IV. ELEKTROMOBIL VERSENY

Átírás

1 110. JárMűSzakik IV. ELEKTROMOBIL VERSENY MŰSZAKI PÁLYÁZAT Csapatnév: 110. JárMűSzakik Debreceni Egyetem Darai Sándor Nagy Norbert Uzonyi Gábor Miklósi Timea Nagy Károly DEBRECEN,

2

3 TARTALOMJEGYZÉK: Oldal 1. Vázszerkezet Ülés Kerék felfüggesztés Kormányzás Fék Hajtás Biztonsági elemek Egyéb

4 1. Vázszerkezet 1.1 Alapanyag / Alumínium AlMgSi 0,5 F22 R eh =220 MPa 1.2 Keresztmetszetek Főtartók: 30x15 zártszelvény élébe fordítva, 1,5 mm-es falvastagság Egyéb vázelemek: 16 átmérőjű, 1,5mm-es falvastagságú cső Fúrótartók: 80x20-as zártszelvény (2db) (Kép1.1) Fogaskeréktartók: 40x20-as zártszelvény (2db) (Kép 1.1) 1.3 Kötések Módja Hegesztett kötések kézi technikával, AWI készülékkel 1.4 Főbb Méretek (Kép 1.2) Kép

5 Kép

6 A Vázra egy végeselemes analízis elvégzése során azt az eredményt kaptuk, hogy a legnagyobb terhelést az ülést tartó két alsó keresztrúd kapta. Elmozdulásra méretezve ez az érték 2,34 mm (kép1.3). A következő ábra (kép 1.4) a vázban ébredő feszültségeket szemlélteti. Innen leolvasható hogy a maximális feszültség ami a vázban ébred 46,98 MPa, ami egy elfogadható érték a 220 MPa szakítószilárdságú vázanyaghoz. Kép

7 Kép 1.4 Biztonsági méretek:

8 2. Ülés 2.1 Felépítés Üvegszál erősítésű műgyantából készült versenyülés. 2.2 Rögzítés Hat ponton a vázhoz csavarozva. 2.3 Burkolat Kép 2.1

9 3. Kerék felfüggesztés 3.1 Méretek Első kerék felfüggesztés (kép 3.1) Kép

10 Hátsó kerék felfüggesztés (kép 3.2) Kép 3.2 Kerék: 16 -os kerékpárkerék 3.2 Rugózás (ha van) Nincs. 3.3 Csapágyazás Első kerékcsapágyak: SKF-A 4059/A 4138 (kép 3.1) Hátsó kerékcsapágyak: SKF (kép 3.2)

11 4. Kormányzás 4.1 Méretek Kép kormánytengely 2- kormányrudak 3- gömbcsuklók 4- első felfüggesztés

12 4.2 Anyagok Alumínium (AlMgSi F22) 4.3 Működtetés módja (kormánykerék vagy rúd) Kormánykerékkel, rudazaton keresztül, gömbcsuklós kapcsolással. 5. Fék 5.1 Kialakítás Mechanikus kerékpár tárcsafék, minden tengelyen 160mm-es tárcsával. Üzemi fék: a két első kerék lesz fékezve a leírt módon. Rögzítő fék: az üzemi féktől függetlenül a bal hátsó keréken lévő fékszerkezet. 5.2 Működtetés Fékpedállal, mechanikus úton bowdennel

13 5.3 Rögzítés A féknyergek rögzítése az első kerekek esetében közvetlenül az első konzolokon történik. (Kép 5.1) A hátsó kerekek esetében közvetlenül a vázhoz. Rögzítő fék a bal hátsó tárcsa rögzítésével. Kép

14 6. Hajtás 6.1 Gépek rögzítése Kép 6.1 A gépeket tengelyirányban mm-es zártszelvénybe mart két darab koncentrikus furat rögzíti. A külső furat peremén a fúrók adott keresztmetszete felfekszik. A fúrók elfordulását a felfogatás két végén elhelyezkedő hajlított rúd akadályozza meg, ami az akkumulátor alatt támaszkodik. A fúrók akkumulátorai összeérnek, ezáltal támasztják egymást. Végül a fúrók leszorítása egy rúddal történik amit egy speciális kialakítású lemezalkatrész rögzít

15 6.2 Áttétel 1. A fúrók és a hajtott lánckerék közötti áttétel z 1 (hajtó lánckerék) =17 z 2 (hajtott lánckerék) =18 2. Közlőtengely és a váltóbehajtó tengely közötti áttétel (fogaskerékpár) z 1(közlőtengely) =55 z 2(váltóbehajtó) =20 3. Simson-váltó áttételei (gyári adatok) I. fokozat : 0,227 II. fokozat : 0,41 III. fokozat : 0,53 IV. fokozat : 0, A végáttétel (IV. fokozat) f fúró =700 min -1 =11,66 s

