A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2014

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2014. SZERKESZTETTE: Dr. Bihari Zoltán egyetemi adjunktus

Miskolc 2014.

„A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2014.” C. KÖTETBEN KÖZREMŰKÖDTEK: Szerzők:

Bagdi Zsolt Bihari János Borsos Bálint Drágár Zsuzsa Gulyás Norbert Dr. Kamondi László Mátyás Laura Murvai Orsolya Pónus Ádám Rózsavölgyi Péter Sebők Róbert Soltész János Szabó Zsolt Tóth Sándor Gergő

Dr. Bihari Zoltán Bere Károly Dömötör Csaba Gávay Bence Juhász Ádám Dr. Kavecsánszki Gyula Mátyás Máté Dr. Péter József Rajna Balázs Rubecz Ilona Éva Sipkás Vivien Szabó Kristóf Szmutkó Csaba Vasas József

A leadott cikkeket kötetbe szerkesztette: Dr. Bihari Zoltán egyetemi adjunktus

A szerkesztő nyilatkozata: Alulírott Dr. Bihari Zoltán, mint „A Jövő Mérnökeinek Prezentációi 2014.” szerkesztője kijelentem, hogy a kiadványban megjelent cikkek tartalmáért semmilyen garanciát nem tudok vállalni, a szerzők által leadott cikkek módosítás és lektori közreműködés nélkül kerültek beszerkesztésre. Bizonyos fejezetekben – az egységesebb megjelenés érdekében – formai szerkesztési módosítások történtek. A megjelentetett cikkek szakmai és műszaki tartalmáért a fejezet szerzői a felelősek.

ISBN 978-963-358-062-2 Kiadó: Miskolci Egyetem Gép- és Terméktervezési Intézet

II

ELŐSZÓ A MEGJELENT KÖTETHEZ Immár majdnem két évtizede évről évre ismétlődő rendezvény a Géptervezők és Termékfejlesztők Szemináriuma. Idén ez a rangos esemény 2014. november 6-7-án, 20. alkalommal került megrendezésre a MTA Miskolci Bizottságának épületében (Erzsébet tér). Dr. Péter József, a Miskolci Egyetem Gép- és Terméktervezési Intézetének egyetemi docense hosszú évtizedek óta szívén viseli a rendezvény sorsát, időt és energiát nem kímélve lehetőséget teremt arra, hogy a műszaki világ újdonságai, a legújabb kutatási eredmények eme rangos eseményen kerülhessenek bemutatásra. Az előadások többsége nyomtatott formában a GÉP folyóirat soron következő számában is megjelenik. 2013 évben egy új kezdeményezés is csatlakozott a rendezvényhez, miszerint a végzős diákjainknak is teret és lehetőséget biztosítottunk arra, hogy bemutatkozhassanak. Ehhez a Szeminárium egy külön szekciót hozott létre, amelyen meghívott vendégként jelen voltak a környező ipari vállalatok képviselői is. Többen közülük komoly érdeklődést tanúsítottak a hallgatók elhangzott előadásai iránt, ezért a Gép- és Terméktervezési Intézet úgy határozott, hogy a prezentációkból egy elektronikus kötetet készít, hozzáférhetővé téve azt az érdeklődők számára. Szerkesztőként remélem, hogy az olvasó nem fog csalódni „A Jövő Mérnökeinek Prezentációi 2014.” kötet olvasását követően. Miskolc, 2014. december 6. Dr. Bihari Zoltán szerkesztő

Köszönetnyilvánítás A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

III

TARTALOMJEGYZÉK

Bagdi Zsolt, Bihari Zoltán: Pneumatikus satu optimalizálása ........................... 1 Bere Károly, Tóbis Zsolt: Kútfúró berendezés tervezése................................ 11 Borsos Bálint, Bihari János: Alternatív hajtású jármű hajtáslánc tervezése ........................................................................................................... 29 Gávay Bence: Szabadtéri kerékpártároló tervezése....................................... 22 Gulyás Norbert, Dr. Bihari Zoltán: Emelhető munkaasztal tervezése ............. 39 Juhász Ádám, Dr. Bihari Zoltán: Másoló marógép tervezése......................... 45 Mátyás Laura: Térfigyelő kamerák tervezése hivatalos környezetbe ............. 51 Mátyás Máté: Mini vízi erőmű tervezése......................................................... 61 Murvai Orsolya, Dr. Kamondi László: Otthoni használatú légsterilizátorok fejlesztése.............................................................................................. 67 Pónus Ádám, Benyó Klára: Belső fogazású portáltengely tervezése ............ 75 Rajna Balázs, Drágár Zsuzsa: Elektromos kéziszerszám fejlesztése ............ 85 Rózsavölgyi Péter, Benyó Klára, Dr. Kakuk József: Offroad-terepjáró portáltengelyének vizsgálata ................................................................ 95 Rubecz Ilona Éva: Az érmeprés gép borításának, arculatának tervezése, tervek készítése a préselendő érmék kialakítására................................................. 105 Sebők Róbert, Dr. Bihari Zoltán: Hangtompítók laboratóriumi vizsgálata..... 115 Sipkás Vivien: Szökőkút tervezése ............................................................... 125 Soltész János, Dr. Kamondi László: sebességváltó szinkronszerkezet tesztelő berendezés tervezése ............................................................ 135 Szabó Kristóf: Kerékpárlámpa tervezése...................................................... 143 Szabó Zsolt, Bihari János: Pneumobil tervezése.......................................... 151 Szmutkó Csaba, Dr. Kamondi László: Porszívó kábelcsévélő egység tervezése ............................................................................................. 157 Tóth Sándor Gergő: Tananyag-terminál tervezése....................................... 165 Vasas Jozef: Nyílvesszőfaragó gép tervezése ............................................. 175

IV

V

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2014. Géptervezők és Termékfejlesztők XXX. Szemináriuma 2014. november 6-7.

PNEUMATIKUS SATU OPTIMALIZÁLÁSA

Bagdi Zsolt, Bihari Zoltán Géptervező szakirány, egyetemi adjunktus Feladat megfogalmazása

1. ábra A kiadott 2D-s összeállítási rajz

1


Adott egy idegen nyelvű szakirodalomból származó pneumatikus satu összeállítási rajza (1. ábra). Feladatul a szerkezet honosítását, valamint szilárdsági számításokon alapuló ellenőrzését tűztük ki célul. Az ellenőrző számítások végeredményeként kapott biztonsági tényezők alapján lehetőség szerint, konstrukciós módosításokkal egy korszerűbb, jobb berendezést szeretnénk megtervezni. A feladat az alábbi főbb lépéseket foglalja magában: A működés leírásának elkészítése. A berendezés modellezése 3D-ben. A szerkezet egyes elemeit terhelő erők meghatározása. Az elemek igénybevételei, és a biztonsági tényezők meghatározása. A berendezés geometriájának optimalizálása. A módosított berendezés 3D-s modelljének, 2D-s összeállítási rajzának és darabjegyzékének elkészítése. - A szerkezet pneumatikus vezérlésének elkészítése.

-

A szerkezet működése A satu pneumatikus működtetésű, a fedélen alakítottak ki egy szabványos pneumatikus csatlakozó menetet, amelyen adott nyomású sűrített levegőt viszünk be a munkatér pozitív részébe, ha szorítani akarunk a satu pofájával. A nyomásból származó erőt és a kellő elmozdulást több alkatrészen visszük át. A dugattyú balra mozdul el a tengellyel, mely végződésének kialakítása nem hengeres, hanem négy oldalon lapolt, felső lapja szöget zár be a tengely szimmetriatengelyével. Az alsó lap egy görgővel érintkezik, ez szolgál a tengelyvég le irányuló elmozdulásának megakadályozására, illetve megvezetésére. A nyomásból származó erő átvitelét a tengelyvég felső lapjával érintkező görgő biztosítja, amelyet egy elforduló alkatrészre szereltek. Ezen alkatrésznek a másik végén kialakításra került a satu pofa, amely a munkadarabokat a házhoz rögzített másik pofához szorítja. Ennek módja, hogy az elforduló alkatrész egy csapon az óramutató járásával megegyező irányban elfordul. Az elfordulás tengelyének és az alkatrészen lévő görgő középtengelyének távolsága, valamint a satu pofa befogott alkatrésszel érintkező távolság aránya a szorító erő növekedését eredményezi. A munkadarabokat a megvezető prizma tartja függőleges irányban, amelyet a házhoz rögzítettek. A satu nyitásához a házon kialakított pneumatikus csatlakozón keresztül kell a dugattyú mögötti munkatérbe adott nyomású sűrített levegőt engedni, miközben a másik oldalon a csatlakozáson keresztül biztosítjuk a levegő kiáramlását. A dugattyú elindul jobbra a tengellyel együtt, és a tengelyvég felső síklapja a kialakítása miatt egyre nagyobb mértékű óramutató járásával ellentétes irányú elfordulást tesz lehetővé az elforduló alkatrésznek. A házhoz rögzített állványon kialakítottak egy rugós mechanizmust, amely a megfelelő elemet elforgatja a kiindulási pozícióba, így a satu pofa eltávolodik a munkadaraboktól. A 3D-s modell A 2. ábra, valamint a 3. ábra az eredeti szerkezetről elkészített 3D-s modellt mutatja.

2


2. ábra A szerkezet 3D-s modellje

3. ábra A szerkezet 3D-s modellje metszve

3


A terhelő erők meghatározása Egy előre rögzített értékű maximális nyomás alapján a munkatérből kiindulva meghatároztuk az elemeket terhelő erőket, melyeket az alábbi ábrák (4. ábra, 5. ábra, 6. ábra) szemléltetnek.

p 10. Fp

dd

15. 4. ábra A munkatérben ható erők

4.

F1 α Fp

F1

Fp

F2 F2

3.

16.

5. ábra A tengelyvégen ható erők

4


Fd

rd

β Fg

rt

A

r1

4.

27.

25. α

8. F1

16.

6. ábra Az elforduló alkatrészen ható erők

-

A számítások, valamint az ismert geometria alapján a következő értékeket kaptuk: Fp  4342,9 N F1  31205 N F2  30901,3 N Fd  47297,1 N Fg  60179,6 N Az erővektorokat a 7. ábra szemlélteti: Fd

Fg

F1 F2

Fp 7. ábra Az erővektorok

Az igénybevételek Az 1. táblázat foglalja össze a szerkezet egyes elemeinek igénybevételét, amelyek alapján meghatároztuk a biztonsági tényezőket. Az elemek számjelei a kiadott összeállítási rajz számjeleihez igazodik.

5


1. táblázat Az elemek igénybevételei. Az igénybevétel fajtája

A szerkezet elemei 25. jelű csap 26. jelű csap 27. jelű csap 18. jelű belső kulcsnyílású csavar 3. jelű görgő 4. jelű görgő 16. jelű tengely(vég) 8. jelű alkatrész

Nyírás és felületi nyomás Nyírás és felületi nyomás Nyírás és felületi nyomás Húzás Hertz-feszültség Hertz-feszültség Hertz-feszültség Hertz feszültség, Összetett (végeselem szimuláció)

A biztonsági tényezők A 2. táblázatban foglaljuk össze az optimalizálás előtti és utáni biztonsági tényezőket igénybevétel szerint. Az optimalizálás során végrehajtott konstrukciós módosításokat a továbbiakban részletezzük.

A szerkezet elemei 25. jelű csap 26. jelű csap 27. jelű csap

2. táblázat A biztonsági tényezők optimalizálás előtt és után. Biztonsági tényező Igénybevétel Opt. előtt Opt. után Nyírás Felületi nyomás Nyírás Felületi nyomás Nyírás Felületi nyomás

4,3 4,27 4,34 4,79 2,23 5,78

2,11 3,82 2,13 4,53 (2,23) (5,78)

18. jelű belső kulcsnyílású csavar 3. jelű görgő 4. jelű görgő (Optimalizálás után: 3. jelű görgő)

Húzás

1,44

(1,44)

Hertz-feszültség

1,08

1,324

Hertz-feszültség

1,076

1,318

16. jelű tengely(vég); 4. jelű lapolt alkatrész

Hertz-feszültség

8. jelű alkatrész

Hertz-feszültség Összetett (Ansys 14.0)

1,324 1,318 1,605

28. jelű pofa

Összetett (Ansys 14.0)

1,08 1,076 1,069 2,76 (Nem volt)

29. jelű csap

Nyírás Felületi nyomás

(Nem volt)

1,88 5,26

1,54

Az optimalizálás lépései Az optimalizálás során a célunk a biztonsági tényezők közti nagy különbségek csökkentése volt. Kiválasztottuk a biztonsági tényezők közül a túl alacsony, illetve a

6


túl nagy értékeket, és a geometria változtatásával növeltük, illetve csökkentettük értéküket. -

Az elforduló alkatrész (8. ábra) szorító pofájánál Hertz-feszültségre a biztonsági tényező alacsony volt, így itt megszűntettük a vonali érintkezést, a szorítás helyére egy, az alkatrészhez csappal illesztett elforduló pofát terveztünk.

8. ábra Az elforduló alkatrész optimalizálás előtt és után -

A tengelyvég és a görgők érintkezésénél is a Hertz-feszültségre adódó biztonsági tényező volt alacsony értéken, ezért itt a geometriai lehetőségekhez mérten megnöveltük az érintkezés hosszát, tehát a görgők szélesebbek lettek, a tengely lapolt részére pedig külön alkatrészt terveztünk be (9. ábra).

9. ábra A tengelyvég optimalizálás előtt és után -

A görgőket rögzítő csapok biztonsági tényezői szubjektív megítélés szerint aránytalanul nagy értéket mutattak, ezért csökkentettük az átmérőket, majd felületi nyomásra ismételten ellenőriztük azokat (10. ábra).

7


10. ábra A görgők és a csapok optimalizálás előtt és után

A módosított berendezés 3D-s modellje Az optimalizálás után elkészült és megújult berendezés módosított 3D-s modellje az alábbi ábrákon látható (11. ábra, 12. ábra).

11. ábra A módosított berendezés 3D-s modellje

8


12. ábra A módosított berendezés 3D-s modellje metszve

A pneumatikus vezérlés

13. ábra A pneumatikus vezérlés kapcsolási rajza

9


A 13. ábra mutatja annak a lehetséges vezérlésnek a kapcsolási rajzát, amely esetében minimális a balesetek, sérülések kockázata. A kétkapcsolós (9.; 10.) indításnak köszönhetően a dolgozó egyik keze sem maradhat rossz helyen, ugyanis a 6. jelű bekapcsolás késleltető kizárja annak lehetőségét, hogy bármelyik kapcsoló kitámasztásával egykezes indítást hozzanak létre. Az 1. jelű elem jelképezi a satu dugattyúját, a 2. és 3. jelű fojtó visszacsapó szelepek pedig a szorítás és a nyitás sebességét fogják szabályozni. Az 5. jelű nyomásszabályozó feladata a nyomás értékének beállítása és állandóságának biztosítása. Irodalomjegyzék [1] [2]

[3]

[4]

[5]

[6]

Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. Bihari Zoltán – Szente József: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006. p. 193. Szabó J. Ferenc: Igénybevételek, Fejezet a Gépszerkezettan tankönyvben, szerkesztő: Dr. Döbröczöni Ádám, Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc, 1999. pp 64- 71. Szabó Ferenc János, Sarka Ferenc, Tóbis Zsolt: Numerikus analízis, szimuláció, termékminősítés: TÁMOP 4.1.2. 08/1/A 2009 - 0001, G3 - 08 modulelem. Bercsey, T. - Döbröczöni, Á. – Dubcsák, A. – Horák, P. – Kamondi, L. - Péter, J. – Kelemen, G.- Tóth, S.: Terméktervezés- és fejlesztés. 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 - 01/1350/E1 program támogatásával, pp: 1/262. Szabó J. Ferenc, Bihari Zoltán, Sarka Ferenc: Termékek, szerkezetek, gépelemek végeselemes modellezése és optimálása. Szakmérnöki jegyzet. Készült a Foglalkoztatáspolitikai és Munkaügyi Minisztérium (HEFOP) Humánerőforrás-fejlesztés Operatív Program keretében (elektronikus jegyzet), Miskolci Egyetem, Miskolc, 2006.


10


Kútfúró berendezés tervezése

Bere Károly, Tóbis Zsolt Géptervező szakirányos hallgató, tanszéki mérnök

Bevezetés A világon mindenhol nélkülözhetetlen a vízforrás, viszont nincs kiépítve vízhálózat. Ilyen esetekben jelent megoldást fúrt kút alkalmazása. Ezek a kutak a földfelszín alatti vízrétegeket célozzák meg és folyamatosan biztosítanak vizet. A feladatom egy gép tervezése, amely képes a talajba olyan üreget készíteni, ami alkalmas víz vételezésére. A piackutatás során rengeteg barkács eszközt tártam fel, amelyeket tanulmányoztam. Ezeket felhasználva és új elemekkel kiegészítve készítettem el egy szabványos gépelemekkel rendelkező, megbízható gépet. A megbízhatóság mellett fontos szempont a szállíthatóság és a gyors üzembe helyezés, ugyanis a fúrás helyszíne napról-napra változik. Valamint a működés környezetbarát kell legyen. A kút típusa Ahhoz, hogy a kút tervezési alapadatait megkapjam meg kellett határozni a kút típusát. A vízadó réteg szerint megkülönböztetünk talajvíz és mélységi kutakat. A választott típus a mélységi kút, ami 50 és 100 méternél mélyebb kutat jelent. Az ilyen kút már alkalmas ivóvizet szolgálni. A kivitelezési technológia szerint léteznek ásott, fúrt és vert kutak. Az ásott kút nem alkalmas erre a feladatra, valamint a vert kút előnytelenebb. Így a fúrt kutat választottam. A mélység alapján létezik sekély, kis mélységű, közepes mélységű és mély kút. A kis mélységű kutak tartománya beletartozik a mélységi kutak osztályába, viszont nem jelent mélyebb kutat mint 200 méter, így ez ideális a feladathoz. A kútfúró berendezés tehát egy maximálisan 200 méter mély üreget, fúrással készítő berendezés. Kérdésként már csak az eltávolított földréteg felszínre szállításának módja merült fel. Az egyik lehetőség, hogy a kifúrt talaj a fúrószárban marad és felszínre húzás után távolítják el onnan. A másik pedig az öblítéssel dolgozó módszer, ami folyamatos vízkeringetéssel hordja felszínre a törmeléket. Az öblítéses módszer lényegesen hatékonyabb, így a tervezendő berendezés e szerint fog működni.

11


A vázszerkezet A feladat elvégzéséhez egy toronyra van szükség, amely megvezeti a fúrószárat, és ami mentén a hajtás mozoghat. Az előzetes számítások alapján a legideálisabb egy rácsos szerkezet. Ez könnyűvé, mégis stabillá teszi a szerkezetet. Ez lényeges, ugyanis nagy erőhatások érik a vázat a 200 méteres, maximális mélységnél. A vázszerkezet két részből áll, egy három méter magas állórészből és egy mozgórészből. A mozgó részre azért van szükség, mert a fúrószárat folyamatosan toldani kell, hogy az elérje a kívánt mélységet. Tehát a mozgó résznek folyamatos fel-lemozgást kell végeznie. A két rész együttesen látható az 1. ábrán.

1. ábra A fúrótorony vázszerkezete

12


Az álló és a mozgó toronyrész összekapcsolása A két rész összekapcsolásához egy merev, jó siklási feltételeket biztosító és a befeszülést megakadályozó kapcsolatot kellett létrehozni. A legjobb megoldásnak bizonyult a szerszámgépeknél is alkalmazott fecskefarok vezeték egy átalakított változata, amely a 2. ábrán látható.

2. ábra Az alkalmazott vezetékek

Hajtások A rendszert tulajdonképpen két elektromos hajtás működteti, egy a cső forgatását biztosító hajtás és egy a mozgó rész le-felmozgatását végző hajtás. A cső forgatásához az előzetes számítások alapján viszonylag magas, 6000Nm nyomaték szükséges, így ide egy beépített bolygóműves meghajtást választottam, amelyet egy nyomatékhatároló tengelykapcsoló véd. Így teljesült egy fontos követelmény: a kis tömegű és nagy teljesítményű hajtás. A lineáris mozgást megvalósító hajtásnál több variációt vizsgáltam – közvetett és közvetlen hajtásokat. Legjobb választásnak egy csörlős berendezés (lásd 3. ábra) bizonyult, így elkerülhető a túl merev kapcsolat.

3. ábra Elektromos csörlő

13


Forgó vízbevezető A rendszer egyik fontos eleme a vízkeringetés, a vizet a fúrószáron keresztül kell levezetni a fúrási pontig. Erre két lehetőség van, a hajtás előtt vagy a hajtás után történik. Jelen esetben nem lehetséges a hajtás előtti bevezetésre, hiszen a nyomatékigény megköveteli a bolygóműves hajtást. A víz bevezetésére csak a hajtás után van lehetőség, amihez egy erre alkalmas elemet kellett kidolgozni. Ez a forgó vízbevezető a hajtás és a fúrószár közé épül be. Tehát egyik oldalon a tengellyel kapcsolódik a másik oldalon pedig a fúrószárral, középen pedig a vizet keringető szivattyúval. A rendszer úgy lett kialakítva, hogy a csősor súlyát ez az elem viselje, ebből következik, hogy csapágyazása egy axiális beálló görgőscsapágyból (ami a terhet viseli) és egy a radiális erőket felvevő kúpgörgős csapágyból áll. A csapágyakat a víztől csúszógyűrűs tömítés védi meg. A 4. ábrán látható a forgó vízbevezető (a házat eltávolítva).

4. ábra Forgó vízbevezető

Fúrócsövek és csatlakozások A fúrószárat csak darabokban lehet szállítani, így azt elemekre kell bontani. Az elemek ideális hossza 2 méter. Ha ennél rövidebb lenne, akkor nagyon időigényes lenne az összeszerelésük. Ha viszont hosszabb, akkor az a torony magasságát növelné túlságosan. A csatlakozások feladata, hogy megakadályozzák a csövek tengelyirányú elmozdulását és egyirányú elfordulását. A megfelelő megoldás feltárásához több lehetőséget vizsgáltam: menetes kötés, poligonkötés, morse-kúpos kötés és reteszes kötés. A vizsgálatok után a menetes kötés bizonyult a legmegfelelőbbnek, annyi kiegészítéssel, hogy ezek a kötések kúposak legyenek.

14


Kútfúró fejek A fúrást a fúrószár végén elhelyezkedő kútfúrófej végzi. Ennek cserélhetőnek kell lennie, ugyanis különböző talajtípusokhoz különböző kútfúrófejek szükségesek. Lényeges funkció, hogy a keringetett víznek itt kell eltávoznia a fúrószárból, tehát a kialakításnál ezt is figyelembe kell venni. Talajtípustól függően két típusú fúrófejet dolgoztam ki. A fúrás kezdetekor lazább rétegeken kell áthatolni, mint például az agyag és a homokkő. Erre a feladatra alkalmas az 5. ábrán látható négy élű lépcsős kútfúrófej.

5. ábra Négy élő lépcsős kútfúrófej

Mélyebb rétegeket elérve már kavicsokkal dúsult talajhoz érhet a fúrófej, ekkor le kell cserélni az előbb látható fúrófejet a 6. ábrán látható szárnyas fúrófejre.

6. ábra Szárnyas fúrófej

További fúrófej csere szükséges a sziklás talaj elérésekor. Ekkor alkalmazható a görgős kútfúrófej.

15


Szivattyú és víztartály A rendszer nem működhet víz keringetése nélkül, így a rendszerbe szivattyú beépítése szükséges, amely egy benzines zagyszivattyú. A rendszer többi eleme elektromosan működik, azonban áramszünet esetén a vízáramnak nem szabad leállnia, ugyanis ekkor a fúrt lyuk eltömődne és a cső beszorulna. A kútfúró elődei a felszínre törő zagyos vizet engedte elfolyni, így rengeteg vizet használtak a fúráshoz. A megoldásomban a törmelékes vizet először egy ülepítőn (lásd: 7. ábra) keresztül engedik át, majd egy tartályba juttatják. Az ülepítő alkalmas arra is, hogy a szakemberek megvizsgálják, éppen milyen rétegben fúrnak. Ezzel a két elemmel a rendszer alkalmas lesz víz keringetésére, így a felhasznált víz mennyisége lényegesen lecsökken.

7. ábra Az ülepítő rendszer

16


A csőrendszer szerelése A csőrendszer nem szállítható egy darabban, így azt üzem közben kell szerelni. A szerelés során a földben levő csőtömeget meg kell tartani és meg kell akadályozni annak elfordulását. Hiszen a menetes kötések oldását és rögzítését a forgató motor végzi. A szerelőrendszer működés közben látható a 8. ábrán. Fontos, hogy ennek működéséhez szükséges a fúrócsöveken lelapolások kialakítása.

8. ábra Csőszerelő asztal

A berendezés szállítása A berendezés könnyű szállítása feltételként szerepel. A legegyszerűbb megoldásnak az utánfutón történő szállítás bizonyult. Ahhoz, hogy gyorsan felállítható legyen a kútfúró egy csuklón keresztül rádönthető az utánfutóra. Az utánfutó a rendszer stabilitásáért is felelős és annak előrebillenését megakadályozza.

17


Összegzés A kész rendszer (lásd 9. ábra) tehát alkalmas 200 méter mély kutak készítésére, könnyen szállítható és gyorsan üzembe helyezhető. Kellőképpen stabil és a terheléseknek ellenáll. Környezetbarát berendezés, hiszen a vizet keringeti és megszűri. Viszont használnia csak a megfelelő bizonyítvánnyal rendelkező szakembereknek lehetséges.

9. ábra A kútfúró berendezés

Irodalomjegyzék [1]

[2]

[3] [4]

[5]

Bihari Zoltán – Szente József: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006. p. 193. Szabó Ferenc János, Sarka Ferenc, Tóbis Zsolt: Numerikus analízis, szimuláció, termékminősítés: TÁMOP 4.1.2. 08/1/A 2009 - 0001, G3 - 08 modulelem. Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. Bercsey, T. - Döbröczöni, Á. – Dubcsák, A. – Horák, P. – Kamondi, L. - Péter, J. – Scholtz, P.: Új termék kifejlesztése és bevezetése, a piacravitel ideje és az azt meghatározó tényezők. Miskolc, 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 program támogatásával, pp: 1/258. Péter József: Géptervezés alapjai. Miskolci Egyetemi Kiadó, MiskolcEgyetemváros, 2008. 402 old. ISBN 978-963-661-837-7. Köszönetnyilvánítás

A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

18


Alternatív hajtású jármű hajtáslánc tervezése

Borsos Bálint Általános géptervező

Bihari János Egyetemi tanársegéd Miskolci Egyetem Gép- és Terméktervező Tanszék Bevezetés Korunk egyik legfontosabb problémája az energiahiány. Erre a tényre ma már kellő figyelmet fordítanak a multinacionális vállatok is. Maga az energia tárolása a legnehezebb feladat. Energia előállításának sok módja létezik. A legnagyobb energiát szolgáltató egységek az „Atomerőművek”, sajnos ezek a források nem környezetbarát megoldást biztosítanak a hulladéktárolás szempontjából. Az atomerőművek mellet ott vannak a fa, szén, fosszilis anyagok tüzelésű erőművek, viszont ezek nagymértékben növelik a környezet szennyezettségét. Az előbb említett, energiát adó egységek nem tudják kiszolgálni a XXI. századi ember mindennapi igényeit anélkül, hogy ne rombolná a környezetet is. Viszont vannak olyan energiaforrások amiket a környezeti adottságok miatt tudunk hasznosítani. Ilyenek az alternatív energiák pl.: szél-, nap-, vízenergia, ezek a megújuló energiák. A hasznosításuk nagyon nehéz és fontos, viszont problémák itt is adódnak. A megújuló energiák befogása a környezet ökoszisztémájának megzavarása nélkül tekinthető az első problémának. A második ilyen probléma a tárolás. A legnehezebb az elektromos energia tárolása. Az emberiség tudásszintje nem érte el azt a fejletséget, hogy több éven keresztül lehessen elektromosságot tárolni anélkül, hogy az ne veszítsen a kapacitásából. A most ismert egyik tartós tárolásmód, a légköri nyomástól nagyobb nyomáson lévő nyomástartó egységekben elhelyezett olyan anyagok amik tulajdonságai megengedik az ilyen fajta tárolásmódot. Nem kell messzire menni, a legegyszerűbb példával szolgál a sűrített levegő. Nyomástartó egységben való tárolása egyszerű, környezetbarát és biztonságos. Az iparban régóta hasznosítanak sűrített levegővel működtetett gépeket. A legkisebb veszteséggel működő pneumatikus gépek a dugattyús mechanizmusok. Eme gépezetekkel kapcsolatban az a legnehezebb feladat, hogy hogyan alakítható át a lineáris mozgás forgómozgássá. Ezzel a problémával sok vállalat foglalkozik ilyen pl.: Aventics Pneumatika Kft. is. Ez a vállalat a probléma megoldásra bevonta az egyetemi hallgatókat is egy tanulmányi verseny által. Ezt a versenyt „Pneumobil” versenynek nevezik. A diákok ezáltal nagy lehetőséget kaptak tapasztalat, csapatmunka és tudás szerzésben. Az egri Aventics Pneumatika Kft. 2014-ben hetedik alkalommal hirdetett versenyt

19


felsőoktatási intézmények hallgatóinak, pneumatikus hajtással rendelkező járművek tervezésére és kivitelezésére. Az elkészített „járművek” több versenyszámban mérik össze teljesítményüket: a megtett legnagyobb távolság, az ügyességi és a gyorsulási kategóriákban. A legfontosabb értékelési szempont a megoldás műszaki eredetisége és a kivitelezés technikai színvonala. A jármű dinamikai tulajdonságát a hajtáslánc milyensége határozza meg. A verseny szabályzata kiköti, hogy csak a megadott elem listából, amit az Aventics Pneumatika Kft. biztosít lehet választani pneumatikai alkatrészeket. Ezek alkatrészek segítségével kell eljuttatni az energiát a munkahengerektől a kerékig. A hajtás lánc csak is lineáris mozgásból való forgómozgás átalakítás lehetséges, a verseny szabályzata köti ki. Eme hajtáslánc tervezése teljesen önálló feladat. A „motorra” vonatkozó versenyszabályzat a következő: • A sűrített levegő nyomási energiáját a Rexroth pneumatikus hengereivel és vezérlőszelepeinek felhasználásával kell mechanikai munkává átalakítani. • Maximálisan felhasználható hengerek: 4 darab (legfeljebb D=100 mm-es méretig, katalógus szerinti szabványos lökettel). • A járművön csak egy motor alkalmazható, amely egy mechanikai egységet alkot (egy kihajtó főtengely van). A motor működése közben a főtengelyt forgató munkahengereket a hajtáslánc megváltoztatása nélkül, csak pneumatikus (elektropneumatikus) kapcsolással lehet leválasztani. • A motort úgy kell beépíteni, hogy a zsűri megtekinthesse a felépítését. • A járműben a motort úgy kell elhelyezni, hogy az a kerekek külső oldalához illesztett függőleges irányú érintő síkján maximum 200 mm-rel nyúlhat túl (1.ábra). A nem motorhoz tartozó alkatrészek tovább is nyúlhatnak. [1]

1.ábra Felépítés

A fent említet szabályzat alapján lett tervezve a „jármű” hajtáslánca, emellett a gyárthatósági és gazdasági szempontokat is figyelembe kellet venni. A hajtáslánc részletes tervezési szempontjait a szakdolgozat részletezi.

20


Elméleti tervezés A legmegfelelőbb megoldásváltozat kiválasztását követően az elméleti tervezés kap helyet. A hajtás sok szempontnak kell, hogy megfeleljen. A legfontosabb közülük az egész „autót” működtető üzemi nyomás amit a szabályzatban adnak meg. Ez a nyomás 10 bar, ezt egy 10l-es 200bar-os palackból redukáljuk egy reduktor segítségével. A reduktort minden csapat a versenyen kapja meg, így mindenki azonos feltételekkel indul. A hajtóműnek ki kell bírni a nyomásból származó erőhatásokat. Sajnos a reduktor áteresztő képsége alacsony (Q A=16 l/min). Az átfolyás akkor lenne megfelelő, ha tudná biztosítani az egy munkaütemhez szükséges levegő minimális mennyiséget. Az egy munkaütem levegőmennyisége a munkahenger méretétől függ. A henger választásnál figyelembe vett szempontok az eddigi három versenyszámból és előző versenyekből szerzett tapasztalati úton történt. A három versenyszám közül a legtöbb üzemanyagot fogyasztó a gyorsulási verseny. Itt az „autó” 100%-on üzemel és ilyenkor a legnagyobb a fogyasztása. Ez egy fontos szempont henger kiválasztásánál, viszont ami még fontosabb a távolsági verseny, ahol az „autónak” a legkevesebb fogyasztással kell működnie. Ezek a szempontok nagyon különbözőek. A választás a legnagyobb választható munkahengerre esett (Ø100x500mm). A hengerek kiválasztásának indokai: a megfelelő működtetés és a helytakarékosság szempontjából, két munkahengerre van szükség. Mivel a hengerek egy fogaslécet mozgatnak, ezért fontos volt a kihajlás elkerülése. Egy henger esetén túl nagylett volna a megfelelő működéshez szükséges hely és ezt a szabályzat korlátozta. Ahhoz, hogy ne legyen nagymértékű hajlítás a fogaslécen és a szorulás elkerülése érdekében, ezért a szimmetriára kellett törekedni. A két henger egy munkaüteméhez szükséges üzemanyag mennyisége pontosan 16 liter 1bar-os környezetben. A reduktor ezt nem fedezi mivel egy munkaütem akár ½ sec alatt is végbemehet. Ezért úgynevezett puffer tartályokat kell használni ami a reduktor és a hengerek között van elhelyezve. A távolsági és gyorsulási verseny miatt egy olyan megoldást kellet eszközölni ami mind a két versenyszámhoz megfelelő. Egy nagy tartály és egy kicsi tartály lett beszerelve, ez a két puffer tartály egy körön helyezkedte el, csak egy golyós csappal volt elválasztva. Ezt a megoldást választva lehetett a különböző versenyszámokra átállítani az „autó”. A puffer tartályok összes térfogata 1bar-os nyomáshoz viszonyítva 35 liter, ez két munkaütemhez szükséges üzemanyag mennyiség. A távolsági versenyen csak a kicsi tartály működött, mert a hengerek csak 1/10-részéig 10bar-os üzemanyaggal lettek feltöltve. Így leexpandált az üzemi nyomáson lévő gáz a légköri nyomás értékére. Ezzel a megoldással sok üzemanyag spórolható. A legnagyobb terhelésre kell méretezni a hajtóművet. Ezt a terhelést a gyorsulási versenyen kapja az „autó”. A legnagyobb terhelés a csúcsértékeknek felel meg. Ezek terhelési csúcsokat alapul véve túl kell méretezni a hajtóművet, a biztos működés érdekében. A méretezés alapja a maximális forgatónyomaték elviselése, ez a mozgató erőkből és a nyeleskerék átmérőjéből adódik. (3.ábra) Az erő és erőkar szorzata adja a forgatónyomatékot. Tervezésnél ügyelni kell a megvalósítási korlátok át nem lépését. Ilyen korlátok pl.: gyárthatóság, anyagválaszték, szerelhetőség és

21


meglévő alkatrészek tulajdonságai. Az irányváltást szabadonfutó végzi, minimum két darab. (3.ábra) Ezek szabadonfutók adatai adottak, köztük a maximális forgatónyomaték teherviselése. A felsorolt szempontokat alapul véve kezdődhet meg a valós méretezés és az ezzel járó dinamikai számítások. A motor működése A kinematikai ábra (2.ábra) egy két irányban működő hajtómű vázlatot mutat be, amely mindkét irányban a haladási iránynak megfelelő forgást hoz létre a kihajtó tengelyen. A kék vonal az előre, a piros vonal a hátra működés haladási irányát mutatja be a hajtóművön belül. Előnyei: oda-vissza működés, optimalizált részegységek, kis helyen elfér, masszív és szerelhető. Hátránya, hogy nehéz.

