Difference between revisions of "Adaptation du design du Long André"

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Revision as of 20:17, 25 April 2016

page externalisée pour alléger la page principale du projet Long_André.

Prioritaire

Freins

Variantes prévue: frein à disque avant seulement

Variantes envisagée: freins à disques avant+arrière

Variantes plus prévues

Variantes envisagée: frein à disque avant avec fourche récupérée

modification d'une fourche pas faite pour: voir Scheibenbremsaufnahme nachrüsten (allemand)

Variante à assistance électrique: frein moteur

cf. Assistance électrique.

Les différents moteurs ont des performances de freinage différentes, il vaut la peine de se pencher dessus (cf. notamment Projet Remorque Solaire pour Vélo de l'ADER/Daniel Lador).

Assistance électrique

voir Assistance_électrique_du_Long_André.

Support de la batterie

conception (et prise en compte générale: matériel, intégration dans le programme de l'atelier) du support de la batterie

Résolu

Simplification des coins de fixation

cf. [1], nous allons simplement les percer à 6,5 mm et utiliser des boulons avec écrous autobloquants, sans souder d'écrous à souder.

Béquille double

cf. [2]

Tube de direction court

[à intégrer dans la marche à suivre de construction]

Ce qui suit est relativement nouveau. Des modifications correspondantes ont été amenées au programme de l'atelier. La documentation de construction n'a pas encore été adaptée, mais attendre un peu permettra d'en faire une grosse révision avec d'autres aspects inclus.

Puisqu'il semblerait que les tubes de fourche actuels sont de diamètre 28,6 mm en-haut et s’élargissent ("tapered" forks) jusqu'à 39,8 mm en-bas (1-1/8"/1.5" tapered), on va devoir prendre un tube de direction court (devant) de 44 mm interne (et 48 mm externe, exemple Debrunner no. art. 196.101.133 10004904), puis y loger:

  • en-haut un roulement 1-1/8" (donc "ZS 44/28" pour "Zero Stack" avec 44 mm externe et 28,6 mm interne)
  • en-bas un roulement 1.5" (donc "EC 44/40" pour "External Cup" avec 44 mm externe et 39,8 mm interne)

Ce compromis du tube de 44 mm ID est quelque chose de courant, rien d'inventé pour l'occasion.

Ce tube a un diamètre ext. de 48 mm alors que le tube rectangulaire (prolongation montante du tube inférieur), auquel le tube de direction est assemblé, a une largeur de 40 mm. La méthode originale de perçage en biais du tube rectangulaire puis d'enfilage puis soudage du tube de direction n'est plus possible dimensionnellement. Le passage à un autre type d'interface est de toute façon bienvenu, permettant d'éviter l'étape du perçage en biais.

Les étapes suivantes sont donc prévues:

  1. coupe du tube rectangulaire à 60° (du côté haut/avant alors que du côté bas/arrière c'est à 55°)
  2. à ce bout désormais coupé à 60°, découpe de chaque côté de 40 mm du tube rectangulaire en forme de "bout d'ellipse" correspondant à l'intersection avec un cylindre de diamètre 48 mm désaxé de 30° (axe du cylindre // à la coupe précédente). Ceci devrait permettre d'épouser la forme du tube de direction.
  3. en temps voulu, souder le tube de direction de 48 x 2 mm à ce bout de tube rectangulaire fait pour en épouser la forme (cordon continu en 4 segments, 1 droit, 1 courbe, 1 droit puis 1 courbe)

Illustrations de quelque chose de similaire si ce n'est identique (source): [3], [4], [5].

Révision de la rigidification du tube inférieur

Remarque préalable

La version actuelle prévoit un tube rectangulaire 60 x 40 x 2 mm, certes épais par rapport au 1,5 (indisponible en CH, facilement disponible en D) mais les 1,3 kg supplémentaires (sur peut-être une 30/40-aine de kg du véhicule complet) ne sont pas assez décourageants par rapport à la facilité de procuration et à un certain gain en rigidité/solidité (25-30%). à terme, la modification envisageable consisterait à directement remplacer les tubes rectangulaires par des tubes ronds, permettant (disponibilité) notamment l'utilisation de matériaux "supérieurs".

