Eindrapport EE4. Green Solar Car. Leuven Engineering College

Transcriptie

1 Leuven Engineering College Green Solar Car Eindrapport EE4 Engineering Experience 4 Academiejaar de studiefase industriële wetenschappen Team GSC Wouter Aerts Tine Deckers Michael De Wachter Quentin Goossens Pieterjan De Feyter Frederik Claes Bram Corijn 1

2 Voorwoord Dit project is uitgevoerd in het kader van de Engineering Experience 4 (EE4). Het is een project uit de richting elektromechanica van de Groep T Leuven hogeschool. Dit rapport bevat de resultaten die 7 studenten hebben verkregen door zich een semester lang te verdiepen in de verschillende aspecten van het bouwen van een SSV of Small Solar Vehicle. Dit project is tot stand gekomen dankzij de medewerking van verschillende personen. Ten eerste willen we hier onze coach, Peter Slaets, bedanken. Hij heeft ons gedurende verschillende weken begeleid, opgevolgd en geholpen om tot dit resultaat te komen. Daarnaast willen we ook Materialise en FabLab-Leuven bedanken, voor het uitprinten van het frame en de wielen van onze SSV en voor het deskundig advies hierbij. Teamlid Functie Wouter Aerts Case SSV 2 Enterprising Wiki/Blog Vergaderverslagen Tine Deckers Procesverslag projectmap Michael De Wachter Overbrenging Bouw Quentin Goossens Simulink Website Pieterjan De Feyter Teamleider Frederik Claes Algemene Berekeningen Case SSV 1 Sankey Diagram Bram Corijn Technische tekeningen Budgetbeheer 2

3 Inhoudsopgave 1 Case SSV Berekening optimale overbrengingsverhouding Energieverliezen Verbeterd sankeydiagram SSV Umicar Krachtenberekeningen van aangedreven as D technische tekening van het frame Overbrenging Inleiding Model tandriemschijf Case Simulink Het Model Enterprising Marktonderzoek Business plan Budgetbeheer Procesverslag Inleiding Oriënteringsfase Analysefase Realisatie van het project Werking in teamverband Bijlage A: Rekeningafschriften Bijlage B: Vergaderverslagen

4 1 Case SSV 1.1 Berekening optimale overbrengingsverhouding Gegevens K = 8, Ƞ motor = 70 % U = 7,66 V (spanning bij P max ) I = 3. I sc = 3. 0,29 = 0,87 (straling zon 3 keer de straling onder testomstandigheden) m wagen = 0,75 kg R wiel = 0,04 m C rr = 0,02 Om de karakteristiek van ons zonnepaneel te bepalen, maakten we een testopstelling met een regelbare weerstand. Voor verschillende weerstandswaarden hebben we de spanning en stroom gemeten. Om de zon te simuleren hebben we een lamp met een intensiteit van 500 W/m 2 op het zonnepaneel gericht. Op deze manier brachten we de karakteristiek van ons zonnepaneel in beeld: I (A) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 U (V) Figuur 1: Karakteristiek zonnepaneel Uit de verschillende waardes die we tijdens het bepalen van de karakteristiek van ons zonnepaneel hebben verkregen, kunnen we de diodefactor 1 m bepalen. De diodefactor is een constante die weergeeft hoe ver de karakteristiek van een diode verwijderd is van de karakteristiek van een ideale diode. Voor een ideale diode is deze diodefactor gelijk aan 1. Om de diodefactor van ons zonnepaneel te bepalen, vertrekken we van de volgende vergelijking: 1 Honsberg C. en S. Bowden, 2010, Recombination mechanisms, geraadpleegd op 6 mei 2011, 4

5 = (.. 1) Wanneer we uit deze vergelijking de diodefactor m halen, krijgen we: =..(1+ ) met I sc = korstluitstroom = 0,29 A I s = saturatiestroom = 10-8 A/m 2 U r = thermische spanning = 25,7 mv (bij 25 C) N = aantal zonnecellen in serie = 15 Met deze gegevens kunnen we voor de verschillende waardes de diodefactor berekenen: U I m V A 0,34 0,29 / 2,47 0,29 / 3,62 0,29 / 5,10 0,29 / 6,53 0,29 / 7,66 0,26 1,332 7,90 0,23 1,313 8,10 0,20 1,312 8,18 0,18 1,309 8,24 0,15 1,299 8,26 0,14 1,297 8,29 0,13 1,296 8,30 0,12 1,293 8,30 0,11 1,289 8,31 0,10 1,286 8,31 0,09 1,282 8,31 0,09 1,282 8,31 0,09 1,282 8,31 0,08 1,279 8,31 0,08 1,279 8,31 0,07 1,275 8,31 0,07 1,275 8,31 0,07 1,275 Tabel 1: Berekende diodefactor in functie van de gemeten spanning en stroom Wanneer we van deze waardes het gemiddelde berekenen, krijgen we bij benadering de diodefactor van ons zonnepaneel: m 1,292. 5

6 1.1.2 Vergelijkingen (1) U. I. ƞ = F wiel. V A/B (2) T wiel = F wiel. R wiel (3) T wiel = 8, ,70. I. i (4) S =. a. t2 =. V A/B. t A/B (S = 6m op punt A/B) (5) (F wiel F rol ). t A/B = m. V A/B Uitwerking Op vlakke deel Figuur 2: Afgelegd traject Uit (4): V A/B =. / =. / = / (*) invullen in (5): (F wiel F rol ). t A/B = 0,75. / t A/B = (*) in (1): U. I. ƞ = F wiel. / 7,66. 0,87. 0,70 = F wiel. F wiel = 1,16 N met F rol = C rr. N = 0,02. m. g = 0,02. 0,75 kg. 9,81 N/kg = 0,15 N T wiel = F wiel. 0,04 m = 0,0464 Nm (**) (**) invullen in (3): 0,064 = 8, ,7. 0,87. i i = 8,91 6

7 t A/B = = v A/B = / = 4,01 m/s,, = 2,99 s Op helling Figuur 3: Afgelegd traject F R = F rol + mg. sin(3) = 0,15 N + 0,75. 9,81. sin(3) = 0,535 N Op de helling geldt: F wiel > F R De zonnewagen zal dus blijven versnellen tot op het punt waar F wiel = F R. T wiel = F wiel. R wiel = 0,535 N. 0,04 m = 0,021 Nm I =,..,., = 0,39 A Uit de karakteristiek van het zonnepaneel halen we de overeenkomstige spanning: 8,29 V Uit (1): 8,29. 0,39. 0,7 = 0,535. v finaal v finaal = 3,98 m/s (snelheid op het evenwichtspunt) In dit geval zijn v A/B en v finaal bijna gelijk t helling < / 2,00 s t totaal = t A/B + t helling = 2,99 s + 2,00 s = 4,99 s Optimalisering overbrengingsverhouding In de buurt van de eerder berekende overbrengingsverhouding (i = 8,91) kiezen we een nieuwe waarde voor i en vergelijken we de tijd, nodig om het traject af te leggen, met de initiële waarde. Dit proces 7

