Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

3 Исследование влияния камер пружины

3.1 Назначение негативной камеры воздушной пружины

Влияние камер на сжатие просчитано в Microsoft Exel.

Разработка воздушной пружины включает в себя целый комплекс процессов, от которых зависит эффективный конечный результат. Источники представленной в главе информации представлены в списке литературы под пунктами 11-15.

Современный воздушный амортизатор по надежности не уступает более простым системам при этом имея больший диапазон настроек, а значит сможет удовлетворить любые предпочтения в работе амортизационной вилки тогда как обычная витая пружина не поддается настройке, для того, чтоб настроить вилку под свой вес, придется поменять пружину, тогда как, имея воздушную пружину, настроить ее можно под любого пользователя за несколько минут с помощью обычного насоса высокого давления.

Для амортизации любая качественная вилка состоит из пружины и демпфера. Пружина необходима для того, чтобы аккумулировать энергию, которая затрачивается на сжатие при наезде на препятствие. После этого естественно пружина хочет совершить обратное действие – разжаться, высвободить энергию так, что произойдет резкое отталкивание руля вверх. Это негативный эффект, потому что ухудшается управление велосипедом из-за худшего контакта колеса с поверхностью, а так же по причине повышенной нагрузки на руки.

Амортизационные вилки применяются на велосипедах, предназначенных для использования на неровных рельефах местности, на бездорожье и т. п. Служат двум целям:

– улучшают контроль над велосипедом на высокой скорости – колесо лучше держит траекторию и сцепление с поверхностью земли; гасятся удары, возникающие на колесе при экстремальном использовании и прыжках;

– увеличивают комфортность и безопасность высокоскоростной езды.

Чтобы снизить негативный эффект пружины нужен демпфер – внутреннее амортизирующее устройство. Он замедляет отскок пружины благодаря маслу, которое создает вязкость, перетекая в клапанах демпфера. Таким образом, накопленная энергия в пружине частично переходит в тепловую.

Следующий прием – увеличение массы перегородки. Это выгодно не только в силу закона масс, но также и потому, что если это возможно осуществить, не увеличивая упругость перегородки, удастся так же снизить резонансные частоты и поднять критическую частоту.

Так же необходимо устранить резонансные колебания. Более простым способом, имеющим качественный характер, является «ощупывание» поверхности колебающегося объекта пальцами или щупом с демпфером, например пористой резиной. Прикосновение в области пучности колебаний приводит к более существенным потерям колебательной энергии и соответственно большему уменьшению резонансных колебаний, чем в других зонах, особенно в узлах колебаний. Именно поэтому в месте упора поршня при полном разжатии пружины необходим пористый материал для дополнительного устранения резонансных колебаний.

Рассмотрена вилка для даунхилла с ходом 200 миллиметров. Даунхилл – дисциплина экстримального маунтинбайка, где важно поглощение как можно большего количества энергии при срабатывании вилки об неровности земли или при приземлении велосипедиста при приземлении после прыжка. Так же важную роль играет то, как вилка себя ведет, когда велосипедист просто едет, ведь, нажимая на педаль, наездник сжимает и подвеску велосипеда.

Для скоростного спуска амортизационная вилка настраивается так, чтоб под весом райдера сжатие составляло от 20 до 30 процентов, при 20 процентах сега подвеска будет более упругой, но жесткой, при 30 менее упругой, менее педалируемой, но более мягкой. Сег амортизационной вилки с воздушной пружиной настраивается давлением в камерах, давление в позитивной камере равно давлению в негативной камере постоянно, благодаря перепускающему поршню.

В качестве рассматриваемой амортизационной вилки взята Marzocchi Shiver 2002 года выпуска, имеющая с заводе две витые пружины, из-за чего вилка имела большой вес, что и натолкнуло на разработку воздушной пружины, ведь она даст экономию в весе порядка 800 грамм, что очень заметно в общем весе велосипеда. Так же сброс веса даст лучшую работу, так как уменьшится неподрессоренная масса, вилке будет проще сжиматься и разжиматься, что так же является огромным плюсом.