2.ábra Kinematikai ábra

22


A (3.ábra) fogasléc-nyeleskerék pirossal, fogaskerekek szürkével és a szabadonfutó kék szaggatott vonallal van jelölve. Működés közben egy közel 10kNos erő terheli a rendszert. A lineáris mozgást a nyeleskerék alakítja át forgómozgássá. A kétirányú működtetés miatt a hátramenti irányban nem a megfelelő irányban forog a fogaskerék, ezért egy fordítókerékre volt szükség. Viszont így két nyeleskerék szükséges. A második kerék tengelyén helyezkedik el a fordítókerék, ami szabadon fut. Az előremenetet a második, még a hátramenetet az első kerék biztosítja. Így a kétirányú működés a fordítókerék miatt a kihajtó tengelyen csak egy forgásirányt eredményez. Ezen a tengelyen vannak a szabadon futózott kerekek ami azt eredményezi, hogy egyszerre csak egy irányban tud záródni a hajtáslánc. Mikor az egyik szabadonfutó záródik, akkor ezzel egy időben nyit a második szabadonfutó. Ezzel a hajtásrendszerrel az oda-vissza működés egy forgásirányt eredményez.

3.ábra Elrendezés

Hajtómű kialakítása A hajtómű megvalósításához sok akadályt le kellet küzdeni. A legnagyobb problémát a gazdasági helyzet jelentette. Több koncepció megvizsgálásra került, mire a végleges tervek gyártása megkezdődött. Az előzetes tervekben a legkisebb költségre, legkevesebb anyagfelhasználásra és a legjobb minőségre kellet törekedni. A fogasléc, a fogaskerekek és a tengelyek jó minőségű acélból készültek el. A fogasléc és a kihajtótengely 42CrMo4-ből, még a fogaskerekek és a nyeleskerekek BC3 (16MnCr5) anyagból készültek. Ezek jó minőségű, jól edzhető és jól forgácsolható acélok (4.ábra). A szakítószilárdságuk kb. 1100MPa hőkezelés után.

23


BC3 (16MnCr5) 42CrMo4

4.ábra Fogasléc-nyeleskerék és fogaskerék kapcsolatok

Az anyagminőség meghatározását követően a kialakítás milyensége a főfeladat. A csatlakozó alkatrészek illesztet mérettel lettek tervezve. Ezek alkatrészek felülete köszörült, felület minősége Ra0,8 - Ra3,2 között van. Minden alkatrész nemesített és cementált a fogaslécen kívül (a fogasléc csak nemesített). A fogasléc vékony, ezért a hőkezelésnél nagy valószínűséggel deformálódott volna, így nem került rá sor. Kihajlásra lett vizsgálva a fogasléc. A vizsgálat bebizonyította, hogy csak 4-szeres túlterhelés esetén lenne jelentős mértékű a deformáció (5.ábra).

5.ábra Fogasléc kihajlás vizsgálat

24


Maga a hajtómű 50 üzemi-órára lett tervezve, de a vizsgálatok bebizonyították, hogy 4-szeres túlméretezésre került sor. Ami nem főképpen baj, mert egyedi gyártás és a határidők szűkössége miatt nem lehetett teljes körű vizsgálatott készíteni. Fogdeformáció vizsgálata az egyik legfontosabb feladat, ennél a vizsgálatnál derül ki, hogy kibírja-e a hajtómű a terheléseket. A fogaskerék egy foga lett terhelve a rendszer maximális erejével ami Fn=15kN-nak felel meg (6.ábra).

6.ábra Fogra ható erő [2]

A fogdeformáció számítógépes vizsgálata kimutatta, hogy megfelel a maximális terheléseknek (7.ábra).

7.ábra Fogmodell deformáció vizsgálat, metszeti kép

25


A vizsgálatokat követően került sor a végleges tervezésre. A hajtómű optimalizálása a helytakarékosság és legkevesebb veszteséggel való működési szempontoknak felel meg leginkább. A ház 200x10mm profilú alumínium lapokból készült. A súlycsökkentés szempontból a nem teherviselő elemek vagy részek eltávolításra kerültek (8.ábra).

8.ábra Ház

Az egész hajtómű egy teherviselő vázelemként működik. A pneumatikus munkahengereket felhasználva a váz részegységként, egy masszív szerkezetet alkotnak. A ház első lemez és alsó lemeze acélból készült, ami hajlítás szempontjából nagyobb merevséget biztosít. Ezáltal kizárhatóvá vált a nagymértékű deformáció a hajtóművön (9.ábra).

9.ábra „Motor” a hátsókerék tengelyén keresztül záródik

26


A 9.ábrán látható „Motor” került megvalósításra. A hajtómű megfelel egy a szabályzatban foglaltaknak és az egyéb szempontoknak amiket, az építés követelt meg. Ez egy prototípus, aminek a hibái már ismertek és így a tökéletességre fejlesztés a jövőben már nem jelent akkora nehézségeket, amik az elméleti és a fizikai tervezésnél adódtak.

10.ábra Készülőben lévő hajtómű

Irodalomjegyzék [1] http://www.pneumobil.hu/archivum/pneumobil_2014/versenykiiras [2] Erney György: Fogaskerekek, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1983, pp. 104-109. Segédletek •

•

Döbröczöni Ádám: A fogtető-felület korrekció hatása a foghossz mentén megvalósuló terheléseloszlásra és a kapcsolódásból származó rezgésgerjesztésre. (Effect of tooth correction on load distribution and vibration of gear drives.) Társelőadó: Kamondi L. (Előadás a GTE "Géptervezők VI. Országos Szemináriumán". Miskolc, 1985. április 11.). Kamondi, L.: A környezettudatos tervezés kérdései. In: OGÉT 2012 XX.

27


• • • •

Nemzetközi Gépész Találkozó. Kolozsvár, Románia, 2012.04.19-2012.04.22. Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság, pp. 214- 217. (ISSN 2068-1267). Szabó Ferenc János, Sarka Ferenc, Tóbis Zsolt: Numerikus analízis, szimuláció, termékminősítés: TÁMOP 4.1.2. 08/1/A 2009 - 0001, G3 - 08 modulelem. Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. Bihari János, PEUMOBILE COMPETITION AND EDUCATION, ADVANCED ENGINEERING 2:(1) pp. 125-134. (2012) Szabó Zsolt: Pneumobil tervezése (Előadás: "Géptervezők és Termékfejlesztők XXX. Szemináriuma” Miskolc, 2014. november 7.)


28


SZABADTÉRI KERÉKPÁRTÁROLÓ TERVEZÉSE

Gávay Bence ipari termék- és formatervező mérnök hallgató 1. Bevezetés Ipari termék- és formatervező hallgatóként a feladatom az, hogy minél jobban megtanuljam azokat a lépéseket és szemléletmódot, amelyek egy termék helyes megtervezéséhez szükségesek, hogy a későbbiek során jó szakember váljon belőlem. A kerékpározás, mint közlekedési forma, és mint sporteszköz, igen hosszú múltra tekint vissza. Az elmúlt évszázadban a kerékpárok hatalmas fejlődésen mentek keresztül, a biciklizés népszerűsége minden tekintetben megtörhetetlenül növekszik. Annak ellenére, hogy a kerékpárral való közlekedés mellett túlnyomóan pozitív érvek szólnak, a motorizációnak és az autós közlekedés növekedésének nem tudta útját állni. Ennek következménye, hogy a modern társadalom egyik nélkülözhetetlen eleme az autó. A motorizáció azonban olyan hátrányokat rejt magában, amelynek súlyos hátulütőit még csak most kezdi igazán érezni a modern kor embere. Az első nagy probléma a túlzott károsanyag-kibocsájtás, melyhez az autók nagymértékben hozzájárulnak, lassan élhetetlenné téve a bolygónkat. A másik nagy probléma a mai társadalom mozgáshiányos életmódja, amelyen a kerékpáros közlekedés szintén segítene, azonban a motorizáció ebben a kérdésben is erősebbnek bizonyult. Felmerül a kérdés, hogy az elkényelmesedésen kívül, mi az oka annak, hogy a kerékpáros közlekedés a magyar városok túlnyomó többségében háttérbe szorult? Az egyik ok a kerékpárutak hiánya. A másik, hogy a kerékpárosok zöme úgy érzi, nem tudhatja biztonságban a kerékpárját, ha nincs mellette, ezt tetézi, hogy sokan silány minőségű lakatokat használnak, a helytelen lakatolási technikáról nem is beszélve. Sajnos ez a szemlélet nem alaptalan, ugyanis a kerékpár lopások száma évről évre nő. A kerékpártárlók és lakatok helyes alkalmazásával a lopások száma töredékére a redukálható. A mai kor polgárának azonban számos igénye merül fel a használati tárgyaival kapcsolatban. Feladatom részét alkotja az a folyamat, hogy az emberek igényeit felmérjem, és számukra hasznos és megfizethető terméket tervezzek, mindezt annak figyelembe vételével, hogy a tárgyhasználat kultúra. Szakdolgozatom témája egy kerékpártárló tervezése. A felhasználói célcsoportot az olyan emberek teszik ki, akik a mindennapjaikban szeretnek környezettudatosan élni és tenni az egészségükért, továbbá előnyben részesítik a kerékpáros közlekedést. A hétköznapi életben a felhasználók garantáltan biztonságban tudhatják kerékpárjukat, mely mindig a rendelkezésre áll a tartózkodási hely közelében.

29


2. Igényfelmérés és piackutatás A piackutatás a tervezői folyamat első lépéseinek egyike. Célja, hogy megnézzük, mi az, ami már kapható a piacon, mit lehetne egy-egy terméken javítani, illetve mik azok az igények, amelyeket az eddigi termékek nem elégítenek ki. Ezek lehetnek akár fizikai jellegűek, például nem elég szép vagy nem elég nagy, nem elég strapabíró stb. a termék, vagy egyszerűen még nem is létezik, amit kitaláltunk, de lehetnek akár az árára vonatkozó észrevételek is. A piackutatásban olyan termékeket válogattam ki, amelyek tulajdonságainak vizsgálata hozzájárulhat a tervezői folyamat sikerességéhez. Az igényfelmérés célja, hogy a tervező megtudja, milyen elvárásokkal, igényekkel rendelkezik a célcsoport. A célcsoportot alkotja minden olyan ember, aki kerékpározik, de legfőképp azok, akik rendszeresen közlekednek kerékpárral. Az elmúlt években sok ismét kezdik felfedezni a kerékpáros közlekedésben rejlő alternatívát, viszont a kerékpár tárolók száma nem ezzel párhuzamosan növekszik. Tagja vagyok a Kerékpáros Miskolc Egyesületnek. Az egyesület célja, hogy a kerékpárosok érdekeit számon tartsák és képviseljék, tagjaik kerékpárral közlekedő emberek, akik rutinos kerékpározók és meglátásaikra érdemes odafigyelni. Tekintve, hogy a tagok gyakorlatilag a célcsoport tagjai, közvélemény kutatás helyett a saját tapasztalataimat gyűjtöttem össze, majd velük konzultáltam a meglátásaikról, így követve azon tervezési alapelveket, amely a felhasználóbarát termék megalkotásához hozzásegítenek. [2] 3. Kritériumjegyzék A kritériumjegyzéket a piackutatás és a kerékpáros konzultációkból levont tapasztalatok figyelembevételével határoztam meg. Stabilitás: A kerékpártároló a talajon stabilan álljon, legyen jól rögzíthető, továbbá a kerékpárnak is biztosítsa a stabilitást. A kerékpár ne dőljön el benne és a biztonság érzetét keltse. Kompatibilitás: Ma a kerékpároknak igen sok fajtája van, kezdve a kerékméretektől a kerékpárok kialakításáig. A kerékpártároló legyen minden kerékpárral használható, alaktól és mérettől függetlenül. Biztonság: Ez a kritérium több megközelítést is magába foglal. Egyfelől legyen biztonságos a kerékpár számára, legyen karcmentes, ne tehessen kárt a bicikliben és legyen biztonságos a felhasználó számára is. A legfontosabb, hogy biztosítsa a kerékpár védelmét a tolvajok ellen. A főbb védendő alkatrészek a két kerék és a váz, a cél, hogy ezek biztonságban legyenek.

1. ábra Kerékpár főbb rögzítési pontjai

30


Ergonomikus kialakítás: A termék használata legyen egyszerű, mindenki számára egyértelmű. A méretei és kialakítása az emberi méretek figyelembe vételével készüljön. Időjárás álló: Minden évszaknak és időjárási viszontagságnak ellenálljon, a korrózióvédelem kellő mértékű legyen. Vandalizmus-biztos: Elég erős és tartós legyen ahhoz, hogy a rosszindulatú behatások se tehessenek súlyos kárt benne, továbbá a tolvajok rongálása egy esetleg lopás előzményeként ne következhessen be. Karbantarthatóság: A tároló kialakítása tegye lehetővé az egyszerű karbantartást és tisztíthatóságot. Fontos a cserélhető alkatrészek használata. Környezetbarát: A termék előállítása és használata a lehető legkisebb mértékben terhelje a környezetet. [2] 4. A termék használata A termék használatához felhasználó kártya szükséges. A kártyás rendszer az RFID alapjain nyugszik, így a termék működése megbízható és folyamatos. A felhasználó a kártyán lévő össze keretein belül tudja a tárolót használni. A termék használata a következő lépésekből tevődik össze. Az első lépés a kerékpár kitámasztása. A kártyát a kártyaolvasó felülethez érintjük, így már kihúzható a lánc a tárolóból.

2

2. ábra Kerékpár nekitámasztása a tárolónak

A lakatot átfűzve a két keréken és a vázon már biztonságosan rögzíthető a kerékpár. A csatlakozót a zárba kell illeszteni, majd kész a lezárás folyamata.

31


2

3. ábra A lakatolás folyamata, kártyahasználat és láncvisszatekerés

Amint a kép is látható, a lánc ugyanazzal a mozdulatsorral ki is fűzhető a kerékpár alkatrészei közül, a zár oldása ismételt kártyahasználattal történik. A tárolón lévő gomb megnyomása után a motor visszahúzza a láncot, így a termék kész a következő felhasználó fogadására. 5. A tároló kialakítása A tároló részei 3 fő részre bonthatók. Az első a váz, ez tartja össze a részeket és adja meg a szükséges tartást. A második rész a borítás és tartozékai. A borítás a vázra van erősítve, magába foglalja a képernyőt, mint fő információs forrást, a különösen erős üvegrészt, melyhez a kártyát érintve a láncot tudjuk oldani illetve a zárat nyitni, a két függőleges gumicsíkot, és a LED-csíkot. A harmadik csoportot a belső berendezés és a lánc adja. Ezek az alkatrészek a lánc helyes működését biztosítják. A lánc egy dobon helyezkedik el, a csatlakozó része a borítás küldő felére esik. A dob tengelye a vázhoz van rögzítve egy tartó segítségével, mely egy kis teljesítményű motorhoz szíjhajtással csatlakozik. Ebbe a kapcsolatba egy szabadonfutó rész is beletartozik, mely a lánc szabad kihúzását biztosítja, a motor pedig vissza tudja azt húzni. A termékről készített robbantott ábra az alábbi képen látható.

32


4. ábra A tároló robbantott ábrája

1, Szíjhajtás (tárcsák és szíj) 2, Tengely konzol 3, Aszinkronmotor 4, Tengely csapágyakkal 5, Lánc dob 6, Lánc 7, Zárszerkezet 8, Vezérlőegység

9, Kártyaolvasó 10, Vázszerkezet 11, Lemezborítás 12, Gumicsík 13, Fényjelzés 14, Védőüveg a kártyaolvasó felett 15, Kijelző

5.1. Váz A vázszerkezet a tárló merevségét és belső kialakításának lehetőségét biztosító alkatrész. A tároló a vázszerkezet által rögzíthető a talajhoz, melynek célszerű egy külön lebetonozott résznek lennie, így a szükséges kábeles kapcsolat és áramhozzáférés is garantálható a termék számára. A talajhoz való rögzítése a váz alsó részén, L-acélon keresztül történikbetondübelek segítségével A váz szabványos L-acélból és acél zártszelvényből készül, az egyes részek hegesztett kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. Mivel a váz adja a kerékpártároló alapját, a geometriai követelményeknek eleget kell tennie. A tároló működési elvéből fakadóan a kerékpárt csak nekitámasszuk, és nem szabad, hogy az eldőljön onnan, sem lakatolás előtt, sem kilakatolt állapotban. A helyes működést kívánja az enyhe dőlés is támogatni, melyet

33


a bal oldali képen láthatunk. A váz „függőleges” összetevőit hat darab zártszelvény adja, az ezek közötti tartórészek pedig L-acélból állnak. A felfelé irányuló részek közé lehet elhelyezni a termék működéséhez szükséges belső részeket. Két vízszintes lemez található a belső részben. A felső lemez az elektronikai vezérlők és kártyaolvasó helyéül szolgál, még így alsó részhez lehet rögzíteni a motort. A zárszerkezet szintén a vázhoz rögzíthető, ebbe fog a lakat belecsatlakozni. Nem mellékes, hogy az motorvezérléshez, kártyaolvasóhoz, láncrögzítéshez és áramellátáshoz szükséges kábelek mind rögzíthetők a zártszelvényeken és Lacélokon. 5.2. Burkolat A tárló külső felülete egy burkolat, mely lemezekből áll és a vázhoz van rögzítve. Formáját tekintve a funkcionalitás került előtérbe, valamint annak a szempontnak is meg kell felelnie, hogy bármilyen város arculatába illeszkednie kell. Ezért egy kevésbé kirívó, belvárosi képbe passzoló háromszögforma volt a kiindulási alap úgy, hogy a kényelmes és biztonságos használatot lehetővé tegye. A biztonságosság szempontja több tényezőt is magába foglal. Az első, hogy a felhasználó a kerékpárját biztonságosan hagyhassa magára. Ekkor az első tényező a kerékpár védelme a tolvajoktól. A bűnözők egyik népszerű módszere a jóhiszemű kerékpárosok ellen, hogy kifigyelik őket. Sok ember ingázásra használja a kerékpárját, viszont a lakat sokszor komoly súllyal bír. A mindennapi cipekedés viszont nem szerencsés, így a lakatot a célzott tárolási helyen hagyva próbálják ezt kiküszöbölni. Ebben az esetben sajnos a tolvajoknak nincs nehéz dolguk, ugyanis bőven van idejük a lakat meggyengítésére úgy, hogy az ne legyen észrevehető első ránézésre. Ezek után a kilakatolt kerékpárt már nagyon rövid idő alatt el lehet tulajdonítani. A tároló esetén a lánc nagy része a tároló belsejében van elhelyezve, viszont a csatlakozó részt a felhasználónak könnyen el kell érnie. A lemez kialakításának egyik fontos pontja, hogy a külső részen levő csatlakozó úgy legyen elhelyezve, hogy könnyű elérhetőség ellenére nehéz legyen kárt tenni benne. A méretezéskor figyelembe kell venni, hogy a használat az ergonómiai szempontoknak eleget tegyen. A biztonságosság második szempontja a felhasználót és a kerékpárt védi magától a tárlótól. A terméknek kiálló és éles részektől mentesnek kell lennie. A kerékpárra való veszélyt legfőképp a karcok jelentik, melyek a fényezést jelentős mértékben károsíthatják. A kerékpártárolók többségén nincsen semmilyen védőeszköz elhelyezve, ahogy a fákon és a korlátokon sincs, pedig népszerű tárolási lehetőségek. A burkolat fő funkcióját képezi az esztétikus megjelenés, a szükséges információk átadása, a belső szerkezeti elemek védelme, és a felhasználó és a kerékpár védelme. Alapanyagát tekintve a külső borítás 2 mm vastag horganyzott lemezekből áll. A burkolat szerkezete csavarkötéssel rögzül a vázhoz. Az egyes elemek eltérő eljárásokkal készülnek. A burkolat 3 fő részre osztható: egyenes lemez elemek, hajlított elemek és mélyhúzott/hegesztett elemek. Egyes részek más technológiai eljárásokkal is megoldhatók.

34


5. ábra A váz és a lemez szerelt állapotban

A váz és a lemez burkolat részei egymáshoz illeszkedően lettek tervezve. Az összhang a belső részek elhelyezésében is megnyilvánul, a jobb oldali (lánc fogadására alkalmas) rész pontosan a vázra erősített zárszerkezethez csatlakozik. A belső ívek a szükséges magasságban helyezkednek el, így a lánc egyszerűen kihúzható és csatlakoztatható. A burkolat fontos eleme így két gumicsík, melynek támasztva a kerékpár fényezése nem sérülhet meg. További hasznos tulajdonsága, hogy a felülete jól tapad, így hatékonyan gátolja a kerékpár elcsúszását abban az esetben, ha valaki rosszul támasztotta volna neki a tárolónak. A gumicsík ipari ragasztóval rögzül a lemez felületére. [3] A borítás egyik érdekessége a lámpa, mely már első ránézésre fontos információt ad a felhasználónak. Színek tekintetében statikus módon piros és zöld színben világíthat. A zöld jelzés esetén a tárolók üresek és használatra készen állnak, míg a piros színt foglalt vagy üzemen kívüli tárolót jelez, de riasztásra is alkalmas.

6. ábra Fények működése használat közben

35


A tároló tetején található egy kijelző, melyen a fontosabb információk jelennek meg, továbbá a kártyaolvasó felett elhelyezkedő védőüveg is kapcsolódik a lemezhez. Itt kiemelkedően fontos a helyes tömítésekről gondoskodni úgy, hogy az a szélsőséges időjárási viszonyoknak is ellenálljon. A tömítőanyagnak ellen kell állnia: mechanikus behatásoknak, folyadékoknak, hőhatásoknak és vegyszereknek. [4] [5] 5.3. Felületkezelés: A borítás igényes és célnak megfelelő kialakítása számos eljárással elérhető. A horganyzott alapanyag kiválóan párosítható bizonyos festési eljárásokkal, melyekkel gyakorlatilag véglegesen megvédtük az anyagot a korróziótól. Lemez kialakításkor amennyiben hegesztést alkalmazunk, tekintettel kell lenni a horganyzott lemez korróziótól védelmet nyújtó tulajdonságainak megváltozására. Kiváló felületkezelési eljárás az eloxálás, mely egy költséghatékony módja a festék egyenletes és időtálló felvitelére. 5.4. Lánc A lánc a tároló egyik kulcsfontosságú eleme. A piacon nagyon sok lánc található, mely bőségesen eleget tesz az általam előírt követelményeknek. Kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek így képesek megvédeni a kerékpárt a tolvajoktól. Az egyik nagy probléma velük azon kívül, hogy drágábbak, mint a kerékpáros lakatként árusított láncok, az, hogy viszonylag nehezek. Ez egyben a biztonság záloga is a felhasználó szemében, ugyanis egy ilyen tekintélyes méretű láncot nem egyszerű feladat tönkretenni még egy rutinos bűnözőnek sem. A hétköznapi ingázásnál azonban egy ilyen lánc nagyon megterhelő lenne, viszont a bicikli kikötésénél nem nagy akadályozó tényező az enyhén nagyobb súly. Így az általam kiválasztott lánc szemei 8 mm átmérőjűek és többszörösen hőkezeltek. A láncnak egy vékony gumi és egy szövet bevonata van, melyek védik a láncot és a kerékpárt egyaránt. A lánc mellett 3 kis átmérőjű kábel fut, melyeket elektronika érzékel. A 3 kis kábel 120 fokonként van elhelyezve, így lánc szétvágása esetén már hamar megszakad az áramátvitel és a tároló beriaszt, továbbra is biztonságban tartva a kerékpárt. A lánc a dobhoz hegesztett kötéssel kapcsolódik. 5.5 Visszahúzó mechanizmus A termék használatából és a biztonsági szempontokból eredően a tároló használata után a láncot ismét el kell rejtenünk a közönség elől. A lánc belső tárolására és visszahúzása a következő mechanizmust készítettem el. Az alapállapotnak a kilakatolt kerékpárt tekintjük. Az eloldás első lépése a kártya odaérintése az olvasóhoz. Ekkor a zár kiold, így kihúzhatjuk a zárból a csatlakozó elemet. A kerékpár részei közül eltávolítjuk a láncot (tehát eloldozzuk a biciklit). Ekkor a kerékpár már szabad, viszont a lánc még kihúzott állapotban van. Ekkor a kezelőfelületen található gomb megnyomásával elindítjuk a lánc visszahúzását. A lánc visszahúzódik és feltekeredik a dobra, majd a tároló ismét készen áll a következő felhasználó fogadására. A fényjelzés ismét zöld. 5.5. Biztonsági erősítések: Sajnos sok ember nem jó szándékúan és rendeltetésszerűen használná a terméket. Tekintve, hogy a lánc elvágása nem egyszerű feladat, adódhat olyan eset, hogy a lánc valamelyik végét próbálnák meg kiszabadítani a tároló belsejéből. A láncot rángatva komoly igénybevételnek teszik ki a belső tartórészeket, a dobot, a dob által a tengelyt, a tengely által pedig a konzolt. Ezen részeknek tehát nem csak használatból eredő terheket kell kiállni, hanem egy esetleges rongálást is. Természetesen a tároló riasztója beindul már viszonylag rövid rángatás után is, így kevés esély van arra, hogy a valaki az utcán egy éppen riasztó tárolóból próbálna

36


meg kerékpárt lopni, így a terhelések vélhetően minimális ideig tarthatnak majd. A megerősítés lényege, hogy enyhén túlméretezett alkatrészeket használunk, továbbá a tengelyt, tengelytartót és a dobot hőkezelésnek vetjük alá. 5.6. Tengely-konzol, tengely A tengelykonzol feladata a dob tengelyének tartása. Alapja egy T-acél, mely hegesztett kötéssel kapcsolódik a többi elemhez. A 2,5 mm vastag lemezrész csavarkötéssel kapcsolódik a tároló vázához. A konzolpár 2 csapágynak ad helyet, melyekben a tengely szabadon foroghat. A tengely 10 mm átmérőjű, rajta helyezkedik el a dob és az egyik szíjtárcsa. 5.7. Motor Amotor beépítésének célja, hogy a kerékpár eloldása után a lakatot visszajuttassuk a tároló belsejébe, így a visszahúzáshoz szükséges forgómozgás létrehozására szolgál. A motor egy svéd motorgyártó cég terméke. Kis teljesítményű és megbízható motorról van szó, lehetővé téve a gazdaságos működést. 5.8. Szíjhatjás A szíjhajtás az erőátvitelért felelős a motor és a dob között. Gazdaságos és megbízható technológia, így a tároló mindig üzembiztos lesz. Fontos kiemelnem, hogy a lánc kihúzása kézzel történik, mely alapesetben nem lenne lehetséges, ugyanis a motor visszafogja a dobot a forgástól. Erre nyújt megoldást az a fajta szabadonfutó alkalmazása, amely az egyik irányban a motor hajtását engedi, visszafelé azonban szabadon foroghat a dob. A felső szíjtárcsát úgy kell kialakítani, hogy a szabadonfutó fogadása lehetséges legyen. 5.9. Visszahúzás vezérlése A motor egy gombnyomással üzembe hozható a tároló felső kezelő felületéről. Visszahúzási problémákkal a tervezési folyamatban is számolni kell. Az egyik ilyen probléma a motor leállítása. Alapvetően a feladat az, hogy a láncot visszahúzzuk, így ismét készen várja a tároló a következő felhasználót. Ezt a kérdés a felhasználótól függetlenné kell tenni. Erre a megoldás egy áramfelvevő (esetleg nyomaték) szenzor beépítése. Elektromos motorok esetén ez egy gyakran alkalmazott megoldás, leggyakrabban az autók ablakemelőjében találkozhatunk vele mint gyermekvédelmi eszközzel. Akadás esetén a motornak megnő az áramfelvétele, a szenzor ebből következtet az „elakadásra”, ami jelen esetben a lánc teljes behúzása. Ugyanez az eset áll fenn akkor is, ha valaki még nem oldozta el a kerékpárját, viszont a gombot már lenyomta. (Ez a termék nem rendeltetésszerű használatát is jelenti.) Ekkor a lánc beakad a kerékpár egyes alkatrészeibe (váz, küllők stb.) és a visszahúzás folyamat leáll, megóvva így a kerékpárt is. Ismételt gombnyomásra a folyamat folytatódik.

7. ábra Belső alkatrészek

37


5.10. Vezérlési egységek A tároló használatából ered, hogy szükség van egy felhasználói adatbázisra, melyben a felhasználó adatait és tevékenységeit rögzítjük. A tárolóval való kapcsolattartáshoz és kártya általi vezérléshez szükséges a tárolóban is lennie egy vezérlő egységnek. A vezérlőegység és a kártyaolvasó helye a felső tálcán van, ezek felett helyezkedik el a kijelző és a gomb is. A gomb a motor vezérlésért felel, a kártyaolvasó védőburka alatt helyezkedik el. A kijelzőn a felhasználó a fontosabb adatait láthatja, a felhasználói nevét, a neve alatt futó összeget, a rendelkezésre álló időt, a dátumot és időt láthatja. 6. Irodalomjegyzék [1] Sarka Ferenc, Dr. Szente József: Interaktivitás a tervezésben és a prototípusgyártásban. Elektronikus tankönyv. 2011. p. 49. www.tankonyvtar.hu/hu [2] Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. [3] Kamondi, L.: A környezettudatos tervezés kérdései. In: OGÉT 2012 XX. Nemzetközi Gépész Találkozó. Kolozsvár, Románia, 2012.04.19-2012.04.22. Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság, pp. 214- 217. (ISSN 2068-1267). [4] Bercsey, T. - Döbröczöni, Á. – Dubcsák, A. – Horák, P. – Kamondi, L. -Péter, J. – Scholtz, P.: Új termék kifejlesztése és bevezetése, a piacravitel ideje és az azt meghatározó tényezők. Miskolc, 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 program támogatásával, pp: 1/258. [5] Péter J., Dömötör Cs.: Ipari design a fejlesztésben, Miskolc-Egyetemváros, 2011., elektronikus jegyzet, http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0001_1A_G3_07_ebook_ipari_desi gn_a_fejlesztesben/G3_07_ipari_design_a_fejlesztesben_1_1.html Köszönetnyilvánítás A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

38


Emelhető munkaasztal tervezése

Gulyás Norbert géptervező szakirányos hallgató (Bsc.) Dr. Bihari Zoltán egyetemi adjunktus 1. Bevezetés Az asztal minden korban a kulturált étkezés fontos része, hiszen ekkor ül össze a család és nyugodtan, a hétköznapi dolgoktól elvonatkoztatva fogyasztják el az ételt. Az étkezőasztalok készítésére külön szakma jött létre, egyfajta faműves, az asztalos. Ez a foglalkozás már a középkorban létezett, mivel az emberek fontosnak tartották, hogy minden háztartásban megtalálható legyen egy olyan asztal, amelyet étkezésre használhatnak. Manapság az embereknek nagyobb igénye van a kényelemre az élet minden területén, így az asztaloknál is számos új szabadalom született, mint az állítható magasságú irodai íróasztal, amely megkönnyíti az irodában dolgozó felhasználók számára az asztal magasságának beállítását. A tervezés során olyan étkezőasztallal foglalkoztam, amelyet legtöbbször étkezésre, de akár egyéb más konyhai munkákra, mint pl.: tésztagyúrásra, hús feldarabolására használunk. A megvalósítandó feladat a tervezés során az, hogy olyan asztalt fejlesszek, amely megoldja a fokozatmentes magasság állíthatóságot, amellett, hogy meghajtása nem igényel hálózati áramforrást és ergonómiai, biztonsági szempontból megfelel az európai családok számára. Terveim szerint az étkezőasztal magasság állításához használt energiaforrást a Robert Bosch GmbH IXO típusú csavarozója biztosítja majd, mivel ezt a terméket a gyártó cég próbálja minél inkább a konyhában használt eszközként felhasználni.

1. ábra. Állítható magasságú íróasztal

39


2. Ergonómiai vizsgálat Az asztal tervezésének egyik fő szempontja az ergonómia, ehhez pedig nélkülözhetetlen az emberi test méreteinek vizsgálata. Az ember fizikai méreteivel foglalkozó tudományág az Antropometria, az ún. „emberméréstan”, amely a tervezőknek pontos adatokkal szolgál az emberi test dimenzióit illetően, így segítve a tervezői munkát, hogy minél alkalmasabb legyen a használó számára az adott feladat elvégzéshez.

