• si-2019.png
  • si-foto-2015.jpg
  • si-foto-2016.jpg
  • si-foto2-2015.jpg
  • si-foto2-2016.jpg
  • si-foto3-2016.jpg

Predmetom tejto práce je návrh aerodynamického autíčka na ľudský pohon, ktoré má jednoduchú konštrukciu, maximálne množstvo normalizovaných komponentov a minimálne množstvo nenormalizovaných súčiastok vyrobiteľných v školských dielňach. Ďalšími dôležitými požiadavkami je bezpečnosť a spoľahlivosť autíčka, nenáročná údržba, montáž a demontáž jednotlivých komponentov. Značná pozornosť je venovaná dizajnu autíčka, ktoré je určené pre jednu osobu.

Najdôležitejšie však je vytvoriť návrh jednomiestneho aerodynamického autíčka na ľudský pohon schopný reálnej prevádzky.

Riešenie úlohy je rozdelené do troch častí:

  • návrh a konštrukčné spracovanie rámu a riadenia;
  • návrh a konštrukčné spracovanie pohonu;
  • dizajn karosérie a sedadla jazdca;

 

Obr. 1 Koncepcia aerodynamického autíčka na ľudský pohon

METODIKA

Pri riešení problémovej úlohy bol použitý klasický postup riešenia konštrukčnej úlohy.

V zadávacej etape boli určené ciele, získane základné informácie a stanovené podmienky riešenia. V ďalšej etape bola navrhnutá koncepcia riešenia a výsledkom pracovnej etapy je technická dokumentácia, ktorú tvorí technická správa s teoretickými poznatkami v danej oblasti a pevnostným výpočtom určených súčiastok. Časť technickej správy (modely súčiastok, podzostavy, zostava, rezy zostavy a výpočty) boli spracované v CAD systéme - v programe Autodesk Inventor. V uvedenom programe bola spracovaná aj časť výkresovej dokumentácie. V priebehu riešenia úlohy boli využívané poznatky získané počas štúdia odborných predmetov a tiež praktické skúsenosti.

Pri sústreďovaní informácií o súčasnom stave techniky v danej oblasti bol využívaný Internet a pri spracovávaní textovej časti odborná literatúra a katalógy výrobcov.

1 AERODYNAMICKÉ AUTÍČKA NA ĽUDSKÝ POHON

Aerodynamika je veda zaoberajúca sa obtekaním vzduchu okolo telies. Všeobecne platí, že čím nižší je aerodynamický odpor vzduchu vozidla, tým menší výkon vyžaduje, aby sa pohyboval rovnakou rýchlosťou.

Pri tomto type autíčka sa zdanlivo môže javiť ako zbytočné riešiť aerodynamiku, ak konštruktér pri navrhovaní berie do úvahy aspoň základné poznatky aerodynamiky, môže dosahovať výrazne lepšie výsledky. Karosériu je možné výraznejšie optimalizovať a minimalizovať tak námahu potrebnú na pohon autíčka.

Dobrým príkladom sú napríklad štúdie profesora Steva Haakeho, zo Sheffield Hallam University, z ktorých vyplýva vyše 220% nárast výkonu športovcov pri olympijskej disciplíne „jednohodinová cyklistika“ v porovnaní s výsledkami športovcov koncom 19. storočia. Z toho niečo okolo 100% je zásluha práve aerodynamiky. Podobné javy je možné sledovať aj u ďalších športov, v ktorých má aerodynamika svoje miesto.

Samostatným štúdium aerodynamiky bolo zistené, že rovný hladký podvozok má významný efekt na celkovú aerodynamiku a to pomohlo pri rozhodovaní, či použiť na autíčku podlahu, alebo nie. Prospešné tiež môže byť obmedzenie prúdenia vzduchu cez kolesá. Predné kolesá budú mimo karosérie, ale zadné môžu byť v zákryte a umožniť tak vzduchu obtekať okolo kolesa. Predĺženou zadnou časťou je možné taktiež dosiahnuť, aby sa zóna podtlaku „vťahujúca“ vozidlo späť odsunula čo najďalej od auta. Nie je natoľko podstatné, či je karoséria hranatá alebo celkom oblá, ale hrany je tiež dobré zaobľovať. Pozitívny vplyv má hlavne zaoblenie do strán (keď hrany vytvárajú oblý pôdorys).

Pri navrhovaní karosérie je vhodné myslieť aj na vplyv počasia, konkrétne na dážď a na blato. Predpokladá sa, že navrhované autíčko nebude vystavované podobným podmienkam a  získané poznatky sú zakomponované len čiastočne. Medzi hlavné problémy, ku ktorým môže vplyvom počasia dôjsť patrí narušenie výhľadu vodiča, zatekanie vody a znečistenie blatom vystrekujúcim z predných kolies.

