raČunalniŠko podprto konstruiranje pnevmatskega

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Valentin NOVAK KRIŽANEC

RAČUNALNIŠKO PODPRTO KONSTRUIRANJE

PNEVMATSKEGA PRESTAVNEGA

MEHANIZMA ZA DIRKALNIK GPE15

Diplomsko delo

univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje

Strojništvo

Maribor, september 2015

RAČUNALNIŠKO PODPRTO KONSTRUIRANJE

PNEVMATSKEGA PRESTAVNEGA

MEHANIZMA ZA DIRKALNIK GPE15

Diplomsko delo

Študent: Valentin NOVAK KRIŽANEC

Študijski program: Univerzitetni študijski program 1. stopnje Strojništvo

Smer: Konstrukterstvo

Mentor: izr. prof. dr. Miran ULBIN

Somentor: doc. dr. Aleš BELŠAK

Maribor, september 2015

~ II ~

Vložen original sklepa o potrjeni temi

diplomskega dela

~ III ~

I Z J A V A

Podpisani Valentin NOVAK KRIŽANEC izjavljam, da:

je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof.

dr. Mirana Ulbina in somentorstvom doc. dr. Aleša Belšaka ;

predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, 26.8.2015 Podpis: ___________________________

~ IV ~

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Miranu Ulbinu

in somentorju doc. dr. Alešu Belšaku za pomoč in

vodenje pri opravljanju diplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi aktivnim članom ekipe Formule

Student Maribor za sodelovanje.

Posebna zahvala velja družini, ki mi je omogočila

študij.

~ V ~

RAČUNALNIŠKO PODPRTO KONSTRUIRANJE PNEVMATSKEGA

PRESTAVNEGA MEHANIZMA ZA DIRKALNIK GPE15

Ključne besede: konstruiranje, pnevmatika, formula student, pnevmatski prestavni

mehanizem

UDK: [004.896:621.83.06]:629.371(043.2)

POVZETEK

Diplomsko delo obravnava konstruiranje pnevmatskega prestavnega mehanizma za študentski

dirkalnik GPE15. V diplomskem delu so predstavljeni prestavni mehanizmi iz prejšnjih sezon

(prikazana je zgradba le-teh in njihove pomanjkljivosti). Sledi preračun in izbira pnevmatskih

komponent. Za tem je predstavljena gradnja 3D modela in realna upodobitev celotnega

sklopa. V zadnjem delu diplomskega dela je prikazan izdelan sistem ter rezultati testiranja.

~ VI ~

COMPUTER AIDED DESIGN OF PNEUMATIC GEAR SHIFTING

MECHANISM FOR GPE15 RACE CAR

Key words: designing, pneumatics, formula student, pneumatic gear shifting mechanism

UDK: [004.896:621.83.06]:629.371(043.2)

ABSTRACT

This diploma work presents the process of designing pneumatic shifting mechanism for

formula student race car GPE15. The thesis presents shifting mechanisms from previous

seasons (shows the structure and their disadvantages). This is followed by calculations and

selection of pneumatic components. After that there is presented construction of a 3D model

and render of whole assembly. Last part of thesis shows manufactured system and results of

testing.

~ VII ~

KAZALO

1 UVOD...................................................................................................................................................... 1

1.1 OPIS SPLOŠNEGA PODROČJA DIPLOMSKEGA DELA .................................................................................................. 1

1.2 OPREDELITEV DIPLOMSKEGA DELA ..................................................................................................................... 1

1.3 STRUKTURA DIPLOMSKEGA DELA ....................................................................................................................... 1

2 PREGLED ZAČETNEGA STANJA ................................................................................................................ 2

3 PRERAČUN IN IZBOR KOMPONENT ......................................................................................................... 5

3.1 VHODNI PODATKI ........................................................................................................................................... 5

3.2 IZBIRA USTREZNEGA DVOSMERNEGA CILINDRA ...................................................................................................... 5

3.2.1 Izračun teoretične sile cilindra ......................................................................................................... 6

3.3 IZBIRA REZERVOARJA ....................................................................................................................................... 8

3.3.1 Izračun volumna plina v cilindru ter cevi pri začetni legi (delovni pomik) ........................................ 8

3.3.2 Izračun volumna plina v cilindru ter cevi pri končni legi (delovni pomik)......................................... 9

3.3.3 Izračun volumna plina v cilindru ter cevi pri začetni legi (povratni gib) ........................................... 9