8 herhalen we een aantal keer tot we een optimale overbrengingsverhouding gevonden hebben. We zullen hier een voorbeeldberekening uitvoeren voor i = 11. Vóór bereiken van punt A T wiel = 8, ,7. 0, = 0,057 N F wiel = = 1,43 N a = =,,, = 1,71 m/s 2 Figuur 4: Afgelegd traject Op punt A U. I. ƞ = F wiel. v A 7,66. 0,87. 0,7 = 1,43. v A v A = 3,26 m/s t A =, / = = 1,91 s, / S A =. a. t2 = 3,12 m Tussen punt A en B Evenwicht wordt bereikt wanneer F wiel = F rol = 0,15 N T wiel = F wiel. R wiel = 0,15 N. 0,04 m = 0,006 Nm I =,..,. = 0,09 A Uit de karakteristiek van het zonnepaneel halen we de overeenkomstige spanning: 8,31 V U. I. ƞ = F wiel. v eq,vlak v eq,vlak = Op helling F wiel = F rol = 0,535 N,.,.,, T wiel = F wiel. R wiel = 0,0535 N. 0,04 m = 0,021 Nm = 3,49 m/s 8

9 I =,..,. = 0,32 A Uit de karakteristiek van het zonnepaneel halen we de overeenkomstige spanning: 8,30 V U. I. ƞ = F wiel. v eq,vlak v eq,vlak =,.,.,, = 3,53 m/s t totaal t A + ( ) (, ) + = 1,91 +,,, +, = 5,03 s Uitkomsten Deze berekening werd uitgevoerd voor verschillende waardes van de overbrengingsverhouding i. Dit leverde volgende resultaten op: i = 11 t totaal = 5,03 s i = 7 t totaal = 5,31 s i = 10 t totaal = 4,86 s i = 9,5 t totaal = 4,86 s i = 10,5 t totaal = 4,99 s We zien dat een overbrengingsverhouding van 9,5 en 10 de snelste tijd opleveren. We hebben hier de keuze gemaakt om de verdere berekeningen uit te voeren met i = 9, Energieverliezen We brengen de energieverliezen in beeld met behulp van een sankeydiagram. We zullen deze verliezen berekenen bij twee gevallen: het bereiken van de maximale snelheid en bij de helft van deze snelheid Maximale snelheid (v = 4,11 m/s) We vertrekken van 100% zonlicht, wat in België een globale straling heeft van ongeveer 800 W/m 2. De totale oppervlakte van de zonnecellen bedraagt: 15. (0,063 m. 0,042 m) = 0,03969 m 2. Het vermogen dat door de zon geleverd wordt is dan: P = 800 W/m 2. 0,03969m 2 = 31,75 W Ongeveer 20% van deze straling is diffuus en gaat verloren: P = 31,75 W. 0,80 = 25,4 W Daarnaast zijn er ook verliezen aan het zonnepaneel en de motor: Ƞ zonnepaneel 15% P = 25,4 W. 0,15 = 3,81 W Ƞ motor = 70% P = 3,81 W. 0,70 = 2,67 W We houden dus nog een vermogen over van 2,67 Watt. We berekenen nu de wrijvingsverliezen, veroorzaakt door de rolweerstand, de luchtweerstand en de wrijving met de rail: 9

10 Rolweerstand: F rol = 0,15 N (J/m) P rol,verlies = F. v = 0,15 J/m. 4,11 m/s = 0,62 W Wrijving met rail: We veronderstellen dat er wrijving plaatsvindt tussen PVC en rubber (µ d = 0,75). Daarnaast veronderstellen we ook dat de normaalkracht uitgeoefend door de rail op de zonnewagen ongeveer 1% is van de normaalkracht. F rail = µ d. N. 0,01 = 0,75. 0,75. 9,81. 0,01 = 0,055 N P rail,verlies = 0,055 N. 4,11 m/s = 0,23 W Luchtweerstand: F w =. C w. A frontaal. ρ. v 2 Frontale oppervlakte: Rekening houdend met de stand van de zon rond de periode van de race kunnen we veronderstellen dat het paneel onder een hoek van ongeveer 30 geplaatst moet worden. De totale oppervlakte van het paneel is 0,0616 m 2. Hieruit volgt dat de frontale oppervlakte van het paneel dan gelijk is aan: A paneel,frontaal = 0,0616. sin(30 ) = 0,0308 m 2 Daarnaast maken we een schatting dat de oppervlakte van de overige onderdelen (wielen, frame ) ongeveer 0,0025 m 2 bedraagt. A frontaal = 0,0333 m 2 Dichtheid: We berekenen de dichtheid van lucht bij een temperatuur van 20 C en een luchtdruk van 1013 hpa: Ρ = = = 1,20. kg/m3.. Weerstandscoëfficiënt C w : 1,05 F w =. 1,05. 0,0333.1,20. 4,112 = 0,354 N P luchtweerstand,verlies = F w. v = 0,354 N. 4,11 m/s = 1,46 W Met deze gegevens kunnen we het vermogen dat overblijft om te versnellen berekenen: P = 2,67 W 0,62 W 0,23 W 1,46 W = 0,36 W Het overgebleven vermogen benadert 0 Watt aangezien we de berekeningen hebben uitgevoerd bij maximale snelheid. 10

11 1.2.2 Helft van maximale snelheid (v = 2,055 m/s) We herhalen de berekeningen, terug te vinden onder punt 1, voor v = 2,055 m/s. We verkrijgen dan de volgende resultaten voor de wrijvingsverliezen: Rolweerstand: P rol,verlies = F. v = 0,15 J/m. 2,055 m/s = 0,31 W Wrijving met rail: P rail,verlies = 0,055 N. 2,055 m/s = 0,11 W Luchtweerstand: F w =. 1,05. 0,0333.1,20. 2,0552 = 0,09 N P luchtweerstand,verlies = F w. v = 0,09 N. 2,055 m/s = 0,18 W Met deze gegevens kunnen we het vermogen, dat overblijft om te versnellen, berekenen: P = 2,67 W 0,31 W 0,11 W 0,18 W = 2,07 W Sankey-diagrammen Op volgende pagina s zijn de sankey-diagrammen weergegeven voor de verschillende snelheden. 11

