиливается эффект перераспределения веса, а это способствует улучшению сцепления с дорогой. Желательно обеспечить максимально возможное сцепление с дорогой; задней шины - при ускорении, а передней - при торможении. Для достижения этого на гоночных мотоциклах центр тяжести располагается соответствующим образом, именно из-за этого они так много времени проводят на одном колесе! На величину коэффициента сцепления колес с дорогой также влияет длина колесной базы: если ее увеличивать при неизменном положении центра тяжести, то фактически будет снижаться сцепление с дорогой из-за относительных углов между колесами. При повороте желательно обеспечить одинаковое сцепление обеих шин с дорогой; из этого следуетвывод, что центр тяжести долженбьпъ равноудален от колес (находиться посередине колесной базы]. Однако высота - это компромисс. Высокий центр тяжести обеспечивает лучшее сцепление с дорогой, позволяющее более интенсивно ускоряться (или тормозить) в повороте. Кроме того, при высоком центре тяжести уменьшается радиус поворота. Однако при низком центре тяжести уменьшается инерция относительно оси крена, чтоприводит к повышению чувствительности рулевого управления. Такой мотоцикл при движении кажется менее тяжелым, бопее подвижным и простым в управлении при низких скоростях или при заносе.
Опять же. основной аспект конструкции полностью состоит из компромиссов - в результате изменения центра тяжести появляются некоторые положительные и отрицательные последствия.Так и со всеми другими аспектами конструкции: требуемые характеристики определяются предназначением конкретной машины. Лучшего способа, распространяющегося на все ситуации, не существует,
Глава 9
Рамы и управляемость мотоцикла
3 Конструкция и материалы рамы
Конструкция
Первоначально отрезки стальных труб скреплялись в различных точках при помощи кронштейнов, образующих рулевую колонку и точкикреплениярычагаподвески. До широкого распространения сварки трубы покрывали припоем, затем вставляли в приливы кронштейнов инагревали. Распространение сварки означало, что для формирования соединения достаточно просто состыковать трубы с кронштейном, сейчас для широко используемых материалов - стали и алюминия - сварка остается наиболее универсальным способом соединения [см. рис. 9.3э). Применение композитных материалов для создания рам привело к появлению различных методов производства, а в результате использования в качестве "силового [несущего] элемента" конструкции рамы двигателя рамы стали еще легче и меньше, а в некоторых случаях почти исчаэли как таковые.
Треугольные конструкции
Традиционный подход к конструкции рамы основан на треугольных конструкциях, это хорошо заметно по обыкновенной велосипедной и современной решетчатой раме [типа "птичья клетка) - см. рис. 9.36. Велосипедную раму обычно называют ромбовидной из-за ее формы. Ромб, образованный трубами рамы, разделен на два треугольника трубой, проходящей между седлом и областью кривошипа педалей. Это придает ромбовидной раме
большую прочность и жесткость, а каждая труба оказывается эффективно зафиксированной от изгиба. Аналогичный подход используется в наиболее старых и многих современных конструкциях мотоциклетных рам. В рамах, которые производят впечатление недостаточно усиленных треугольными конструкциями, двигатель часто используется в качестве силового элемента за счет закрепления его в трех точках между открытыми частями рамы. При этом достигается положительный эффект из-за высокой жесткости самого двигателя, и снижается общая масса за счет уменьшения рамы. Кроме того, это обеспечивает хорошую удельную мощность [отношение мощности к весу). Следует отметить, что рамы решетчатого типа дороги в производстве из-за большого количества сварных швов, кроме того, они могут ухудшать доступ к некоторым агрегатам при обслуживании,
Усиление нагруженных облестей
Усиление нагруженных областей достигается за счетприменения раскосов, косынок и втулок в местах соединений и между отрезками труб (см. рис. 9.4а и 9.46, стр. 9,4). Однако что-нибудь подобное, придающее жесткость элементам рамы, даже кронштейны, на которых закрепляются различные узлы, на самом деле можетувеличивать резонансную частоту рамы, чтоприводиткустапостиконструкциииобраэо-ванию трещин.
