섀시팀은 파워트레인 파트에서 모터 마운트와 LSD, 대기어, 등속조인트 정도를 다룹니다.
1. 모터 마운트
모터 마운트는 모터의 진동을 잘 받아줄 수 있는지가 관건입니다. 설계 당시에는 지지점이 많을수록 더욱 견고할 것이라고 생각하고 모터의 볼트 구멍을 최대한 활용하여 8점 지지로 설계하였습니다. 사실 어떤 구조가 진동을 가장 잘 받아주는지는 아직도 잘 모르겠습니다. 파워트레인에 대한 설계는 다소 대충대충 넘어간 감이 있었던거 같네요... 다른 팀들의 구조를 적극적으로 참고하기를 권장합니다.
마운트 설게에 앞서, 먼저 모터와 대기어의 위치를 결정합니다. 23 설계에서는 배터리 박스가 꽤 뒤에 쏠려 있어서 리어 쪽 공간이 충분하지 않았습니다. 그래서 모터를 배터리 박스 쪽에 최대한 붙여서 대기어와의 거리를 그 안에서 최대한 늘리고자 했습니다. 배터리 박스와 모터가 닿는 것은 안될거 같아 2cm 정도의 간격을 두었습니다.
이번에는 시트 아래 공간을 최대한 활용해서 배터리 박스를 앞으로 빼고 박스 안에서 셀을 최대한 뒤로 보내어, 무게 중심과 리어 공간 확보 두 가지를 모두 챙길 수 있도록 만드는 것이 좋을 것 같습니다. 대기어와 소기어 사이에는 기어비에 따른 적정 거리가 정해져 있다고 하는데, 그것에 맞추어 모터를 배치하시면 됩니다.
대기어는 프레임 안에 다 들어오게 설게를 하는 동시에, 체인 장력 조절 장치에 들어가는 로드앤드가 요동각도 안에 들어오게끔 위치를 정해줍니다. 또한, LSD마운트와 체인 장력 조절 장치 힌지의 길이가 너무 길지 않게끔 만들어야 합니다. 저는 40mm 정도가 되게 설계했는데, 간섭과 조립을 방해하지 않는 선에서 최대한 짧게 해주는 것이 좋습니다. 또한, 체인 장력 조절 장치의 최소 길이 또한 고려해주어야 합니다. 23 설계에서는 101mm로 되어 있는데 이거도 거의 가장 짧게 했던 것으로 기억합니다.
위 설계 역시 먼저 2D를 통해서 진행해줍니다. 모터 사이즈나 LSD마운트의 길이, 체인 장력 조절 장치가 연결되는 위치 모두 실측입니다. 그래서 숫자가 소수점으로 더럽게 나오는 것입니다.
마운트의 처음 설계는 굉장히 단순했습니다. 프레임과 모터의 지지점을 연결하는 힌지를 8개 다는 것입니다. 마운트를 구성하는 힌지들이 최대한 짧아지게 설계를 하려고 했었는데요, 모터의 중심이 수직프레임과 가까워서 힌지가 다소 괴랄하게 될 수 밖에 없었습니다. 힌지 모양을 최대한 짧게 하기 위해서는 새롭게 파이프를 4개 정도 덧대어야 했습니다. 하지만 이런 설계가 경량화 측면에서 너무 비효율적이라고 생각이 들었고, 파이프 사용을 최소화하고 싶었습니다. 모터를 옮기기에는 공간이 없었기에 고민을 하다가 아래쪽에만 파이프를 덧대고 위쪽에는 원래 있는 프레임을 이용하자고 결론을 내렸습니다. 그러나 여전히 위쪽 힌지의 구조가 부자연스럽다는 점에는 여전히 꺼림직했습니다. 또한, 사실상 6점 지지라는 생각이 들어서 이게 맞나 싶은게 있었습니다...
초기 설계를 동재형이 보더니, 22년도에 모터를 마운트하고 탈거하는데 간섭때문에 너무 힘들었다고 조언을 해주어서 설계를 바꾸게 되었습니다. 힌지 대신 프레임과 모터를 연결해줄 중간 부품을 설계하여 이것을 모터에 체결해두어, 모터를 프레임에 올릴 때는 중간 구조물과 프레임에 부착되어 있는 힌지만을 체결하면 되는 방식입니다. 기존 방식보터는 볼트 체결할 공간이 많을 것이라는 장점이 있습니다. 프레임 마운트 포인트는 이전과 동일하게 했습니다. 래퍼런스로 그려진 원은 프레임 파이프 입니다.
하지만 실제로는 탈거하고 마운트하기가 훨씬 더 어려웠습니다... 저 중간 구조물이 프레임에 걸려서 모터에 체결한 채로 프레임에 올릴 수가 없었고, 결국 이것들을 모두 분리해서 차 안에서 대충 끼워넣은 다음에 체결을 할 수 밖에 없었습니다. 볼트를 체결할 때도 공구가 들어갈 공간이 없어서 시간이 상당히 소요되었습니다. 그래서 요 방법도 비추합니다... 프레임에 달리는 힌지들의 길이를 조금 늘리고 중간 구조물 크기를 줄이면 모터에 체결된 상태에서도 프레임에 간섭 없게 넣을 수 있을거 같긴 합니다. 이 방법을 쓰실 때에는 간섭을 꼭 철저하게 보시길 바랍니다. 캐드 안에서 직접 넣어보는 검수 과정을 꼭 거쳐야 합니다. 저는 머리로만 하다가 이 참사가 났습니다... 이 얘기는 제작 파트에서 하려고 했는데, 설계 때 아는 것이 훨씬 중요할거 같아 먼저 얘기를 드립니다.