12 Figuur 5: Energieverliezen op maximale snelheid 12

13 Figuur 6: Energieverliezen op de helft van maximale snelheid 13

14 1.3 Verbeterd sankeydiagram SSV Nadat de SSV gebouwd is, kunnen we met de exacte gegevens en enkele testen een verbeterd sankeydiagram opstellen. Een eerste test bestaat eruit om de zonnewagen 1 meter van de helling van de racebaan te laten rollen en zo de afgelegde afstand op het vlakke deel te vergelijken met de afstand gesimuleerd in simulink. We stelden vast dat de zonnewagen 2,20 meter ver rolt op het vlakke deel. Dit is beduidend verder dan voorspeld was in simulink (1,463 meter). Dit kunnen we verklaren door het hogere gewicht van de zonnewagen (1027 gram i.p.v. 750 gram), waardoor de wagen een hogere snelheid kan ontwikkelen op de helling. Daarnaast zullen de wrijvingsverliezen waarschijnlijk ook iets lager liggen. We controleren dit door een verbeterd sankeydiagram op te stellen. Aangezien de exacte efficiëntie van onze motor en ons zonnepaneel moeilijk te bepalen zijn, vertrekken we van het eerder berekende vermogen van de SSV, zonder wrijvingsverliezen (P = 2,67 Watt), waarbij we een efficiëntie van de motor en transmissie hebben verondersteld van 70% en een efficiëntie van het zonnepaneel van 15%. We kunnen nu de wrijvingsverliezen herberekenen. Als voorbeeld zullen we deze verliezen berekenen op de helft van de topsnelheid: Rolweerstand: F rol = C rr. N = 0,02. m. g = 0,02. 1,027 kg. 9,81 N/kg = 0,20 N P rol,verlies = F. v = 0,20 J/m. 2,055 m/s = 0,41 W Wrijving met rail: In onze constructie maken we gebruik van stalen pinnetjes om de SSV te geleiden op de rail. We gebruiken dus de dynamische wrijvingscoëfficiënt tussen staal en PVC (µ d 0,35) 2. Daarnaast veronderstellen we dat de normaalkracht uitgeoefend door de rail op de zonnewagen ongeveer 1% is van de normaalkracht uitgeoefend door de grond op de zonnewagen. F rail = µ d. N. 0,01 = 0,35. 1,027. 9,81. 0,01 = 0,035 N P rail,verlies = 0,035 N. 2,055 m/s = 0,07 W Luchtweerstand: F w =. C w. A frontaal. ρ. v 2 Frontale oppervlakte:om het paneel op de zonnewagen te kunnen bevestigen, dienden we het te plaatsen onder een hoek van 15. Aangezien de totale oppervlakte van het paneel gelijk is aan 0,0616 m 2, kunnen we de frontale oppervlakte van het paneel berekenen: A paneel,frontaal = 0,0616. sin(15 ) = 0,0159 m 2 De frontale oppervlakte van de andere onderdelen werd eveneens benaderend berekend: A achterwielen,frontaal = 2. (0,13m. 0,002m) = 5, m 2 A voorwiel,frontaal = 0,08m. 0,001m = 8, m 2 A frame,frontaal 3, m 2 A tandwiel,frontaal = 0,015m. 0,11m = 1, m 2 A achteras,frontaal 0,008m. 0,275m = 2, m 2 A frontaal = 0,02425 m 2 2 V. Staverden J.H., Wrijving en wrijvingscoëfficiënten (1983), Rijkswaterstaat-Deltadienst 14

15 Dichtheid: We berekenen de dichtheid van lucht bij een temperatuur van 20 C en een luchtdruk van 1013 hpa: Ρ = =... = 1,20 kg/m3 Weerstandscoëfficiënt C w : 1,05 F w =. 1,05. 0, ,20. 2,0552 = 0,065 N P luchtweerstand,verlies = F w. v = 0,065 N. 2,055 m/s = 0,13 W Met deze gegevens kunnen we het vermogen dat overblijft om te versnellen berekenen: P = 2,67 W 0,41 W 0,07 W 0,13 W = 2,06 W We stellen vast dat de rolweerstand hoger ligt als voorspeld (door het hogere gewicht), en dat de wrijving met de rail en de luchtweerstand lager ligt. Op de figuur 7 is een sankeydiagram weergegeven van deze situatie: 15

16 Figuur 7: Energieverliezen op de helft van maximale snelheid (verbeterd) 16

17 1.4 Umicar Hieronder zullen we het sankeydiagram van de Umicar voorstellen bij topsnelheid en bij halve topsnelheid. Al de onderstaande berekeningen zijn uitgevoerd in de veronderstelling dat de batterijen geen extra vermogen leveren aan de Umicar. Als eerste berekenen we de oppervlakte van de Umicar die met zonnepanelen bedekt is: Opp zonnecellen = ( ) ( ) = (9 10 0, = 8, = 8,542 Figuur 8: Schets Umicar Om de exacte oppervlakte ingenomen door de zonnepanelen te berekenen gebruiken we de gegevens van de datasheets van de Umicar. Type zonnecellen: 280 RWE 2578 Emcore Emcore Opp = 76,10 37,16 =2827,9 (1 cel) Opp 2578 Emcore cellen = =7,29 RWE Opp = =3200 (1 cel) Opp 240 RWE cellen = =0,896 Totale opp zonnecellen: =8,186 17

18 Om het vermogen geleverd door de zonnepanelen te berekenen gaan we er van uit dat de zon een vermogen van 800 levert. Veronderstel: =800 Het totale vermogen geleverd wanneer er geen verliezen zijn is dus: P = 800 W/m 2. 8,186 m 2 = 6548,80 W Ongeveer 20% van de invallende straling op de zonnecellen is diffuus en gaat verloren: P = 6548,80 W. 0,80 = 5239,04 W Het vermogen dat elk type zonnecel levert is dan: =. =5239,04. 7,290 8,186 =4665,60 =. =5239,04. 0,896 8,186 =573,44 Hieruit kunnen we de verliezen aan het zonnepaneel berekenen: Ƞ Emcore 24,5% P = 4665,60 W. 0,245 = 1143,07 W Ƞ RWE 30% P = 573,44 W. 0,30 = 172,03 W Totaal vermogen geleverd door de zonnecellen: =1143, ,03 =1315,10 De motor gebruikt in de Umicar heeft een efficiëntie van 95%: Motor efficiëntie: =95% = 0,95=1249,35 Gebruik van in-wheel motor: geen enkele vorm van overbrenging en dus ook geen verliezen. Controller efficiëntie: =99 % =1249,35 0,99=1236,86 : beschikbaar vermogen zonder wrijvingsverliezen Wrijvingsverliezen Nu we het totale vermogen kennen dat geleverd wordt door de zonnepanelen, moeten we de verschillende wrijvingsverliezen die optreden berekenen. Luchtweerstand = = 2 = met : Luchtweerstandscoëffiecent =0,077(fiche 2) Geprojecteerde oppervlakte A = 0,81 (Datasheets) Dichtheid van de lucht =1,20 0,077 0,81 1,20 =0,

19 Rolweerstand = met: Rolweerstandcoeffiecient =0,0025 Verticale reactiekracht = = (255+80) 9,81 =2992 = =0, =7,48 Hiermee bekomen we 2 vergelijkingen met de onbekende snelheid v: =0,0374 =7, Bepalen topsnelheid Uit bovenstaande vergelijkingen kunnen we de topsnelheid v bepalen. We gaan uit van een constante snelheid wat een krachtenevenwicht impliceert. Hierdoor zal het netto vermogen opgenomen door de zonnepanelen min de vermogens verloren door de verliezen gelijk zijn aan nul. We halen de topsnelheid uit de energiebalans: Op maximale snelheid: =0 1236,86 0,0374 7,48 =0 Uit deze 3 de machtsvergelijking halen we de snelheid: =30,02 =108,07 h We merken op dat de berekende topsnelheid lager ligt dan de werkelijke topsnelheid van de Umicar (150 km/h). Dit is te verklaren doordat we in ons rekenvoorbeeld geen rekening houden met het extra geleverd vermogen van de batterijen Verlies vermogen bij topsnelheid = 2 = 0,077 0,81 1,20 (30,02 ) =1012,42 2 = =0, ,02 =224, Verlies vermogen bij halve topsnelheid =15,01 19

20 = =126,55 2 = =112, Sankey-diagrammen Op figuur 9 en 10 zijn de sankey-diagrammen weergegeven voor de verschillende snelheden. 20

21 Figuur 9: Energieverliezen op maximale snelheid 21

22 Figuur 10: Energieverliezen op de helft van maximale snelheid 22

23 1.5 Krachtenberekeningen van aangedreven as Figuur 11: Schets van de aangedreven as met alle onderdelen We zullen de maximale buigspanning, maximale afschuifspanning en de maximale torsiespanning bepalen die optreden in de aangedreven as. We veronderstellen dat de zonnewagen in stilstand onderzocht wordt. De as bestaat uit de volgende elementen: 2 wielen 2 kogellagers Aandrijf tandwiel De volgende elementen hebben een invloed op de mechanische belasting van de as: Dwarskrachten in z- en y-richting die zorgen voor buigmomenten en afschuifspanningen Krachten uitgeoefend op de tandriemschijf Torsiemomenten die ontstaan door de torsiespanning van de aandrijving 23