Už pri slabom daždi sa na čelnom skle rýchlo usadia kvapky obmedzujúce výhľad vodiča z kabíny. Autíčko neobsahuje žiadnu elektroniku a s čelnými stieračmi sa nepočíta, tento efekt je možné obmedziť zakomponovaním odtokových drážok po okrajoch okna. Vďaka ním voda nebude stekať po celých oknách, ale nájde si svoju cestu dookola.

Pri daždi môže do autíčka natiecť určité množstvo vody cez škáry pri spojoch karosérie. Riešením môže byť len dôkladné tesnenie. Krycia časť karosérie  autíčka bude zhotovená z jedného kusu a tak jediné miesto na autíčku, z ktorého by mohlo dôjsť k zatekaniu, je priestor okolo okna.

Počas dažďa, ale aj po daždi môže byť povrch cesty zablatený a predné kolesá môžu vystrekovať blato na celé autíčko. Autíčko bude síce celé kryté a tak nehrozí znečistenie interiéru, alebo samotného vodiča, ale môže dôjsť k znečisteniu bočných okien a tým k obmedzeniu výhľadu. Tento efekt je možné minimalizovať použitím vhodne upevnených blatníkov priamo na kolesách.

1.1 KAROSÉRIA

Karoséria je krycí obal vozidla, utvárajúci priestor pre osoby alebo náklad. Za úlohu má chrániť pred vonkajšími vplyvmi posádku, náklad aj jednotlivé časti vozidla. Podľa konštrukcie delíme karosérie na tri typy: podvozkovú, polonosnú a samonosnú.

Podvozkové karosérie sú upevnené na nosný rám automobilu, ktorý tvorí základnú konštrukciu. Vozidlo je schopné jazdy aj bez karosérie. Karoséria býva na rám upevnená najčastejšie skrutkami s gumovými podložkami, ktoré tlmia hluk a chvenie.

Polonosné karosérie čiastočne preberajú funkciu rámu vozidla. Vozidlo tak nie je schopné samostatnej jazdy. Polonosné karosérie sú pevne upevnené k plošine rámu a prenášajú časť zaťaženia. Z toho dôvodu musia byť pevnejšie.

Samonosné karosérie preberajú funkciu rámu vozidla, prenášajú celé zaťaženie. Hnací mechanizmus, nápravy aj riadenie sú upevnené priamo na karosérii. Vďaka absencii nosného rámu má vozidlo výrazne nižšiu hmotnosť.

  

 Obr. 2 Podvozková, polonosná a samonosná karoséria

1.1.1  KAROSÉRIA Z JEDNÉHO KUSU

Najjednoduchším variantom je karoséria z jedného kusu, ktorú je možné celú odňať, respektíve vyklopiť. Vďaka možnosti oddeliť celú karosériu od rámu je zásah do konštrukcie veľmi rýchly a jednoduchý. Nevýhodou však je nutná asistencia pri nastupovaní.

1.1.2 KAROSÉRIA BEZ BOČNÝCH STIEN

V tomto prípade už nastupovanie a vystupovanie nemôže robiť problémy. Vodiča ale chráni len z prednej strany. Nechráni ho pred bočným vetrom, dažďom, blatom a ani hlukom. Ďalšou nevýhodou sú zle aerodynamické vlastnosti, ktoré sa síce dajú zmierniť vhodným tvarom karosérie, ale nedajú sa eliminovať úplne.

1.1.3 KAROSÉRIA S ODNÍMATEĽNÝM OKNOM

Taktiež pomerne jednoduchá alternatíva no namiesto celej karosérie sa odníma len okno. Okno by bolo možné vybaviť úchytmi pre pohodlné uchopenie a na karosérii bezpečne upevniť mnohými spôsobmi.

1.1.4 KAROSÉRIA S OTVÁRATEĽNÝMI DVERAMI

Karoséria s otvárateľnými dverami si vyžaduje už o niečo komplikovanejšiu konštrukciu. Bolo by potrebné riešiť umiestnenie pántov, doliehanie dverí, zabezpečenie proti samovoľnému otváraniu a podobne. Dverám by sa čiastočne musel prispôsobiť aj celkový tvár karosérie.

1.1.5 KAROSÉRIA S DVERAMI VYKLÁPAJÚCIMI SA DOHORA

Mnohé problémy predošlého riešenia potlačuje verzia s dverami vyklápajúcimi sa dohora. Pánty by boli umiestnené na streche, dvere by priliehali vlastnou tiažou a samovoľne by  sa za bežných podmienok neotvárali. Tieto dvere si však vyžadujú veľkú, plochú strechu a vodičov výhľad by bol obmedzený stĺpikmi pri dverách.

 

1.2 RÁM, RIADENIE A POHON VOZIDLA

Rámová konštrukcia tvorí základnú, nosnú časť vozidla. Musí byť ľahká, pretože autíčko poháňa ľudská sila, no zároveň dostatočne pevná a tuhá, aby uniesla jednotlivé komponenty (pohon, závesy kolies, sedačku, ovládanie vozidla) a karosériu.  Dôležitá je aj jednoduchosť konštrukcie, ktorá umožní ľahkú montáž aj demontáž komponentov v prípade opravy a údržby.

