Ημερολόγιο Εκδηλώσεων

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Ημερομηνία: Παρασκευή, 10 Ιουλίου 2026, 10:00
Αίθουσα: ΑΙΘΟΥΣΑ ΣΥΝΕΔΡΙΑΣΕΩΝ ΜΠΔ

Ονοματεπώνυμο: ΠΕΡΑΝΤΖΑΚΗΣ ΟΔΥΣΣΕΥΣ

Θέμα: Σχεδιασμός, υπολογιστική βελτιστοποίηση και ολοκληρωμένη κατασκευαστική προσέγγιση για το υποσύστημα τροχού αγωνιστικού οχήματος τύπου Formula SAE

Title: Design, computational optimization and integrated manufacturing approach for the wheel assembly of a formula SAE type Car

Εξεταστική Επιτροπή

• ΑΛΕΥΡΑΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ, Επίκουρος Καθηγητής (επιβλέπων)
• ΚΑΖΑΣΙΔΗΣ ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ-ΜΑΡΙΟΣ, Επίκουρος Καθηγητής
• ΑΝΤΩΝΙΑΔΗΣ ΑΡΙΣΤΟΜΕΝΗΣ, Καθηγητής

Περίληψη

Το υποσύστημα τροχού αποτελεί κρίσιμο υποσύστημα ενός οχήματος Formula SAE, καθώς συνιστά την κύρια σύνδεση μεταξύ ανάρτησης και δρόμου και επηρεάζει άμεσα την οδική συμπεριφορά, την ασφάλεια και την απόδοση. Πρέπει να μεταδίδει τις δυνάμεις επιτάχυνσης, πέδησης και στροφής, αντέχοντας σημαντικά δυναμικά φορτία με ελάχιστο βάρος, καθώς η μειωμένη μη αναρτώμενη μάζα βελτιώνει την απόκριση και την ποιότητα κύλισης. Η παρούσα διπλωματική εργασία καλύπτει τον σχεδιασμό, την προσομοίωση και την κατασκευή του υποσυστήματος τροχού για το αγωνιστικό όχημα του 2025, «TALOS», της ομάδας Formula Student του Πανεπιστημίου Κρήτης (FSTUC). Πρόκειται για την πρώτη πλήρως εξατομικευμένη σχεδίαση υποσυστήματος τροχού στην ιστορία της ομάδας, στο τρίτο όχημα από την ίδρυσή της το 2020. Παρουσιάζεται συστηματική μεθοδολογία που συνδυάζει σχεδιασμό, προσομοίωση και κατασκευή εντός των αυστηρών περιορισμών χρόνου, προϋπολογισμού και πόρων των έργων Formula SAE, μαζί με τη συμμόρφωση στους κανονισμούς, την ενσωμάτωση στη γεωμετρία της ανάρτησης και τις απαιτήσεις packaging και ανοχών. Το upright, το hub, το σύστημα ρουλεμάν και η διασύνδεση τροχού μοντελοποιήθηκαν παραμετρικά σε 3D CAD, με αρχές Σχεδιασμού-Για-Κατασκευή (DFM) ώστε να είναι συμβατά με τις διαθέσιμες διαδικασίες CNC φρεζαρίσματος και τόρνευσης. Τα σενάρια φόρτισης προήλθαν από ρεαλιστικές συνθήκες αγώνα, όπως πλευρικές στροφές, επιβράδυνση και κατακόρυφα φορτία. Επιλέχθηκαν κράματα αλουμινίου υψηλής αντοχής για την ισορροπία τους μεταξύ κατεργασιμότητας, βάρους και δομικής απόδοσης. Η Ανάλυση Πεπερασμένων Στοιχείων (FEA) εφαρμόστηκε στο upright και το hub για την αξιολόγηση τάσεων, συντελεστών ασφαλείας και παραμορφώσεων, με συνυπολογισμό της κόπωσης και εφαρμογή τοπολογικής βελτιστοποίησης για την αφαίρεση υλικού χωρίς μείωση της δυσκαμψίας. Η κατασκευασιμότητα αξιολογήθηκε μέσω σχεδιασμού της διαδικασίας, καλύπτοντας διαστάσεις υλικού, μεθόδους συγκράτησης, στρατηγικές κατεργασίας, κόστος και χρόνο. Ως κύρια μέθοδος επιλέχθηκε η συμβατική κατεργασία CNC, ενώ η προσθετική κατασκευή και τα σύνθετα υλικά αξιολογήθηκαν ως μελλοντικά σενάρια. Το αποτέλεσμα είναι ένας επικυρωμένος σχεδιασμός υποσυστήματος τροχού που επιτυγχάνει μετρήσιμη μείωση βάρους και βελτιωμένη δομική απόδοση σε σύγκριση με προηγούμενες εκδόσεις της ομάδας, καθώς και μια επαναλήψιμη μεθοδολογία για μελλοντικούς κύκλους ανάπτυξης. Πέρα από την ομάδα, η εργασία αναδεικνύει τη σημασία της ενσωμάτωσης σχεδιασμού, προσομοίωσης και κατασκευής από τα πρώτα στάδια της μηχανολογικής διαδικασίας.

Abstract

The wheel assembly is a critical subsystem of a Formula SAE vehicle, forming the main link between the suspension and the road and directly affecting handling, safety, and performance. It must transmit the forces of acceleration, braking, and cornering while withstanding significant dynamic loads at minimal weight, since reduced unsprung mass improves vehicle responsiveness and ride quality. This thesis covers the design, simulation, and manufacturing of the wheel assembly for the 2025 competition car "TALOS", developed by the Formula Student Team of the University of Crete (FSTUC). It is the first fully custom wheel assembly in the team's history, implemented on the third car built since its founding in 2020. A systematic methodology is presented that combines design, simulation, and manufacturing under the strict time, budget, and resource constraints typical of Formula SAE, alongside compliance with the rules, integration with the suspension geometry, and packaging and tolerance demands. The upright, hub, bearing system, and wheel interface were modelled parametrically in 3D CAD and guided by design-for-manufacturability (DFM) principles to suit the available CNC milling and turning processes. Load cases were derived from realistic racing conditions, including lateral cornering, longitudinal braking, and vertical bump. High-strength aluminium alloys were selected for their balance of machinability, weight, and structural performance. Finite Element Analysis (FEA) was performed on the upright and hub to assess stress distribution, safety factors, and deflection, with fatigue considered for cyclic loading and topology optimisation applied to remove material without reducing stiffness. Manufacturing feasibility was assessed through process planning covering stock dimensions, fixturing, machining strategies, and cost and time. Conventional CNC machining was chosen as the primary method, while additive manufacturing and composites were evaluated as forward-looking scenarios. The outcome is a validated wheel assembly achieving measurable weight reduction and improved structural performance over previous team iterations, and a repeatable methodology for future development. Beyond the team, the work underlines the value of integrating design, simulation, and manufacturing from the earliest stages of the engineering process.