Вилка имеет высоту рабочей поверхности порядка 360 миллиметров, чего более чем достаточно для установки воздушной пружины.

В качестве примера рассмотрим график зависимости давления от хода, в качестве изначального давления взято 100 psi (6,8 атмосфер) для удобства и наглядности. Тепло от трения отводится, поэтому можно считать процесс изотермическим, при сжатии пружины P₁V₁=P₂V₂, где P₁ – начальное давление в камере, V₁ – начальный объем, P₂ – конечное давление в камере, V₂ – конечный объем. Тогда: V₁=Sl₁, где l_x – высота камеры, S – площадь сечения, площадь остается неизменной, поэтому формулу P₁V₁=P₂V₂ можно привести к виду P₁l₁=P₂l₂. Зависимость отслеживается в общем виде, поэтому данной формулы достаточно для выявления закономерностей и зависимостей.

Рассмотрим назначение негативной камеры воздушной вилки велосипеда.

Рисунок 3.1 – График без негатива

Рисунок 3.2 – График негатива

Рисунок 3.3 – Результат взаимодействия

На рисунке 3.3 представлен график нарастания давления в позитивной камере (сопротивления сжатию). График линеен, изменение сопротивления порядка 280 процентов, но в самом начале имеется порог страгивания, равный начальному давлению. Диаметр камеры на результирующее давление не влияет, поэтому в расчетах фигурировать не будет. График изменения давления в негативной камере представлен на рисунке 5. Негативная камера нейтрализирует порог, уменьшая начальное сопротивления до 0, что положительно сказывается на работе (рисунок 6), для примера взята камера с начальным объемом 60 миллиметров. Из результирующего графика понятно, что, меняя объемы обеих камер, от прогрессивных сред можно добиться работы близкой к линейной.

Так же негативная камера в данном случае придает прогрессивность (большее нарастание давления) в первой половине хода, что важно при педалировании, подвеска не так линейна. Как видно из графика, явное влияние негативной камеры прослеживается в первой половине хода, далее график принимает вид аналогичный работе пружины без негативной камеры.

Итак, негативная камера воздушной амортизационной пружины предназначена для устранения порога срабатывания а так же изменения характера работы в начальной части хода. Часть хода, на которую влияет негативная камера зависит от объема негативной камеры.

3.2 Зависимость работы от объема позитивной камеры

Полная таблица с исследованием изменения давления представлена в приложении А.

Чем больше позитивная камера, тем меньше разница давления в полностью сжатом и полностью разжатом состоянии (пружина линейна) и наоборот. Чем меньше, тем пружина прогрессивнее (усилие для сжатия нарастает с большей прогрессией). Объем негативной камеры оказывает влияние на сопротивление вилки сжатию, смягчая начальный момент движения (страгивание) и приводя значение усилия для начала цикла к нулю, чем большее объем негатива, тем больший ход амортизатора будет ощутимо зависим от сжимающей камеры.

Проведен анализ камеры высотой от 255 до 360 миллиметров. На рисунке для удобства восприятия представлен график с изменением давления в камерах от 260 до 360 миллиметров. С уменьшением объема явно прослеживается приобретение пружиной прогрессивного характера сжатия, в особенности в конце хода. Линейный характер подойдет для использования вилки в не экстримальных условиях, когда важна обработка не крупных неровностей во всех частях хода, когда при прыжках резкое сжатие при приземлении приведет к потере управления и падению.

Рисунок 3.4 – Зависимость от объема камеры разжатия

Рисунок 3.5 – Поверхностная диаграмма зависимости

Так же видно, что при любом начальном давлении присутствует порог страгивания, соответствующий начальному давлению. Для сглаживания и приведения порога к 0 необходима негативная камера, которая, давя на поршень с противоположной стороны, создаст нулевое усилие (соответствующее силе трения уплотнительных орингов).

