طراحي و بهينه سازي شاسي تيري ميني بوس

[مربوب]

سلام خدمت تماميه دوستان تالار مكانيك و علاقه مندان مبحث موتور



تاپيك حاضر شامل مقاله اينجانب در سال گذشته طي مسابقات دانشجويي مي باشد

اين تاپيك در صدد به شور گذاشتن و بحث و گفتگو پيرامون طراحي و بهينه سازي شاسي تيري ميني بوس ميباشد

از علاقه مندان خواهشمند است در اين بحث شركت بفرمايند
پ.ن.براي انسجام مطالب و راحتي دوستان خلاصه مطالب و عناوين مهم MARK شده در نظر گرفته شده است.
با تشكر /نظام ​

 

[مربوب]

پروژه حاضر بخشي از پروژه كلي‌تري با نام طراحي و بهينه سازي شاسي تيري ميني بوس،كه در ارتباط با شركت ايران خودرو است ،مي‌باشد. در ابتدا هدف، بدست آوردن و بررسي دقيقتر پارامترهاي طراحي شاسي خودروهاي سنگين و به خصوص شاسي ميني بوس مي‌باشد. در اين مرحله، از مطالب جمع آوري شده بهره فراوان برده‌ايم، همچنين در اين مرحله شاسي تيري موجود به منظور بررسي دقيقتر و جزئي تر پارامترهاي طراحي شاسي تحليل شده است اين گام را همچنين مي‌توان به عنوان اولين مرحله در طراحي معكوس شاسي ميني بوس در نظر گرفت.
اطلاعات دقيق و جزئيات مورد نياز در طراحي، مانند بسياري از موارد ديگر در صنعت، در اختيار مراكز آموزشي و صنعتي قرار نمي گيرد و بدين لحاظ براي رسيدن به اين اطلاعات، شاسي موجود تحليل شده است. به عنوان مثال اين اطلاعات مي‌تواند شامل چگونگي توزيع تنش، مقدار عددي ضرايب اطمينان و همچنين چگونگي خواص ارتعاشي و ديناميكي شاسي و ... باشد.
در مرحله بعدي با استفاده از اطلاعات حاصل شده، روند طراحي شاسي جديد بدست آمده است. روند ذكر شده علاوه بر طراحي شاسي مي‌تواند راهگشاي مسائل مربوط به بهينه سازي شاسي خودرو نيز باشد. البته لفظ بهينه سازي مي‌تواند شامل بهينه سازي وزني، اندازه، فرم، فرآيند ساخت، پاسخ ديناميكي و غيره باشد. آنچه به عنوان روند طراحي شاسي آمده است، حالت كلي آن مي‌باشد و روند كلي آن مدنظر بوده است.
فرآيند طراحي ، بسته به موضوع مورد بحث، ممكن است حوزه وسيعي از علوم مهندسي را در بر گيرد. طراحي شاسي به عنوان نمونه اي از فرآيند طراحي از اين مقوله خارج نيست و در واقع طراحي شاسي، مرتبط با مسائل بسياري است. به عنوان مثال مسائل و مشكلات مربوط به ساخت، حوزه وسيعي از تخصصها را شامل مي‌شود. مسائل مرتبط با طراحي، جنس، هزينه و … نيز اينچنين است.
قطعاً هدف از اين پروژه پرداختن به تمامي اين موارد نيست. در كار حاضر تنها به بخشي از مسائل و موارد مرتبط با طراحي پرداخته‌ايم و انجام تحليل‌ها و ارائه نتايج حاصله نيز در راستاي ارائه روند طراحي شاسي انجام شده است.
در پروژه حاضر، شاسي به لحاظ مقاومت در برابر بارهاي وارده تحليل و بهينه سازي شده است. بارهاي وارده به خودرو، و در نتيجه وارده به شاسي، حوزه وسيعي از بارگذاريها را شامل مي‌شود و به همين لحاظ يكي از مهمترين موارد در طراحي شاسي همين مورد مي‌باشد.

 

[مربوب]

براي هر دستگاهي به منظور نصب قطعات و اجزاي مختلف آن قسمتي اصلي در نظر گرفته مي‌شود. .براي مثال در يك موتورسيكلت يا يك خودرو كليه اجزاي اصلي بر روي يك قسمت به نام شاسي نصب مي‌ گردند. براي مثال در يك خودرو ممكن است موتور در جلو، وسط يا عقب قرار گيرد . اين مورد درباره ديگر اجزاء خودرو نيز صادق است، ولي نكته مهم اين است كه چگونگي قرارگيري اجزاء خودرو بر روي قابليت مانور، ايمني و مسائلي مشابه اثر مي‌گذارد.​

2-1- تعريف شاسي
در يك خودرو اگر قسمت‌هاي مولد قدرت، انتقال قدرت و دستگاههاي الكتريكي را جدا كنيم هر آنچه باقي مي‌ماند، شاسي و بدنه ناميده مي‌شود. با اين تعريف ترمزها، چرخها، سيستم فرمان، صندليها و سيستم تهويه همگي جزو شاسي به حساب مي‌آيند: ولي در مبحثي كه در اين پروژه مي آيد شاسي به اسكلتي فلزي اطلاق مي‌شود كه اجزاء خودرو روي آن نصب مي‌شوند به اين نوع از شاسي كه قابل جداسازي است شاسي جداشدني نيز گفته مي‌شود.
انواع شاسي هاي ديگر از قبيل يك پارچه و نيمه جداشدني نيز وجود دارند.

