Formula Student klassi võistlusauto piduriketta projekteerimine

Formula Student on tudengitele mõeldud tootearendust võistlus, mille käigus ehitatakse sarja reeglistiku järgi vormelauto. FS Team Tallinn on Tallinna Tehnikakõrgkooli ja Tallinna Tehnikaülikooli üliõpilastest koosnev meeskond, kes on hetkel Baltikumis ainsana tegutsev antud sarja meeskond. Lõputöö eesmärk oli tõestada, et titaansulam Ti 6Al-4V sobivust materjalina Formula Student klassi elektrilisele vormelauto piduriketta valmistamiseks. Lõputöö käigus tõestati titaansulami Ti-6Al-V4 sobivust ja projekteeriti piduriketas Formula Student klassi vormelautole. Piduriketta projekteerimise aluseks võeti FEST21 parameetrid. Töös on võrreldud kolm erinevat materjali: Ti-6Al-V4, 25CrMo4 ja AlMgSi. Esmane järeldus tehti näitajate põhjal, tänu millele oli võimalik määrata titaansulami sobivus. Teras jäi tiheduse tõttu massilt raskeks ning alumiiniumsalmi puhul oli tegemist liiga pehme metalliga. Titaansulami pingenäitajad olid valikul määravaks, mis mängivad suurt rolli vastupidavusel. Lisaks tiheduse näitajate puhul võib öelda, et tegemist ei ole liiga raske metallisulamiga. Järgneva etapina projekteeriti piduriketas. Ketas peab olema vastupidav ja massilt kerge. Lõpliku prototüübi disainini jõudmiseks tuli luua mitu erinvat varianti. Töös on välja toodud esmane ning lõplik versioon, kuid kogu protsessi vältel tehti mitmeid. Kindlustamaks titaansulami sobivust antud kettale tuli läbida tugevusanalüüs. Esmase ketta disain andis tulemuseks 78 MPa. Lõpliku prototüübi tulemus oli 121 MPa. Antud tulemus näitas, et pole kasutatud materjali maksimaalset pingevõimekust, kuid saadud tulemus on sõidukile sobiv. Määrates detailile materjali oli võimalik saada teada mass, milleks oli 148 grammi. Lisaks on võimalik töös tutvuda pidurisüsteemiga üldiselt ja analüüsi ülesseadmist. Kogutöö projekteeriti ja analüüsiti Catia P3 V5R21 programmis.

The aim of this thesis was to prove that titanium alloy Ti 6Al-4V is a suitable material for the manufacturing of Formula Student class electric vehicle brake disc.

Formula Student is a product development competition for students, where the goal is to build a formula car according to the rules of the series.

FS Team Tallinn is a team of students from Tallinn University of Applied Sciences and Tallinn University of Technology, which is currently the only team in the Baltics.

During the dissertation, the suitability of the titanium alloy Ti-6Al-V4 was proved and a brake disc was designed for a Formula Student class car. The design of the brake disc was based on the parameters of FEST21.

Three different materials were compared: Ti-6Al-V4, 25CrMo4 and AlMgSi. The initial conclusion was made on the basis of the indicators that made it possible to determine the suitability of the titanium alloy. The steel remained heavy due to its density, and aluminum straw metal was too soft. The stress characteristics of the titanium alloy were decisive in the selection, which plays a major role in the durability. In addition, in the case of density indicators, it can be said that the metal alloy is not too heavy.

The next step was to design a brake disc. The disc must be durable and light in weight. In order to arrive at the design of the final prototype, several different variants had to be created. The initial and final versions are presented in the work, but several were done during the whole process. To ensure the suitability of the titanium alloy for this disc, a strength analysis had to be performed. The design of the primary disk resulted in 78 MPa. The result of the final prototype was 121 MPa. This result showed that the maximum tensile strength of the material was not used, but the result obtained is suitable for the vehicle. By determining the material of the part, it was possible to find out the weight, which was 148 grams.

In addition, it is possible to get acquainted with the braking system in general and set up the analysis. The overall work was designed and analyzed in the Catia P3 V5R21 program.