Středoškolská odborná činnost 2011 – 2012 Obor 12 – Tvorba učebních pomůcek, didaktická technologie
Grafická podoba modelu závodního automobilu a funkce jeho částí.
Autor: Patrik Petr, 4. ročník SPŠ, Trutnov, Školní 101 541 01 Trutnov
Konzultant: Ing. Milan Fink
Trutnov, 2012
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:
Mé poděkování patří Střední průmyslové škole, Trutnov, Školní 101 za poskytnutí techniky, vybavení a ostatních prostředků.
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
Obsah práce 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.
Úvod RC RALLY 1:10 Kdo je Autodesk 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
Přílohy: Plakát.pdf
6 7 9 12 13 14 17 21 22 24 25 36 37 41 46 50 52 54 55 56 57
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.
- každý závodník jede se svým vozem pevně stanovenou rychlostní zkoušku (RZ) na čas, kterých bývá často 8-12. 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 25 - 40 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.
- 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.
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
-3D modelář pro strojírenství - představený roku 1999
– 3D modelář pro stavebnictví a architekturu
- pro animace a hry
- pro animace a filmy
- 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
- výlisek z polykarbonátu - nástřik se provádí na spodní části karoserie - vyrábí se různé druhy aut
- do karoserie se vyvrtají 4 díry - přes díry se karoserie nasadí na sloupky - proti pohybu se zajistí sponkami
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 200 - 300m - 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
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: 4.8-8.4V - počet článků: 4-7 - špičkové zatížení: 150A - rozměry: 40.0x41.8mm Střídavý (bezuhlíkový) elektromotor Parametry: - vinutí: 21.5 - 3 závity - počet otáček: 11.520 - 82.080 otáček/min - max. výkon: 100 - 745 W (1k) - provozní napětí: 4.8-7.4V - účinnost 88-92% - hmotnost: 165g
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.
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.
- 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
- 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
- při otáčení pohybového šroubu se mění rozteč středů ok
- obě nápravy jsou odpružené olejovými tlumiči
- tlumí nárazy způsobené nerovností povrchu, zajišťuje trvalý styk kol s vozovkou a zachovává světlou výšku podvozku.
- 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
- čím hustší olej, tím dříve se tlumič ustálí
- vyrovnává rozdíly propružení náprav - zmenšuje naklápění podvozku a zabraňuje případnému převrácení - základem je torzní tyč namáhaná na krut - vyrobená z pružinové oceli
- krut stabilizátoru při průjezdu zatáčkou
- 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.
- slouží k udržení auta v požadovaném směru jízdy
- 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 - 0.5°/- 2° - seřizuje se pomocí dvou spojovacích tyčí
- 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
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.
- šestihran je pojištěn čepem proti protočení na výstupní hřídeli a proti vysunutí je pojištěn šroubem - kolo se nasouvá na šestihran a zašroubuje samojistící maticí
- výstupní hřídel je uložená ve dvou ložiskách
- ložisko má rozměr 10x5x4 mm - vnitřní kuličky mají průměr 1,3mm - klec z obou stran zajistí rovnoměrné rozestoupení kuliček - celé ložisko je utěsněno prachovkami
- 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
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
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
- 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
- podvozek má jednotlivé řemeny pro přední a zadní nápravu - v jádru řemenu jsou kevlarová vlákna pro vyšší pevnost - stálý převod 4x4
- pro napínání řemene se používají excentrické domky ložisek - natáčením a následným zapadnutím do mezery zubu se nastaví napnutí
- hlavní převod je řešen ozubenými koly
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.
Seznam použité dokumentace a softwaru Internetový vyhledávač Google Použitý Software Autodesk Inventor Professional 2012 Adobe Photoshop CS 5.1 Microsoft Word 2007 Windows Movie Maker Adobe Acrobat