2-2-انواع شاسي
شاسي يكپارچه كه در آن بدنه وظيفه اسكلت فلزي را انجام مي دهد بيشتر در خودروهاي سبكتر استفاده مي‌شود . در اين شاسي با شكل دادن ورقه هاي نازك فلزي از انباشتن توده سنگين در شاسي جلوگيري مي‌شود . در خودرو هاي سواري در مقايسه با خودروهاي سنگين و نيمه سنگين از اين نوع شاسي استفاده مي‌شود.
در يك خودرو بيشترين نيرو به كف، قسمتهاي كابين موتور و تكيه گاه محورهاي جلو و عقب وارد مي‌شود، لذا حساسيت اين نقاط در انتخاب نوع شاسي موثر است.
شاسي جداشدني مانند آنچه در ميني بوس وجود دارد در خودروهاي سنگين و نيمه سنگين استفاده مي‌شود. البته بعضي از خودروهاي خيلي سبك مانند ژيان ، فولكس و خودروهاي آمريكايي نيز داراي شاسي جداشدني هستند. شاسي جدا شدني اسكلت بسيار محكمي است كه به شكلهاي تخت- نردباني- لوله اي- جناغي- ضربدري و ....... از قطعات فولادي با مقطع ناوداني ، I شكل و يا لوله اي طراحي و ساخته مي‌شود.
شاسي جدا شدني در قسمت پايين مواضعي براي نصب فنرها و تعليق و در قسمت بالا مواضعي براي نصب اتاق و بدنه دارد. بنابراين شاسي وزن اتاق و بدنه را تحمل مي كند و آنرا به فنر بندي انتقال مي‌دهد.

 

[مربوب]

2-3- وظايف و مشخصات شاسي
شاسي وظيفه تأمين نيروي لازم جهت نگهداري قطعات و ساير اجزاء اتومبيل و تحمل نيروهاي خارجي وارده را دارد . با توجه به تعريفي كه در ابتدا از شاسي به عمل آمد ترمزها، چرخها ، سيستم فرمان صندلي ها و سيستم تهويه و اسكلت فلزي همگي جزو شاسي محسوب مي‌شوند.
در اين قسمت هدف تعريف و توضيح ساده اي از عملكرد هر يك از اجزاء ذكر شده در قسمت فوق مي‌باشد:
Ÿ سيستم تعليق شامل فنرها ، كمك فنرها و ساير قطعات مي‌باشد و به اتومبيل اين امكان را مي دهد كه در روي سطوح ناصاف، بدون ايجاد ضربات شديد و بيش از اندازه كه قابل احساس براي بار و مسافرين باشد، حركت كند.
Ÿ مكانيزم فرمانگيري جزئي از شاسي است كه توسط آن هدايت كل سيستم امكانپذير مي‌گردد.
Ÿ لاستيكها در تماس با سطح جاده كشش مناسب را فراهم نموده و شتاب گيري، ترمزگيري و پيچيدن بدون لغزش را ممكن مي‌سازند. لاستيكها همچنين به موازات سيستم تعليق عمل كرده و اكثر ضرباتي را كه در اثر ناهمواري جاده ايجاد مي‌گردد، جذب مي نمايند.
Ÿ بدنه خودرو شامل قطعات مكانيكي و كوپه سرنشينان مي‌باشد. قسمت اعظم بدنه خودرو ر ا صفحات فلزي سبك و يا پلاستيكهاي كامپوزيتي تشكيل مي دهند .
Ÿ تمامي قسمتهاي ذكر شده كه تشكيل دهنده شاسي مي‌باشد، توسط چهار چوب (شاسي) اصلي در محل مناسب و در ارتباط با ساير اجزاء قرار مي‌گيرند.
استفاده از بدنه و شاسي جداشدني (شكل 2-2)معمولترين روش در ساخت خودروهاي بزرگ و خودروهاي حمل بار مي‌باشد .در اين روش بدنه و شاسي هر يك جداگانه ساخته شده و به تنهايي واحد يكپارچه اي را تشكيل مي دهند. شاسي به گونه اي طراحي مي‌شود.
از آنجائيكه شاسي استخوان بندي يك وسيله نقليه سنگين را تشكيل مي‌دهد، اساسي ترين وظيفه آن تحمل مناسب و ايمن ماكزيمم بار وارده در تمامي‌شرايط كاري طراحي شده مي‌باشد. همچنين شاسي بايد قابليت جذب گشتاور ايجاد شده توسط موتور و جاده ،بارگذاري ضربه اي (ناگهاني) و فرمانگيري همساز بر روي سطوح ناصاف را دارا باشد.
براي دستيابي به عملكردي مطلوب ،ساختمان شاسي يك وسيله نقليه سنگين توسط طراحي دقيق و آزمايشاتي سخت تعيين مي گردد. ايجاد هر گونه تغييرات در شاسي يك وسيله نقليه سنگين بايد تحت نظر كارخانه سازنده شاسي و يا مهندسين مجرب در زمينه شاسي خودروهاي سنگيـن صورت گيرد تا لطمه‌اي به ايمني و كارايي شاسي وارد نگردد. اين امر حساسيت شاسي خودروي سنگين را از لحاظ طراحي و ساخت آشكار مي‌سازد.
از آنجائيكه سازندگان شاسي خودروهاي سنگين داراي ايده‌هاي شخصي و متدهاي متفاوت در طراحي شاسي و رسيدن به عملكردهاي مطلوب و مطابق استاندارد مي‌باشند، در نتيجه شاسي با توجه به مدل وسيله نقليه، اشكال متفاوتي با توجه به آنچه در صفحات پيش آمد ،را به خود مي‌گيرد.
عنصر انعطاف پذيري در شاسي از اهميت خاصي برخوردار است. در مقابل بارهاي ارتعاشي، يك شاسي صلب در مقايسه با شاسي انعطاف پذير سريعتر از پاي درآمده و تغيير شكلهاي شديد در آن رخ مي‌دهد. همچنين شاسي‌اي كه داراي امتياز انعطاف پذيري برشي است، قابليت كاهش بارهاي وارده بر سيستم تعليق در جاده‌هاي ناصاف را دارا مي‌باشد. طراحي شاسي نردباني به گونه‌اي است كه اين شاسي دو امتياز تحمل جذب بارهاي عمودي و انعطاف پذيري برشي را به صورت همزمان در خود دارد. بر طبق آنچه گفته شد، اين شاسي در طراحي خودروهاي سنگين بيشتر مد نظربوده و مي‌باشد.
كه قابليت تحمل وزن بدنه و جذب بارهاي ديناميكي ناشي از ناهمواري جاده ،سيستم تعليق موتور ،سيستم انتقال نيرو و سيستم فرمانگيري را دارا باشد و وظيفه بدنه تنها محافظت از بار و سرنشين مي‌باشد. بدنه معمولاً در چند نقطه بر روي شاسي سوار مي‌گردد. اين عمل به شاسي امتياز انعطاف پذيري بخشيده و سبب پخش بار وارده بر روي اعضاي‌باربر موردنظر مي‌گردد.

