Formula SAE -kilpa-auton alumiini- ja komposiittivanteiden suunnittelu

Abstract

Insinöörityössä käsitellään Metropolia Ammattikorkeakoulun Formula SAE/Student -projektin uuden HPF014e-kilpa-auton alumiini- ja komposiittivanteiden suunnittelun ja valmistuksen vaiheet.

Tavoitteena oli suunnitella helposti valmistettavat ja luotettavat alumiinivanteet, jotka saadaan valmistettua nopeasti tarpeen vaatiessa, sekä toimivat ja kevyet komposiittivanteet, joiden valmistamiseen ja testaamiseen voidaan varata enemmän aikaa.

Vanteiden geometria suunniteltiin kokemusperäisen tiedon ja ETRTO:n standardien avulla. Mallinnus ja lujuusmitoitus tehtiin CATIA-3D-mallinnusohjelmiston avulla. Lujuuslaskennan kuormitustilat määriteltiin ajoneuvodynamiikan ja tiedonkeruun avulla. Lujuuslaskenta tehtiin myös vanhalle pitkään käytössä olleelle vanteelle kuormitustilojen todentamiseksi.

Muottien suunnittelussa apuna oli CSI Oy:n teoria- ja kokemuspohjainen osaaminen sekä alan kirjallisuus.

Itse suunnittelun ohella työssä on hyödynnetty formulaprojektin aikana opittua projektin- ja riskinhallintaa, jotta kilpa-auton valmistuminen pysyy aikataulussa ja mahdollisten takaiskujen kohdatessa varasuunnitelma on olemassa jo valmiiksi.

Vanteiden suunnittelussa onnistuttiin asetetun aikataulun puitteissa, ja kaikki suunnittelulle asetetut tavoitteet saavutettiin. Työn julkaisuvaiheessa vanteiden testausta ei ole vielä suoritettu.

This Thesis describes the design and manufacturing processes of aluminum and composite wheels of the new HFP014e race car designed and manufactured by Helsinki Metropolia UAS Formula SAE / Student project.

The objectives were to design both easy to manufacture and reliable aluminum wheels, which can be manufactured in very brief time if required, and functional lightweight composite wheels, for which more manufacturing and testing time can be contributed.

Wheel geometry was designed on the basis of first-hand experience and ETRTO standards. Modeling and structural analysis was carried out with CATIA 3D software. Load cases for the structural analysis were determined with vehicle dynamics principles and data acquisition of the previous race car. Structural analysis was also performed on the existing wheel model to establish a basis for comparison to a functional product.

Mold design was done with the help of theoretical and empirical knowledge of CSI Oy and the literature of the field.

In addition to the actual wheel design, experience from the Formula-project was utilized to achieve satisfactory time and risk management. This management enabled the project to keep on schedule and ensured a backup plan in case of any drawbacks.

The design work was done successfully to set schedule, and all the objectives set for the Thesis were met. Testing of the wheels has not been carried out yet at the time of the publication of this Thesis.