Takaiskarien kulma ja kiinnitys

[Lyytinen]

Koska asiaan ei tainnut tulla konsensusta, ajattelin laskemalla selvittää asian. Momenttivarren pituus vaikuttaa toki, mutta yhtä suuri merkitys on myös iskarin kulmalla pystysuoraan tasoon nähden. Tai oikeastaan swingin suuntaan kohtisuoraan olevaan suuntaan, tässä oletetaan, että swingi on vaakasuorassa. Ensiksi merkinnöistä:

Fp = taka-akselille vaikuttava paino (150 kg massalla noin 1500 N)
F = iskarin alapään kohdalla suoraan ylöspäin vaikuttava voima
Fj = iskariin iskarin suuntaisesti vaikuttava voima (lyhyemmin iskariin vaikuttava voima)
ls = swingin pituus taka-akselin keskeltä swingin akselin keskelle (tässä 400 mm)
l = iskarin pituus (tässä 254 mm)
a = iskarin yläpään etäisyys vaakatasossa swingin laakeripisteestä, tässä 100 mm
dx = iskarin alapään etäisyys yläpäästä vaaka-tasossa, positiivinen suunta taka-akselia kohti
alpha = iskarin kulma pystytasoon nähden

Ensiksikin, koska F on Fj:n pystysuora komponentti, Fj = F / cos(alpha). Toisaalta trigonometriasta alpha = arcsin(dx / l). Toisaalta vipuvarsista tiedetään, että F = Fp * ls / (dx + a). Yhdistämällä nämä saadaan seuraava kaava:

Fj = (Fp * ls) / ((dx + a) * sqrt(1 - dx^2 / l^2))

Ohessa on ylläolevilla datoilla ja dx:n käydessä -5 sentistä (iskarin alapää lähempänä swingiä kuin yläpää) 25 senttiin piirretty kuvaaja. Siitä nähdään minkälainen voima iskariin kohdistuu kun 150 kg on taka-akselin päällä. Huomioitavaa on, että voima ei ole minimissään arvolla dx = 0 eli kun iskari on täysin pystyssä. Toisin sanoen se ei ole silloin jäykimmillään. Vähiten näyttäisi iskariin kohdistuvan voimaa (eli jousitus olisi jäykin mahdollinen ko. jousella) kun se alapää on noin 16 cm taaempana kuin yläpää, eli se olisi silloin noin 40 asteen kulmassa. Mutta tämä kuvaajan muoto ja eksaktit arvot riippuvat jonkin verran yleisestikin jousituksen geometriasta, eli arvoista ls, l ja a (dx:n lisäksi tietenkin).

Edit: lisäystä sen verran, että kuvasta nähdään, että siinä on noin 5 senttiä kumpaankin suuntaan pelivaraa, että sanottavasti muutosta tapahtuisi. Noista rajoista kun poiketaan niin perästä tulee löysempi.

[ma^ko]

Tuostakin käy selkeästi ilmi se, että jos kallistetun iskarin joka on ollut ilman vipuvartta kääntää pystyksi ja vipuvarrenkin antaa niin jousitus pehmenee rajusti. Teleskooppisen iskunvaimentimen(ei siis jousen) toiminnan kannalta on optimaalista että liike tulee mahdollisimman suoraan sen suuntaisena. Tuossa laskukaavassa on yksi arvo jolla ei ole mitään merkitystä eli yläkiinnityspisteen etäisyys vaakatasossa. Tilannetta laskennallisesti arvioidessa pitää huomioida säteettäisetäisyydet swingin akselointipisteestä.