 

[مربوب]

2-4- اجزاء شاسي جداشدني
Ÿ اعضاي جانبي:
اعضاي جانبي يا ريلها سنگين ترين اعضاي شاسي مي‌باشند. اعضاي جانبي به گونه اي طراحي مي‌شنود كه با بدنه تطبيق داشته و به عنوان تكيه گاه بار عمل نمايند.
در خودروهاي سواري فاصله اعضاي جانبي به گونه اي است كه در قسمت جلوي شاسي اين دو عضو به هم نزديك مي‌شوند و امكان پيچيدن تحت زاويه پيچش كوچكتر را فراهم مي‌سازند و در قسمت عقب شاسي و زير كوپه فاصله دو عضو افزايش يافته و سبب افزايش ايمني كوپه مي‌گردد.
وسايل نقليه سنگين و بزرگ كه جهت حمل بار يا مسـافر به تعداد زياد اسـتفاده مي‌شوند، داراي شاسي با اعضاي جانبي بدون انحناء مي‌باشند. اين فرم شاسي با طرحهاي گوناگون بدنه تطبيق داشته و به وسيله نقليه مقاومت بيشتر جهت تحمل بارهاي سنگين تر را مي‌بخشد.
Ÿ اعضاي مياني:
اعضاي مياني به اعضاي جانبي متصل مي‌شوند و وظيفه آنها جلوگيري از خمش و تاب برداشتن شاسي است. تعداد، اندازه و نحوه قرار گرفتن اعضاي مياني وابسته به نوع خودرويي است كه شاسي براي آن طراحي شده است.
معمولاً عضو مياني كه در قسمت جلو نصب مي‌شود به عنوان تكيه گاهي براي رادياتور و قسمت جلوي موتور عمل مي‌كند. اعضاي مياني كه در قسمت عقب نصب مي‌شوند، تكيه گاههايي براي مخازن سوخت، صندوق عقب در خودروهاي سواري و محل نصب ادوات و تريلر در خودروهاي باري را فراهم مي كنند.
عده‌اي از اعضاي مياني نيز جهت ايجاد تكيه گاه براي قسمت عقب موتور و سيستم انتقال نيرو مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
Ÿ صفحات پشت بند:
صفحات پشت بند، صفحات ساده فلزي هستند كه براي ايجاد استحكام مضاعف در شاسي خودروهاي باري، كه تحت شرايط كاري سنگين مي‌باشد، به كار گرفته مي‌شوند.
در اين نوع از شاسي، ساختار بدنه از لحاظ استحكام و صلبيت بايد به گونه اي باشد كه قادر به تحمل وزن بار و نيروهاي ديناميكي ناشي از تماس و حركت بار در ضمن جابجايي خودرو و نيز ضربات و ارتعاشات انتقال يافته توسط شاسي باشد . در برخي حالات ، مخصوصاً تحت شرايط كاري سخت ، بدنه تحت تأثير بارهاي برشي اي قرار مي گيرد كه كاملاً توسط بدنه جذب نمي گردند. اين مسئله اساساً در رابطه با خودروهاي سنگين و باري است و خودروهاي سواري را شامل نمي‌گردد.
در يك خودروي سواري نمونه ،شاسي حدوداً 37 درصد مقاومت برشي و 34 درصد مقاومت خمشي را فراهم مي سازد . بقيه استحكام لازم توسط بدنه تأمين مي‌گردد.
مهمترين فوايد بدنه و شاسي جدا شدني عبارتند از:
Ÿ سهولت در امر مونتاژ و پياده سازي بدنه
Ÿ تنوع، مي‌توان انواع مختلفي از بدنه را بر روي شاسي استاندارد يك خودروي باري مونتاژ نمود.
Ÿ دستيابي به طرحهاي قوي و تنومند سهل و ممكن مي گردد، اگر چه كه اين امر سبب افزايش وزن خودرو گردد.
Ÿ عايق سازي صوتي جهت كاهش صدا در كوپه سرنشينان توسط به كار گيري لاستيك در فاصله ميان شاسي و بدنه، ممكن مي گردد.
Ÿ طرحي ساده كه به دنبال خود پروسه ساختي ارزان و ساده را به همراه اعضاي شاسي به عنوان تكيه گاههايي براي اجزايي مانند فنرها، تعليق مجزا، رادياتورها و سيستم انتقال قدرت عمل مي‌كنند. گيره‌ها (براكت‌ها)، بست‌ها (outrigger) و دسته موتورها به اين مجموعه افزوده مي‌گردند تا مونتاژ قطعاتي همچون فنرهاي عمودي، سپرها، موتور، كمك فنرها، مخازن سوخت، لاستيك يدكي و ... را ممكن سازند.