2. ábra. Az ülő helyzetű férfi

3. A mozgató mechanizmus tervezése A mozgató mechanizmus megtervezése a tervezési folyamat legfontosabb része, mivel hiába ergonomikus vagy olcsó a szerkezet, ha a magasság állítása nem működik kifogástalanul. A tervezés során sok tényezőt figyelembe vettem, mint pl.: gyártási költségek, a szerkezet összeszerelhetősége és minél több nyomaték-átviteli gépelemet alkalmaztam a megoldásváltozatokban, így több megközelítésből próbáltam megtervezni a szerkezetet. 3.1. A Megoldásváltozat A tervezési folyamatnál több megoldásváltozatot és ezekhez funkcióábrákból létrehozott ábrákat, szabadkézi rajzot és darabjegyzéket is készítettem, hogy ez által az értékelemzés átláthatóbb és egyszerűbben elvégezhető legyen. 3.1.1. Funkcionális részegységek   

Menetes mozgatóorsó-anya pár: A szerkezet egyik alapvető, az emelő mechanizmus megvalósító eleme. Tengely: A szerkezet másik alapvető eleme, ezen az elemen keresztül valósul meg a szerkezet meghajtása. Kúpkerékpár: A függőleges és vízszintesen elhelyezett tengelyek közötti nyomatékátvitelt valósítja meg.

40


      

Csapágy: A forgó tengelyek megtámasztásául szolgál, úgy, hogy a forgó mozgás minél kisebb ellenállás mellett biztosítsa. Csapágyház: Gépelem, melyben a csapágyak, a tömítés, a tengely és a kenőanyag helyezkednek el. Távtartó gyűrű: Két csapágy belső gyűrűjének megtámasztására szolgál. Biztosító (Seeger) gyűrű: Csapágyak külső, belső gyűrűjéhez, kúpkerekek rögzítéséhez használt tengelyirányú elmozdulást gátló tengelykötés. Csavarozó kompatibilis tengelyvég: Olyan kialakítás, mely alkalmassá teszi a tengelyt a csavarozó tokmányába való befogásra. Bosch IXO akkumulátoros csavarozó: Az emelő szerkezet működtetéséhez szükséges kézi szerszámgép. Csapszeg: Kötőelem, amely megakadályozza a tengely kifutását az orsóból, másrészt rögzíti a kúpkerekeket a tengelyekhez.

3.1.2. A legmegfelelőbb megoldásváltozat funkcióábrákkal

3. ábra. A megoldásváltozat funkcióábrákkal

41


3.1.3. A megoldásváltozat 2 dimenziós rajza

4. ábra. A megoldásváltozat rajza

A megoldásváltozat mechanizmusának részei a 3. ábra alapján:       

A bemenő tengelyről a nyomatékátadás mindkét orsóra kúpkerékpárral valósul meg (A), Az orsók kifutását az anyákból csapszegek biztosítják (B), Az emelő mechanizmus menetes orsó- anya párral jön létre, A kúpkerekek tengelyekhez rögzítése csapszegekkel valósulnak meg (C), A kúpkerekek axiális irányú elmozdulását biztosító gyűrűk akadályozzák meg, A csapágyak beépítését Seeger gyűrűk, távtartó gyűrűk és a csapágyház kialakítások segítik (D), A szerkezetet mindkét oldalról működésbe lehet hozni, mivel az egyik menetes orsó bal, a másik pedig jobb menetemelkedésű (E).

42


4. Értékelemzés A Copeland értékelő módszer szerint- minden kritérium alapján- ez a megoldásváltozat bizonyult a legmegfelelőbbnek, így a mechanizmus elemeit ennek alapján terveztem meg, választottam ki. 5. Az étkezőasztal 3 dimenziós modellje

5. ábra. A szerkezet 3 dimenziós elmetszett modellje

6. ábra. A szerkezet 3 dimenziós modellje

43


6. Az étkezőasztal formaterve

7. ábra. Az étkezőasztal formaterve

7. Irodalomjegyzék [1] [2] [3]

[4]

Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. Péter József: Géptervezés alapjai. Miskolci Egyetemi Kiadó, MiskolcEgyetemváros, 2008. 402 old. ISBN 978-963-661-837-7. Bihari Zoltán – Szente József: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006. p. 193. Bercsey, T. - Döbröczöni, Á. – Dubcsák, A. – Horák, P. – Kamondi, L. - Péter, J. – Kelemen, G.- Tóth, S.: Terméktervezés- és fejlesztés. 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 - 01/1350/E1 program támogatásával, pp: 1/262.


44


MÁSOLÓ MARÓGÉP TERVEZÉSE

Juhász Ádám géptervező szakirányos hallgató (BSc) Dr. Bihari Zoltán egyetemi adjunktus 1. Bevezetés Napjaink egyre inkább rohanó ipari világa megköveteli, hogy képesek legyünk egy létező alkatrészről rövid időn belül megfelelő pontosságú és felületminőségű másolatot készíteni. Erre rendkívül sokféle lehetőséget kínálnak a gyors prototípus gyártó technikák (RPT), melyek a korszerű számítástechnikával és elektronikával karöltve másolják le az alkatrészeket. A tervezéshez az ihletet mégis egy olyan szerkezet működési elve adta, amelynek elvét már a XVII. századi ember is alkalmazta – Ez a pantográf. A szerkezet egyszerűségében és könnyű használatában ott rejlik a rendkívüli sokoldalúsága. Nem igényel bonyolult informatikai és elektronikai rendszereket, az egész lelke csupán egy egyszerű mechanizmus, ezáltal a gép kezelése nem igényel oly mértékű szaktudást, mint például egy CNC berendezés üzemeltetése. 2. A pantográf A pantográf egy olyan négykaros mechanizmus, melynek karjai parallelogrammát alkotnak, és minden kar vége egyben csuklót képez. Feltalálója Christoph Scheiner jezsuita pap 1603-ban. Eredetileg térképek, vonalas rajzok felnagyítására vagy kicsinyítésére használták.

1. ábra A pantográf

45


2.1. Működése A rajzon D, E, F és B csomópontok képezik a parallelogramma csúcsait, mindegyik csuklópont is egyben. Az A ponton egy rögzítő szeg található, melyet a rajzba vagy az asztalba szúrtak, így a szerkezet ekörül a pont körül szabadon elfordulhatott. A C pontba tollat vagy ceruzát erősítenek. Ha a B pontot a nagyítandó rajz vonalai mentén végigvezetik, a C pontban lévő rajzoló eszköz annak nagyítottját rajzolja ki.

2. ábra A pantográf elvi vázlata

Ezt rendkívül egyszerű belátni, mivel az A-D-B és az A-F-C háromszögek – függetlenül szögeik nagyságától – hasonlóak. Az ábra lineáris nagyítást pedig a CA/B-A arány szabja meg. Ha a B és C pontok szerepét felcserélik, vagyis a B pontba kerül a rajzoló eszköz és a C pontot vezetjük végig a másolandó rajzon, az eredmény az ábra kicsinyített mása lesz. A belső parallelogramma méreteinek megváltoztatásával lehetőség van a lépték megváltoztatására. Ezt a B-D és B-E karok hosszának megváltoztatásával lehet elérni ügyelve arra, hogy a vázlat szerinti geometria ne változzon, egyébként az ábra torzulást szenved.

3. ábra Pantográf másoló maró a Miskolci Egyetem Gép- és Terméktervezési Intézetében

46


3. Koncepcionális tervezés 3.1. A feladat megfogalmazása A feladat egy olyan gép megtervezése, mely alkalmas arra, hogy egy létező fizikai modellről, mesterdarabról 1:1 méretarányú – azaz természetes nagyságú – másolatot készítsen. 3.2. A feltárt funkciók A piackutatás során számos, a gép megfelelő működéséhez nélkülözhetetlen funkciót tártam fel, amelyek a következők: • • • • • • • • • • • •

Vázszerkezet: A gép szerkezetét alkotó elemek. Célja a berendezés részegységeinek hordozása, és a kellő merevség biztosítása. Csukló: A mechanizmus tagjainak egymáshoz viszonyított elfordulását teszi lehetővé. Szán: A marógépet, a tapintót, valamint a kezelőszerveket hordozó eszköz, amely gondoskodik azok szabad transzlációs és rotációs mozgásaikról. Kötőelemek: A gép alkotóelemeinek megfelelő összekapcsolását szolgáló elemek. Támasztóelemek: A gép kezelőjének tehermentesítését biztosítja, amely képes a berendezés önsúlyának megtartására, alaphelyzetbe visszatérítésére. Fogantyú: A berendezés biztonságos üzemeltetését szolgáló elem. Megfelelő és ergonomikus megfogást nyújt, továbbá helyet ad a kétkezes indítógomboknak. Védőburkolat: Célszerűen egy plexilap, mely védelmet nyújt a forgácsok ellen. Asztal: T-hornyokkal ellátott asztal, mely biztosítja a különböző készülékek rögzítését. Marógép: Egy felsőmaró berendezés, amely a forgácsolást végzi. Munkadarab befogó: A munka- és a mesterdarab befogására szolgáló készülék. Forgácselszívó: A keletkező forgács gyors eltávolítását biztosító berendezés. Tapintó: A mesterdarab felületének letapogatását végző eszköz.

3.3. Megoldáskeresés A fent felsorolt funkciók alapján megoldásváltozatokat készítettem, majd Rang-féle értékelő eljárást alkalmazva kiválasztottam a legjobb megoldást. A továbbiakban bemutatom az általam tervezett gépet, hogy a különböző funkciókat milyen egységek valósítják meg.

47


4. A gép felépítésének ismertetése A funkciók nagy részét kereskedelmi forgalomban lévő – főként a Bosch és a Fath Components Kft. – alkatrészek biztosítják, viszont a hiányzó elemeket saját tervezésű egységekkel oldottam meg. A következőkben ezeket szeretném ismertetni. 4.1. Csukló A gépett alkotó mechanizmus megköveteli, hogy az egyes tagok egymáshoz képest el tudjanak fordulni, ezért ezt a mozgási lehetőséget hivatott biztosítani a csukló. Mivel a nagy pontosság és játékmentesség alapvető követelmény, a csapágyak használata elengedhetetlen.

4. ábra Saját tervezésű csuklóelem

5. ábra A csukló rögzítése a Bosch profilhoz

A szerkezet alapját egy forgácsolt elem alkotja, mely helyet és megtámasztást biztosít a csapágyaknak, és kapcsolódik az állványhoz. A külső letörések és a középen található horony lehetővé teszi a csukló felső részének elfordulását. Tengelyként egy fejes csapszeg szolgál, melyre illeszkednek a csapágyak belső gyűrűi. Axiális elmozdulás ellen a csapszeg szabad végét egy rugós rögzítővel zárjuk le. A tengelyre illeszkedik a csukló felső része, mely a mozgó taghoz van rögzítve. Végül a felső rész pontos pozícióját egy-egy távtartó gyűrű biztosítja, egyúttal a csapágyak belső gyűrűit is megtámasztva. Az egység a Bosch profilhoz kétféleképpen illeszkedik (4. ábra). Az alsó fél két belső kulcsnyílású csavar, illetve az azokhoz kapcsolt kalapácsanya révén rögzül a profilelem hornyához. A felső fél pedig a profilban megtalálható négy furathoz van rögzítve egy-egy belső kulcsnyílású hernyócsavarral. 4.2. Tokmányos munkadarab befogó A fúrógépekhez hasonló hárompofás tokmány lehetővé teszi a közvetlen munkadarab befogást kisebb méretek esetén, illetve további készülékek rögzíthetőségét is biztosítja.

48


Ez egy csapágyazott házban helyezkedik el, amelyet a megmunkálás idejére rögzíteni lehet. A megoldás elsősorban a hengerszimmetrikus alkatrészek megmunkálására alkalmas, de bármilyen más alkatrész másolása is megoldható vele.

6. ábra Tokmányos befogó

A három – összesen négy tokmányt hordozó – egység a T-hornyos asztalhoz kalapácsanya és belső kulcsnyílású csavar segítségével, a rögzített fecskefarok vezeték mentén, szabadon mozgatható. Rögzíteni két-két hernyócsavar segítségével lehetséges. A tokmányok elfordulás ellen rögzíthetők, erről szintén hernyócsavar gondoskodik. 4.3. Golyós tapintó A tapintó feladata, hogy a mesterdarabbal érintkezésbe kerülve végigpásztázza annak felületét, ezáltal „vezérelve” a marófejet. Fontos kritérium, hogy a tapintófej ne tegyen kárt a mesterdarab felületében, ugyanakkor kellő részletességgel tudja azt bejárni. Ezt a feladatot egy saját tervezésű golyós tapintóval oldottam meg. A konstrukció igen sokoldalúvá teszi ezt a készüléket, mivel a tapintófej eltávolításával a szárba többféle fej is befogható, így a nagyolástól a precíz megmunkáláson át bármilyen művelet elvégezhető vele. Az eszközről készült 3D-s modellt a 7. ábra szemlélteti.

7. ábra Saját tervezésű golyós tapintó

49


5. A konstrukció A gépem alapja egy 1000 x 1000 mm-es négyzet alakú keret, mely a sarkainál a fent ismertetett módon megfelelően össze van kapcsolva. A kerethez csuklóval kapcsolódik egy-egy 750 mm hosszú kar, mely a két szélén, párhuzamosan helyezkedik el. A karok szabad végeire egy-egy újabb csukló kerül, melyhez egy-egy 500 mm hosszú kar kapcsolódik. A megfelelő merevség érdekében az alsó és a felső karpárok közé keresztmerevítők kerültek beépítésre. A karok közé kerültek beépítésre a gázrugók. A szánok megvezetését biztosító rúd a felső karok végeihez csatlakozik, ezáltal zárt keretet alkotva.

8. ábra A teljes konstrukció


Bihari Zoltán –Szente József: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése”CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006.p. 193.


50


Térfigyelő kamerák tervezése hivatalos környezetbe

Mátyás Laura IV. éves ipari termék- és formatervező mérnök hallgató

Bevezetés Modern korunk szerves részévé vált a megfigyelés, a technológiai fejlődés lehetővé tette a 21. századi embereknek, hogy a világ bármely pontjáról nyomon követhessék az otthonaikban, irodáikban, üzleteikben, vagy bármely megfigyelni kívánt területeken történő eseményeket. A térfigyelő kamerák alkalmazása mára már hétköznapi biztonsági intézkedésnek számít. Jelenlétük pl.: bankokban, gyárakban, pénzváltó irodákban, helyettesítheti, vagy csökkentheti a biztonsági őrök alkalmazását. További előnye, hogy a kamerák által rögzített felvételek bizonyítékként, vagy nyomravezető eszközként szolgálhatnak betörések, lopások, vagy más bűncselekmények kapcsán. Termék koncepció Terméktervezésem során nem a kamerák meglévő formavilágának továbbgondolását és új megoldásváltozatainak tervezését, hanem a még kielégítetlen piaci igények feltárását és megoldását tűztem ki célul. A legtöbb kameránál a minél praktikusabb és egyszerűbb formák dominálnak. A kamera minőségét szolgáló többletfunkciókon kívül más funkciót egyikben sem véltem felfedezni. Ez azért probléma mert ezeket a kamerákat nem csak folyosókon, aulákban, forgalmas közterületeken látni, hanem bankokban, irodaházakban és tárgyalótermekben is egyaránt. A biztonsági kamerák ugyanazzal a jellegzetes formavilággal rendelkeznek, még akkor is, ha az adott helyen az enteriőr egy kevésbé hétköznapibb, elegánsabb dizájnt kívánna meg. A kamerám formavilágával az efféle piaci igényeket igyekeztem kielégíteni. Miben fog különbözni a kamerám a többi biztonsági kamerától? A formaterv kialakítása szempontjából picit sem hasonlít a klasszikus térfigyelő kamerákra. A kameratest lényege, hogy az irodai alkalmazottak, vagy a jelenlévő civilek ne érezzék magukat feszélyeztetve a pásztázó kamera láttán. A szempontok közé tartozik az is, hogy a kamera minél kevésbé legyen feltűnő. Ezeknek a feltételeknek a kameramodul lámpatestbe való ágyazását tartottam a legkielégítőbb megoldásnak. Ezekbe a lámpatestekbe kisméretű led vagy halogén izzókat lehet szerelni melyeknek fény erőssége, biztosítja az irodában, vagy más egyéb megfigyelni kívánt hivatalos környezetbe az egészséges és biztonságos munkavégzéshez elegendő természetes fényt, továbbá a munkavégzés jellegéhez és körülményeihez igazodó mesterséges megvilágítást.

51


A kameratest kialakítását nagyban befolyásolja az alkalmazni kívánt fényforrás. Nem maradhatok a klasszikus kamera formavilágnál, mert az égőket minimum 10-15 cm távolságban kell elhelyezni a kamera modultól. Ez lehetőséget kínál, még nem látott, izgalmas formák megtervezésére. Világítástechnikai számítások A technológiai fejlődéssel párhuzamosan a világítástechnika korunk tudományainak szerves részévé nőtte ki magát. A világítástechnika a világítás elvi alapjaival és műszaki gyakorlatával foglalkozik. Hétköznapi életünk bármely területén fontos szerepet játszik ez a tudományágazat, legyen az munkahelyi környezet, otthon, utazás, szórakozás, mindenhol szükség van megfelelő minőségű megvilágításra. Megfigyelték például, hogy a túl alacsony, vagy túl magas fényintenzitás mellett csökkenhet a munkahelyi teljesítmény, épp ezért fontos betartani a fényintenzitásra vonatkozó előírásokat. A nem megfelelő megvilágítás nem csak az ember közérzetére hathat negatív hatással, hanem a szemünket is károsíthatja. A belső téri mesterséges világítás világítástechnikai jellemzői különböző helységekben a következők:  irodahelyiségek természetes fényre orientált munkahely-kialakítással, kizárólag ablak közelében elhelyezve: 300 lux,  irodahelyiségek: 500 lux,  magas reflexióval: 750 lux,  nagyméretű irodák közepes reflexióval: 1000 lux,  üléstermek és tárgyalótermek: 300 lux,  vendégforgalmat lebonyolító helyiségek: 200 lux,  adatfeldolgozó, számítógépes termek: 500 lux  fogadóhelyiségek: 100 lux, [1] A kameratest kialakításában nagy szerepet játszik a világítás mennyisége és minősége. A fentebb írtak bemutatják, hogy hány lux fényáram sűrűséget kell biztosítania az adott égőnknek, de ez nem ad teljes képet az elérni kívánt világítás erősségéről. A lux mértékegysége lumen/m 2, vagyis egy m2-re eső fényáram sűrűsége. Tehát az égők megvilágítási erőssége, csak az 1 m 2-es felületre vonatkozik. Egy 3m magas mennyezetű helységben ennek a megvilágításnak a sűrűsége szétoszlik, ez azt jelenti, ha én kb. 200-500 lux fényáram sűrűséget szeretnék elérni egy irodahelységben, tárgyalóteremben, vagy fogadóhelységben, akkor a beszerelt égőimnek ennél sokkal magasabb fényintenzitás sűrűséget kell kibocsájtania magából. Ezt a fotometrikus távolság törvénye alapján lehet kiszámolni. Ez a törvény kimondja, hogy a fényforrás által létrehozott megvilágítás egyenesen arányos a fényforrás fényerősségével, viszont fordítottan arányos a felület és a fényforrás közötti távolság négyzetével.

52


Számítások: Fotometrikus távolság törvénye (jelölésekkel kifejezve): ,

Mértékegységben kifejezve:

Ebből a képletből ki tudjuk fejezni a fényerősséget: , melyet a fényáram kiszámításánál fel tudok használni, mivel a fényerősség, más néven kandela a fényárammal egyenesen, a térszöggel pedig fordítottan arányos. Tehát a fényerősség a következőképpen is kiszámolható:

Melyből következik, hogy: , mértékegységben kifejezve: , ebbe a képletbe helyettesítve a fotometrikus távolság törvényéből kifejezett fényerősség képletét, megkapjuk a fényáram értékét. Tehát: , mértékegységekben:

Behelyettesítendő értékek: Az elérni kívánt fényáram mennyisége: min. 300 lux Az r a mennyezettől, az íróasztalig mért távolság értéke: kb. 2 m A térszög értéke gömb esetén: , azonban egy kameratestbe beszerelt égő nem minősül minden irányban egyenlően világító fényforrásnak, ezért a szteredián értéke kisebb lesz. Mivel a kamera felvételeit nem zavarhatja a fényforrás, ezért nem alkalmazható semmilyen szórt fényt szolgáló égő. Ezért a térszög értékét a nyolcadára csökkentem, így:

53


Végeredmény:

Egy vendégforgalmat lebonyolító hegységben elegendő lenne:

fényáramot biztosító égőkre. Tehát az elérni kívánt fényáram mennyisége durván 1000 és 2000 lumen közé tehető. A fényáram mennyisége több égő üzemeltetése esetében összeadódik. Tehát például 2 db használt égő esetében elég, hogy az égők fényáramerőssége kb. 600 és 900 lumen közé essen. Konstrukciós tervezés A formaterv kialakítása során számításba veszem a részegységek tulajdonságait, paramétereit. A alábbi képen egy beszerelhető IVS kameramodul látható, mely kis mérete lévén, nagyobb szabadságot enged a forma megtervezésének.

1. ábra: IVS ipari kameramodul[2]

54


Befoglaló méretek:

2. ábra: IVS kameramodul paraméterei[3]

Mivel kamerámat fixen, vagy kismértékű mozgást megengedő helyzetben szeretném elhelyezni a kameratestben, fontos, hogy a kameramodul széles látószöggel rendelkezzen. Ezért esett a választásom az ipari kamerákra. Az ipari kamerák valami megfigyelésére specializálódtak, legyen az akár gyártósori rendszereken belüli termék megfelelőségi figyelése, pl.: precíziós gyártásoknál, vagy közlekedésrendészeti megfigyelő rendszereknél, továbbá bárminemű biztonságtechnikai megfigyeléseknél. Minél nagyobb a videó kép felbontása, annál precízebben lehet megfigyelni. A modern ipari kamerák most már akár 4K felbontáson is képesek video rögzítésre. Az alkalmazástól függ, hogy milyen előtétlencséket helyeznek a modulba. Ennek köszönhetően a látószöget az épület magasságához is állíthatom. A sötétben készült felvételekhez infravörös megvilágítást kell biztosítani: a felhasznált kameramodul átmérőjéhez passzoló IR led gyűrű:

3. ábra: [4] IR led lámpa

A 4. ábrán egy Philips MASTERline GU5.3 izzó látható, mely ideális lenne a kameratestbe való elhelyezésre. Ez egy alacsonyfeszültségű halogénégő, mely az infravörös-visszaverő bevonatnak köszönhetően rendkívül magas energiahatékonysági mutatóval és hosszú élettartammal rendelkezik. Továbbá a

55


dikroikus bevonat meggátolja, hogy a tárgyak hőterhelést kapjanak, így a lámpatestet sem teszi ki a deformálódás veszélyének.

4. ábra: Beépíthető spotlámpa és [5] befoglaló méretei

Az égő befoglaló méretei: D = 51 mm és,C = 50,5 mm. Ezek a befoglaló méretek elég picik ahhoz, hogy elférjenek egy ilyen lámpa-kamera formatervbe, és a 640 lumenes fényerősség is eleget tesz az elvárásoknak, mivel ha több ilyen lámpát használunk, az érték összeadódik.

5. ábra: Szabványos foglalat[6]

Az égőt szabványos GU5.3 foglalathoz kell rögzíteni, hogy az égő áramhálózatra kapcsolható legyen. A vezetékek végét sorkapocs segítségével először transzformátorra, aztán az áramhálózatra lehet kötni. Az égő működtetéséhez szükség van egy 220V/12V-os transzformátorra. A transzformátort célszerű a falba építeni könnyen elérhető helyre, és onnan vezetékezni a lámpa helyére.

6. ábra: [7] Karima

56


A spotlámpa beépítéséhez a méretben megfelelő karima használata sem elhanyagolható. A 6. ábrán látható karima belső átmérője 51 mm, és a külső pedig 81 mm. Szabadkézi vázlatok

7. ábra: Kezdeti formatervek

57


9. ábra: Szemre emlékeztető formatervek

58


10. ábra: 4 db spotlámpával rendelkező formatervek

11. ábra: Végleges formaterv

Végezetül a 11. ábrán a végleges tervem látható. Ez a forma magába foglalja a csavaros vonulatot, mely több tervemben is megmutatkozik, mégis megőrizte egyszerűségét. Két oldalt a kamera ágai megvékonyodnak, aztán visszafordulnak önmagukba. A vonulatok csúcsaiban helyeztem el a spotlámpákat, melynek átmérőjéhez igazodnak a kamera ágai.

59


Megoldás változataimról térbeli rekonstrukciót is készítettem.

12. ábra: Végleges terv (szürke szegéllyel) perspektivikus nézetből

Kapcsolódó hivatkozások [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

http://www.datanet.hu/pharma/phorient/145/145ado.htm http://www.industrialvision.co.uk/about-u http://www.industrialvision.co.uk/products/vision-hardware/cameras http://www.hkvstar.com/technology-news/what-is-infrared-securitycamera.html http://www.ecat.lighting.philips.com/l/lamps/halogen-lamps/lv-halogen-withreflector/masterline-es/924895017101_eu/ http://www.anrodiszlec.hu/product_info.php/products_id/2921 http://www.iconelectric.eu/cz/produkty/commercial_luminaires/recessed

Irodalomjegyzék [8] [9]

[10] [11]

PELYHE JÁNOS: Világítástechnikai Jegyzet, Színház és Filmművészeti Egyetem, 2006. Elektronikus jegyzet ARATÓ ANDRÁS, Dr. BORSÁNYI JÁNOS, EPERJESSY MÁRIA, Dr. LANTOS TIBOR, NAGY JÁNOS (főszerk.), NÉMETHNÉ Dr. VIDOVSZKY ÁGNES, POPPE KORNÉÉLNÉ, TÖRÖK BÉLA: Világítástechnikai kislexion, Világítástechnikai Társaság, 2001. Elektronikus jegyzet. BECHKER GYÖRGY, KAUCSEK GYÖRGY: Termékergonómia és termékpszichológia, Budapest, 1996 PÉTER JÓZSEF, DÖMÖTÖR CSABA: Ipari design a fejlesztésben, MiskolcEgyetemváros, 2011. Elektronikus jegyzet


60


MINI VÍZI ERŐMŰ TERVEZÉSE

Mátyás Máté Általános géptervező hallgató Bevezetés Mai világunkban egyre nagyobb szerepet kap a környezet, a környezet változása, védelme, továbbá az emberek tekintete a megújuló energiaforrások felé fordult az utóbbi évtizedekben. Megújuló energiaforrásnak azt tekintjük, ami egy emberöltő alatt, vagy gyorsabban újratermelődik, és újból fel lehet használni. A környezetvédelem egyre jobban előtérbe kerül, a cégek és az emberek is egyre tudatosabban figyelnek oda rá. Már nagyon régen rájött az ember, hogy a víz az egyik ilyen megújuló energiaforrás és ezt kihasználva a saját szolgálatába állította különféle megoldásokkal. A kezdetek kezdetén a szintkülönbség lett kihasználva, ezáltal a víz esését, mozgási energiáját alakították át másféle célra használható energiává. Ilyen cél kihasználása érdekében épültek meg a vízi malmok, ahol a fentről lezúduló víz sebessége és a víz tömege hajtotta meg a víz útjába álló rekeszeket vagy lapokat a keréken. A kerék ezáltal körmozgásra kényszerült, amely energiáját valamely úton például tengellyel, esetleg szíjhajtással továbbítottak a megfelelő helyre, ahol további cél elérése érdekében át lett alakítva és feldolgozva. Ilyen cél volt például egy vízimalomban a gabonafélék őrlése, fűrészmalomnál a fűrész működtetése, a fa vágása. Ahogy haladunk előre az időben, a tudományok és az ipar fejlődésével az életszínvonal is emelkedett így megjelentek új dolgok amelyek energiát igényeltek. Az energiaszükségletet nem megújuló, fosszilis energiák felhasználásával orvosolták. Azonban hamar kiderült, hogy ez tarthatatlan, így más alternatív energiák felé irányult a figyelem. Napjainkban főként környezetvédelmi okokból és a fosszilis energia felváltására lett kitalálva számos környezetbarát technológia. Többek között megjelentek az első napelemek. Ám a régi technológia új formában született újjá, a vízi malmok elvét kihasználva lettek létrehozva a vízi erőművek. Ezen erőművek lényegét tekintve csak méretben különböznek a vízimalmoktól. Számos elvet követve a tervezők a legkreatívabban találtak, találnak ki újabb és újabb ötletet, amelyet a sikeres tesztelés után a megvalósítás követ, majd a sorozatgyártás vagy esetlegesen az építkezés, ha akkora méretű projektről van szó. Én személy szerint azon tervek elkészültét, megvalósítását támogatom, amelyek nem tesznek kárt a környezetben, sem megvalósítás, sem működés közben. Ezen elvet követve indultam neki a feladatnak és így szeretném majd egyszer megvalósulva látni is. Számomra is nagyon fontos a környezetvédelem, ezért a feladatom elkészítése során az elsődleges cél az volt, hogy minimális környezeti kár illetve szennyezés mellett megújuló energiát nyerjünk. A szakdolgozatom témája egy mini vízi erőmű

61


(vízkerék) megtervezése. Régóta ismeretes, hogy a víz felhasználható megújuló energiaforrásként. A munkám során ezt fogom kihasználni. Munkámat piac- és szabadalomkutatással kezdtem. Következő lépésként választanom kellett a szerkezet működéséhez elengedhetetlen energiaforrást, amely a lakóhelyemhez közel helyezkedik el, így választásom a Hejő patakra esett. A Hejő patak nagyon kis vízmennyiséggel rendelkezik, de projektem megvalósításához ideális. A patak változó vízjárású, 0,6-1,6m3/s térfogatárammal rendelkezik, attól függően, hogy hol történik a mérés és milyen évszakban vagyunk. Ezt követően a hely kiválasztása következett. Itt méréssel kellett meghatároznom a vízmélységet és a meder szélességét. Végül a számításokat végeztem el a patak térfogatáramával, szélességével és az ennél a pontnál mért mélységgel. A számítások után készítettem pár lehetséges rajz vázlatot. A vázlatokat később ismertetem. Környezetvédelem A környezettudatos tervezés manapság egyre inkább előtérbe kerül, mind mérnöki, mind a magán életben. Az emberiség egyre jobban odafigyel a környezetbarát technológiák használatára, igénybevételére, megismerésére, tökéletesítésére. Amint már korábban említettem számomra is nagyon fontos, hogy ne juttassunk több szennyezést a környezetünkbe. Sőt lehetőség szerint igyekezzünk csökkenteni a már meglévőket is. A természet öntisztító folyamatai igaz dolgoznak, de még mindig több a bejuttatott szemét, mint amit eltudna bontani sok emberöltő alatt. Én ezt tartottam szem előtt amikor ezt a gépet terveztem, hogy a sok szemétből ne lehessen több. Projektem során a költséghatékonyság is nagyon fontos szempont volt számomra, azaz gyártása olcsó legyen, fenntartási költsége pedig minimális. A szabadba nem bocsájt ki semmiféle égésterméket, a folyóban nem tesz kárt, még úgy sem ha a blokkoló rácsot is beépítjük elé, ami az esetleges hordalékot amit a víz szállít felfogja. Ezzel talán még segítünk is a pataknak, ha nem engedjük tovább a szemetet. Elképzelésem szerint ha a szerkezetet a Hejőn bizonyos távolságonként helyezzük el akkor a patakot ellepő szemetet is megállítja, mégsem gátolja a szabad haladásban. A rácsos/lyukacsos szerkezetű szűrő miatt, a felfogott szemetet később akár manuálisan is eltávolíthatjuk csökkentve a környezeti szennyezést. Az erőmű az élővilágot nem károsítja, mivel a víz felszínére koncentrál, nem igényel semmiféle kiépítést, előkészületet, vagy a patak egyáltalán bármilyen nemű átalakítását. A tartó cölöpöket ha elhelyeztük a meder 4 pontján, onnantól kezdve nincs más dolgunk, mint lerakni a szerkezetet, néhány méterrel előtte pedig a szűrőrácsot ezt követően pedig fel is használhatjuk a készülék által nyújtott tiszta energiát. Korábbi felvetésem szerint ha több készüléket is telepítünk, a teljesítményük és áramleadásuk összeadódik, ily módon már nagyobb dolgokra is lehet használni. Mindez csak akkor lehetséges csak, ha már a megfelelő engedélyeket beszereztük a környezetvédelmi hivataltól, továbbá a város vezetőségétől, esetleg a vízügyi hatóságoktól és végül, de nem utolsó sorban az ott élő emberektől.

62


Megoldásváltozatok

1. ábra Lehetséges megoldásváltozat

A fent látható szerkezet (1. ábra) magába foglalja mind azt, amit egy mini vízi erőműnek tudnia kell, stabil, elég felhajtóerővel, hogy a legnagyobb árt is túlvészelje. A lapátok kialakítása viszont nem megfelelő a Hejő vízhozamához, ezek a lapátok túl nagyon hozzá, így ez a változat nem felelt meg. Ellene szól még az is, hogy nagy befoglaló méretekkel rendelkezik, így nehézkes a szállítása, továbbá több készülék egymás mellé helyezése nehezen megoldható.


A 2.ábrán látható verzió stabilan áll a folyómederben, a szerkezet aljára betonréteg kerül ami egy helyben tartja a szerkezet állványzatát. Mivel a lapátkerék és a

63


tartályokhoz függőleges irányban elmozdulásra képesek, így az emelkedő vagy éppen süllyedő vízszinthez igazodni képes. A szerkezet hátránya, hogy nem védi semmi a kereket a beszorulástól az esetlegesen a vízen úszó ágaktól, szeméttől. Ez a változat sem megfelelő. Elképzelésemmel ellentétben a rögzítéshez szükséges beton a környezetbe való beavatkozást jelentené, így a saját elvárásaimat cáfolnám meg.


