Blog

Küllő nélküli agymotor fejlesztés Creo-val

A BME-n már évek óta tevékenykedő csapat most egy meglepő újdonsággal állt elő. Egy agymotort terveztek, melynek közepét a sci-fi filmekből ismert módon üregesre képezték ki. Ám tervük életképes, így nem marad sokáig a számítógépekbe zárva, már javában folyik a kerék prototípusának gyártása.

A Paradicsom Csapat 2010 ősze óta tevékenykedik a Műegyetemen. Tevékenységük első két évükben csak egyetlen egyetemista versenyre korlátozódott, de ezt kinőve, 2012 nyara óta már elektromos versenyautók építésével foglalkoznak. Teszik ezt sikerrel, hiszen a győri ALTrace elnevezésű versenyen a tanulmányautó kategória első helyét szerezték meg. Azóta a csapat mérnökhallgatókkal és a tevékenységük hátterét biztosító marketingesekkel bővült. Ennek köszönhetően a folyamatosan bővülő 15 fős csapat egy még nagyobb fába vágta a fejszéjét: egyedi villanymotor fejlesztésbe kezdtek, mellyel új versenyeket vettek célba.

Nemzetközi élmezőnybe jutás a cél

Az egyedi konstrukció egy olyan kerékagymotor, mely nem rendelkezik sem küllőkkel, sem kerékaggyal. De hogy a motor ne csak egy próbapadon forgó különlegesség legyen, egy autót is terveznek köré. Ezzel a 2015-ös Shell Eco Marathon-on szeretnének indulni, melyen egyetemükről ők lennének az elsők. Hazánk többi egyeteme egyébként már eddig is nagy sikereket ért el a versenyen. A Paradicsom Csapat az Urban Concept kategóriát célozza meg, melyben energiahatékony egyszemélyes városi kisautó tervezése és megépítése a feladat, természetesen a verseny szabályainak betartása mellett.

Egyedi agymotor koncepció

Egy agymotor tervezése sem kis feladat, de itt egy olyan prototípusról van szó, ahol a már néhány helyen alkalmazott megoldásokon felül is rengeteg újítást kellett kivitelezni. Az újszerű megközelítés újszerű megoldásokat követelt. Jó példája ennek, hogy az üreg átmérője és a kinyerhető nyomaték maximalizálása céljából a szokványos szerelőárkos megoldás helyett a gumi oldalról szerelhető.

Az elektromágneses szimuláció és a drótcsapágy

A motor meghajtását tekintve szinte teljes mértékben a BLDC motorok közé sorolható. 45 darab (3 fázisba kötött) tekerccsel, és 42 mágnessel rendelkezik. A forgó részen található ritkaföldfém (neodímium) mágnesek a magas üzemi hőmérséklet miatt a szokásos N sorozat helyett a H sorozatból valók, amelyek maximális üzemi hőmérséklete akár 100 °C-ot is elérheti. Az elektromágneses terek modellezése az online Emetor, és a jobban ismert FEMM szoftverekkel zajlott. Ezek optimalizációja során sikerülhet elérni a motor statikus, 20 A-rel táplált üzeme során a 97 %-os számított hatásfokot. Ezt követően a mágneses szempontból már optimalizált konstrukció köré épült fel a mechanikai modell a PTC Creo 2.0 CAD szoftver segítségével.

A meghajtásról LiFePO4 akkumulátorok fognak gondoskodni. Méreteit tekintve a tervezés során egy 17” átmérőjű és 2” szélességű szabványos felni méretével bír a kerék. A motor egy másik unikuma a csapágyazása, melyet egyedileg gyártott, 0,3 kg tömegű drótcsapágyak hivatottak megoldani. Az erős mágneses tér miatt szükségessé vált, hogy a csapágygolyók anyaga a nem mágnesezhető kerámia legyen. A különleges csapágyakat egy német székhelyű cég biztosítja a csapat számára, akik kifejezetten a hasonlóan különleges alkalmazásokat célozzák termékeikkel.

Független kerékfelfüggesztés, ingázás a szoftverek között

A futómű 3D-s modellje szintén a PTC szoftverével készült. Azonban, az elöl nyomott, hátul húzott rudas felfüggesztés dinamikus paramétereinek vizsgálata már az MSC Software Adams/Car nevű programjával történt. A modellek a Top-Down design módszer elvei szerint készültek, majd a megfelelő geometria után a dinamikus analízisek már ismét a PTC szoftverével készültek el.
Kihívást jelentett az agymotoros koncepció okozta nagy rugózatlan tömeg. Az út egyenetlenségei által okozott ütések így különösen nagy terhelést rónak a felfüggesztés elemeire. Végül a sokszoros és programok közötti iterációnak köszönhetően sikerült a súly minimalizálása mellett egy, a szimulációk során a terheléseknek jól ellenálló konstrukciót létrehozni.