Rámová konštrukcia musí prenášať hnacie a brzdné sily z a na hnacie ústrojenstvo, zabezpečovať uchytenie náprav, niesť karosériu, náklad a prenášať ich tiaž na nápravu, umožniť funkciu hnacieho ústrojenstva a zaistiť bezpečnosť posádky vozidla.

Rámy moderných vozidiel musia spĺňať rôzne kritéria, ktoré určujú bezpečnostné normy, ale aj ekonomické a ekologické požiadavky, najmä:

  • tuhosť, pevnosť a pružnosť, teda únavovú životnosť
  • nízku hmotnosť
  • bezkonfliktnosť konštrukčných častí vozidla
  • dlhú životnosť (odolnosť proti korózii)

  

1.2.1 TYPY RÁMOV

Navrhované vozidlo nebude podrobené záťaži ako rámy automobilov a nebude dosahovať ich rýchlosti, preto pevnosť konštrukcie zohľadňuje predovšetkým  hmotnosť jazdca a hmotnosť jednotlivých komponentov.

Najčastejšie sa navrhujú aerodynamické vozidlá, ktoré majú rám:

  • so štyrmi kolesami
  • s tromi kolesami

 - dve kolesá vpredu

 - dve kolesá vzadu

Rám so štyrmi kolesami je známy z bežného sériového automobilu resp. motokáry. Jeho výhodou je pevná konštrukcia, ktorá zabezpečuje pohodlnú a bezpečnú jazdu. Umožňuje lepšie rozloženie hmotnosti a riadenia. Nevýhodou je zložitejšia konštrukcia, väčšie rozmery a tým vyššia hmotnosť, náročnosť výroby a cena.

 

 

Obr.8 Štvorkolesový rám a rám s dvomi kolesami vzadu a s jedným vpredu

Rám s dvomi kolesami vzadu a s jedným vpredu je známy z ekologických vozidiel zúčastňujúcich sa rôznych súťaží po celom svete. Výhodou tohto rámu je jednoduchosť konštrukcie a ideálny tvar pre aerodynamickosť konštrukcie. Nevýhodou je zložitý systém riadenia, ktorý musí mať kvôli zachovaniu stability a bezpečnej manévrovateľnosti zložité zavesenie predného kolesa. Ďalšou nevýhodou je nedostatok priestoru na vhodné umiestnenie pohonu – pedálov.

Rám s jedným kolesom vzadu a s dvomi vpredu je najbežnejším riešením vozidla nášho typu. Výhodou je stabilná konštrukcia, možnosť jednoduchšieho riešenia pohonu, rôznorodosť konštrukcie riadenia. Jazdec ma dobrú polohu a jazda je relatívne komfortná, ak odpružené zadné kolesa. Na pohyb je potrebná väčšia sila, pretože hnané je len jedno koleso.

 

Obr.9 Rám s jedným kolesom vzadu a s dvomi vpredu

 

1.2.2 RIADENIE VOZIDLA

Riadenie je veľmi dôležitou súčasťou vozidla. Otáčanie volantom umožňuje následné natáčanie kolies väčšinou prednej nápravy do požadovaného smeru.  Riadiaca zostava automobilu závisí od druhu riadenia a použitých komponentov, ako sú: tyče, čapy, kĺby, prevodovky, snímače, čerpadlá, elektromotory... Je to  zložitý mechanizmus, ktorý v priebehu vývoja zmenil z klasického, pomerne jednoduchého, mechanického riadenia použitého v starých vozidlách, na elektromechanické a elektrohydraulické používané v modernom automobilovom priemysle. Riadenie slúži na udržiavanie alebo zmenu smeru vozidla. Je kľúčové pre bezpečnosť a kvalitu jazdy, musí byť spoľahlivé a nesmie podliehať výrazným zmenám charakteristík časom či námahou.

Zmenu smeru vozidla môžu spríjemniť tieto vlastnosti riadenia:

  • smerová stabilita – schopnosť udržať daný smer jazdy
  • smerová citlivosť – reakcia na pootočenie volantu   
  • nedotáčavosť – snaha automobilu vyjsť zo smeru pri prejazde zákrutou
  • pretáčavosť – väčšie zatáčanie vozidla pri prejazde zákrutou ako je zatočené volantom

Základne druhy riadenia :

  • prednými kolesami (napr. bežný automobil)                                                                                           
  • zadnými kolesami (napr. vysokozdvižný vozík)
  • všetkými kolesami (4 Wheel Steer, Honda Prelude)
  • natáčaním celej nápravy (tandemové návesy ťahačov, vlečné vozidla poľnohospodárskych strojov) 

 

 

 

Obr.10 Riadenie automobilu

Možnosti ovládania riadenia:

  • bez posilňovača riadenia - priame         
  • s posilňovacím zariadením
  • bez mechanickej väzby medzi volantom a kolesami (drive by wire, po drôte)

V súčasnej dobe sú z konštrukčného hľadiska najpoužívanejšie dva typy riadenia – hrebeňové riadenie a riadenie s pomocným elementom (posilňovačom).