24 Onze wagen heeft 3 wielen; we maken een vereenvoudiging en veronderstellen dat op elk wiel een even grote kracht wordt uitgeoefend. Voor zonnewagen: Massa zonnewegen = 1,027 kg =1,027 9,21 =10,075 =10,075 Gewicht van de wagen is dus 10,075 N en dit wordt opgevangen door 3 wielen: =0 =, Voor aangedreven as: Massa tandriemschijf = 0,25 kg =3,358 =0,25 9,81 =2,453 Lengte tandwiel = =0,0195 = 2,453 0,0195 = =0 2 =2 + =2,132 Lengte lager = =0,01 = 2,312 0,01 =231,2 24

25 Figuur 12: Dwarskracht en moment in functie van afstand 25

26 Figuur 13: Vrijgemaakt as Er is ook nog een kracht in de z richting op de riemschijf van de aandrijfas. Deze wordt volledig opgevangen door de wielen. Figuur 14: Kracht werkend op de riemschijf in de z richting Maximale buigspanning 3 = = 4 =0,008 =, =0,292 = 2,01 10 =0,004 = 0,292 0,004 2,01 10 =5,81 10 Maximale afschuifspanning 4 De maximale dwarskracht halen we uit het dwarskrachtendiagram. Deze is het maximaal tussen de wielen en de lagers. = = = 3,358 0,004 =66805,29 3 Russel C. Hibbeler De buigingsformule. Sterkteleer voor technici. Academic Service, 692p. 4 Russel C. Hibbeler Afschuiving in rechte onderdelen. Sterkteleer voor technici. Academic Service, 692p. 26

27 Maximale torsiespanning 5 De torsiespanning is afhankelijk van het resulterend wringmoment dat werkt op de dwarsdoorsnede. Er wordt een moment overgebracht van de motor naar de as door middel van de riemoverbrenging. Uit de documenten van motor: = 1120 =5 h = =7,2 =7,66 ( 1) =8579,2 =8579,2 2 =898,41 60 = = 5 898,41 =0,00556 = =0,04 Figuur 15: Overbrengingsverhouding Op het wringmomentendiagram zien we dat het maximale wringmoment gelijk is aan 0,02 Nm. Figuur 16: Wrijvingsmomenten as = = 4 =2,01 10 = 0,02 0,004 2,01 10 =398, Russel C. Hibbeler Torsievervorming van een cirkelvormige as. Sterkteleer voor technici. Academic Service, 692p. 27

28 Wanneer de wagen niet in stilstand wordt onderzocht zijn er nog enkele factoren die in rekening moeten worden gebracht. Allereerst ontstaat er wrijving door het rijden op de baan en door het contact met de rail. Verder is er ook nog de luchtweerstand en wrijving in de rollagers en tandriemschijf. De draaiende motor en oneffenheden in de baan zorgen voor trillingen die bepaalde onderdelen extra kunnen belasten. Door langdurige beweging kan er vermoeiing van de gebruikte materialen optreden. 28

29 1.6 2D technische tekening van het frame 29

30 2 Overbrenging 2.1 Inleiding We hebben gekozen voor een overbrenging met behulp van een riem. Dit op basis van enkele voordelen. Eén van de grote voordelen was de eenvoud van de constructie. Hierdoor was het mechanisme gemakkelijk te ontkoppelen. Ook het erg moeilijk doorslippen van de timing band was een groot pluspunt. Deze, samen met een goede vermogensdistributie en een lage spanningsvereiste, gaf de doorslag in verband met de keuze van onze overbrenging. Hier hebben we enkele berekeningen uitgevoerd om de meest gunstige tandriemschijf te vinden, met bijpassende riem. Deze onderdelen hebben we gekocht bij Optibelt 6, Model tandriemschijf Optibelt ZRS - steekpas 5,08mm Type XL Kleine tandriemschijf 6F code: 10XL 037 (tanden: 10) Diameter: 15.66mm straal: r = 7,83mm Halve omtrek O 1 = π. r = π. 7,83mm = 24,60mm Grote tandriemschijf: Opties: 1) - 6A code: 42XL 037 (tanden 2,1 : 42) - Diameter: 67,40mm straal: r 2,1 = 33,96mm - Halve omtrek O 2,1 = π. r 2,1 = π. 33,96mm = 106,67mm 2) - 6A code: 44XL 037 (tanden 2,2 : 44) - Diameter: 70,64mm straal: r 2,2 = 35,32mm - Halve omtrek O 2,2 = π. r 2,2 = π. 35,32mm = 110,96mm 3) - 6A code: 48XL 037 (tanden 2,3 : 48) - Diameter: 77,11mm straal: r 2,3 = 38,56mm - Halve omtrek O 2,3 = π. r 2,3 = π. 38,56mm = 121,12mm 4) - 6A code: 60XL 037 (tanden 2,4 : 60) - Diameter: 96,51mm straal: r 2,4 = 48,01mm - Halve omtrek O 2,4 = π. r 2,4 = π. 48,01mm = 150,83mm 6 Technische fiches: Optibelt price list Drive Belts, Timing Belts, pagina Technische fiches: Optibelt Prijslijst, Tandriemschijven met voorboring, pagina

31 5) - 6A code: 72XL 037 (tanden 2,5 : 72) - Diameter: 115,92mm straal: r 2,5 = 57,96mm - Halve omtrek O 2,5 = π. r 2,5 = π. 57,96mm = 182,09mm Overbrengingsverhouding 1) Verhouding 2,1 : Tanden 2,1 = 42 = 4,2 Tanden ) Verhouding 2,2 : Tanden 2,2 = 44 = 4,4 Tanden ) Verhouding 2,3 : Tanden 2,3 = 48 = 4,8 Tanden ) Verhouding 2,4 : Tanden 2,4 = 60 = 6,0 Tanden ) Verhouding 2,5 : Tanden 2,5 = 72 = 7,2 Tanden 1 10 Lengte timing band Y X L Figuur 17: Overbrenging 31

32 1. Y2,1 = r2,1 r1 = 33,96 7,83 = 26,13mm (Schatting: L2,1 = 133mm) X2,1 = (L2,12 + Y2,12)(1/2) = ( ,132)(1/2) = 135,54mm Totaal: O1 + O2, X2,1 = 24, , (135,54)mm = 402,36mm Gekozen riem: -Type = 160XL - Lengte = 406,40mm (speling van 4,04mm) 2. Y2,2 = r2,2 r1 (Schatting: L2,2 = 137mm) = 35,32 7,83 = 27,49mm X2,1 = (L2,22 + Y2,22)(1/2) = ( ,492)(1/2) = 139,73mm Totaal: O1 + O2, X2,2 = 24, , (139,73)mm = 415,02mm Gekozen riem: - Type = 166XL - Lengte = 421,64mm (speling van 6,62mm) 3. Y2,3 = r2,3 r1 (Schatting: L2,3 = 137mm) = 33,56 7,83 = 30,73mm X2,3 = (L2,32 + Y2,32)(1/2) = ( ,732)(1/2) = 140,40mm Totaal: O1 + O2, X2,3 = 24, , (140,40)mm = 426,53mm Gekozen riem: - Type = 170XL - Lengte = 431,80mm (speling van 5,27mm) 4. Y2,4 = r2,4 r1 (Schatting: L2,3 = 133mm) = 48,01 7,83 = 40,18mm X2,4 = (L2,42 + Y2,42)(1/2) = ( ,182)(1/2) = 138,94mm Totaal: O1 + O2, X2,4 = 24, , (138,94)mm = 453,30mm Gekozen Riem: - Type = 180XL - Lengte = 457,20mm (speling van 3,90mm) 5. Y2,5 = r2,5 r1 (Schatting: L2,5 = 98mm) = 57,96 7,83 = 50,13mm X2,5 = (L2,52 + Y2,52)(1/2) = ( ,132)(1/2) = 110,08mm Totaal: O1 + O2, X2,5 = 24, , (110,08)mm = 426,85mm Gekozen Riem: - Type = 170XL - Lengte = 431,80mm speling van 4,95mm 32