3.3 Зависимость работы от объема негативной камеры

Назначение негативной камеры воздушной амортизационной вилки было рассмотрено выше, перейдем к исследованию зависимости от объема сжимающей камеры.

Камера со сжатием вилки увеличивает свой объем, следовательно давление уменьшается. Камера с глубиной в 20 миллиметров будет оказывать воздействие только до 60 миллиметров сжатия (30 процентов сега), обеспечивая прогрессивную работу и отсутствие раскачки подвески при педалировании, но при этом амортизационная вилка может быть излишне жесткой, камера с глубиной в 100 миллиметров показала себя наиболее линейной, она будет способствовать сжатию далеко за середину хода, пружина с такой негативной камерой будет легко поддаваться сжатию (возможно, даже излишне), но для не экстримальных условий будет обеспечивать приятную работу.

Рисунок 3.6 – Зависимость от объема обратной камеры

Рисунок 3.7 – Поверхностная диаграмма зависимости

Таблица с исследованием изменения давления представлена в приложении Б. Рассмотрим график противодействия сжатию пружины с глубиной позитивной камеры в 300 миллиметров и негативными 20 и 100 миллиметров и сделаем вывод (рисунок 9).

Рисунок 3.8 – Изменение глубины негативной

камеры от 20 до 100 миллиметров

4 разработка модели воздушной пружины

4.1 Компас 3D

Главной целью любого машиностроительного предприятия является выпуск продукции. Начинается этот процесс с проектирования будущего изделия. Проектирование изделий, отвечающих требованиям быстро меняющегося рынка, позволяет предприятиям развиваться и становиться успешными. Выпуск новой конкурентоспособной продукции обеспечивает получение прибыли. Источники представленной в главе информации представлены в списке литературы под пунктами 16-32.

Предлагаемые АСКОН решения для машиностроения автоматизируют процессы конструкторско-технологической подготовки производства.

Применение программных продуктов АСКОН совместно с методиками их использования, опытом и наработками специалистов предприятий сокращают сроки разработки новой продукции, снижают себестоимость и повышают качество выпускаемых изделий.

Программа Компас 3D предназначена для выполнения машиностроительных, строительных чертежей, построения 3D моделей. Она, благодаря простоте освоения и в то же время широким возможностям для проектирования, на сегодняшний день является одной из наиболее популярных CAD-программ на российском рынке, основными направлениями ее применения являются машиностроение и строительство.

В предыдущих главах рассмотрены различия в строении велосипедных вилок. Следует заметить, что готовая модель воздушной пружины имеет минимальную себестоимость, при этом выводя вилку на качественно новый уровень по весу и характеру работы, что очень рентабульно с экономической точки зрения.

4.2 Перепускной поршень

Разработка воздушной пружины включает в себя целый комплекс процессов, от которых зависит эффективный конечный результат.

Для создания идеальной воздушной пружины, необходимо полностью изучить влияние обеих камер на характер работы.

Модели деталей составлены в программе КОМПАС 3D, полученные модели пластиковых деталей обработаны в программе для 3D печати. Программа для обработки использована Cura, она позволяет выбрать процент заполнения модели пластиком а так же допуски при печати с расчетом усадки пластика при остывании после печати.

Была разработана модель перепускного поршня для распечатки детали на 3D принтере. Модель разработана в программе КОМПАС 3D, которая позволяет провести точный расчет всех параметров с учетом допусков.

Рисунок 4.1 – Перепускной поршень

Программы для печати деталей на 3D-принтере позволяют выбрать допуск (определяется диаметром сопла), плотность заполнения модели. Так же эти параметры зависят и от самого принтера. Чем больше плотность и меньше толщина слоя печати, тем выше прочность детали, чертежи основных деталей представлены в приложении.

Перепускание воздуха происходит при условии, когда над поршнем давление выше, чем под поршнем (при полном разжатии пружины, при намеренном механическом разжатии или же при ощутимом переходе воздуха из позитивной камеры в негативную).

Характеристики

Список файлов ВКР