Hrebeňové riadenie sa presadilo vďaka jednoduchej konštrukcii. Výhodou je presnosť, ľahký návrat do nulovej polohy, dlhá životnosť a možnosť doplnenia rôznymi druhmi posilňovačov. Najväčšou nevýhodou tohto typu riadenia je prenos veľkých rázov do volantu, čo môže prekážať na nekvalitných cestách.

Pastorok je uložený v skrini riadenia. Zaberá šikmým ozubením do ozubenia tyče. Ozubená tyč je vedená v puzdrách a je pritláčaná na pastorok. Otáčaním volantu sa ozubená tyč vďaka rotačnému pohybu axiálne posunie a následne otočí do požadovanej polohy. Hrebeňové riadenie umožňuje vytvoriť variabilný mechanický prevod, pomocou rozdielneho rozstupu zubov na ozubenej tyči.

 

 

Obr.11 Hrebeňové riadenie a riadenie s pomocným elementom

Riadenie s pomocným elementom – hydraulickým posilňovačom je v súčasnosti najčastejšie používaný typ riadenia. Je to spojenie hrebeňového riadenia s hydraulickým posilňovačom. Obsahuje špeciálnu prevodovku s dvojčinným piestom, prepojenú s hydraulickým valcom. Tlak potrebný pre vytvorenie posilňovacieho účinku vytvára vysokotlakové olejové čerpadlo, spojené so zásobníkom, ktoré je poháňané remeňom od motora. Riadiaci ventil v závislosti od natočenia volantu prepúšťa tlakový olej na jednu alebo druhú stranu piestu, teda vykonáva natočenie kolies do požadovaného uhla a vzniknutý posilňovací účinok znižuje silu potrebnú na ovládanie volantu.

 

1.2.3 POHON VOZIDLA

Pohon uvá­dza do pohybu autíčko priamo alebo pomocou rôznych prevodov. Umožňuje s do­statočnou presnosťou meniť rýchlosť a udržiavať  rýchlosť konštantnú. Má ­ dostatočne veľký rozsah rýchlostí v závislos­ti od meniaceho sa terénu tak, aby zabezpečil potrebný výkon pre pohyb a umožnil rýchle zastave­nie pri jeho vypnutí.

Najčastejšie sa pre takýto typ vozidla používa pohon:

  • elektrický
  • solárny
  • reťazový

Elektrický pohon sa vyznačuje nulovými emisiami škodlivých látok. Skladá sa z elektromotora a dobíjateľných batérií. Elektromobil má často 15 až 30 kusov batérií. Hmotnosť tohto pohonu je nižšia ako hmotnosť spaľovacieho motoru. Nevýhodou je obmedzený dojazd a potreba elektrickej zástrčky na dobitie.

Solárny pohon jekombináciou elektrického pohonu a slnečných článkov. Výhodou je  predovšetkým využitie slnečnej energie a malá hmotnosť oproti iným typom pohonov s motorom. Nevýhodou je obmedzený dojazd počas noci.

Reťazový pohon tvorí súkolesie dvoch kolies s reťazou, ktorá prenáša krútiaci moment z jedného kolesa na druhé. Sú určené na prenášanie malých a stredných výkonov s maximálnym prevodovým stupňom 7. Sú štandardizované a bežne používané pri bicykloch, kde príkon vyvinie človek silou na pedále a tá sa prenesie pomocou reťazového prevodu na koleso. Prevod je bez sklzu, použiteľný pri značných vzdialenostiach hriadeľov. Umožňuje pohon niekoľkých hriadeľov  jednou reťazou, zmenu prevodu podľa potreby a hriadele a ložiská menej namáha. Nevýhodou je hlučnosť, nutnosť použiť napínacie zariadenie a zabezpečiť presnú montáž.

Obr.12 Schéma optimálnej voľby prevodov 

Predné reťazové kolesá sú radené od najväčšieho po najmenšie, teda od najťažšieho po najľahší prevod, zadné od najmenšieho po najväčšie. Absolútne nevhodná je voľba prevodu spôsobom - vpredu najľahší a vzadu najťažší. Dochádza ku kríženiu reťaze, prípadne jej príliš veľkému uvoľneniu.

Výhodou aerodynamického autíčka s jedným prevodom a pohonom predného kolesa je  jednoduchá konštrukcia a použitie jednej kladky na napínanie reťaze a zároveň zmenu polohy reťaze na pastorok predného kolesa. Jazdec je v polohe ležmo.

Nevýhodou je malá osová vzdialenosť a nutnosť umiestnenia jedného kolesa vpredu.

 

2 AERODYNAMICKÉ AUTÍČKO NA ĽUDSKÝ POHON

Po prehodnotení poznatkov o rámových konštrukciách takéhoto typu vozidla bolo navrhnutých niekoľko rámových konštrukcií. Navrhnutý rám má vysokú pevnosť, dostatok miesta, dobrú stabilitu a široké možnosti navrhnutia a umiestnenia riadenia a pohonu. Zároveň poskytuje dostatok priestoru pre jazdca. Umožňuje použiť väčšie sedadlo a zvýšiť komfort a pohodlie jazdy.Nevýhodou rámu je vysoká hmotnosť v dôsledku použitia pozdĺžnych a priečnych výstuh a zložitosť umiestnenia zadného odpruženého ramena kolesa.

Obr.14 Rámová konštrukcia – prvý návrh

 

Keďže základnou požiadavkou bola dostatočná pevnosť rámu, jednoduchá a nenáročná výroba bola navrhnutá a použitá ďalšia rámová konštrukcia.

1 - nosník U 80x8 ISO 657 11

2 - nosník U 80x8 ISO 657 11

  3 - nosník T 80x80 ISO 657 21

Obr.15 Rámová konštrukcia – druhý návrh

Rám je navrhnutý z profilov prierezu „U“ ISO 657 11 a prierezu „T“ ISO 657 21.

Konštrukcia je zváraná a zložená z 3 základných nosníkov:

1 - nosník prierezu U 80x8 ISO 657 11

  - tvorí nosnú časť konštrukcie, od ktorej sú závislé ostatné časti - riadenie, sedadlo a závesy kolies;

2 - nosník prierezu U 80x8 ISO 657 11

  - tvorí časť, na ktorej bude opierka sedadla a uchytená vrchná časť zadného ramena, s nosníkom (1) je spojený zvarom pod uhlom 60°;

3 - nosník prierezu T 80x80 ISO 657 21

  - tvorí nosnú časť predných závesov, s nosníkom (1) je spojený zvarovým spojom;

 

2.2 RIADENIE AERODYNAMICKÉHO AUTÍČKA 

Vzhľadom na určenie vozidla, nízku hmotnosť a rýchlosť, ktorú bude dosahovať nebolo nevyhnutné používať zložité, sofistikované typy riadiacej sústavy.

Pri výbere druhu riadenia boli obmedzenia len vzhľadom na rozmiestnenie pohonu a pedálov. Možnými riešeniami sa ukazovali riadenia:

  • pákové
  • hrebeňové
  • pákovo – lanové


Obr.16 Pákové riadenie

Pákové riadenie môže byť realizované:

  - bez volantu a ťažného elementu, iba rozpernou tyčou, ktorá spája predĺžené náboje, na ktoré sú namontované rúčky pre zatáčanie;

  - ťahadlami napojenými na „riadiacu tyč“ nahradzujúcu volant;

Tento návrh riadenia vozidla je jednoduchý, nenáročný na ovládanie, údržbu, montáž a demontáž a je možné ho umiestniť aj do menšieho priestoru. Nevýhodou riadenia tohto typu sú obmedzené rozmery vozidla, pretože riadenie nesmie byť veľmi vzdialené od nápravy a obmedzuje polohu nôh a pedálov.

Hrebeňové riadenie je klasický typ riadenia, používaný v automobiloch. Je prednosťou je presnosť, ale je nákladné a náročné na výrobu.

 

Obr.17 Hrebeňové a pákovo-lanové riadenie

 

Pákovo – lanové riadenie je z hľadiska konštrukcie jednoduché. Jeho výroba nie je nákladná a môže byť umiestnené ďalej od nápravy. Nevýhodou tohto typu riadenia je pomerne vysoká nepresnosť ovládania vozidla. Riadenie má veľké vôle a otázna je aj trvácnosť použitého materiálu a tým aj bezpečnosť jazdca vozidla.

Keďže riadenie nesmie mať veľké vôle, musí byť trvácne a bezpečné bola nakoniec využitá kombinácia pákového a pákovo-lanového riadenia.

1

náboj závesu

2

rozperná tyč

3

T čap

4

T súčiastka

5

ťažná tyč

6

páka na ovládanie

7

čap páky

Obr.18 Model riadenia

Navrhnutý druh riadenia nie je nákladný a jeho výroba je zvládnuteľná v školských dielňach. Je funkčný, relatívne jednoduchý a presný, dobre ovládateľný a pri využití vhodných montážnych prvkov a materiálov má dostatočnú životnosť. Je možné ho umiestniť pod rám vozidla a nad rámom je dostatok miesta pre umiestnenie poháňacieho ústrojenstva – pedálov.

Rozperné tyče sú na jednom konci upevnené na ramene náboja pomocou čapu a na druhom konci pomocou čapu a súčiastky T. Na súčiastku T nadväzujú ťahadlá, ktoré sú upevnené na riadiacej páke upevnenej na čape páky v ráme vozidla.