A 3. ábrán található megoldás szintén nagyon stabil kivitelezés. A kerék mérete is megfelelő. Ebben az esetben szintén a vízen úszó esetleges fa vagy szemét jelenthet gondot a kerék forgásának megállításával. Mivel a generátor túl közel helyezkedik el a vízhez, ezért ez sem a megfelelő változat.


64


A 4. ábrán látható megoldásváltozaton oldalnézetből tekinthető meg a megfelelő kivitelezésű szerkezet.


A 4. és 5. ábrán látható megoldásváltozat felelt meg minden elvárásomnak. Ebben a verzióban minden benne van amivel egy mini vízi erőműnek rendelkeznie kell. A vízkerék optimális magasságú, a generátor messze van a víztől. A tartályok amik a felhajtóerőt biztosítják elég nagyok, hogy elbírják a szerkezet súlyát és fenntartsák a víz tetején. Az állványos kivitel nem csak a generátor elhelyezésének előnyös, de ha úgy szükséges az állvány miatt lehetőség van beépíteni még egy gyorsító áttételt amellyel a generátor működéséhez szükséges fordulatszám előállítható, növelhető. A mini vízi erőmű tömege elegendően kicsi lesz ahhoz, hogy egy ember képes legyen elszállítani és üzembe helyezni. Az előző változatokkal ellentétben a készülékre opcionálisan több lapát helyezhető fel. Lehetőség van rá, hogy több készüléket egymás után vagy mellett elhelyezzünk egymást nem akadályozva, így kinyerve a lehető legtöbb energiát. A többi megoldásváltozattal ellentétben ehhez tartozik egy szűrőelem, amely passzív szűrőként a víz által sodort szemetet, ágakat felfogja, ezáltal megakadályozva a szerkezet működésképtelenné válását. Zajvédelmi céllal a vázszerkezet kialakítása lehetővé teszi, hogy burkolatot helyezzünk fel így csökkentve minimálisra a zajkibocsátást. A környezetet nem szennyező, önműködő konstrukció. Karbantartását előre lehet kalkulálni, így nem igényel állandó felügyeletet. A tervezett karbantartást egyetlen ember képes elvégezni rövid idő alatt. Ha váratlan esemény következne be, akkor is elegendő egy karbantartó a javítási munkálatokhoz. Azért ez a kivitel nyert, mert költséghatékony, egyszerű gyártani, üzembe helyezni és karbantartani, mindemellett környezetbarát és hosszú élettartamú. Az összes alkatrésze a kereskedelemben megtalálható szabványos elem, ami pedig nem, azt nagyon könnyű és olcsó legyártani.

65


Irodalomjegyzék [1] [2]

[3] [4] [5] [6]

[7] [8] [9]

Dr. Szente József - Bihari Zoltán: Interaktív mérnöki kommunikáció és a tervezést támogató CAD rendszerek. Elektronikus tankönyv. 2011. p. 107. www.tankonyvtar.hu/hu Bihari Zoltán – Szente József: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006. p. 193. Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. Szabó Ferenc J., Sarka Ferenc, Tóbis Zsolt: Numerikus analízis, szimuláció, termékminősítés. Oktatási segédlet (jegyzet), TÁMOP-4.1.2.-08/1/A-20090001, G3-08 Modulelem, Miskolci Egyetem, Miskolc, 2011. március. Péter József: Géptervezés alapjai. Miskolci Egyetemi Kiadó, MiskolcEgyetemváros, 2008. 402 old. ISBN 978-963-661-837-7. Bercsey, T. - Döbröczöni, Á. – Dubcsák, A. – Horák, P. – Kamondi, L. Péter, J. – Scholtz, P.: Új termék kifejlesztése és bevezetése, a piacravitel ideje és az azt meghatározó tényezők. Miskolc, 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 program támogatásával, pp: 1/258. Internet: http://emiktf.hu/arviz_utani_vizsg_kis_vizf.pdf Internet: www.tisztajovo.hu Mátyás Máté – Komplex tervezés féléves feladat 2013/2014/2 félév.


66


Otthoni használatú légsterilizátorok fejlesztése

Murvai Orsolya Gépészmérnöki Kar Ipari termék- és formatervező mérnök alapszakos hallgató Dr. Kamondi László Társszerző, Címzetes egyetemi tanár

“ A tartalom maga a design. A design tartalom hiányában csupán dekoráció. ” „ Content precedes design. Design in the absence of content is not design, it’s decoration.” /Jeffrey Zeldman/ A munkám egy olyan termékfejlesztést tartalmaz, amely megfelel a Jeffrey Zeldman féle idézetnek, vagyis a design tervek mellett a technológiafejlesztések is fontos szerepet töltenek be. Termékfejlesztés során, a piacon még nem kiforrott termékkel, a légsterilizátor fejlesztésével foglalkozok. A tervezés egy olyan készülék megalkotását jelenti, mely elsősorban a légúti megbetegedésekben szenvedők hétköznapjait könnyíti meg. A levegő sterilizálására, több készülék is található az üzletekben, a párásító készülékek, páramentesítő készülékek, illetve légmosó készülékek. Azonban ezek többsége külön-külön álló termékek. Az én feladatom célja, hogy ezeket a készülékeket egy készülékbe egyesítsem. Így a meglévő termékekből a piacon egy újnak számító terméket alkossak. A készülékhez tartozna egy ideális páratartalom érzékelő, melyet a készülékkel együtt egy légtérben kell elhelyezni. Ez az érzékelő érzékeli, ha a levegő páratartalma nem megfelelő és egy digitálisjel segítségével üzembe helyezi a gépet azon a programon, amely az nagy tisztaságú és élettani szempontból ideális páratartalmú levegő minőségének megteremtéséhez szükséges. 1. Mért épp a légsterilizátorok? A tervezés során mindenképpen egy olyan témával, olyan termék fejlesztésével szerettem volna foglalkozni, mely a jelen problémájára talál megoldást és a jövőben sokak számára nyújt segítséget. Nem kellett hosszan keresgélnem a téma választásával kapcsolatosan, csak egy kérdésre kellett választ kapnom. Mi az ami nélkülözhetetlen az emberek életében? Erre a kérdésre az egyik válasz a levegő, méghozzá a tiszta levegő. Nem beszélünk róla, pedig mindennapjaink szerves része a légzés és a levegő kapcsolata. Természetesnek vesszük, hogy lélegzünk, mivel elengedhetetlen része az életünknek. Sokan azonban ebből adódóan nem is fordítanak a levegő

67


minőségére kellő hangsúlyt és ebből az emberi felelőtlen gondolkodásmódból indul ki a levegőszennyezés problémája melynek következménye a légúti megbetegedések, melyek mára már rendkívül komoly problémát jelentenek. A környezetvédő szervezetek folyamatos harcokat vívnak a környezetszennyezéssel szemben. Ezek azonban hosszú lefolyású folyamatok, melyek nem egyik napról a másikra oldódnak meg. Itt jön az én, mint tervezőmérnök feladata. Keletkezett egy probléma: a szennyezett levegő erre a problémára egy igény: a levegő megtisztítása, és tervezők pedig ennek a problémának a megoldására fejlesztették ki a légtisztító berendezéseket. Azonban ezek a termékek még nem kiforrottak, valamint sok ember számára nem elérhető. Főként az egészségügyben, gyógyszeriparban, kórházakban használnak komoly légsterilizáló berendezéseket. A piacon is találhatók egyszerűbb szerkezetek magán felhasználók számára, de ezek vagy horribilis összegekért kaphatók, vagy kiforratlanok és emellett esztétikailag nem gyönyörködtetőt-szerepet töltenek be. Én, mint ipari termék- és formatervező mérnökhallgató légsterilizátorok felélesztésével fogok foglalkozni elsősorban otthoni felhasználásra. Mivel a betegségek kialakulása az otthonokban kezdődnek, ezért úgy gondoltam innen indulok ki és erre a terület pozícionálom a termékem fejlesztését. Saját környezetemen és saját magamon is tapasztalom a káros levegő okozta problémákat. Rengeteg család küzd azzal, hogy kisgyermeke allergiás vagy rosszabb esetben asztmás, ha lehetséges, akkor pedig miért ne akadályozzuk meg a problémát még a kialakulása előtt. Azért is választottam ezt a témakört, mert egyrészről személyes tapasztalatokkal rendelkezem, másrészről olyan problémára keresek megoldást, mellyel más családok életét is megkönnyíthetem. 2. Termékkel kapcsolatos kutatások 2.2.

Egészségügyi háttérkutatások

A rossz minőségű levegővel megnőtt a légúti megbetegedések aránya, mely a legfrissebb kimutatások alapján a gyerekeket sújtja, hiszen, minden harmadik gyerek légúti megbetegedésben szenved! Sajnálatos módon eddig ezek a kimutatások az évek folyamán nem mutattak javuló tendenciát. Többek között ezért is alapult meg 1980-ban a WHO ’World Health Organization’ azaz lefordítva a Világ Egészségügyi Szervezete. Kutatások alapján életünk 70%-át épületekben töltjük, melynek a levegő minősége koránt sem a legmegfelelőbb ennek a jelenségnek a neve, pedig a „BetegHáz Szindróma” vagyis az elhasználódott, rossz minőségű szobalevegő életünkre kifejtett káros hatása. A zárt tér levegőjében keletkező allergén anyagok károsítják szervezetünket. A legtöbb légúti megbetegedés okozója a rossz levegő, mint például az allergia és annak súlyosabb változata az asztma. Melyek a mai generációknál már gyermekkorban megjelennek. Tehát a kutatások kimutatják, hogy a betegség forrás otthonunk és közvetlen életterünk levegője. Így konkretizálódott a fejlesztésem célcsoportja és célterülete. 2.3.

A légtisztítók kialakulásának története

A légtisztító berendezések nem a XXI. század vívmányai, kialakulásuk egészen az Ipari Forradalom idejére vezethető vissza. A széntüzeléssel párhuzamosan

68


megjelent a levegőszennyezés és a légúti megbetegedések. A legelső levegő megszűrésére tervezett termék egy tűzoltó maszk volt ez indította el a szűrők és levegőtisztító berendezések fejlődésének folyamatát. Ezek azonban mindig titkos projektek voltak. Sokan nem is gondolják, de a mai szűrőberendezésekben található HEPA szűrő sem a XXI. század találmánya. A II. Világháború idején fejlesztette ki az Atomenergiai Bizottság a Manhattan Projekt során. A Manhattan projekt, mint ma már tudjuk az atomfegyverkezés katonailag titkos projektjét takarta. Ma már ugyan nem fedi katonai titoktartás a légtisztító berendezések fejlesztési terveit, de orvosi titoktartás igen. A pontos felépítési terveket nem ismerjük, de levegőtisztítási technológiák elérhetőek bárki számára. 2.3. Technológiai kutatások A levegő tisztítására ma több eljárást is alkalmaznak, sokszor ezeket kombinálva a nagyobb hatékonyság érdekében. Legelterjedtebb technológia az ionizációs technológia. Az ionizátorok ionizáció során semlegesítik a levegőben lévő káros mikroorganizmusokat, melyek a légúti megbetegedések kiváltói. Az ionizációs folyamat során az ionizátor a levegőből negatív ionokat, vagyis anionokat állít elő, melyek elektrosztatikus töltés kisülés során magukhoz vonzzák a pozitív töltésű káros mikroorganizmusokat, port és szennyeződéseket és megakadályozzák azok tovább áramlását (szállását) a levegőben. Az ionizáció létrehozására alábbi módszerek ismertek: - Ionizálás ionizáló sugarak segítségével Működése: Egy UV cső segítségével az ultraibolya sugár saját energiájának felhasználásával gerjeszt negatívionokat. - Ionizálás elektromos töltés segítségével Működése: Elektróda segítségével egy csendes kisülés révén jön létre a folyamat. - Ionizálás ezüstrúd segítségével Működése: Az ionizált ezüstrúd a magát a tartályban lévő vizet ionizálja, melyet ventilátor szétporlasztva jutat a levegőbe és ionizálja azt. 2.4.

Piackutatás

A piackutatás során a jelenleg piacon lévő terméket kutattam fel. A piacon a levegőtisztításra több terméket is találtam, ezeket több külön álló csoportba tudnám kategorizálni. Az ideális minőségű levegő az ideális páratartalom jellemzi. Az ideális páratartalom egy olyan pára szintet jelent, melyben a káros mikroorganizmusok száma nem gyarapodik. Ez a szint a 55-65%-os páratartalomnak felel meg. Mind a párás levegő, mind a túl száraz levegő hatással van a káros mikroorganizmusok számára. Nem elég csak párásítanunk vagy csak páramentesítenünk emellett tisztítanunk is kell és az ideális állapot szinten tartásához mindkét folyamatot felváltva kell alkalmaznunk. Erre a folyamatra azonban kevés gép képes és azok vagy nagyon drágák vagy nehezen elérhetőek. 2.5.

Közvélemény kutatás

A piackutatást követően készítettem egy közvélemény kutatást, melyben

69


felmértem mekkora igény lenne a termékemre. Illetve a felhasználók milyen funkciókat tartanának elsődlegesnek egy ilyen termék kapcsán. A kutatás során kiderült, hogy igény lenne a termékre és a vélemények összegzésével egy tervezési útmutatót is kaptam a fejlesztés folyamatához a jövőbeli felhasználóktól. Ez azért fontos, mert egy tervező elsősorban nem magának tervez, hanem a jövőbeli felhasználóknak. A kutatások sok mindent megalapoztak a tervezés kapcsán. A célcsoport mellett a felhasználási terület is konkretizálódott. Emellett egy a kutatások összegzésével képesk vagyunk egy követelményjegyzéket felállítani, mely a termékkel kapcsolatos elvárt igényeket foglalja össze. Követelményjegyzék pontjai: - Többfunkciós: Párologtató és páramentesítő egy készülékben egyesítése - Korszerű: A piacon ismert legjobb technológiák felhasználása. - Könnyen kezelhető: A készüléket egy egyértelmű, átlátható, könnyedén üzembe helyezhető kezelőpanellel kell ellátni, amely pár érintéssel üzembe helyezi a készüléket a megfelelő programon. - Kategóriájában megfizethető: A készülék részegységei a piacon megtalálható elemek felhasználásával készüljön. Egyedi gyártási elemeket lehetőleg mellőzve, költségtakarékosság szempontból. - Önálló működésű: A készülék előre programozható legyen és felügyelet nélkül is zavartalanul működjön. Érzékelje, ha a szoba levegője nem ideális és ebben az estben a megfelelő programra kapcsolva egyenlítse ki az ideális 5565%-os páratartalomnak megfelelően. - Biztonság: Ne okozzon kárt használójában és környezetében rendeltetésszerű használat esetén. - Tisztítás: Könnyen tisztítható, hagyományos tisztítószerekkel is. - Egészség: A felhasznált anyagok, ne okozzanak egészségügyi károsodást. Ennek megfelelően választandók az anyagok és a bevonó festékek. - Design: Esztétikus külső megjelenés. - Méret: Ne haladja meg a 350x350x500 mm-es befoglaló méretet. - Tömeg: Hordozhatóság érdekében max.10 kg. - Gyártás: Gyártós soron történő gyártás. A készülék elemei gyártó piacon fellelhető elemekből épüljön fel. A külső burkolat pedig fröccsöntéssel készüljön, mely visszaforgatható, újrahasznosítható a gyártó által, ha a termék elhasználódása vagy meghibásodása után a fogyasztó visszajutatja a gyártónak, vagy erre specializálódott telephelyre. 3. Tervezés A tervezés során a vezérelv tehát egy többfunkciós készülék megtervezése a legkorszerűbb technológiákkal, otthoni felhasználásra. Tehát a készülék kell, hogy rendelkezzen egy párologtatóval- és egy páramentesítő egységgel és emellé plusz funkcióként beemelném a sókristályok elhelyezhetőségét a termékben. Ezzel a lehetőséggel, egy plusz, ionizáló funkcióval lett ellátva a termék. Miért jó, hogy a termék sókristályokat is tartalmaz? Mert a só szintén egy természetben megtalálható ionizáló kristály és az asztmás megbetegedésben szenvedők szervezetére orvosilag bizonyítottan jó hatással van. Másrészről a sóval

70


dúsított pára nyugtató hatású. Fontos kihangsúlyozni, hogy a sókristályokra és nem hétköznap étkezési sóra kell gondolni. A sókristályok nem kötelező elemei a terméknek, csak egy extra lehetőség. Az alap koncepció ismeretében sorra kell venni, hogy a terméknek milyen elemeket kell tartalmazni és ezeket az elemeket miként helyezhetjük el a termékünkbe. 3.1. A termék elvárt munkafolyamatának megtervezése A terméknek a következő munkafolyamatot kell ellátnia: 1. A szennyezet levegő beszívása 2. Páramentesítés: A ventilátor és a motor segítségével beáramlik a szennyezett levegő, a folyamat közben a HEPA szűrő megszűri a szennyezett levegőt, a pára pedig lecsapódik a tartályba. 3. Tisztítás: A tartályban lévő ionizált ezüstrúd segítségével létrejön a tisztítási folyamat és előállítódik egy baktériummentes ionizált víz. 4. Párologtatás vagy visszaáramoltatást: Attól függ a mekkora a pára szint a szobában, ha ideális csak a megtisztított levegőt továbbítja, ha pedig párologtatásra van szükség, akkor párologtat. 5. Sóterápia: A belehelyezett kristályon keresztül történő finom párásítási folyamat 3.2.

A termék alapkoncepciója

Alapkoncepciókat, vagyis megoldásváltozatokat kell készíteni. Több megoldás variáció kiértékelése után és a végső koncepció folyamatos csiszolása során eljutottam a végső koncepciómhoz, melynek megoldásvázlata 1. ábrán található.

1. ábra Végső variáció Funkcióstruktúra ábrája

71


A végső megoldás változat mely már egy konkrét tervet takar, az alábbi tervezői gondolatok, lépések során jött létre: -

-

Egy tartályba történő lecsapódás és egy tisztítófolyamat után onnan történő párásítás. Egy motorral és ventillátorral való működtetés. A különböző funkciók a motor fordulatszámának szabályozásával jön létre. Legalacsonyabb fordulatszámon történik a páramentesítés, nagyobb fokozatokon pedig a párásítás. A nagyobb sebességen által felkapott vízrészecskék szétporladnak, és pára formájában távoznak a készülékből. Ionizált ezüstrúd alkalmazása az ionizációs folyamathoz. Ez egy alternatív módszer mellyel a termék karbantartása leegyszerűsödik a felhasználó számár.

3.3.

A készülék műszaki adatai:

Miután a termék terve elérte a konkrét tervezés szakaszát vagyis, hogy a termékhez kiválaszthassuk a megfelelő meghajtást előbb végig kell venni a hajtási lehetőségeket, és hogy a termék esetében melyik a legkedvezőbb. Mivel a termék otthoni felhasználásra készül, egy átlagos szoba méreteivel számolunk első sorban. A szoba méretének meghatározásából már ki tudjuk számolni a légköbmétert, azt a levegőmennyiséget, melyet a termékünknek adott időközönként át kell keringetnie. Ezekből az adatokból katalógus segítségével már kiválaszthatók a termékhez szükséges műszaki elemek. Átlagos szoba méret 20 és 30 m2 közé sorolandó a maximális értéket vettem alapnak a számolásokhoz. Bemeneti feszültség, tápfeszültség Fogyasztás Frekvencia Zajszint Kapacitás/ Szoba méret/ Térfogat áram Párásító teljesítmény Méret

230 V 20 W 50Hz 25 dB 30 m2 150m3/h 500 ml/h  320 x 475 mm

1. táblázat A készülék műszaki adatai a megfelelő műszaki elemek megválasztása után

3.4.

Formatervezés

A termék műszaki felépítése meghatározása utána egy külső formatervre van szükségünk, melybe beépíthetjük az elemeket. Ipari termék- és formatervező mérnökhallgatóként feladatom hangsúlyt fektetni a külső megjelenésre is, vagyis a designra. A design az, ami megteremti a kapcsolatot a termék és a fogyasztó között. Ebből adódóan elengedhetetlen részét képezi a tervezésnek. A legjobb, ha a forma és funkció harmóniájában a külső megjelenéssel üzenni is tudunk a fogyasztónak. Ezen az elven elindulva végeztem formatanulmányt a készülékemmel kapcsolatosan. Kiindulva a természet a levegő és a tisztaság kapcsolatából és abból a tapasztalatból és tanulmányból, hogy az emberek sokkal jobban kötődnek

72


ösztönösen a természetben megtalálható formákhoz. Erre a területre összpontosítva megtaláltam a tengeri kagylóformát, azon belül pedig a tengeri csigák formavilágát.

2. ábra A design kialakulása

3.5.

A freSHell

A design mellett a készülékemhez egy arculatot is terveztem. Minden anya nevet ad a gyermekének az én tervem a freSHell fantázia nevet kapta, és erre épül a termék arculata is. A „fresh” és „shell” angol szavak összevonásából jött létre. A fresh szó jelentése friss, frissesség, ez utal a friss levegőre, melyet a termék állít elő. A shell szójelentés pedig kagyló, ami a termék formavilágára utal vissza. Mivel a két szóírásban is összecseng. A fresh utolsó két betűjét és a shell első két betűjét egynek véve jött létre a termék neve: freSHell.

3. ábra A termék külső megjelenése és arculata

73


Összegzés Egy Jeffrey Zeldman idézettel indítottam: “ A tartalom maga a design. A design tartalom hiányában csupán dekoráció. ” Ez az idézet végig kísérte a munkámat, mely egy olyan termékfejlesztést tartalmaz, amelyben a design tervek mellett a technológiafejlesztések is fontos szerepet töltöttek be. Így egyesül a forma és tartalom, egy olyan termékben, mely a mai szennyezett világunkban az egészséget szolgálja, nem csak légúti megbetegedésben szenvedők számára, hanem hétköznapi felhasználóknak is.


[2]

[3]

Bihari Zoltán –SzenteJózsef: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet.Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése”CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006.p. 193. Bercsey, T. -Döbröczöni, Á. –Dubcsák, A. –Horák, P. –Kamondi, L. -Péter, J. – Kelemen, G.-Tóth, S.: Terméktervezés-és fejlesztés. 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 -01/1350/E1 program támogatásával, pp: 1/262.KÁLÓCZY, Gy.: Füstbázisok tervezése és szervezése. Eger, Dobó István Könyvkiadó, 1977. Péter J., Dömötör Cs.: Ipari design a fejlesztésben, Miskolc-Egyetemváros, 2011., elektronikus jegyzet, http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/ 0001_1A_G3_07_ebook_ipari_design_a_fejlesztesben/G3_07_ipari_design_a_fejlesz tesben_1_1.html


74


Belső fogazású portáltengely tervezése

Pónus Ádám géptervező szakirány Benyó Klára mérnöktanár

1. Feladat célja Olyan belső fogazatú hajtómű tervezése, amely 1:1-es áttétel mellett egy offroad terepjáró hasmagasságát meg tudja növelni. Erre azért van szükség, hogy speciális terepviszonyoknál a féltengely magasabban legyen. 2. Szabadalom- és piackutatás 2.1.

Szabadalom

A DE 196 04 730 A1 1 számú szabadalmi irat koncepciós felépítése: A kialakításra azért volt szükség, hogy az utasok kényelmesen fel tudjanak szállni az alacsonypadlós buszokra.

1. ábra Portáltengely izometrikus ábrázolása

A portáltávolság a hajtó és a hajtott fogaskerék forgástengelyei közötti távolság. Ezt a portáltávolságot csak egy bizonyos tartományon belül tudjuk beállítani, mert ha növeljük a portáltávolságot, a közbülső kerekek átmérője is nő és nem teszi lehetővé a rúgótartós csatlakoztatást 2.2.

Piackutatás

A piackutatás során számos offroad portáltengelyeket értékesítő céget találhatunk, de csupán két nagyobb gyártó céget, az egyiket Németországban; a másikat Egyesült Államokban.

1

Forrás: Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala - http://www.sztnh.gov.hu/#

75


2.2.1. Tibus Offroad Ltd. & Co Kg A Németországi cég, a Tibus Offroad Ltd. & Co Kg. 30 éve gyártanak már portáltengelyeket, offroad motorokat, kiegészítőket. Jelenleg is 4 jelentős autó márkának gyártanak: Toyota, Jeep, Mercedes, Land Rover.

2. ábra Portálhajtómű

Kialakítás szempontjából, úgy tervezték, hogy a tengelyeknek megmaradnak a forgásirányai. Ez úgy kivitelezhető, ha 4 fogaskereket használnak. A további előnye a 4 fogaskerekes elrendezésnek, hogy a fogoldalak sokaságából származó terhelés eloszlik, ennek eredményeként nagyobb erőt vihetünk át. 2.2.2. Dynatrac Products, Inc. A másik jelentős cég a Dynatrac Products, Inc. , amely több mint 20 éve piacvezető az Egyesült Államokban, hajtás és nagy teljesítményű futómű gyártásában.

3. ábra Offroad terepjáró speciális terepviszonyokra

Minden egyes futóművükre garantálják a nagy erők teherbírását, illetve a magas hasmagasságot. A házat úgy alakítják ki, hogy semmilyen akadályon ne tudjon fennakadni. Nagyon finoman megmunkált fogaskerekeket alkalmaznak a jobb kapcsolódás érdekében. 3. Koncepcionális tervezés A féltengelyen lévő hajtó fogaskerék a nyomatékot a belsőfogazatú fogaskerékre adja át, amely továbbítja a hajtott fogaskerékre. Ez a fogaskerék a hajtott tengelyen van. A belső fogazat előnye, hogy a csúszása kisebb, a domború-homorú kapcsolódásnak köszönhetően a terhelhetősége nagyobb, kisebb a helyigénye, jobb a hatásfoka. Hátránya, hogy merevségi problémák adódhatnak, a tengelytáv erősen korlátozott, többféle interferenciára hajlamos. A belső kerék csapágyazására ebben az esetben valamilyen egyedi kivitelt kell alkalmazni. A fogaskerekek finoman megmunkáltak a jobb kapcsolódás végett, illetve mind a hajtó és a hajtott fogaskerék

76


csapágyazva van. Egyedi gyártás esetén költséges, de tömeggyártás során ajánlott az üregeléses fogaskerék gyártás. A következő 4. ábra a 3D-s vázlatát mutatja ennek a megoldásváltozatnak.

4. ábra A portáltengely kialakítása

4. Tervezés 4.1.

Motor választás

A piackutatás során feltárt autótípusok közül a Land Rover 2 portáltengelyes kivitelű verziójának motoradatait választottam, mellyel a további szilárdsági számításokat végeztem. A Land Rover - Defender CC130-R motoradatai a következők: • Hengerek/szelepszáma: 4/16 • Hengerűrtartalom: 2198 cm3 • Legnagyobb teljesítmény: P = 60 kW • Fordulatszám: n = 3600 min-1 5. Fogaskerék hajtómű tervezése A portálhajtómű tervezése során belső fogazatú hengeres fogaskerekeket kell terveznem, amelyek adott terhelési viszonyok mellett, egy tetszőlegesen kiválasztott anyagból vannak. A hajtó fogaskerék egyenes fogú, külső fogazatú, valamint általános fogazattal rendelkezik. A tervezésem során a számításokat a DIN 3990:1988 szabvány szerint végeztem. A tervezés során számítanom kellett a minimális tengelytávolság és a modul értékét, annak érdekében, hogy a tervezett teljesítményt a fogaskerékpár át tudja vinni anélkül, hogy még károsodna. Gyártástechnológiai szempontból előnyös tulajdonságaik miatt evolvens fogazatot használtam. Az evolvens fogazatú keréknél a fogfelszín és a fogtő igénybevétele számítható, mellyekkel az adott teljesítmény átviteléhez szükséges fogaskerékpár geometriai méretei és fogak jellemző méretei meghatározhatóak. 5.1.

Felszíni teherbírás számítása

A fogfelszín igénybevételét a kapcsolódó fogak érintkező felületén a terhelés hatására fellépő érintkezési feszültség okozza, melynek nagyságát közelítőleg a Hertz egyenlettel határozhatom meg. A fogak felszínét az érintkezési pont környezetében hengerekkel helyettesítik. Az érintkezési feszültség a gördülőkör 2

Forrás: http://www.landroverhungary.hu/landrover

77


környezetében viszonylag kicsit változik, ezért a fogaskerékpár felszíni teherbírásának számításakor a főpontban ébredő érintkezési feszültséget számoltam, amelyhez tartozó fogprofil görbületi sugarak könnyen meghatározhatóak az i fogszám viszony ismeretében. Tehát a behelyettesítések és rendezések után a névleges érintkezési feszültség:

(1. képlet)

ahol

ZH a gördülőköri kapcsolószög tényező, ZE rugalmassági tényező, ZB egyfogpár kapcsolódási tényező, Zε a kapcsolószám tényező, Zβ fogferdeség hatását figyelembe vevő tényező Az üzemeltetés közben külső és belső dinamikus hatások, terhelés egyenetlenségek befolyásolják a ténylegesen kialakuló σH mértékadó érintkezési feszültség értékét, amelyeket az alábbi tényezőkkel vesznek figyelembe: KA üzemtényező, Kv belső dinamikus tényező, KHβ a fogszélesség menti terhelés eloszlási tényező; KHα homlok terhelés eloszlási tényező (2. képlet)

Ennek értéke nem haladhatja meg a megengedett felületi kifáradási feszültség értékét, amit a anyag σHlim felszíni kifáradási határa, valamint az arra hatást gyakorló tényezők határoznak meg. (3. képlet)

ahol

ZW a kerék anyaga; ZL a kenőanyag; Zv a sebesség; ZR a felületi érdesség; ZX a fog mérete; SHmin biztonsági tényező;

A σHlim fogaskerék anyag kifáradási határát szabványos körülmények között lefolytatott fogaskerék fárasztó kísérletekkel határozzák meg. Megfelelő a fogazat felszíni teherbírása, ha σH < σHP 5.2.

A fogtő teherbírás számítása

A fogra ható erő a fogtőben hajlító-, nyomó- és nyíró feszültséget ébreszt. A fogtörést előidéző legnagyobb húzófeszültséget a hajlító- és a nyomó feszültségből határozzák meg. A kapcsolódás folyamán a hajlítás karja folyamatosan változik, a fogra ható erő is változik az egy fogpár és a több fogpár kapcsolódás szakaszai

78


között. A fogtő feszültség számításának egyszerűsítése érdekében ezért a hajlító feszültséget úgy számítják, hogy a fogerő a fejélen hat, a hajlítás karját a fogalak ismeretében határozzák meg, és a profil-kapcsolószám alapján átszámítják a hajlító feszültséget az egyedi kapcsolódás szélső pontjára. A fogtő feszültséggyűjtő hatását az ébredő feszültség számításánál figyelembe kell venni. A névleges fogtő feszültség a következőképpen alakul: (4. képlet)

ahol

YF: fogalak tényező Yε kapcsolószám tényező Yβ fogferdeség tényező YSa feszültség koncentrációs tényező A mértékadó fogtő feszültség: (5. képlet)

Az adott fogra megengedett fogtő feszültség értéke: (6. képlet)

Ahol a σFlim fogtő kifáradási határ, amelynek értékét szabványos körülmények között végzett fogaskerék fárasztó vizsgálatokkal határozzák meg. 6. Anyagkiválasztás Az előtervezés során három különböző anyagot választottam, majd azokkal méreteztem a fogaskerekeket, majd az optimálisat kiválasztva számoltam tovább. Gyártástechnológiailag a belső fogazatú kerék anyaga nemesített lehet csak, mivel a betétedzést a fog kimunkálása után nem tudják elvégezni. Így a belső fogazatú hengeres fogaskerék anyaga: 34CrNiMo6. A külső fogazatú hajtó és hajtott kerék háromféle anyaga, amire az előtervezést elvégeztem: Nemesített acél (nitridált): 42CrMo4 Betétben edzett acél: 16MnCr5 18CrNiMo7-6 6.1.

Előtervezés összefoglalása

Az előtervezésben számolt értékeket a 1. táblázat foglalja össze. ANYAG A fogtő kifáradás határa - σFlim Niemann féle anyag tényező - K* Minimális tengelytáv - awmin Választott tengelytáv - aw Minimális modul - mmin Szabványos modul - m Belső fogazatú kerék fogszáma - Z2 Hajtó kerék fogszáma - Z1 Választott áttétel - i1 Tényleges áttétel - i1tényl Áttételek eltérése

42CrMo4 370 MPa 1,8 MPa 99,301 mm 100 mm 1,76 mm 4 mm 83 33 2,5 2,515152 0,6%

16MnCr5 430 MPa 2,1 MPa 98,621 mm 100 mm 1,56 mm 5 mm 67 27 2,5 2,481481 -0,7%

18CrNiMo7-6 500 MPa 2,1 MPa 90,696 mm 100 mm 1,83 mm 2 mm 167 67 2,5 2,492537 -0,3%

79

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2014. Géptervezők és Termékfejlesztők XXX. Szemináriuma 2014. november 6-7. Tényleges kapcsolószög - αwtényl Szélesség viszony - b/d1 Minimális szélesség - bmin

20° 0,8 105,9 mm

20° 0,7 92 mm

20° 0,9 108,8 mm

1. táblázat Anyagkiválasztás összefoglalása

A táblázatban látható hogy a rögzített értékem a választott tengelytáv és ez adja az összehasonlítási alapot is. Az 1. táblázat értékeinek kiértékelése után a további számításokat a 16MnCr jelű anyaggal végeztem, mert a 3 anyag közül a 2. anyagnak a legkisebb a b fogaskerék szélessége. Jelen tervezésben a fogaskerék szélesség egy fontos tényező a beépítés szempontjából, így ezt a 16MnCr5 anyaggal tudtam elérni. 7. A fogaskerékpár geometriai méreteinek meghatározása Az 1:1-es áttétel miatt a hajtó és a hajtott kerék teljesen azonos. Ez azt jelenti, hogy mind a fogszáma, a modulja, a gördülőkörének -, a fejkörének -, lábkörének átmérője, profileltolása, az elemi tengelytávja, a választott tengelytávja, a kerületi sebessége és a kapcsolószöge azonos. Így a fogaskerékpár geometriai méretezésében az 1-es és 3-as indexelést azonosnak tekintettem. 7.1.

