Разработка безвоздушной шины с использованием 3D-технологий

О нас
Услуги
Контакты

Состав команды

ученики 11 класса МБОУ "Октябрьская СОШ"
Томского района

Беляев Александр Михайлович
Моделировал и печатал на 3D -принтере
Иващенко Евгений Александрович
Анализировал литературу и проводил эксперимент

В мире все изменилось в тот день, когда в 1845 году англичанин Роберт Томпсон запатентовал первую надувную шину. Но из-за технологических сложностей, она не получила тогда массового распространения. Повторно пневматическая шина была изобретена в 1888 году Джоном Бойд Данлопом в Ирландии. С тех пор не прекращаются изыскания, которые смогли бы улучшить потребительские качества “воздушного колеса". Человечество уже давно решает проблему автомобильных шин в плане надежности и оптимизации расходов на обслуживание.
Идея создания безвоздушных шин, которые не нужно накачивать воздухом, их нельзя проколоть стоит перед многими производителей. Смысл разработки заключается в том, чтобы отказаться от использования воздуха в шинах для автомобилей. То есть, никакие компрессоры, вышедшие из строя, золотники и ниппели уже не играют роли. Это специальная разработка, направленная на решение главных проблем нынешних покрышек: снижение давления внутри колеса; быстрый износ; деформация диска. 3D-печать играет важную роль в этой инновационной разработке, поскольку именно с помощью нее сделали прототип новой шины, названной Uptis. Но, по определённым причинам у этого нововведения пока не получается обрести широкое распространение. Поэтому мы решили смоделировать на 3D принтере несколько видов безвоздушных колес, определить оптимальное строение и разобраться, почему в наше время отказываются от таких колес будущего.

Цель работы разработать несколько типов безвоздушной шины при помощи 3D-технологий и определить оптимальное строение.
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:
1 Проанализирована литература и интернет - источники по данной теме;
2 Разработана и изготовлена 3D-модель различных безвоздушных шин;
3 Апробированы безвоздушные колеса;
4 Проанализированы результаты работы и сделан вывод.

АНАЛОГИ

Компания Michelin

Конструкция MICHELIN X TWEEL – это жесткая ступица, соединенная с протектором посредством гибких деформируемых спиц из полиуретана, которые представляют собой единое целое.

Компания Polaris

Компания Polaris предложила свой способ расположения спиц из композиционных материалов, который отдаленно напоминает пчелиные соты. Благодаря этому колеса получают способность к изменению жесткости, проще справляются с преодолением неровностей

Компания BigRep

Компания BigRep провела презентацию нового продукта, отпечатанного на широкоформатном 3d-принтере – велосипедных шин из термопластичного эластомера PRO FLEX Filament.

Компания Hankook

Корейский производитель шин Hankook, четыре года работавший над безвоздушными шинами (Non-Pneumatic Tire — NPT), заявил об успешных испытаниях самой работоспособной версии под названием iFlex. Компания утверждает, что тесты на плавность хода и управляемость показали результаты, сопоставимые с обычными автомобильными шинами. А ещё в ходе тестов электрокар разгонялся до 130 км/ч. Казалось бы, немного, но на фоне нынешних серийных NPT такие экспериментальные шины можно назвать скоростными.

Компания Bridgestone

Шины от Bridgestone отличаются устройством каркаса, который состоит из пластин. Элементы из переработанной смолы за счет особого расположения образуют сетчатую структуру. Однако эксплуатационные характеристики таких изделий более низкие: допустимая скорость — 64 км/ч, грузоподъемность — 150 кг.

Goodyear

В течение последних трех лет Goodyear и Local Motors испытывали на различных полигонах беспилотный шаттл Olli, оснащенный безвоздушными шинами, чтобы достигнуть нескольких целевых показателей нагрузки, скорости и долговечности. Сейчас испытания шаттла Local Motors Olli будут проходить в городской транспортной среде, которая, как заявляют компании, «представляет собой идеальный сценарий тестирования шин с альтернативной архитектурой, учитывая более низкие скорости городского транспорта и менее изменчивые пути движения».

Этапы

Этап №1. Процесс моделирования безвоздушного колеса с дугообразными спицами (наша конструкция)

1. Создаём цилиндрическую основу диска колеса, с прорезью для Lego крестовины

2. Создаём дополнительное увеличение диаметра диска для увеличения прочности конструкции, при сохранение минимального веса.

3. Создаём образец дуговой спицы (от уровня изгиба и длины зависит прочность и упругость конструкции).

4. С помощью модификатор «array» создаём копии спиц, вдоль всего периметра колеса.

5. Создаём протектор для более хорошего сцепления с поверхностью.

6. Колесо с дугообразными спицами готово!

Этап №2. Прототипирование

Готовое колесо

Этап №3. Процесс моделирования безвоздушного колеса с сотообразными спицами

1. Создаём цилиндрическую основу диска колеса, с прорезью для Lego крестовины.

2. Создаём небольшой сектор сотообразных спиц колеса(сектор должен быть создан таким образом, что бы при копирование секций Z раз они идеально стыковались друг с другом вдоль всего периметра колеса)

3. С помощью модификатор «array» создаём копии сектора, вдоль всего периметра колеса.

4. Создаём протектор для более хорошего сцепления с поверхностью.

5. Колесо с сотообразными спицами готово!

Этапы

Этап №4. Прототипирование

Готовое колесо

С помощью физического эксперимента была определена оптимальная структура – дугообразная (разработанная нами)

Рассчитав стоимость затраченного пластика и времени, можно видеть, что безвоздушные колеса (структура сотовая) выходят незначительно дешевле, чем дугообразная

Потенциальные заказчики и стейкхолдеры проекта

Заказчиками проекта могут стать разработчики Lego конструкторов и образовательные учреждения, в которых ведется робототехника.

Преимущества нашей модели

Преимущество 1
прочность конструкции
Преимущество 2
можно применять в робототехнике
Преимущество 3
скорость максимальная
Преимущество 4
качество печати

Томск, с. Октябрьское Железнодорожная 29б
Phone: 8925143