aus welchem Stahl sind Standartschnellspanner?

[CaveCanem]

Hallo

Ich sitze hier grad über einer Festigkeitsberechnung für einen Schadensfall Beleg.
Und zwar hat sch bei meinem Fully die untere Dämpferaufnahmeachse (ich hoffe ihr wisst was gemeint ist) verbogen. Da ich bei meinem Rahmen die Dämpferposition verändern kann ist diese Achse als Schnellspanner ausgelegt.
Ich nehme mal an das die Schnellspanner Standartmäßig aus Stahl sind (Alu etc wohl eher im Leichtbau), weiß wer aus welchem Stahl genau die sind? Eine Obergruppierung würde mir auch schon reichen, nur das ich ungefähr einen geeigneten Kennwert raussuchen kann.

Genau gesehen brauch ich den Kennwert für die Streckgrenze, in den Tabellen die ich gefunden fängt reicht der von 235-685 N/mm². Wenn also wer zufälligerweise den Wert für einen Schnellspanner im Kopf hat wäre das auch nicht schlecht.

danke grüße

 

[CaveCanem]

soo bin jetzt durch mit den Rechnungen, für die dies interessiert, das Ergebnis hat mich doch etwas überrascht.

ich bin von einem Fahrergewicht von 72 kg und eine Fahrgeschwindigkeit von 36 km/h (=10 m/s) mit dem das Fahrrad auf ein Bordstein zufährt ausgegangen.

Die Randspannung in N/mm² die auf die Achse wirkt errechnet sich zusammengefasst aus:

(26,93*m*v)/(d^3)

bei meinem Achsendurchmesser von 4 mm ergibt das eine Randspanung von 302,4 N/mm².
Erhöht man nun den Durchmesser um nur 1 mm erhählt man eine Randspannung von nur 155 N/mm², also fast die Hälfte. Das bedeutet also das ich mit der im Durchmesser um 1 mm dickeren Achse entweder doppelt so schnell über ein Hinderniss fahren oder doppelt so schwer sein kann um auf die gleiche Randspannung für die Achse zu kommen. Deswegen ist davon auszugehen das sich die Achse wäre sie im Radius 1-2 mm dicker wohl nicht verbogen hätte...
hätt ich nicht gedacht...

 

[Elobla]

kannst du den Begriff "Randspannung definieren?

Mich würde interessieren was für Kräfte in deinem Beispiel radial auf die Achse wirken..
Sprich: wieviel Kraft von der Wippe kommt


interessantes Thema..

 

[HardyDH]

....ich bin von einem Fahrergewicht von 72 kg und eine Fahrgeschwindigkeit von 36 km/h (=10 m/s) mit dem das Fahrrad auf ein Bordstein zufährt ausgegangen....

Hallo,
also ich weiß nicht ob die ganzen Vereinfachung die du triffst richtig sind ... hast du die Kinematik der Radaufhängung überhaupt berücksichtigt ? ... die ganze Sache dürfte wohl um einiges komplexer sein, wenn man das exakt berechnen will.

zu deiner Frage ...also die Achse, ist bei vielen Modellen wie eine Schraube, also wenn du mal mit z.B. 8.8 oder 12.9 er Schrauben rechnest, kommt das ungefähr hin.

Mit welchem Buch/Programm rechnest du ?

Fahrergewicht ist bei der Konstruktion sicher mit mindestens 80 Kg eingegangen ... und je nachdem würde ich an so einer hochbelasteten Stelle schon mit 2-Facher Sicherheit rechnen.

Ich finde die ganze Thematik aber schon recht interessant ...vor allem auch im hinblick auf die Konstruktion der Bikes. Wie kann man überschlagsmäßig kalkulieren welche Kräfte bei z.b. einem Drop an so einer Stelle wirken ? ... das sind sicher gigantische Kräfte.

mfg

 

[Hammelhetzer]

Standartenführer sind jedenfalls aus Kruppstahl.

 

[CaveCanem]

Wenn du auf eine Achse einen Kraft wirken lässt entstehen innerhalb der Achse Spannungen, welche am Rand, also außen am größten sind, deswegen hab ich nur die am Rand berechnet.
Sie ist insofern interessant da diese definiert wann ein Bauteil sich plastisch verformt oder bricht. Da sich meine Achse nur verbogen hat war für mich also die Grenze zur plastischen Verformung interessant (streckgrenze).

Im stillstand mit mir auf dem Bike wirkt auf die Achse eine kraft von:
(8/27)*m*9,81 (m=Körpergewicht)
also bei 72 kg ungefähr 209 N

für die dies interessiert, bzw die die einen Fehler in meiner betrachtung finden, hab ich mal meinen lösungweg hochgeladen, musste ihn zippen das .doc war zu groß

edit: den drop kannste eigentlich mit meinen vorberechnngen auch berechnen musst halt ab dem Punkt wo ich den impuls berechne etwas variieren.

zu den Vereinfachungen: ich habe schon einige vereinfachungen getroffen, weswegen man davon ausgehn kann das der tatsächliche Wert für die Randspannung größer sein wird, aber da der Durchmesser in der dritten Potenz eingeht wird der wohl auch bei realistischer betrachtung noch sehr großen einfluss haben.

 

[Elobla]

warum hast du bei der berechnung den Drehpunkt um die Hinterachse gelegt?
oder wo kommen die 900mm Hebel her?

und was ist denn das eigentlich für ein Rahmen?

 

[HardyDH]

Hallo,

also der Sinus auf der ersten Seite ist Falsch, es muss heißen :
F1 = FH /sin 34,5°

auf der 2ten Seite hast du Fd als Punktlast angenommen ....ist ja im Prinzip auch ne Streckenlast/Flächenpressung.


Bei genauerer Betrachtung kommen noch bisschen mehr Probleme auf:
hinterstes Gelenk nicht gleich Ausfallende
Belastung kommt z.B. bei überfahren eines Hindernisses nicht vertikal sondern eher schräg nach hinten
Kraft von der Gabel ebenfalls schräg.
...

Ansonsten echt respekt ... steckt schon bisschen Arbeit drinnen.

mfg

 

[HardyDH]

dürfte ein Specialized Enduro sein ...also von der kinematik her ?


Was ich nicht verstehe wie kommst du von F1 auf Fd ... also Momentensatz um welches Gelenk ?

 

[CaveCanem]

zu Beitrag von HardyDH:
ah stimm /sin 34,5 ... danke gleich ma änder...

Zur Punktlast, ja stimmt schon, aber der Fehler der dabei entsteht dürfte sehr gering sein da die Flächenlast gerade mal 5 mm lang wär, und wir sind bei aufgaben in techmech auch immer von Punktlasten bei der lagerung ausgegangen...

der rahmen ist ein Focus Vario von 2002

zu F1->FD, jo das hätt i woll hinschreiben sollen, i drehe um das vordere (in fahrrichtung) Gelenk der Wippe.

@Elobla: jetzt wo du es sagst, das moment durch Fv wird ja schon durch das gelenk in der Mitte aufgenommen. hm.. aber jetzt auf die schnelle weiß ich nicht wie ich die Gleichgewichtsbedingungen aufstelle wenn ich davon ausgehe das das mittlere gelenk das komplette moment von Fv aufnimmt.

 

[CaveCanem]

soo noch mal mit dem neuen F1...
wou hat sich ja einiges verändert.
ich komme nun bei meinem gewicht von 72 kg und 10 m/s auf ein sigma von 838,5 n/mm²
was daran liegt das F1 nun statt 0,3Fg nun 0,98Fg groß ist... hab die neu durchrechnete version nochmal angehängt.

