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躺车车架设计(慎入)
以团购躺车为例,估算数据是:
我们做个定性的分析比较:
重心 后仰角 重心升高 前轴升高
26轻便车 21.4%轴距 24° 45.3mm 416mm
团购躺车 64 %轴距 63° 430 mm 1040mm
撞击的能量来自负荷的势能。
忽略车架自重和轴承摩擦,同样的检测方式,26轻便车的势能为70×0.0453=3.171千克米=31.1焦;团购躺车为70×0.43=30.1千克米=295.8焦,是前者的9.5倍!
再看冲击力。
26轻便车前叉滚轮上的重力是70×0.214=14.98(千克 ),团购躺车是70×0.64=44.8(千克 ),躺车大2.99倍。另一方面,自由落下的高度分别是416mm和1040mm;
自由落体末速度与高度是平方关系(v^2=2gh),躺车前叉滚轮接触钢砧的瞬时速度是26轻便车的3.08倍,冲量就是3.08×2.99=9.21倍。可以认为两者减速为0的时间一样,躺车在这个试验中的冲击力是26轻便车的9倍以上。
事实上躺车不可能后仰63°--人都大头朝下了,这显然不符合实际骑行状态。可见这项测试完全不适合躺车。如果用后仰(前轮上抬)24°或前轴升高400mm代替可能更接近实际。
天津市自行车研究所《自行车车架前叉疲劳试验方法剖析》一文认为,日本JISD9401-84标准中的车架、前叉组合件振动试验方法比我们现行的冲击疲劳试验方法更为合理,更具科学性:
西德DIN14-7900一84标准是在木障高12.5mm、 木障间距0.597m的滚筒上进行,天津市自行车研究所用同规格木障铺在路上,由体重为70kg左右的人骑行速度为8.022km/h模拟这项试验。结论是“成车动态试验方法较为合理,模拟了实际骑行的受力状态。但若作为一种疲劳试验方法则强化不够。其振动频率和振幅还有待于做更进一步的研究来确定”,并指出:“其平均应力值与平坦路面1 6km/h速度骑行时的平均应力值接近。滚筒试验是一种可在室内进行的整车振动试验,目前已有许多国家采用。如果适当加大振幅(提高木障的高度)或提高振动频率(加快滚筒的转速)是可以研究作为一种成车疲劳性能试验方法的。”
天津市自行车研究所用的是更直接的办法:体重为70kg左右的骑行者,在平坦的柏油路面上以24km/h和16km/h的速度骑行,从120mm高的台阶上慢速骑行做前、后轮跌落试验。
这对躺车车架测试极具参考价值。
这些测试是通过贴在车架不同部位的应变片取得数据的;躺车车架的测试同样也应该采用。应变片相当便宜,电路也很简单,就看谁开这个头了。这个问题有时间可以专题讨论。
以上内容都是关于成品车的 ,目前好像对躺车DIY用处不大。
用碗口粗的管子做车架,想必强度就不成问题了。为什么没人这样干?
减重是个潜在因素。研究的目的之一是弄清车架内部的应力,在保证使用要求的前提下去掉冗重,减轻车架。尽管这是个讲究奢华的时代,但简洁依然是工程设计永恒的追求。
但这不是躺车DIY现阶段的目标。因为依靠经验或凭感觉,选材和结构都倾向大些以求保险,就算选小了也不过刚度稍有不足,并不影响使用,只是骑行感觉不同而已;而躺车现在还根本谈不到像公路车那样考虑车架刚度的区别。
车架刚度的检测
这是普通自行车用的方法之一,比较简单可行:“ 把车架安装在试验台或类似试验台的夹具上,在中轴附近装置百分表并校零,在中轴两侧挂上法码30kg。这时由于车架变形,中轴处下降△米,中轴处的刚度系数k=30/△ (kg/米)=294/△ (牛/米)”
躺车没有中轴,曲柄轴也在前端,可以在车架正对骑行人重心下方处加载和测量。注意人体重心位置,最好自己实测一下,一般人的估计差得很多的。刚度系数可借鉴普通自行车。适用于不带减震器的车架。
小结
车架的刚性是我们关心的重点。
减小跨度(轴距)是提高刚度的有效方式
重视前管和车梁结合部的强度和刚度
一些可供参考的检测方法
重心位置对动态性能(振动特性、冲击及疲劳强度等)有决定性影响
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