Konseptutvikling av Sykkelrammer

Abstract

Sammendrag

Denne oppgaven handler om konseptutvikling av sykkel rammer, der det ble tatt utgangspunkt i tre ulike konsepter. Hovedsakelig er arbeidet basert på konsept 4.1. Konsept 4.1 er utsatt for størst bøyemoment og er den mest rammestørrelsen i forhold til markedsbehovet. For å løse oppgaven benyttes metoden konseptgenerering. Innen konsept genereringen vil konseptutviklingen bli gjennomført. I tillegg blir det sett på kundebehov, samt bruk av andre forskjellige metoder som gjør det enklere ved konseptutvelgelse. Ut ifra kundebehov, konseptgenereringen og markedsbehov ble hybrid sykkel med ergonomisk sittestilling valgt. Rammekonstruksjonen består av bjelkemodeller der det materialet 25CrMo4 med flytespenning på 790 Mpa brukes. Materialet gir rammen stive egenskaper, samt god motstandsdyktighet mot oksidasjon og korrosjon. Dimensjonene for de ulike konseptene blir bestemt og basert på resultatet fra Ansys Mechanical APDL der bøyemomentet, skjærkrefter og aksialkrefter blir undersøkt. Siden Ansys tar for seg 2-dimensjonale krefter, så vil resten av analysen blir gjennomført i Autodesk Inventor FEA. De tre konseptene blir så analysert som hele rammer, også kalt global analyse. Her vil resultat og sikkerhetsfaktor fra de globale analysene sammenlignes med enkeltdelenes resultat og sikkerhetsfaktor. Her blir det konkludert med at de globale analysene gav en høyere sikkerhetsfaktor enn tiltenkt, som gir muligheter til å redusere dimensjoner og materialbruk.

Felles for alle konseptene så utmerker gaffel seg som den mest utsatt komponenten. Derfor baserer deler av oppgaven seg på lokal analysering rundt gaffel, der bare konsept 4.1 ble analysert. For konsept 4.1 ble lokale analyser også gjort på nav, krankaksling og kranklager, som gjorde det mulig å beregne levetiden til hver av dem. Deretter ble passende lager valgt ut basert på hvert lager sitt lasttilfelle. Videre ble kilsveiser for sykkelrammen under konsept 4.1 bestemt med å beregninger og analyser som grunnlag. Her var gaffelen og seterøret de mest utsatte med tanke på sveiseforbindelser. I kapitlene diskusjon og konklusjon, vil de globale og lokal analysene sammenlignes for å se om eventuelle avvik og/eller antagelser stemmer. Andre ting som forskjell i lagerlevetid, ulikheter mellom konseptrammene og utmatting vil bli diskutert.

Summary

This thesis is about concept development of bicycle frames, where the starting point was three different concepts. The work is mainly based on concept 4.1. Concept 4.1 is exposed to the greatest bending moment and is the largest frame size in relation to market needs. To solve the problem, the concept generation method is used. Within concept generation, the concept development will be carried out. In addition, customer needs are looked at, as well as the use of other different methods that make it easier to select concepts. Based on customer needs, concept generation and market needs, a hybrid bike with an ergonomic seating position was chosen. The bicycle frame consists of beams, where the material 25CrMo4 with a yield stress of 790 MPa is used. The material gives the frame rigid properties, as well as being highly resistant to oxidation and corrosion. The dimensions of the various concepts are determined and based on the result from Ansys Mechanical APDL, where the bending moment, shear forces and axial forces are investigated. Since the Ansys analysis only deals with two-dimensional forces, the rest of the analysis will be carried out in Autodesk Inventor FEA. The three frame concepts are then analyzed as individually, also called a global analysis. Afterwards, the result and safety factor from the global analyzes will be compared to the results and safety factors from the analyzes based on the individual parts. From the results, it was concluded that the global analyzes provided a higher safety factor than intended, which provides opportunities to scale down dimensions and to reduce material use. Common to for all three concepts, the fork excels as the most exposed component. Therefore, parts of the thesis are based on local analysis on the fork, where only concept 4.1 was analyzed. For concept 4.1, local analyzes were also performed on the hub, crankshaft and crank bearings, which made it possible to define the lifespan for each of them. Then the appropriate bearing was selected based on each bearing's load scenario. Furthermore, fillet welds for the concept 4.1 bicycle frame. Were determined, based on calculations, and analyzes. Based on the welding analysis, both the fork and seat tube were the most exposed in terms of welding connections. In both the discussion and conclusion chapters, the global and local analyzes will be compared to see if any deviations and/or assumptions are correct. Other things like variation in bearing life, differences between the concept frames and fatigue will also be discussed.