Engineering Experience 4: Design a Small Solar Vehicle/Nl/2012: Team PM5

Heliodoro

Inleiding

Het centrale thema van EE4 was 'Make stuff work'. Er moet in teams van acht personen een zonnewagen gebouwd worden. Deze zal onderworpen worden aan een hele reeks testen en zijn gedrag zal gesimuleerd worden met simulatiesoftware. Op het eind van het semester wordt er een race georganiseerd tussen de verschillende SSV's(Small Solar Vehicles) van de verschillende teams. Hier wordt het wagentje beoordeelt op zijn snelheid maar ook op basis van twee nevenklassementen, namelijk 'meest innovatie wagentje' en het 'mooiste wagentje'. Om de zonnewagen te realiseren krijgt elk team een zonnepanneeltje en een DC-motor, voor de rest is het team vrij hoe ze het wagentje tot stand brengen. Wel is er een maximaal budget van €200 dat gebruikt mag worden. Het parcours dat moet afgelegd worden tijdens de race is op de afbeelding hieronder te zien.

Teamleden

Naam	Functie
Stef Carlens	Projectleider
Sven Jacobs	Secretaris
Maurits Vandeputte	Dossierbeheerder
Jef Boogaerts	Communicatieverantwoordelijke
Wouter Tits	Ontwerpverantwoordelijke
Maxime Kerckhove	Ontwerpverantwoordelijke
Niels Ooms	Teamlid
Jan Deblaere	Teamlid

Documenten

• Samenwerkingscontract

• GanttChart

• WBS

• Plan van aanpak

• Afsluitend procesverslag

Tussentijdse beschrijving SSV

Het wagentje is momenteel nog niet gerealiseerd maar alle ideën zijn er en de meeste tekeningen bevinden zich op Solid Edge. De wagen bestaat uit 3 wielen, de wielen achteraan bestaan uit kleine cd’tjes. Het wiel vooraan is ook getekend in Solid Edge. Hierin zit een groef voor de geleiding over het circuit. Het frame zal geprint worden in het FabLab met de 3D-printer, aangezien de 3D-printer enkel ABS kan printen zal het frame, het voorste wiel en de achterassen uit dit materiaal bestaan. Het frame getekend in Solid Edge, is zo aërodynamisch mogelijk gemaakt om zo weinig mogelijk luchtweerstand te hebben. Aangezien we besloten hadden om met ons team te strijden voor de innovativiteitsprijs moesten we natuurlijk hier ook aan werken. Daarom zal er een gyroscoop in de zonnewagen ingebouwd worden. Het parcours is niet vlak maar bestaat eerst uit een afdaling, daarna een plat stuk en om te eindigen een beklimming. De gyroscoop zal ervoor zorgen dat het zonnepaneel altijd onder een perfecte hoek naar de zon gericht is. Hoe de gyroscoop en het zonnepaneel bevestigd zullen worden is in deze fase nog niet beslist. De wagen bezit ook een speciale overbrenging, zo wordt er niet met tandwielen gewerkt maar met een continue variabele overbrenging. Deze bestaat uit een kegel met schroefdraad in, zoals op de figuur te zien is. Het doel van deze overbrenging is om op elk moment tijdens de race een optimale gear ratio te hebben. De vleugeltjes vooraan dienen voor de tijdsmeting, deze moeten 10cm van de rail afstaan.

Blog

Wekelijks wordt hier een korte beschrijving gegeven van de vorderingen die het team maakt.

Week 1

Na het inleidend seminarie werden de teams gevormd, er werd een eerste keer vergaderd en er werd beslist dat we de meeste aandacht gingen besteden aan de snelheid van het wagentje! Als teamnaam werd gekozen voor Heliodoro, Grieks voor geschenk van de zon. Op het einde van deze week stond er ons al een eerste deadline te wachten, het samenwerkingscontract, de gant chart, de WBS, het plan van aanpak en het logo moesten ingeleverd worden.

Week 2

Deze week kregen we een seminarie over het zonnepaneel en de DC-motor en over hoe deze te combineren. Ook kregen we ons zonnepaneel en de DC-motor en hierop moesten we enkele testen uitvoeren om de karakteristiek van het zonnepaneel te bepalen. Later op de namiddag kregen we feedback op het reeds geleverde werk. Op de gantt chart na, die iets meer in detail moest, zag het er goed uit.

Week 3

Op dinsdagmiddag kregen we een seminarie over het berekenen van de optimale overbrengingen, het belangrijkste onderdeel van case 1. Later op de dag stond er een brainstorm gepland over het ontwerp van onze zonnewagen. Zo werd er bij nader inzien beslist om toch te gaan voor innovatie en iets minder voor snelheid. Zo werd er aangehaald om eventueel een gyroscoop te gebruiken om het zonnepaneel altijd onder de zelfde hoek naar de zon te richten.

Week 4

Vandaag, dinsdag 6 maart, kregen we een seminarie over matlab-simulink, hiermee zullen later verschillende onderdelen gesimuleerd worden. Later op de namiddag werd de schets van de zonnewagen afgewerkt en zo werd de wagen getekend in Solid Edge. Deze week zal er ook begonnen worden aan enkele berekeningen van de wagen.

Week 5

Tijdens het seminarie van deze week kregen we eerst een presentatie van iemand van het Umicore Solar Team, we kregen enkele tips en hij vertelde over de solar race in Australië. Hierna kregen we nog een presentatie van iemand van FabLab, welke machines ze aanbieden, de kostprijzen en de bruikbare materialen. Na de presentaties zette het team zich bij elkaar en er werden enkele aanpassingen gedaan aan het ontwerp. Ook de berekeningen in Matlab werden afgewerkt. Er werd ook een afspraak geregeld met het bedrijf 'Punch', een bedrijf dat zich bezig houdt met CVT, Continue Variabele Overbrenging. Volgende week gaan we hier eens kijken of we dit systeem kunnen gebruiken in onze wagen.

Week 6

Deze week was een belangrijke week voor het team, tegen het einde van de week moet case 1 af zijn. Doordat er op dinsdag het zeer leerrijke bedrijfsbezoek bij 'Punch' op het programma stond, werd er ook woensdag nog afgesproken om de laatste details voor de deadline af te werken. Bij het bedrijf, dat zich bezig houdt met CVT, continue variabele overbrenging, kregen we een rondleiding, daarna werd er samengezeten en gesproken over onze opdracht. Hun systeem gebruiken leek uitgesloten aangezien het veel te complex was voor onze wagen. Wel gaven ze tips hoe we een analoge, simpelere, oplossing zouden kunnen toepassen. Op donderdag stond er dan de feedbacksessie met de coach op het programma. Hier bleek dat we er nog heel wat werk was voor het tussentijds proces verslag. Donderdagavond en vrijdagmorgen werd er nog flink gewerkt maar om 13u was case I ingeleverd.

Week 7

Op dinsdagnamiddag stond er een meeting met de coach op het programma waar we feedback kregen op het tussentijds procesverslag. Er waren toch wat opmerkingen en er werd afgesproken om deze zo snel mogelijk in orde te maken. Er werd ook begonnen aan de berekeningen voor onze speciale overbrenging, deze bestond uit een kegel met daarrond een touw gewikkeld, tijdens de race is het de bedoeling dat het touw afrolt. Om er voor te zorgen dat de kegel de perfecte afmetingen heeft moeten er een aantal berekeningen uitgevoerd worden.

Week 8

De week na de paasvakantie werd er na de test samengezeten. De berekeningen die nodig waren voor het tekenen van de kegel waren nog niet af, dit moet zo snel mogelijk in orde gebracht worden. Een ander probleem is dat de printer in het FabLab in Leuven defect is, ofwel moeten we wachten tot hij gemaakt is, ofwel op zoek gaan naar een ander FabLab in België.