Keď vodič zatiahne jednou z pák k sebe a následne druhú páku potlačí od seba, súčiastka T sa pomocou ťahadiel nakloní do požadovaného smeru ( vľavo) a tým vozidlo zmení smer jazdy.

 

2.3 POHON AERODYNAMICKÉHO AUTÍČKA

Navrhnutý a použitý bol pohon reťazový. Riešenie je jednoduché, funkčné a efektívne. Tvorí ho veľké reťazové koleso vpredu. Reťaz je napínaná napínacími kladkami umiestnenými na ráme. Výhodou tohto riešenia je veľký prevodový pomer medzi predným a zadným reťazovým kolesom. Použité boli prevažne cyklistické komponenty, teda náhradné diely sú dostupné a cenovo prijateľné.

Obr.19 Koncepcia reťazového prevodu

 

Použitá bola valčeková reťaz, prevodníky Truvativ steel  42 /32 /22 a kazeta Shimano HG-50 11-34 Z. Tento typ prevodu umožňuje dosiahnuť veľký prevodový pomer a zároveň je cenovo dostupný a ľahko nahraditeľný.

Kazety sa vyrábajú v dvoch základných verziách:

11/34 – 9 rýchlostná;

 - s 11 zubami na najmenšom kolese a s 34 zubami na najväčšom kolese  

13/26 – 7 rýchlostná;

Obr.20 Kazeta Shimano HG-50

Prevodníky obsahujú:

- tri kolesá s počtami zubov 42/32/22;

- umožňujú optimálne nastavenie sily, potrebne na vyvinutie pohybu vpred či vzad;
 Obr. 21 Prevodníky Truvativ steel 42/32/22

 

Počtom zubov kolesa 42/32/22 a počtom zubov pastorka 13/26 vzniká:

 - najväčší prevodový pomer  k = z1/z2 = 42/13 = 3,2 

 - najmenší prevodový pomer k = z1/z2 = 22/26 = 0,8 

Osová vzdialenosť  je 1900 mm, preto na dosiahnutie ideálneho napnutia reťaze bolo nevyhnutné použiť napínacie TFR-0 kladky. Uvedené prevody sú vhodné pre každý terén, od veľkého stúpania až po klesanie.

Obr.22 Schéma reťazového prevodu - osová vzdialenosť a prevodový pomer

 

2.4  ZÁVESY KOLIES A TLMENIE

Na aerodynamickom autíčku boli navrhnuté predné – zdvojené závesy a zadný záves spolu s ich poistením a tlmením. Pri návrhu závesov bolo zohľadnené, že vozidlo nebude vystavené príliš veľkým rýchlostiam a rázom.  Prvý návrh závesov smeroval k celoodpruženému rámu, ale po prehodnotení zložitosti riešenia bolo rozhodnuté, že predná náprava bude pevná a tlmená bude zadná náprava pomocou cyklistického, bežne dostupného tlmiča.

 

Obr.23 Predný záves a koleso z uhlíkových vlákien

 

Predné závesy sú konštrukčne jednoduché, funkčné. Tvoria ich tieto časti :

  • vrchná a spodná časť závesu;

- vrchná – je upevnená na hornej – vodorovnej časti T nosníka skrutkami ISO 8679 M8 a poistená podložkami STN 02 1751 M8 a maticami ISO 4161 M8 (4 ks);

- spodná – je upevnená na horizontálnej časti nosníka T, poistená čapom ISO 2341 B a závlačkami EN ISO 1234 (2 ks);

  • náboj – na ktorom je koleso, je spojený s rozpernými tyčami riadiacej sústavy, umiestnený medzi vrchnou a spodnou časťou závesu. Jeho polohu vymedzuje a poisťuje čap s hlavou a drážkou pre poistný krúžok. Na náboji je aj nosný hriadeľ kolesa vozidla s priemerom 15 mm.

Pri návrhu zadného závesu sa predpokladala väčšia hmotnosť v zadnej časti vozidla v dôsledku umiestnenia sedadla a vodiča, preto bol tento záves navrhnutý mohutnejší.

Zadný záves je odpružený pomocou cyklistického tlmiča, ktorý je na jednej strane uložený na nosnom hriadeli vo vrchnej časti závesu a druhý koniec je otočne upevnený v časti rámu, kde je zároveň uchytené operadlo sedačky.