33 Conclusie Na een selectie te maken van enkele tandriemschijven en hun bijbehorende drijfriem, moeten we overgaan tot het kiezen van de geschikte onderdelen. Hierbij moeten we rekening houden met hun overbrengingsverhouding en de tolereerbare speling tussen de tandriemschijf en hun drijfriem. Het is dan ook, door rekening te houden met deze factoren, dat de meest geschikte tandriemschijf het type 72XL 037 is met overeenkomende drijfriem 170XL. Deze zijn geschikt omwille van hun hogere overbrengingsverhouding en hun relatief tolereerbare speling (die al dan niet aangepast kan worden door beide assen enkele millimeters uit elkaar te plaatsen). 33

34 3 Case Simulink Om onze wagen goed te kunnen bouwen, is het nodig om deze volledig te simuleren op de computer. Dit doen we aan de hand van het programma Simulink, onderdeel van Matlab. Hieruit kunnen we belangrijke gegevens halen, zoals snelheid, ideale overbrengingsverhouding, Een ander groot voordeel is dat we makkelijk de verliezen kunnen inbrengen en kijken hoe onze wagen hierop reageert, zodat we deze problemen niet in de realiteit tegenkomen. Hieronder bespreken we het model en de gegevens die we er uit halen. 3.1 Het Model Figuur 18: Simulink Model 34

35 Om een zo reëel mogelijke simulatie van onze zonnewagen te bekomen, is het noodzakelijk om al de parameters die we kennen of opgemeten hebben, in rekening te brengen. Op figuur 19 geven we een screenshot van al onze gebruikte parameters weer. Figuur 19: Parameters Deze parameters zijn opgesplitst in 3 delen. Het eerste deel geeft de parameters van het zonnepaneel weer, het tweede die van de motor en het derde deel die van de wagen zelf (massa, wieldiameter en overbrengingsverhouding) Elektronisch circuit Uiterst links op figuur 18 vinden we het elektronisch circuit van het zonnepaneel. Dit zorgt er voor dat de stralingsenergie van de zon wordt omgezet in elektrische energie. Dit gebeurt in het blokje Zonnepaneel, waarin zich 15 zonnecellen bevinden die in serie geschakeld zijn. Verder hebben we nog een spanningsmeter aan dit circuit toegevoegd, om de spanning af te kunnen lezen. Dit dient als controle. Figuur 20: Zonnepaneel 35

36 3.1.2 Mechanisch circuit Figuur 21: Mechanisch circuit Deel 1 Aan het elektronisch circuit is de DC-moter aangesloten. Deze dient voor het omzetten van elektronische energie in mechanische energie. De DC-moter levert ons een koppel. Dit koppel wordt via de versnellingsbak verbonden aan de as van de wielen. De wielen zorgen voor het omzetten van rotatie in translatie. Hiervan worden de verliezen van de massa, rolweerstand, helling en wrijving van de rail afgetrokken. Hieronder zullen we deze verliezen kort bespreken. Verlies op koppel Bij het rijden van de wagen treden er allerlei inwendige verliezen op. Zoals wrijving op de assen en tandwielen en verlies door buiging van het frame. De verantwoordelijken voor de berekeningen hebben hier een percentage berekend van 41 %. Dus, in het blokje Verlies koppel wordt 14% van het koppel afgetrokken van het koppel dat uit de motor komt. Massa Figuur 22: Mass In het blokje mass moeten we de massa van onze wagen ingeven. Hier houdt Simulink (automatisch) rekening met de massa van onze wagen. 36

37 Rolweerstand Figuur 23: Rolweerstand Het verlies dat veroorzaakt wordt door de rolweerstand is in het blokje rolweerstand verwerkt. Rolweerstand wordt veroorzaakt door de wrijving van de wielen met het grondoppervlak. In het blokje bevindt zich een constante die we berekend hebben. Deze wordt omgezet (via blokje PS Convertor) in kracht en wordt via een Ideal Force Source aan de kracht van de wagen toegevoegd (=opgeteld). Aangezien de constante negatief is, zal deze afgetrokken worden van de kracht van de wagen, waardoor de wagen een kleinere hoeveelheid zonne-energie om kan zetten in kinetische energie. Helling Figuur 24: Helling 37

38 In het blokje berg houden we rekening met de helling die zich in het midden van het parcours bevindt. Wanneer de wagen 6m heeft afgelegd, zal dit verlies toegepast worden. Dit hebben we gedaan via een functie in Matlab die er als volgt uitziet: function y= berg(x) if x<6 y=0; else y=-0.385; end Met andere woorden, wanneer de positie van 6m bereikt is, zal er een verlies van (nadat het omgezet is in kracht) opgeteld worden bij de kracht van de wagen. Wrijving rail Figuur 25: Wrijving rail Tijdens de race is onze wagen bevestigd aan een rail, zodat hij niet van zijn lijn zal afwijken. Door deze bevestiging zal er wrijving gecreëerd worden. In het blokje wrijving wordt hiermee rekening gehouden. Dit blokje is identiek aan deze van de rolweerstand. Ook hier is een negatieve constante berekend, die opgeteld wordt aan de kracht van de wagen. Deze constante bedraagt -0,055 N. 38

39 Luchtweerstand Figuur 26: Luchtweerstand Wat we ook niet mogen vergeten, is de luchtweerstand die onze wagen ondervindt in functie van zijn snelheid. Zoals u op figuur 26 kunt zien, hebben we een blokje ontworpen, waarbij men de luchtweerstand berekent met de volgende functie: function y= aero(x) y=-1.05*1.2*0.033*0.5*x^2; end Analoog aan bovenstaande verliezen wordt ook dit verlies van de kracht van de motor afgetrokken; 39

40 Deel 2 Figuur 27: Mechanisch circuit deel 2 In het tweede deel van ons mechanisch circuit hebben we de mogelijkheid gecreëerd om de snelheid en de positie van onze wagen af te kunnen lezen. In het blokje Motion Sensor wordt de kracht van onze wagen omgezet in snelheid. In het blokje Snelheid-positie wordt de snelheid via integratie omgezet in positie. Deze twee grootheden worden dan aan een scope gekoppeld. De scope zorgt ervoor dat onze snelheid en positie in functie van de tijd worden uitgezet op een grafiek. Hieronder ziet u een screenshot van deze twee grafieken. 40

