Grafická podoba modelu závodního automobilu a funkce jeho částí.

Transkript

1 Středoškolská odborná činnost Obor 12 Tvorba učebních pomůcek, didaktická technologie Grafická podoba modelu závodního automobilu a funkce jeho částí. Autor: Patrik Petr, 4. ročník SPŠ, Trutnov, Školní Trutnov Konzultant: Ing. Milan Fink Trutnov, 2012

2 Prohlášení Tímto prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně pod vedením konzultanta Ing. Finka. V uvedeném seznamu uvádím veškerou použitou dokumentaci a potřebné vybavení. v Trutnově dne: podpis autora:

3 Mé poděkování patří Střední průmyslové škole, Trutnov, Školní 101 za poskytnutí techniky, vybavení a ostatních prostředků.

4 ANOTACE Projekt má sloužit k představení hlavních částí RC závodních automobilů a následně k názornému vysvětlení konstrukčních uspořádání a funkce. Kromě toho představuje zajímavou formou strojírenství a jeho počítačovou grafiku. Cíle práce: 1) vytvořit digitální a velmi uživatelsky jednoduchou podobu tematických pohledů na jednotlivé části RC závodních vozů 2) vytvořit pohledy na jednotlivé konstrukční celky auta doplnit vysvětlivkami a animacemi 3) představit závody RC RALLY 4) představit grafické možnosti produktů Autodesk 5) vytvořit velkoplošný plakát

5 Obsah práce 1. Úvod 6 2. RC RALLY 1: Kdo je Autodesk 9 4. Možnosti Inventoru Základní specifikace Karoserie Elektronika Rám Nápravy Spojovací tyč Pružení, tlumení, stabilizace Řízení Geometrie Kola a jejich uložení Diferenciál Kloubové hřídele Řemenový převod Ozubený převod Pohon Závěr Seznam dokumentace a softwaru 57 Přílohy: Plakát.pdf

6 Úvod K závodění s RC automobilovými modely RALLY jsem se dostal díky svému otci. Jako svůj hlavní koníček v mládí měl modelářství. Před dvanácti lety si ze zájmu a nostalgie koupil první RC model auta a ze začátku mi ho nechtěl vůbec půjčovat. Byla to dost drahá hračka, ale časem jsem ho přemluvil. Postupně jsem s autem začal jezdit častěji než otec. Viděl, že mě to baví a daroval mi ho. Postupně mě jízdy po ulici přestávaly bavit a chtěl jsem zkusit něco jiného. Hledal jsem na Internetu nějaké závody a shodou okolností jsem našel šampionát v sousedním městě Dvůr Králové nad Labem. Závody mě přímo uchvátily a začal jsem na voze provádět i úpravy k jeho vylepšení. Ani jsem si to neuvědomil, ale při volbě střední školy mě nenapadla jiná vhodná varianta než technická. Od modelářství a závodění se rozšířil můj zájem na strojírenství a počítačovou grafiku. Díky praktickým zkušenostem s malými modely mi dnes nepřipadá teorie strojnictví jako nezajímavá a vidím tak teorii a praxi ve spojení. Oblast počítačové grafiky v produktu Autodesk Inventor mi zároveň otevřela svět modelování a sestavování součástí ve 3D do celků s další možností vizualizace, animace a zjišťování průběhů zatížení. Strojírenství, auta a počítačová grafika mě v současné době natolik oslovily, že bych chtěl dále studovat na vysoké škole a pak pracovat v automobilovém průmyslu. Svou prací SOČ jsem chtěl vytvořit studijní i popularizační materiál s nevelkými nároky na vlastnosti počítače. Měla přiblížit podobu modelů aut a hlavně jejich základní konstrukční prvky. S ohledem na rychlosti modelů a jejich pohyb v terénu musí využívat moderní materiály a zároveň být konstrukčně na výši. Jakákoliv chyba se okamžitě projevuje při vlastním závodu. Virtuální svět Inventoru navíc nabízí přesvědčivá představení vozidel a jejich částí. Práce SOČ může přimět studenty k návštěvám soutěží, závodění, modelářství a třeba i ke studiu na technické škole. Učitelům předmětů Strojnictví, Stavba a provoz strojů, Projektování a Počítačová grafika určitě poslouží jako vhodná názorná učební pomůcka.