 

[مربوب]

2-5- شاسي و بدنه يكپارچه (زير ساختار)
سازه شاسي و بدنه مختلط كه در اصطلاح سازه يكپارچه نيز ناميده مي‌شود، به گونه‌اي است كه در آن شاسي و بدنه به صورت يك ساختمان واحد و يكپارچه ظاهر مي‌گردند. اين عمل توسط جوشكاري قطعات به يكديگر ، شكل دهي يا ريخته گري كل سازه به صورت يكپارچه و يا تلفيقي از دو تكنيك بالا صورت مي‌پذيرد.

بايد به اين نكته توجه داشت كه تنها با جوشكاري بدنه به شاسي ، يك شاسي جدا نشدني ايجاد نمي گردد. در يك شاسي جدا نشدني حقيقي، كل قسمت شاسي ـ‌ بدنه به عنوان يك عضو باربر عمل مي نمايد كه وظيفه آن تحمل كليه نيروهاي وارده از سوي خودرو، جاده و بار مي‌باشد
در خودروهاي سواري جهت توليد شاسي جدا نشدني، صفحات فلزي و از قبل شكل دهي شده به يكديگر جوشكاري مي‌شوند. صفحات مذكور به گونه اي شكل دهي مي گردند كه به تنهايي، توان تحمل بار در آنها افزايش يافته و نيز در كنش با ساير صفحات ،سازه اي مستحكم را بوجود آورند.
استفاده از شاسي جدانشدني سبب افزايش در ميزان صداي انتقال يافته به كابين سرنشينان مي‌گردد. محاسن اين نوع از شاسي كه سبب نادبده گرفتن عيب آن مي گردند. عبارتند از :
Ÿ كاهش قابل توجه وزن خودرو ،كه اين امر با به كارگيري يك شاسي جدانشدني با طراحي خوب امكانپذير مي گردد.
Ÿ كاهش ارتفاع كف اتاق بار و خودرو
Ÿ كاهش در ميزان ارتعاشات ايجاد شده در ساختمان خودرو

 

[مربوب]

2-6- شاسي خودروي باري (شاسي نردباني)
شاسي خودروي باري (شكل 2-5) به گونه‌اي است كه انواع متفاوتي از كف و ديواره‌ها را مي‌توان روي آن مونتاژ نمود اين امر يك امتياز ويژه براي شاسي‌هاي نردباني محسوب مي‌گردد. در خودروهاي باري بزرگ، شاسي بسيار ساده در عين حال تنومند و داراي ساختماني نردباني مي‌باشد. اعضاي جانبي به صورت موازي با هم و در فاصله‌اي استاندارد از هم قرار مي‌گيرند، تا فضاي لازم براي مونتاژ گيربكس ،جعبه ديفرانسيل، اكسلهاي عقب و ساير قطعات از اين قبيل فراهم گردد در خودروهاي باري اي كه به صورت يدك كش مورد استفاده قرار مي‌گيرند، اعضاي جانبي و اعضاي مياني قسمت عقب خودرو تقويت مضاعف مي‌شوند تا تنشهاي كششي اضافه شده را جبران نموده و تحمل نمايند.
2-7- نگهداري و تعمير شاسي
شاسي نيازمند نگهداري بسيار كمي - در صورت امكان- مي‌باشد. بهر حال اگر شاسي به اندازه‌اي خم شده و صدمه ببيند كه سبب ناميزاني خودرو و اختلال در امر فرمانگيري شود، بايد خودرو را از رده خارج نمود . تركهاي ايجاد شده در عضوهاي جانبي شاسي را مي‌توان با سوراخكاري و يا استفاده از صفحات پشت بند به صورت موقت تعمير نمود .در هنگام اعمال چنين تعميراتي بايد توجه كافي مبذول گردد تا سبب تضعيف شاسي و ايجاد خطر نگردند. شاسي خودرو نبايد توسط گاز يا قوس الكتريكي مورد جوشكاري قرار گيرد مگر اينكه توسط سازنده شاسي، اين امر مجاز اعلام شود. گرما سبب خواهد شد تا عمليات انجام شده روي فلز از بين رفته و نيز سرد كردن سريع نيز سبب كريستاليزه شدن فلز مي‌گردد. خميدگي‌هاي كوچك در شاسي را مي‌توان با به كارگيري جك هاي هيدروليكي، گيره‌ها و اهرم رفع نمود.

 

[مربوب]

در اين بخش به معرفي بارها و مكانيزمهاي مرتبط با شاسي مي پردازيم . ابتدا مكانيزمهاي مرتبط با شاسي مشخص شده و پس از توضيح مختصر در رابطه با هر يك به تأثير هر قسمت به صورت بار وارده بر شاسي پرداخته مي‌شود.