A belső fogazatú kerék gyártása

Többféle eljárás létezik belső fogazatú fogaskerekek gyártására. Létezik a metszőkerekes gyártás, amikor egy fogaskerék alakú szerszám alternáló mozgása munkálja ki a belső fogazatot. A munkadarab és a metszőkerék tengelyei párhuzamosak. Gyártáskor a két kerék úgy forog, hogy gördülőköreik csúszásmentesen gördülnek le egymáson. Forgácsolás közben se a szerszám, se a munkadarab nem forog, a kismértékű elfordulást a szerszám visszatérő mozgása közben végzi.

5. ábra Metszőkerékkel való megmunkálás

7.2.

A belső fogazatú fogaskerék méretei

A belső fogazat méreteit nem lehet függetleníteni a gyártási eljárástól. Metszőkerekes megmunkálás esetén két kapcsolódást kell vizsgálni: a szerszám és a belső fogazatú kerék, valamint a belső kapcsolódású hajtópár kapcsolatát. A geometriai méretek meghatározásához tehát szükségünk van metszőkerék következő adataira: x0 - profileltolás tényező, z0 - fogszám és da0 - fejkör átmérő

80


Az MSZ KGST 278-76 szabvány alapján harang alakú metszőkeréket választottam. 100 mm-es névleges osztókör átmérőjű metszőkerék méretei: x0=0,3 mm, z0=20, da0=112,5 Ennek ismeretében meghatározhatjuk a αc gyártási kapcsolószöget, ac gyártási tengelytávot. Ha ezeket ismerem, ki tudom számítani a fogaskerekek geometriai méreteit. A belső fogazatú kerék gyártásakor a metszőkereket úgy kell beállítani, hogy teljesüljön a 7. képlet..

(7. képlet)

Ha az egyenletet rendezem és αc ismeretlenre redukálom, rájövök, hogy nem tudok egyértelmű megoldást megadni, így valamilyen numerikus közelítő módszert kell használnom. 8. ELLENŐRZÉSI LÉPÉSEK 8.1.

Belső fogtő-interferencia

A belső fogtő-interferencia a külső fogazatú kerék fogtöve és a belső fogazatú kerék fogfeje kapcsolási pontjában fellépő rendellenesség, amit a 6. ábra mutat.

6. ábra Belső fogtő interferencia kritériuma

Az interferencia akkor lép fel, ha a kiskeréken a kapcsolási pont nem az evolvens profilhoz tartozik, hanem a fogtőgörbéhez. (8. képlet)

Látható, hogy most belső fogtő-interferencia lép fel. Az interferencia megszüntethető a belső fogazatú kerék fejkör átmérőjének lemunkálásával, vagyis a fejkör átmérő növelésével. Ezután a változtatás után újra ellenőriznem kell a kapcsolószámot. Tehát a feltétel teljesül, nincs veszélye a belső fogtő interferenciának most már. 8.2.

Evolvens-interferencia

Az evolvens-interferencia jelensége abban az esetben lép fel a belső kapcsolódáskor, ha az ra2 nagyobb az rb2 sugárnál. Ennek a vizsgálatára azonban

81


nincs szükség, ha a belső fogtő-interferencia nem lép fel, mert a kiskerék határkörén belül nem kapcsolódhat a fogaskerékpár. 8.3.

Külső fogtő interferencia

Hasonlóképpen el kell kerülni a külső fogtő-interferenciát a belső fogazatú nagykerék fogtövénél is. Ez az interferencia nem lép fel, ha (9. képlet)

Tehát nincs külső fogtő-interferencia. 8.4. Fogfej interferencia A fogfej interferencia vagy fogakadás akkor áll elő, ha nagyon kicsi a fogszámkülönbség. Ez a kapcsolat károsító rendellenessége, amit ki kell küszöbölni, mert a fogak a kapcsoló egyenesen kívül ütköznek, ami roncsolódáshoz vezet. Fogfej-interferencia nem lép fel akkor, ha (10. képlet)

Tehát nincs veszélye a fogfej interferenciának. 8.5.

Fogfejlemetszés

A fogfej interferenciához hasonló interferencia a fogfejlemetszés. A fogfejlemetszés akkor lép fel ha z2-z0 fogszámkülönbség kicsi. Ha ez a fajta fogfej interferencia az előállításkor fellép, akkor a metszőkerék a belsőfogazatnak mindegyik fogán a fejprofilok egy részét sorra lemetszi. Ennek az interferenciának a vizsgálatához a fogfej interferencia előbbi képleteit a metszőkerék és az előállítás adataira vonatkoztatjuk. (11. képlet)

Tehát nincs veszélye a fogfejlemetszésnek. 8.6.

Előtolási interferencia

Kis z2-z0 fogszámkülönbség esetén a belső fogazat megmunkálásakor még az előtolási interferencia is felléphet, ami úgy keletkezik, hogy a metszőkerék fogai a kerékbe való behatolás közben, valamint a visszalöketek közben, amikor a metszőkerék kissé eltávolodik a belső fogazattól, a belső fogazat néhány fogán a fejprofilt lemetszi. A belső fogazat αa2 - ηa2 és χ - ηa2 határ közötti néhány tetszőleges φ2 elfordulás szögéből indulunk ki (4-5 db szöget veszünk fel).

82


A kiszámított értékek ismeretében a két határérték, ami között felvehetjük a φ2 értéket 13,91°-10,71°. Látható a kis szögeltérésből adódóan, illetve hogy a alsó határ a felső határ lett, biztosan nem fog fellépni előtolási interferencia. 8.7.

Előállítási interferencia

Az előállítási interferenciát meg kell vizsgálni, ha belső fogazatot olyan kis fogszámú metszőkerékkel fogazzuk, amelyet nem fogasléc alakú szerszámmal lefejtve készítettek és amelynek az evolvens profilja metszőkerék előállítása során egészen az alapköréig elkészült. Ha viszont olyan metszőkerékkel fogazunk, amelynek a fogazatát fogasléc alakú szerszámmal lefejtve készítették, akkor nem az evolvens kezdőpontja, hanem a metszőkerék fogtőgörbéjének a határpontja mértékadó a belső fogazat előállítási interferenciája szempontjából. Tehát teljesülni kell a következő összefüggésnek: (12. képlet)

Tehát nincs előállítási interferencia. 9. Szilárdsági ellenőrzés A meghatározott számítások és elv alapján, a meghatározott geometriai méretekkel vissza kell számolni ellenőrzés céljából a szilárdsági számításokat. Így meghatározhatók a ténylegesen ébredő feszültségek. 9.1.1. Kigödrösödést elkerülő biztonsági tényező meghatározása A 3. képletet rendezve és behelyettesítve megkapjuk a kigödrösödést elkerülő biztonsági tényezőt. A biztonsági tényezőt mindkét anyagra számítani kell.

(13. képlet)

SH1>1 és SH2>1 ezért megfelel. 9.2.

A fogtörést elkerülő biztonsági tényező meghatározása

A tényezők ismeretében a feszültség értéke a következő:

(14. képlet)

83


A fogtő törésének a veszélye nem áll fent,mert SF>1 9.3.

Tervezés összefoglalása

A két tengelytáv meghatározása után származtatni tudom a portáltávolságot, amit a 7. ábra szemléltet. Jelen helyzetben az 1:1 áttétel miatt, a hajtó és a hajtott kerék fogszáma megegyezik.

7. ábra Portáltávolság

A kiválasztott offroad terepjáró hasmagasságát, adott fordulatszám és teljesítmény mellett, 20 cm magasságba tudom megnövelni ezzel a plusz portálhajtóművel. 10. Felhasznált Irodalom [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13]

BERCSEY, T.; DÖBRÖCZÖNI, Á.; DUPCSÁK, ZS.; HORÁK, P.; KAMONDI, L.; PÉTER, J.; SCHOLTZ, P.: Új termék kifejlesztése és bevezetése, a piacra vitel ideje és az azt meg-határozó tényezők, PHARE TDQM, Miskolc, 1997. KAMONDI, L.: Tervezéselmélet, Phare HU0008-02, Miskolc 2003. HANSEN, F.: A módszeres géptervezés. Műszaki Könyvkiadó. 1969. Dr. Lévai Zoltán - Gépjárművek szerkezettana Tankönyvkiadó, 1978 Dr. Erney György - Fogaskerekek, Műszaki Könyvkiadó 1983 Ungár Tamás – Vida András : Segédlet a gépelemek I. – II. kötetéhez Dr. Szendrő Péter, Dr. Szente József - Gépelemek, Egyenes fogú belső fogazatú hengeres kerekek, fogaskerék-bolygóművek 2007 Dr. Zsári Árpád - Gépelemek II. - 2. kötet, Tankönyvkiadó, Budapest 1991 Bárány János - Többfogméret, foghúrméret és csapméret számítása, Műszaki Könyvkiadó, Budapest 1972 Dr. Erney György - Belsőfogazású hengeres kerekek elmélete és tervezése, Felsőoktatási Jegyzetellátó Vállalat, Budapest 1954 Dr. Terplán Zénó - Gépelemek II, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest 1984 Botka Imre - Erney György - Fogaskerékpárok méretezése 1. kötet, Akadémiai Kiadó, Budapest 1973 Vörös Imre - Fogaskerekek fogalakjai és fogalaktényezői a fogtőszilárdság méretezésének, Akadémiai Kiadó, Budapest 1968


84


Elektromos kéziszerszám fejlesztése

Rajna Balázs, Drágár Zsuzsa ipari termék-és formatervező mérnök hallgató, tanársegéd

Bevezetés

Napjainkra már-már minden háztartásban előfordulhat legalább egy elektromos kéziszerszám. A kéziszerszámok családja rendkívül tág, amely magába foglalja a konyhai eszközöket, vagy akár a fa, illetve fém megmunkálására alkalmazott termékeket is. A kéziszerszámoknak rendkívül sokféle igényt kell kielégíteniük, mely piaci versenyre készteti a terméket gyártó és tervező vállalatokat. E verseny eredménye, hogy a meglévő piac túlterhelt, zsúfolt és kevésbé átlátható egy átlag vásárló számára. E cikk a készülő szakdolgozatom fő témájával foglalkozik, amely egy elektromos fúró- és csavarozó gép fejlesztési lehetőségének koncepcióját mutatja be. Szakdolgozatom leginkább az elektromos fúró és csavarozó eszközöket mutatja be, és a meglévő technológiai háttér alkalmazásával próbál elindulni az eszköz fejlesztésében. A fejlesztés első szempontja, hogy nem szakember számára is érthető és könnyen alkalmazható legyen. A termék a feladat kiírásának megfelelően kell, hogy működjön, és a kiírás elvárásainak meg kell felelnie. A fejlesztés kiterjedése leginkább a fúrást könnyítő mechanizmusban mutatkozik meg. Lényeges szempont, hogy laikus ember számára is könnyen alkalmazható legyen. A fúrást segítő mechanizmust leginkább lineáris motor beépítéssel szeretném megoldani, amely egyfajta sínként funkcionál. A beépített motor lehetőséget nyújt a kezdő vagy hobby felhasználók számára a megfelelő és precíz furat vagy csavarkötés megvalósításában. A szakdolgozatban a kutatás célja egy vagy akár több megoldás variáció felállítása a lineáris motor beépítésének lehetőségéről. További feladatok a költséghatékonyság szempontjából elvégzendő vizsgálatok, és az anyag felhasználási kritériumok keretén belüli megoldásvázlatok kidolgozása, számítása. Az anyag felhasználhatósági kritérium felállítása fontos elve a tervezői folyamatnak, illetve a dolgozatnak. Lényeges a termék környezetre való hatásainak csökkentése, és annak újra felhasználhatóságának biztosítása. A tervezői folyamat kezdetén a tervezőnek rálátása kell, hogy legyen az általa tervezett vagy javasolt termék környezetre gyakorolt hatásáról. Ez megnyilvánulhat akár a felhasznált anyagokban vagy a gyártási folyamatban is. A környezettudatos tervezés fő irányelve, hogy kialakítson egy konstans kört, ahol a termék születése és annak élettartamának befejezte után a termék ne kerüljön ki a körforgásból, hanem minimális energia ráfordítással és plusz anyagok felhasználásával a termék

85


újrahasznosított státuszt érjen el. A tervezés lényege, hogy a már újrahasznosított termékekből állítsunk elő olyan terméket, amely ugyanazt a teljesítményt nyújtja, mint annak elődje, azzal a nagy különbséggel, hogy részt vesz az újrahasznosítási ciklusban.

A szakdolgozat fő célja

A feladat alappillére, hogy egy olyan plusz lehetőséget építsek egy közönséges elektromos fúróba, amely érdekessé és figyelemfelkeltővé teszi azt, valamint a plusz lehetőséget kihasználva jobb és pontosabb munkavégzést biztosítson. Egy lineáris motor beépítésével a közönséges kézi fúró átalakítható egy lineáris mozgást végző kézi szerszámmá, amely minden esetben a sík felületre képes merőlegesen, állandó sebességgel elmozdulni, így precíz furatot, illetve kötést biztosítani. A beépített mechanizmus egy munkavégzési lehetőség, így nem szükséges az állandó használata. A mechanizmus megkönnyíti a kevésbé tapasztalt felhasználó számára egy megfelelő és könnyen kivitelezhető furat vagy kötés létrehozását. [1] A szakdolgozat feladatkiírásában szereplő fontosabb pontok

A feladat megnevezése: Elektromos kéziszerszám fúrásminőségének javítása beépített orsós hajtás alkalmazásával. A feladat lényeges szempontjai: − − − − −

A termék kereslete a piacon. Célcsoport meghatározása. Újrahasznosított illetve újrahasznosítható anyagok használata. Környezetbarát csomagolás. Környezetbarát kialakítás, lehetőség szerint újrahasznosított, újrahasznosítható anyagok felhasználása. − Technológiailag megvalósítható tervezés.

vagy

A mozgató mechanizmus meghatározása: − Mozgatóorsó megvalósításával. A mozgatóorsó elvi felépítésének lehetőségei: − golyósorsó, − trapézmenetes orsó.

86


Kutatás

Egy tervező életében meghatározó szerepet tölthet be a megfelelő piac feltérképezése. A piackutatás alatt a mérnök, tervező rálátást nyerhet a már meglévő termékek kialakítására, technológiai fejlettségükre és az esetleges hibáikra. Az alapos kutatás a tervezés és a fejlesztés alapja, hiszen e nélkül a tervező nem tudná versenyképessé tenni a termékét. A piackutatás előrehaladtával különböző termékeket, termékcsaládokat ismertem meg, úgy mint egy megfelelő akkumulátor, burkolat vagy esztétikai megjelenés. A piackutatást egy olyan összefoglaló részként definiálnám, amely különböző területen használt termékeket, azok kialakítását tartalmazza, valamint a kutatással párhuzamosan megjelenő szabadalomkutatást is. A szabadalomkutatás szintén fontos terület a tervezés során. Egy tervező munkájának folyamán ki kell térnie a már meglévő és hatályos szabadalmakra. A szabadalom pontos meghatározását a 2013.évi V. törvény a magyar Polgári Törvénykönyvünk tartalmazza, amely a következő: „A szabadalom a feltaláló találmányának jogosultságára és kizárólagos hasznosítására vonatkozó jog, melynek a birtokában a jogbirtokos, szabadalmas bárkivel szemben felléphet, aki az általa megalkotott terméket, tárgyat bármely módon hasznosítja. Minden olyan műszaki megoldást, melyet a szabadalmi hivatal oltalom alá vesz, találmánynak hívnak.” [2]

Koncepcionális tervezés

A piackutatás és a szabadalomkutatás után első tervezői lépés a koncepcionális tervezés. A koncepcionális tervezés magába foglalja az adott termék fő alkotóinak funkcióelemzését, és annak komplett funkcióábráját. Tartalmazza továbbá a terméket alkotó gépelemek kinematikai ábráját, amely segít a gépészeti megoldás szemléltetésében. A kinematikai ábrázolás olyan kapcsolási rajz vagy rajzvázlat, amely jelképek felhasználásával mutatja be az adott gépelemek kapcsolatát, mozgásviszonyát. A következőkben szemléltetett kinematikai ábrák olyan elvi vázlatok, amelyek bemutatják, hogy különböző megoldások vezethetnek ugyanazon munkavégzéshez. A példákban szereplő ábrákon kívül további megoldások is alkalmazhatók, mint például.: szíjhajtás, csigakerék, stb.

87


1.Ábra Vízszintes motorbeépítés

2.Ábra Függőleges motorbeépítés

A kinematikai ábrázolás után következhet a funkcióábra ismertetése. A funkcióábra szintén szemléltetésre alkalmas eljárás, melynek segítségével a termék teljes kapcsolati hálóját felírhatjuk. A funkcióábrák leegyszerűsítik a termék bonyolult működését, és egy átlátható tiszta képek kapunk egy-egy elem fontosságáról, vagy akár annak kikerülési lehetőségéről. A 3.ábrán látható funkcióábra jól szemlélteti a tervezett mechanizmus elhelyezését a folyamatban. Az áramforrásból szolgáltatott feszültség az első kapcsolóhoz jut, ahol különböző irányba indulhat el. A kapcsoló továbbíthatja a feszültséget az előremozgó vagy a visszamozgó funkcióhoz, de akár a mozgás nélküli munkavégzést is elláthatja. Az előre és vissza mozgást a másodlagos motor teszi lehetővé, amely egy fogaskerékhajtás segítségével mozgatott orsós hajtásban végződik. Az orsó forgási iránya befolyásolja a fúrás irányát. Az anyára rögzített burkolaton van rögzítve a szán, amely képes elmozdítani az elsődleges villamosmotort, amely a fúrást vagy csavarást biztosítja.

88


3.Ábra Funkcióábra bemutatás

89


Működési elv Az előzőekben említett és szemléltetett funkcióábra és kinematikai vázlatok alapján értelmezni tudjuk a termék tervezett működését. A termékkel kapcsolatos vezérgondolat, hogy munkavégzés közben a munkavégző terület lineáris irányban el tudjon mozdulni viszonylag kis sebességgel, így javítva a furat minőségét. Ennek a kiegészítő funkciónak a megvalósításához láttunk néhány példát, amelyet a műszaki gyakorlatban, gyártásban egyaránt használnak. A termék működésének alapja a mozgatóorsó, amely lehetővé teszi a lineáris elmozdulást. A lineáris motorokat rendkívül sok területen használják, mint pl.: elektronikai lapok gyártása, ágymozgató és különböző mozgató elemek alkalmazásakor. A mozgatóorsót jelen esetben is elmozdulás céljából alkalmazzuk. Azonban ahhoz, hogy az elmozdulás a megfelelő módon működjön, meg kell változtatnunk az orsó alaphelyzetét. Mivel az orsó behúzott állapotban van kezdő pozícióban, úgy ennek az ellentettjét kell vennünk alaphelyzetnek. Tehát az orsó kezdő pozíciója a kitolt helyzet, mivel az elmozdulást az orsó húzással érheti el. A következőkben bemutatott képekben ezt az elképzelést szemléltetem.

1.Kép Orsó alaphelyzete

A bemutatott 1.Kép-en jól látható az orsó helyzetének kialakítása. Mivel a terméknek előmozgást kell végeznie, így konstrukciós okokból az előzőekben bemutatott helyzetben kell beépíteni. Mivel a másodlagos villanymotornak a markolat és a ravasz ( 1-es kapcsoló) területén nincsen megfelelő pozíciója, így a kialakítását a nyomatékkar felé szükséges elvégezni, melynek formai megjelenését az 1.Kép szemlélteti.

90


A következő néhány képen szemléltetem az orsó elmozdulását, amelynek szánjára rögzített burkolatban szerepel az elsődleges villamosmotor, mely a munkavégzésért felelős. Így mikor az orsó elmozdul, vele együtt mozdul a fúró mozgást végző test is.

2.Kép Orsó alaphelyzete, mozgás bemutatása

3.Kép Orsó véghelyzete, mozgás bemutatása

Az elmozdulás szemléltetése céljából készítettem egy egyszerűsített modellt, mely bemutatja a tervezett munkafolyamatot. Ez látható a 4.Képen.

91


4.Kép Elmozdulás szemléltetése

Design A következőkben szabadkézi vázlatok segítségével mutatok be néhány olyan részletet, melyet fontosnak tartok. Mivel a terméknek konkrét végleges formaterve még nem született meg, így ezt vázlatok segítségével próbálom bemutatni. Lényeges szempont, hogy a motor (motorok) kellő szellőzést kapjon, így nagy hangsúlyt kell fektetni a megfelelő szellőzés biztosítására. Továbbá a ravasz (kapcsoló), markolat kialakítására is ergonómiai szabályok vonatkoznak, amelyek biztosítják a megfelelő használatot. A következő képek bemutatják a kezdeti formavilágot, majd továbbhaladva eljutunk a jelenlegi formatervhez.

5.Kép Első szabadkézi vázlat

92


6.Kép Szabadkézi vázlatok és az aktuális formaterv

93


A termékhez logót és arculattervet készítettem, amely tartalmazza a logó különböző megjelenítési formáit és méreteit. A logó a következő:

7.Kép Logó bemutatása

Jövőbeli terveim A fennmaradó időben a termék végső 3 dimenziós modelljét tervezem elkészíteni, valamint a szükséges számításokat fogom elvégezni, amely többek között a fogaskerékhajtásra vonatkozik. További terveim, hogy a termék burkolatának negatívját is megmodellezzem, így a fröccsöntő szerszámot is megmutathatom. Irodalomjegyzék [1]

Dr. Kamondi László - Terméktervezés módszertana, előadásvázlat

[2]

2013.évi V. törvény, Magyar Polgári Törvénykönyv

[3]

Dr.Terplán Zénó: Gépelemek I.-II., Nemzeti Tankönyvkiadó

[4]

Dr. Szente József - Bihari Zoltán: Interaktív mérnöki kommunikáció és a tervezést támogató CAD rendszerek. Elektronikus tankönyv. 2011. p. 107. www.tankonyvtar.hu/hu

[5]

Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p.


94


Offroad-terepjáró portáltengelyének vizsgálata

Rózsavölgyi Péter géptervező szakirány Benyó Klára mérnöktanár Dr. Kakuk József fejlesztési osztályvezető 1. Bevezetés A portáltengelyek hozzájárulnak mindennapi életünk megkönnyítéséhez. Főként az alacsony padlós autóbuszok, hétköznapi terepjárók, tehergépjárművek, valamint az off-road terepjárók körében használatosak. A portáltengely oly módon van kialakítva, hogy a féltengely tengelyvonala a keréktengely tengelyvonalához képest eltoltan helyezkedik el. Ezt az eltolást nevezik portáltávolságnak, melyet az ún. portálhajtómű tesz lehetővé. Így a portáltengellyel felszerelt járművek hasmagassága növelhető vagy csökkenthető igényektől függően. Egy alacsony padlós autóbusz esetében az alacsonyabb hasmagasság, míg egy off-road terepjáró esetében magasabb hasmagasság elérése a cél. A portáltengely főbb részei: − differenciálmű − féltengely − portálhajtómű − keréktengely Az off-road terepjáró portáltengelyének kialakításához vizsgálni kell a portáltengelyt terhelő erőket, nyomatékokat. Ehhez azonban a portálhajtómű vizsgálata elengedhetetlen, mivel a hajtóművel elérhető portáltávolság nagymértékben befolyásolja a tengely kialakítását. 2. Szabadalomkutatás és piackutatás 2.1.

Szabadalomkutatás 1

A portáltengely egy kiviteli példáját a DE–PS 30 27 806 számú szabadalmi leírás ismerteti. A portáltengelyeknél a féltengelyek (5) a keréktengelyekhez (7) képest adott távolsággal eltoltan vannak elrendezve. Egy lefelé történő tengelyeltolás alacsonyabb rakfelületet vagy padlószintet tesz lehetővé. A helyi érdekű és városi autóbuszoknál egy minél alacsonyabb padlómagasság kívánatos annak érdekében, hogy az utasok számára kényelmes és gyors ki- és beszállás váljon lehetővé. Az 1. ábra a fogaskerekek elrendezését mutatja. 1

Forrás: Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala - http://www.sztnh.gov.hu/

95


1. ábra

2.2.

Piackutatás

2.2.1. Tibus Offroad Ltd & Co KG 2 A Tibus Offroad németországi vállalat off-road terepjárók építésével és fejlesztésével kezdte működését, portáltengelyekre fektetve a hangsúlyt. A vállalat által gyártott portálhajtóművet a 2. ábra szemlélteti. A vállalat két kiviteltű portálhajtóművet gyárt: − Áttétel: 1,6:1 − Áttétel: 1,16:1 A hajtómű nagyobb áttétele miatt a hajtásláncban szereplő többi elem (pl. differenciálmű) terhelése kisebb, mivel csak az utolsó lépésben történik a nyomatékváltás.

2. ábra

3. Koncepcionális tervezés A szabadalom - és piackutatás során feltárt funkciók alapján, több megoldásváltozat került felállításra, melyek rangsorolását súlyozásos értékelés alapján végeztem. A súlyozásos értékelés szempontjai: − Helyigény − Karbantarthatóság − Biztonság − Rögzíthetőség − Kiegészítő elemek elhelyezhetősége 2

http://www.killeraxles.com/

96


Az értékelés alapján a 3. ábra látható megoldásváltozat bizonyult a legjobbnak.

3. ábra

A megoldás lényege egy 4 fogaskerekes, lassító áttételű portálhajtómű. A differenciálműből érkező hajtás a féltengelyen át hajt egy fogaskereket, mely a hajtómű hajtó fogaskereke. Az előbbi fogaskerék szabadon lebegő és önközpontosító módon két ún. homlokkerékkel van kapcsolatban. A két homlokkerék mindegyike a fele hajtóteljesítményt viszi át a hajtómű hajtott kerekére, mely a jármű hajtását szolgálja. Mivel két fokozatban történik a nyomatékváltás, így a hajtómű a hajtásláncban a forgás irányát nem változtatja meg. A két azonos, közbenső homlokkerék előnye, hogy a terhelés jobban eloszlik a fogaskerekeken. További előnye, hogy marad hely a kisegítő berendezések, mint például a tárcsafék vagy a fékmunkahenger elhelyezésére. 4. Előtervezés 4.1.

Tervezés menete

A portálhajtómű tervezése egy adott motor maximális teljesítményére és az ahhoz tartozó fordulatszámra történik. Adott a portálhajtóművel megvalósítani kívánt áttétel, a sebességváltó legnagyobb áttétele, valamint a differenciálmű áttétele. Első lépésként különböző anyagokra elvégzett számítások alapján kiválasztottam a megfelelő anyagot, majd a kiválasztott anyaggal folytattam a méretezés további lépéseit. A cél, adott terhelési viszonyok mellett a hajtóművel elérhető portáltávolság meghatározása. Alapadatok: − Motor teljesítmény: P − Fordulatszám: n − Portálhajtómű áttétel: i − Sebességváltó legnagyobb áttétele: isvmax − Differenciálmű áttétele: idm − 4.2. Anyagkiválasztás [4],[7] Járműipari felhasználás révén követelmény a jelentős koptató igénybevétel mellett, a kifáradással és a dinamikus hatásokkal szembeni ellenállás.

97


Az anyaggal szemben támasztott követelmények: − kopásálló, kemény felületi réteg − szívós mag, a dinamikus hatásokkal szemben − kifáradással szembeni ellenállás Az adott követelményeknek a betétben edzhető acélok, valamint a króm-nikkelmolibdén ötvözésű nemesíthető acélok felelnek meg. A betétben edzhető acéloknál a nikkel-króm és a nikkel-króm-molibdén ötvözők akadályozzák a szemcsedurvulást, növelve így a mag szívósságát. A nemesíthető acélok esetében a nikkel növeli az átedzhető szelvényátmérőt, így fokozza az anyag szívósságát. A követelményeknek megfelelő anyagok: − 18CrNiMo7-6 − 30CrNiMo8 − 34CrNiMo6 A mérőszámok alapján végeztem el a fogaskerékpárok előzetes méretezési lépéseit. 4.3.

Előzetes számítások

A megoldásváltozat alapján két fokozatban történik a nyomatékváltás, így az adott áttételt a két közbenső áttétel együttesen adja. A hajtóművet egy gyorsító és egy lassító fokozatra osztottam, úgy hogy először a gyorsító, majd a lassító fokozat következik. A közbenső homlokkerék így kisebb terhelésnek van kitéve. Az előzetes számításokat a gyorsító fokozatra végeztem. Az eredményeket összehasonlítva választottam ki a megfelelő anyagot, amellyel a számításokat folytattam. Az előzetes számítások során meghatározásra kerülő értékek: − tengelytávolság − modul − hajtókerék gördülőkörének − hajtókerék és hajtott kerék sugara fogszáma − hajtott kerék gördülőkörének − elemi tengelytáv sugara − tényleges kapcsolószög − közös fogszélesség Az eredmények alapján az általam választott anyag a betétedzett acél:18CrNiMo7-6. 5. Gyorsító fokozat geometriai méretezése 5.1.

Relatív csúszásra való kiegyenlítés [5]

Az általános fogazatnál számolni kell a profileltolási tényezők összegével ( ), valamint annak szétosztásával a kapcsolódó kerekek között. A szétosztás számos módszer alapján végezhető, mint például: − a két kapcsolódó fogaskerék töve azonos szilárdságú legyen − a csúszási sebesség vagy a relatív csúszás a kapcsolódás szélső helyzeteiben azonos legyen − a fajlagos súrlódási teljesítmény a kapcsolódás szélső pontjaiban azonos legyen − a be- és kigördülés súrlódási munkája egyenlő legyen Kapcsolódás során a főpontban egyenlő evolvensívek gördülnek le egymáson. A főponton kívül különböző hosszúságú ívek, így ott a súrlódás következtében hő keletkezik. A megválasztását a szélső kapcsolódási pontokban kiegyenlített

98


relatív csúszások alapján választottam meg. A relatív csúszás megadja, hogy a fogprofil érintkezési helyén a csúszással megtett út hányszorosa a gördüléssel megtett útnak. A relatív csúszások kiegyenlítésével a működő fogmagasság elhelyezése véglegesnek tekinthető, az általános fogazat főméretei meghatározhatóak. 5.2.

A fogaskerékpár fő méretei

Az általános fogazat meghatározásra kerülő méretei: − gördülőkörök átmérői − lábkörök átmérői − osztókörök átmérői − alapkörök átmérői − fejkörök átmérői − profileltolási tényezők 5.3.

Gyorsító fokozat geometriai ellenőrzése

A fogaskerék méreteinek meghatározása után ellenőrzésre kerülnek: − fogaskerekek többfogmérete − alámetszés (gyártási interferencia) − kapcsolószám − fogfejvastagság 6. Lassító fokozat geometriai méretezése A lassító áttétel számításánál a következő értékek nem változhatnak: − közbenső homlokkerék fogszáma: − modul: − közös fogszélesség: − közbenső kerék gördülőkörének sugara: A 3. fejezetrészben leírt megoldásváltozat előnye, a szimmetrikus elrendezés miatt, hogy a közbenső fogaskerekek mindegyike a fele hajtóteljesítményt viszi át. A hajtómű fogaskerekei egymással szögsebességi kényszerkapcsolatban állnak, így a közbenső kerék szögsebessége, valamint terhelőnyomatéka meghatározható. A közbenső fogaskerék szögsebessége:

(1. képlet) A terhelőnyomaték:

(2. képlet) A számítások a gyorsító fokozatnak megfelelően történnek. Előzetesen a 4.3. fejezetrészben ismertetett értékek meghatározása, majd a relatív csúszásra való kiegyenlítés történik.

99


A korábbi kiegyenlítés miatt a második fogaskerék következő méretei már adottak: − fejmagasság: − profileltolási tényező: A relatív csúszás kiegyenlítéséhez a következő értékek szükségesek: − tényleges tengelytáv − hajtott kerék gördülőköre − működő kapcsolószög A fenti adatok ismeretében a kiegyenlítést visszafele szerkesztve végeztem el, hogy a hajtott kerék fejkörét és profileltolási tényezőjét meg tudjam határozni. Azonos közös fogmagasság és a relatív csúszásra megszerkesztve a kapcsolódást a harmadik kerék fejmagasságának értéke leolvasható. megválasztását a szélső kapcsolódási pontokban kiegyenlített relatív A csúszások alapján határoztam meg, melyet az 5.1. fejezetrészben ismertettem. Így hajtott kerék profileltolási tényezője:

(3. képlet) A harmadik kerék geometriai méreteinek meghatározása és geometriai ellenőrzése az 5.2 és 5.3 pontoknak megfelelően történik. 7. Fogaskerékpárok erőhatásai

4. ábra

A 4. ábra egy fogaskerékpár kapcsolódása során fellépő erőket szemlélteti. Ahol: : C főponton átmenő kerületi (tangenciális) erő : radiális erő : fog felületére merőlegesen ható normál fogerő Az fenti erőkre teljesül:

(4. képlet)

100


Esetemben a fogaskerekek térbeli helyzetét és a kapcsolódás során fellépő erőket az 5. ábra szemlélteti.

5. ábra

7.1. Gyorsító fokozat erőhatásai A tangenciális erő esetében a hajtóműbe bemenő nyomatéknak a felével számoltam, mivel a közbenső kerekek mindegyike a fele teljesítményt viszi át a harmadik kerékre. A fellépő tangenciális erő:

(5. képlet) A fellépő radiális erő: (6. képlet) A normál fogerő:

(7. képlet) A lassító fokozat erőhatásai is a fenti képletek alapján kerülnek meghatározásra. 8. Közbenső fogaskerék tengelyének méretezése A közbenső fogaskerék egyszerre két másik fogaskerékkel van kapcsolatban. Így a fogaskerékre és ezáltal a fogaskerék tengelyére, mind az első fogaskerékről, mind a harmadik fogaskerékről, terhelő erő adódik át. A tengely méretezéséhez a két másik fogaskerékről átadódó erők eredőjének meghatározása szükséges. Az erők

101


eredőjének kiszámításához rögzíteni kell a fogaskerekek térbeli helyzetét, mivel másmás térbeli helyzetek, más-más eredő erőt eredményeznének. Dolgozatomban az előzetes számítások és az elvárások alapján a portálhajtóművel optimálisan megvalósítható hasmagasság emelkedés 220 mm. E méret megkötésével a és erők meghatározásához a fogaskerekek térbeli helyzete kiadódik. Az komponenseiket írtam fel az x-y koordinátarendszerben, az 5. ábra látható merőleges szárú szögek segítségével. A tengelyt terhelő eredő erő meghatározásához egy, a tengelyen átmenő síkot kell definiálni, amelyen a normál fogerőket összegeztem. A választott sík az erő síkja. Az erő merőleges vetületét képezve a síkra és összegezve az erővel az eredő számolható, amely a tengely méretezéséhez szükséges. Tengely méretezése

8.1.