7 - každý závodník jede se svým vozem pevně stanovenou rychlostní zkoušku (RZ) na čas, kterých bývá často Při vícedenních závodech jsou některé zkoušky i v noci za pomoci osvětlení modelu. Potom počet RZ může dosáhnout i 16 za dva dny. Závody jsou natolik zajímavé, že soutěžícími jsou i otcové a dědové. Na start se staví závodních vozů. - modely jsou v měřítku 1/10 a mají elektrický pohon. Typy podvozků jsou velmi různorodé a dá se použít takřka cokoli. Stačí zvětšit světlost a rejd, změkčit tlumiče a zakrytovat podvozek proti nečistotám. Mají řemenové převody a kloubové hřídele. Pro různé povrchy se používají odlišné pneumatiky - hladké na čistý asfalt, s menším vzorkem na špinavý nebo hrubý asfalt a s vysokým vzorkem na šotolinu a štěrk. Správná volba pneumatik je velice důležitá.

8 - jsou dlouhé i několik stovek metrů a závodník za modelem běží. Pak rozhoduje nejen umění ho řídit, ale také fyzická kondice. Potom mají menší výhodu mladí jezdci. Závodník je tak sám sobě pilotem, mechanikem i nahazovačem. Nikdo jiný se modelu nesmí při závodu dotknout hrozila by penalizace. Tou je postihováno i nedovolené předjetí, zkrácení tratě, úmyslný dotek nohou, předčasný start aj.

9 Autodesk, Inc. je americká nadnárodní společnost Autodesk je největší návrhářská firma světa Byla založená 1982 Johnem Walkerem a jeho přáteli Od roku 1982 je AutoCAD jejím hlavním programem pro design

10 -3D modelář pro strojírenství - představený roku D modelář pro stavebnictví a architekturu

11 - pro animace a hry - pro animace a filmy

12

13 - měřítko 1:10 - šířka náprav 185 mm - rozvor náprav 256 mm - pohon 4x4 - hmotnost celého auta 1450g - odpružení kapalinovými tlumiči - kompletní uložení v kuličkových ložiskách - rychlost i přes 100km/h

14 - výlisek z polykarbonátu - nástřik se provádí na spodní části karoserie - vyrábí se různé druhy aut

15

16 - do karoserie se vyvrtají 4 díry - přes díry se karoserie nasadí na sloupky - proti pohybu se zajistí sponkami

17 RC souprava: Vysílač dává impulsy přijímači, který dále rozvádí informace zvlášť pro servořízení a regulátor rychlosti. Parametry: - Frekvence přenosu 2,4 GHz - 4 kanály přenosu - dosah signálu m - možnost exponenciálního řízení Servo řízení: Z přijímače jde signál, který určuje polohu serva. V servu se snímá poloha výstupního hřídele a elektronika podle těchto signálů pouští proud do motorku, který pomocí ozubených kol dává konečný kyvný pohyb Parametry: - síla při 6.0V: 120N na 10mm dlouhé páce - rychlost při 6.0V: 0.08sec/60 - hmotnost: 52.4g

18 Regulátor rychlosti Z přijímače jde signál, který udává regulátoru, jaké množství energie má dodat do motoru. Parametry - motory: od 8.5 závitů (bezuhlíkové), od 7 závitů (uhlíkové) - provozní napětí: V - počet článků: špičkové zatížení: 150A - rozměry: 40.0x41.8mm Střídavý (bezuhlíkový) elektromotor Parametry: - vinutí: závity - počet otáček: otáček/min - max. výkon: W (1k) - provozní napětí: V - účinnost 88-92% - hmotnost: 165g

