Konceptval: Hjulupphängningssystem

I tabell 4 ställs de två lösningsalternativen på hjulupphängningssystemen som är möjliga till att använda i prototypen mot varandra med begränsningarna från kravspecifikationen som avgörande kriterier för vilket som blir det bättre alternativet. Eftersom det är två alternativ som ställs mot varandra så finns ingen baslinje utan det blir en direkt jämförelse mellan de båda alternativen.

24 Motiveringen till konceptutvärderingsmatrisen bygger på analysen i avsnitt 4.

Hjulupphängningssystem och tillhörande underrubriker. I kostnadsjämförelsen så är det konstaterat att ett system med dubbla länkarmar är ett dyrare hjulupphängningssystem eftersom det består av fler komponenter. Hållfastheten anses vara bättre i ett system med dubbla länkarmar än i ett system med en torsionsstav baserat på att ju fler komponenter som kan fördela krafterna som uppstår vid körning, desto längre håller systemet. Massan är en faktor som är beroende av materialvalet men det är konstaterat att stela hjulaxlar är tyngre och därav har systemet med dubbla länkarmar mindre massa. Motiveringen för tillgängligheten är bestämd till att vara lika god för de båda systemen av Starke Cycles.

Tabell 4: Utvärderingsmatris där hjulupphängningssystemen ställs mot varandra med begränsningarna som jämförelse.

Stel hjulaxel med torsionsstav Dubbla länkarmar Kostnad + - Hållfasthet - + Massa - + Tillgänglighet S S TOTAL + 1 2 TOTAL - 2 1 SUMMA -1 1

Med hjälp av Pughs konceptval har ett system med dubbla länkarmar utsetts till det mest lämpade valet av hjulupphängningssystem till Starke Cycles prototyp.

5.5.2 Konceptval: Stötdämpare

I den här utvärderingen listas stötdämpare från olika tillverkare hos olika återförsäljare. En första skiss av ett system med dubbla länkarmar (se bilaga A) visar att stötdämparens längd bör vara 260 mm. Valet av stötdämpare med längden 260 mm beror på styvheten och priset. Urvalet sker från stötdämpare som används till mopeder och mikrobilar och som finns på den svenska marknaden för att underlätta inköpet. Genom att välja bland stötdämpare som är anpassade för mopeder och mikrobilar så anses det lösa problemet med styvheten eftersom krafterna som stötdämparna utsätts för i dessa fordon är liknande med krafterna som den andra prototypen, fraktcykeln, kommer att utsättas för. Priset är ett kriterium när alternativen granskas och desto lägre pris desto gynnsammare blir det för Starke Cycles. I tabell 5 listas ungefärliga marknadspriser i SEK och det är priserna för ett par, det vill säga två stötdämpare. Ingen utvärdering av stötdämparna sker utan alla ligger inom ett rimligt pris och alla går att använda. Tabellen är en översiktslista över fyra tänkbara stötdämpare som presenteras samt så lämnas en separat lista över till Starke Cycles med mer information om återförsäljarna.

25

Tabell 5: Prisinformation och övriga givna specifikationer från återförsäljaren.

5.6 Dimensionering av hjulupphängningssystemet

Krafterna som kan uppstå från körning på ojämnt underlag kan ge upphov till utmattning och i detta fall blir det hjulaxeln och vidare även chassit. Genom att fördela krafterna och fånga upp de med elastiskt dämpande maskinelement minskar risken för utmattning och det medför att hjulaxelns och chassits uthållighet förbättras. I det här delkapitlet analyseras krafterna vid statisk och dynamisk belastning för att kunna få en uppfattning för krafterna som uppstår och dess storlekar. Resultatet används för att få en uppfattning om dimensioneringen av

hjulupphängningssystemet.

5.6.1 Statikberäkningar

En principskiss på hur hjulupphängningssystemet med dubbla länkarmar kommer att se ut, visas i figur 21, där krafterna som verkar på konstruktionen under statiskjämvikt ska beräknas.

Figur 21: Förenklad bild av hjulupphängningssystemet.