Week 9

Deze week kon er op dinsdag voor het eerst getest worden op het parcours, aangezien we met het probleem zitten dat we niet kunnen printen, zullen we deze test moeten overslagen. Om toch niet te veel tijd te verliezen werd er maandagmiddag al eens vergaderd en werden de taken voor 'Case II' verdeeld. Dinsdag stond er het seminarie over technische tekenen op het programma. Hierna werd er gewerkt aan 'Case II' en aan de gyroscoop, later op de namiddag nog een feedbacksessie met de coach. Eind deze week was ook de wagen definitief getekend in Solid Edge.

Week 10

In week 10 viel door twee verlofdagen, de EE4-sessie weg. Ondanks dit zat het team toch niet stil en werd er gezocht naar een oplossing voor het 3D-printen van de wagen. Zo werd er in Mechelen een fablab gevonden waar we hetzelfde konden doen als in Leuven. De onderdelen werden opgestuurd en waren tegen het einde van de week klaar. Vrijdagnamiddag werd de wagen voor het grootste deel in elkaar gezet. De onderdelen van Case II werden deze week ook afgewerkt zodat volgende week volledig kan besteed worden aan het monteren van de wagen.

Week 11

Aangezien het op dinsdag slecht weer was kon er deze week niet geraced worden. Dit kwam ons team heel goed uit zodat we op het gemak de wagen in elkaar konden steken. De kegel die voorzien was voor de continue overbrenging was afgebroken tijdens het printen, hiervoor werd dus een oplossing gezocht. Aangezien het tweede deel van de kegel toch nagenoeg recht was, werd hier een deel van een as opgestoken. Deze week werd er ook volop aan het eindverslag gewerkt dat vrijdag om 13u moest ingeleverd worden.

Uiteindelijke beschrijving SSV

Zoals in de tussentijdse beschrijving bestaat onze SSV nog steeds uit drie wielen. De wielen achteraan zijn kleine cd’s, het wiel vooraan is getekend in SE en bezit een groef voor de geleiding over het circuit. In elk wiel zit een kogellager voor minimale weerstand met de assen. Voor de tijdsmeting is er vooraan een gat voorzien waardoor een staaf gestoken wordt. Hierop bevind zich, aan de twee zijden een wit plaatje voor de tijdsmeting. De gyroscoop bestaat uit drie delen. De printplaat, deze past perfect in de uitsparingen in het midden. De accelerometer, deze bevindt zich bovenaan, op het uitsteeksel. De verbinding tussen de accelerometer en het zonnepaneel. Voor de gyroscoop is ook een extra 9V batterij nodig die zich naast het uitsteeksel, in het frame bevindt. De aandrijving bevindt zich achteraan de SSV. Voor de motor was er een opbergplaats voorzien, door een kleine fout pastte deze er niet exact in en is er een kleine uitsparing gemaakt. De variabele overbrenging bestaat uit een cilinder met schroefdraad en een kegel met schroefdraad. Voor het begin van elke race wordt er visdraad opgerold rond de kegel. Tijdens de race zal deze afrollen en zich oprollen op de cilinder. Op deze manier heeft de wagen steeds een optimale gear ratio. Oorspronkelijk zou er zonder tandwielen gewerkt worden maar aangezien de kegel achteraan dan veel te groot zou uitvallen, zijn er toch twee tandwielen gebruikt. Het kleinste tandwiel bevindt zich op de motor en drijf een groter tandwiel aan dat op de cilinder vastzit. De cilinderas wordt in twee gaatjes aan weerszijden van de wagen bevestigd, ook hier zitten twee kogellagers voor minimale wrijving. De kegel is aan beide zijden verbonden met de wielen waardoor deze zullen draaien, ook hier zitten natuurlijk twee kogellagers. In elke cd zit een klein stukje ABS, getekend in SE, zodat de wielen makkelijk met de as kunnen verbonden worden.