19 Nabíjení Dodává elektrický náboj do baterie Parametry: - nabíjení řízené mikroprocesorem - nabíjecí napětí: 2-20V - nabíjecí proud 0,1 5A - doba nabíjení baterie o kapacitě 4600mAh je cca 50 minut Baterie Slouží k dlouhodobému uchování elektrické energie Druhy: LiPol (Lithium-polymer), NiMH (Nikl-metal hydrit), NiCD (Nikl-cadmium) Parametry baterie NiCD/NiMH: - skládá se ze 6-ti samostatných článků o napětí 1,2V - napětí sady baterií: 7,2V - kapacita až 5000mAh - nabíjecí proud 5A - vybíjecí proud - hmotnost: 390g Výhody: Vyšší mechanická odolnost, levnější. Nevýhody: Krátká životnost, velká hmotnost.

20 Parametry baterie LiPol: - skládá se ze 2 článků o napětí 3,6 V - napětí sady baterií: 7,2V - kapacita až 6500mAh - nabíjecí proud 8A - vybíjecí proud až 260A - hmotnost: 240g Výhody: Velmi velká životnost, nízká hmotnost, obsluha. Nevýhody: Nízká mechanická odolnost, při proražení krytu hrozí vznícení.

21 - trup tvoří dvě 2 mm silné karbonové desky - příčníky jsou vyfrézované z duralu na CNC strojích - šasí zaručuje požadovanou flexibilitu a díky použitým materiálům i nízkou hmotnost - jako spojovací materiál jsou použity titanové šrouby

22 - nesou tíhu vozidla a přenášejí ji na kola - přenášejí hnací, brzdné a boční síly mezi kolem a rámem - umožňují odpružení pomocí pružin, které jsou uloženy mezi nápravami a vozidlem Druhy náprav - McPherson - víceprvková náprava (multilink) - lichoběžníková náprava - kliková náprava - úhlová náprava - kyvadlová náprava - tuhá náprava - De Dion - na podvozku jsou lichoběžníkové nápravy - tvoří jí dvě rovnoběžná ramena s těhlicí a rejdovou hlavicí - horní rameno nahrazuje stavitelná spojovací tyč pro nastavení odklonu - kompletně jednoduše nastavitelná geometrie, dobré jízdní vlastnosti

23

24 - při otáčení pohybového šroubu se mění rozteč středů ok

25 - obě nápravy jsou odpružené olejovými tlumiči

26 - tlumí nárazy způsobené nerovností povrchu, zajišťuje trvalý styk kol s vozovkou a zachovává světlou výšku podvozku.

27

28 - zmenšují rozkmity zapříčiněné pružinou - kapalina klade odpor, jestliže musí protékat malými dírkami - tlumení se dá nastavit hustotou oleje nebo velikosti a počtem dírek v pístu

29 - čím hustší olej, tím dříve se tlumič ustálí

30

31

32 - vyrovnává rozdíly propružení náprav - zmenšuje naklápění podvozku a zabraňuje případnému převrácení - základem je torzní tyč namáhaná na krut - vyrobená z pružinové oceli

33

34 - krut stabilizátoru při průjezdu zatáčkou

35 - při průjezdu zatáčkou působí na podvozek odstředivá síla směrem ven ze zatáčky. Tato síla naklápí podvozek. Stabilizátory přizdvihují vnější kola tak, aby se povozek tolik nenakláněl.

36 - slouží k udržení auta v požadovaném směru jízdy

37 - Sbíhavost: má za výsledek větší stabilitu při jízdě v přímém směru a to na úkor určitého zhoršení odezvy na povely řízení. - neměla by nastat kladná hodnota, měla by být v rozmezí /- 2 - seřizuje se pomocí dvou spojovacích tyčí

38 - Odklon: má za následek lepší a rychlejší průjezd zatáčky bez smyku. Při průjezdu zatáčky působí na těžiště auta odstředivá síla, která má snahu auto naklánět a pneumatiky jedou po hraně. Díky odklonu při naklonění auta mají pneumatiky větší styčnou plochu a využije se celý potenciál pneumatiky. Odklon by nikdy neměl mít kladné hodnoty

39 Záklon rejdového čepu: označuje úhel předního řídícího bloku vzhledem ke kolmici k zemi. Větší úhel záklonu (šikmější) způsobuje zvětšující se stáčení předních pneumatik ve směru zatáčky, jak se kola otáčejí. Při správném nastavení úhlu záklonu rejdového čepu lze zvětšit tah auta, ale je-li úhel příliš veliký, pneumatiky jedou pouze po vnitřních hranách, zmenšuje se jejich styková plocha a tím i záběr.