 

[CaveCanem]

... es ist spät ^^

 

[jan84]

Du ignorierst die Feder der Reifen vollkommen wenn ich das (es ist spät ) richtig sehe .
Wie kommst du auf die Einfedergeschwindigkeit des Dämpfers? Geschw. an der Hinterachse ist nicht = Fahrtgeschwindigkeit. Größe des Hindernisses, Anlaufweg, Schrägfederungswinkel...

grüße

 

[CaveCanem]

zur einfedergeschwindigkeit:
der Dämpfer hat einen Federweg von 40 mm, der Rahmen laut Angabe 130 mm
die habe ich ins verhältnis gesetzt:
40/130 = v(dampfer)/v(bike)

Ja das stimmt, da es hier aber um eine Beispielrechnung geht die keinen exakten Wert ausgeben soll, habe ich einige Sachen ignoriert, oder lieber gesagt vereinfacht .
Aber ich glaube nicht das die Reifen da sehr viel Schlucken wenn es um ein größeres Hinderniss geht. Außerdem fehlen mir für so eine Berechnung auch die Steifigkeitswerte für meinen Reifen.

Der Anlaufweg ist insofern egal da ich davon ausgehe das das Bike sich mit konst geschwndigkeit auf das Hinderniss zu bewegt,somit ist es egal ob ich nun 5 oder 10 m anfahre. (wenn ich das richtig verstanden habe)

Das mit dem Auftreffwinkel ist wohl wahr, ich werde die Rechnung auch nochmal mit einem schräg auf die Aufnahme wirkenden Kraftstoß machen.
Dies wird zwar etwas an den Zugfestigkeiten ändern, aber nicht an der Schlussfolgerung das eine nur geringfügig dickere Achse gehalten hätte, da dies ja nichts an der Formel an sich ändert sondern nur die wirkende Kraft.

edit:
Ich habe mal meinen errechneten Wert (ca. 840 N/mm²) mit den Streckgrenzen einiger Stähle verglichen.
42CrMo4 besitzt eine Streckgrenze von 900 N/mm², ich habe außerdem gelesen das Steckachsen wohl aus diesem Material sind (warum also nicht au Schnellspanner), aber das ist nur eine Vermutung

 

[Yossarian]

"Standardschnellspanner" sind nur dazu da, die Achse an der Gabel zu halten. Daher sind die dünn und nur auf Zug beansprucht.
Die Hohlachsen nehmen die Biegekräfte auf. Und die können eben deswegen hohl sein, weil bei Biegung die inneren Fasern eh nix tragen.

 

[Kayn]

Aber ich glaube nicht das die Reifen da sehr viel Schlucken...

lass mal ein laufrad mit einem aufgepumpten reifen 10 meter tief fallen und ein anderes mal ohne reifen.
du wirst erstaunt sein.

 

[Schwarzwild]

lass mal ein laufrad mit einem aufgepumpten reifen 10 meter tief fallen und ein anderes mal ohne reifen.
du wirst erstaunt sein.

Das hat Kopernikus schon alles am schiefen Turm von Pisa ausprobiert.
Ergebnis: Man hat ihn als Ketzer verbrannt!
........
Mein Gott, was müssen manche Leute einsam und krank im Hirn sein, um sich über solchen o.g. Berechnungen die Zeit zu vertreiben und dabei wahrscheinlich nur einen Bruchteil der ursächlichen Faktoren und obendrein vom völlig falschen Ansatz her betrachten.
Warum machen Maschienenbauer nicht erst ein mehrjähriges Praktikum als Latrinenausleerer, bevor sie sich zum Standartenführer aufschwingen?

 

[sharky]

du wirst hier sicher keine allgemeinantwort auf die verwendeten stähle erhalten da es mehrere hundert stahlsorten gibt und viele dutzend davon für die anwendung geeignet sind. aber wenn randspannung und zugfestigkeit bei dir das selbe sein sollten und wir von grad mal 300 n/mm² dann kannst das billigsten stahl nehmen, denn die werte sind wenig bis nix. ein anständiger stahl der auch auf mechanische eigenschaften hin bearbeitet wurde kommt ausm stand locker auf 650 - 900n
ich vermute mal du hast hier ein bißchen zu viel vereinfacht bei deinen berechnungen. und es heisst standard!

 

[Elobla]

Ich habe mal meinen errechneten Wert (ca. 840 N/mm²) mit den Streckgrenzen einiger Stähle verglichen.
42CrMo4 besitzt eine Streckgrenze von 900 N/mm²

du gehst in deinem Beispiel von nem Randstein aus, und hast noch 60N/mm² Reserve..
was passiert mit der Achse wenn du von nem Meter ins flache dropst?

