Instructable DEF Groep 43

"Zelfrijdende autos zijn de toekomst." Dit wordt heel vaak gezegd en met goede redenen ook. Dit autootje rijdt ook zelf. Je hoeft hem maar op de grond te zetten en hij gaat ervandoor. Is dit autootje dan de toekomst? Nou dan moet je hem maar zelf maken en dan een beoordeling maken.

Dit autootje wordt aangedreven door een vallend gewicht. Het zwaartekrachtpotentiaal wordt omgezet in kinetische energie in de vorm van acceleratie tot een snelheid. Er is dus sprake van een verandering van energievormen. Het autootje rijdt verder dan verwacht, omdat er een 1:5 verhouding tussen de tandwielen is. Het grote tandwiel draait dus 1 wenteling waarbij de wieletjes 5 wentelingen maken. Het touw, dat getrokken wordt door het vallend gewicht, trekt aan dezelfde as als deze grote tandwiel. Hier levert dus het touw torque uit op de draaias van de grote tandwiel. met grotere wielen of een grotere verhouding zou het autootje nog verder kunnen rijden. Dan zal er wel een grotere massa moeten vallen, wil het genoeg moment uitoefenen op het systeem. Een makkelijkere oplossing om verder te gaan, is om de hoogte te vergroten.

-Itemprofiel:

2x 1 meter

5x 30 cm

2x 20 cm

3x 40 cm

2x 50 cm

-Lasernsnijden:

2 MDF platen voor lasersnijden

-Vliegertouw:

3 meter

-Kogellagers:

6 stuks met omhelzing

-Rubber

60x4x0.2 cm

-Houten plaat

MDF houten plaat, 30x45x1cm

Gewicht met hoge dichtheid:

4 kg

Houtlijm:

10mL

Schroeven voor item profiel:

64 stuks

Hoekstukken item:

18 stuks

Vlakke plaatjes voor item:

10 stuks

Met behulp van de software inkscape en een lasersnijder worden de onderdelen gemaakt. De onderdelen zijn tandwielen moet 29 tanden, 89 tanden en 149 tanden. De banden hebben een diameter van 10 centimeter. Op inkscape bestaat er een knopje, daar wordt op uitbreidingen --> weergeven --> tandwielen --> tandwielen. Dan is er een vak waar aangegeven kan worden hoeveel tanden het wiel moet hebben. De rest moet niet aangepast worden en de wielen moeten ook niet handmatig groter gemaakt worden, dan zullen de tandwielen niet op elkaar passen.

In het midden van de wielen en tandwielen wordt een item-profiel design geplaatst. Dit design is al gemaakt: https://brightspace.tudelft.nl/d2l/le/content/682888/viewContent/4131751/View. het item profiel wordt in het midden gezet door het item profiel en het object waar je dit profiel in het midden wilt zetten te selecteren. Daarna Object --> uitlijnen en verdelen dan relatief aan laatst geselecteerde. Dan centreren op horizontale as en centreren op verticale as.

Kopieer alle objecten:

2x 149 tand tandwiel

2x 89 tand tandwiel

7x 29 tand tandwiel

9x 10cm diameter wiel

Nu dat alle materialen in bezit zijn, wordt er begonnen met het bouwen van het karretje. In de lengte wordt een 50cm item profiel vast aan een 20cm item profiel. Dit wordt gedaan aan allebei de kanten en men gebruikt platte metalen plaatjes en schroeven om ze aan elkaar vast te zetten. Deze lengtestukken worden tweemaal aan elkaar vastgemaakt door 40cm itemprofiel en hoekstukken, deze twee stukken zijn toegevoegd voor shear stabiliteit binnen het karretje en dienen dus alleen de functie om stabiliteit te geven. Vervolgens worden de twee 1 meter lange item profielen toegevoegd aan de frame. Aan allebei de kanten van de in de lengte geplaatste profielen worden deze geplaatst. Helemaal bovenaan worden de palen vastgemaakt aan elkaar met een horizontale 40cm item profiel. Dit laatste zal de constructie zijn waaraan het vallend gewicht aan hangt. Het is dus essentieel dat dit stabiel is en goed recht staat. Al deze itemprofielen worden aan elkaar vastgemaakt met hoekstukken of vlakke plaatstukken indien mogeljik. In de fotos is te zien dat de draaiassen al vastgemaakt zijn, dit was toendertijd alleen als test of het allemaal mogelijk is, dit hoeft dus nog niet gedaan te worden.