40

41

42 - šestihran je pojištěn čepem proti protočení na výstupní hřídeli a proti vysunutí je pojištěn šroubem - kolo se nasouvá na šestihran a zašroubuje samojistící maticí

43 - výstupní hřídel je uložená ve dvou ložiskách

44 - ložisko má rozměr 10x5x4 mm - vnitřní kuličky mají průměr 1,3mm - klec z obou stran zajistí rovnoměrné rozestoupení kuliček - celé ložisko je utěsněno prachovkami

45

46 - vyrovnává otáčky pravého a levého kola při průjezdu zatáčkou - při průjezdu zatáčkou vnitřní kolo jede menší poloměr než vnější - bez diferenciálu by se kola smýkala

47 Planetový diferenciál: Výhody: - převod je proveden kontaktním stykem (ozubenými koly) - pro velké momenty Nevýhody: - nenastavitelná svornost - hmotnost 1. unašeč, 2. satelity, 3. talířové kolo (řemenice), skříň 4. planetová kola 5. těsnící X kroužek 6. výstupní unašeč

48 Kuličkový diferenciál: Výhody: - nastavitelná svornost - hmotnost Nevýhody: - nepřenese velké momenty - náročnost na čistotu - složitost na výrobu 1. šroub 2. podložky pod ax. ložisko 3. axiální ložisko 4. unašeče 5. podložky 6. kuličky D= 3 mm 7. talířové kolo (klec) 8. přítlačná pružina 9. matice 10. kuličkové ložisko

49

50 - umožňuje přenést otáčky diferenciálu do kol při propružení ramen nebo při zatáčení Výhody: - jednoduchost - pro velké síly Nevýhody: - při velkém úhlu vytočení se na výstupu mění otáčky Výhody: - nemění se otáčky ani při velkém vytočení - dovolí větší rejd Nevýhody: - pro menší síly

51

52 - podvozek má jednotlivé řemeny pro přední a zadní nápravu - v jádru řemenu jsou kevlarová vlákna pro vyšší pevnost - stálý převod 4x4

53 - pro napínání řemene se používají excentrické domky ložisek - natáčením a následným zapadnutím do mezery zubu se nastaví napnutí

54 - hlavní převod je řešen ozubenými koly

55

56 Závěr Původně jsem chtěl ve své práci SOČ představit jen závodní auto a jednoduše přiblížit závody RC RALLY. Postupně jsem začal vysvětlovat konstrukční zvláštnosti automobilů a jejich celků a velmi mi pomohl k různým pohledům a řezům program Autodesk Inventor. Pokusil jsem se sestavit ucelený sled prezentačních obrazů v *.pdf a doplnit ho o animace. Učební pomůcka se na naší škole začala velmi rychle používat a navíc jsem vytvořil velkoplošný plakát, který visí na chodbě. Mé spolužáky to zaujalo a navodila se řada otázek. Pro potřeby školního dne otevřených dveří jsem ještě přidal několik obrazů o počítačové grafice a rozšířil obsah. Zájemcům o studium a jejich rodičům jsem práci ukazoval a ze zájmu a otázek jsem měl dobrý pocit. Najednou jsem si uvědomil, že zájmem o auta, studiem školy a využíváním počítačové grafiky jsem se nakonec pro další vývoj nasměroval i já. Vytváření práce SOČ bylo jedním z mých příjemných a užitečných okamžiků. Najednou všechno do sebe nějak zapadlo.

57 Internetový vyhledávač Google Seznam použité dokumentace a softwaru Použitý Software Autodesk Inventor Professional 2012 Adobe Photoshop CS 5.1 Microsoft Word 2007 Windows Movie Maker Adobe Acrobat