Σχεδιασμός και κατασκευή ανθρακονημάτινου τιμονιού αγωνιστικού ποδηλάτου

Abstract

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η κατασκευή ανθρακονημάτινου τιμονιού αγωνιστικού ποδηλάτου δρόμου. Ο σχεδιασμός (design) θα γίνει με την βοήθεια του προγράμματος SolidWorks της εταιρίας Dassault Systèmes SolidWorks Corp. . Ο γεωμετρικός σχεδιασμός θα αρχίσει με βάση πέντε υπάρχοντα τιμόνια αγωνιστικών ποδηλάτων δρόμου που έχουν μεγάλη εμπορική επιτυχία. Τα μοντέλα των τιμονιών αυτών θα δημιουργηθούν στο SolidWorks και θα υποστούν καταπονήσεις που καθορίζονται από τον EN 14781 (EUROPEANSTANDARDNovember 2005)προκειμένου να διαπιστωθούν οι αδυναμίες κατασκευής τους. Από τη συμπεριφορά των τιμονιών στις προαναφερθέντες καταπονήσεις και από τα εργονομικά χαρακτηριστικά τους θα επιλεγεί ένα μοντέλο. Στο τελευταίο θα γίνει επανασχεδιασμός με σκοπό τη μερική βελτιστοποίησή του και στη συνέχεια θα γίνει μοντελοποίησή του ως ανθρακονημάτινο τιμόνι (αρχικό υλικό: Αλουμίνιο 7075 Τ6, τελικό υλικό: ανθρακόνημα Τ300 πλεκτό και M40J μονοδιευθυντικό). Αρχικά θα γίνει ο σχεδιασμός του καλουπιού του βελτιωμένου τιμονιού καιστη συνέχεια θα υπολογιστούν οιθερμικές διαστολές του και η παραμορφωσιακή του κατάσταση υπό 8bar πίεση και 120οCθερμοκρασία. Αφού ολοκληρωθεί ο σχεδιασμός του καλουπιού θα παραγγελθείσε μηχανουργείο και θακοπεί σε τριαξονικήCNC φρέζα. Έπειτα θα επιλεγούν τα απαραίτητα στοιχεία για το σωστό κλείσιμο του καλουπιού (πείροι, κοχλίες, εξολκείς) καθώς και τα μέρη του κυκλώματος πίεσης. Το τελευταίο στάδιο πριν την παραγωγή του τιμονιού θαείναι η δημιουργία του κυκλώματος πίεσης, η προετοιμασία του καλουπιούγια τη διαστρωμάτωση και το ψήσιμο του ανθρακονήματος και ο προγραμματισμός του PLC του φούρνου. Θα παραχθεί το τιμόνι με προεμποτισμένο ανθρακόνημα αφού ψηθεί για μία ώρα υπό πίεση 8 barκαι θερμακρασία 120oC. Θα περιγραφεί η διαδικασία της παραγωγής του τιμονιού, τα χαρακτηριστικά του ανθρακονήματος και της ρητίνης του, καθώς και οι υπάρχουσες εναλλακτικές τεχνικές παραγωγής ανθρακονημάτινων προϊόντων. Στη συνέχεια θα γίνει ο σχολιασμός του τελικού προϊόντος, των προβλημάτων που παρουσιάστηκαν κατά την παραγωγή και των λαθών που έγιναν κατά τον σχεδιασμό και την κατασκευή του.

The goal of this diplomatic essay is the design and construction of a carbon handlebar of a racing road bicycle. The design will be accomplished with the use of SolidWorks, a program of DassaultSystèmesSolidWorks Corp.company. The design will begin with the selection of five existing handlebars of racing road bicycles of wide commercial success. The models of these handlebars will be created in SolidWorks and will follow the instructions that are specified by EN 14781 (EUROPEAN STANDARD November 2005) in order to illustrate the failings in their construction. According to the results of the tests of the European standard and according to the ergonomic characteristics of the handlebars one model will be singled out. This model will be redesigned first as an aluminum handlebar in order to be partly improved and then as a carbon handlebar (previous material: Aluminum alloy 7075 T6, final material: carbon T300 woven and M40J unidirectional). Then the mold of the improved handlebar will be designed, followed by the calculation of its thermal expansion and its deformed shape under 8bar pressure and temperature of 120οC. After the design of the mold is complete, it will be ordered and cut in a CNC milling machine . Afterwards, the elements necessary for the proper shut of the mold (locating units, screw, pullers) will be selected, as well as the parts of the pressure circuit. The final stage before the manufacturing of the handlebar will be the development of a pressure circuit, the preparation of the mold for the lay-up and the cure process and the programming of the oven’s PLC. The handlebar will be manufactured with prepreg carbon, after being cured for one hour under 8bar pressure and temperature of 120οC. The process of the handlebar’s manufacturing will be described, as well as the characteristics of carbon and its resin, along with the existing alternative techniques of manufacturing carbon products. These will be followed by a report of the final product, the problems that emerged during the manufacturing and the errors that occurred during the design and construction process.