41 Figuur 28: Snelheid in functie van tijd Figuur 29: Positie in functie van tijd Op figuur 28 zien we dat de snelheid lineair toeneemt op het vlakke gedeelte, maar op de helling mindert de snelheid sterk en wordt nagenoeg constant. In het begin helling haalt de wagen dan ook zijn maximale snelheid, deze bedraagt m/s. Figuur 29 is het resultaat van scope Positie. Deze geeft de afgelegde weg in functie van de tijd weer. We zien dat deze lineair toeneemt en dat de wagen na seconden 14m heeft afgelegd. Met andere woorden, onze wagen zal finishen met een eindtijd van 4,7347 seconden volgens het Simulink model. 41

42 3.1.3 Simulatie van gear ratio 1 tot 20 Naast het model dat we juist hebben besproken, simuleert simulink nog verschillende overbrengingsverhoudingen (die we zelf kunnen instellen, hier van 1 tot 20) in functie van de eindtijd, dit om de ideale overbrengingsverhouding te kunnen bepalen. De ideale overbrengingsverhouding is diegene waarbij de wagen het parcours het snelst aflegt. Simulink doet dit door het hele model telkens met een andere overbrengingsverhouding te laten runnen. De waardes van de eindtijd met de bijhorende overbrengingsverhouding wordt dan geplot door Simulink. Screenshots van deze grafieken kunt u hieronder op figuur 30 zien. Hieruit kunnen we afleiden dat volgens Simulink 7 de beste overbrengingsverhouding is. Deze waarde verschilt echter van onze berekende waarde (9.5). Samen met onze coach Mr. Slaets hebben we achter de oorzaak van dit verschil gezocht, dit tevergeefs. Het zou te wijten zijn aan kleine foutjes in de berekeningen en/of in het simulink model. Figuur 30: Overbrengingsverhouding in functie van eindtijd Model van ramp freewheelen Volgens Case Simulink moesten we een tweede model bouwen dat simuleert hoe onze wagen van een helling af rijdt, waarbij de motor ontkoppeld is. De helling is 1 m lang een heeft een inclinatie van 3. Door middel van deze simulatie proberen we te bepalen hoe ver onze wagen na de helling verder rolt. Op figuur 31 kunt u dit model bekijken. Het is bijna identiek aan het eerste model. Het enige verschil is dat de DC-motor losgekoppeld is. Op figuur 32 vinden we de afgelegde weg in functie van de tijd. Deze wordt op exact dezelfde manier bekomen als in het eerste model (via de scope van positie). De maximale afgelegde weg 1m is de afstand dat de wagen verder rolt na de helling. Die 1m die we aftrekken is de lengte van de helling zelf, aangezien die niet meegeteld mag worden. Uit figuur 14 kunnen we zien dat de afgelegde weg 2,463m-1m=1.463m bedraagt. 42

43 Figuur 31: Model Rollen van helling Figuur 32: Snelheid in functie van tijd bij afrijden van helling 43

44 4 Enterprising Onze zonnewagen zal op de markt gebracht worden als bouwpakket. Dit kan onder de vorm van een zelfbouwpakket of in afgewerkte vorm. Om een goede marketing strategie te bedenken, voerden we een marktonderzoek uit om na te gaan wie de belangrijkste spelers zijn op de markt van speelgoed dat op zonne-energie werkt. 4.1 Marktonderzoek Na een marktonderzoek in verschillende speelgoedzaken en op internet komen we tot de volgende bedrijven die een belangrijke marktpositie hebben en verschillende gelijkaardige producten uitbrengen als onze zonnewagen. Grootste spelers 4M 8 Gigo 9 Eitech 10 Kosmos 11 Harrems 12 Sol- expert 13 Producten Naam Merk Prijs Beschrijving ( ) Solar voertuig Gigo 69,95 Zelfbouwpakket voor verschillende voertuigen, bedoeld voor kinderen. Solar rally set Gigo 39,95 Eenvoudig bouwpakket met één zonnepaneel, bedoeld voor kinderen. Solar-Power Tractor Gigo 7,00 Eenvoudige bouwset voor kinderen. Solar Box C74 Eitech 39,95 Bouwdoos voor verschillende voertuigen. Bedoelt voor vermaak en educatieve doeleinde, voor kinderen vanaf 8 jaar. Solar Box Construction Eitech 27,99 Bouwdoos voor een helikopter en motor. Voor kinderen vanaf 8 jaar 8 4M Products, 9 Gogo Science Tools, 10 Eitech Kosmos Experimental energie, 12 Harrems Speelgoed op zonne-energie, nergie% Sol-expert

45 Solar Rover 4M 19,99 Zelfbouwkit voor het ontwerpen van een zonnewagen. Autootje kan gemaakt worden uit een gebruikt drankblikje om recycleren te promoten en zo wordt het groene imago versterkt. Voor kinderen vanaf 8 jaar. Solor Generation Kosmos 71,40 Mogelijkheid tot het bouwen van verschillende modellen uit kunststof. Ook bedoelt voor educatieve doeleinden; om zonne-energie te begrijpen d.m.v. experimenten. Gesteund door Greenpeace om groen imago te benadrukken. Solar Bus Sol-expert 9,99 Bouwpakket van een bus op zonne-energie. Solar auto Sol-expert 7,99 Klein zonnewagentje. Geen bouwpakket. Houten helikopter op zonne-energie Harrems 19,50 Houten helikopter op zonne-energie. Geen bouwpakket. Conclusie marktonderzoek Een opvallend feit is dat het aanbod van modelbouw zonnewagentjes niet echt groot is. De meeste producten zijn eenvoudig, bedoeld voor kinderen, niet te duur en bedoeld als educatief speelgoed. De zelfbouwpakketten zijn dan ook gemakkelijk in elkaar te zetten en vereisen niet veel handigheid. Professionele modelbouwpakketten van zonnewagens zijn niet te vinden. Dit kan een mogelijke opportuniteit zijn voor GSC, als we onze wagen aanbieden als een zelfbouwpakket voor (jong)volwassenen. Ook onze prijs zou beter passen in dit marktsegment, die veel hoger ligt dan de prijzen van de producten hierboven vermeld. Dit is echter geen probleem, want voor professionele modellen (auto s, treinen, vliegtuig, ) wordt al snel enkele honderden euro s neergeteld. Zoals bij de bovenstaande producten te merken is, zijn er heel wat fabrikanten die het groene imago van hun producten willen benadrukken en op deze manier willen inspelen op de hype van groene energie. Ook GSC kan hier handig gebruik van maken door de naambekendheid van het Umicor Solar Team en GroepT te gebruiken ter promotie van het product. 4.2 Business plan Prijs Het bouwpakket wordt op de markt gebracht tegen een prijs die 20 à 25 procent boven de productiekost ligt. Bij een eventuele slechte verkoop of om de laatste exemplaren de deur uit te krijgen, kan een prijsdaling ingevoerd worden. De hoge prijs van onze SSV zal geen probleem vormen. Voor professionele bouwpakketten worden in de zelfbouw winkel gelijkaardige prijzen betaald. Bovendien is er slechts een beperkte oplage van de SSV, dat het een unicum maakt. De winst op het bouwpakket gaat naar het Umicore Solar Team voor de ontwikkeling en bouw van hun zonnewagen. Dit zou de mensen ook moeten overhalen om de SSV te kopen Product Het product bestaat uit een miniatuur versie van de Umicar van het Umicore Solar Team. Dit in de vorm van een bouwpakket. De koper krijgt dus een pakket met alle nodige onderdelen en instructies, maar moet het model wel zelf nog bouwen Promotie Promotie van onze SSV gebeurt via de website en via het Umicore Solar Team die via hun website en op hun evenementen publiciteit maken voor het bouwpakket. 45