3-1- مكانيزمهاي مرتبط با شاسي
از آنجائيكه در اين پروژه، تحليل يك شاسي نردباني مدنظر است، بنابراين به معرفي مكانيزمهاي مرتبط با اين نوع شاسي مي پردازيم . بايد توجه داشت كه اكثر مكانيزمهاي معرفي شده در مورد ساير انواع شاسي نيز صادق مي‌باشند و تنها تفاوت موجود در بدنه است كه در شاسي‌هاي جدا نشدني، بدنه به صورت يكپارچه با شاسي مي‌باشد.
مكانيزمهاي مرتبط با شاسي عبارتند از :
1- سيستم تعليق
2- سيستم مولد توان (موتور)
3- سيستم انتقال قدرت
4- سيستم فرمانگيري
5- بدنه

 

[مربوب]

-2- سيستم تعليق
وظيفه سيستم تعليق مستهلك و ميرا نمودن شكافهاي ناگهاني و ضربات حاصل از حركت خودرو بر روي سطوح ناصاف و در عين حال نگه داشتن چرخها در تماس مستمر با جاده و در نتيجه بهبودي بخشيدن به قدرت كشش و كنترل خودرو مي‌باشد اين سيستم شامل فنرها ،كمك فنرها، اتصالات سيستم فرمانگيري،بازوهاي كنترل بالا و پايين، اهرم هاي تعليق، متعادل كننده‌ها و ساير قطعات مي‌باشد. سيستم تعليق كه سيستم فنربندي نيز ناميده مي‌شود. داراي وظايفي به شرح زير مي‌باشد:
Ÿ تحمل وزن شاسي، بدنه، موتور، سيستم انتقال قدرت، سرنشينان و بار.
Ÿ فراهم آوردن امكان رانندگي نرم، بدون تكان و راحت.
Ÿ همكاري همزمان با سيستم فرمانگيري، جهت تثبيت چرخها در امتداد صحيح.
Ÿ نگهداري چرخها در تماس ممتد با جاده حتي پس از برخورد به چاله و دست انداز.
Ÿ فراهم آوردن امكان پيچيدن سريع بدون كنده شدن چرخها از جاده.
Ÿ فراهم آوردن امكان جابجايي چرخها از جهتي به جهت ديگر، جهت فرمانگيري.
Ÿ جلوگيري از پايين آمدن شديد قسمت عقب خودرو در هنگام شتابگيري يا تحت بار سنگين
Ÿ جلوگيري از پايين آمدن شديد قسمت جلوي خودرو در هنگام ترمزگيري

 

[مربوب]

سيستم تعليق در دو گروه اصلي طبقه بندي مي‌شوند كه عبارتند از:
ـ سيستم تعليق وابسته (اكسل صلب):
در سيستم تعليق وابسته چرخهاي سمت راست و چپ هر دو به يك اكسل صلب متصل مي‌شوند . وقتي يكي از چرخها در جاده با دست انداز برخورد مي كند ، در اثر جابجايي اين چرخ ، كجي كوچكي در چرخ مقابل ايجاد مي‌شود.
ـ سيستم تعليق مستقل:
اين سيستم براي هر يك از چرخها اين امكان را فراهم مي نمايد كه به صورت مستقل و بدون تأثير گذاري بر ساير چرخها به سمت بالا يا پايين حركت كند. بنابراين تعليق مستقل چرخهاي عقب به اين معني است كه اگر چرخ عقب و سمت راست با برآمدگي برخورد نمايد، هيچگونه تأثيري روي چرخ عقب سمت چپ نخواهد داشت. هزينه ساخت چنين سيستمي‌بسيار بالا مي‌باشد.
با توجه به پيشرفت روز افزون تكنولوژي پيشرفتهاي عظيمي در زمينه سيستمهاي تعليق ايجاد شده و انواع متفاوتي از سيستم تعليق توسط كارخانه‌هاي متعدد خودرو ارائه گرديده است. هر يك از اين سيستمهاي پيشرفته تعليق را مي‌توان در يكي از دو گروه بالا رده بندي نمود. در زير به چندين سيستم تعليق پيشرفته اشاره مي‌شود. بايد توجه داشت در طراحي شاسي درك عميق در مورد سيستم تعليق از اهميت فراواني برخوردار است.

Ÿ سيستم تعليق هوايي
نوعي سيستم تعليق كه در آن بيشتر از هوا به جاي فنرهاي فلزي، جهت نگهداري خودرو و كنترل تكانهاي ناشي از حركت، استفاده مي‌گردد. فنربندي هوايي سبب نرمتر شدن حركت خودرو مي‌گردد‌. علت اين امر آن است كه فركانس طبيعي ارتعاش يك فنر هوايي بر خلاف فنر فلزي با تغيير ميزان بارگذاري، تغيير نمي‌كند. فنرهاي هوايي را مي‌توان به صورت خيلي نرم و براي شرايط بارگذاري سبك ساخت و اين امكان را فراهم آورد كه فشار درون فنر با افزايش بار افزايش يابد. نتيجه چنين عملي، ايجاد ثابت فنريت يكسان در مقابل بارهاي متفاوت است.
Ÿ تعليق هيدروپنوماتيكي :
نوعي سيستم تعليق كه در آن از يك گاز و يك مايع، كه توسط ديافراگي از هم جدا مي‌شوند، استفاده مي‌گردد. اين مجموعه تغيير ارتفاع سيستم تعليق، و در نتيجه تغيير در ارتفاع خودرو را امكانپذير مي‌سازد. اين سيستم در خودروهاي كارخانه citroen استفاده شده است.

