Dissertação

{pt_PT=Mechanical design of the wheel assembly of an electric Formula Student prototype} {} CONFIRMED

{pt=Encontrar o melhor sistema de transmissão para veículos elétricos tem sido o foco de desenvolvimento de muitas equipas de Formula Student, assim como de equipas profissionais em outras categorias de automobilismo. Foram modeladas e analisadas oito soluções possíveis. As suas características físicas (incluindo a massa, inércia e eficiência) foram inseridas num modelo transiente de dinâmica de veículo, no qual o desempenho de cada solução foi avaliado. A solução que revelou melhor performance foi a que tem o sistema de transmissão na massa não suspensa, com o motor dentro do porta-cubo, seguido por um trem de engrenagens com dois estágios de engrenagens planetárias, com a entrada no sol do primeiro estágio e a saída no anel do segundo estágio, que está ligado à roda através do cubo. Um modelo em regime estacionário foi usado para estimar as cargas aplicadas em cada roda durante a vida do sistema. Construiu-se um modelo térmico para estimar a variação de temperatura ao longo do tempo, em cada componente. As cargas e temperaturas são necessárias para fazer o projeto mecânico de cada componente. O trem de engrenagens foi projetado com o auxílio do programa KISSsoft. Otimizações topológicas foram feitas para encontrar as formas para o cubo, porta-cubo e disco de travão. Essas formas foram modificadas para garantir que todos os componentes podem ser maquinados e montados com os meios disponíveis na equipa. A regra de Palmgren-Miner foi usada para estimar o dano em cada componente, garantindo a resistência a toda a vida útil do carro., en=Finding the best drive train concept for electric vehicles has been the focus of research and development of many teams within the Formula Student community, as well as professional teams in other motorsport categories. Eight possible concepts were modelled. Their physical characteristics (such as mass, inertia and efficiency) were inserted into a self-developed transient vehicle model, with which the performance of each concept was evaluated. From this analysis, the best concept is the one that has an un-sprung drive train system, with the motor inside the upright, followed by a two-stage planetary gear train, with the input on the sun of the first stage and the output on the ring of the second stage, which is connected to the wheel through the hub. A steady state model was used to estimate the load cases applied on each wheel for the entire life of the system. A self-developed thermal model was used to estimate the temperature variation through time, on each component, under operation. The load cases and temperatures are necessary to perform the mechanical design of each component. The gear train was designed with the aid of KISSsoft. Topology optimizations were made to find the shapes for the hub, upright and brake disc. These shapes were modified to assure all components can be assembled, machined and serviced with the tools available to the team. The Palmgren-Miner rule was used to estimate the damage on each component, so that the system can withstand the entire service life of the car.}
{pt=Transmissão, Formula Student, Modelo transiente, Optimização topológica, Projecto mecânico, en=Drive train, Formula Student, Transient model, Topology optimization, Mechanical design}

Junho 27, 2019, 11:0

Orientação

ORIENTADOR

Luís Alberto Gonçalves de Sousa

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar