designreport suspension system
Post on 08-Jan-2016
22 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Designreport Suspension System
Structure
1. Concept and Construction
2. SIMPACK MBS Model
3. Rods
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 2
Concept and Construction
multi link suspension system with pullrods characteristics of the suspension system
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 3
Kinematische Größe Zeichen WertRadstand l 1555 mmSpurweite Vorderachse bVA 1226 mmSpurweite Hinterachse bHA 1260 mmSpreizung σ 8°Lenkrollradius rS 14 mmSturz Vorderachse -0,3°Sturz Hinterachse -2,3°Nachlaufwinkel 8,2°Nachlaufstrecke nk 40 mmNachlaufversatz n -0,5 mmVorspur Vorderachse δV 0,5°Vorspur Hinterachse (Nachspur) δV -0,4°Rollzentrumshöhe der Vorderachse hRZVA 57 mmRollzentrumshöhe der Hinterachse hRZHA 34 mmSpurweitenänderung pro Radseite Vorderachse ΔbVA 5,5 mmSpurweitenänderung pro Radseite Hinterachse ΔbHA 3,2 mm
Concept and Construction
multi link suspension system with pullrods suspension outside of the chassis
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 4
MBS Modell
MBS Tool SIMPACK is used MBS model of the 2010 car kinematics of the suspension system roll and pitch rate max. forces at joints
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 5
MBS Modell - kinematics of the suspension system
camber to wheel travel
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 6
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
Rad
hub
[mm
]
Sturz [°]
Sturz VA
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
Radh
ub [m
m]
Sturz [°]
Sturz HA
front rear
MBS Modell - kinematics of the suspension system
toe in/toe out to wheel travel
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 7
front rear
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
-0,5 0 0,5 1 1,5
Rad
hub
[mm
]
Vorspur [°]
Vorspur VA
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
-2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5
Rad
hub
[mm
]
Vorspur [°]
Vorspur HA
MBS Modell - kinematics of the suspension system
camber to steering rod travel
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 8
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0 20 40 60 80
Stu
rz [°
]
Schubstangenweg [mm]
linkes Rad (innen)
rechtes Rad (außen)
MBS Modell – roll rate
steady state
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 9
yy amF
yaF
yiF
yiF
yaF
MBS Modell – roll rate
camber and roll rate to lateral acceleration roll rate: 1,9 °/g
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 10
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
0 0,5 1 1,5
Win
kel
[°]
Querbeschleunigung [g]
Rad VA L
Rad VA R
Rad HA L
Rad HA R
Wankwinkel
Rad camber rate [°/g]VA L -0,38VA R 0,55HA L -0,74HA R 0,81
MBS Modell – roll rate
checking lifting of center of gravity
→ no lifting
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 11
0,22
0,24
0,26
0,28
0,3
0,32
0,34
0,36
0 0,5 1 1,5
Hö
he
[m]
Querbeschleunigung [g]
Schwerpunkthöhe
Höhe VA
Höhe HA
MBS Modell – pitch rate
up to 1,5 g deceleration
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 12
xx amF
xvaFxhaF
xvaF
MBS Modell – pitch rate
Pitch rate to deceleration pitch rate: 1,3 °/g no lifting of center of gravity
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 13
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 0,5 1 1,5
Nic
kwin
kel
[°]
Bremsverzögerung [g]
Nickwinkel
0,22
0,24
0,26
0,28
0,3
0,32
0,34
0,36
0 0,5 1 1,5Hö
he [m
]
Bremsverzögerung [g]
Schwerpunkthöhe
Höhe VA
Höhe HA
MBS Modell – max. forces at joints
forces due to cornering (up to 1,5 g) [N]
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 14
Radaufhängung VA L VA R HA L HA RQuerlenker O V 426 -575 119 -114Querlenker O H 146 -254 198 -668Querlenker U V -1047 806 -541 -566Querlenker U H -484 -787 -734 -784Spurstange 270 130 212 115Druckstange -1066 -1591 -1125 -2025
