Betriebslastenermittlung, Dimensionierung, strukturmechanische

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Leon Kuntz
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1 FORTSCHRITT- BERICHTEVW Dipl.-Ing. Eric Groß, Lüneburg Betriebslastenermittlung, Dimensionierung, strukturmechanische und fahrwerkstechnische Untersuchungen von Mountainbikes Reihe 12: Verkehrstechnik/ Fahrzeugtechnik Nr. 308 HLuHB Darmstadt I

2 INHALTSVERZEICHNIS Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Problemstellung Zielsetzung 2 2 Dimensionierung von Fahrrädern Die klassische Dimensionierung Möglichkeiten der Dimensionierung Betriebslastenermittlung Gestaltfestigkeit Betriebsfestigkeit 9 3 Ermittlung der Belastungen von Mountainbikes im Fahrbetrieb Einsatzbedingungen von Mountainbikes Anwendung von Dehnungsmeßstreifen Meßdatenerfassung Telemetrie Data-recording Vorbereiten der Meßfahrten Auswahl der Meßstellen Kalibrierung der Meßstellen Auswahl der Meßbedingungen Meßdatenaufbereitung Zeitsignalnachbearbeitung Interpretation der Meßergebnisse Ergebnisse der Meßfahrten Lenker Vorbau Sattelstütze Gabel Vorderrad Rahmen und Hinterrad Zusammenfassende Betrachtungen zu den Belastungen von Mountainbikes 44 4 Untersuchung der Betriebsfestigkeit von Mountainbikes Das Verfahren der Betriebsfestigkeitsrechnung Konzepte der Betriebsfestigkeitsrechnung Gewähltes Berechnungskonzept Untersuchte Fahrräder 47

3 VI INHALTSVERZEICHNIS 4.2 Ermitteln der Bauteilwöhlerlinien Statischer Zugversuch Schwingversuche Bestimmen der Beanspruchungen aus den Fahrbetriebsmessungen Entstehungsursachen von Belastungen Meßstellen Durchführen der Messungen und Kollektivbildung Klassierverfahren Die Lebensdauer der Mountainbikes Zusammenfassende Betrachtung zur Betriebsfestigkeit von Mountainbikes 63 5 Dynamische Messungen an Mountainbikes Experimentelle Modalanalyse Fouriertransformation und Ermittlung der modalen Parameter aus gemessenen Frequenzgängen Parameterbestimmung durch Kurvenermittlung Durchführung der Messungen Auswertung Ergebnisse der Modalanalyse Betriebsschwingformmessungen Wahl der Meßpunkte Durchführung der Betriebsschwingformmessung Betriebsschwingungen des Mountainbikes Bestimmung der Dämpfung von Fahrradrahmen Allgemeine Bestimmung der Dämpfung Dämpfung von Fahrradrahmen Zusammenfassung der Ergebnisse der dynamischen Messungen 93 6 Rechnerische Untersuchungen Spannungs- und Verformungsanalysen mit der Methode der Finiten Elemente Allgemeines zur Methode der Finiten Elemente Geschichte Theorie Elementauswahl für Fahrradbauteile Modellierung der Bauteile Linear-statische Berechnungen von Fahrrädern Rahmenvarianten Berechnung von gefederten Rahmen Berechnungen an Fahrradgabeln Klemmungen an Sattelstütze und Lenker Berechnung des Eigenschwingungsverhaltens des Gesamtfahrzeuges Rechnerische Modalanalyse Korrelation zwischen FE-vmdModataiodeU von Fahrradlahmen Zusammenfassung detergebnisse det TechnerischenModalanalyse 123

4 INHALTSVERZEICHNIS VII 6.4 Ermittlung der dynamischen Antworten auf Fahrbahnanregungen Grundlagen der verwendeten Analysenmethode Modellbildung für die Gesamtfahrzeuganalyse Durchführung der Simulation Ergebnisse der Simulationsrechnungen Federungen an Mountainbikes Fahrbahnunebenheiten als Schwingungsursache Anforderungen an Federungen Federung und Dämpfung Stoßrichtung Nachlauf Bremsnickverhalten Antriebseinflüsse Systeme der Radführung an Vorderrädern Der Nickpol Bremsnickausgleich Konstruktive Lösungen für Vorderradfederungen Bewertung der Vorderradfederungen Kinematische Optimierung von Vorderradfederungen Systeme der Radführung an Hinterrädern Konstruktive Lösungen für Hinterradfederungen Modellbildung für Hinterradfederungen Bremsnickverhalten Anti-Squat-Effekt Pedalrückschlag Kinematisches Ansprechverhalten Bewertung der Hinterradfederungssysteme Komfortmessungen an vollgefederten Mountainbikes Schwingungsrezeption und -abwehr Ganzkörperschwingungen Einfluß von Schwingungen auf die visuelle Informationsaufnahme und motorische Informationsumsetzung Hand-Arm-Schwingungen Durchführung der Messungen Strukturelle Beanspruchung des Rahmens Untersuchte Vorderradgabeln und Durchführung der Messungen Rahmenbeanspruchung und Schwingungsverhalten Bewertung der Rahmenbeanspruchung Energiebilanzieruhg bei Federungen Meßkette zur Leistungsermittlung Ergebnisse der Leistungsmessungen Zusammenfassende Beurteilung von Federungen an Fahrrädern 205

5 VIII INHALTSVERZEICHNIS 8 Prüfstandsversuche an Rahmen und Gabeln Prüfstandsversuche an Mountainbikerahmen Rahmenprüfstand Steifigkeitsmessungen an Mountainbikerahmen Dauerschwingversuche Messungen an Fahrradgabeln Gabelprüfstand Steifigkeitsmessungen an Fahrradgabeln Messungen von Kraft-Weg-Verläufen an Federgabeln Zusammenfassung der Ergebnisse der Prüfstandsmessungen Simulation der Vertikaldynamik gefederter Mountainbikes Die Motografie als Methode zur experimentellen Untersuchung von Bewegungsabläufen Die Motografie als Wegmeßverfahren Auswertung der Motografieaufnahmen Die Mehrkörpersimulation zur rechnerischen Untersuchung der Fahrdynamik Modellbildung für das Mountainbike Modellbildung des Fahrers Bestimmung der Modellparameter Durchführen der Simulation Vergleich Simulation-Messung Zusammenfassung der Ergebnisse der Untersuchung der Vertikaldynamik Zusammenfassung Ausblick 232 Anhang 233 Literaturverzeichnis 234

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