A 4.2 fejezetben leírtakhoz hasonlóan meghatározó az anyagnak a kifáradással és dinamikus hatással szembeni ellenállása. A választott anyag egy betétben edzhető acél. Anyagminőség: 20MnCr5. A tengelyre csavaró,- és hajlító igénybevétel hat. Szimmetrikus elrendezés esetén a nyíró igénybevételi,- és nyomatéki ábrát a 6. ábra ismerteti. Előfordulhat, hogy a két közbenső fogaskerék nem azonos terhelést kap, így az egyenetlen terheléseloszlás miatt az eredő erőnek 10 %-al növelt értékével számolok ( . A maximális hajlítónyomaték a fogaskeréknél terheli a tengelyt.

6. ábra

Az előméretezést csavarásra végeztem el, majd az átmérő megválasztása után a tengelyt összetett igénybevételre ellenőrzöm. A méretezés és ellenőrzés alapja: (8. képlet) −

: megengedhető feszültség

102


−

: redukált feszültség (9. képlet)

− n: biztonsági tényező A Huber-Mises-Hencky féle redukált feszültség:

8.2.

Tengely csapágyazása 3

(10. képlet)

A csapágyakat terhelő erőket a 6. ábra szemlélteti. Járműipari felhasználás révén az elvárt élettartam 15000 óra. A dinamikus alapterhelés, a maximális fordulatszám és az üzem jellege alapján hordógörgős csapágyat választottam. A hordógörgős csapágyak ott használhatók előnyösen, ahol lökésszerűen lépnek fel nagy radiális terhelések, mint esetemben a folyamatos fokozatváltás következtében. A gördülőelem – gördülőpályák vonalszerű érintkezése következtében a fajlagos terhelhetősége nagyobb, mint az egy ponton érintkező golyóscsapágyak esetében, valamint kismértékű axiális erő felvételére is alkalmasak. 9. Közbenső fogaskerék rögzítése [8] A nyomaték átvitelének céljából a fogaskereket rögzíteni kell, mind radiálisan, mind axiálisan, még akkor is, ha nem hat tengelyirányú erő. A fogaskerék rögzítést zsugorkötéssel oldottam meg, mely megvalósítja a nyomatékátvitelt, ugyanakkor tengelyirányú erőhatások felvételére alkalmas. 9.1.

Szilárd illesztésű kötés méretezése

Szilárd illesztésű kötés esetén nem szükségesek kötőelemek, nem kell hornyot marni sem a tengelybe, sem az agyba, valamint nem okoz elhúzódást és excentricitást sem. Az illeszkedő felületeken ébredő összeszorító erő nagy nyomatékok és erők átvitelére alkalmas súrlódásos kapcsolatot létesít, az alkatrészek illesztésekor azok alakváltozást szenvednek. A megoldásnak azonban vannak hátrányai: − az illeszkedő felületeket nagy méretpontossággal kell gyártani − a kötés hatására jelentősebb feszültségtorlódás alakul ki − fáradásos törés megakadályozására gondos tengelykialakítás szükséges A méretezéshez szükséges egyszerűsítő feltételezések: − a feszültség és a deformáció közti összefüggés lineáris − a külső és belső rész hossza azonos − a kapcsolódó elemek felülete tökéletes körhenger − a centrifugális erő elhanyagolható A nyomatékátvitelt a palástnyomás által létrehozott, a felületek közti súrlódási erő biztosítja. A szükséges palástnyomást az átvitt teljesítmény és fordulatszám határozza meg. A súrlódási erő nyomatéka egyensúly esetén megegyezik a 3

http://www.schaeffler.hu/

103


teljesítményből és szögsebességből származó terhelő nyomatékkal. Ezt követően meghatároztam az illeszkedő felületek közti legkisebb fedést, mely elegendő a szükséges palástnyomás eléréséhez. Hőmérsékletkülönbséggel szerelve, az alkatrészek tűrését, illesztését úgy kell megválasztani, hogy a legkisebb fedés (KF) egyenlő legyen a számított minimális fedéssel. A szilárd illesztés miatt a legnagyobb fedésnél ébredő feszültség nem haladhatja meg az adott anyagra megengedett értéket, így ezt ellenőrizni kell. 9.2.

Szerelés

A szilárd illesztésű kötés szerelhető hidegsajtolással, hőfokkülönbség alapján és olajnyomással. A hőfokkülönbséggel történő szerelésnél, az agy felmelegítésével kitágul és nagyobb lesz, mint a tengelyátmérő. Az agy lehűlés után rászorul a tengelyre, létrehozva így a zsugorkötést. A méretkülönbség a tengely hűtésével, vagy az agy melegítésével és tengely hűtésével is létrehozható. Így elkerülhető az agy túlzott magas hőmérsékletre való melegítése, amely kedvezőtlen anyagszerkezeti változásokat okozhat. Az agyat olyan hőmérsékletre kell hevíteni, hogy az alkatrészek erőhatás nélkül játékkal egymásba tolhatók legyenek. Irodalomjegyzék [1] Bercsey, T.; Döbröczöni, Á.; Dupcsák, Zs.; Horák, P.; Kamondi, L.; Kelemen. T.; Péter, J.; Tóth, J.: Terméktervezés és fejlesztés, PHARE TDQM, Budapest, 1997. [2] Kamondi, L.: Tervezéselmélet, Phare HU0008-02, Miskolc 2003. [3] Botka Imre - Erney György - Fogaskerékpárok méretezése 1. kötet, Akadémiai Kiadó, Budapest 1973 [4] Tisza, M.: Anyagkiválasztás, elektronikus jegyzet, Miskolci Egyetem, Mechanikai Technológiai Tanszék, 2009. [5] Dr. Terplán, Z.: Gépelemek II., Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2006. [6] Bihari Zoltán –SzenteJózsef: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet.Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése”CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006.p. 193. [7] Fenyvessy T.; Fuchs R.; Plósz A.: Műszaki táblázatok, Budapest, 2010 [8] Gépelemek elektronikus jegyzet, Széchenyi István Egyetem, Műszaki Tudományi Kar, 2013. [9] Vörös Imre - Fogaskerekek fogalakjai és fogalaktényezői a fogtőszilárdság méretezésének, Akadémiai Kiadó, Budapest 1968 Köszönetnyilvánítás A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

104


Az érmeprés gép borításának, arculatának tervezése, tervek készítése a préselendő érmék kialakítására

Rubecz Ilona Éva Ipari termék- és formatervező mérnök, hallgató Szakdolgozat készítése című tárgy keretein belül, olyan témát igyekeztem választani, amit a képességeimhez mértem megoldhatónak, és elképzeléseim alapján szimpatikusnak találtam. A választásom végül az ajándékérme készítő feladatra esett. Ebben láttam olyan lehetőséget, hogy az előző tanulmányaimat felhasználva egy érdekes, és dekoratív terméket tudok előállítani. Egészen visszanyúltam az érem készítésig, és annak előzményeihez a dombormű, és metszetekig. Mindezt azért, hogy egy átfogóbb képet adjak a technika, és művészetek e vonalának fejlődéséről. Korábbi tanulmányaimból adódóan alkalmam nyílt több szemszögből megvizsgálni egy ilyen témát. Mind művészi, mind géptervező vonalon. Összegyűjtöttem az érmeprés gép fő funkcióit, és a géppel szemben támasztott felhasználói, fenntartói és működtetői követelményeket, elvárásokat. Egy már megtervezett, de még nem legyártott prés gépet vizsgáltam meg, és használtam fel a dolgozatban. Ezt a gépet, egy korábbi hallgató tervezte, név szerint Lovrity Márk. A gép méreteihez igazodva, alakítottam a saját elképzeléseimet, tiszteletben tartva az előző tervező munkáját. A préselendő érmék tervezésekor a Gép- és Terméktervezési Intézethez kötődő személyeket, jubileumokat, rendezvényeket vettem alapul. Így alakítva ki alkalomhoz illő érmeket, melyeket ajándékba adhatunk. Történelmi kutatások Nehéz úgy neki állni egy munkának, ha nincs megfelelő történelmi és piackutatás az ember háta mögött. Ebben a szellemben fogtam neki a keresésnek. Foglalkoztam a rézmetszetekkel, a domborműkészítéssel, az első érmekkel, és az első kifejezetten emlékre szánt érmekkel. Rézmetszet A rézmetszet az egyik legrégebbi mélynyomású sokszorosító eljárás, melyet a 15. százat környékén előszeretettel alkalmaztak. Ez a technika úgy valósul meg, hogy a művész a sima rézlemezbe vésők segítségével mélyíti el a kívánt formát. A lenyomatán ezekben a mélyedésekben összegyűlt festéket láthatjuk.

105


A rézmetszet eredetét homály fedi. Semmi írásos, vagy tárgyi bizonyíték nincs arra vonatkozóan, hogy ki és mikor csinálta az első metszetet. Annyira enged következtetést a fent maradt dokumentumok, hogy bizonyára az ötvös műhelyekből indult útjára. A legrégibb évszámmal jelzett rézmetszet, Krisztus megkínoztatása, 1446-ból való a berlini metszetgyűjteményben. Ez persze nem bizonyítja azt, hogy korábban nem voltak ilyen metszetek. Ennek a technikának egyik legkiemelkedőbb alakja: Albrecht Dürer Németországának egyik legnagyszerűbb művésze, festő, grafikus. Számos rézmetszetet, könyvillusztrációt, portrét készített.

1. ábra Az Apokalipszis négy lovasa

Dombormű A dombormű (relief) olyan szobrászati alkotás, amelynek forma világa pár millimétertől pár centiig emelkedik ki az alapanyag síkjából. A kiemelkedés fokától függően lapos, fél- és magas domborművet különböztetünk meg. Anyaga mindaz lehet, amivel a szobrászat dolgozik. A dombormű faragások már egészen az őskorig visszanyúlnak. Számos helyen fellelhetőek épületek homlokzatán, templomok bejáratainál, emléktáblákon, érmeken. Az idők során rengeteget fejlődött, alakult. A mai értelemben vett reliefek szinte a legpontosabban adják vissza a valóságot, és már csak emlékplaketteken, érmeken találkozhatunk velük többségben, és a műemlékhelyeken. A szokványos készítési módot is felváltotta az újszerű CNC marógépekkel készített tömeggyártásra szánt domborművek. Így mondhatni veszített hajdani jellegzetességéből. Az érméken fellelhető domborműveket úgy nevezik, hogy veret.

106


2. ábra Donatello: Madonna és a gyermek

Első érmék A pénzérme jelentette több mint két évezreden keresztül a pénzt. A mai világban a pénzérme jelentősége csökkent, csak váltópénzként használjuk. A pénz anyaként a nemesfémeket választották, mert ezek megfeleltek bizonyos elvárásoknak, mint például: a hordozhatóság, a ritkaság, a tartósság. Az igények növekedése, és az hogy ezeket a fizető eszközöket naponta használták ösztönözte az embereket arra, hogy valamilyen egységes formát alakítsanak ki az érméknek. Ezzel megkönnyítve a használatát, eltüntetve a méréseket, ellenőrzéseket. Az első ilyen pénzérmék azonosítására a veret használt, melyből könnyen meghatározható volt az adott érem értéke.

3. ábra Az első érmék egyike: egyharmadsztatér Lüdiából (Kr. e. 560 körül).

Ahhoz, hogy 2008-ban Magyarországon egy érme törvényes fizetőeszköz legyen, a következőknek kell szerepelnie a fémdarabon: névérték, fizetőeszköz neve (forint felirat), évszám, verdejel (BP.) és a Magyar Köztársaság felirat. Enélkül csak emlékérméről beszélünk. Magyarországon a Magyar Pénzverő Zrt. hivatott a pénzeket verni és forgalmazni, ennek a cégnek a Magyar Nemzeti Bank a kizárólagos tulajdonosa. Pénzverési technikák Kézi pénzverés Egyik legrégebben ismert eljárás. Nevezhető akár kovácsolási technikának is. Itt még kezdetekben maga az üllőn helyezték el a mintázatot, amire ráhelyezhették a kis lapkát. Miután a lapka helyére került, egy kézi szerszámot helyeztek a tetejére, amin szintén lehetet mintázat, majd a szerszámot kalapáccsal megütve, a lapkába nyomta a mintázatot az üllőről, és a kézi szerszámról, ha volt rajta. Így alakulhatott ki, egy oldalú és kétoldalú veret. Azonban ez sok pontatlansághoz vezetet, melyet az idők során igyekeztek javítani. Hengeres pénzverés A XVII. században indult meg a pénzverés igazi gépesítése. Ennek egyik első változata a hengeres pénzverés, mely azért is kiemelkedően fontos a számomra, mert ez van a legközelebb a dolgozatom témájához.

107


Ez a gép úgy hozta létre az érmeket, hogy két egymás felett elhelyezkedő acélhenger közé csúsztatták a fémszalagot, az két hengerközt átpréselődve, a negatív formát kitöltve keletkezett, majd a szalagot darabolták. Csavaros préssel történő pénzverés A kézi pénzveréshez annyiban kötődik, hogy itt is eleinte az emberi izomerőt használják a veret előállítására. A csavarprés, közismert nevén golyósprés a centrifugális erőt alakítja át sajtolási energiává. A gép legfontosabb része, a függőlegesen elhelyezkedő tengely, melyen magas emelkedésű csavarorsó található. Ennek a tengelynek a megforgatására szolgál a rá kereszt irányban vízszintesen rögzített tengely, aminek két végén nagy (általában golyó formájú) súlyok vannak. Ezért nevezik a köznyelvben egyszerűen golyósprésnek. Kézi erővel meglendítik a súlyokat, az megpörgeti a tengelyt, és az ennek segítségével megmozgatott felső befogószerkezet, a benne lévő szerszámot rácsapja az alsó szerszámra helyezett lapkára. Ennek a gépnek születtek először gőzgéppel, majd elektromos motorral hajtott változatai, melyek a XIX. század első harmadáig egyeduralkodó gépek voltak a pénzverés területén. A Magyar Nemzeti Bank központi épületében található Látogató központban egy kisméretű kézzel üzemeltethető golyóspréssel lehet emlékvereteket készíteni. Könyökemeltyűs pénzverőgép 1811-1930-as évekig használták. Nagy hatékonysággal, kevés kézi munkával precíz veretek készítésére volt alkalmas. Különböző változatai elterjedtek az egész világon. Első ajándékérme Az ajándék érmék olyan érmék, melyeket valamilyen szerkezettel két henger közt kilapítják, és a hengeren lévő minta az érmébe nyomódik. Az első emlékérme préselő gépet az 1892-es Chicago-i világkiállításra tervezték. Ma az egész világon, így az összes földrészen működnek a turisták, érdeklődők által látogatott népszerű helyszíneken a hasonló elven működő berendezések. Az emlékérme készítő gép ma az idegenforgalom erősítését szolgáló elismert eszköz lett világszerte. Egy jól elhelyezett gép amellett hogy örökre szóló emléket képes adni a látogató számára, még egyfajta ékszeréül is szolgálhat a helyszínnek.

4. ábra 1893-es Chicago-i világkiállítás

Piackutatás Ezen gépek felkutatása nem volt egyszerű feladat. De rengeteg kisebb cég és

108


magánszemély foglalkozik ezeknek a gépeknek a gyártásával, beszerzésével. A gép kezelése rendkívül egyszerű és önmagában is szórakoztató, így nem csoda, hogy nagy szeretettel fogadja a közönség. Megjelenése, és különlegessége pedig emeli a hely színvonalát. A berendezést arra tervezték, hogy pénzérméből, vagy érméből egy hosszúkásra nyújtott ajándéktárgyat készítsen, amelyre a helyi látványosságok képének vésett nyomatát préselik. Néhány példán keresztül szeretném bemutatni ezeket a gépeket.

5. ábra Vasúttörténeti park

Ezen a gépen azt láthatjuk, hogy burkolata alul fém, ez szolgálja a védelmet a széf körül. Felül viszont az egész egy üveg vitrin kialakítást kapott, amire felragasztották a megfelelő használat érdekében fontos utasításokat, valamint a minták képeit, árat. Jól látszik ezen a képen, hogy a vitrin részben nagyon sok a kihasználatlan terület. Maga a szerkezet csak a lenti teret tölti be.

6. ábra Pár hagyományos megjelenés

109


Ezek a gépek a legelterjedtebb formákat mutatják be. Ezen kívül még a fentebb említette vitrines elgondolás is létezik. Azonban ezek formavilága és kialakítása inkább az egyszerűségre és a jól kezelhetőségre koncentráltak. Ezek mellett a feltételek mellett, szerintem sokkal szélesebb formaiságot is meglehetne jeleníteni. Úgy gondolom, hogy a présgépek kialakításai még bőven hordoznak magukban lehetőséget, és nem szükséges a ragaszkodás az eddig olyannyira megszokott formákhoz. Érmék célja Az érmék céljai bizony rendezvények, vagy helyszínekhez köthető idegenforgalmi látványosságot növelni kívánó emlék. Melynek legnagyobb élménye, hogy az érmét maga a látogató készíti el. Számos fajta és formavilágú érme létezik. Sokak már gyűjtésüket is úgy kezelik, mint a pénzérmekét. Az idővel az értékük is feljebb megy. Gépek elhelyezése Ezen gépek fő elhelyezési helyei, a különböző kulturális helyszínek, mint például, múzeumok, állatkertek, város nevezetességek, emlékhelyek, természetvédelmi látványosságok. Az ilyen területeken is többségében 2 féle elhelyezést különböztetünk meg. Kültéri és beltéri elhelyezést. A kültéri elhelyezés estében, sokkal gondosabban kell kezelni a burkolatot, mert kint a környezeti hatások is érik, amik károsíthatják a berendezést. A beltéri elhelyezés esetében viszont, már nem kell ennyire elővigyázatosnak lenni, hisz itt nem éri külső természeti hatás. De ennek ellenére itt is fontos a megfelelő védelem, a rozsda, a szú vagy más hatások végett. Érmeprés bemutatása Az érmeprés gép egy már korábbi hallgató munkája, amit most szeretnék bemutatni pár szóban. Egy olyan gép tervezése volt a feladata, ami egy körülbelül 20mm átmérőjű körszelvényű fémlap kilapítását biztosítja. Elvégezte a megfelelő számításokat, terheléseket is végzett, véges elemes programban.

7. ábra A présgép 3D-s modellje

Mint ahogy a modellen jól látható, egy fogaskerék hajtás segítségével mozgatja meg a nyomó hengert, mely az ellenhengert is mozgásba hozva kezdi meg a préselést.

110


A gép érdekessége az adagoló, aminek célja, hogy nyugalmi állapotban nem engedi a préselendő anyagot a két henger közé csúszni. Tekerés következtében a csap vissza tolódik egy rugó hatására, és leengedi az anyagot pontosan oda esve ahol a minta kezdődik. Gép működése A gép működése a következőképen zajlik: Bedobó nyíláson beejtjük az érmét, ami egy adagoló segítségével beesik a két tengely közé. Itt már a megfelelő helyzetben várják a tengelyek az érkező érmét. A használó a hajtókart meghajtva a fogaskerék áttételeken át a sajtoló tengely és az ellen tengely becsípi az érmét. Az érme a két tengely közt képlékenyen alak változik ( hő keletkezik), eközben a sajtoló henger felületére gravírozott minta belenyomódik az érmébe. Végül ovális alakú (egyik oldalán a mintával) érmét kapunk a kiadó nyíláson át. Saját koncepciók Saját koncepciókat az előírtaknak megfelelően alakítottam, terveztem. Burkolatnak próbáltam olyan terveket készíteni, melyek egyszerűséget tükröznek. Mivel az én terveimben nem szükséges a gépet pénzzel működtetni, így nincs szükség széfre, ami sokkal megkönnyíti a gépet. Ezért igyekeztem olyan talpazatot kitalálni, ami ezt a lehetőséget kihasználja.

111


8. ábra Saját tervek

Számos tervezés és ötletezés után, egy olyan formát választottam, mely valahogy mégis csak köthető a tanszékhez. Ez pedig a lentebb látható (9. ábra) burkolat, melynek alap ötlete a tanszék logójából született.

9. ábra Végleges forma

Körülbelül 1m 20 cm magasságot, 60cm szélességet tesz ki a burkolat maga, ez azért is fontos, mert a tervezés alatt azt is figyelembe vettem, h akár gyerekek is használhatják. Ezt a célt szolgálja a kerek kar is, ami szintén a hajtást könnyíti. Az üveg felületek betekintést nyújtanak a gépre akár működés közben is. Az oldalt lévő nyíláson keresztül érkezik meg az érme, amit a használó azonnal kivehet.

10. ábra 3D-s előtervek

112


Témaválasztás Az érméken feldolgozott témákat úgy választottam ki, hogy azok szoroson kapcsolódjanak a Intézethez. Így egyértelműen az első gondolataim közt szerepelt, az intézet logója. Majd tovább gondolva, olyan személyekre, és jubileumokra, rendezvényekre próbáltam koncentrálni, amik szintén köthetők az intézethez. Mint például: Terplán Zénó Olasz józsef Drobni József Fancsali József Szabaczky Károly Stb. Dr. Lendvay Pál MTA; GTE; IFToMM; MTESZ; OTKA Géptervezők és Termékfejlesztők Országos Szemináriuma Az itt felsoroltak közül próbáltam terveket készíteni. A sok lehetőség közül, végül a Géptervező szemináriumnak szeretnék egy kellemes megjelenésű, témáját hűen tükröző érmét készíteni. Ennek kidolgozása még tervezés alatt áll. Pár példa:

11. ábra Érme tervek

Szakdolgozom során, egy olyan gép megjelenését kell elérnem, mely a későbbiekben akár legyártható lehessen. Ezek a tervezések mind ezt a célt szolgálják. Munkám során számos segítséget kaptam a Gép- és Terméktervezési

113


Intézet dolgozóitól. Kiemelve: Dr. Szabó J. Ferenc, Dr. Döbröczöni Ádám Tanár Uraktól. Irodalomjegyzék [1] Lovrity Márk: Érmeprés tervezése [2] Zagyva László: Szobrászat elmélet jegyzet [3] Magyar érmekibocsátó Intézet www.ermekibocsato.hu [4] Bercsey, T. - Döbröczöni, Á. – Dubcsák, A. – Horák, P. – Kamondi, L. - Péter, J. – Kelemen, G.- Tóth, S.: Terméktervezés- és fejlesztés. 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 - 01/1350/E1 program támogatásával, pp: 1/262. [5] Sarka Ferenc, Dr. Szente József: Interaktivitás a tervezésben és a prototípusgyártásban. Elektronikus tankönyv. 2011. p. 49. www.tankonyvtar.hu/hu [6] Bihari Zoltán – Szente József: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006. p. 193. Köszönetnyilvánítás A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

114


HANGTOMPÍTÓK LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATA

Sebők Róbert, Dr. Bihari Zoltán BSC Géptervező szakirány, egyetemi adjunktus Bevezetés A robbanómotoros gépjárművek működési elvükből kifolyólag nagy zajjal járnak. Ez a zaj káros hatással lehet mind a környezetre és mind az emberekre. A kipufogó rendszerek nélkül egy átlagos gépkocsi zaja könnyedén meghaladhatja közvetlen környezetükben akár a 100 dB-t is, ami nem megengedhető. Ezeknek a zajoknak a csökkentését szolgálják a hangtompítók. Cél Jelen tanulmány célja egy olyan mérőberendezés kifejlesztése, amely segítségével meg lehet vizsgálni laboratóriumi körülmények között, több különböző hangtompítónak a hatását a zajcsökkenés és a nyomásesés szempontjából. A nyomáskülönbség mérés azért szükséges, hogy megállapítható legyen, hogy egy egyenes csőszakaszhoz képest, a beszerelt hangtompító egységnek hatására mekkora a nyomásveszteség. A zaj vizsgálata rámutat arra, hogy a különböző hangtompítók a különböző frekvenciákon milyen mértékben képesek csökkenteni a zajszintet. Éppen ezért a hangtompítókat mindig méretezni kell az éppen aktuális géphez és helyzethez, mivel nem mindegy, hogy milyen frekvenciájú zajt kell csökkenteni. Zaj A hang valamely rugalmas közegben terjedő, mechanikus rezgőrendszer által keltett hullám, ez a mechanikus közeg lehet levegő, folyadék és szilárd test. Az emberi érzékelés szempontjából legfontosabb a levegőben terjedő hang, mivel fülünkkel az ebben terjedő hullámok okozta nyomásingadozást észleljük. A zaj olyan különböző frekvenciájú és intenzitású hangok összessége, amely az emberek számára nem kívánatos.

115


A zaj mérése A zaj mérésére azért van szükség, mivel már egy átlagos hangtompító hatását is túl komplikált lenne számítással meghatározni, ezért sokkal egyszerűbb, eredményesebb és megbízhatóbb, ha a mérést választjuk a számolás helyett. Első közelítésben a legegyszerűbb esetet, egy egyszerű expanziós dobot érdemes megvizsgálni mind számítással, mind méréssel, ezután a mérési értékeket összevetni a számítás értékeivel. Ezzel igazolható az elmélet helyessége. Egy hangtompító hatásosságának vizsgálatát úgy lehet eredményesen mérni, ha a hangnyomásszintet, a frekvencia függvényében vizsgáljuk. A mérés összeállítását javasolt egy akusztikai laboratóriumban előkészíteni. Fontos megemlíteni, hogy az egyes vizsgálatoknál a mikrofont a kivezető cső nyílásától egy meghatározott távolságra és előre megszabott irányban kell elhelyezni. Erre azért van szükség hogy a mérések összehasonlításánál, az eltérést csakis a kicserélt hangtompító egységek közötti különbségek hatása okozhassa. Hangtompítók Hangtompítók felépítése: Zajforrás

-

cső

-

hangcsillapítás

-

cső

-

környezet

A hangtompító olyan különleges csatorna vagy cső, amely a hang terjedését gátolja és a levegő szabad átáramlását nem, vagy csak elenyésző mértékben akadályozza. A hatásos hangtompítónak 3 fő feltételt kell kielégítenie: 1. Az akusztikai feltétel: amely megszabja, hogy a hangtompítónak legalább mekkora zajcsökkenést kell elérni a frekvencia függvényében, és hogy a levegőáramlás keltette zaj maximum mekkora lehet. 2. Az áramlási feltétel: amely megadja, hogy a hangtompítóban fellépő nyomáscsökkenés legfeljebb mekkora lehet. 3. A geometriai feltétel: amely meghatározza, hogy ez a hangtompító maximálisan mekkora lehet és emellett meghatározhat alaki kötöttségeket is. Három fajta hangtompító különböztethető meg működési elv szerint: 1. Reflexiós azaz visszeverődéses hangtompítók; 2. Abszorpciós azaz elnyeléses hangtompítók; 3. Kombinált hangtompítók.

116


Általában a kombinált változatot szokás alkalmazni, mivel az esetek többségében így érhető el legkönnyebben a kívánt hatás.

Visszaverődéses hangtompítók

1. ábra Visszaverődéses hangtompítók

Ez a fajta megoldás reflexióval és interferenciával csillapítja a hangot, az ilyen típus általában hangcsillapításosnak nevezhető. A zajcsökkenést úgy éri el, hogy több kamrákból épül fel, amelyek valamilyen módon összekapcsolódnak, és az ezekben való átáramlás alatt zajlik le a reflexió. Jellemzően kis frekvenciájú hangok csökkentésére alkalmas. Az ilyen hangtompítókat szokás hangolni is, hogy megfelelő frekvenciánál megfelelő csillapítást érjünk el. Alkalmazásakor bizonyos esetben előfordulhat az úgynevezett rezonancia esete, amikor a hang frekvenciája megegyezik a hangtompító sajátrezgésének frekvenciájával, ennek értéke a geometriájától függ, ezen a frekvencián a csillapítás mértéke elhanyagolhatóan kicsi. Elnyeléses hangtompítók

2. ábra Elnyeléses hangtompítók

117


Ez a fajta megoldás hőenergiává alakítja a hangenergiát, ezt a típust jellemzően hangtompításosnak nevezzük. Ahhoz hogy ilyen hatást tudjunk elérni, úgy alakítjuk ki a hangtompítót, hogy a hang terjedése közben különböző akusztikai anyagokba csapódjon bele, amelyekben elnyelődhet, viszonyt ez a kialakítás az áramlást nem gátolja. Ennek egy példája látható a 2. ábrán, hogy a kipufogódob közepén egy perforált cső fut keresztül, amelyben az áramló közeg nagyobb ellenállás nélkül tud haladni, de a lyukakon a hanghullámok kifutnak a belső csőből az akusztikai anyagba. Fontos még ebben az esetben a cső perforációjának mértéke, aminek át kell lépnie egy körülbelül 40%-os határt aminek következtében, akusztikailag nem kell figyelembe venni. Az elnyeléses hangtompítók viszonylag szélessávú zajcsökkentő karakterisztikával rendelkeznek, a zajcsökkentés az akusztikai anyagtól függ leginkább. Általában olyan helyen használatos ahol folyamatos színképű zajt kell tompítani. Pár példa a kipufogóknál használt akusztikai anyagokra: •

Üveggyapot

•

Kőzetgyapot

Kombinált hangtompítók

3. ábra Kombinált hangtompítók

Vegyesen tartalmaz elnyelést és visszaverődést is a zaj csökkentése érdekében. Ez az elterjedt mivel könnyen megvalósítható és nagy frekvencia tartományban képes a hangtompításra.

118


Vizsgáló berendezés kialakítása Maga a szerkezet egy asztalra kerül, amelynek tetejét akusztikai anyag borítja úgy, hogy a kipufogót szimuláló rendszer bele tudjon ágyazódni és ne keltsen rezgéseket a tartó szerkezetben.

4. ábra A mérőberendezés vázlata

A Berendezés vázlata: 1.

Áramlás generáló egység

Az áramlást generáló egység feladata, hogy állandó nagyságú áramlást generáljon. Ezt az áramlást képes legyen egy csőbe leadni. Az áramlásból fakadóan egy széles spektrumú zaj keletkezik aminek a zajszint csökkenését figyelhetjük a különböző hangtompítók esetén. Ennek a megvalósítását egy turbina fogja biztosítani. 2.

Egyenes összekötő csőszakasz

Az egyenes összekötő csőszakasz feladata, hogy az előbbi egység által keltett hangot és áramlást továbbítsa a cserélhető egység felé, minél kevesebb veszteséggel. Mindemellett ki kell alakítani egy "U" csöves manométer egyik figyelni kívánt pontjának is a helyét ebben a csőben. 3.

Cserélhető egység

A cserélhető egység tulajdonképpen a vizsgálandő hangtompítók helyét jelöli ki. Fontos, hogy a többfajta hangtompító vizsgálatának segítése érdekében könnyen levehető legyen és a helyére felszerelhető legyen egy másfajta hangtompító. Először egy ventúri cső is felszerelésre kerül ebben az egységben, amelynek feladata a csőben kialakuló áramlási sebesség meghatározása. A ventúri csőre a továbbiakban már nem lesz szükség, mivel a keltett áramlás sebessége állandónak tekinthető.

119


4.

Kivezető nyílás

A hangtompítón keresztül, a teret besugárzó zajt és áramlást fogja továbbítani a környezet felé elhanyagolható mértékű veszteséggel. Ezen a szakaszon kerül rögzítésre a differenciál manométer másik kivezetése, amely a nyomásesés mérését hivatott megjeleníteni, mint az a 4. ábrán is látható. 5.

Hőmérséklet mérő A kiáramló levegő hőmérsékletét méri.

6.

Zajmérő Mikrofon és műszer amely képes mérni a tercsávonkénti A-hangnyomásszintet.

5. ábra A mérés összeállítása

Csőben történő áramlási sebesség mérése A legelterjedtebb sebességmérési lehetőségek csőben: • Rotaméteres sebességmérő; • Pitot-csöves sebességmérő; • Venturi csöves sebességmérő; • Mérőperemes/mérőtorkos sebességmérő. Esetemben a venturi csöves sebességmérőt fogom alkalmazni.

120


6. ábra Venturi cső

Hőmérsékletmérés Hőmérséklet mérésére alkalmas eszközök: • Üveghőmérők • Folyadéknyomásos hőmérők • Bimetál hőmérők • Ellenállás hőmérők • Infrasugaras hőmérők Egy hétköznapi üveghőmérő elegendő ehhez a feladathoz.

7. ábra Üveghőmérő

Zajszintmérés A zajmérésekhez bő választékban állnak rendelkezésre különböző műszerek. Alapvetően más és más feladatok más mérőműszert követelnek. Egy általános mérőműszer felépítése: Mikrofon -- erősítő és erősítésszabályzó -- szűrő -- adattároló -- szintmérő Ehhez a típusú méréshez olyan műszerre van szükség ami képes mérni a tercsávonkénti A-hangnyomásszintet a teljes hangfrekvenciás tartományban. Ennek eleget tesz egy B&K 2260-as mérőműszer. Az A-hangnyomásszint mérés: olyan hangnyomásszint mérés amikor A szűrőt használunk a mérőműszeren a mérés közben. Ezt a szűrőt akkor szokták használni hogyha a zaj erősségét az emberi szervezetre gyakorolt hatása szempontjából akarjuk megvizsgálni.

