Ralliauton eturungon ja apurungon suunnittelu

Abstract

Opinnäytetyössä suunniteltiin eturunko ja apurunko NRC-ralliautoon, joka on Oulun ammattikorkeakoulun kehitysprojekti. Suunnittelussa tuli ottaa huomioon materiaalien ja liitostapojen lisäksi myös elementti- ja lujuuslaskenta. Eturungon ja apurungon tuli olla muusta autosta itsenäisiä komponentteja, jotta ne voidaan vaihtaa niiden vaurioituessa.

Työn teoriaosuudessa käytiin lyhyesti läpi ajoneuvojen passiivista turvallisuutta, kuten auton korin käyttäytymistä kolaritilanteessa. Työssä perehdyttiin myös yleisesti autoteollisuudessa käytettäviä runkorakenteita ja valmistusmateriaaleja, kuten teräs, alumiini ja hiilikuitu. Liitosmenetelmistä käytiin läpi yleisimpiä kiinteitä ja purettavia liitoksia. Tarkasteltavia esimerkkeinä olivat muun muassa laserhitsaus, liimaus ja kitkaliitos.

Työn päätyökaluna käytettiin SolidWorks-mallinnusohjelmaa, joka sisältää myös simuloinnin. Työn tuloksena saatiin 3D-malli, joka toimii aihiona jatkokehitykselle. Runkorakenne pyrittiin pitämään yksinkertaisena ja kustannustehokkaana, jotta rakenteen komponentit olisivat mahdollisimman yksinkertaisia valmistaa ja vaihtaa vaurioituessaan. Mallinnukseen eivät kuuluneet tukivarsien, moottorin ja vaihteiston kiinnityspisteiden suunnittelu.

Valmiille 3D-mallille suoritettiin elementtilaskenta, jonka kuormana käytettiin voimaa, joka vastaa todellista ralliauton hyppyä kisassa. Voima lasketaan alastulonopeuden ja muodonmuutokseen käytettävän ajan perusteella. Saadun voiman avulla suoritettiin FEM-laskenta SolidWorks-simulointiohjelmalla. Lopputulokseksi saatiin muodonmuutoskuva, josta oli havaittavissa rakenteen käyttäytyminen törmäyksen voimasta.

In this thesis, the front frame and the sub-frame were designed for a NRC-rally car, which is a part of the Oulu University of Applied Sciences Development Project. The design had to take into account the materials and joining methods, but also element and strength calculation. The front frame and the sub-frame are individual components from the rest of the car, so that they can be changed when they get damaged.

The theoretical part includes the passive safety of vehicles, like how a car body acts under a crash. The thesis also includes theory about frame structures and materials, such as steel, aluminum and carbon fiber. The joining methods are also mentioned, like fixed and dismountable joints, for example laser welding,

The main tool in this thesis was SolidWorks modelling software, which included simulation tools. The result was a 3D model, which is the main element for further development. The frame structure was kept as simple and cost-effective as possible. The modeling did not include the design of the suspension arms, engine or transmission mounting points.

The complete 3D-model was simulated with a force, which is equivalent to a real rally car jump in the race. The force is calculated by the landing speed and the time taken by the impact. The force was used to FEM-calculation and SolidWorks-simulation. The result was a displacement picture, where the structural changes could be seen.