Topologische optimalisatie van wiellagerhuis en ontwerp van remschijf voor Formula Student wagen

Abstract

Bij de ontwikkeling van een racewagen staat gewichtsbesparing altijd centraal. Extra belangrijk is het verlagen van de onafgeveerde massa omdat hoe lager deze is, hoe dynamischer het wiel is. Deze masterproef ontwikkelt twee onderdelen die deel uit maken van de onafgeveerde massa van een elektrische Formula Student wagen met vier inwielmotoren, met name de remschijf en de upright. De upright is het centrale onderdeel van de inwielcomponenten dat de ophangingstaven met de wiellagers verbindt, maar ook dient als tandwielkast en bevestiging voor de inwielmotor. Alle krachten die op de band aangrijpen moeten dus door de upright naar de ophanging. De upright moet dus stevig genoeg zijn om niet te breken tijdens het racen. Deze masterproef onderzoekt welke gewichtsbesparing men met een topologische optimalisatie van de upright kan behalen. Hiervoor worden drie uprights ontworpen en vergeleken. Een eerste upright (uit aluminium gefreesd) wordt parametrisch geoptimaliseerd, een tweede (ook uit aluminium) wordt topologisch geoptimaliseerd. De derde topologisch geoptimaliseerde upright zou geprint worden uit titanium. Anderzijds wordt de remschijf geoptimaliseerd naar maximale temperatuur, slijtage en gewicht. Zo is getracht een massaverlaging te bekomen terwijl een goede remwerking gegarandeerd blijft. Uiteindelijk is de topologische geoptimaliseerde upright uit aluminium bijna 10 % lichter dan de parametrisch geoptimaliseerde upright. De nieuwe titanium remschijf is 30 % lichter dan de standaard stalen remschijf.