Měření torzní tuhosti rámu formule u TU Brno Racing
Formule Student je evropskou odnoží původně americké soutěže Formula SAE. Jedná se o prestižní soutěž univerzitních týmů složených ze studentů bakalářského a magisterského studia. Celkově se závodů účastní přes 800 týmů z celého světa. Jeden z hlavních cílů soutěže je naučit mladé konstruktéry pracovat v týmech na reálných problémech, jako tomu je právě v TU Brno Racing.
V dynamických disciplínách hraje důležitou roli váha monopostu, a jelikož není narozdíl od F1 specifikována minimální hmotnost, je snahou všech týmů ušetřit každý gram. Návrh vozu je omezen striktními pravidly, které mají zajistit především bezpečnost řidiče, ale stále je ponechán prostor pro vlastní unikátní koncepty. Všechny týmy musí každý rok navrhnout a postavit nový monopost, se kterým se následně účastní závodů, kde proti sobě týmy soutěží ve statických i dynamických disciplínách.
Každým rokem se tým TU Brno Racing snaží vývojem nového vozu překonat předchozí monoposty a dosáhnout tak lepších výsledků. K realizaci našich návrhů používáme nejmodernější technologie, příkladem je naše chassis, které je tvořeno sendvičovými strukturami z uhlíkových vláken. Stejnou technologii využívají monoposty Formule 1 nebo nejmodernější hypersporty. Chassis týmu za dobu jeho existence prošlo evolucí od příhradového trubkového rámu přes hybridní rám (přední uhlíková skořepina, zadní prostorový rám) až po plně kompozitní monokok.
Jednoduché měření se systémem TRITOP
Jelikož rám je největší díl na celé formuli, je velmi důležitá jeho hmotnost. Trubkový rám je na výrobu poměrně jednoduchý a zároveň levný, ovšem velkou nevýhodou je jeho vysoká hmotnost a nízká torzní tuhost. Při přechodu na hybridní chassis Dragona 7 došlo ke zvýšení torzní tuhosti z 983 Nm/° na 1 618 Nm/ ° při téměř stejné hmotnosti, jakou měl předchozí monopost. S dalšími modely se dařilo zvyšovat tuhost, a přitom nenavyšovat hmotnost. Při vývoji posledního monopostu Dragon X se tým studentů rozhodl pro výrobu plně kompozitního monokoku, díky kterému se docílilo snížení hmotnosti o 7,5 kg na 24,5 kg a jehož tuhost byla změřena naší společností MCAE Systems.
Torzní tuhost je jeden z nejdůležitější parametrů při návrhu rámu, jelikož ovlivňuje výsledné vlastnosti vozidla. Při přejetí nerovnosti nebo průjezdu zatáčkou působí na karoserii síly způsobující krut karoserie. Torzní tuhost vozu ovlivňuje možnosti nastavení podvozku, a to především klopných tuhostí, které mají vliv na přenos zatížení pod koly. Zatížení pod koly udává, jak velké podélné síly je pneumatika schopna přenést. Čím vyšší torzní tuhost je, tím lepší je odezva na změnu klopných tuhostí, čímž tedy torzní tuhost nepřímo ovlivňuje velikost přenášených sil na vozovku.
Pro ověření správně navrhnutého rámu je velmi důležitá validace torzní tuhosti. Na samotné měření se využívá speciální přípravek, na který se celá formule umístí tak, že zadní náprava je uložena pevně, zatímco přední náprava je připevněna k otočnému ramenu. Následně se na rameno postupně pokládá závaží, čímž je zvyšován zkrutný moment a pomocí 3D skeneru TRITOP, se celá formule skenuje. Nakonec je v softwaru provedena deformační analýza, kdy jsou zjištěny posuvy referenčních bodů, ze kterých je následně torzní tuhost vypočítána.
Naše společnost MCAE Systems pro studenty také obrábí velké množství dílů motoru, forem pro výrobu aero paketu nebo volantu. Všechny tyto formy obrábí na pětiosém obráběcím centru DMG MORI a na robotu KUKA se špičkovým CAD/CAM software Tebis.
Kromě kompletního obráběcího centra máme také největší portfolio profesionálních 3D tiskáren s řadou technologií jako je např. FDM, PolyJet, nebo třeba i technologie pro 3D tisk z kovů jako je BMD nebo Powder Bed Fusion.
A právě 3D tiskem byly pro monopost Dragon X vyrobeny extrémně lehké vrtule ventilátorů chladícího systému. Postupně jsme vytiskli několik sad prototypů z různých FDM materiálů – od ASA přes Diran až po nejpevnější „karbon“ – Nylon 12CF, u kterého jsme nakonec zůstali. Vrtuli ventilátoru chladiče vytiskli na 3D tiskárně Stratasys F900, která umožňuje rozměrově reprodukovatelný tisk modelu bez vnitřního pnutí. Materiál Nylon 12CF jako jediný obstál při požadovaném zatížení ventilátoru a byl pro svou vysokou pevnost a odolnost nejvhodnější variantou.