121


8. ábra B&K 2260 -as mérőműszer

Egyszerű expanziós dob átviteli vesztesége számítással A számításokat a (1.1) képlet a segítéségével végeztük. 1 ⎤ ⎡ 1 Dáv = 10 ⋅ lg ⎢1 + ( m − )2 ⋅ sin 2 ( k ⋅ l )⎥ m ⎣ 4 ⎦ A m= 1 A2 f c c = 20 ,08 ⋅ T k=

(1.1) (1.2) (1.3) (1.4)

ahol: Dáv – Átviteli veszteség [dB(A)], A1 – Kiinduló keresztmetszet [m2], A2 – Megnövekedett keresztmetszet [m2], m – Átmérőviszony [-], k – Hullámszám [m-1], f – frekvencia [Hz], c – terjedési sebesség [m/s], T – Áramló közeg kőmérséklete [K], A 9. ábra vonal diagramja mutatja az átviteli veszteséget átlagos körülményeknél (szobahőmérséklet, 300mm-es hossz, 0,5-ös átmérőviszony), jól megfigyelhető hogy szinusz hullámú görbe jelent meg ami azt jelenti hogy különböző frekvenciákon, különböző mértékű zajcsökkenés érhető el, ennek mértékét leolvashatjuk a diagramról. A másik három szalag diagram pedig azt mutatja be hogyha változtatásra kerül valamelyik képletbeli paraméter akkor az milyen hatással van zajcsökkenés mértékére. A hosszváltoztatást 0,2 métertől 0,4 méterig 0,05m-es léptékkel végeztük, aminek hatására folyamatosan beszűkűlt a szinuszhullám, tehát a hullámhossza lecsökkent. A hőmérsékletet 20°C-ról 220°C-ra 50°C-os léptékkel változtattuk, a hullámhossz láthatóan megnövekedett. Az átmérőviszony változtatás 0,9 től 0,5 ig 0,1-es léptékekkel, a hollámhosszt nem befolyásolta, viszont az amplitúdót jelentősen megnövelte.

122


9. ábra A számítási eredmények összegzése diagramokkal

Felhasznált irodalom [1] Bihari Zoltán, Tóbis Zsólt, Sarka Ferenc: Akusztikai és rezgéstani minősítés, Nemzeti tankönyvkiadó, Miskolc 2011. [2] Leo L. Beranek: Zajcsökkentés, Műszaki könyvkiadó, Budapest 1967. [3] Szentmártony Tibor: Zajtalanítás, Műszaki könyvkiadó, Budapest 1963. [4] Kováts Attila: Zaj és vibráció (3. átdolgozott rövidített kiadás), Miskolci Egyetem, Miskolc 2011. Köszönetnyilvánítás A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

123


124


SZÖKŐKÚT TERVEZÉSE

Sipkás Vivien Ipari- termék és formatervező alapszakos hallgató Társszerző: Dr. Kavecsánszki Gyula, DLA, egyetemi docens

Bevezetés ,, A legnagyobb öröm az alkotásban a felszabadult, vég nélküli játék, új utak nyitása, a harmónia és az örömszerzés a másik számára.” (Galánfi András) Rohanó mindennapjainkban fontos, hogy az emberek környezetét színesebbé és érdekesebbé tegyük azzal, hogy a formatervezés eszközeit felhasználva olyan dísztárgyakat, használati eszközöket alkossunk, amelyek praktikusak és többfunkciósak. Egy jól megtervezett tárgy alapja, hogy specifikusan tanulmányozzuk azok fejlődéstörténetét, illetve megvizsgáljuk a már piacon lévő hasonló terméktípusokat és termékcsaládokat. A gyűjtött adatokból megannyi fontos és tanulságos információt nyerhetünk, amelyek nemcsak elősegítik, hanem nagyban meghatározzák a tervező munkáját. Talán a legfontosabb cél az, hogy olyan átgondoltan megtervezett és gyártott formatervek kerüljenek piacra, amelyek az emberekből pozitív érzéseket váltanak ki, valamint a komfortérzetüket megfelelően kielégítik. A megfelelő közérzethez hozzátartozik az, hogy sokat mozogjunk, és elegendő időt töltsünk el a természetben. Egy kimerítő séta, túra vagy városnézés után mi sem kellemesebb, mint egy modern köztéren vagy parkban egy szökőkút köré leülni és megpihenni. Az esztétikai látvány, a szobor és a víz csobogásának együttese nyugtatóan hat ránk, ezáltal teljesen eggyé válhatunk a környezetünkkel. Ezért azt a célt tűztem ki magam elé, hogy olyan köztéri szökőkutat tervezzek, ami ezeknek a feltételeknek eleget tesz, valamint ergonómiailag is olyan kialakítású legyen, amely kényelmesen kiszolgálja az ülőfunkciókat kisgyermekek és felnőttek számára egyaránt. A formai kialakítás valamint a színválasztás különleges és harmonikus legyen, illeszkedjen a modern parkok világába és a klasszicista épületek stílusához is, illetve a szökőkút vízfüggönye és feszített víztükrű medencéje esztétikai élményt nyújtson. A formai sajátosságok mellett, a konstrukció látványát világítás tegye különlegesebbé. Történeti áttekintés Manapság sok parkban és téren találkozhatunk szökőkutakkal. A köztéri szökőkutak mellett népszerűek a kültéri és beltéri csobogók, mobil szökőkutak. Azt gondolhatnánk, hogy ezek az alkotások a modern kor technológiájának szülöttei,

125


azonban a szökőkutak kialakulásának története egészen az őskorba nyúlik vissza. A szökőkutak eredeti funkciója az volt, hogy a városok és falvak lakói vizet meríthessenek belőle főzésre, mosásra, ivásra és tisztálkodásra. Mára azonban már kizárólag dekorációs célokat szolgálnak. Az ősi civilizációk domborművekkel díszített kőmedencéket építettek annak érdekében, hogy felfogják az ivóvizet. Ezek még nem tekinthetőek a mai értelemben vett szökőkutaknak, hiszen szivattyúval és csőhálózattal nem rendelkeztek, de ezek az építmények a mai megoldások közvetlen elődei voltak. Vízvezetékeket az ókori görögök használtak először. A történészek szerint már léteztek szökőkutak Athénban, Korinthoszban és más görög városokban is. Ezek kőből vagy márványból készültek és a víz már bronz csöveken át áramlott. Az ókori rómaiak már kiterjedt vízvezetékrendszereket építettek. A görögökhöz hasonlóan a római mérnökök is bronz csöveket használtak. A történészek megannyi lelet feltárásával bizonyították, hogy minden tehetősebb polgárház udvarában voltak szökőkutak [1]. A Római Birodalom bukása előtt új társadalmi viszonyok alakultak ki, ezzel egyidejűleg pedig megszülettek az ókeresztény építészet formakincsei. A kolostorok fallal körülvett építmények voltak, ez lehetőséget biztosított, hogy kerteket műveljenek, melyek a római hagyományokra építkezve a négyzetes formát követték. A kert közepén a szökőkút foglalt helyet, ami súlypontot képez a kertben, a művészi alkotás tekintetében jelentős volt. Ez már művészi szándékú beavatkozásnak számított a középkorban [2]. A 17. században a barokk stílus hódított, ebben az időben a szökőkutak aranykorukat élték. Jellemző volt a szoborcsoportokkal díszített, monumentális szökőkutak sokasága. A barokk kor kiemelkedő híres építésze Giovanni Lorenzo Bernini, akinek a nevéhez fűződik a Négy folyó kútja Rómában. A 19. század elején Londonban és Párizsban az ősi civilizációkhoz hasonlóan friss ivóvízszerzésre és tisztálkodásra használták a szökőkutakat, a vezetékrendszerek elterjedésével a szökőkutak gyakorlati funkciókat már nem töltöttek be. Napóleon az ivóvíz bevezetése céljából építtetett vízvezetékeket Párizsban. Ezen felül felújíttatott és üzembe helyeztetett néhány régi szökőkutat is, mint pl. a Medici-kutat. A 20. században pedig kizárólag dekoratív célból terveztek és építettek szökőkutakat [3]. Meglévő konstrukciók megismerése Fontos megvizsgálni, hogy egyes területeken, illetve korszakokban ilyen típusú szökőkutakkal találkozhatunk. Lényeges szempont a formatervezés során, hogy olyan terméket tervezzünk, amellyel a környezetünknek és a különböző embercsoportoknak is örömöt okozzunk. A kutatás során sok különböző típusú szökőkúttal találkoztam, különböző kategóriákban, a társadalom igényeinek megfelelően, az egyedi, a többfunkciós és modern kutakon át egészen a kisebb kerti és bevásárlóközpontokban is látható egyszerűbb szökőkutakig. Két szempont szerint vizsgáltam meg a kutakat, első sorban a szökőkutak szerkezeti felépítését csoportosítottam, majd a formai megjelenítést vettem alapul. A szökőkutak szerkezeti felépítését tekintve különbözőek lehetnek, attól függően, hogy milyen nagyságú és milyen környezetbe tervezzük őket. Ismerünk víz alá süllyeszthető, búvárszivattyúval felszerelt szökőkutat, ilyen típusú szökőkút sok kertben megtalálható. Továbbá találkozhatunk összetettebb felépítésű és elrendezésű szivattyúkamrás szökőkutakkal, ezek már nagyobb teljesítményű szivattyút igényelnek. Előnyük, hogy a kamra védelmet biztosít a szivattyúnak és a

126


karbantartási munkálatokat is megkönnyíti azáltal, hogy a kamra általában a szökőkút mellett helyezkedik el, nem pedig alatta.

1. ábra Szivattyúkamrába elhelyezett centrifugál szivattyús szökőkút [4]

A szerkezeti felépítés vizsgálatát követően a szökőkutak esztétikai megjelenítésével foglalkoztam. Sok típust ismertem meg, melyeket különböző rendszer szerint csoportosíthatunk. A feladatom során a feszített víztükrű medencék ihlettek meg leginkább, ezért ezt az irányvonalat vittem tovább a tervezés folyamán. Szép példa feszített víztükrű szökőkutakra Herbert Bayer (1969-1973) tervezte lépcsős szökőkút. Los Angelesben csodálható meg ez a monumentális végtelenbe vezető lépcsős szökőkút. Bayer a Bauhaus egyik kiváló építésze volt.

2. ábra Lépcsős szökőkút [5]

A monumentális kutak a modern technikával új értelmet adnak a szökőkutaknak. A beépített számítógép segítségével lehetőség nyílik a fúvókák működési frekvenciájának és az időpontok programozására; ezáltal dinamikus vízképek alakíthatók ki. A modern szökőkutak csoportjába a monumentális szökőkutakhoz hasonlóan olyan építmények tartoznak, melyek már többfunkciós modern kutakként jelennek meg, többek között interaktivitásukkal és zenei

127


aláfestésekkel. Interaktív köztéri szökőkútjaink lehetőséget adnak a közönségnek, hogy valamilyen módon befolyásolhassák annak működését. Az interaktív működtetés és a zenére történő vezérlés mellett tovább növelheti a szökőkút játékosságát, mindig új élményt nyújtva az arra járóknak. A kutatás során találkoztam még néhány típussal, barokk szökőkutakkal, vízfüggönyökkel, land art szökőkutakkal, melyek a környezet formakincseihez igazodva jelennek meg. A formai kialakítás Az irodalomkutatás és a meglévő konstrukciók tanulmányozása után, elhatároztam, hogy modern szökőkutat tervezek, amely több stílusú környezetbe illeszkedik. A szökőkutat övező medence szélére különböző ülőszinteket is tervezek, az esztétikai látványt pedig fényekkel való színezésével oldanám meg. A tervezést alapvető mértani formák csonkolásával kezdtem, így elsőként egy kockából csonkoltam az ülőfelületet. A kockát azért választottam, mert a legalapvetőbb szabályos mértani forma és sok lehetőséget rejt magában. Továbbá a kocka a Földet is jelképezi az indiai és görög hagyományokban, Pythagoras és Platon feljegyzéseiben is találtak erre utaló állításokat. A kockára több művészeti irányzat is visszavezethető. Többek között a kubizmus és a konstruktivizmus. A kubizmus elnevezése a cubus = kocka szóból ered. A konstruktivizmus pedig geometriai formákkal dolgozik. A Bauhaus is az alapvető, letisztult mértani formákhoz nyúlt vissza az építészetében többek között a kockához is.

3. ábra. A forma kialakítása

A csonkolás során két ülőszintet alakítottam ki a medence szélén. Az alacsonyabb szint a gyermekek testméreteihez igazodik, a magasabb pedig az átlagos felnőttek arányaihoz. A medence adta lépcsős formához hűen, két azonos formájú, de eltérő méretű elemet forgattam be a medencébe. Ezek a formák pedig a síkban és a térben is egyaránt megjelennek. Majd ezt egy kocka alakú víz

128


posztamensre emeltem, ami egyben a feszített víztükrű medence is. A formai kialakítás elve a 3. ábrán látható. A formák összeszerelt állapota a 7. ábrán látható. A víz a négy őselem egyike, az életünk forrása és alappillére. A víznek egyfajta nyugtató hatása is van és szép esztétikai értékkel bír. A szökőkútban egyik legfontosabb szerepe a víznek van. A víz játéka több helyen is megjelenik a szökőkúton belül. Egyrészt a szoborrész egyes eleméből függőlegesen vízfüggönyként csordogál a kisebb feszített víztükrű medencébe, másrészt a feszített víztükrű medencéből pedig folyamatosan folyik le a víz a nagyobb gyűjtőmedencébe. A vízfüggöny ötletét a természet ihlette, hiszen ez hasonlítható a vízesések hangulatára és varázsára. A vízfüggöny megjelenítésével a városban élő emberek környezetébe közelebb hozható a természet. A feszített víztükrű medence pedig ezt az élményt csak fokozhatja. A formaterv alapvető geometriai elemekből épül fel, azok több síkban és a térben is forgatva vannak, ezért ezt szabadkézi rajzokon nehéz demonstrálni. Így térben kellett tovább gondolkodni. A térbeli modelleken kiválóan vizsgálható volt az elemek egymáshoz való viszonya és elhelyezkedése. A modelleket műszaki rajzlapból, kartonból valamint balsafából készítettem el. A méreteket 1:100 arányban kicsinyítettem.

4. ábra.

5. ábra.

A formaterv kezdeti kialakítása

A szökőkút modellje, feszített víztükrű medencével

A végleges megoldás méretbeli meghatározásához és a 3D modell elkészítéséhez az UGS NX 9.0 tervezőprogramot használtam. A 7. ábrán a szökőkút végleges modellje látható. A nagymedence alacsonyabb ülőmagassága 300 mm, ez a gyerekek átlagos ülőmagassága, magasabb ülőrész pedig 460 mm, egy átlagos ember testmagasságának felel meg. Az ülőfelületek mindkét magasságnál 400 mm

129


szélesek. A feszített víztükrű medence 850 mm magas és 1600 mm x 1600 mm széles. A medence mélysége 200 mm, ebben helyezkedik el a két tartókonzolon álló szoborrész, amely a medence formáját követve két elemből tevődik össze. A 6. ábrán a formaterv befoglaló méretei láthatóak.

6. ábra A szökőkút befoglaló méretei

7. ábra A szökőkút végleges formaterve

130


A szökőkút megvilágításának lehetséges verziói A szökőkút esztétikus látványának fokozását fénnyel való színesítésével érhetjük el. A tervezés során sok lehetőséget figyelme lehet venni, milyen helyeken érdemes világítótesteket elhelyezni, mik azok a területek elemek a konstrukción, amelyeket érdemes kiemelni, megvilágítani vagy esetleg kevésbé hangsúlyozni. A szökőkút vízfüggönyének megvilágítása szép megoldás lehet különösen, ha a fények az esti órákban különböző színekben pompáznak. A feszített víztükrű medencébe, a vízfüggönyhöz hasonlóan apró világítótestek helyezhetőek el. A belső medencéből csordogáló vizet kiemelheti a színes fények váltakozása. A színes fények mellett az is fontos, hogy a szökőkút esztétikája éjszaka se merüljön feledésbe. Más szökőkutaknál ismert módon a medence köré, valamint a medencébe célszerű elhelyezni világító testeket, hiszen ez az esti órákban is felkelti az emberek figyelmét és különlegessé teheti a szökőkút környezetet is. Az előzőekben említett megoldással való ötvözése még érdekesebbé és hangsúlyossá teheti a látványt. Anyagesztétika  Márvány A kőzet a magas hőmérséklet és nyomás hatására átalakul. A kémiai összetétel nem változik meg jelentősen, a márvány elméleti összetétele CaCO3. A magasabb energiaszint elősegíti a nagyobb kristályok képződését. Mivel a mészkövet alkotó kalcitkristályok keménysége csekély, ezért elég könnyen faragható. A faragással a kőzetben új felület állítható elő. Ha hasadási felületek mentén választjuk le az anyag egy részét, a hasadás-menti szétválasztás nem roncsol és sokkal kisebb energiával lehetséges, mint a hasadástól eltérő irányban vagy a nem hasadó anyagokban. Emiatt kisebb vésési energia szükséges, így a nem szándékolt repedezettség is kevésbé alakul ki [6]. Réz A réz ipari fém, amelynek kiváló az elektromos- és hővezető-képessége, egyszerűen megmunkálható, egyéb fémekkel ötvözve műszaki alkalmazhatósága szinte korlátlan. Ez teszi fontos anyaggá a fogyasztási cikkek és az ipari alkalmazások széles körében. A réz ércből finomított, ami természetes elemként megtalálható a földkéregben szerte a világon. A rezet felhasználják díszítésre vas, acél és cink alumínium alapfémre vagy fémszínezéshez. Önállóan is alkalmazzák, mivel könnyen fényesíthető és polírozható. A korrózióállósága azonban nem kielégítő, felülete igen gyorsan elszíneződik, ezért a sárgaréz bevonatokat színtelen lakkal védik [7]. Számítások A szökőkút formatervének meghatározása után szükséges volt néhány számítást elvégezni. Ebben a fejezetben meghatározásra kerül a szükséges vízmennyiség és a szökőkút tömege.

131

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2014. Géptervezők és Termékfejlesztők XXX. Szemináriuma 2014. november 6-7. 1. táblázat A szökőkút tömegének meghatározása

A szökőkút részei Nagy elem

Anyaga

Becsült tömeg

Sárgaréz (üreges)

77 kg

Kis elem

Sárgaréz (üreges)

55 kg

Nagy medence

Beton + márványborítás

6071 kg

Kis medence

Beton + márványborítás

4182 kg

Tartók

Öntött vas

2 x 63 kg

Összes tömeg

10511 kg

A szökőkúthoz szükséges vízmennyiség meghatározása A nagy medencében lévő vízmennyiség meghatározása: A nagymedence térfogata: Szélesség x Hosszúság x Magasság 3,6 m x 3,6 m x 0,25 m = 2,592 Ebből a kismedence térfogatát kivonva: 3,8025 - ( 1,6 m x 1,6m x 0,2 m)= 3,8025 – 0,512 = 3,2905 Tehát 3,3 víz szükséges a nagymedence megtöltéséhez. A kis medencében lévő vízmennyiség: A kismedence térfogata: Szélesség x Hosszúság x Magasság (a peremet leszámítva) 1,4 m x 1,4 m x 0,2 m = 0,392 Azonban számolnunk kell azzal is, hogy a csövekben is víz van, annak a becsült mennyisége: 0,5 Összegezve az érékeket: + 0,5 = 4,1825 4,2 mennyiségű víz szükséges a 2,1 m3+ 0,392 szökőkút működéséhez. Összefoglalás A célom az volt, hogy olyan modern szökőkutat tervezzek, amely egy kisebb köztéren vagy parkban helyezkedik el. A tér hangulatát kiemelve az ott időző emberek számára kellemesebb környezetet biztosítson, segítse az emberek kommunikációját azáltal, hogy rendelkezik kényelmes ülőfelülettel. A tervezést irodalomkutatással kezdtem. A kutatás során megismertem a szökőkutak fejlődéstörténetét, a már meglévő szökőkút formaterveket és a szerkezeti felépítések lehetőségét. Ez alapján ötletet tudtam meríteni a formatervezéshez. A formai kialakítást térbeli makettekkel kezdtem, miután kialakult a végleges ötlet, 3D modellek formájában is megvalósítottam. Kutatást végeztem a világítás művészete területen, miszerint megismerkedtem a különböző célú és esztétikai megjelenésű világítás technikai megoldásokkal. Ezek alapján javaslatokat tettem a szökőkút éjszakai, valamint hangulati megvilágításaira. A tervezéshez szükséges

132


számításokat végeztem. Meghatároztam a szökőkút üzemeltetéséhez szükséges vízmennyiséget és megbecsültem a tömegét. A látványtervek elkészítéséhez számítógépes renderelést alkalmazva hozzárendeltem a modellemhez különböző anyagokat valamint a fények és árnyékok játékát is beállítottam azért, hogy valósághűen tudjam bemutatni a formatervet.

7. ábra A szökőkút Andrzej Szymczyk ,,Szfinks” című művén [8]

Végül pedig kiválasztottam néhány parkot és teret, ahová beillesztettem a formatervet. A képek demonstrálják azt, hogy a konstrukció egyaránt elhelyezhető zöldövezetben és térköves parkokban. A 7. ábrán látható, hogy városias környezetekben is elhelyeztem a szökőkutat, fekete márványmedencével és bronzos szoborrésszel. A 7. ábrán pedig látható a szökőkút füves környezetben is. A sötét márvány medencéhez a sárgarezes megoldású szoborrész szép megoldást nyújthat. A végleges színkombináció fekete márvány medence és sárgaréz szoborrész. Azért választottam ezt a megoldást, mert a sötét márvány és az aranylóan fénylő sárgaréz kontrasztos együttléte egyszerre harmonizálnak is egymással. Fontos, hogy a zöld környezetben is feltűnő és figyelemfelkeltő egy ilyen színösszeállítás, illetve alkalmazkodik egy város térkövezett talajához is.

133


8. ábra. A szökőkút látványa modern környezetben


[1] http://kertidisz.tlap.hu/magazin/a-szokokutak-tortenelme/

[2]

Ormos Imre – A kerttervezés története és gyakorlata, pp 40-

42,Mezőgazdasági kiadó,Budapest, Második átdolgozott kiadás [3]

http://www.tolnayimre.hu/naplo/109,romai-kutak.html

[4]

http://royalfountains.com/fountain-design/fountain-structure-designs.htm

[5]http://www.movielocations.com/movies/m/Marathon_Man.html#.VEwVjhY0_1U [6]

http://www.betonopus.hu/notesz/mikor-meszko.pdf

[7]

http://www.rezinfo.hu/rez

[8]

Akademy in Krakow, Photography byPawet Krazan, Akademia Sztuk

Pietnych im. Jana Matejki w Krakowie 1818, IBSN 978-8362321-03-2, pp 115 Köszönetnyilvánítás A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B - 10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

134


SEBESSÉGVÁLTÓ SZINKRONSZERKEZET TESZTELŐ BERENDEZÉS TERVEZÉSE

Soltész János, Dr. Kamondi László BSc géptervező hallgató, címzetes egyetemi tanár

Bevezetés A szinkronszerkezetek leginkább a gépjárművek sebességváltójában használatos alkatrészegységként terjedtek el a műszaki világban. Az autóipar folyamatos fejlődése megkövetelte, hogy a régebbi, nehezebben használható technikákat és technológiákat felváltsák a könnyen használható, a vevő igényeit minden szempontból teljes mértékben kielégítő elemek. Ezek a követelmények napjainkban érvényesek az egész gépjárműre és azon belül a sebességváltóra is, mint önálló szerkezeti egységre. A régi típusú gépjárművekben a sebességváltás egy viszonylag bonyolult folyamat volt, mely hosszasabb tanulást és gyakorlást igényelt a jármű vezetőjétől. Ezen folyamat leegyszerűsítésére fejlesztették ki és kezdték el beépíteni a sebességváltókba a szinkronizáló szerkezeteket. Napjainkban a gyártók nagy hangsúlyt fektetnek a minél gyorsabb, minél rövidebb úthosszú és a minél kisebb erőkifejtést igényelő, azaz magas kapcsolási komfortú váltási folyamatra. Ezen kapcsolási komfort elérésében hatalmas szerepet játszanak a sebességváltóba beépített szinkron szerkezetek Cél Olyan berendezés tervezése, amely valósághűen szimulálja egy sebességváltóba beépített szinkron szerkezet környezetét, illetve működését. A gépnek működés közben mérnie kell a következő adatokat: - bemenő- és kimenő nyomatékok - bemenő- és kimenő fordulatszámok - kapcsolási erő - kapcsolási út hossza - kapcsolás ideje Szűkebb értelemben a feladatom célja a gép mechanikus felépítésének megtervezése, illetve az alkatrészek megtervezése.

135


Szinkron szerkezet

1. ábra Szinkron szerkezet felépítése [www.alfordmustangs.com]

Kapcsoló szerkezeti egység, amely különböző fordulatszámon forgó alkatrészek összefékezésére (erőzárral) és összekapcsolására (alakzárral) szolgál. A szinkron szerkezetek feladata a szabadon futó, tengelyen csapágyazott fogaskerék és a tengely közötti fordulatszám kiegyenlítés a sebességváltási folyamat során. A fenti ábrán egy három kúpos szinkron szerkezet látható és észrevehető, hogy középről kiindulva szimmetrikus felépítésű. Középen található a szinkronagy, benne a nyomódarabokkal, valamint külső palástján a kapcsológyűrűvel. A szinkronagy belső bordás kialakításával szilárdan kapcsolódik a tengelyhez. Középről kifelé haladva láthatók a szinkrongyűrűk. A két legszélső elem mindkét oldalon a kapcsolótárcsák, amelyek a csapágyazott fogaskerekekhez kapcsolódnak. Koncepcionális tervezés Mivel a szabadalom- és piackutatás során nem találtam hasonló gépre szerkezeti leírást, illetve részletesebb adatokat, így a már addig is meglévő követelmények alapján kellett elkezdeni a tervezés folyamatát. Első lépésben a szinkronagy megfogását biztosító egység megtervezése volt a cél. Szinkronagy megfogása Az erre vonatkozó követelmények figyelembe vételével több különböző megoldás változat is született, melyek közül egy értékelemzési módszer segítségével választottam ki az optimális megoldást. Legfontosabb követelmények: - különböző szinkron átmérők megfogási lehetősége - univerzalitás - biztos megfogás a pontos mérési eredmények érdekében Az értékelemzés során az alábbi megoldás került kiválasztásra, melyről a tervezés további lépéseiben elkészült a 3D-s modell.

136


2. ábra Szinkronagy megfogó készülék

A szinkronagy megfogásához az agy belső átmérőjét adott méretűre kell felesztergálni. Az agyat egy adapterre húzzuk, mely adapter tartalmaz egy hosszirányban hasított hengeres felületet. A hengeres felület belső része kúpos kialakítású. Ehhez kapcsolódik egy kúpos tárcsa, melynek axiális irányú elmozdulásával a hengeres átmérője növelhető, így létrejön a megfogáshoz szükséges kötési nyomás. Ez a megfelelő terhelések figyelembe vételével a következőképpen számolható: (1)

, ahol:

-

pmin: minimális nyomás (szükséges) ncs: megcsúszás elleni biztonság k: dinamikus tényező M: kötést terhelő üzemi nyomaték νk: kötési tapadási tényező d: legkisebb szinkronagy átmérő b: legkisebb szinkron szélesség

A szükséges nyomás után számítható az azt létrehozó, felületeket terhelő erő is. Mivel ezen erő létrehozása kúpos felületek segítségével történik, így meghatározható az az axiális erő, amely azt létrehozza. A kúpos tárcsa axiális irányú elmozdulásáról a középen lévő rudazat gondoskodik. A rudazat mozgatását, illetve a szükséges feszítőerő létrejöttét tányérrugó köteg oldja meg. A tányérrugók kiválasztásánál a két fő szempont a rendelkezésre álló hely és az egy rugót terhelő erő volt. Az első az átmérőt, míg a második a szükséges rugók számát határozza meg. A kiválasztás után ellenőrizni kellett a rugóban ébredő feszültséget az adott terhelés esetén. Erre az alábbi képlet szolgál:

137


(2)

, ahol:

-

E: rugó anyagának rugalmassági modulusa (rugóacél esetén 2,1*105 N/mm2) ν: rugó anyagának Poisson-tényezője (rugóacél esetén ν≈0,3) f: rugóút s, dk, h0: rugó jellemző méretei α, β, γ: átmérőviszonytól függő együtthatók (diagramból)

A kiválasztás során három különböző teherbírású rugó kerülhetett szóba különböző elrendezésben és a teherbírástól függő darabszámban. A kúpos felületeknél számítható egy sajtolási út, amely a szükséges feszítőerő létrehozásához szükséges. A különböző rugóelrendezésekben különböző rugóút érhető el, így a sajtolási út nagysága játszotta a fő szerepet. Ezek alapján a következő elrendezés került kiválasztásra és beépítésre:

3. ábra Beépített tányérrugó köteg

A rugók előfeszítéséről a 2. ábrán lévő hatlapfejű anya gondoskodik. A rugók túlterhelés és kilapulás elleni védelmét a külső átmérőjükhöz igazodó fészek pereme oldja meg. Az itt részletezett befogó készülék a befogott szinkronaggyal képezi a gép központi részét. A továbbiakban e központi rész köré került megtervezésre a gép többi eleme.

138


Szerkezeti felépítés A tervezés ezen szakaszában kellett meghatározni, hogy milyen módon lenne célszerű a befogott szinkron szerkezetet meghajtani, valamint, hogy hogyan lehet megoldani a kihajtást. Egy sebességváltóba beépített szinkronszerkezet jobb, illetve bal oldalán eltérő fordulatszámok mérhetők az egymást követő sebességi fokozatoknak megfelelően. Ezt a fordulatszám különbséget a tesztgépnek is biztosítania kell a szinkron szerkezet két oldalán lévő kapcsolótárcsáknál. Több lehetséges megoldás közül az alábbi bizonyult a legoptimálisabbnak:

4. ábra Gép szerkezeti vázlata

Látható a vázlatból, hogy két külön szerkezeti egység tartozik a szinkron szerkezet jobb, illetve bal oldalának meghajtásához. A jobb oldali egység foglalja magába a befogó készüléket és a kihajtást is egyben. A szinkron két oldalának fordulatszám különbségét két, frekvenciaváltóval szabályozott aszinkron motor biztosítja. Fogasszíj hajtás viszi át a nyomatékot a motoroktól a meghajtó tengelyekre. A bal oldali hajtás belső része axiális irányban elmozdítható, így megoldott a szinkronok cseréjéhez szükséges helyszükséglet. A további tervezési lépések folyamán részletes kidolgozásra került mindkét oldali hajtás, illetve később az ezeknek helyet biztosító ház is. Ház A gép vázául szolgáló ház, amely magába foglalja a meghajtásokat, illetve biztosítja a valósághű vizsgáló környezetet a tesztelés folyamán, egy egyszerű acél lemezekből hegesztett ház. A ház első oldala nyitott, így helyet biztosít a szinkronok cseréjéhez. Ugyanezt a célt szolgálja a szerelhető tetőlap. Fenéklapja döntött a kenőolaj elvezetése érdekében, valamint található egy gyűjtő rész is, amely szenzoroknak, illetve az olajkifolyásnak ad helyet. A ház biztosít helyet továbbá a szinkront működtető kapcsoló szerkezetnek is.

139


Kapcsolószerkezet A kapcsolószerkezet kialakításának egyetlen követelménye volt: képes legyen 60260mm átmérőig működtetni a szinkronokat. A tervezési kritériumokat figyelembe véve két alternatíva került részletes kidolgozásra. Itt látható az első:

5. ábra Kapcsolószerkezet

A szinkron szerkezet kapcsológyűrűjét mozgató két villafél külön mozgatható és állítható be a kívánt átmérőre egy ékes vezetőléc segítségével. Több helyen található finom beállítási lehetőség, igazodva ezzel a különböző méretű és geometriájú szinkronokhoz. A szerkezet egy megvezető rúdhoz kapcsolódik lineár csapágyak segítségével. Mozgatását léptetőmotoros hajtás oldja meg, golyósorsó- anya kapcsolat segítségével. A szerkezet legtöbb alkatrésze hegesztett kötéssel kapcsolódik egymáshoz, amely egyes helyeken nagyban befolyásolná a gyártási pontosságot, illetve magát a működés közbeni pontosságot is. Ezen okok, valamint a nagy axiális erők okozta lehetséges alakváltozások indokolták a szerkezet módosítását. A módosítás során több merevítést kapott a szerkezet, valamint egyes helyeken a hegesztett kötéseket csavarkötés váltotta fel. A módosított modell az alábbi ábrán látható:

140


6. ábra Módosított kapcsolószerkezet

További méretezési lépések A már korábban elvégzett méretezési lépések mellett sor került a tengely-agy kötések méretezésére, ellenőrzésére. A csapágyak méretezése a következő képlet alapján történt: (3)

, ahol: (4)

-

n: fordulatszám ti: i-dik terhelés ciklusideje (jelen esetben i=1;2) Fi: i-dik terhelés nagysága (jelen esetben i=1;2)

A csapágyakra nem hat állandó axiális erő. Lökésszerű terhelések lépnek fel axiálisan az azokat felvevő csapágyakon, mégpedig a szinkron egy oldalra történő be- és kikapcsolásakor. A teljes ciklusidő 12 s. 0,5 s minden kapcsolásnál, amikor egyenértékű erővel számolunk, és mindkét oldalon 5-5 s futási idő amikor csak

141


radiális terhelés lép fel. Ezen Fm erőt használhatjuk a csapágyak élettartamának meghatározására. A tervezett gép

7. ábra A tervezett gép összeszerelt 3D-s modellje

Irodalomjegyzék [1] Kamondi L. - Takács, Á.: Objektum semleges géptervezés. Szakmérnöki jegyzet. (Társszerző: Takács Ágnes). Készült: „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében (HEFOP3.8-P-2004-06-0012). Miskolc, 2006. [2] Dr. Lendvay Pál – Sajtolt és zsugorkötések méretezése, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1977 [3] Dr. Szota György - Gépelemek IV., Nemzeti Tankönyvkiadó, 1993 [4] SKF Főkatalógus, Kiadvány 6000 HU, 2006. december [5] Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. [6] Bercsey, T. - Döbröczöni, Á. – Dubcsák, A. – Horák, P. – Kamondi, L. - Péter, J. – Kelemen, G.- Tóth, S.: Terméktervezés- és fejlesztés. 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 - 01/1350/E1 program támogatásával, pp: 1/262. Köszönetnyilvánítás A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

142


Kerékpárlámpa tervezése Szabó Kristóf Ipari termék-és formatervező mérnök Bevezetés A kerékpározás egyre népszerűbbé vált a világon, így olyan eszközökre lett szükség, amelyek elősegítik a biztonságos közlekedést. Manapság a kerékpárlámpa használata kötelező a kerékpárosnak, hiányában súlyos bírságokra számíthat. Piackutatás Piackutatásom során megvizsgálom a forgalomban lévő jelentősebb termékeket és meghatározom a különböző piaci szegmensek jellemzőit. Elemzem a lámpák funkcióit, árkategóriáját és előnyeit. 1. táblázat A piacon található termékek adatai Izzó Izzó típusa Ár [Ft] (db)

Lámpák

Elem típusa

Bikefun Spot Evo

3xAAA

LED

9

1590Ft

Velotech

4xAAA

LED

1

2240Ft

Topeak WhiteLite HP Focus

1xAA

LED

1

8640Ft

BBB BLS-72 Strike 500

akku(2300mAh 3.7V)

PowerLED

7

29090Ft

Sigma Powerled Evo Pro

akku(2300mAh 3.7V)

PowerLED

1

55992Ft

Az 1. táblázatban látható néhány jelentős márka kedvelt terméke, melyek mellett feltüntetem az elem és az izzó típusát és számát, valamint a termék árát. Probléma feltárása A korszerű lámpák többsége LED fényforrást tartalmaz, amely az energiatakarékosság mellett, nagy fényerő leadására képes. A hátrányuk, hogy a fény egy pontba koncentrált, amely lehetővé teszi a megfelelő távolsági megvilágítást, de a kerékpáros közvetlen közelébe nem tudja megfelelően megvilágítani az úttestet. Ennek tükrében tervezek megfelelő látásviszonyokat előteremtő lámpát, amely távolsági és közeli megvilágításra is alkalmas, azon kívül, hogy az egyiket nélkülözni kelljen. Gondolataim és tervezésem alapján, a probléma megoldása a világítótestek számában és azoknak az elhelyezkedésében keresendő.