3.3.4 Izračun volumna plina v cilindru ter cevi pri končni legi (povratni gib).......................................... 10

3.3.5 Izračun volumna porabljenega plina ............................................................................................. 10

3.3.6 Minimalna potrebna masa CO2 v rezervoarju ................................................................................ 12

4 3D MODELIRANJE KOMPONENT ............................................................................................................14

4.1 MODELIRANJE VILIC ...................................................................................................................................... 14

4.2 MODELIRANJE REZERVOARJA .......................................................................................................................... 15

4.3 MODELIRANJE NOSILCA REZERVOARJA .............................................................................................................. 16

4.4 MODELIRANJE REGULATORJA TLAKA ................................................................................................................. 17

4.5 UPORABLJENI CAD MODELI PODJETJA FESTO [1] .............................................................................................. 18

4.5.1 Pnevmatski cilinder DSNUP 25-50-P-A ........................................................................................... 18

4.5.2 Vtično navojni priključek QS-B-1/8-8-20 ........................................................................................ 18

4.5.3 Elektromagnetni ventil VUVG-L14-P53E ........................................................................................ 19

4.6 UPORABLJENI CAD MODELI PODJETJA IGUS® [3] ................................................................................................ 19

4.6.1 Očesni ležaji igubal® ...................................................................................................................... 19

4.7 CAD SESTAVA ............................................................................................................................................. 20

4.8 REALNA UPODOBITEV (RENDER) ...................................................................................................................... 23

5 KONČNI IZDELEK ....................................................................................................................................24

6 TESTIRANJE ............................................................................................................................................27

~ VIII ~

7 REZULTATI .............................................................................................................................................28

8 SKLEP .....................................................................................................................................................29

9 VIRI ........................................................................................................................................................30

~ IX ~

UPORABLJENE KRATICE

CAD - Computer Aided Design

ECU - Engine Control Unit

3D - three dimensional

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

-1-

1 UVOD

1.1 Opis splošnega področja diplomskega dela

Prestavni mehanizem, predstavljen v tej diplomski nalogi, je bil skonstruiran za študentski

dirkalnik mariborske ekipe. Cilj izdelave tega dirkalnika je pridobivanje dodatnega

praktičnega in teoretičnega znanja članov ekipe ter tudi krepitev kompetenc ekipnega dela. S

tem dirkalnikom se ekipa pomeri z ostalimi tujimi ekipami na zato namenjenih inženirskih

tekmovanjih.

Zaradi motorja motocikla za voznikom je potrebno skonstruirati sistem za upravljanje z

menjalnikom iz vozniške kabine. Najbolj ustreza sistem, ki ga voznik upravlja z obvolanskimi

lopaticami. Voznik se zaradi tega lahko bolj posveti sami vožnji in lahko konstantno z obema

rokama nadzoruje volan.

1.2 Opredelitev diplomskega dela

Diplomsko delo je nadaljevanje diplomskega dela Aleksandra Klemenčiča: Sekvenčni

menjalnik dirkalnika formula student. Uporabljen je bil precej drugačen pristop, saj se je za

pogon mehanizma namesto elektromotorja uporabil pnevmatski cilinder. Cilj diplomskega

dela je skonstruirati in izdelati delujoč pnevmatski prestavni mehanizem, ki bo odpravil

pomanjkljivosti sistemov iz preteklih sezon.

1.3 Struktura diplomskega dela

V prvem delu diplomskega dela je predstavljeno začetno stanje oziroma pregled sistemov iz

prejšnjih let projekta formula student. Drugi del vsebuje preračune pnevmatskih komponent in

izbiro le-teh. Tretji del opisuje 3D modeliranje in virtualno upodobitev celotnega sestava. V

zadnjem delu diplomskega dela je predstavljen končni izdelek, podani pa so tudi rezultati

testiranja končnega izdelka.


-2-

2 PREGLED ZAČETNEGA STANJA

Pri ostalih ekipah je možno zaslediti pnevmatske izvedbe, izvedbe z elektromagnetnim

solenoidom ter popolnoma mehanske sisteme [4].

