Carrosserieberekening:

Chassisberekening

Citation for published version (APA):

Braak, L. H., & Dukul, M. E. (1987). Chassisberekening. (DCT rapporten; Vol. 1987.023). Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1987

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

Chassisberekening

1 P H 87.023

In opdracht van:

april ' 8 7

Inhoudsopgave 1. 2 . 3. 4 . Inleiding Modelvorming 2.1. 2 . 2 . 2.3. Het balkmodel De belasting De ondersteuning Resultaten 3.1. De buigbelasting 3.2. De torsiebelasting Conclusies 2 3 3 5 7 8 8 1 1 13

- 2 -

1 . Inleiding

De firma Holland Sportscars Heerenveen heeft, via bemiddeling van de Rijksnijverheids Dienst te Zwolle, de vakgroep Fundamentele Werktuigkunde van de Technische Universiteit Eindhoven verzocht een numeriek sterkte- en stijfheidsonderzoek te doen aan een ontwerp van een chassis voor een

sportwagen. De berekeningen zijn nodig in verband met de keuring van het voertuig door de Rijksdienst voor het Wegverkeer.

De statische berekenigen zijn uitgevoerd met behulp van het

computerprogramma I-DEAS van SDRC. In dit verslag wordt melding gemaakt van de manier waarop de berekeningen zijn opgezet en worden de resultaten van de berekeningen vermeld en van commentaar voorzien.

A cm2 Ix cm4 Iy cm4 J cm4 2. íbäelvoning b 2.1. Eet balkodel 100*50*4 80*80*4

Het chassis van de sportwagen wordt gevormd door een frame bestaande uit

zware kokers als langsbalken, die dwars gekoppeld zijn door een kruisframe

en enkele dwarsbalken. Zie fig. 1 en 2. Als basis voor het ontwerp diende

een Ford Granada. Het is de bedoeling dat een complete voortrein, achterbrug en aandrijflijn van een Ford Granada wordt toegepast. De carrosserie wordt net als het frame van het chassis in eigen beheer vervaardigd.

I

11,36 144,l 47,3 523,J

12,16 117,4 117,4 199,7

Het chassis wordt gemodelleerd uit balkelementen. In fig. 1 en 2 zijn de

knooppunten -eindpunten van de balkelementen- aangegeven. Er worden slechts twee verschillende profielbalken toegepast, de karakteristieke waarden zijn in onderstaande tabel weergegeven.

Tabel 1. Karakteristieken van de balkdoorsnedes

Op plaatsen waar de verbinding van dwarsbalken met langsliggers niet in &én vlak ligt is een starre verbinding tussen de boven elkaar liggende

- 4 -

Fig. 1. Bovenaanzicht van het chassis met knooppuntaanduiding

. -

.- I

i

2.2. De belasting

Er worden twee verschillende belastingssituaties onderscheiden; een buigbelasting die het gevolg is van de eigen gewichtsbelasting van de diverse componenten en een torsiebelasting die oneffenheden in het wegdek simuleert.

De buigbelasting

In de berekening van de buiging wordt er van uitgegaan dat deze belasting symmetrisch verdeeld is over de linker- en rechterzijde van het chassis. In deze belasting worden de volgende bijdragen verrekend:

-

-

-

Aangezien de motor opgehangen is in een subframe van de voortrein wordt slechts een deel van het motorgewicht opgenomen door het chassis. Evenzo wordt ook maar een deel van het gewicht van de voortrein en de achterbrug in rekening gebracht als belasting op het chassis.

De belasting wordt verdeeld over de knooppunten; waar het de

eigengewichtsbijdragen betreft van langsbalken en van de carrosserie zijn deze bijdragen steeds evenredig met de lengte van de balkelementen. De bijdragen van de dwarsbalken worden in de knooppunten van de langsliggers verrekend. In de dwarsbalk bij de achterbrug wordt een kracht opgenomen die

ontstaat als gevolg van de bevestiging van het differentieel. In fig. 3a

zijn de knoopppuntsbelastingen weergegeven voor een helft van de

constructie. üe totale verticaie belasting beûraagt 7 9 3 0 N.

H

De torsiebelasting

Ora een indruk te verkrijgen van de torsiestijfheid van het frame wordt ter

plaatse van de achterbrug een torsiemoment ingeleid door middel van twee tegengesteld gerichte, verticale krachten die aangrijpen op de plaats waar de achterschroefveren tegen het frame zijn afgesteund. De krachten hebben

een grootte van 11990 N.