46 4.2.4 Plaats De verkoop van ons product gebeurt via de daarvoor opgerichte website. Het bouwpakket van de SSV wordt geleverd via postorder. Verder kan het bouwpakket verkocht worden via het Umicore Solar Team, dit via hun site en op de vele evenementen. Eventueel kan er samengewerkt worden met modelbouwwinkels in de grote steden om ons product te verkopen Logo Door het bepalen van de markstrategie werd geopteerd om een nieuw logo te ontwerpen: eenvoudiger, duidelijker en moderner. Figuur 33: Logo GSC 46

47 4.3 Budgetbeheer In onderstaande tabel zijn alle uitgaven terug te vinden die wij als team gedaan hebben. Als totale som van de uitgaven komen we op 181,09 uit, dus is de opdracht om onder een budget van 200 te blijven, geslaagd. De grootste uitgaven gingen naar het laten maken van het frame en de twee tandwielen die we hebben gebruikt. De bijhorende rekeningen vindt u in de bijlage. Beschrijving Prijs (in ) Verzendingkosten Winkel Datum Koper Opzetstukje om te bevestigen op de as van de motor waar op het ander uiteinde zich een tandwiel bevindt 1,8 0 Albatros 4/03/2011 Michael Een plexiplaat uit Fablab die gebruikt is voor de achterwielen uit te snijden 5,5 0 Fablab 28/04/2011 Wouter Achteras van het wagentje met schroefdraad (verzinkt) 2,47 0 Gamma 26/04/2011 Wouter Moeren passende op de achteras om de kogellagers en wielen vast te zetten 3,29 0 Gamma 26/04/2011 Wouter Kogellagers voor voor- en achterwielen die passen op de achteras 18,9 0 Albatros 30/03/2011 Michael Tandwielen met de juiste overbrengingsverhouding plus een riem om deze aan te drijven 62,27 0 Mano NV 21/04/2011 Michael Touw om het zonnepaneel mee te bevestigen aan het frame en de schuine ligging van het paneel mee aan te passen 1,71 0 Delhaize 2/05/2011 Wouter Het frame zelf gemaakt bij Materialise 85,15 0 Materialise 26/04/2011 Tine 47

48 5 Procesverslag 5.1 Inleiding Dit procesverslag geeft een gedetailleerde beschrijving weer van ieder opgetreden probleem met bijbehorende oplossing. Ook het uiteindelijke resultaat is hier verder in detail uitgewerkt. Verder wordt ieder teamlid s aandeel afzonderlijk besproken en geëvalueerd. Tot slot wordt het functioneren in team ook kort behandeld. 5.2 Oriënteringsfase In verband met dit onderdeel hebben we een samenwerkingscontract opgesteld. Dit contract kan bekeken worden op de volgende site: Analysefase In deze fase gaan we meer uitdiepen wat er van ons verwacht wordt en hoe we dit gaan realiseren. Voor dit onderdeel hebben we drie documenten opgesteld: het plan van aanpak (PVA), de work breakdown structure (WBS) en de Gantt Chart. Deze documenten kan u bekijken in onderstaande sites: De WBS: Het PVA: De Gantt Chart: Realisatie van het project In dit onderdeel vindt u de verschillende onderdelen die we met het team hebben afgewerkt. Verder worden de problemen besproken die we onderweg zijn tegengekomen en de oplossingen we hiervoor gevonden hebben. Tot slot vindt u de werking in teamverband Realisatie van de verschillende onderdelen Om de realisatie van het project goed te laten verlopen, hebben we door middel van een Gantt Chart de verschillende taken verdeeld over de teamleden met voor elke taak een hoofdverantwoordelijke. Aan de hand van deze Gantt Chart hebben we alle onderdelen geprobeerd te realiseren. Zo werd er van ons gevraagd om een aantal berekeningen uit te voeren voor ons SSV en voor de Umicar. Ook werd er van ons verwacht om een Sankey diagram op te stellen. Verder hebben we leren werken met Simulink. Om het wagentje te bouwen hebben we heel wat materialen overlopen en hebben we Fablab bezocht om na te gaan wat onze mogelijkheden zijn voor de constructie van de SSV. Ten slotte werkten we de technische tekeningen uit in Solid Edge. 48

49 5.4.2 Problemen en oplossingen Bij de realisatie van het project zijn we op een aantal problemen gestoten. In deze paragraaf lichten we deze kort toe. Berekeningen Één van de eerste problemen die we zijn tegengekomen, waren de berekeningen. Het berekenen van de juiste overbrengingsverhouding was een eerste struikelblok, dit omwille van de grote complexiteit en zijn vage beschrijvingen. Vervolgens begonnen we aan het Sankey diagram waarbij we onmiddellijk op een cruciale vraag botsten: de intensiteit van de zon. Hierbij moesten we een schatting maken van de hoeveelheid zonlicht die we met onze zonnecellen konden opvangen. Bij de eerste metingen van het rendement van onze zonnecellen hebben we gebruik gemaakt van het licht afkomstig van een halogeenlamp. In onze berekeningen hebben we deze resultaten met een factor 3 geïmplementeerd, maar dit blijft nog steeds een schatting. Verder heeft de luchtweerstand van onze toekomstige auto evenzeer een zekere invloed op het Sankey diagram. Deze invloed is afhankelijk van het frontale oppervlak die tot dan toe nog onbekend was. Ook hiervan is een eerste schatting nodig geweest. Deze zorgen er beiden voor dat dit Sankey diagram slechts een benadering zal zijn van het werkelijke resultaat. Voor de bouw Verder zijn we bij het overlopen van het ontwerp van de SSV ook een aantal knelpunten tegengekomen. Bij het overhandigen van de DC-motor stelden we ons onmiddellijk de vraag hoe we een aandrijvingsas konden bevestigen op de as van de motor, vermits deze volledig (afge)rond en zeer klein was. Met dit probleem zijn we vervolgens naar een modelbouwwinkel gestapt, die ons al snel een oplossing aanbood. Deze oplossing bestond uit een extra bevestigingsdeel dat rechtstreeks aan de motor kon worden gekoppeld. Hierna wisten we niet hoe we de SSV zouden aandrijven. Bij het uitwerken van verschillende ideeën was het moeilijk om te beslissen welke het beste en het meest realiseerbare was. Zo hebben we getwijfeld om de SSV aan te drijven door middel van twee omgekeerd geplaatste kegeltjes, verbonden door een band(elastiek en dergelijke). Dit bleek echter geen goed idee, omdat het moeilijk is om het systeem zodanig te ontwerpen dat het juiste koppel op het juiste tijdstip wordt bekomen. Wanneer de SSV vervolgens de helling moet oprijden, zal deze meer kracht nodig hebben, wat op deze manier zeer moeilijk gerealiseerd kan worden. Evenzeer brachten de berekeningen bij deze methode veel problemen met zich mee. Dan zijn we over geschakeld naar een aandrijving met tandwielen en een timing band. Deze methode is in eerste instantie eenvoudiger te berekenen. Ook eventuele aanpassingen zijn gemakkelijker aan te brengen bij het gebruik van deze methode. Verder is het loskoppelen bij eventuele problemen ook een groot voordeel ten opzichte van andere overbrengingen. Vervolgens was de materiaalkeuze niet zo voor de hand liggend als verwacht. Zo werd het idee om balsa hout te gebruiken al snel aan de kant geschoven, omwille van zijn broze en gemakkelijk breekbare eigenschappen. Hierdoor kwamen we op het idee om aluminium te gebruiken. Dit gaf ook problemen vermits dit niet lasbaar is. Na nog enkele materialen te overlopen hebben we besloten om onze SSV te vervaardigen uit kunststof (ABS). Dit gaf ons een ruime keuze uit materialen die tevens ook ter beschikking zijn in FabLab. Dit geeft ons het voordeel dat we onze auto uit 1 geheel kunnen printen. Omwille van enkele problemen met de technische tekeningen in Solid Edge, hebben we besloten om ons frame te laten printen door 49