forces due to deceleration (up to 1,5 g) [N]Radaufhängung VA L VA R HA L HA RQuerlenker O V 823 856 365 391Querlenker O H -573 -590 -102 -105Querlenker U V -3024 -3151 -1195 -1277Querlenker U H 1961 2024 -680 -733Spurstange 637 652 353 354Druckstange -1630 -1702 -1186 -1255
forces >0 → pulling
forces >0 → pushing
MBS Modell – max. forces at joints
forces due to shoks
simulation of an shock due to curbs (100 mm high) with an speed of 100 km/h
→ worst case
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 15
MBS Modell – max. forces at joints
forces due to shocks[N]
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 16
forces >0 → pulling
forces >0 → pushing
Radaufhängung VA L HA LQuerlenker O V 417 -76Querlenker O H 409 297Querlenker U V -2493 -792Querlenker U H -2767 -1418Spurstange 672 311Druckstange -5613 -2315
approximation of max. forces at joints and rods to 5000 N
Rods – Construction an concept
CFK tubes with Al Inserts Joints with M6 left and right threads
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 17
Rods – Construction an concept
CFK tubes with Al Inserts Joints with M6 left and right threads
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 18
Gelenk SALK 6
Gelenk SAK 6
Mutter M6 - RH
Carbonrohr
Insert LH
Mutter M6 - LHInsert RH
Rods - Calculation
calculation of the joint thread
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 19
M5:
Spannungs-querschnitt: AS.M5 14.2mm
2: ->statische Festigkeit
Kern-querschnitt: A3.M5 12.69mm
2: ->dynamische Festigkeit
Zugspannung: σz.M5F
AS.M5: σz.M5 3.521 10
8 Pa
Sicherheit: SM5
Rp0.2St52
σz.M5: SM5 0.71
M6:
Spannungsquerschnitt: AS.M6 20.1mm
2: ->statische Festigkeit
Kernquerschnitt: A3.M6 17.89mm
2: ->dynamische Festigkeit
Zugspannung: σz.M6F
AS.M6: σz.M6 2.488 10
8 Pa
Sicherheit: SM6
Rp0.2St52
σz.M6: SM6 1.005
Gewinde der Gelenkköpfe
Berechnung nach:Niemann, G; Winter, H; Höhn, B.-R.: Maschinenelemente Band I, Springer Verlag, BerlinHeidelberg, 4., bearbeitete Auflage, 2005, S. 431 ff
Kraft: Zug/Druck: F 5000N:
Werkstoffkennwerte:
St 52-3: RmSt52 510N
mm2
: Rp0.2St52 250N
mm2
:
C45: RmC45 560N
mm2
: Rp0.2C45 270N
mm2
:
Erforderlicher Querschnitt:
Sicherheits-faktor:
SF 1.2:
St 52-3: AS.St52 1.23 FSF
Rp0.2St52: AS.St52 29.52 mm
2
AS.C45 1.23 FSF
Rp0.2C45: AS.C45 27.333 mm
2C45:
Rods - Calculation
calculation of the thread of the inserts
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 20
Gewinde der Alu Inserts - Flächenpressung im Gewinde
Berechnung nach:Niemann, G; Winter, H; Höhn, B.-R.: Maschinenelemente Band I, Springer Verlag, BerlinHeidelberg, 4., bearbeitete Auflage, 2005, S. 434 ff, 456
Kraft:
Zug/Druck: F 5000N:
Werkstoffkennwerte:
ISO 7022: Rm 450N
mm2
: Rp0.2 422N
mm2
: pzul 370N
mm2
:
mögliche Werkstoffe: AlZnMgCu0,5 ISO 7022AlZnMgCu1,5 ISO 7075AlCuMg1 ISO 2017
Flächenpressung (Theorie):
pF
Ap i:
ApAP Projektionsfläche eines Gewindesganges
Ph Steigung
d2 Flankendurchmesser
H1 Gewindetiefe
m Gewindelängei Gewindegänge
im
Ph:
Ph
AP π d2 H1: d2
pF Ph
π d2 H1 m:
Ph
M5:
M6:
Steigung: Ph.M6 1mm:
Flanken-durchmesser:
d2.M6 5.35mm:
Gewindetiefe: H1.M6 0.541mm:
Gewindegänge: iM6 10:
AP.M6 π d2.M6 H1.M6: AP.M6 9.093 mm2
Pressung: pM6F
AP.M6 iM6: pM6 54.988
N
mm2
Sicherheit: SM6
pzul
pM6: SM6 6.729
Gewindelänge: mM6 iM6 Ph.M6: mM6 10 mm
Rods - Calculation
calculation of the tubes, comparison of steel, Al, CFK
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 21
Knicklast der Querlenker
Werkstoffkennwerte:
Stahl: ESt 210000N
mm2
: ρSt 7850kg
m3
: RSt 270N
mm2
:
Aluminium: EAl 70000N
mm2
: ρAl 2700kg
m3
: RAl 120N
mm2
:
Streckgrenze für AlMg3
Carbon: EC 74000N
mm2
: ρC 1500kg
m3
: RC 1300N
mm2
:
Flächenträgheitsmomente:
RaSt 7mm: RiSt 4mm:Stahl:
ISt
π RaSt4
RiSt4
-
4:
ISt 1.685 109- m