Introduction

  • Méthode originale: cf. Anschweißen des Verstärkungsband et Bandstahl zur Aussteiffung.
  • Discussion:
    • André: also bei meinem Rahmen hatte ich unten einen senkrechten Flachstahl drangesetzt...ist statisch nicht so sinnvoll( danke RadCam). Besser an den entsprechenden Stellen Bleche flach auf beiden Seiten, also gegenüberliegend, anschweißen. Wird bei LKW Fahrgestellen auch so gemacht.
    • dsc0080: Flachstahl seitlich anschweißen ist ein super Idee, das mache ich vielleicht. Das Thema mit Verstärkung senkrecht vs. vertikal hatte ich schon gelesen, ich hätte jetzt glaube ich einfach ein relativ breites U-profil genommen und flach unten draufgeschweisst. Mal sehen.
    • Clemens ("RadCam"): Nicht seitlich, sondern das Flacheisen oben und unten auflegen. Dein Unterrohr ist technisch gesehen ein reiner Biegebalken. Deshalb muß dein Interesse sein, möglichst viel Querschnitt oben und unten in möglichst großem Abstand vom Profilschwerpunkt anzuordnen. Die Schweißnähte dann seitlich legen und auf Quernähte an den Enden der Flacheisen verzichten. So wär's jetzt richtig. Richtiger wäre es jedoch gewesen, das Profil gleich hochkant zu stellen.
  • Conclusion: remplacer le profil creux carré 40 x 40 x 1,5 mm par un rectangulaire/carré b x h x e mm pour le tube inférieur, avec h > 40 et e = env. 1,5.

Evaluation du comportement en flexion

Evaluer comportement en flexion avec divers cas de chargement pour 100-150 kg (cas de dimensionnement de la Mise en Bière) ou plus.

Rigidité en flexion

  • rigidité proportionnelle à E*I*l^-3 avec le module d'élasticité E [MPa], le moment d'inertie de la section de la pièce I [mm4] et la longueur entre appuis l [mm]
  • E = env. 210 GPa pour tous les aciers, variations faibles sont négligées
  • il n'est pas prévu de changer la longueur l = env. 1500 mm
  • dans le cadre des modifications envisagées, seule la géométrie de la section a donc une influence sur la rigidité, à travers le moments d'inertie I [mm4] = (B*H^3-(B-2t)*(H-2t)^3)/12:
    • version originale, avec un centre de gravité 10,5 mm plus bas que le centre du profil carré: I = env. [(40^4 - 37^4)/12 + 10,5^2*(40^2 - 37^2)] + [3*20^3/12 + 19,5^2*3*20] = [5.7e4 + 2.5e4] + [2e3 + 2.3e4] = 1.1e5 mm4
    • la masse linéique mu [kg/m] est proportionnelle à l'aire de section F [mm2]: version originale: F = env. 40^2 - 37^2 + 20*3 = 291 mm2
    • la masse d'un élément long de L = 1800 mm (quantité prévue de ce profil) est m [kg] = 10^-9*rho [kg/m3]*L [mm]*F [mm2] = 0,014*F [mm2], avec rho = 7800 kg/m3
    • profils carrés et rectangulaires simples, cf. tableau suivant:
B x H [mm] t [mm] I [mm4] F [mm2] m [kg] pour 1,8 m matériau typique disponibilité remarques
38 x 38 1,65 5.3e04 240 3,4 25CrMo4 acceptable (1.5") aux USA (et chez les importeurs), notamment Factory Steel et A.E.D. Motorsport Products, Ltd. seulement si on est prêt à sacrifier la rigidité au profit de la légèreté
40 x 40 1,5 5.7e04 231 3,2 E235 classique juste pour voir ce que ça donne sans bande de rigidification
44,5 x 44,5 1,65 8.7e04 283 4 25CrMo4 rare: Factory Steel autant passer directement à 51 x 51 mm
50 x 40 2 1.2e05 344 4,8 E235 classique un peu lourd
50 x 50 1,5 1.1e05 291 4,1 E235 rare en CH, courant en D intéressant
51 x 51 1,65 1.3e05 326 4,6 25CrMo4 rare: Factory Steel seul inconvénient (mineur): légèrement plus lourd,
55 x 55 1,5 1.5e05 321 4,5 E235 classique très intéressant
60 x 40 1,5 1.5e05 291 4,1 E235 rare en CH, courant en D intéressant
60 x 40 2 1.9e05 384 5,4 E235 courant un peu lourd mais bien pour la disponibilité