50 Materialise. Na het opvragen van een offerte, besloten we om ons frame op te delen in twee afzonderlijke onderdelen, vanwege de veel lagere kostprijs. Tijdens de bouw Bij de bouw van het wagentje zijn we begonnen met de twee delen van het frame aan elkaar te bevestigen, dit met secondelijm. Doordat we dit frame in twee delen lieten printen, hebben we enkele details over het hoofd gezien. Zo waren er enkele gaten fout gedimensioneerd. Hierdoor paste de as, bevestigd op de motor, niet onder de gewenste hoek in het frame wat een verlies teweeg bracht. Dit hebben we opgelost door het bovenste onderdeel met enkele millimeters te verhogen. Verder is er een verkeerde afmeting ingevoerd bij de technische tekening, waardoor het zonnepaneel niet zoals voorzien op het frame bevestigd kon worden. Dit was een gemakkelijk op te lossen probleem, door enkele verlengstukken tussen frame en zonnepaneel te plaatsen. Een ander probleem bij het bouwen van de SSV was het bevestigen van de aandrijfas op het bevestigingsstuk aan de motor. Doordat beide onderdelen niet lasbaar waren, was het onmogelijk om deze as recht te plaatsen volgens de motor. We hebben dit probleem proberen aan te pakken door vloeibaar tin aan te brengen, maar dit was niet sterk genoeg om de kracht van de motor over te brengen naar de as. Hierna hebben we, door gebruik te maken van secondelijm, beide delen aan elkaar kunnen bevestigen. Na verloop van tijd kwamen we tot de conclusie dat de trekkracht, uitgeoefend door onze timing band, deze as scheef trok en dit verlies van vermogen teweeg bracht. Door dit scheeftrekken was er trilling van de motor merkbaar. Om te voorkomen dat de motor van zijn plaats zou trillen, hebben we deze aan het frame bevestigd met behulp van een elastiek. Omdat we opmerkten dat het gewicht ook een struikelblok werd, hebben we de ijzeren aangedreven as vervangen door een aluminium. Dit was een winst van 50 gram. De race Het eerste dat ons opviel vlak voor de race, was dat de aandrijfas scheefgetrokken was door de timing band, waardoor er veel energie verloren is gegaan. Tijdens de race was deze as de oorzaak voor het loskomen van de twee aan elkaar geplakte delen. Een ander onderdeel waar ook veel energie verloren ging, was het mechanisme die zorgde voor de geleiding van de SSV volgens de rail. Bij nader inzien hebben we deze achterwege gelaten, waardoor het wagentje een beetje scheef reed. Ook het gewicht van het wagentje heeft grote rol gespeeld bij deze race. Het gewicht van onze SSV bedroeg namelijk 1027 gram, wat uitermate veel was om het einde van de helling te halen. Verder was onze overbrenging niet ideaal. We hebben onze achterste banden groter gemaakt dan berekent was, om het tandwiel (op de achteras) van de grond te houden. Hierdoor kwamen de berekeningen niet meer overeen met de werkelijke verhoudingen. Omdat het tandwiel op de achteras zo groot was, hadden we een te groot traagheidsmoment. Dit traagheidsmoment is afhankelijk van zowel de totale massa als de verdeling van deze massa. De massaverhouding van beide assen was dermate groot dat deze de motor de veel belasten wat resulteerde in een erg lage acceleratie (F = m*a). Hierdoor werd het zeer moeilijk om voldoende koppel over te brengen om de SSV aan de eindstreep te krijgen. 50

51 5.4.3 Ontwerp SSV In dit onderdeel vindt u de constructie van de auto met bijbehorende illustratie. Als basis hebben we gekozen voor een driehoekig frame, dit omwille van de opsplitsing van de banden (2 achteraan, 1 vooraan). Hierbij hebben we beslist om onze aandrijving naar onze achterwielen te sturen, omdat dit ons voordelen biedt bij de besturing en het beklimmen van een helling. Hier hebben we getracht de motor vooraan te plaatsen voor een goede gewichtsdistributie, waardoor de overbrenging van motor op as aan de hand van een timing band de geschikte overbrenging lijkt. Uiteindelijk was dit niet mogelijk vermits de aandrijfas langer moest zijn dan we eerst hadden aangenomen, dit omwille van een iets groter voorste tandwiel. Er werd ook een kommetje voorzien om de motor te plaatsen op het frame. Dit is gelegen op het middenstuk van het frame, die ervoor zorgt dat de beide zijden (links en rechts) van het frame bij elkaar blijven. Aanvankelijk was voorzien om de motor hierin te bevestigen door middel van silicone lijm. Dit bleek geen goed idee te zijn, vermits we de aandrijfas niet recht kregen. Als we zowel de motor als de as zouden vastzetten, zou de motor de nodige kracht niet meer kunnen leveren. Wij hebben dit opgelost door de motor op zijn plaats te houden met behulp van een elastiek. Verder hebben we beslist om de aangedreven as boven het frame te bevestigen in plaats van onderaan, dit omwille van de timing band die anders het frame zou raken en wrijvingsverliezen zou creëren. Door een dermate groot achterste tandwiel met daarop de gepaste timing band, was het gebruik van CD wieltjes geen optie ( timing band raakte de grond). Hierdoor hebben we in FabLab uit 2mm plexiglas banden gemaakt die aan de vereiste grootte voldeden. Achteraf waren deze wielen de ideale plaats om het logo in te graveren. Tot slot beschikt ons SSV over een houder om ons zonnepaneel te bevestigen aan het frame. Deze houder biedt de mogelijkheid om onze zonneplaat juist te positioneren in de richting van de zon. Voor de nodige illustratie, zie figuur 34 en 35. Figuur 34: ontwerp SSV 51

52 Figuur 35: SSV 5.5 Werking in teamverband In dit onderdeel vindt u de teamvaardigheden, planningen en de samenwerking van het team Planningen In ons team was er op vlak van organisatie reeds van bij het begin weinig structuur terug te vinden. Dit is in het begin al duidelijk geworden bij het opstellen van de Gantt Chart. Tijdens verloop van het project werd er weinig rekening gehouden van de onderliggende taakverdeling met verwijzing naar deze Gantt Chart. Ook tijdens de vergaderingen was er weinig structuur en orde, waardoor iedereen in zekere mate op zich zelf was aangewezen om de gestelde deadlines te halen. Desondanks dit probleem werden deze data toch gerespecteerd en werd iedereen er op tijd aan herinnerd om zijn verantwoordelijkheden voor de deadlines in te leveren. Hoewel in deze tijdspanne alles correct werd afgeleverd, was er weinig samenwerking tussen de teamleden onderling Samenwerking In onderstaande taartdiagrammen vindt u welk teamlid zich voor welke delen het meest heeft ingezet. 52