Устренение концентре торов напряжения
В местах установки косынок или втулок, усиливающих раму, или присоединения труб
рамы к более прочному и жесткому узлу присутствует возможность фактического увеличения напряжения из-за чрезмерной жесткости усилителя по сравнению с жесткостью самой трубы рамы. Дпя предотвращения роста напряжений в местах соединения косынок с ремой выполняются небольшие закругления (галтели), или кронштейны рамы сводятся на конус. 8 торцах присоединяемых труб выполняются вырезы под углом или в форме "рыбьего хвоста".
Строение
Современные методики конструирования позволяют "построить" прототип рамы на экране компьютера, а затем подвергнуть его различным смоделированным нагрузкам и вибрациям. В результате геометрия рамы может быть разработана до создания реального прототипа. С появлением таких методик проектирования стало очевидно, что прочность большинства труб рамывраэличных плоскостях должна существенно различаться. Круглые трубы обладают одинаковой прочностью во всех направлениях, в то время как прочность труб квадратного или прямоугольного сечения в одном направлении больше, чем в другом. Следовательно, там, где это необходимо, для повышения жесткости или снижения лишнего веса можно использовать трубы квадратного или прямоугольного сэ-чения.
В рамах, у которых двигатель выполняет функцию силового элемента, точки крепления самого двигателя должны быть сконструированы так, чтобы выдерживать увеличивающиеся на них нагрузки, и сам двигатель, в
Рис. 9.3а Способы соединения труб
Рис. 9.36 Реме велосипеда демонстрирует использование треугольных конструкций
Прессованный алюминиевый профиль
Коробчатый профиль из штампованного алюминиевого писта
Рис. 8.3в Сечения, демонстрирующие различные способы построения алюминиевой рамы диагонального (балочного) типа
конечном счете, должен быть прочнее ена-логичного двигателя,устанавливаемого в раму закрытого типа. Отметим интересный сракт: использование двигателя в качестве силового элемента рамы не ново, поскольку компания "Vincent" успешно пользовалась такой схемой еще в 50-х годах прошлого века. В конечном счете, материал и форма рамы определяются предназначением и конструкцией самого мотоцикла.
Материалы Сталь
Сталь была наиболее широко используемым материаломс тойпоры, как впервые придумали мотоцикл. Низкая стоимость ипрочность стали делают выбор материала очевидным, а учитывая то, что ей несложно придать форму и она легко поддается сварке, не говоря уже о ремонтопригодности, по-прежнему ставят сталь на первое место. Единственный недостаток стали - ее вес в тех случаях, когда эксплуатационные качества требуют предельной прочности и жесткости при минимальном весе. Для обеспечения требуемой прочности рама оказывается слишком тяжелой. На многих скутерах применяются штампованные стальные элементы, поскольку они гораздо дешевле стальных труб. Но при этом одной из главных проблем является коррозия, возникающая во внутренних полостях рамы из-за попадания в них воды. Коррозия может проходить незаметно, приводя к повреждениям, которые очень сложно ремонтировать.
Алюминий
Лучшей альтернативой стали служит алюминиевый сплав. Его прочность и вес приблизительно в три раза меньше, чем у стали, следовательно, для создания алюминиевой рамы, которая будет равносильна стальной ее потребуется увеличить отри раза. Но жесткость зависит от площади материала, и алюминиевая рема одинаковой со стальной прочности и веса фактически будет намного жестче. Следовательно, при увеличении жесткости не происходит возрастания веса, иначе говоря, можно достичь той же самой жесткости, как и у стальной рамы, при снижении веса.