En friläggning av systemet, visas i figur 22, med måtten och krafterna utsatta i figuren. Normalkraften P ska balansera tyngdkraften mg på fraktcykeln. Kontaktkraften H betecknar kraften vid varje kontaktpunkt, A, B, C och D, i konstruktionen. Fjäderkraften betecknas som K i figuren och längderna a, b, c, d och L samt vinkeln α är variabler som bestäms senare i arbetet.

YSS MKX-SHOCK Universala Tomos

Pris 600 350 320 460

Övrigt Bussningar för 10 och 12 mm hål medföljer.

Distanser ner till 8 mm hål. Kromade och ställbar hårdhet. Går att montera på 8 och 10 mm hål. Styvheten kan justeras i fem steg.

Justerbar i tre lägen. En robust och stadig fjädring.

26

Figur 22: Friläggning av hjulupphängningssystemet med mått och kraftpilar utsatta.

Antagande är att de sökta kraftkomponenterna på hjulet vid punkten C är H och V med riktningarna enligt figuren. Stången AB, den övre länkarmen, mellan A och B är lätt jämfört med fraktcykeln och det är en tvåkraftskropp och därför är den vertikala kraften i lederna noll. Den nedre länkarmen, stången CD, är också lätt jämfört med fraktcykeln men är en

trekraftskropp på grund av fjäderkraften K och den vertikala kraften i D blir då T, med riktningarna enligt figuren.

Jämvikt fordrar:

Hjulet : 𝑃 − 𝑚𝑔 − 𝑉 = 0 (8)

Hjulet, moment moturs kring C: 𝐻 ∙ 𝑏 − 𝑚𝑔 ∙ 𝑎 − 𝑃(𝑎 + 𝑐) = 0 (9) Länkarm, moment moturs kring D: 𝐾 ∙ cos 𝛼 ∙ 𝑑 − 𝑉𝐿 = 0 (10)

(8): 𝑉 = 𝑃 − 𝑚𝑔 (8’)

(9): 𝐻 =𝑚𝑔∙𝑎 + 𝑃(𝑎+𝑐)

𝑏 (9’)

(8’) i (10): 𝐾 =𝑃∙𝐿−𝑚𝑔∙𝐿

27 Där m är massan på ett av bakhjulen och P blir, enligt lagen om verkan och motverkan,

tyngdkraften från fraktcykeln. För att bestämma kraften P behöver masscentrum på den trehjuliga fraktcykeln bestämmas. I figur 23 visas var masscentrum på fraktcykeln sitter när den är olastad och i tabell 6 presenteras data om fraktcykelns delars massa som lett fram till resultatet av masscentrum.

Tabell 6: Fraktcykelns delars massor i kg.

Del av fraktcykeln Massa Ofjädrade massan 8 Batteri 10 Motor 8 Differentialen 4 Skåp 10 Chassit 20 Chaufför 70 5.6.2 Dynamikberäkningar

Dämpningsskonstanten, c, bestäms utifrån givna värden från statikberäkningarna, i figur 24 visas i vilken riktning hjulet rör sig när stötdämparen komprimeras.

28

Figur 24: Principskiss på hjulupphängningen som består av en fjäder och dämpare där x är hjulets avvikelse från jämviktsläget.

Ett fordons fjädring bör motsvara en dämpningsfaktor 𝜁 något under 1 eftersom det motsvarar en kritisk dämpning. För att bestämma dämpningsskonstanten 𝑐 som stötdämparen i

hjulupphängningssystemet ska ha får olika värden på dämpningsskonstanten testas tills dämpningsfaktorn blir något under 1. Genom att sätta in kända värden och lösa ekvation (11) kan dämpningsskonstanten bestämmas. I figur 25 visas krafterna från stötdämparen, som består av en dämpare och fjäder. Ur ekvation (7) bryts 𝜁 ut med hjälp av substitutionen från ekvation (6) och då fås omskrivningen:

𝜁 = 𝑐√𝑚

2𝑚√𝑘= 𝑐

29

30

6. Resultat

I det här kapitlet presenteras resultatet i arbetet. Resultatet börjar att presenteras med krafterna från statik- och dynamikberäkningarna som följs av en modellering av

hjulupphängningssystemet och avslutas med FEM-simuleringar av utvalda komponenter samt ett materialval på konstruktionen.