V mariborski ekipi se je že več let uporabljal elektromehanski sistem, ki je temeljil na

osnovi 12V enosmernega elektromotorja iz baterijskega vrtalnika. Ta pristop je bil uporabljen

zaradi nizke cene elektromotorja in ker je akumulator potreben tudi za druge sisteme v

dirkalniku. Iz tega razloga, se je ekipa v preteklosti izognila pnevmatskemu sistemu, ki

potrebuje rezervoar s stisnjenim plinom oziroma kompresor ter pripadajoči majhen rezervoar.

Višja masa je pri pnevmatskem mehanizmu v tem primeru praktično neizogibna [4].

V dirkalniku GPE13 se je uporabljal prestavni mehanizem z elektromotorjem in

pripadajočim planetnim gonilom iz baterijskega vrtalnika. Gonilo vrtalnika ni predvideno za

takšne dinamične obremenitve, zato je posledično prihajalo do pogostih okvar le-tega [4].

Slika 1: Prestavni mehanizem dirkalnika GPE13 [4]


-3-

Slika 2: Eksplodiran pogled prestavnega mehanizma za dirkalnik GPE13 [6]

Za dirkalnik GPE14 se je razvil izboljšan sistem, ki je za pretvorbo momenta elektromotorja v

linearno gibanje uporabljal vijačnico in drsnik [4]. Pomanjkljivosti tega sistema so bile:

premajhna izhodna sila, nekonsistentno delovanje ter občasne težave z vračanjem v srednjo

lego.

Slika 3: Prestavni mehanizem dirkalnika GPE14 [4]


-4-

Slika 4: Eksplodiran pogled prestavnega mehanizma za dirkalnik GPE14 [4]

Skupna lastnost obeh opisanih sistemov je velika obremenitev akumulatorja zaradi delovanja

elektromotorja pri praktično konstantnem kratkostičnem toku. To povzroča tudi močno

segrevanje elektromotorja in mu s tem drastično zmanjša življenjsko dobo.


-5-

3 PRERAČUN IN IZBOR KOMPONENT

3.1 Vhodni podatki

Prestavni mehanizem mora ustrezati zahtevam, ki so nastale na podlagi pomanjkljivosti

prejšnjih sistemov ter beleženja podatkov ECU-ja. Iz teh podatkov je jasno razvidno, koliko

prestavljanj se je izvedlo na preteklih tekmovanjih ter testiranjih. Na tekmovanju mora

dirkalnik na vzdržljivostni dirki prevoziti 22 kilometrov brez prekinitve [2]. Z upoštevanjem

varnosti 100 prestavljanj mora sistem zagotoviti na tej razdalji najmanj 1000 uspešnih

prestavljanj. Točno število je težko določiti zaradi različnih voznikov ter različnih prog.

Ostale zahteve so:

- Potrebna sila na prestavni ročici(r = 80mm): cca. 300N

- Približen zasuk ročice: 14° gor in −14° za prestavljanje dol

- Pomik prestavne ročice pri r = 80mm: +/− 25mm

3.2 Izbira ustreznega dvosmernega cilindra

Za izbiro ustreznega dvosmernega cilindra sta potrebna dva podatka. To sta premer bata in

hod le-tega. Hod 50 mm je določen že s samimi zahtevami. Za dosego krajšega hoda bi se

lahko skrajšala prestavna ročica, vendar bi bila kasneje zaradi prostorskih omejitev in

geometrije bloka motorja otežena implementacija cilindra v celoten sistem. Za zagotavljanje

primerne sile je pomemben premer bata in hkrati tudi delovni tlak, pri katerem bo celoten

sistem deloval. Omeniti je potrebno tudi to, da zaradi batnice cilinder v povratnem gibu

proizvede manjšo silo kot pri delovnem gibu.

Po primerjavi različnih modelov cilindrov se je ugotovilo, da je za to aplikacijo

najprimernejši model cilindra DSNUP proizvajalca FESTO. Ta serija cilindrov ima cev iz

aluminija in zaključke iz polimera, kar je zaradi manjše mase idealno za to aplikacijo. Ti

cilindri so na voljo samo v treh različnih premerih, zato je bil izbran najprimernejši od teh.

Maksimalni dopustni tlak za te cilindre je 8 barov [1].


-6-

Tabela 1: Dobavljivi premeri cilindrov FESTO DSNUP [1]

Premer bata Premer batnice

16 mm 6 mm

20 mm 8 mm

25 mm 10 mm

3.2.1 Izračun teoretične sile cilindra

Enačbe prikazujejo postopek računanja sile, ki jo proizvede cilinder pri delovnem tlaku.