. .- i

Fig. 3a. Knooppuntskrachten en ondersteuning bij buigbelasting

....

2.3. De ondersteuning

De buigbelasting

Gestreefd is naar een statisch bepaalde ondersteuning van het chassis, zodanig dat de reactiekrachten symmetrisch ten opzichte van de langsas

zullen zijn. De vooras wordt vervangen door twee steunpunten die in x,y en z

resp. x en y richting geen verplaatsing kunnen ondergaan. De enige

vrijheidsgraad is dan nog een rotatiemogelijkheid om de z-as. een

horizontale as evenwijdig aan de vooras. Voldoende is slechts 4th steunpunt

ter plaatse van de achteras, waarbij verplaatsing in de verticale ( y- )

richting wordt onderdrukt. Om een symmetrische krachtverdeling te verkrijgen

is bij de achterophanging een element aangebracht

-

-

voor zorgt dat beide steunpunten achter een even grote kracht in verticale richting opnemen. De evenaarsbalk zelf kan alleen roteren om de langsas van het chassis.

De torsiebelasting

Het reactiekoppel van de torsiebelasting moet worden opgenomen door twee

steunpunten van de vöö~cas. In onze iûûdel.k~iïig warde:: dzur de Q O O ~ S ~

knooppunten van het chassis voor gebruikt. Zie fig. 3b. De torsiestijfheid

zal daardoor wellicht iets te laag uitvallen. Ook hier is gekozen voor

steunpunten die in x,y en

z

x

toelaten. Om te verhinderen dat de constructie als star lichaam beweegt, is

een extra steunpunt aangebracht in het midden van de dwarsbalk die achter de

- 8 -

3. Resultaten

3 . 1 . De buigbelasting

Uit de berekeningen blijkt een symetrische verdeling van de reactiekrachten in de oplegpunten. De grootte van die krachten is:

bij de vooras: 1839 N elk;

bij de achteras: 2026 N elk.

Een beeld van de vervorming van het chassis wordt gegeven in de fig. 4 en 5.

Ook in de vervorming gedraagt het chassis zich bij deze belasting

symmetrisch. De grootste verplaatsing treedt op ter plaatse van het snijpunt

van het kruisframe en bedraagt daar 0 , 7 mm.

Met behulp van de eindige elementenmethode

van alle knooppunten bepaald, daaruit volgen dan snedegrootheden als

normaal- en dwarskrachten en buigende en wringende momenten. Hieruit kunnen

vervolgens de spanningen in de balkdoorsnedes worden berekend op de plaatsen

van de balkknooppunten. Uit deze analyse volgt dat de grootste spanning

slechts 15 N/mim.mm bedraagt. Deze spanning treedt op in de langsbalken ter

hoogte van het kruisframe.

worden eerst de verplaatsingen

Als extra belasting wordt nog toegevoegd een simulatie van het eigen gewicht

van twee passagiers, door twee puntkrachten van elk 1000 N aangrijpend in

het midden van de langsbalken. Daardoor ontstaat een nieuw

vervormingspatroon dat echter in hoge mate overeen komt met het eerder

afgeleide resultaat. Nu geldt een maximale doorbuiging van 1 , 7 mm en een

grootste j.pânning van 36 !!,'m.m. De plaatsen waar deze maxima optreden zijn

PI EO t € U U k8 Ir oc wi NO z au 9c N z a+: na

..

2

..

c.

e

J

\\

2

O z 3 ri v, cir w a a c. a, c &

e

o

P

..

!i

3.2. De torsiebelasting

Het aangebrachte torsiemoment is ingevoerd als een rekengrootheid om de tosiestijfheid te kunnen bepalen. De grootte van het koppel is dus niet maatgevend voor een werkelijke belasting.

Ten gevolge van het opgelegde koppel verplaatsen zich de punten waar de krachten aangrijpen over een afstand van 36,3 mm. Bij deze wijze van belasten en opleggen heeft het chassis een torsiestijfheid van:

10000/36,3

*

In fig. 6 is de vervorming als gevolg van torsie in beeld gebracht. De grootste spanning treedt op in de voorste dwarsbalk en bedraagt als gevolg van deze belasting 20,5 N/mm.mm.

k2 F EO si o<

--

..

4 . Conclusie

De optredende spanningen en verplaatsingen bij zowel de buigbelasting als bij de simulering van de torsiebelasting zijn dermate laag dat qua sterkte en stijfheid het onderhavige ontwerp aan alle te stellen eisen zal voldoen.