Charge admissible

  • la contrainte admissible sigma_adm = Rp0,2/S_F avec Rp0,2 la limite élastique du matériau et S_F le facteur de sécurité. prenons S_F = 1,5 pour le moment. Rp0,2 = env. 235 MPa pour la matière E235+N et env. 700 MPa pour la matière 25CrMo4+QT. ainsi:
    • sigma_adm,E235+N = 157 MPa
    • sigma_adm,25CrMo4+QT = 467 MPa
  • en flexion simple, la contrainte maximale sigma_max [MPa=N/mm2] = y_max [mm]*M_max [N*mm]/I [mm4], avec y la distance à la fibre neutre (y_max sa valeur à la position la plus éloignée), M_max le moment de flexion maximal et I le moment d'inertie de la section. donc M_max [Nm] = sigma_max [MPa]*I [mm4]/(1000*y_max [mm]). y_max = H/2 dans le cas d'un profil rectangulaire et le moment de flexion maximal admissible est M_adm [Nm] = sigma_adm [MPa]*I [mm4]/(500*H [mm]).
  • deux cas de chargement "poutre sur deux appuis" sont évalués:
    • charge ponctuelle (verticale vers le bas) au milieu de la pièce (sur l'axe de déplacement du véhicule) P [N]. M_max [Nm] = P_max [N]*l [m]/4 donc la charge admissible P_adm [N] = 4*M_adm [Nm]/l [m]
    • charge répartie (verticale vers le bas) p [N/m], d'équivalent ponctuel P_eq [N] = p*l. M_max = p_max*l^2/8 = P_eq,max*l/8 donc la charge admissible P_eq,adm [N] = 8*M_adm [Nm]/l [m] = 2*P_adm

le tableau suivant donne des évaluations de charges admissibles:

profil matière M_adm [Nm] flèche [mm] pour P=2 kN (*) charge P_adm [kN] ponctuelle (**) remarques
40 x 40 x 1,5 mm

+ 20 x 3 mm

E235+N 576 6 1,5 version originale
40 x 40 x 1,5 mm E235+N 447 12 1,2 juste pour voir
50 x 40 x 2 mm E235+N 754 6 2 classique
50 x 50 x 1,5 mm E235+N 691 6 1,8 rare
51 x 51 x 1,65 mm 25CrMo4+QT 2380 5 6,3 cher
55 x 55 x 1,5 mm E235+N 856 4 2,3 classique
60 x 40 x 1,5 mm E235+N 785 4 2,1 rare
60 x 40 x 2 mm E235+N 994 4 2,7 classique

(*): flèche [mm] = P [N]*(l [mm])^3/(48*E [N*mm^-2]*I [mm4])

(**): charge admissible P_adm ponctuelle au milieu de la "poutre sur deux appuis" de longueur l = 1,5 m.

Exemple suivant les mêmes préceptes

http://www.cargobikeforum.de/forum/index.php?threads/neuer-versuch-long-john-selbstbau.884/

Matériaux

Il s'agit d'une remise en question qui pour le moment n'a pas donné lieu à une décision de prendre autre chose que de l'acier "de base" E235. Le maître mot est disponibilité...

