Diseño y optimización de una estrella de llanta para un monoplaza de Formula Student

Abstract

El presente proyecto se centra en el estudio, diseño, y optimización de una estrella de llanta para un monoplaza de categoría FSAE, también conocido como Fórmula Student. En concreto, para el monoplaza ART-16 del equipo ARUS, perteneciente a la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla, el cual participará en los certámenes FSGermany y FSSpain 2016, donde se pondrá a prueba la pieza diseñada en el presente documento. Hasta la presente temporada, el equipo ARUS había utilizado llantas completas adquiridas directamente al fabricante. Sin embargo este año se ha decidido diseñar y fabricar la estrella de llanta, y comprar los aros a un fabricante, por razones que detallaremos más adelante. La memoria comienza con una descripción de la pieza bajo estudio, así como de las cargas y condiciones de contorno a las que está sometida. En este contexto, se ha creído conveniente definir y resumir el formato de la competición, ya que define el marco bajo el cual tienen que trabajar todos los coches, y por lo tanto las condiciones de operación de la pieza. Posteriormente se analizan varios aspectos claves para definir la geometría de la pieza, así como las tolerancias y ajustes que debe tener. Cuando tenemos un primer diseño se empiezan a hacer análisis de la pieza con un software de elementos finitos (Altair Hyperworks v12.0), y después una optimización de la pieza con ese mismo software. Por último se hace un breve análisis de vida a fatiga de la pieza, para analizar qué vida puede esperarse que tenga la pieza, y se analizan las posibles vías de investigación futuras que pueden realizarse en este campo.

This project is centered on the design and optimization of a wheel center for a FSAE vehicle, also known as Formula Student. The vehicle is the ART-16, the third car from ARUS team, the Formula Student team from the University of Seville. It will compete in FSGermany and FSSpain 2016. Up until this season, ARUS team has been using one-piece rims bought from a manufacturer. However, this year it has been decided to use three-piece rims, buying commercial shells and designing and building the wheel center. This document starts describing the part under study, as well as the loads and boundary conditions it is subjected to. There is also an introduction to the FSAE competition and its rules, because it defines the performance of the cars and consequently the conditions that the part will have to operate under. Subsequently, several aspects of the geometry of the part are studied, and the shape of key areas and tolerances are defined. Once a basic design has been detailed, FEA simulations are carried out, using Altair Hyperworks v12.0, and optimizations are also carried out using the same software. Lastly there is a brief analysis of the fatigue life of the wheel center, and a description of the possible future developments that ARUS team could carry out in this field.