Oikeasti merkitseviä arvoja on:
- swingin pituus eli akselipisteiden väli.
- swingin akseloinnin ja iskunvaimentajan yläkiinnikkeen välinen etäisyys toisistaan.
- alakiinnityksen sijainti swingillä
- iskunvaimentajan kulma suhteessa liikkeeseen, tulee siis kiinnityspisteiden säteettäisetäisyyden erosta.
- joustoliikeen alkukulma eli kuinka etäällä toisistaan on akselilta kiinnityspisteisiin vedetyt linjat, eli mikä on niiden välinen kulma
- vivun ja iskarin kiinnikkeen välinen kulma, eli paljonko on poikkeamaa linjalla swingin akseli/taka-akseli ja linjalla swingin akseli takaiskarin alempi kiinnityspiste.

Karkeasti arvioiden voi todeta että oleellisesti taka-akseliin nähden poikkeavasti sijoitetuksi tarkoitettu iskari ei toimi oikein. Täysin pystysuoraan asennettu iskari on itseasiassa taaksepäin kallistettu koska jos iskarin kiinnikkeet on samalla säteettäisetäisyydellä ja swingi on vaaterissa on iskari aina kallellaan eteenpäin ja silloin liike iskarijousipaketille on suora jolloin jousi on jäykimmillään.

[Taavi]

Mutta missään tapauksessa iskari ei ala pompottamaan sen takia että vaimennus ei toimisi. Vaimennus ja jousivakio ei muuta iskarin asentoa muuttamalla. Jousituskomponentit vain voidaan ulosmitata toiminnaltaan väärällä asennolla. Miksi laittaa jousia sinne perään jos niiden asennolla tehdään jousen tehtävä mahdottomaksi / turhaksi

[Lyytinen]

Tuo äsken piirtämäni käppyrä näytti vähän omituiselle niin rupesin nyhräämään tarkempaa arviota. Siitä tuli sen verran monimutkainen sotku, että mitään tähän mahtuvaa matemaattista kaavaa sille nyt ei saa (jos jotakuta kiinnostaa niin voin pistää tuon Octave/Matlab-roskan). Kuitenkin nyt tässä uudessa käppyrässä on nuo mitat niin kuin edellä, iskareina on kaksi tuollaista aiemmin mainittua FX-iskaria. Käppyrä esittää vaadittavaa voimaa (eli takalokarin päällä olevan massan saa kun jakaa tuon kymmenellä) että taka-akseli nousee pystysuunnassa 30 mm. Siinä on useita noita käppyröitä eri yläpään vaakatasossa olevalla sijoittelulla, alkaen 100 mm swingin akselista taaksepäin ja päättyy 300 mm:iin. Kuvassa mitä suurempi tarvittava voima, sitä taaempana iskarin yläpää. Tuossa käppyrässä vaaka-akseli merkkaa iskarin alapään etäisyyttä swingin suuntaisesti mitattuna.

Näissä käppyröissä ei ole nyt tehty mitään turhia oletuksia, esimerkiksi ei ole lähtötilanteessa (ei kuormaa päällä) vaadittu että swingi olisi vaakasuorassa. Tuossa korkeimmalla ulottuvassa käppyrässä itse asiassa swingi sojottaakin alaspäin kuin jossain rupulienskassa, 3 cm ja risat sieltä päästä mitattuna.

Kuvasta tehtäviä johtopäätöksiä: ainakin näillä mitoilla iskarin alapään kannattaa olla lähes swingin päässä. Samoiten iskarin yläpään tuominen taemmaksi eli iskarin nostaminen pystyyn näemmä jäykistää sitä systeemiä. Eli kylläpä ne nuo aiemmat laskelmani on ihan täyttä paskaa. Toivottavasti tällä kertaa meni oikein.

Edit: täsmennystä sen verran, että laskelmissa oletetaan, että iskarin yläpää on pystytasossa 20 cm swingin akselista ylempänä. Hankala arvikoida näitä mittoja tästä istuiltaan, jospa ne sinnepäin olisi.

[Make]

Miksi laittaa jousia sinne perään

No tähän lopputulokseen mäkin päädyin.

[Lexus]

Miksi laittaa jousia sinne perään

No tähän lopputulokseen mäkin päädyin.

Ulkonäköseikka??