Komoly elvárások a vázszerkezettel szemben

A vázszerkezet fő feladata, hogy a különböző egységeket egy közös egészbe foglalja, és mint ilyen, jó pár feltételnek szükséges megfelelnie. Kitétel például, hogy kellően merevnek kell lennie ahhoz, hogy a futómű tervezésekor ideálisan lehessen számolni, és hogy az ott megtervezett szerkezet az összeépítés után is a szimulációkhoz hasonlóan működjön.
Az, hogy a motor a kerékben és nem a jármű testében helyezkedik el, szintén változtatja a konstrukciót, hiszen nem szükséges helyet biztosítani a motornak, és a hajtáslánc többi elemének. A nagyobb rugózatlan tömeg miatt azonban a felfüggesztés erősebb bekötési pontokat kívánt. Ezeken kívül egy elektromos koncepció autónál nem elhanyagolható az önsúly kérdése sem.

Súlycsökkentés mindenekfelett

Mint ahogy az az egyedi építésű járműveknél, valamint a versenyautóknál is szokás, itt is egy háromszögelt szegmensekből álló térvázas szerkezet került kialakításra. A rendszer megfelelő torzítós merevséget biztosít a szerkezet egészének, ami ideális tapadási viszonyokat biztosít a kerekek számára. Ez a megoldás gyártási szempontból is ideális, hiszen egy könnyen tervezhető és építhető hegesztő készülék elkészítésével és a csőelemek egyenként történő méretre szabásával a vázszerkezet egyszerűen összeállítható különösebb szerszámigény nélkül.
Bár a versenyautónál a nagy terhelések miatt acél elemeket alkalmaznak a vázszerkezet kialakítására, ez esetben ez nem lehetséges, hiszen a versenyszabályzat előírja, hogy a jármű önsúlya nem haladhatja meg a 205 kg-ot. Emiatt, és azért, mert a viszonylag alacsony tervezett végsebesség (80 km/h) is kisebb terheléseket ró a teljes rendszerre, mint egy versenyautó esetében, a választás végül az alumíniumra esett.

Végeselemes méretezés Creo-val

A jármű modellezésének teljes egésze a már előzőleg említett Creo 2.0 Parametric moduljaiban zajlott. A végeselemes modell a kerekekben ébredő talpponti erőktől épül fel egészen a tömegközéppontra ható erőkig. A szimulációk lefuttatása a Creo Simulation moduljában történt.

Összefoglalás és a felsőbb cél

A három terület (motorfejlesztés, váztervezés és futómű optimalizáció) természetesen nem fedi le a csapat teljes tevékenyégét, hiszen foglalkoznak még akkumulátor felügyeleti rendszer és saját teljesítményelektronika fejlesztésével is, és mindemellett a karosszéria is egyedi dizájnnal készül. A már csak emiatt is elég sokrétű társaság hátterében természetesen komoly menedzsment is áll, akik a szponzorok felkutatását és a velük való egyeztetéseket végzik.
Jelenleg a csapat az első motor prototípus összeépítésével foglalkozik, mely várhatón az Ipar Napja rendezvénysorozat keretében kerül bemutatásra.
Ahogy a járműnek, úgy az egész csapatnak is van egy felsőbb célja a versenyen kívül. Ez pedig annak szemléltetése, hogy mi magyarok még mindig képesek vagyunk olyan konstrukciók megálmodására, melyek akár forradalmi változásokat is eredményezhetnek, esetünkben az autóiparban.

További információk
BME, Paradicsom Csapat: www.paradicsomcsapat.hu

Nyírő Ferenc Nyírő Ferenc • 1989-ben végzett a BME Közlekedésmérnöki Karán okleveles gépészmérnökként. 3 éves ipari mérnöki gyakorlat után csatlakozott jelenlegi munkahelyéhez. Kulcs szerepet játszott a korszerű 3D-s CAD/CAM technológiák elterjesztésében Magyarországon a Pro/ENGINEER rendszer – a mai nevén Creo – bevezetésével. 2010-ben a vezetésével az S&T Consulting elindította az ország legnagyobb CAD/CAM oktatási programját CreoStart néven.

ITT és MOST VÁRJUK A HOZZÁSZÓLÁST!

Email cím (nem tesszük közzé) A kötelezően kitöltendő mezőket * karakterrel jelöljük