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小牛N1S新版车架加固及机械结构原理解释和建议

03-19 车架加固

    一直有车友要求做一套小牛N1S的车架加固组件,直到有车友直接把车架给我邮寄过来让我做研究用,我真的没办法在拖延了。一直不想动手,因为对电动车不怎么感冒,可真的到动手的时候才发现这个还真不是有车架就行的,然后脑袋一热直接搞了辆整车。等我拿到整车的时候,才发现这辆车对于我这样体重奔向200的人来讲不加固简直是不能骑行的。由于习惯了驾驶暴力了,跑起来尤其到烂路的时候感觉要散架了一样。那么好吧!动手全拆。
   小牛NIS的车架的钢管用的实在太薄了,可能电动车就这标准吧!跟摩托车的车架强度还是没法比的,由于国标关于电动车重量的限制,看来厂家还是动足了脑筋。小牛的车架结构设计还不错,就是强度太牵强了。尤其上图部分,很多小牛车架都是因为撞车或者过炮弹坑在右侧尖头位置弯曲掉的。车架加固这个问题是必须解决的,否则受力变形,车架就报废了。
     先看一下当车遇到撞击的时候的力学分析,由于车轮通过龙头连板位置的连接点,给龙头立管施加了数倍撞击力的力度在立管上(因为杠杆原理,撞击力要被数倍放大)。如果靠车架立管去化解这个力量那么就会造成车架立管支撑管的弯曲。事实也证明很多车架的损坏也是这个地方。加强车架首先我们就要考虑加强这个地方,如何化解这个力道!并不是钢板越厚越好,在尽量减少增加重量的情况下,由力学结构去化解那才是合适的。
    由于钢材的力学特性是抗拉不抗压,我们在设计结构的时候就要尽量让钢板承受拉力而不是压力,而众所周知的稳定力学结构是三角支撑结构,那么就有上图的结构。当前轮受到冲击的时候,冲击力会通过杠杆作用到龙头立管上,而两侧钢板通过三角支撑结构,对龙头立管施加了反向拉力。当两侧钢板受到拉力的时候会产生向两侧的张力,这时候通过两个钢板之间的连接板将其抵消掉。这样就形成了一个力学笼式机构,让龙头受到的冲击力不断在转换中抵消掉。而不是采用厚钢板直接在背后焊接成筋板的直接力学对抗,那样只会让龙头变得生硬缺乏韧性!而且像上图简单的受力变形试验一样,在立管支撑管后面焊接两侧钢板的变形跟上图会是一致的,不信的车友可以自己做个试验,也就是靠后面加钢板的方式难以起到结构强度的作用,除非把钢板搞得很厚,但那又会引入龙头头重脚轻的新问题。
    龙头支撑管的下半部分同样设计了三角支撑结构,这个无需多说。由于龙头的撞击力会传导到立管支撑管的根部,而小牛N1S的车架这个地方的力学结构是糟糕的!在加固的时候,我们考虑使用横管加固,可现实是市面上能买到的方管规格在刚好放进这个空间位置中的现成规格是没有的,无奈只好跟厂家定做了一些加厚合适规格的方管。幸好我本身就是做机械设备的,要不这一块也得像其他搞加固的一样,因为买不到合适材料而妥协。
    通过力学结构和充分利用钢材的力学特性,尽管只是采用了5mm厚的钢板但是足可以起到单纯在背后焊接两块厚钢板结构数倍强度的目的,我说过加固车架不是造坦克钢板越厚越好。本来我出来这个方案后,车行的朋友说那些玩车的几个真正懂力学结构的,他们只看钢板厚不厚,料大不大!你这样是卖不动的。可卖不动又如何!玩车的本意就是追求极致!做了十几年振动设备的设计,我搞成那种无知的做法,让同行知道了还不被笑掉大牙!有失专业水准。本来我想加固到这就好了,可无奈车友一直要求我继续搞!
   厂家本来在此设计了双管结构,但是两个管之间缺乏有效的连接致使本来强度更高的双管结构并没有起到太多作用。这里的加固很简单,用合适钢板将两根管连接起来就可以起到数倍的加强作用。大多数车行的加固也是这样加固的,只是开孔方式不一样。开成长条孔,那等于自废武功!在力学结构里面长条孔是可变形孔!而用来对抗应力变形的要么圆孔要么椭圆孔。我们知道古代一直延续到今天的石拱桥,都是采用的椭圆结构。小小的石拱桥能抵抗数十倍的重量得益于椭圆的独特力学分解能力。在此为什么开椭圆孔,不用多说了吧!还是充分考虑力学结构原理。
    本来加固好了前面,就不想做后面的加固了,可是总有车友说还是设计一下吧。看过车友发过来的图,车架管子的位置贴了一侧钢板真是刷新了我的认知。单侧钢板结构形成不了稳定的力学结构的,为什么龙头的加固板上面要加横向钢板钎焊连接,因为要抵抗掉横向的张力。就像前面做的简单力学变形试验一样,你弄一个纸壳条往下压一下就明白了,如果说龙头立管两侧焊接钢板还有办法补救的话,那么这种单侧钢板加固的方式本身就有点画蛇添足的意味。(如下图),如果单侧钢板可以起到足够的强度,那么车企就不会使用圆管做车架了。
 