 

[مربوب]

Ÿ سيستم تعليق با بازوي كوتاه و بلند :
در اين سيستم تعليق از دو بازوي كنترل بالايي و پاييني استفاده مي‌شود. بازوي بالايي نسبت به بازوي پاييني كوتاهتر مي‌باشد. اين سيستم انحراف چرخ در راستاي عمودي و با كمترين تغيير در زاويه كمبر را ممكن مي‌سازد.
Ÿ سيستم تعليق افزايشي :
نوعي سيستم تعليق كه در آن ثابت فنرها با توجه به جاده و بار تغيير مي‌كند. چنين عملي با طراحي شكل خاصي از سيستم تعليق امكانپذير است، مثلاً با استفاده از فنرهايي كه در اثر بارگذاري فنريت آنها افزايش مي‌‌يابد و يا با استفاده از دو يا چندين فنر كه توسط متوقف كننده‌هاي لاستيكي در تماس با يكديگر مي‌باشند. هدف از طراحي چنين سيستمي رسيدن به مشخصه‌هاي ثابتي جهت كنترل و رانندگي خودرو تحت شرايط متفاوتي مانند: تحت بار يا آزاد، جاده مستقيم يا پيچ، جاده صاف يا ناهموار مي‌باشد.
Ÿ سيستم تعليق با نگهدارنده پيچشي :
در اين سيستم از نگهدارنده پيچشي به جاي فنرهاي مارپيچي يا تخت استفاده مي‌گردد.
بايد توجه داشت كه سيستم تعليق خودروهاي پيشرفته ممكن است به صورت تركيبي از سيستمهاي فوق باشد.

3-2- سيستم مولد توان (موتور)
موتور به عنوان يكي از مكانيزمهاي مرتبط با شاسي، وظيفه توليد توان لازم جهت حركت خودرو را بر عهده دارد. موتور در هنگام كاركرد، توليد صدا و ارتعاش مي‌نمايد. ارتعاش ايجاد شده از طريق قطعات اتصال دهنده موتور به بدنه، به روي بدنه و در نتيجه آن به شاسي انتقال مي‌يابد صداي ايجاد شده نيز از طريق معابر ورودي كوپه سرنشينان وارد كوپه مي‌گردد. بنابراين در طراحي شاسي خودرو ، ارتعاشات ناشي از كاركرد موتور را بايد به عنوان يك محرك اصلي مد نظر داشت، زيرا اگر فركانس طبيعي ارتعاشات موتور با فركانس طبيعي مجموعه شاسي و بدنه نزديك باشند، اين امر سبب ايجاد پديده مخرب رزونانس مي‌گردد. پس موتور به عنوان يكي از منابع تحريك خودرو مي‌باشدكه فركانس آن از حدود Hz 15 تا Hz 83
(90000 rpm 5000 rpm) تغيير مي‌كند. موتور توسط دسته موتورهايي از جنس لاستيك‌هاي مخصوص با ضربت فنريت و استهلاك خاص به بدنه متصل مي‌شود تا ارتعاشات ناشي از موتور را ميرا كنند ارتعاشات موتور از طريق دسته موتور و با فركانس حدود 9hz منتقل مي‌گردد. از آنجائيكه ارتعاشات موتور بر حسب دور آن در حال تغيير مي‌باشد به عنوان ملاك طراحي در نظر گرفته نمي‌شود و تنها ارتعاشات انتقالي از طريق دسته موتور را در طراحي مد نظر قرار مي‌دهند. فركانس طبيعي مجموعه قطعات خودرو (شاسي + بدنه + …) طبق استاندارد بين 20 تا 30 هرتز مي‌باشد. بايد تلاش نمود تا ارتعاش انتقالي توسط دسته موتور در اين بازه قرار نگيرد.

 

[مربوب]

3-3-سيستم انتقال قدرت:
اين سيستم مجموعه‌اي از عناصر شامل چرخدنده‌ها و مبدل‌هاي گشــتاور پيچشي است كه تغييري در نسبت دور موتور به دور چرخ راننده را ايجاد مي‌نمايند. وقتي دور موتور نسبت به دور چرخ افزايش مي‌يابد، گشتاور زياد و در نتيجه سرعت پايين توليد مي‌نمايد و اگر دور موتور نسبت به دور چرخ كاهش يابد، گشتاور انتقالي كاهش يافته و سرعت چرخها افزايش مي‌يابد. سيستم انتقال قدرت نيز در هنگام كاركرد توليد صدا و ارتعاش مي‌نمايد. ارتعاشات ايجاد شده توسط سيستم انتقال قدرت به صورت غير مستقيم روي شاسي تأثير گذار است و بنابراين در طراحي هاي دقيق بايد اين ارتعاشات را نيز لحاظ نمود.

3-4- سيستم فرمانگيري :
اين مكانيزم به راننده امكان هدايت خودرو در جاده و تغيير جهت چرخها به صورت دلخواه را مي‌دهد. اين مجموعه شامل قطعاتي همچون فرمان، ميل فرمان، جعبه فرمان، اهرم‌بندي‌ها و تكيه گاه چرخ جلو مي‌باشد. از آنجائيكه تكيه گاه چرخ جلو مستقيماً بر روي شاسي تعبيه مي‌گردد، نيروهاي حاصل از فرمانگيري خودرو، مستقيماً به شاسي دارد وارد مي‌شوند. بنابراين يكي از مهمترين مراحل طراحي شاسي خودرو، تجزيه و تحليل نيروهاي وارده از فرمانگيري خودرو مي‌باشد.

