Designreport Suspension System

Structure

1. Concept and Construction

2. SIMPACK MBS Model

3. Rods

20.04.23Designreport Fahrwerk Folie 2

Concept and Construction

multi link suspension system with pullrods characteristics of the suspension system


Kinematische Größe Zeichen WertRadstand l 1555 mmSpurweite Vorderachse bVA 1226 mmSpurweite Hinterachse bHA 1260 mmSpreizung σ 8°Lenkrollradius rS 14 mmSturz Vorderachse -0,3°Sturz Hinterachse -2,3°Nachlaufwinkel 8,2°Nachlaufstrecke nk 40 mmNachlaufversatz n -0,5 mmVorspur Vorderachse δV 0,5°Vorspur Hinterachse (Nachspur) δV -0,4°Rollzentrumshöhe der Vorderachse hRZVA 57 mmRollzentrumshöhe der Hinterachse hRZHA 34 mmSpurweitenänderung pro Radseite Vorderachse ΔbVA 5,5 mmSpurweitenänderung pro Radseite Hinterachse ΔbHA 3,2 mm

Concept and Construction

multi link suspension system with pullrods suspension outside of the chassis


MBS Modell

MBS Tool SIMPACK is used MBS model of the 2010 car kinematics of the suspension system roll and pitch rate max. forces at joints


MBS Modell - kinematics of the suspension system

camber to wheel travel


-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Rad

hub

[mm

]

Sturz [°]

Sturz VA

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

Radh

ub [m

m]

Sturz [°]

Sturz HA

front rear


toe in/toe out to wheel travel


front rear

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

-0,5 0 0,5 1 1,5

Rad

hub

[mm

]

Vorspur [°]

Vorspur VA

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

-2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5

Rad

hub

[mm

]

Vorspur [°]

Vorspur HA


camber to steering rod travel


-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

0 20 40 60 80

Stu

rz [°

]

Schubstangenweg [mm]

linkes Rad (innen)

rechtes Rad (außen)

MBS Modell – roll rate

steady state


yy amF

yaF

yiF

yiF

yaF


camber and roll rate to lateral acceleration roll rate: 1,9 °/g


-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 0,5 1 1,5

Win

kel

[°]

Querbeschleunigung [g]

Rad VA L

Rad VA R

Rad HA L

Rad HA R

Wankwinkel

Rad camber rate [°/g]VA L -0,38VA R 0,55HA L -0,74HA R 0,81


checking lifting of center of gravity

→ no lifting


0,22

0,24

0,26

0,28

0,3

0,32

0,34

0,36

0 0,5 1 1,5

Hö

he

[m]

Querbeschleunigung [g]

Schwerpunkthöhe

Höhe VA

Höhe HA

MBS Modell – pitch rate

up to 1,5 g deceleration


xx amF

xvaFxhaF

xvaF

MBS Modell – pitch rate

Pitch rate to deceleration pitch rate: 1,3 °/g no lifting of center of gravity


-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 0,5 1 1,5

Nic

kwin

kel

[°]

Bremsverzögerung [g]

Nickwinkel

0,22

0,24

0,26

0,28

0,3

0,32

0,34

0,36

0 0,5 1 1,5Hö

he [m

]

Bremsverzögerung [g]

Schwerpunkthöhe

Höhe VA

Höhe HA

MBS Modell – max. forces at joints

forces due to cornering (up to 1,5 g) [N]


Radaufhängung VA L VA R HA L HA RQuerlenker O V 426 -575 119 -114Querlenker O H 146 -254 198 -668Querlenker U V -1047 806 -541 -566Querlenker U H -484 -787 -734 -784Spurstange 270 130 212 115Druckstange -1066 -1591 -1125 -2025

forces due to deceleration (up to 1,5 g) [N]Radaufhängung VA L VA R HA L HA RQuerlenker O V 823 856 365 391Querlenker O H -573 -590 -102 -105Querlenker U V -3024 -3151 -1195 -1277Querlenker U H 1961 2024 -680 -733Spurstange 637 652 353 354Druckstange -1630 -1702 -1186 -1255

forces >0 → pulling

forces >0 → pushing


forces due to shoks

simulation of an shock due to curbs (100 mm high) with an speed of 100 km/h

→ worst case



forces due to shocks[N]


forces >0 → pulling

forces >0 → pushing

Radaufhängung VA L HA LQuerlenker O V 417 -76Querlenker O H 409 297Querlenker U V -2493 -792Querlenker U H -2767 -1418Spurstange 672 311Druckstange -5613 -2315

approximation of max. forces at joints and rods to 5000 N

Rods – Construction an concept

CFK tubes with Al Inserts Joints with M6 left and right threads


Rods – Construction an concept

CFK tubes with Al Inserts Joints with M6 left and right threads


Gelenk SALK 6

Gelenk SAK 6

Mutter M6 - RH

Carbonrohr

Insert LH

Mutter M6 - LHInsert RH

Rods - Calculation

calculation of the joint thread


M5:

Spannungs-querschnitt: AS.M5 14.2mm

2: ->statische Festigkeit

Kern-querschnitt: A3.M5 12.69mm

2: ->dynamische Festigkeit

Zugspannung: σz.M5F

AS.M5: σz.M5 3.521 10

8 Pa

Sicherheit: SM5

Rp0.2St52

σz.M5: SM5 0.71

M6:

Spannungsquerschnitt: AS.M6 20.1mm

2: ->statische Festigkeit

Kernquerschnitt: A3.M6 17.89mm

2: ->dynamische Festigkeit

Zugspannung: σz.M6F

AS.M6: σz.M6 2.488 10

8 Pa

Sicherheit: SM6

Rp0.2St52

σz.M6: SM6 1.005

Gewinde der Gelenkköpfe

Berechnung nach:Niemann, G; Winter, H; Höhn, B.-R.: Maschinenelemente Band I, Springer Verlag, BerlinHeidelberg, 4., bearbeitete Auflage, 2005, S. 431 ff

Kraft: Zug/Druck: F 5000N:

Werkstoffkennwerte:

St 52-3: RmSt52 510N

mm2

: Rp0.2St52 250N

mm2

:

C45: RmC45 560N

mm2

: Rp0.2C45 270N

mm2

:

Erforderlicher Querschnitt:

Sicherheits-faktor:

SF 1.2:

St 52-3: AS.St52 1.23 FSF

Rp0.2St52: AS.St52 29.52 mm

2

AS.C45 1.23 FSF

Rp0.2C45: AS.C45 27.333 mm

2C45:

Rods - Calculation

calculation of the thread of the inserts


Gewinde der Alu Inserts - Flächenpressung im Gewinde

Berechnung nach:Niemann, G; Winter, H; Höhn, B.-R.: Maschinenelemente Band I, Springer Verlag, BerlinHeidelberg, 4., bearbeitete Auflage, 2005, S. 434 ff, 456

Kraft:

Zug/Druck: F 5000N:

Werkstoffkennwerte:

ISO 7022: Rm 450N

mm2

: Rp0.2 422N

mm2

: pzul 370N

mm2

:

mögliche Werkstoffe: AlZnMgCu0,5 ISO 7022AlZnMgCu1,5 ISO 7075AlCuMg1 ISO 2017

Flächenpressung (Theorie):

pF

Ap i:

ApAP Projektionsfläche eines Gewindesganges

Ph Steigung

d2 Flankendurchmesser

H1 Gewindetiefe

m Gewindelängei Gewindegänge

im

Ph:

Ph

AP π d2 H1: d2

pF Ph

π d2 H1 m:

Ph

M5:

M6:

Steigung: Ph.M6 1mm:

Flanken-durchmesser:

d2.M6 5.35mm:

Gewindetiefe: H1.M6 0.541mm:

Gewindegänge: iM6 10:

AP.M6 π d2.M6 H1.M6: AP.M6 9.093 mm2

Pressung: pM6F

AP.M6 iM6: pM6 54.988

N

mm2

Sicherheit: SM6

pzul

pM6: SM6 6.729

Gewindelänge: mM6 iM6 Ph.M6: mM6 10 mm

Rods - Calculation

calculation of the tubes, comparison of steel, Al, CFK


Knicklast der Querlenker

Werkstoffkennwerte:

Stahl: ESt 210000N

mm2

: ρSt 7850kg

m3

: RSt 270N

mm2

:

Aluminium: EAl 70000N

mm2

: ρAl 2700kg

m3

: RAl 120N

mm2

:

Streckgrenze für AlMg3

Carbon: EC 74000N

mm2

: ρC 1500kg

m3

: RC 1300N

mm2

:

Flächenträgheitsmomente:

RaSt 7mm: RiSt 4mm:Stahl:

ISt

π RaSt4

RiSt4

-

4:

ISt 1.685 109- m

4

Aluminium: RaAl 7mm: RiAl 4mm:

IAl

π RaAl4

RiAl4

-

4:

IAl 1.685 109-

m4

RiC 8mm:Carbon: RaC RiC 1mm+:

IC

π RaC4

RiC4-

4:

IC 1.936 109-

m4

FKSt 13966.777N

Kleinste Knicklast:

Länge: l 500mm:

Stahl: FKSt

2ESt ISt

l2

:

Aluminium: FKAl

2EAl IAl

l2

: FKAl 4655.592N

Carbon: FKC

2EC IC

l2

: FKC 5655.855N

Gewichtsvergleich:

Stahl: Volumen: VSt RaSt2

RiSt2-

l: VSt 0.052L

Masse: mSt VSt St: mSt 0.407kg

Aluminium: Volumen: VAl RaAl2

RiAl2-

l: VAl 0.052L

Masse: mAl VAl Al: mAl 0.14kg

Carbon: Volumen: VC RaC2

RiC2-

l: VC 0.027L

Masse: mC VC C 0.040kg+: mC 0.08kg

0.04kg sind von den Alu Inserts

→ 2010 car

Rods - Calculation

calculation of the tubes, comparison of steel, Al, CFK


Festigkeit

Kraft: FN 5000N:

Stahl: Fläche: ASt π RaSt2

RiSt2-

: ASt 1.037 10

4- m2

Spannung: σSt

FN

ASt: σSt 4.823 10

7 Pa

Sicherheit: SSt

RSt

σSt: SSt 5.598

Aluminium: Fläche: AAl π RaAl2

RiAl2-

: AAl 1.037 10

4- m2

Spannung: σAl

FN

AAl: σAl 4.823 10

7 Pa

Sicherheit: SAl

RAl

σAl: SAl 2.488

Carbon: Fläche: AC π RaC2

RiC2-

: AC 5.341 10

5- m2

Spannung: σC

FN

AC: σC 9.362 10

7 Pa

Sicherheit: SC

RC

σC: SC 13.886

Rods - Calculation

calculation of the adhesive bond


Festigkeit der Klebverbindung

Berechnung nach:Niemann, G; Winter, H; Höhn, B.-R.: Maschinenelemente Band I, Springer Verlag, BerlinHeidelberg, 4., bearbeitete Auflage, 2005, S. 353 ff

Werkstoffkennwerte:

Kleber: τzul 10N

mm2

:

Geometrische Daten:

RiC 8mm:Radien: RaC RiC 1mm+:

Länge: l 18mm:

Umfang: u π 2 RiC: u 0.05 m

A u l: A 904.779 mm2Mantelfläche:

Beanspruchung:

Zugkraft: F 5000N:

Schubspannung: τSF

A: τS 5.526

N

mm2

Sicherheit: Sτzul

τS: S 1.81

Rods – Tests of the adhesive bond

tensile tests of some test tubes Ø 14 mm

Ø 18 mm

two glues Loctite 9466 A&B

Macroplast UK 1366 B10

two inserts 18 mm

23 mm

one unprepared sample



tensile tests



tensile tests of some test tubes Ø 14 mm

Ø 18 mm

two glues Loctite 9466 A&B

Macroplast UK 1366 B10

two inserts 18 mm

23 mm

one unprepared sample



test report


ID Rohr Ø Insert Kleber gemessene Kraft [N] berechnete Kraft [N]*Bemerkung

1 14 kurz (18 mm) 9466 11198 12000 an RH Seite ausgerissen2 14 kurz (18 mm) Macroplast 4834 12000 an RH Seite ausgerissen

3 18 kurz (18 mm) 9466 14072 18000 an LH Gewinde gerissen4 18 kurz (18 mm) 9466 14299 18000 an LH Gewinde gerissen5 18 kurz (18 mm) Macroplast 8710 18000 an RH Seite ausgerissen6 18 kurz (18 mm) Macroplast 8070 18000 an RH Seite ausgerissen

7 18 lang (23 mm) 9466 - 220008 18 lang (23 mm) 9466 11619 22000 an Insert eingespannt9 18 lang (23 mm) Macroplast - 22000

10 18 lang (23 mm) Macroplast - 22000

11 14 kurz (18 mm) 9466 2769 12000 unbehandelt


test report



the thread of the samples 3 and 4 broked at 14000 N the adhesive bonds are ok



samples with macroplast glue were not ok adhesive bonds of Ø 14 tubes is to weak


Sample-ID: 1 3 5 7 8 112

no damage of the adhesive bond

Rods – Interpretation

so we use: Ø18 mm CFK tubes 18 mm Al inserts with M6 threads Loctite 9466 A&B preparation of the adhesive surfaces

• sandblasting

• sanding

• cleaning


20.04.23 Folie 32

20.04.23 Folie 33

Designreport Suspension System

Documents

Transcript of Designreport Suspension System