Izračunani rezultati so predstavljeni v nadaljnjih tabelah.

[ ] površina bata pri delovnem gibu

[ ] premer bata

[ ] površina bata pri povratnem gibu

[ ] premer bata

[ ] premer batnice

[ ] sila bata

[ ] delovni tlak

[ ] površina, na katero deluje tlak


-7-

Tabela 2: Sile 16 mm cilindra

Tlak [bar] Sila pri delovnem hodu [N] Sila pri povratnem hodu [N]

4 80,42 69,12

5 100,53 86,39

6 120,64 103,67

7 140,74 120,95

8 160,85 138,23



4 125,66 105,56

5 157,08 131,95

6 188,50 158,34

7 219,91 184,73

8 251,33 211,12



4 196,35 164,93

5 245,44 206,17

6 294,52 247,40

7 343,61 288,63

8 392,70 329,87


-8-

Primerjava vseh treh opcij je vodila do zaključka, da najbolj ustreza cilinder premera 25 mm,

saj lahko z regulacijo tlaka reguliramo silo v primernejšem območju in tako kasneje z

nastavitvijo le-tega dosežemo želeno delovanje na dirkalniku.

Za krmiljenje cilindra je bil izbran elektromagnetni ventil 5/3 z 12V tuljavami

proizvajalca FESTO. Ta ventil zaradi konstrukcije ne deluje pri tlakih, nižjih od 3 bar, zato je

bilo računanje sile pri tlakih, nižjih od 4 bar, brezpredmetno.

3.3 Izbira rezervoarja

Pri pnevmatskem prestavnem sistemu je glavna slabost, da na dirkalniku zaenkrat ni nobenega

drugega sistema, ki bi lahko uporabljal stisnjen plin kot vir energije. Prejšnji prestavni sistemi

so za vir energije uporabljali akumulator, ki je napajal tudi druge sisteme na vozilu. Pri

načrtovanju tega pnevmatskega sistema se je razmišljalo o uporabi majhnega kompresorja, ki

bi med vožnjo oskrboval pnevmatiko s stisnjenim zrakom, vendar se je ta ideja opustila zaradi

kompliciranosti, še večje mase in potencialno večje možnosti okvare. Hkrati pa bi s

kompresorjem obremenili akumulator še bolj, kot so ga obremenjevali prestavni mehanizmi z

enosmernim elektromotorjem, zato je bil kot vir stisnjenega plina izbran rezervoar za ogljikov

dioksid, ki je v osnovi namenjen za uporabo na paintball orožju. Paintball rezervoarji za

ogljikov dioksid so nekje 10 krat cenejši kot rezervoarji za stisnjen zrak, kar je neposredno

vplivalo na izbiro medija v rezervoarju.

3.3.1 Izračun volumna plina v cilindru ter cevi pri začetni legi (delovni pomik)

[ ] volumen plina v cilindru ter cevi v začetni (nevtralni) legi – delovni pomik

[ ] premer bata

[ ] polovica celotnega hoda cilindra

[ ] notranji premer dovodne cevi

[ ] dolžina cevi od ventila do cilindra


-9-

3.3.2 Izračun volumna plina v cilindru ter cevi pri končni legi (delovni pomik)

[ ] volumen plina v cilindru ter cevi v končni legi – delovni pomik

[ ] premer bata

[ ] celotni hod cilindra



3.3.3 Izračun volumna plina v cilindru ter cevi pri začetni legi (povratni gib)

(

)

[ ] volumen plina v cilindru ter cevi v začetni (nevtralni) legi – povratni pomik

[ ] premer bata

[ ] premer batnice

[ ] polovica celotnega hoda cilindra




-10-

(

)

3.3.4 Izračun volumna plina v cilindru ter cevi pri končni legi (povratni gib)

(

)

[ ] volumen plina v cilindru ter cevi v končni legi – povratni pomik

[ ] premer bata

[ ] premer batnice

[ ] celotni hod cilindra



(

)

3.3.5 Izračun volumna porabljenega plina

Pri izračunu volumna porabljenega plina se je predpostavilo, da je proces izotermen, čeprav v

resnici ni. Enačba 3.8 je iz strojniškega priročnika [5]. Enačba 3.9 je izpeljana iz enačbe 3.8.