3-5- بدنه :
مهمترين شاخصهاي رفتار خطي براي بدنه، فركانسهاي طبيعي، سختي خمشي و سختي پيچشي بدنه مي‌باشد. فركانسهاي طبيعي بدنه از اين جهت حائز اهميت است كه براي جلوگيري از بوجود آمدن پديده رزونانس نبايد فركانس قسمتهاي مختلف از جمله موتور، اگزوز و .... با فركانس طبيعي بدنه نزديك هم باشند. در اين قسمت دوام خستگي، سختي خمشي و سختي پيچشي نقش مهمي در عمر و استحكام بدنه ايفا مي‌كنند. تنشها و تغيير شكلهاي موضعي از شاخصهاي رفتار خطي بدنه مي‌باشند و بايستي در مورد محلهاي تمركز تنش دقت بيشتري به عمل آيد. در مقابل رفتارهاي غير خطي همچون ضربه و تصادف، بدنه را بايد طوري طراحي نمود كه بيشتر انرژي را جذب كند، تا به سرنشينان صدمه كمتري وارد شود. به اين منظور تا حد امكان ضخامت ورق هاي به كار رفته در بدنه خودرو را كم ولي شكل بدنه را طوري طراح مي‌كنند كه مقاومت آنها بالا رود و عليرغم وزن كم، انرژي توسط بدنه خودرو بهتر جذب گردد. همچنين در طراحي بدنه بايد به مسائلي همچون: ضريب پسا، وزش هواي جانبي، سيستم خنك كاري موتور، ورودي و خروجي جهت تهويه و ايمني و ... توجه داشت. اما آنچه بيشتر مد نظر مي‌باشد وزش هواي جانبي است كه سبب مي‌شود در جهت هاي مختلف به بدنه خودرو نيرو وارد شود. لذا نيروهاي ناشي از شكل آيروديناميكي بدنه و رفتارهاي غير خطي همچون ضربه و تصادف در انتخاب شاسي بايد مد نظر گرفته شوند.

 

[مربوب]

در پروژه حاضر شاسي ميني‌بوس كروز محصول گروه صنعتي ايران خودرو مورد تحليل قرار مي‌گيرد. مشخصات اين خودرو به قرار زير است:

n موتور
§ مدل: ديزلي با تزريق مستقيم مجهز به توربو شارژ و اينتر كولر (EURO I) D4AL
§ قدرت موتور: 3400/115 (hp/rpm)
§ حداكثر گشتاور موتور: 2000/29 (kgm/rpm)
§ تعداد و آرايش سيلندرها: 4 خطي
§ حجم كل سيلندرها: cc3298
§ نسبت تراكم: 17.5:1
§ تعداد و آرايش سوپاپها: 8 عدد

n گيربكس
§ مدل: M 3S5-5.181
§ كلاچ: F 202 تك صفحه‌اي خشك هيدروليكي

n ابعاد
§ طول كلي: mm 6255
§ عرض كلي: mm 1995
§ ارتفاع كلي: mm 2660
§ فاصله بين دو محور (اول و دوم): mm 3350
n تجهيزات داخل اتاق
§ بخاري: 1 عدد جلو و 2 عدد عقب
§ چراغ سقفي
§ سيستم تهويه
§ كولر انتخابي
§ صندلي: 1+17
n محورها
§ جلو: FLD-2.2 ثابت
§ عقب: HDPIC 6.166 فعال و از نوع هيپوئيدي
§ نسبت اكسل عقب: i=6.666

n سيستم تعليق
§ جلو: فنر تخت+2 عدد كمك فنر تلسكوپي+موجگير
§ عقب: فنر تخت+2 عدد كمك فنر تلسكوپي+موجگير

n تاير: 7.00×16
n رينگ: 5.50×16
n سيستم ترمز:
§ ترمز سويس: هيدروليك با بوستر خلا ـ كاسه‌اي
§ ترمز دستكي: مكانيكي
§ ترمز موتور: خلائي
n سيستم الكتريكي
§ برق مصرفي: v 24
§ باطري: 12.77 × 2 (V/Ah)
§ دينام: 24V/60A
§ استارت: 24V/3.2 kw
n فرمان: مكانيكي يا هيدروليكي (انتخابي)
n ابعاد شاسي: mm 170×63×5500
n اوزان
§ وزن خالص ميني‌بوس: 3560 (KG)
§ بار مجاز روي اكسل جلو: 2200 (KG)
§ بار مجاز روي اكسل عقب: 4100 (KG)
§ وزن خالص مجاز ميني‌بوس: 5500 (KG)
n ظرفيت مخزن گازوئيل: 100 ليتر
n حداكثر سرعت: 103
n حداكثر ميزان بالا روي از شيب: 47%

 

[مربوب]