국민대 같은 경우에는 알루미늄 판 위에 모터를 마운트하고 그 판을 모노코크에 체결하는 방식을 사용했던 것으로 기억합니다. 간섭이나고 구조가 복잡해지는 가장 큰 이유가 위 아래 모두 마운트를 달기 때문이라고 생각이 드는데, 국민대 처럼 아래 고정으로만으로도 견고하게 고정할 수 있는 방법이 있다면 찾아보는 것이 좋을 것 같습니다. 8점 지지니 6점 지지니 이런 것에 집착하지 않았으면 좋겠습니다. 그렇다고 견고하지 않은 구조가 되면 안되겠죠?
2. LSD, 대기어, 등속조인트
LSD, 대기어, 등속조인트 어셈에서는 유격이 없는 것이 중요합니다. 사실 모든 섀시 파트에 해당하는 내용이지만, 파워트레인 파트에서는 훨씬 더 중요합니다.
23 설계에서는 LSD가 프레임 가운데에 오게 설계를 했습니다. 양쪽 등속조인트 길이가 같게 하기 위함이었는데, 길이가 다른 팀도 있긴하더라구요. 쨌든, 저희는 LSD가 가운데에 있으니 대기어는 약간 한 쪽으로 쏠리게 됩니다. 앞서 설계한 내용을 바탕으로 파워트레인 부품 배치를 완료해주시면 됩니다.
LSD 위치가 결정되면 등속 조인트도 마저 어셈해주시면 됩니다. 범프, 리바운드를 하면서 업라이트와 LSD 사이의 거리가 미세하게 변하게 되는데, 이 때문에 구속을 주실 때 LSD와 업라이트 둘 중 하나에만 접촉 구속을 주어야 합니다. 만약에 둘 다 접촉 구속을 준다면 휠을 위아래로 움직일 수 없게 됩니다. 또한, 범프 리바운드시에 등속조인트가 업라이트 또는 LSD와 간섭나는지도 확인해주어야 합니다. 유격을 줄이기 위해서는 간섭이 안 나는 선에서 최대한 붙여주어야 합니다. 아래 사진에서는 최대 범프 시에도 0.6mm 정도 남으니 더 조정을 해야겠죠?
이렇게 결정된 등속조인트의 길이를 기준으로 제작을 해주시면 됩니다.
추가로, LSD에 대해서도 한 번 공부해보기를 바랍니다. 저는 대회 준비하면서 경황이 없다는 핑계로 그냥 부품을 사용하기만 하였었는데요, 각 부품에 대한 이해가 충분해야지 차량의 각 파트가 어떻게 유기적으로 작동하는지 알 수 있을 것 입니다. 일반적으로 레이스카에는 다판클러치 방식을 사용하는데요, 저희 차도 아마 이 원리이지 않을까 싶습니다. 가속이나 감속을 할 때 핀이 cam을 누르면서 클러치를 압박하여 디퍼가 잠기는 방식입니다. LSD에는 이니셜토크라는 것이 존재합니다. LSD는 토크가 가해지지 않을 때도 좌우 구동축이 하나로 움직일 수 있도록 디퍼를 잠그는 역할을 하는데, 이때 이니셜토크를 넘는 토크가 구동축에 가해지면 오픈 디퍼처럼 좌우 구동축이 따로 움직이게 됩니다. 좌우 구동축에 가해지는 토크의 차이가 이니셜토크를 넘을 때 비로소 디퍼가 오픈 되는 것이지요. 만약 양쪽에 같은 크기의 이니셜토크 이상의 토크가 가해지면 가속 상황처럼 핀이 캠을 압박해 디퍼가 잠길 것입니다. 이 부분에 대한 이해는 아직 충분하지 않아서 잘 설명한 것인지 모르겠네요. 조언 부탁드립니다.
3. 기어비
23년도 기어비는 22년도 부품을 재활용했기 때문에 그대로 10:52 였습니다. 22년도 드라이버 피드백에서 가속이 좀 부족하다는 이야기도 있었고, 기어비가 서로소가 아니라 불균일하게 마모될 수 있어서 기어비를 변경하려고 했으나, money 이슈로 바꾸지는 못했습니다.
기어비 설계는 포뮬러 카페에 올라와있는 엑셀시트(과기대 분이 만드신걸로 알고 있습니다.)로 설계할 수 있습니다. ME1302 기어비.xlsm 파일이 그것을 활용하여 설계를 한 파일입니다. 공기저항계수, 마찰계수, 동력계 효율 같은 경우는 모르겠어서 22년도 수치를 그대로 사용했습니다. 가속거리에는 75m를 넣었는데, 이는 가속 경기가 75m 기준이기 때문입니다. 파일 안에 동력 계통 시트로 들어가시면 토크-rpm 표가 있는데요, 이는 모터 데이터 시트를 참고해서 기입하였습니다. 기어비를 정할 때는 주파시간과 최대속도를 중요시해서 봤습니다. 주파시간이 가장 짧으면서 최대 속도가 높은 기어비를 선택하면 되겠죠? 내구레이스 중심으로 생각하면 초반 가속이 좋은 기어비를 택해도 좋을 듯 합니다. 사실 다른 팀도 기어비 설계를 이렇게 하는지는 잘 모르겠습니다. 엑셀은 역시 야매인 느낌이 있어서 더 좋은 방법이 있다면 그 방법을 채택하는 것이 좋을 듯 합니다.
다음 글은 업라이트 설계에 대해서 써보도록 하겠습니다. 전에 썼던 글들도 계속 수정되고 있으니 주기적으로 읽어주세요!