   在力学结构里钢板的厚度方向抗变形能力是最差的,除非你搞足够厚的钢板。但。。。那又会徒增太多的重量,我说过搞车架加固不是造坦克,靠材料的力学特性和好的力学结构来解决受力问题那才是好的方向。当车架后面受到压力的时候,变形会发生在在车架最薄弱的地方弯管处。就像上图所示一样,在圆管边缘焊接两个钢板条,那是没有意义的。如果钢板是万能的那这个世界上也不会既存在板材又存在型材两种分类了。
    使用圆管加固这个地方的难度系数是巨大的!两个弧面想贴合到合适焊接的缝隙靠手工去打磨就是不可能的事情,这个地方是在立体制图软件上生成相交线数据,再由线切割完成弧面切割而来。钢管不值钱但是加工费高的惊人,可是加固又怎么可以为成本而妥协呢?对于我这样自己就有数控钢板切割设备的主儿,切两个钢板条那就不是事儿!!!可什么地方用什么样的结构这个是结构力学决定的,一眼就能看出来的谁好谁劣,麻烦外行人就不要拿自己的无知到处黑了。要不遮羞布被扯开的时候,真的很难看。
有很多车友不懂这个东西怎么用,其实很简单看一下下图结构就懂了。电池仓侧面的钢板与后面的双横管相链接,利用角件的强度和杠杆原理充分结合原车车间结构形成稳定的力学结构对这个位置进行加固。
   从车架另外一侧看上去,这个地方是这个样子的!由于这个地方空间狭小,也只有充分利用原车结构才能得到更好的效果,而往往不妥协的代价就是成本上升。小小的东西,同样需要测绘后由三维制图软件展开后得出轮廓形状,在数控切割机上下好形状,在由折弯机完成折弯动作。这对于没有设备的修车铺来讲,这些都是没有办法完成的事情,也只能切割个钢板妥协了。
    一套加固件,我动用了数控钢板切割机用来切割钢板的外形轮廓,动用了线切割切割圆管的相交弧面,动用了剪板机切割钢板之间的小连接板,动用了折弯机来制作角加固件,还定制了加厚方管以解决空间位置上市面上没有合适材料的问题!当然用来方管尺寸切割的设备还是数控带锯床。。。。。。单纯的用钢板做加固件,我只需要用数控钢板切割机切一下钢板即可!有车行在群里说便宜没好货,可是连数控钢板切割机都没有的改装店,拿什么资格来谈成本这样的事情。我做了这么多的工序仅仅只是不想为成本妥协,即便这样,这个价格利润相对主业来讲也是可观的!那单纯切下钢板,我能做到的成本可想而知了,非对等的能力条件下奉劝有些车行别再黑了,对于我来讲这就是娱乐,别让我把这个搞成白菜价。

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博客主人Mechenqi
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