[ ] tlak 1

[ ] volumen 1

[ ] tlak 2

[ ] volumen 2


-11-

[ ] prostornina porabljenega plina pri delovnem gibu (volumen pri izpustu)

[ ] tlak okolice

[ ] absolutni delovni tlak

[ ] volumen plina v cilindru ter cevi v začetni (nevtralni) legi – delovni pomik

[ ] volumen plina v cilindru ter cevi v končni legi – delovni pomik

[ ] prostornina porabljenega plina pri povratnem gibu (volumen pri izpustu)

[ ] tlak okolice


[ ] volumen plina v cilindru ter cevi v začetni (nevtralni) legi – povratni pomik

[ ] volumen plina v cilindru ter cevi v končni legi – povratni pomik


-12-

[ ] porabljen volumen plina pri celotnem številu prestavljanj

skupno število prestavljanj

[ ] prostornina porabljenega plina pri delovnem gibu (volumen pri izpustu)

[ ] prostornina porabljenega plina pri povratnem gibu (volumen pri izpustu)

3.3.6 Minimalna potrebna masa CO2 v rezervoarju

Plinska konstanta za ogljikov dioksid je vzeta iz vira [5]. V enačbi 3.13 faktor 1,3 predstavlja

30 % dodatka zato, ker proces ni izotermen.

[ ] tlak

[ ] volumen

[ ] masa

[

] plinska konstanta

[ ] temperatura

[ ] masa porabljenega plina

[ ] tlak okolice

[ ] porabljen volumen plina pri celotnem števila prestavljanj

[

] plinska konstanta za ogljikov dioksid

[ ] temperatura okolice


-13-

[ ] minimalna količina plina v rezervoarju za zagotavljanje delovnega tlaka


[ ] predpostavljeni volumen rezervoarja

[

] plinska konstanta za ogljikov dioksid

[ ] temperatura okolice

[ ] minimalna potrebna masa plina v rezervoarju

[ ] masa porabljenega plina

[ ] minimalna količina plina v rezervoarju za zagotavljanje delovnega tlaka

Izbran je bil paintball rezervoar za ogljikov dioksid, ki se sme napolniti do 0,650 kg. Razlike

v masi praznega izbranega rezervoarja in eno velikostjo manjšega rezervoarja so praktično

zanemarljive.


-14-

4 3D MODELIRANJE KOMPONENT

Komponente prestavnega mehanizma so bile zmodelirane s programskim paketom CATIA

V5. Veliko podjetij za svoje proizvode ponuja CAD modele, saj to pripomore k lažji in

hitrejši implementaciji njihovega proizvoda na unikatnem končnem izdelku, kot je na primer

pnevmatski prestavni mehanizem, predstavljen v tej diplomski nalogi. Zato so se tudi za to

nalogo uporabili določeni CAD modeli, ki jih proizvajalec ponudi v spletnem katalogu.

Glavna prednost ponujenih CAD modelov je v tem, da lahko nek izdelek implementiramo v

svoj CAD model, preden izvedemo naročilo želenega produkta oziroma ga fizično

posedujemo. Proizvajalec po navadi v katalogu poda samo osnovne dimenzije izdelka, kar pa

ob zapletenih geometrijah ni dovolj. Z uporabo teh 3D modelov se lahko izognemo

nepotrebnim stroškom, ki bi nastali ob naročilu nekega izdelka, za katerega bi kasneje

ugotovili, da je neustrezen. V tem poglavju je predstavljeno modeliranje nestandardnih delov,

predstavitev 3D modelov, ki jih zagotovi sam proizvajalec izbranih komponent (FESTO in

igus®), končni model ter realne upodobitve (renderji).

4.1 Modeliranje vilic

Vilice služijo kot vezni element med pnevmatskim cilindrom ter nosilcem motorja. Palica s

konca vilice mora imeti zunanji navoj M6, da se lahko očesni ležaj privije na vilice.

Slika 5: CAD model vilic


-15-

4.2 Modeliranje rezervoarja

Rezervoar je bil zmodeliran na osnovi podanih dimenzij proizvajalca. Podane dimenzije so

bile zelo skromne (samo premer in višina), zato model ni popoln. Pri celotnem modelu ostale

dimenzije rezervoarja v tem primeru niso imele vpliva, rezervoar pa v času modeliranja ni bil

na voljo.