Nu dat er een frame is, is het belangrijk om de draaiassen toe te voegen. Ten eerste krijgen de wielen, die aan de aandrijfas zitten, een dun laagje rubber voor extra grip en minder slip. Deze wielen zijn verbreed door twee wielen aan elkaar vast te plakken. Dit zorgt voor extra grip en stabiliteit. De wielen worden hierna in de itemprofielen geschoven samen met 3 keer de 29 tand tandwielen. Dit is mogelijk omdat deze objecten een item-profiel gat hebben in het midden. Dit werd besproken in het lasersnijden onderdeel. Bij de niet-aandrijfas wordt één wiel aan de ene uiterste zijde en een ander wiel aan de andere uiterste zijde geplaatst. Ook wordt er nog een wiel in het midden van de drijas geplaatst, om zo de lasten te verminderen. De kleine tandwielen (29 tanden) worden dicht op elkaar geplaatst in het midden van de aandrijfas. Dit onderdeel zal uiteindelijk zorgen voor de beweging van het karretje. Allebei de drijfassen zijn 30cm lang.

Nu dat alle wielen en tandwielen juist gepositioneerd zijn, worden deze vastgemaakt aan de main-frame. Ten eerste worden er aan alle uiteindes van de item profielen een platte kogellager geschroefd(zie foto). Vervolgens worden deze kogellagers vastgemaakt aan de main frame. Nu zou er dus een rollend karretje moeten zijn.

Het karretje kan rollen, maar kan niet op zichzelf rijden. Met de volgende stap wordt dit opgelost. In het midden van een 30cm lange itemprofiel worden twee tandwielen van 149 tanden aan elkaar geschoven. Deze twee tandwielen worden tegen elkaar gehouden door twee 29 tands tandwielen te schuiven tegen de grotere tandwielen. Dit zorgt voor stabilitiet voor wanneer er gedraaid en bewogen wordt.

Aan dezelfde draaias wordt aan een kant naar keuze het onderdeel waaraan het touw zit geschoven. Dit onderdeel is gemaakt door eerst een 89 tandwiel te schuiven richting het midden. Daarna worden twee wielen van 10cm diameter geschoven tot aan de 89 tandwiel. Deze wielen zijn, net als de wielen van de aandrijfas, aan elkaar gelijmd en is er rubber op geplakt voor extra grip. Hierna wordt er nog een 89 tandwiel tegen de twee 10cm wielen geschoven. Hierdoor onstaat een soort kloof waar het touw goed in opgerold kan worden. Vaak gaat het koord tussen de 10cm wielen en 89 tandwielen zitten. De oplossing hiervoor is om hoekstukken goed tegen de 89 tandwielen te schuiven en vervolgens deze strak tegen het item profiel vast te zetten. Er zal dan weinig verschuivingen zijn. Nu dat deze draaias is gemaakt, worden aan beide kanten kogellagers toegevoegd.

De draaias wordt vastgemaakt aan een verhoogd onderdeel van de frame. Dit onderdeel is gemaakt door aan dezelfde zijdes van de 1 meter lange item profielen een 30cm item profiel toe te voegen. Aan ongeveer de bovenkant van deze twee itemprofielen wordt de draaias toegevoegd. Het is essentieel dat de grote tandwielen perfect in de drie kleine tandwielen worden geplaatst. Hierop wordt ook de hoogte van de laatste draaias gebaseerd. De wielen van het karretje zouden nu moeten draaien als de as met de grote tandwiel gedraaid wordt.

Het koord wordt nu, door een lus, goed vastgeknoopt aan de wieletjes van de bovenste draaias. Deze wieletjes hebben ook een rubber laagje, dus zal het koord niet moeten glijden. Vervolgens wordt aan het horiztonale item profiel aan de bovenkant van de frame twee schroeven vastgemaakt naast elkaar. Tussen deze twee schroeven wordt het touw gezet, zodat dit touw niet constant schuif, maar op één plek blijft. Aan het koord wordt nu het gewicht geplaatst, het gewicht heeft al een haak en het touw een lus. Aan de onderkant het karretje (op de frame) wordt de houten plaat van 30x45x1cm gepositioneerd. Deze plaat is er alleen om het gewicht op te vangen en zit ook niet verder vast aan het karretje. Dat is niet nodig, de krachten zijn daar te klein voor. Vervolgens wordt het karretje naar achteren geduwd, zodat het koord om de draaias-constructie wordt gewikkeld. Nu kan met, met het juiste gewicht (3-4kg), het karretje loslaten. Het gewicht zal langzamerhand naar beneden vallen op de houten plaat, de wielen zullen gaan draaien. Et voila! Een zelfrijdend autootje.