5-1- روش اجزاي محدود
روش اجزاي محدود يك روش عددي است كه مي‌توان آنرا براي حل مسائل متعدد و متنوع مهندسي در حالات مختلف پايدار، گذرا، خطي يا خيرخطي مانند تحليل تنش، انتقال حرارت و جريان سيال به كار برد. اين روش كه ريشه‌هاي آن به سالهاي اوليه 1900 ميلادي بر مي‌گردد، عملاً در دهه 60 ميلادي به صورت كلاسيك مدون و داخل مباحث مهندسي به خصوص مهندسي مكانيك و عمران شد و در دو دهة پاياني هزارة دوم به طور شگفت‌آوري در مراكز علمي و صنعتي جهان رسوخ نمود.
بدون شك روش اجزاء محدود انقلابي در صنعت جهان و نحوة نگرش به تحليل و طراحي بوجود آورد. حل مسائلي كه توسط روش معمولي تحليلي غيرممكن مي‌نمود، قابليت مدلسازي پروسه هاي واقعي صنعتي با كمترين ساده سازيها، توانمندي روش در ارائه نتايج قابل اطمينان، كاهش هزينه‌هاي سنگين تست‌هاي عملي در پروسه‌هاي طراحي، سرعت بالاي روش در حل مسائل بالاخره افزايش قابليت اطمينان و ايمني در طراحي باعث گرديد تا اين روش به عنوان جزء لاينفك پيشرفت صنعتي درآيد.
نرم‌افزارهاي تجاري اجزاء محدود با هدف پاسخ به نيازمنديهاي علمي و صنعتي، طراحي و به بازار ارائه گرديدند. تعداد و تنوع اين نرم‌افزارها امروزه به حدي رسيده كه نمي‌توان به راحتي يكي را انتخاب نمود. گرچه قابليتها و توانمنديهاي اين نرم افزارها متفاوت است، اما در بسياري از تحليل‌ها مشابه و يكسان مي‌باشند.
از جمله اين نرم‌افزاها مي‌توان به ADAMS , PATRAN , NASTRAN , ABAQUS , ANSYS , Cosmos , Working Model اشاره كرد. در پروژه حاضر چندين نرم‌افزار مختلف مدلسازي و تحليل همچون ANSYS , Cosmos Works , MSC. Nastran , Solid Works بكار گرفته شده و از امكانات جداگانة هر يك استفاده مي‌گردد. همچنين نتايج تحليل‌هاي يكسان انجام شده توسط هر يك با بقيه مقايسه مي‌شود.

 

[مربوب]

در ابتدا به صورت مختصر با روش اجزاء محدود آشنا مي‌شويم. به طور كلي براي حل مسائل فيزيكي سه روش موجود است:
1- روش تحليلي دقيق (Exact Solution)
2- روش عددي (Numerical Solution)
3- روش تجربي (Experimental Solution)
در روش دقيق همانگونه كه از نام آن مشخص است، به محاسبة دقيق پارامتري معادلات ديفرانسيل حاكم بر ميدان‌هاي فيزيكي همچون ميدان حرارتي، ميدان تنش، ميدان الكتريكي و ... مي‌پردازند. در حاليكه در روش دوم به حل تقريبي و عددي اين مسائل پرداخته مي‌شود.
روش تجربي يا آزمايشگاهي نيز با توجه به اينكه مبتني و بر گرفته از خود واقعيت مي‌باشد، روشي مناسب محسوب مي‌گردد.
در اين ميان روش حل عددي كه اجزاء محدود زير مجموعة آن مي‌باشد، جزء يكي از پر كاربردترين روشهاي مورد استفاده در حل مسائل مهندسي است.
از جمله مزيتهاي حل عددي خصوصاً اجزاء محدود نسبت به روشهاي ديگر به شرح زير مي‌باشد:
1- ضعف عمدة روش آزمايشگاهي، پر هزينه و زمانگير بودن آن مي‌باشد. در حاليكه در روش حل عددي اينچنين نيست.
2- روش حل دقيق از تحليل مدلهاي هندسة پيچيده عاجز است و تنها روشهاي حل عددي به خصوص اجزاء محدود در اين زمينه كارگشااست. به عنوان مثال محاسبة تنش ماكزيمم درميل لنگ اتومبيل و ...
3- در حل مسائلي كه شرايط مرزي كمي پيچيده مي‌شود نيز حل دقيق ناتوان است و تنها روشهاي مرسوم عددي در حل اين نوع مسائل بكار مي‌رود. همچون تحليل استحكامي پرة توربين بادي در اثر بارهاي آيرو ديناميكي وارد بر آن.

روش اجزاء محدود
اصطلاح اجزاء محدود براي اولين بار توسط Clough در سال 1960 جهت حل مسائل الاستيسيته دو بعدي به كار گرفته شد. هر چند اولين شخصي كه عملاً از اين روش در حل مسائل پيچش استفاده نمود كورانت (Courant) در سال 1943 است.
در روش اجزاء محدود غالباً مسائل فيزيكي به كمك معادلات ديفرانسيل حاكم بر سيستم و يا به كمك كمينه نمودن انرژي پتانسيل حل مي‌شوند. روش كار بدين صورت است كه كل مدل هندسي به اجزاء ريزتري به نام المان تقسيم مي‌شود. هر المان خود داراي گره‌هايي است كه مقادير ورودي (بارگذاري و شرايط مرزي) و خروجي (نتايج) به آنها اختصاص داده مي‌شوند.
هر المان داراي يك رفتاري است كه به آن تابع شكل مي‌گويند و مقدار درجة آزاري (مثلاً جابجايي: U) در هر ناحيه از المان را مشخص مي‌كند. شرط اصلي انتخاب تابع شكل مناسب، قابليت ارضاء شدن شرايط مرزي توسط آن تابع است، كه مي‌تواند اين تابع درجه يك، درجه دو و يا هر تابع ديگري باشد. قابل ذكر است نرم‌افزارهاي اجزاء محدود غالباً از توابع چند جمله‌اي يعني (axn+bxn-1+…) براي تعريف تابع شكل استفاده مي‌كنند.