16 A végáttétel számítása egy speciálisan erre a célra létrehozott excel táblázat alapján történt

17 1. A Számítógépes program leírása A program A-D oszlopig terjedő része (3. ábra) a fúró gyári adatainak bevitelére szolgál. Ezek rendre: a fúró motorjának terheletlen fordulatszáma ( N ), álló helyzetben kifejtett (maximális) nyomatéka ( T max ), valamint a fúróba beépített lassító áttételek értéke az 1. és 2. sebességfokozatban ( x 1 és x 2 ). Az E-I oszlopig terjedő rész kiszámítja a motor T N jelleggörbéjének b meredekségét, valamint a kiválasztott sebességfokozatban (példánkban 1. sebességfokozat) a fúró által álló helyzetben kifejtett (maximális) T * max forgatónyomatékot, és a fúró T N görbéjének b * meredekségét: Tmax 2 b tg, T * max Tmax x1, b* b x 1 N max max

18 3. ábra: A program A-I oszlopig terjedő része Ezek az adatok már meghatározzák a motor és a fúró T N görbéit: * * TN T b N, TN T max b N motor max A program J-Q oszlopig terjedő része (4. ábra) a jármű további műszaki adatainak bevitelére szolgál. Ezek rendre: a beépített fúrók száma ( n ), a lánchajtásnál alkalmazott áttétel ( x, gyorsító áttételnél 0 x 1), a lánchajtás hatásfoka ( ), a jármű légellenállási tényezője ( c ), kerekeinek sugara ( R ), a kerekeknél ébredő gördülési ellenállási erő nagysága ( F görd ), a jármű össztömege ( m ). Végül itt vihető be a jármű menetideje ( t ). fúró

19 4. ábra: A program J-Q oszlopig terjedő része A gördülési ellenállási erőt és közegellenállási tényezőt a programon kívül kell meghatározni az alábbiak szerint (Budó Á, 1994): 1 Fgörd 0 m g, c k Amax 2 Az összefüggésekben szereplő 0, k,, A max mennyiségek rendre a következők: gördülési ellenállási tényező, a jármű alaki tényezője, a levegő sűrűsége, a jármű menetirányra merőleges legnagyobb felülete. A program R-U oszlopig terjedő része (5. ábra) kiszámítja az M ( N ) gyorsító nyomaték-fordulatszám és F ( v ) gyorsító erő-sebesség függvényekben szereplő alábbi konstansokat: * * 2 M max B M max n x T max, B b n x, Fmax, 2 R 2 R Ahol M max és F max a járművet álló helyzetben gyorsító (maximális) forgatónyomaték és erő, B és pedig rendre az M ( N ) és F ( v ) függvények meredeksége

20 5. ábra: A program R-U oszlopig terjedő része Ezt követően az M ( N ) és F ( v ) függvények: MN M max B N, Fv Fmax v A program V-AD oszlopig terjedő része (6. ábra) kiszámítja az álló helyzetből induló jármű v t sebesség-idő és s t út-idő függvényeiben szereplő A, B, C, D, C 1, és C 2 konstansokat, valamint a jármű által t idő alatt elérhető sebességet ( v ) és megtett utat ( s ), továbbá a végsebességet ( v max ). A v t és s t függvények meghatározásához megoldottuk a jármű mozgásának differenciálegyenletét. Ehhez tekintsük a 6. ábrát, amelyen szereplő sematikus rajzon feltüntettük a járműre ható erőket. A mozgás irányába ható gyorsító, légellenállási és gördülési ellenállási erők erőtörvényei az alábbiak (Budó Á, 1994): F F max v F s, max F 2 2 lég c v c s, Fgörd 0 Fn 0 m g

21 , 6. ábra: A program V-AD oszlopig terjedő része A jármű mozgásegyenlete az alábbi alakban írható: F F lég F görd m a m s Az erőtörvényeket beírva a mozgásegyenletbe az alábbi differenciálegyenletet kapjuk: 2 Fmax s c s 0 m g m a m s A fenti egyenletet átrendezve: 2 c F max s s 0 g s m m m Fmax c 2 Bevezetve az A, B 0 g, C, D A 4 B C konstansokat: m m m C s A s B s A fenti differenciálegyenlet szeparálható: 1 d s dt C s 2 A számítási részletek mellőzésével innen a 2 A s B v t függvény:

22 Az t s függvényt a D tc D 1 e vt st D 2C 1 e v t függvény integrálásával kapjuk: 1 A tc1 2C C2 D A 1 D tc1 st t ln 1 e 2C C A C 1 és C 2 konstansok meghatározhatók az s t és v t függvények t 0 időpillanatban vett értékeiből. A program a nyugalomból induló járműre végzi el a számításokat, tehát s0 0, v0 0. Ekkor a C 1 és C 2 konstansok: 1 D A ln D D A A végsebességre vonatkozó összefüggést a azaz: 1 DC C 1, C 1 2 ln 1 e t C v függvényből t határesetben kapjuk, D tc1 D 1 e A D A vmax lim vt lim t0 t0 D 2C tc1 1 e 2C 2C A program AE-AJ oszlopig terjedő része (7. ábra) kiszámítja, és közös koordináta F v Fmax gyorsító erő-sebesség és rendszerben ábrázolja az v 2 v c v m g Fell 0 menetellenállási erő-sebesség függvényeket. A két függvény metszéspontjához tartozó sebesség a jármű végsebessége, hiszen itt éri el a menetellenállási erő nagysága a gyorsító erőét, így erről a sebességről nincs további gyorsítás. A programnak ezzel a részével így leellenőrizhető a sebesség-idő függvényből meghatározott végsebesség. 7. ábra: A program AE-AJ oszlopig terjedő része

23 Felhasznált szakirodalom Walkenbach J. (2003) Excel 2003 Bible, Wiley Publishing Inc., Indianapolis, Indiana, ISBN Budó Á. (1994) Mechanika, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, ISBN Hivatkozás: G. Á. Szíki: Computer program for the calculation of the performance parameters of electromobiles, Int. Rev. Appl. Sci. Eng. 2 (2011) 2, 1-6. A tervezett járművünk mérhető és számolható paramétereit megadva a táblázat alapján számolt végáttételünk egy 0,53-as gyorsító áttétel a fúrók és a hajtott kerék között. Kép

24 1,2,3,4: fúrók által közvetlenül hajtott lánckerekek 5: a fő terhelést elviselő tengely (átmérő:12) 6: hajtott tengely (átmérő: 10) 7: hajtott lánckerék 8: közlőtengely 9: gyorsító fogaskerék áttétel 10: 4 sebességfokozatos Simson váltó 11: rugalmas tengelykapcsoló 12: szabadonfutó 6.3 Hajtáslánc Kép Fő méretek Kép Fogszámok 1,2,3,4-es számú lánckerekek fogszáma 17 7-es számú hajtott lánckerék fogszáma 18 9-es számú fogaskerék áttétel fogszámainak az aránya 55:20 10-es számú váltó a pont alatt

25 6.6 Átmérők A 6.2 képen 4-es számmal jelölt lánckerék tengelyének méretezése Kép M c = 2*M fúró max =2*25 Nm= 50 Nm d meg = 880 MPa (41CrMo4) F fúró = F 1 =8*F fúró =5820,7 N M h = 46,56 Nm

26 F A =F B = 2910,35 N M h =46,56 Nm Hajtott kerék tengelyének méretezése Legnagyobb csavaró nyomaték (I. fokozat)

27 A 8-as számmal jelölt közlőtengely méretezése =79,2 Nm =184,27 Nm

28 = 209,4 mm Terhelések 6.6 pont alatt 6.8 Szabadonfutók FAG HF szériájú szabadonfutók a fúrók és fogaskerekek tengelye között. 6.9 Sebességváltók Simson 4 sebességes váltó. A váltó eredeti váltókarja és az autóba az ülés mellé beépített váltókar közötti kapcsolatot rudazat biztosítja

29 6.10 Csapágyazások Kép 6.3 1,2,3-as számú csapágyak: SKF: E2_6000_2Z_C3 4-es számú csapágyak: SKF: E2_6001_2Z_C3 7. Biztonsági elemek 7.1 Burkolatok Icarex hőre feszülő, lakkozható sárkányrepülő anyag

30 7.2 Biztonsági öv Szabványos három pontos övfeszítő nélküli biztonsági öv az pontokon rögzítve. 7.3 Bukókeret Kép 7.1 A váz része, 16*1,5 alumínium cső (AlMgSi F22). A pilóta feje fölött 10 cm-es biztonsági távolsággal. 7.4 Bukósisak Zárt, állvédős bukósisak. 7.5 Védőruha Versenyoverál