При создении алюминиевых элементов рамы с большой площадью поперечного сечения алюминий выдавливается через матрицу в полузастывшем состоянии для получения треугольного или коробчатого профиля, который сильноувеличивает жесткость (см. рис. 9.3в) и позволяет снизить толщину наружных стенок профиля. Также отдельные элементы можно достаточно легко создавать из алюминия литьем, ковкой и прокаткой, а следовательно, им может быть придана форма, обеспечивающая оптимальное сочетание жесткости и веса. Проблема заключается в том, что стоимость алюминия, по сравнению со сталью, достаточно высока, и он менее ремонтопригоден.
Магний
Магний обладает очень незначительной массой, и если бы не ряд недостатков, его выбор для использования в мотоциклетных рамах был бы очевидным. Однако, если его не обрабатывать дорогими покрытиями, он обладает очень невысокой стойкостью к окислению. Ему свойственна меньшаяпрочностьпо сравнению с алюминием, и, следовательно, для обеспечения той же прочности его потребуется больше, но из-за удельного веса материала это не создает особ ых проблем. Однако магний очень трудноподдается сварке, что делает его выбор неудачным для использования в качестве материала для рам, помимо этого его стоимость очень высока. Для тех деталей, у которых отсутствуют соединения, например, колес или крышек двигателя, выбор магния вкачестве материала можно считать удачным.
Титан
Сейчас титен является более доступным, он используется на некоторых гоночных мотоциклах для изготовления подрамников (но не основных рам), Применение титана в будущем зависит от его стоимости и конкуренции с композиционными материалами [иногда композиционный материал называют "композитом11). Титан обладает свойствами, подобными стапи. но очень легкийине подвергается воздействию коррозии.
Композиционные материалы
Композиционные материалы типа углепластика или кевлара в сочетании со смолистым вяжущим веществом, а иногда и с алюминиевыми сотовыми конструкциями, могут обеспечив атъ огромную ж есткость в отдельных направлениях нагружения. Следует отметить, что испольэовение таких технологий приводит к чрезвычайному удорожанию производственного процесса.
Однако при продолжении исследований, изготовители композиционных материалов смогут предоставить конструкторам чрезвычайно эффективные для конкретных ситуаций материалы, которые при этом будут оставаться достаточно дешевыми. Определенно, это -материалы будущего.
4 Типы рам
Рамы закрытого типа
Трубы рам такого типа в передней части под двигателем образуют замкнутый контур. Двигатель с трансмиссией располагается внутри этого контура и крепится к кронштейнем ремы болтами (см. рис. 9.4а). На больших и мощных машинах используются две нижних и две верхних трубы для увеличения жесткости нэкручение, такие ремы называют дуплексными рамами закрытоготипа(см.рис.9.46,стр.9.4). В случае рам закрытого типа агрегат двигатель-трансмиссия служит пассивным элементом и просто располагается внутри контура рамы [см. рис, 9.4в). Рамы закрытого типа обычно изготовляются из стальных труб, хотя существует много примеров использования стального коробчатого профиля.
Решетчатые ремы
(ремы типе птичья клетке)
В связи с тем. что трубы в данном случае прямые, они могут быть как круглого, так и квадратного сечения [см. рис. 9.4г, стр. 9.5). Рама состоит из множества небольших отрезков, сваренных между собой таким образом, чтобы в результате образовывались треугольники. Благодаря использованию двигателя в качестве силового элемента рамы, получается очень жесткая и легкая конструкция.
Сравнение свойств материалов
Прочность на разрыв [Н/кв. см.) | Модуль сдвиге Плотность [Н/кв. см.) (Н/куб.см.) | Удельная прочность [мм) | Удельная жесткость [мм] | ||
Сталь | 1250 | 210 | 7S.6 | 15.9 | 2672 |
Аломиниевый сплав | 420 | 72 | 27 | 15.6 | 2667 |
Магний | 260 | 45 | 18 | 14.4 | 2500 |
Титан | 800 | 112 | 45 | 17.В | 2533 |
Углепластик с высоким модулем сдвига | 1300 | 200 | 16 | 81.3 | 12500 |
Кевлар | 1200 | В5 | 14 | 85.7 | 6071 |
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74]