[Kokkonen]

Olen joskus selannut moottoripyörän dynamiikasta kertovaa teoreettista kirjaa, taisi olla 200 sivua ja se oli täynnä erilaisia laskukaavoja. Koulujen fysiikankirjojen luokkaa. Ei siis pulmaa jota ei matematiikalla saa vielä monimutkaisemmaksi  
Mutta on mun mielestä erittäin hyvä tapa tarkastella tällaisiakin asioita.

Nuo laskelmat on tehty staattisessa tilassa. Sitten kun pyörällä lähdetään liikkeelle niin tilanne muuttuu taas. Tulee painonsiirtymää, ketjun, rattaan ja renkaan aiheuttamat voimien muutokset jotka taas riippuvat nopeudesta, sekä rattaan ja renkaan koosta.

Hyvää juttua Lyytinen ja ma^ko!

Edit:

Eli kylläpä ne nuo aiemmat laskelmani on ihan täyttä paskaa.

Ei nyt ihan noinkaan. On se aiempi vähintäänkin suuntaa antava.

[race-ace]

          No Niin

Ollaan pikkuhiljaa asian ytimessä Nyt tulee varmaan selväksi miksi niitä testi ajoja tehdään
Myös löytäekseen oikeita jousitus "ohjelmia" Nopeudessa ei aina riitä pelkkä voima vaan
täytyy se myös osata välittää


-AnA-

[ma^ko]

Edelleenkin tuo laskelma hieman sukkaa, koska oletusarvona on tietty korkeus swingistä joka todellisuudessa muuttuu aina jos kulmaa muutetaan. Oheisessa paintti töherryksessä on punauisella ne linjat joita pitkin täisyydet ja joiden väliset kulmat on ne joiden suhteen on korkeampi matematiikka suoritettava jos sitä ruvetaan suorittamaan.

[ma^ko]

Mutta missään tapauksessa iskari ei ala pompottamaan sen takia että vaimennus ei toimisi. Vaimennus ja jousivakio ei muuta iskarin asentoa muuttamalla. Jousituskomponentit vain voidaan ulosmitata toiminnaltaan väärällä asennolla.

Nimenomaan, tasapainossa oleva jousi/iskunvaimennin komponentti kyllä sinällään toimii missä asennossa tahansa mutta se toimiiko laite kyseisellä iskari-jousi yhdistelmällä onkin toinen juttu, väärä sijoitus tai asento muuttaa helposti iskarin kuorman sellaiseksi että jousitus ei toimi alkuunkaan toivotusti.

Miksi laittaa jousia sinne perään jos niiden asennolla tehdään jousen tehtävä mahdottomaksi / turhaksi

Hyvä kysymys, mulla ainakin on jousiperä ihan jouston takia. Tokihan jäykälläkin ajaa mutta kyllä toimiva jousitus(lyhyehköllä ja jäykähkölläkin joustolla) tekee ajamisestä härmän "tasaisilla" laduilla mukavampaa.

[Lyytinen]

Edelleenkin tuo laskelma hieman sukkaa, koska oletusarvona on tietty korkeus swingistä joka todellisuudessa muuttuu aina jos kulmaa muutetaan.

Itse asiassa tuossa laskelmassa on otettu se huomioon. Eli että taka-akseli ja iskarin alapään kiinnityspiste pyörivät sitä ympyrän kehää. Sen takia siitä tulikin vähän toisen näköinen kuin
tuosta aiemmasta.

[ma^ko]

Niin joo, swingin asento oli vapaa eli se säteettäismuutos toteutui. Tottakai tuo yläkiinnikkeen taaksesiirto jäykistää koska kokoon puristettava iskari siirtyy ikäänkuin pitempien varsien päähän, eli kauemmaksi "pihtien leuoissa". Ilmiö helppo demota esim sivuleikkureilla katkomalla rautalankaa, lähempänä nivelpistettä eli syvemmällä leuoissa vaatii selkeästi vähemmän voimaa.