Slika 6: CAD model rezervoarja


-16-

4.3 Modeliranje nosilca rezervoarja

Nosilec rezervoarja je bil izdelan iz karbonskih vlaken zaradi nizke mase ter dobrih

mehanskih lastnosti. Narejen je v smislu objemke, ki se z lepilom nalepi na šasijo. V tem

primeru je lepljenje boljše kot vijačenje zaradi nižje mase in tudi zaradi tega, ker z luknjami

šasijo oslabimo. Celoten model vsebuje 2 kosa.

Slika 7: CAD model nosilca rezervoarja


-17-

4.4 Modeliranje regulatorja tlaka

Regulator tlaka se pritrdi direktno na CO2 rezervoar in zmanjša tlak iz rezervoarja na delovni

tlak, ki je pri tej aplikaciji 5 do 8 bar.

Slika 8: CAD model regulatorja tlaka


-18-

4.5 Uporabljeni CAD modeli podjetja FESTO [1]

4.5.1 Pnevmatski cilinder DSNUP 25-50-P-A

Dvosmerno delujoč cilinder z batom premera 25 mm in hodom 50 mm.

Slika 9: CAD model pnevmatskega cilindra

4.5.2 Vtično navojni priključek QS-B-1/8-8-20

Vtično navojni priključki omogočajo hitro in zanesljivo povezovanje cevi na cilindre, ventile,

itd.

Slika 10: CAD model vtično navojnega priključka


-19-

4.5.3 Elektromagnetni ventil VUVG-L14-P53E

Elektromagnetni ventil 5/3 (5 priključkov in 3 možne pozicije) za 12V napajanje.

Slika 11: CAD model 5/3 ventila

4.6 Uporabljeni CAD modeli podjetja igus® [3]

4.6.1 Očesni ležaji igubal®

Omenjeni očesni ležaji so narejeni iz plastike in so zaradi tega veliko lažji kot konvencionalni

kovinski očesni ležaji. V tej aplikaciji sta bila uporabljena KBRM-06-MH in KBRM-10 F

MH.

Slika 12: CAD model očesnega ležaja


-20-

4.7 CAD sestava

V sestavi so združeni prej predstavljeni modeli. Vsi standardni vijaki, matice in podložke so

iz knjižnice, ki jo vsebuje CATIA. Dodatno so bile zmodelirane tudi vse potrebne cevi, ki

povezujejo komponente med sabo.

Slika 13: Sestava celotnega sistema

Prav tako je bil model prestavnega mehanizma vstavljen v skupen CAD model dirkalnika z

namenom, da se preveri dimenzijska ustreznost. Nosilec motorja je bil hkrati uporabljen kot

nosilni element prestavnega mehanizma. S tem je bila dosežena nekoliko nižja masa in hkrati

tudi manjše število komponent. Preveriti je bilo potrebno tudi, kaj se zgodi pri prestavljanju

dol in gor, saj se takrat geometrija mehanizma spremeni.


-21-

Slika 14: Prestavni mehanizem v celotnem modelu

Slika 15: Prestavni mehanizem v poziciji prestavljanja v višjo prestavo (povratni gib)


-22-

Slika 16: Prestavni mehanizem v poziciji prestavljanja v nižjo prestavo (delovni gib)


-23-

4.8 Realna upodobitev (render)

Za boljšo vizualno predstavo je bila narejena tudi realna upodobitev prestavnega sistema.

Določeni so bili materiali, ki so na videz najbolj podobni tistim, ki so bili uporabljeni na

realnem izdelku.

Slika 17: Realna upodobitev 1

Slika 18: Realna upodobitev 2


-24-

5 KONČNI IZDELEK

Končni izdelek ima celotno maso okoli 2400 gramov, kar je skoraj kilogram več od lanskega

prestavnega mehanizma. Razlog za toliko večjo maso je ta, da ima poln rezervoar 1650

gramov, masa praznega pa je 985 gramov. Razlog za uporabo tako velikega očesnega ležaja

na batnici je ta, da ima batnica navoj M10 × 1,25. Manjši očesni ležaj (z M6 navojem, kot je

na koncu vilice) bi prenesel to dinamično obremenitev, vendar predelava cilindra ni bila

smiselna.