Obr.24 Tlmič s ramenom

Z estetického aj hmotnostného hľadiska neboli použité klasické vypletané kolesá, ale tri rovnaké 21 palcové pretekárske kolesá z uhlíkových vlákien. Uhlíkové vlákna sú vlákna zložené z uhlíka v rôznych modifikáciách. Priemer jedného vlákna je 5 - 8 μm. Kryštálové usporiadanie spôsobuje, že vlákno je na svoju hrúbku veľmi pevné. Vlákna majú vysokú hustotu (až 1750 kg/m3 ). Vzhľadom k svojej nízkej hmotnosti sú pevné avšak krehké

 

3 DIZAJN AERODYNAMICKÉHO AUTÍČKA

3.1 DIZAJN KAROSÉRIE

Keďže už bola navrhnutá základná konštrukcia a nosný rám vozidla bolo potrebné navrhnúť podvozkovú karosériu. Táto možnosť je technologicky najjednoduchšia, pretože vozidlo nie je na karosérii závislé a dokáže fungovať aj bez nej. Pri návrhu karosérie bolo zohľadnených mnoho faktorov, najmä hmotnosť, pevnosť konštrukcie, aerodynamické vlastnosti, výhľad a komfort vodiča, spôsob nastupovania a vystupovania a jednoduchosť montáže a demontáže.

Zvažoval  sa návrh s dverami vyklápajúcimi sa dohora a s oddeliteľným oknom. Z dôvodu jednoduchosti, nerušeného výhľadu vodiča a voľnosti pri navrhovaní tvarov karosérie bol zvolený variant s oddeliteľným oknom. Umožňuje pomerne bezproblémové nastupovanie a vystupovanie, vodiča chráni pred nepriaznivými vplyvmi ako je dážď, blato a pod., spĺňa požiadavky pre aerodynamickú efektivitu a neobmedzuje celkový tvar karosérie. Na zváženie je ešte možnosť pripojiť ku karosérii ergonomické úchyty, pre zjednodušenie nastupovania.

Najvhodnejším materiálom je laminát, konkrétne celolaminát zo sklenených vlákien s polyesterovou živicou. Má veľmi nízku hmotnosť, udržuje si vynikajúcu pevnosť a umožňuje jednoduché spracovanie. Je veľmi odolný aj vo vonkajšom prostredí.

Obr. 25 Výsledná karoséria nášho autíčka

 

3.1.1   PODLAHA

Zvážiť bolo potrebné aj možnosť či použiť, alebo nepoužiť podlahu. Bez podlahy by mohol byť vodič vystavený napríklad odrazeným kamienkom alebo blatu a vylúčiť by sa nedalo ani zachytenie o nejakú prekážku, alebo úraz pri neopatrnom uložení nôh. Ďalším dôležitým faktorom bola aerodynamická účinnosť, ktorá by bez podlahy bola výrazne horšia. Rovný hladký podvozok má významný efekt pre celkovú aerodynamiku. Aby nedošlo k výraznému zvýšeniu hmotnosti autíčka bol na podvozok aj karosériu použitý rovnaký materiál. Podlaha je veľmi ľahká, ale stále dostatočne pevná na to, aby udržala jazdca. Je možné zospodu podlahy pripevniť aj výstuhy spojené s nosným rámom.

Obr. 26 Pohľad na autíčko zospodu

3.1.2   OTVÁRANIE OKNA

Autíčko bolo navrhnuté s oddeliteľným oknom. Systém otvárania bolo možné riešiť niekoľkými spôsobmi:

  • úplne oddeliť okno od karosérie, nastúpiť a okno vrátiť na svoje miesto. Pri tejto možnosti by vodič potreboval asistenciu a okno by bolo nutné poistiť v polohe na svojom mieste.
  • uchytiť okno v pántoch, napr. na prednej časti karosérie. Okno je však veľké a  ťažké. Bolo by nepraktické otvárať ho na dvoch pántoch do výšky, navyše pri spustení zhora by okno silno narazilo. Vyriešiť by bolo nutné aj to, aby sa okno neotváralo napríklad pri prudkom brzdení.
  • otvárať okno pomocou vodiacich líšt. Toto riešenie je komplikovanejšie, ale okno sa samovoľne neotvorí a to ani pri prudkom brzdení. Okno je nevyhnuté najskôr podvihnúť a až tak posunutím otvoriť. Na vrchu okna je namontovaný úchyt z vnútornej aj z vonkajšej strany a okno sa otvára veľmi jednoducho. Autíčku navyše dodáva originálny a veľmi zaujímavý prvok.

Pri výbere materiálu pre okno nebol názor jednoznačný ako pri navrhovaní karosérie, ale nakoniec bol použitý polykarbonát. Oproti plexisklu je prakticky nerozbitný a dá sa lepšie tvarovať.

Obr. 27 Koncept mechanizmu zabezpečujúceho otváranie okna

 

3.1.3 FAREBNÉ PREVEDENIE

Farebné prevedenie je z estetického hľadiska veľmi dôležité, pretože výslednému autíčku vdychuje život a má veľký podiel na prvom dojme, ktorý autíčko vyvolá. Uvažované boli rôzne farebné kombinácie.  Rozhodnutie padlo na karosériu s lesklým povrchom v jednej sýtej farbe a nosným rámom spolu so všetkými menšími doplnkami s matným čiernym lakom. Čierna farba symbolizuje ničotu, tmu ba až smútok, no dá sa výborne kombinovať s pestrými farbami. Ak čiernu farbu použijeme ako doplnok chromatických farieb, zosilníme ich účinok, farby budú jasnejšie, svietivejšie a svetlejšie. 

