Analiza numerică a structurilor - arc cilindric elicoidal

PROBLEMATICA TEMEI

În prezenta lucrare, vom analiza un arc elicoidal cilindric pentru suspensie de spate, de bicicletă, atât din punct de vedere al deformației totale cât și a stresului echivalent care apare la o încărcătură maximă de 300kg.

Arcul elicoidal exista din secolul 15 (arcul de otel din 1857) si este utilizat pana in ziua de astazi intr-o multime de aplicatii. Industria auto si moto au ca element principal al suspensiilor arcul elicoidal. Acestea sunt fabricate dintr-o varietate de materiale elastice, cele mai comune fiind din otel insa exista si o alta multitudine de materiale.

Atunci când asupra unui arc actionam cu o forta care produce comprimarea sau intinderea sa (pull-shock - Fox DYAD), acesta din poziția de repaus, exercită o forță de reactiune opusa fortei de actionare, proporțională cu distanta pe care acesta este deformat. Constanta arcului este data de raportul dintre forta care actioneaza asupra lui si deformatia elastica a acestuia. Practic noi putem cunoaste forta cu care actionam asupra arcului si deformatia pe care aceasta o produce asupra lui. In cadrul mecanismului de suspensie al bicicletelor forta aplicata asupra arcului este “filtrata” prin mecanismul basculei cadrului (la furca este directa). Indicele de elasticitate al arcului este dat de valoarea exprimata prin lbs/in sau N/mm.

Atunci cand o forta actioneaza pe directia de functionare, fie ca acesta este un arc elicoidal sau o camera presurizata, arcul inmagazineaza energie.

Arcurile, indiferent de materialele din care sunt realizate (Otel carbon, Otel inalt aliat) prezinta aceleasi caracteristici mecanice. Elementele care le pot diferentia sunt volumul, masa si rezistenta la coroziune.

Materialul din care este confecționat arcul este oțel inoxidabil 1.1200 corespunzator EN 10270-1 SH/DH, conform DIN2076.

Fig. 1. Metoda de confecționare a arcurilor la rece

Tabel 1. Compozitia chimica EN 10270-1 SH/DH

%C %Si %Mn %P %S %Cu

DM/DH 0,45-1,00 0,10-0,30 0,50-1,20 Max. 0,20 Max. 0,025 Max. 0,12

DM - arc dinamic cu rezistență medie la tracțiune;

DH - arc dinamic cu rezistență ridicată la tracțiune.

Ansamblu din care face arcul este de Suspensie spate Kind Shock KS-260, 165 mm 300kg.

Fig. 2 Suspensie Spate pentru bicicletă

Pentru o greutate maximă de 300kg, asupra arcului va acționa o forță de aproximativ 2890 N, luând în considerare accelerația gravitațională de 9,8 m/s2.

Dimensiunile arcului pot varia, însă se vor lua în calcul următoarele valori:

Fig. 3 Schema tehnică a arcului

D - 22 mm

De - 26 mm

Di - 18 mm

d - 8 mm

L - 82,5 mm

n - 6

unde,

D - diametrul intermediar

De - diametrul exterior

Di - diametrul interior

d - diametrul sârmei

m - distanța dintre spire

L - lungimea totală

n - numărul de spire

m=(L-d)/n, m = 12,41 mm

Caracteristica arcului servește pentru a evalua proprietățile arcului, al cărei forță F reprezintă dependența deplasării arcului. Raportul dintre forța arcului și deplasarea arcului se numește constanta arcului. La arcurile elicoidale cilindrice se alcătuiește o legătură liniară. Deasemenea este posibil ca prin modificarea diametrului sârmei, diametrului spirei sau a distanței dintre spire să genereze o curbă progresivă.