4
Aluminium: RaAl 7mm: RiAl 4mm:
IAl
π RaAl4
RiAl4
-
4:
IAl 1.685 109-
m4
RiC 8mm:Carbon: RaC RiC 1mm+:
IC
π RaC4
RiC4-
4:
IC 1.936 109-
m4
FKSt 13966.777N
Kleinste Knicklast:
Länge: l 500mm:
Stahl: FKSt
2ESt ISt
l2
:
Aluminium: FKAl
2EAl IAl
l2
: FKAl 4655.592N
Carbon: FKC
2EC IC
l2
: FKC 5655.855N
Gewichtsvergleich:
Stahl: Volumen: VSt RaSt2
RiSt2-
l: VSt 0.052L
Masse: mSt VSt St: mSt 0.407kg
Aluminium: Volumen: VAl RaAl2
RiAl2-
l: VAl 0.052L
Masse: mAl VAl Al: mAl 0.14kg
Carbon: Volumen: VC RaC2
RiC2-
l: VC 0.027L
Masse: mC VC C 0.040kg+: mC 0.08kg
0.04kg sind von den Alu Inserts
→ 2010 car
Rods - Calculation
calculation of the tubes, comparison of steel, Al, CFK
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 22
Festigkeit
Kraft: FN 5000N:
Stahl: Fläche: ASt π RaSt2
RiSt2-
: ASt 1.037 10
4- m2
Spannung: σSt
FN
ASt: σSt 4.823 10
7 Pa
Sicherheit: SSt
RSt
σSt: SSt 5.598
Aluminium: Fläche: AAl π RaAl2
RiAl2-
: AAl 1.037 10
4- m2
Spannung: σAl
FN
AAl: σAl 4.823 10
7 Pa
Sicherheit: SAl
RAl
σAl: SAl 2.488
Carbon: Fläche: AC π RaC2
RiC2-
: AC 5.341 10
5- m2
Spannung: σC
FN
AC: σC 9.362 10
7 Pa
Sicherheit: SC
RC
σC: SC 13.886
Rods - Calculation
calculation of the adhesive bond
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 23
Festigkeit der Klebverbindung
Berechnung nach:Niemann, G; Winter, H; Höhn, B.-R.: Maschinenelemente Band I, Springer Verlag, BerlinHeidelberg, 4., bearbeitete Auflage, 2005, S. 353 ff
Werkstoffkennwerte:
Kleber: τzul 10N
mm2
:
Geometrische Daten:
RiC 8mm:Radien: RaC RiC 1mm+:
Länge: l 18mm:
Umfang: u π 2 RiC: u 0.05 m
A u l: A 904.779 mm2Mantelfläche:
Beanspruchung:
Zugkraft: F 5000N:
Schubspannung: τSF
A: τS 5.526
N
mm2
Sicherheit: Sτzul
τS: S 1.81
Rods – Tests of the adhesive bond
tensile tests of some test tubes Ø 14 mm
Ø 18 mm
two glues Loctite 9466 A&B
Macroplast UK 1366 B10
two inserts 18 mm
23 mm
one unprepared sample
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 24
Rods – Tests of the adhesive bond
tensile tests
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 25
Rods – Tests of the adhesive bond
tensile tests of some test tubes Ø 14 mm
Ø 18 mm
two glues Loctite 9466 A&B
Macroplast UK 1366 B10
two inserts 18 mm
23 mm
one unprepared sample
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 26
Rods – Tests of the adhesive bond
test report
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 27
ID Rohr Ø Insert Kleber gemessene Kraft [N] berechnete Kraft [N]*Bemerkung
1 14 kurz (18 mm) 9466 11198 12000 an RH Seite ausgerissen2 14 kurz (18 mm) Macroplast 4834 12000 an RH Seite ausgerissen
3 18 kurz (18 mm) 9466 14072 18000 an LH Gewinde gerissen4 18 kurz (18 mm) 9466 14299 18000 an LH Gewinde gerissen5 18 kurz (18 mm) Macroplast 8710 18000 an RH Seite ausgerissen6 18 kurz (18 mm) Macroplast 8070 18000 an RH Seite ausgerissen
7 18 lang (23 mm) 9466 - 220008 18 lang (23 mm) 9466 11619 22000 an Insert eingespannt9 18 lang (23 mm) Macroplast - 22000
10 18 lang (23 mm) Macroplast - 22000
11 14 kurz (18 mm) 9466 2769 12000 unbehandelt
Rods – Tests of the adhesive bond
test report
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 28
Rods – Tests of the adhesive bond
the thread of the samples 3 and 4 broked at 14000 N the adhesive bonds are ok
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 29
Rods – Tests of the adhesive bond
samples with macroplast glue were not ok adhesive bonds of Ø 14 tubes is to weak
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 30
Sample-ID: 1 3 5 7 8 112
no damage of the adhesive bond
Rods – Interpretation
so we use: Ø18 mm CFK tubes 18 mm Al inserts with M6 threads Loctite 9466 A&B preparation of the adhesive surfaces
• sandblasting
• sanding
• cleaning
20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 31
20.04.23 Folie 32
20.04.23 Folie 33
top related