Obr. 28 Rôzne farebné kombinácie

 

Pri výbere farby pre karosériu sme uvažovali medzi cyanovo modrou, žlto zelenou, sýto oranžovou a sýto červenou. Z týchto farieb sme nakoniec vybrali sýto červenú. Červená farba pôsobí veľmi energeticky, akčne, povzbudzujúco no aj vznešene. V minulosti ju využívali králi, dodnes predovšetkým cirkevní a akademickí hodnostári. Je to farba mužská, patriarchálna, pretože obsahuje impulz dobíjania. Človeka ovplyvňuje aj po fyziologickej stránke, zvyšuje pulz, krvný tlak a rýchlosť dýchania.

 

3.1.4 DIZAJN SEDADLA

V prípade realizovania tohto autíčka by bolo výhodnejšie využiť existujúce sedadlo, zo širokej ponuky výrobcov, ako navrhovať a vyrábať nové. Preto bola problematika zohľadnená okrajovo a obmedzená na výber typu a veľkosti sedadla. Hlavným kritériom výberu bola vhodná ergonómia a kompaktné rozmery. Športové autosedačky dnes poskytujú vynikajúcu ergonómiu, komfort a vďaka širokej ponuke na trhu je na výber z obrovského množstva sedačiek rôznych rozmerov. Veľkou výhodou je možnosť nastavenia sklonu operadla pri niektorých typoch sedadla, vďaka čomu si môže jazdec nastaviť sedadlo presne podľa jeho potreby.

Pri návrhu sedadla do modelu autíčka sa vychádzalo z rozmerov reálnych sedadiel. Väčšinou sú však známe len základné rozmery ako je šírka, dĺžka a výška a tak ostatné rozmery bolo nutné proporčne odhadnúť. Čo sa týka veľkosti, tvaru a pomerov strán, inšpiráciou bol hlavne výrobca Sparco. Spojenie s rámom autíčka bolo pre zjednodušenie vyriešené pomocou tyče prierezu L a štvoricou skrutkových spojov na oboch stranách na nosníku aj na sedadle.

Obr. 29 Výsledný model sedadla

 

4  ZÁVER

Navrhnuté bolo jednomiestne aerodynamické autíčko na ľudský pohon, ktoré je schopné reálnej prevádzky a môže dosiahnuť rýchlosť aj 35 km/h. Konštrukcia autíčka je jednoduchá. Použité nenormalizované súčiastky sú vyrobiteľné v školských dielňach. Autíčko je bezpečné a spoľahlivé. Jeho údržba nie je náročná, montáž a demontáž jednotlivých komponentov dostupná.

Rám autíčka je z profilov prierezu „U“ ISO 657 11 a prierezu „T“ ISO 657 21, ktoré sú navzájom zvarené. Ovládanie je zabezpečené kombináciou pákového a pákovo-lanového riadenia, ktoré je presné, dobre ovládateľné a vzhľadom na použité montážne prvky a materiály má dostatočnú životnosť. Nachádza sa pod rámom vozidla a nad rámom je dostatok miesta pre poháňacie ústrojenstvo.

Použitý bol reťazový pohon s veľkým reťazovým kolesom vpredu, ktorý okrem toho, že je jednoduchý, funkčný a efektívny, zabezpečuje veľký prevodový pomer medzi predným a zadným reťazovým kolesom. Keďže boli použité   cyklistické komponenty (valčeková reťaz, prevodníky Truvativ steel  42/32/22 a kazeta Shimano HG-50 11-34 Z) náhradné diely sú dostupné a cenovo prijateľné.

Súčasťou rámu sú predné – zdvojené závesy a zadný záves spolu s ich poistením a tlmením, zohľadňujúce hlavne to, že vozidlo nebude vystavené príliš veľkým rýchlostiam a rázom. Predná náprava je pevná, tlmená je zadná náprava pomocou cyklistického, bežne dostupného tlmiča.

Podvozková karoséria, z celolaminátu zo sklenených vlákien s polyesterovou živicou, je navrhnutá hlavne so zreteľom na aerodynamickú efektívnosť, jednoduchosť a praktickosť. Zvolená farebná kombinácia a jednoduché tvary umocňujú dynamickosť autíčka a dodávajú mu športový charakter. Karoséria poskytuje dostatok priestoru pre vodiča, nerušený výhľad a chráni pred vonkajšími vplyvmi. Autíčko má oddeliteľné okno z polykarbonátu, ktoré sa otvára pomocou vodiacich líšt. Navrhnuté ergonomické sedadlo bolo inšpirované hlavne výrobcom Sparco.

© 2019 Súťaž: Strojár - Inovátor
Back to Top