2-fache Sicherheit sollte schon sein..
(wobei die Zahlen eh nicht wirklich zu stimmen scheinen..)

 

[jan84]

Anlaufweg ist die (horizontal gemessene) Stecke zwischen dem Punkt wo der Reifen das Hinderniss berührt und dem dem Aufstandspunkt des Reifens. Entsprechend abhängig von der Hindernisshöhe, daraus ergibt sich auch der Anlaufwinkel. Federsteifigkeit des Reifens kannst einfach mal wenn du rechnen willst mit 100000N/m annehmen, ist nen Wert den man in (wenn auch etwas älterer) Literatur findet.
Mit Auslegungsempfehlungen wär ich aber vorsichtigt .

grüße
jan

 

[CaveCanem]

um mal ein bisschen aufzuklären:
ich mach das nicht aus langeweile oder weil ich die verbogene achse ersetzen will, der rahmen steht seit 2 jahren bei mir aufm schrank, er wird also nicht mehr benutzt.
Die ganze Sache ist für einen Beleg den ich für die Uni machen muss, bei dem es darum geht einen Schadensfall zu dokumentieren und man uns gesagt hat: sucht euch was raus was kaputt ist (oder so ähnlich).
Und die wollen halt auch eine Berechnung sehen in der man mal grob durchrechnet welche Kräfte so wirken könnten, nur damit die sehn das wir ungefähr wissen wie das geht.
Ich will also keinesfalls eine realistische Berechnung durchführen, was bei den ganzen Faktoren die hier einspielen und der Tatsache das ich keinerlei Messstände etc zur Verfügung habe auch arg kompliziert wäre.
Mich hat am Anfang der Werkstoff interessiert um einen Richtwert für meine Berechnung zu haben,um zu sehen ob ich annähernd richtig liege.

@kayn: das ein aufgepumpter reifen federt ist mir bewusst. und auch das er kräfte schluckt. Aber es ist schon ein unterschied ob du nur ein 2 kg laufrad als system siehst oder ein 80 kg Bike+Fahrer System. Dabei werden sich die Kräfte im Vergleich eher gering halten.

 

[jan84]

Gerade bei der Aufgabenstellung würde ich Einflussparameter wie eben die Federwirkung der Reifen wenigstens textlich erwähnen und anführen wo sie in welcher Form in die Rechnung einfließen. Das ist meiner Erfahrung nach wichtiger als schöne Skizzen und Rechnungen mit Zahlenwerten die eh zum größten Teil aus der Luft gegriffen sind. Ich würde sowieso erstmal alles komplett ohne Zahlenwerte machen. Verinfachen ist in Ordnung, aber nicht wenns soweit geht dass man durch die Auswirkungen um Größenordnungen daneben liegt.

All models are wrong, some are usefull. Immer dran denken .

Denk auch mal drüber nach wo der Impuls aufs Hinterrad "hingeht". Der wird mit großer Wahrscheinlichkeit auch nicht allein von der Hinterradfederung geschluckt.

grüße
jan

 

[CaveCanem]

ja da hast du wohl recht.
ich denk mal ich werde die rechnung nochmal ohne zahlen durchführen und anhand der endformel dann ableiten bei welchen Parametern Änderungen die größten Auswirkungen ergeben, wie zum Beispiel der Achsendurchmesser, da er in dritter Potenz Nenner steht, das wird sich ja auch wenn ich die Federwirkung der reifen mit reinnehme nicht ändern.
Aber ich weiß ehrlich gesagt auch nicht so richtig wie ich die Reifen rein rechnerisch reinnehme. ich nehme mal an wie eine Feder mit 100000N/m Steifigkeit, aber muss ich dann von einem komplett dynamischen System ausgehen? Also mit virtueller Arbeit oder Lagrange an die Sache rangehn?

 

[jan84]

Ob du statisch oder dynamisch rechnen willst solltest du dir bevor du anfängst überlegen.

Die Klärung dieser Fragen könnte auch der primäre Sinn der Aufgabenstellung seien. Setz dich in Ruhe damit auseinander, da bleibt einiges bei hängen.

grüße