Meranie torznej tuhosti rámu formule v TU Brno Racing

Formula Student je európskou verziou pôvodne americkej súťaže Formula SAE. Ide o prestížnu súťaž univerzitných tímov zložených zo študentov bakalárskeho a magisterského štúdia. Celkovo sa pretekov zúčastňuje vyše 800 tímov z celého sveta. Jedným z hlavných cieľov súťaže je naučiť mladých konštruktérov pracovať v tímoch na reálnych problémoch, ako je to práve v TU Brno Racing.

V dynamických disciplínach hrá dôležitú úlohu váha monopostu, a keďže nie je na rozdiel od F1 špecifikovaná minimálna hmotnosť, je snahou všetkých tímov ušetriť každý gram. Návrh vozidla je obmedzený striktnými pravidlami, ktoré majú zaistiť predovšetkým bezpečnosť vodiča, ale stále je ponechaný priestor pre vlastné unikátne koncepty. Všetky tímy musia každý rok navrhnúť a postaviť nový monopost, s ktorým sa následne zúčastňujú pretekov, kde proti sebe tímy súťažia v statických aj dynamických disciplínach.

Každý rok sa tím  TU Brno Racing  snaží vývojom nového vozidla prekonať predchádzajúce monoposty a dosiahnuť tak lepšie výsledky. Na realizáciu našich návrhov používame najmodernejšie technológie, príkladom je náš chassis, ktorý je tvorený sendvičovými štruktúrami z uhlíkových vlákien. Rovnakú technológiu využívajú monoposty Formule 1 alebo najmodernejšie hyperšporty. Chassis tímu za dobu jeho existencie prešlo evolúciou od priehradového trubkového rámu cez hybridný rám (predná uhlíková škrupina, zadný priestorový rám) až po plne kompozitný monokok.

Jednoduché meranie so systémom TRITOP

Keďže rám je najväčší diel na celej formule, je veľmi dôležitá jeho hmotnosť. Rúrkový rám je na výrobu pomerne jednoduchý a zároveň lacný, avšak veľkou nevýhodou je jeho vysoká hmotnosť a nízka torzná tuhosť. Pri prechode na hybridný chassis Dragona 7 došlo k zvýšeniu torznej tuhosti z 983 Nm/° na 1 618 Nm/° pri takmer rovnakej hmotnosti, akú mal predchádzajúci monopost. S ďalšími modelmi sa darilo zvyšovať tuhosť, a pritom nenavyšovať hmotnosť. Pri vývoji posledného monopostu  Dragon X  sa tím študentov rozhodol pre výrobu plne kompozitného monokoku, vďaka ktorému sa docielilo zníženie hmotnosti o 7,5 kg na 24,5 kg, a ktorého tuhosť bola zmeraná firmou našej spoločnosti MCAE Systems.

Torzná tuhosť je jeden z najdôležitejších parametrov pri návrhu rámu, pretože ovplyvňuje výsledné vlastnosti vozidla. Pri prejdení nerovnosti alebo prejazde zákrutou pôsobia na karosériu sily spôsobujúce krut karosérie. Torzná tuhosť vozidla ovplyvňuje možnosti nastavenia podvozku, a to predovšetkým klopných tuhostí, ktoré majú vplyv na prenos zaťaženia pod kolesami. Zaťaženie pod kolesami udáva, aké veľké pozdĺžne sily je pneumatika schopná prenášať. Čím vyššia torzná tuhosť je, tým lepšia je odozva na zmenu klopných tuhostí, čím teda torzná tuhosť nepriamo ovplyvňuje veľkosť prenášaných síl na vozovku.

Pre overenie správne navrhnutého rámu je veľmi dôležitá validácia torznej tuhosti. Na samotné meranie sa využíva špeciálny prípravok, na ktorý sa celá formula umiestni tak, že zadná náprava je uložená pevne, zatiaľ čo predná náprava je pripevnená k otočnému ramenu. Následne sa na rameno postupne pokladá závažie, čím je zvyšovaný skrutný moment a pomocou 3D skenera TRITOP, sa celá formula skenuje. Nakoniec je v softvéri vykonaná deformačná analýza, kedy sú zistené posuvy referenčných bodov, z ktorých je následne torzná tuhosť vypočítaná.

Naša spoločnosť MCAE Systems pre študentov tiež obrába veľké množstvo dielov motora, foriem na výrobu aero paketu alebo volantu. Všetky tieto formy obrábajú na päťosovom obrábacom centre DMG MORI a na robote KUKA so špičkovým CAD/CAM softvérom Tebis .

 

Okrem kompletného obrábacieho centra máme tiež najväčšie portfólio profesionálnych 3D tlačiarní s množstvom technológií ako je napr., FDMPolyJet, alebo napríklad aj technológie pre 3D tlač z kovov ako je BMD alebo Powder Bed Fusion .

 

Práve 3D tlačou boli pre monopost Dragon X vyrobené extrémne ľahké vrtule ventilátorov chladiaceho systému. Postupne sme vytlačili niekoľko sád prototypov z rôznych FDM materiálov – od ASA cez Diran až po najpevnejší „karbon“ – Nylon 12CF, pri ktorom sme nakoniec zostali. Vrtuľu ventilátora chladiča sme vytlačili na 3D tlačiarni Stratasys F900 , ktorá umožňuje rozmerovo reprodukovateľnú tlač modelu bez vnútorného pnutia. Materiál Nylon 12CF ako jediný obstál pri požadovanom zaťažení ventilátora a bol pre svoju vysokú pevnosť a odolnosť najvhodnejším variantom.