Slika 19: Cilinder s periferijo


-25-

Slika 20: Cilinder skupaj z ventilom tik pred vgradnjo v dirkalnik

Slika 21: Primerjava s sistemom iz lanske sezone


-26-

Slika 22: Nosilec rezervoarja in rezervoar z regulatorjem tlaka


-27-

6 TESTIRANJE

Pred montažo prestavnega sistema na dirkalnik ter preizkušanja med vožnjo je bila narejena

enostavna testna priprava, ki je simulirala vožnjo dirkalnika. Obremenitev prestavnega

mehanizma je predstavljala vzmet, ki je tudi vračala cilinder v srednjo (nevtralno) lego po

vsakem »prestavljanju«. Glavni cilj testiranja je bil ugotoviti, koliko prestavljanj je možno

doseči z enim polnjenjem rezervoarja. Izvedlo se je več poskusov pri različnih delovnih

tlakih. Hkrati so se zajemali podatki preko merilne opreme podjetja Dewesoft. Podatki, ki so

se zajemali, so bili: pomik cilindra (potenciometer), tlak (tlačni senzor) ter direkten signal na

ventilu. Vsi podatki se niso obdelovali zaradi pomanjkanja časa, vendar lahko potencialno

koristijo prihajajočim generacijam, ki bodo sodelovale pri projektu formula študent. Kratek

del rezultatov je vključen v naslednjem poglavju.

Slika 23: Testiranje s testno pripravo


-28-

7 REZULTATI

Na testni pripravi, opisani v prejšnjem poglavju, je bilo izvedenih več testiranj pri različnih

delovnih tlakih (relativnih). Rezultati števila prestavljanj do padca delovnega tlaka so podani

v tabeli.

Tabela 5: Izvedena števila prestavljanj do padca delovnega tlaka

Nastavljeni delovni tlak [bar] Število prestavljanj do padca delovnega tlaka

5 1500

6 900

7 850

8 500

V času pisanja diplomske naloge sta bili obe tekmovanji za nami. Prestavni mehanizem je

deloval brezhibno ter zanesljivo na tekmovanjih in tudi na testiranjih dirkalnika. Delovni tlak

je bil celotno sezono nastavljen na 6,5 bara. Časi prestavljanja so se izboljšali v primerjavi s

prejšnjo sezono. Prav tako so se skoraj popolnoma odpravile težave s prestavljanjem v nižjo

prestavo brez uporabe sklopke zaradi večje sile.


-29-

8 SKLEP

Pri testiranju na testni pripravi je prihajalo do nihanj delovnega tlaka v območju +/− 0,5 bara.

Zato so rezultati števila prestavljanj pri različnih tlakih le približni in kažejo samo okvirno

vrednost. Pri vožnji dirkalnika ni bilo zaznati nobenih težav, povezanih z nihanjem delovnega

tlaka. Prav tako je bilo v vseh vožnjah dovolj ogljikovega dioksida, kljub občasnim napakam

voznikov. Zaradi direktne vezave ventila na stikala obvolanskih lopatic je bilo možno sprožiti

ventil v pozicijo za prestavljanje v nižjo prestavo kljub temu, da je že bila izbrana prva

prestava. Vozniki so v nevednosti, da že imajo v prvi prestavi, vseeno pritiskali na

obvolansko lopatico za prestavljanje navzdol in tako po nepotrebnem porabljali ogljikov

dioksid iz rezervoarja.

Za nadaljnje sezone bi bilo zanimivo razmisliti o izdelavi lastnega pnevmatskega

cilindra ter s tem zmanjšati maso le-tega in ga bolj prilagoditi izbrani aplikaciji. Prav tako bi

dodatno možnost predstavljala avtomatska aktuacija sklopke in popolnoma avtomatiziran

menjalnik.


-30-

9 VIRI

[1] „FESTO.“ [svetovni splet]. Dostopno na: http://www.festo.com/, september 2015.

[2] „FSAE rules 2015-16.“ [svetovni splet]. Dostopno na:

http://students.sae.org/cds/formulaseries/rules/2015-16_fsae_rules.pdf, september

2015.

[3] „igus igubal.“ [svetovni splet]. Dostopno na:

http://www.igus.si/iPro/iPro_02_0030_0000_GBen.htm?ArtNr=kbrm-02&c=SI&l=en,

september 2015.

[4] Klemenčič Aleksander. Diplomska naloga: Sekvenčni menjalnik dirkalnika formula

student. Maribor, 2014.

[5] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik. 14. slovenska izdaja/ izdajo pripravila Jože

Puhar, Jože Stropnik. Ljubljana: Littera picta, 2007.

raČunalniŠko podprto konstruiranje pnevmatskega

Documents