HPF010-kilpa-auton runko

Abstract

Insinöörityössä suunniteltiin ja rakennettiin runko Formula Student -sarjaan osallistuvaan formulatyyppiseen kilpa-autoon. HPF010-kilpa-auton rungon lähtökohtana toimi kilpa-auton edellinen versio HPF009, jonka ongelmakohdat pyrittiin ratkaisemaan uudessa rungossa.

Työssä käsitellään ajoasentoa, hiilikuituvahvisteiden käyttöä, monokokin käyttämistä rungon takaosana, rungon 3D-mallintamista ja valmistusdokumenttien tekoa. Työn tarkoituksena on dokumentoida kilpa-auton rungon suunnittelu- ja valmistusprosessi. Suunnitteluprosessissa rautalankamallista tehdään 3D-malli, josta voidaan tehdä tarvittavat valmistusdokumentit alihankkijoille. Työssä kehitetään uusi tapa tehdä putkista valmistusdokumentit alinhankintaa varten.

Rungon toteutukseen sisältyy materiaalihankinnat, osien alihankinta, kokoonpano ja jälkikäkäsittely. Työn runko kootaan jigiin laserleikatuista putkista TIG-hitsaamalla. Kokoonpanon jälkeen runko valmistellaan hiilikuituvahvisteiden laminointia varten. Hiilikuituvahvisteet laminoidaan alipaineella ja lämmöllä kiinteäksi osaksi runkoa. Runko maalataan kaksikomponenttimaalilla.

Rungon hiilikuituvahvistukset todettiin kilpailukauden aikana toimiviksi. Uusi runkoputkien valmistusdokumenttien tekotapa vähensi työmäärää huomattavasti kokoonpanovaiheessa. Ajoasento epäonnistui ratin sijoittelun takia. Takamonokokki todettiin toimivaksi, mutta erittäin työlääksi ratkaisuksi.

Kilpailukausi 2010 epäonnistui tekniikan toimimattomuuden takia, mutta auton runko toimi odotetulla tavalla. Työssä esiteltyjä hiilikuituvahvisteita ja uutta runkoputkien valmistusdokumentointitapaa käytetään myös vuoden 2011 auton suunnittelussa. Vahvisteiden käyttöä on laajennettu ja monipuolistettu.

A frame for a race car, which participates in the Formula Student race series, was designed and built in this Bachelor´s thesis. Basis for the HPF010 frame is the previous version of race car HPF009. The new design aims to solve problems noticed with HPF009.

This thesis deals with driving position, carbon fiber composite reinforcements, using monocoque structure in the rear end of the frame, 3D design of the frame and making manufacturing documents. The aim for this thesis is to document the design and manufacturing process of a race car frame. In the design process a wireframe model is transformed into a 3D model which is essential in making manufacturing documents for subcontractors. A new way to make manufacturing documents of frame tubes is invented in this thesis.

Frame manufacturing involves material orders, part subcontracting, assembly and after treatment. Laser cut frame tubes are assembled into a jig and then welded together with TIG welding. After assembly the frame is prepared for carbon fiber composite reinforcements. The reinforcements are laminated to be part of the frame in negative pressure with heat. The frame is painted with two component paint.

Carbon fiber composite reinforcements performed well during the racing season. The new manufacturing documentation reduced work load considerably at the assembly stage. Driving position failed because of wrong steering wheel positioning. The rear monocoque worked as expected but it was very laborious to manufacture.

The racing season 2010 was technically unsuccessful, but the frame performed as expected. The carbon fiber composite reinforcements and the new manufacturing documenting practice are used also in designing year 2011 car. The use of reinforcements has been expanded and diversified.