Tudengibagi raami projekteerimine ja valmistamise tehnoloogia

Käesoleva diplomitöö eesmärgiks oli luua bagiraam, mida edaspidi kasutada kutsekoolidele mõeldud bagivõistlussarjas. Planeeritud on luua võistlussari, kus saavad kutsekoolides õppivad tudengid proovile panna oma oskused võidu- ja vigursõidus. Võistlused on Off-Road tüüpi, kus valdavaks enamuseks on maastiku- ning krossirajad. Selleks, et sõiduk oleks suuteline antud radu läbida tuli konstrueerida võimalikult tugev kuid samas madala massiga raam. Sealjuures oli eesmärgiks, et loodav kontseptsioon oleks disainiliselt ka esteetilise välimusega. Raami konstrueerimisel pidi samaaegselt arvestama ka valmistamise tehnoloogiaga. Kuna bagi raam valmistatakse painutatud torudest, siis pidi lähtuma sellest, et motospordis ei ole hea tava painutada torusid väiksema raadiusega kui seda on toru kolmekordne läbimõõt, kuna väheneb oluliselt torude vastupidavus. Seega minimaalseteks paindeks sai võtta 25mm toruläbimõõdu juures 75mm raadiusega painde ja 30mm läbimõõduga torul 90mm raadiusega painde. Lähtuvalt painde raadiusest, oleks otstarbekas kuni 300mm painderaadiusega torud painutada pöördvormiga, kus on võimalik kasutada ka täitematerjali, vältimaks toru deformatsioone ning ristlõike ovaalseks muutumist. Üle 300mm raadiusega painded oleks soovitatav teha kolme-rulli meetodiga. Keevitamistehnoloogia valikul võtsin arvesse, et kroom-molübdeen torude puhul on oluliseks eel- ning järeljahutus, mida on võimalik teostada TIG keevitusega. Teisalt peab keevisõmblus olema esteetilise välimuse ning täieliku läbikeevitusega, sealjuures ei tohi õmblusel esineda räbupesasid ega ka mõrasid. Bagi raami konstrueerimisel võtsin aluseks Baja SAE® võistlussarja reeglistiku, millest lähtuvalt valisin raami vajalikud detailid ning nende paigutused. Pikema ekspluatatsiooniaja saavutamiseks ning konstruktsiooni tugevuse leidmiseks tegin raamile tugevusanalüüsid, mille kohaselt vaatlesin CATIA Generative Structural Analysis töökeskkonnas bagi väändejäikust. Analüüsi põhjal selgus, et bagi raami nihke maksimum 3000N suuruse jõu rakendamisel kummalegi esirattale on 4,68mm. Sellest lähtuvalt sai arvutada väändejäikuse, milleks sain 4506Nm/kraad, arvestades Formula Student Team Tallinn meeskonna kogemusi, siis reaalsetes tingimustes raami väändejäikus väheneb. Analoogsetel Baja SAE® sarja bagidel on see 2000-3000Nm/deg, siis võib lugeda antud tulemust optimaalseks ning võib kindel olla raami pikas ekspluatatsiooniajas, mida oligi vaja saavutada.

The aim of this diploma was to create a frame for a buggy, which is subsequently used in vocational schools designed buggy racing series. There is a plan to create a racing series where students who studies in vocational schools can test and prove their racing skills. Competitions are held mainly in motocross and off-road trails. In order to create buggy what will surpass the obstacles, I had to construct a strong yet lightweight frame. Designing the frame I had to simultaneously take into account the fabrication technology. Since the frame is made of bent tube must then take into account that the bending radius must be at least three times the diameter of the tube. For 25mm diameter tube the minimal bent can be 75mm and for 30mm tube it has to be a least 90mm. Based on the bending radius the tubes which has bends up to 300mm radius will be done with a rotary draw bending technique, where the filler is enabled. The filler grants to avoid deformation on the tube cross-section during the bending. Over the 300mm radius bends would be advisable to make a three - roll method. Choosing the welding technique I took into a consideration that cromoly tubes needs longer pre- and after cooling which in possible to perform with TIG (tungsten inert gas welding) welding. Roll cage welding have to look aesthetic as well which TIG welding can perform. Designing the buggy frame I based on a Baja SAE® competition series rulebook to locate the roll cage elements and to set the drivers lateral space clearances. To extend the physical life of the roll cage I analyzed the frame strength in CATIA Generative Structural Analysis workbench. The analysis showed that the buggy’s frame displacement in the force of 3000N per front wheel is 4,68 mm. It is the basis to calculate the torsional rigidity, which I got 4506Nm/deg. Considering Formula Student Team Tallinn teams experiences, the frame torsional rigidity decreases in real life because in CATIA analyzes the frame in ideal concisions. The Baja SAE ® Series buggies have torsional rigidity about 2000-3000Nm/deg. So the new frame should be strong enough to race in off-road conditions, which was to be achived.