Voir quels sont les choix disponibles d'aciers, leurs coûts, performances...

cf. Acier_pour_la_première_commande

groupe 1.03xx, aciers avec C < 0,12% ou Rm < 400 MPa

désignation DIN/EN no. de mat. VDI limite élastique Rp0,2 [MPa] remarques
E235 1.0308 +N: 235 tubes carrés et rectangulaires selon EN 10305-5 Tubes soudés calibrés avec section carrée et rectangulaire: le plus courant en Europe

Etats de livraison selon EN 10305-5:

symbole désignation description
+CR1 généralement non traité, mais apte à être recuit normalement non traité thermiquement mais adapté au recuit final (satisfera aux exigences +A/+N)
+A adouci par recuit les tubes sont recuits en atm. contrôlée après la passe de soudage et de calibrage
+N normalisé les tubes sont normalisés en atm. contrôlée, après la passe de soudage et de calibrage

Etats de livraison selon selon Tableau 18 de EN 10027-1:

  • +C: écroui à froid
  • +CR: laminé à froid
  • +N: normalisé ou laminage normalisant
  • +U: non traité

Soudabilité selon extrait de normes VSM:

symbole état de livraison soudabilité
+C étiré blanc/dur restreinte
+A recuit doux bonne
+N normalisé bonne
+U non traité restreinte

groupe 1.72xx, Cr-Mo(-B) avec Mo < 0,35%

désignation DIN/EN no. de mat. VDI réf. limite élastique Rp0,2 [MPa] remarques
25CrMo4 1.7218 steelnumber

Deutsche Edelstahlwerke (diagramme de trempe p. 4 correspondant au diagramme de la fig. 1f de EN 10083-3)

infos MIL-HDBK-5-H (§2.3), download MIL-HDBK-5-J (complet, aller au §2.3)

Lucefin

+QT (trempé et revenu): 700

+A (recuit doux): 440

"AISI SAE 4130", "FE-PL1505"

utilisé pour les vélos, ainsi que dans l'aviation et les véhicules

exemples de tubes carrés et rectangulaires vendus en Amérique:

selon EN 10083-3 Aciers pour trempe et revenu - conditions techniques de livraison des aciers alliés, la trempe se fait entre 840°C (eau) et 900°C (huile) (période d'austénitisation au moins 30 minutes, essai Jominy à 850°C), le recuit entre 540 et 680 °C (période de recuit au moins 60 minutes)

états de livraisons (US, examiner): Hot Rolled, Normalized, Soft Annealed, Condition N, CDSR

Heat Treater's Guide: Practices and Procedures for Irons and Steels: pp. 309-313

groupe 1.77xx, Cr-Mo-V

désignation DIN/EN no. de mat. VDI réf. limite élastique Rp0,2 [MPa] remarques normes associées
15CrMoV6 1.7734 Aubert et Duval

infos Böhler

Thyssen France

Brütsch & Rüegger, pp. 41-42

550-1100 "15CDV6", "FE-PL1502"

utilisé dans l'aviation et les véhicules

nuances (examiner):

  • 1.7734.4
  • 1.7734.5
  • 1.7734.6

taille de grain selon EN 103-71 (généralement 5 ou plus fin)

LN 9369

DIN 29657

AIR 9160/C

Traitements thermiques

Si nécessaire (pas pour le moment), adresses:

Modifications de la direction

cf. Modifications de la direction (page du wiki Werkstatt Lastenrad).

Tubes de direction

version originale 33,7 x 2 mm

prévu:

  • 32 x 1,2 mm à l'arrière (tube long)
  • 48 x 2 mm à l'avant (tube court)
    • préparation du tube cf. [6]
    • à terme fourche tapered 1.5-1 1/8" jeux ZS
    • actuellement fourche 1-1/8", jeux ZS 44/28.6 (cf. [7])
    • installation course de la fourche cf. [8]

plus d'infos sur demande.

Contexte: direction (page wiki Werkstatt Lastenrad); quelques allusions à l'ébavurage (pas d'allusion à l'alésage) ici aussi.

A priori, la seule contrainte dimensionnelle du/des tube(s) de direction (pièces no. 02 et 05) est que le jeu de direction puisse y être pressé, ce qui se traduit pour une taille 1" (ce qui est attendu dans la majorité des cas) par un diamètre intérieur entre 29,9 et 30,1 mm. La version originale prévoit un tube de 33,7 x 2 mm, donnant un diamètre int. de 29,7 mm (léger alésage peut-être nécessaire).

Il est prévu d'alléger le véhicule en utilisant des parois plus minces. Option retenue (produits Debrunner):

  • Tubes de précision en acier clair, + CR1, soudé et laminé selon cotes, Léger cordon de soudure à l'intérieur, En longueurs d'usine d'env. 6 m, EN 10305-3, E235. produit no. 196.100.940 10004867: 32 x 1,2 mm (diamètre int. 29,6 mm plus ou moins 0,2 mm: entre 29,4 et 29,8: acceptable), 8.25 CHF/m
  • Tubes de précision en acier clair, + C, étiré blanc / dur, Exécution soudée, Etiré à froid, Intérieur et extérieur lisses, Longueurs d'usine de 4-7 m, EN 10305-2, E235. produit no. 196.200.326 10130329: 32 x 1,5 mm (diamètre int. 29 mm plus ou moins 0,15 mm: entre 28,85 et 29,15: alésage d'une certaine importance), 11.40 CHF/m
  • Tube d'acier de précision étiré blanc, + C, étiré blanc / dur, Sans soudure, Etiré à froid, En longueur d'usine de 4-6.5 m, EN 10305-1, E235. produit no. 197.201.875 10005250: 32 x 1 mm (diamètre int. 30 mm plus ou moins 0,15 mm: entre 29,85 et 30,15: espérons que ce ne sera pas trop large), 21 CHF/m

Autres options: disponibles sur demande

Prolongation du tube de fourche

En taille 1", le diamètre ext. idéal est 22 mm (22,2 mm moins des poussières). La version originale préconise 21,3 x 2 mm. Il est prévu d'utiliser du 22 x 1 mm (ou éventuellement 22 x 1,5 mm). Option retenue (produits Debrunner):

  • Tubes de précision en acier clair, + CR1, soudé et laminé selon cotes, Léger cordon de soudure à l'intérieur, En longueurs d'usine d'env. 6 m, EN 10305-3, E235. produit no. 196.100.610 10004829: 22 x 1 mm, 4.80 CHF/m

Autres options: disponibles sur demande

Bras court de direction

"soudure 08+16" (fourche+bras court de direction) réputée critique, idée retenue pour améliorer la sécurité en ce point, si c'est considéré nécessaire: acheter des fourches pour longjohn (fourches Bullitt).

Priorité moyenne

Transmission optimale

au pédalier: Mountain Drive

pédalier Mountain Drive de Schlumpf/Haberstock:

  • permet de changer à l'arrêt
  • permet belle démultiplication: vitesse de rotation en petit rapport: 1/2,5 = 0,4 fois la vitesse en entraînement direct (entraînement direct = grand rapport)
  • permet élimination d'un dérailleur et d'un câble
  • prix unitaire 282 EUR HT + jusqu'à 100 EUR d'accessoires, soit entre 360 et 480 CHF TTC, frais de douane compris

info nécessaire: déploiement (Entfaltung) souhaité. voir notamment:

arrière

arrière: cassette & dérailleur originaux ou roue avec moyeux-moteur électrique

Zone de chargement

cf. Surface_de_chargement_du_Long_André

Remplacement des tubes carrés/rectangulaires par des tubes ronds

Résoud un problème de disponibilité, en particulier quand on recherche des dimensions optimales (p. ex. fine paroi) et des matières plus intéressantes que du E235 (p. ex. 25CrMo4, 15CDV6).

Implique l'acquisition d'une grugeuse ou d'un dispositif similaire.

exemples de longjohns autoconstruits sans tubes rectangulaires:

Moins prioritaire

cf. Modifications_peu_prioritaires_du_design_du_Long_André.

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