143


1. ábra probléma feltárása és javítása

A bal oldali ábrán szemléltetem a problémát. A közkedvelt termékek látószöge kicsi, a lámpa erős, de fénye túlságosan koncentrált. A jobb oldali ábrán az általam megfelelőnek talált látószöget jelenítettem meg, amely sokkal biztonságosabb közlekedést nyújt a kerékpárosnak, ha teljesen kivilágítatlan területre kerekezik. Első megoldásvázlat

2. ábra első megoldásvázlat

A képen az első megoldásvázlat látható, amely egy darab PowerLED-et tartalmaz, de a megfelelő látószög eléréséhez, a lámpa elején lévő lencse speciális alakja gondoskodik. Az ötlet célja, hogy a fényt, a lencse felső fele egyenesen engedi át, amellyel a távolsági világítást teszi lehetővé, majd a lencse megdöntött alsó része, irányítsa a fényt a közeli útszakaszra. A burkolat fröccsöntött műanyagból, vagy drágább konstrukció esetén, forgácsolt alumíniumból is készülhetne. Lencse anyaga lehetne plexi, vagy üveg. A szükséges energiáról egy akkumulátor gondoskodik, amely a lámpa végében, a fekete burkolat alatt helyezkedne el. Az üzemeltetése egy

144


monostabil kapcsolóval lehetséges, amely a lámpa végén helyezkedik el. A koncepció direkt egyszerűsége miatt, a módválasztás a következő: folyamatos fény és kikapcsolás. Kormányról leszerelt állapotában, minden gond nélkül használható kézi illetve egyéb lámpaként. Második megoldásvázlat

3. ábra második megoldásvázlat

A képen a második koncepció látható, amelyben a távolsági és közeli megvilágításról, külön-külön LED-ek gondoskodnak. Az előbbiért egy PowerLED, az utóbbiról pedig két darab hagyományos LED felel. Az akkumulátor kicsivel nagyobb teljesítményű, mint az első koncepció esetén, hiszen több LED több energiát igényel. A kapcsoló típusa és elhelyezkedése megegyezik a korábban említettekkel, a módválasztás a következő lehet: folyamatos fény, villogó fény és kikapcsolás. A burkolat készülhetne ugyancsak fröccsöntött műanyagból, illetve forgácsolt alumíniumból. A lámpa probléma nélkül használható levétel után kézi vagy egyéb lámpaként. Alakja és méretei miatt könnyedén illeszkedik a kormánycső alakjához.

145


Harmadik megoldásvázlat

4. ábra harmadik megoldásvázlat

A harmadik koncepció látható a képen, amely formailag nagyban hasonlít a második megoldásvázlatra. A különbség azonban a LED-ek számában vélhető fel, és azoknak erősségükben. Jelen esetben is külön LED gondoskodik a közeli és a távoli megvilágításért, azonban ez a konstrukció kettő darab PowerLED-et használ mindkét esetben. A szerkezet egyszerűbb és fényerejében erősebb konstrukció, mint az előző. Kevesebb alkatrészt tartalmazó, kompakt, nagy teljesítményű lámpát szeretnék megalkotni ezzel a koncepcióval. A módválasztás jelen esetben a legfejlettebb, ami alatt normál fényt, erős fényt és villogó fényt értek. Az akkumulátor teljesítménye nagyobb, mint az előző tervekben szereplőké. Gazdaságos üzemeltetés eléréséhez használható a normál és a villogó mód. Burkolata forgácsolt alumínium, amely víz-, és porállóságot biztosít. Koncepció kiválasztása 2. táblázat Értékelő szempontok Értékelő szempont

Pontszám

Fényerő

6

Megjelenés

3

146


Egyszerűség

1 3. táblázat Súlyozott mátrix

Értékelő szempont

Súlyozó tényező, S

V1

SV1

V2

SV2

V3

SV3

Fényerő

6

3

18

4

24

5

30

Megjelenés

3

4

12

4

12

5

15

Egyszerűség

1

5

3

3

3

4

4

Összpontszám

35

39

49

Jól látható, hogy a megadott szempontok alapján, a harmadik koncepció nyert. A további részlettervezést tehát a hármas koncepción folytatom. A lámpa rögzítése A lámpa rögzítése terveim szerint két módon történhet. Az első, a piacon már jól ismert bilincses megoldás, a második saját tervezésű rögzítési technika.

5. ábra szorítóbilincs

Az első rögzítés, amint említettem a hagyományos bilincses úton történő megoldás. A felhasználó a bilincset csavar segítségével a kormányhoz szorítja, ezek után a lámpa, egy bepattanó kötéssel rögzül a bilincshez. A bilincs feltételéhez szerszám szükséges, majd a továbbiakban a bilincs a kerékpáron marad akkor is, ha a felhasználó lepattintja a lámpát egyéb felhasználásra.

147


Saját tervezésű rögzítés

6. ábra saját rögzítési technika

A képen a saját tervezésű rögzítési technika látható, amelyet a gyorsabb és egyszerűbb felhasználás érdekében terveztem meg. A szerkezet egy fröccsöntött alkatrész, amely egy puha gumiágyat foglal magában. Az alkatrész és a lámpa közötti kapcsolat egy bepattanó kötés, amelynek méretei megegyeznek a szorító bilincses bepattanó kötésével, ami azt teszi lehetővé, hogy a lámpa és a rögzítési technikák felhasználó szerint kombinálható és teljes mértékben kompatibilis.

7. ábra rögzített állapot

A rögzítés megvalósul, ha a felhasználó a lámpa alján kialakított sínbe tolja a műanyag alkatrészt, majd a sűrűn bordázott bepattanó kötés segítségével, majdhogynem fokozatmentesen tudja rátolni a kormányra és azt rászorítani. Amikor a gumiágy elérte a kormányt, egy-két fokozatot még rá kell feszíteni, hogy a megfelelő előfeszítés létrejöjjön. Oldáskor a felhasználó a rajta lévő kar segítségével oldja a kötést.

148


Tárolás A lámpa tárolását fontosnak tartottam az általános védelem miatt.

8. ábra tároló doboz

Terveim szerint ez egy kerékpárra szerelhető műanyag vagy alumínium dobozzal testesülne meg. A doboz tartalmazna egy szivacs betétet, amibe gond nélkül illeszkedne a lámpa. Az ajtó zárható lenne a lopásveszély miatt.

9. ábra felszerelt tároló doboz

149


A tároló a kerékpár vázban megtalálható szabványos menetes furattal rögzülne a vázhoz. A csavarokat az ajtó felnyitása és a szivacs kivétele után belülről kell becsavarni. Ezek a lépések lehetővé teszik a csavarhúzó gond nélküli alkalmazását a rögzítéshez. Ha a lámpa kereskedelmi forgalomban lenne, a tároló doboz egyúttal a termék csomagolását is magában foglalná. A termék környezetbarát tulajdonságokkal is bírna, hiszen a felhasználó a termék csomagolását funkcionálisan tovább használhatja, így nem keletkezik hulladék a csomagolásból. Irodalomjegyzék [1]

[2]

[3] [4]

[5]

Bihari Zoltán –SzenteJózsef: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet.Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése”CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006.p. 193. Bercsey, T. -Döbröczöni, Á. –Dubcsák, A. –Horák, P. –Kamondi, L. -Péter, J. – Kelemen, G.-Tóth, S.: Terméktervezés-és fejlesztés. 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 -01/1350/E1 program támogatásával, pp: 1/262.KÁLÓCZY, Gy.: Füstbázisok tervezése és szervezése. Eger, Dobó István Könyvkiadó, 1977. 25-36. old. Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. Kamondi, L.: A környezettudatos tervezés kérdései. In: OGÉT 2012 XX. Nemzetközi Gépész Találkozó. Kolozsvár, Románia, 2012.04.19-2012.04.22. Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság, pp. 214- 217. (ISSN 2068-1267). Bercsey, T. - Döbröczöni, Á. – Dubcsák, A. – Horák, P. – Kamondi, L. - Péter, J. – Kelemen, G.- Tóth, S.: Terméktervezés- és fejlesztés. 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 - 01/1350/E1 program támogatásával, pp: 1/262.


150


Pneumobil tervezése

Szabó Zsolt Általános géptervező Bihari János Egyetemi tanársegéd Bevezetés Szakdolgozatom fő irányvonala egy olyan pneumatikus elemekkel működő jármű megtervezése, amely megfelel az Aventics Pneumobil Kft. által szervezett VII. Nemzetközi Aventics Pneumobil verseny követelményeinek. Ez a vállalat 2014-ben a budapesti „Bosch Rexroth Kft.”-vel immáron hetedik alkalommal rendezte meg felsőoktatásban résztvevő hallgatók számára, a pneumatikus hajtással rendelkező járművek versenyét, vagyis a „Nemzetközi Aventics Pneumobil verseny”-t (korábban „Nemzetközi Rexroth Pneumobil Verseny”). A feladat egy olyan „pneumatikus jármű” tervezése és elkészítése, amely a sűrített levegő energiáját alkalmazva, pneumatikus vezérlő és végrehajtó elemek felhasználásával viszi át a nyomatékot a hajtott kerekekre. A járműnek egy fő vezetővel a fedélzetén kell teljesíteni a versenyszámokat [1]. Vázszerkezet tervezése A vázszerkezet tervezése során figyelembe kell venni a jármű építési egységeinek befoglaló méreteit, hiszen a vázszerkezetnek a lehető legkompaktabbnak kell lennie. Kellően merevnek, ugyanakkor a lehetőséghez mérten könnyűnek is. A versenykiírásban szereplő maximum méreteket nem lehet túlhaladni, így a váz kialakítását biztonságos ráhagyással kell megtervezni. A vázszerkezet a később rögzítésre kerülő kerékfelfüggesztésekkel (első és hátsó) és a kormányzáshoz szükséges elemekkel együtt sem haladhatja meg az előírt maximum méretet. A megtervezendő jármű típusa háromkerekű quad, azaz ráülős konstrukciójú jármű. Hátul egy hajtott, elől pedig két darab kormányzott kerék helyezkedik el. Választásom azért esett a quad jellegű, háromkerekű konstrukcióra mivel három kerék stabilabb, mint négy, egyszerűbb a hajtás kialakítása, költséghatékonyabb, jól irányítható így a jármű valamint a vezető pozíciója szabadabb valamint könnyű a fel és leszállás. A kész járművet a versenykiírás szerint két pilótának felváltva kell vezetnie. A verseny során mérik a két pilóta cseréjének idejét is. A quad, azaz a ráülős kialakításnál a sofőrök csere lényegesen könnyebb. A vázszerkezetet úgy kell kialakítani, hogy a járművet alkotó egységek, mint a motor, az üzemanyagtartály (vagyis a sűrített levegővel töltött palack, a hozzá tartozó

151


reduktorral együtt), a puffertartályok mind a vázszerkezet belsejében foglaljanak helyet. Így védve vannak a mechanikai sérülésektől. Vázszerkezet kialakítása Az alváz 20x40 mm-es 2 mm falvastagságú alumínium zártszelvényből, a felépítmények pedig 20x20 mm-es 2 mm falvastagságú alumínium zártszelvényből készülnek el. A vázszerkezet elemeit alkotó szelvények hegesztéssel lesznek rögzítve egymáshoz. A nagyobb merevség elérése érdekében háromszöges merevítések, más néven keresztmerevítők kerültek a szerkezetbe.

1. ábra

Hajtómű kialakítása, elhelyezése A jármű előrehaladását biztosító motort a fogasléccel felszerelt, fogaskerekes hajtómű, valamint a hozzá kapcsolt 2db 100mm átmérőjű, 500mm lökethosszúságú munkahenger alkotja. A hajtómű részegységét képező munkahengerek nagy merevsége miatt, azok teherviselő elem szerepet is kaptak a váz kialakítása során. A szerelhetőség érdekében a munkahengereket csavarokkal lehet rögzíteni a vázszerkezet erre kialakított részéhez. A munkahengerek hátsó talprészei merevítő elemek (2/1) segítségével kerültek rögzítésre. 2/1

2. ábra.

152


A tervezett fogasléccel felszerelt fogaskerekes hajtómű feladata, a munkahengerek által szolgáltatott alternáló mozgás átalakítása forgó mozgássá, mely biztosítja a jármű előrehaladását. A fogaskerekes hajtóműben 2 db kihajtó kerék található, ami nyomatékcsökkentés szempontja miatt lett alkalmazva. Ebben a 2 db fogaskerékben szabadonfutót helyeztünk el, így a henger dugattyúrúdjának előre és hátramozgását is tudjuk hasznosítani megegyező irányú forgómozgáshoz [2]. Üzemanyagtartály elhelyezése Az üzemanyagtartályokat a biztonságos elhelyezés érdekében, az autó vázszerkezetének belsejében helyezzük el. Fontos szempont, hogy a tartályok semmilyen körülmények között ne lógjanak ki az autó vázából, ezzel védjük a palackokat az esetleges mechanikai sérülésektől. A verseny során két különböző hosszúsági méretekkel rendelkező üzemanyagtartály, palack használatos. Egy kisebb 160 mm átmérőjű 900 mm hosszúságú a versenyszámokhoz, valamint egy ugyanakkora átmérővel rendelkező, de 1300 mm hosszúságú palack az időmérő edzéshez és a gyakorláshoz. A vázszerkezet úgy lett kialakítva, hogy mind a két palack beférjen a váz belsejébe, és ott rögzítésre kerüljenek. A rögzítéshez külön tartóelemek (3/1) lettek kialakítva. A tartóelemekre hevederek kerültek felszerelésre, ezzel lehet rögzíteni a palackokat. Mind a két fajta palack számára található rögzítési pont a palack nyakrészénél, valamint a fenekénél, így a palack előre és hátra csúszása, valamint oldalirányban történő elmozdulása meg lett gátolva. A rövidebb palackot két helyen, a hosszabbat pedig három helyen lehet rögzíteni a vázhoz. Másik fontos szempont volt a tervezésnél, hogy verseny közben a járművet vezető pilótának látnia kell a palackoz csatlakoztatott nyomásmérő órát, ezért a palack nyakrésze a lehető legközelebb került a pilótához. Az edző palack vázszerkezetben történő elhelyezését a 3. ábra szemlélteti.

3/1 3. ábra.

A jármű üzemanyag tartálya 200 bar nyomású sűrített levegővel van töltve. Erre kerül csatlakoztatásra a nyomáscsökkentő reduktor, ami a palackban uralkodó 200 bar-os nyomást 10 bar-ra redukálja, a jármű ezen üzemi nyomáson működik. Ezt a nyomáscsökkentést a versenyszabályzat írja elő. A munkahengerek működtetése

153


elektropneumatikus szelepekkel történik, amik adott elemlistából választhatók. A szelepeket elektromos vezérlés működteti. Puffer tartályok kialakítása, elhelyezése Korábbi évek tapasztalatai és mérései alapján tudni lehet, hogy fontos a munkahengerek minél gyorsabb töltése, ami a palackból kiáramló sűrített levegő tömegáramától függ. A munkahengerek minél gyorsabb töltése érdekében, az autóban puffer tartályok lettek elhelyezve, amiket folyamatosan töltünk a reduktorból kiáramló sűrített levegővel. Az autóba beépítésre került egy kisebb (4/1) és egy nagyobb (4/2) puffer tartály is. Így elég térfogatú 10 bar-os üzemi nyomású levegő áll rendelkezésre a munkahengerek töltéséhez. A puffer tartályt, az autó orrában vízszintesen, a tengellyel párhuzamosan, az első tengely előtt helyezzük el. Az elhelyezés során figyelembe vettük, hogy a táplevegő és a kivett levegő csatlakozásai a lehető legközelebb legyenek egymáshoz, illetve a legrövidebb csövek alkalmazásával lehessen kivitelezni az összeköttetéseket. A puffer tartály védelméről külön gondoskodunk egy gyűrődő, ütköző zónával.

4/2

4/1

4. ábra.

Első kerékfelfüggesztés kialakítása Az első kerekek felfüggesztése mereven, előre meghatározott fix dőlésszöggel, a vázból van kialakítva. Az első kerekek tengelye egy L-alakú hegesztett alkatrész. Ezen alkatrészen található függőleges csőtengely képes elfordulni a saját tengelye körül, így lehetséges a kerék elfordítása, valamint az autó kormányzása. Ezt a kialakítást szemlélteti az 5. ábra.

154


5. ábra

Hátsó kerékfelfüggesztés kialakítása A hátsó kerék tengelye a váz hátsó felén kialakított villás részhez fixen kapcsolódik. A kialakított villás rész külön egységet képez a vázhoz képest, ezáltal a vázszerkezet belsejében lévő szerkezeti egységek könnyen szerelhetőek. A hátsó tengely pozíciója vízszintesen állítható a láncfeszítés érdekében, egy láncfeszítő alkatrésszel. Ezt a kialakítást szemlélteti a 6. ábra.

6. ábra

Kormánymű kialakítása A kormánymű tervezése a kormánytrapéz kialakításával kezdődik. Elsődleges szempont volt, hogy az autó képes legyen megfordulni a versenyszabályzatban előírt 4m-es sugarú körön belül. Az első tengelyekre kormányrudakat szereltünk fel, melyek egy bizonyos szöget zárnak be az első tengelyekkel. A jármű kormányaként a kereskedelemben kapható biciklikormányt alkalmaztunk annak szerelékeivel. A kormányhoz csatlakozik egy elem, ami egy kar segítségével mozgatja a kormányösszekötő rudazatot, ez a rudazat pedig a kerék felfüggesztésén található kormányrúdhoz kapcsolódik. Ezt a kialakítást szemlélteti a 7. ábra.

155


7. ábra

Irodalomjegyzék http://www.pneumobil.hu/archivum/pneumobil_2014/versenykiiras Borsos Bálint: Alternatív hajtású jármű hajtáslánc tervezése (Előadás: „Géptervezők és Termékfejlesztők XXX. Szemináriuma” Miskolc, 2014. november 7.)

[1] [2]

Segédletek -

-

-

Döbröczöni Ádám: A fogtető-felület korrekció hatása a foghossz mentén megvalósuló terheléseloszlásraés a kapcsolódásból származó rezgésgerjesztésre. (Effect of tooth correction on load distribution and vibration of gear drives.) Társelőadó: Kamondi L. (Előadás a GTE "Géptervezők VI. Országos Szemináriumán". Miskolc, 1985. április 11.). Bihari János: PEUMOBILE COMPETITION AND EDUCATION, ADVANCED ENGINEERING 2:(1) pp. 125-134. (2012) Kamondi, László: A környezettudatos tervezés kérdései. In: OGÉT 2012 XX. Nemzetközi Gépész Találkozó. Kolozsvár, Románia, 2012.04.19-2012.04.22. Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság, pp. 214- 217. (ISSN 2068-1267). Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p.


156


Porszívó kábelcsévélő egység tervezése Szmutkó Csaba, Dr. Kamondi László BSC géptervező hallgató, címzetes egyetemi tanár

Bevezetés A különböző gyártók által kínált porszívók minden háztartásban megtalálhatóak. A porszívó az emberek mindennapos használati gépévé vált, így a gyártók törekednek minél felhasználó barátiabbá tenni a gépeket, kinézetüket és funkcióikat tekintve. Szívási teljesítményük, a különböző felületeken való alkalmazhatóság, a megfelelő szintű levegőszűrés mellett fontos követelmény az alacsony zajszint, kis súly valamint a mozgékonyság, amelyhez hozzá tartozik megfelelő hosszúságú elektromos vezeték. Ma a porszívókban található vezetékek elérhetik a 15-20 méteres hosszt is, amelyet a felhasználók, ha nem tudnak megfelelően tárolni a vezeték tönkremeneteléhez vezethet (összecsavarodik, megtörik), illetve balesetveszélyes is lehet. Ezek elkerülése érdekében használják a gyártók az automatikus kábelcsévélő egységet, amely gombnyomásra automatikusan a porszívó belsejébe gyűjti a vezetéket. Ezzel a megoldással a porszívók kompaktabbá, biztonságosabbá és könnyebben tárolhatókká váltak. Feladatom célja háztartási és ipari porszívókhoz, olyan szerkezeti egység tervezése, amely gombnyomásra automatikusan a porszívó belsejébe begyűjti a porszívó villamos kábelét, illetve biztosítja annak újbóli, kézi erővel könnyedén való kihúzhatóságát. Továbbá feltétel, hogy a porszívó bekapcsolt állapotában a motor folyamatos működése biztosított legyen, tehát az elektromos ellátás, nem szakadozhat vagy ingadozhat akkor sem, ha ebben az állapotban történik a kábel kihúzása. Ma ezt a feladatot a gyárak kábelcsévélő dobokkal oldják meg, amelyek a megadott feltételeknek megfelelnek, ám huzamosabb használat után rendszeresen megjelenő probléma, hogy nem húzzák be teljesen a kábelt. A cél ennek a problémának a megoldása úgy, hogy e szerkezeti egységek több éves használat után is képesek legyenek ellátni feladatukat. Koncepcionális tervezés [1] A szabadalom és piackutatás alkalmával megvizsgáltam a különböző ma a piacon kapható porszívó kábelcsévélőket illetve más célból alkalmazott kábeldobokat. Tapasztalataimat felhasználva és a megfogalmazott követelmények alapján különböző megoldás variációkat készítettem el. A megoldások kidolgozása során elsősorban a csévéléshez szükséges energiatároló és energia biztosító elemeket vizsgáltam és használtam fel, amely során motorok, különböző típusú és elrendezésű rugók továbbá gumik alkalmazásának lehetősége merült fel.

157


A megoldás koncepciók értékelésre kerültek a követelményeknek való megfelelőségi osztályozásuk szerint, majd ennek eredményeként az egymással összekapcsolt menethézag nélküli spirálrugós hajtású kábelcsévélő került kiválasztásra. A tervezés e szakaszában két lehetőség szerint valósulhat meg a kapcsolás a rugók között: - Soros elrendezés: ebben az esetben változatlan elérhető nyomaték mellett a körülfordulások száma sokszorozható. - Párhuzamos elrendezés: ez a kapcsolás a nyomaték többszörözését teszi lehetővé a rugók számának függvényében változatlan körülfordulási érték mellett. A kapcsolás típusának megválasztása az elérni kívánt nyomaték meghatározása után került kiválasztásra a helytakarékosság figyelembe vételével.

1. ábra Soros kapcsolású spirál rugók: 1. Burkolat, 2. Kábeldob, 3 Peremes rugómag, 4. Rugótok, 5. Spirálrugó, 6. Állvány, 7. Érintkező, 8 Zárófedél

Működése: A rugóegység 3 elemből épül fel:- spirál rugó vagy hajtó rugó (5.), rugótok (4.), rugómag (3.). A spirálrugó megfeszítéséhez szükséges az egyik elem álló helyzete, míg a másiknak forognia kell, így nyomatékot táplálva a rendszerbe pl.: ha a rugó mag áll, akkor a tok forog vagy fordítva a mag forog, míg a tok áll. Ebben a megoldásban a rugók sorba kapcsolva vannak elhelyezve, amely a következők szerint valósul meg: Az elsőként beépített rugótok bepattanó kötéssel csatlakozik a dobhoz (2.) ezzel biztosítva a forgó részt. A rugó magja a pereme segítségével az előtte lévő rugó tokjába csatlakozik, amely a forgó mozgást fogja biztosítani. Így analóg módon egyszerű bepattanó fülek (kalapácsfejű, félkalapácsfejű bepattanó fül) segítségével bármennyi rugó csatlakoztathatunk egymáshoz. Ahhoz hogy a forgó mozgás, azaz a nyomaték a dobról a rugóra kerüljön és vissza, egy záró fedél 8. kerül alkalmazásra. A fedél fogai segítségével a burkolat (2.) erre kialakított hornyaiba akad. Így

158


letekeréskor a dob forgása mindegyik rugóban egyszerre jelenik meg és sorosan együtt feszülnek. A villamos kontaktust ebben a koncepcióban csúszógyűrűs érintkező (7.) biztosítja. Előnyei: - Könnyen szerelhető - A rugók számától függő fordulatszám, így könnyedén beállítható a feltekerni kívánt kábelhosszhoz. - Szabványos elemekből könnyedén megvalósítható - Kevés hibalehetőség - Szabályozható előfeszítés - Kisméretű rugók miatt széles fordulatszám tartomány Terhelés meghatározása Vezeték típusa: H05V2V2H2-F -2X1mm2; 2 eres hasáb kivitelű elektromos vezeték; európai szabványú dugvilla. A csévélési nyomaték meghatározása során a vezetéknek három tulajdonságát vettem figyelembe: 1. Tömegét m=50kg/km 2. A vezeték és a különböző felületek közötti súrlódás (szőnyeg, parketta, kerámia burkolat, beton) 3. A hőmérséklettől függő hajlíthatóságát Rugó méretezése [4] A csévélési nyomaték meghatározása után a spirálrugó méreteinek meghatározása következett, amelyet gyakorlati módszerrel végeztem el, diagramok és gyakorlatban alkalmazott képletek segítségével. A számított geometriai méreteket nyomatékra elméleti metódussal ellenőriztem. A menethézag nélküli spirálrugók egyik fontos tulajdonsága, hogy a menetek között jelentős súrlódási energiaveszteség lép fel. Ebből következik, hogy a felhúzáshoz szükséges nyomaték nem egyezik meg a lejárás nyomatékával (2.ábra).

2. ábra Menethézag nélküli spirálrugó nyomaték-körülfordulás diagram

159


Méretezési szabályok: - A térfogat 40-50%-os arányban oszlik meg a rugó és az üres tér között a házban. - A nyomaték-körülfordulás görbét a kezdő és végpont között az összes fordulat minimum 20% és 80 %-a közé kell meghatározni a súrlódási veszteség miatt. - Az orsó átmérőjének és a szalag vastagságának hányadosa Da/t fontos összefüggés. Ha az orsó túl kicsi a rugó beáll, ha a Do/t nagy, akkor a maximális körülfordulás elérése nem lehetséges. A Do/t arány előfeszített rugók esetén 25 és 50 között általában kielégítőnek tekinthető. - A legtöbb spirál rugót 25-nél kevesebb körülfordulásra tervezik és a hossz vastagság arány kevesebb, mint 15000 a súrlódás miatt. Az előfeszítetteknél vehet fel nagyobb értéket. - 100000 ciklus élettartam érhető el, ha a maximális alkalmazott feszültség az anyag szakítószilárdságának 50%-a. A spirálrugók egy másik fontos tulajdonsága, hogy a körülfordulások száma nem egyenesen arányos a rugóban tárolt energia mennyiségével, vagyis a nyomaték értékével (3. ábra). A rugót mindig minimum egy körülfordulással többre kell méretezni a szükségesnél, így a lejárás utáni alap állapotot, azaz az előfeszítés értékét ennek tudtában kell meghatározni. Porszívó kábelcsévélő esetében további szempont a vezeték kihúzásához szükséges erő, amelyet figyelembe kell venni. Mindenek előtt el kell döntenem, hogy a hasznos nyomaték felsőértéke a rugó által leadható teljes nyomatékának hány százaléka legyen. Ha például ezt 80%-ra (tehát a tartalék 20%) választom akkor azt a diagramon megfelelően vetítve megkapom, hogy a még szabad hasznos fordulatok az összes fordulatnak kb. 45%a. Ugyan ezen az elven lehetséges a fordulatokat %-osan feltételezni az összeshez képest és az alapján pedig a nyomatékot meghatározni. Ezzel beállítom a rugó terheltségét illetve az élettartamát.

3. ábra A nyomaték és a körülfordulások kapcsolata

160


A szalag vastagsági méretének meghatározásakor figyelembe kell venni a szalagban ébredő maximális hajlítófeszültség értékét, ha a vastagságot túl nagyra választom a rugó élettartama jelentősen lecsökken (4.ábra).

4. ábra A hajlítófeszültség változása a rugószalag vastagság függvényében

Szerkezeti elemek méretezése [5] A műanyag elemek alapanyaga a jó fröccsönthetőségi és szilárdsági tulajdonságainak köszönhetően ABS polimer. Az egységgel szembeni egyik fő követelmény az egyszerű összeszerelhetőség, így az alkatrészeket egymással bepattanó kötések kapcsolják össze, amelyekből a nem oldható kötéseket választottam, mivel az egység nem igényel szerelést illetve esetleges megbontás veszélyeket hordoz magában a spirálrugó és az elektromos alkatrészek miatt. A bepattanó kötések alakzáró kötések, amelyek túlfedéssel rendelkező szakaszon csatlakoznak (5.ábra).

5. ábra Nem oldható karos bepattanó kötés

Téglalap keresztmetszetű kar szerelési túlfedése:

161


(1) l - a hajlított karhossz h – kar vastagsága K - a kar keresztmetszeti tényezője ABS esetén a megengedett egyszeri nyúlás értéke

.

Összeszereléshez szükséges erő:

(2) α1 - orrszög F - a kart hajlító erő µ - súrlódási tényező, ABS-ABS esetén µ=0,7 Áramszedő Az áramszedés nem szakadozhat akkor sem, ha a porszívó működése közben történik a kábel le vagy feltekerése, ezt a feltételt csúszógyűrűs áramszedővel valósítottam meg (6-ábra). A dob erre a célra kialakított lépcsőzetes végre réz huzal tekercs van elhelyezve, amelyhez a burkolatban lévő ugyancsak réz lemezek nyomódnak. A villamos kontaktus javítása érdekében elektromos áramot vezető kenést alkalmazok. A lemezek végei csúszó sarus csatlakozásoknak megfelelően vannak kialakítva.

6. ábra Csúszógyűrűs áramszedő

Fékezés A kábeldob alaphelyzetbe fékezett állapotban van, amelyet a porszívón található nyomógomb old, ezzel megkezdve a feltekerést. A fékezés az én

162


megoldásomban egy kilincsművel valósul meg (7. ábra). A kilincskerék szerepét a dob pereme tölti be, a kilincs a burkolaton megfelelően kialakított részen foglal helyet. A folyamatos fékezés biztosításához a kilincset egy torziós rugó fordítja a kilincskerék fogárkaiba.

7. ábra Fékezés kilincsművel

Végeredmény A 3D-s modelleket Solid Edge ST6 Academic Version szoftverrel készítettem el.

8. ábra Kábelcsévélő 3D modell

163


9. ábra Robbantott nézet

A robbantott ábrán (9.ábra) látható, ahogyan a csúszógyűrűs áramszedő, valamint a kilincs csatlakozik a burkolathoz illetve a dobhoz. A vezeték a dobhoz a dobon kialakított fülek közé való hajtogatással valamint a dob egyik karján való áthurkolással csatlakozik. A rugó biztonságos szerelése és működése érdekében a rugómag a rugótokba bepattanó kötéssel csatlakozik, így elkerülhető a feszítés hatására fellépő axiális irányú kirugózás. Irodalomjegyzék [1]

Kamondi L. - Takács, Á.: Objektum semleges géptervezés. Szakmérnöki jegyzet.

(Társszerző: Takács Ágnes). Készült: „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében (HEFOP-3.8-P-2004-06-0012). Miskolc, 2006. [2]

Bercsey, T. - Döbröczöni, Á. – Dubcsák, A. – Horák, P. – Kamondi, L. -

Péter, J. – Kelemen, G.- Tóth, S.: Terméktervezés- és fejlesztés. 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 - 01/1350/E1 program támogatásával, pp: 1/262. [3]

Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes

tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. [4]

Barnes Group Inc. Associated Spring - Engineering Guide to Spring Design

[5]

Schnappverbindungen aus Kunststoff - Gestaltung und Berechnung

Technische Kunststoffe von Bayer, 1989. ISBN 3-8169-0488-2 Köszönetnyilvánítás A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

164


TANANYAG-TERMINÁL TERVEZÉSE Tóth Sándor Gergő ipari termék- és formatervező mérnök hallgató 1. A feladat ismertetése Az egyetemi tanulmányaim elejétől kezdve mindig igyekeztem a megfelelő irodalmakat és jegyzeteket beszerezni. Ezek a könyvek jelentős segítséget adtak az egyes tantárgyak megértésében, valamint kibővíteni az ismereteket az előadáson elhangzottaktól túl is. Különösen első éveimben, de azután is számos olyan alapozó tárgyam volt, melyeket több száz egyetemi hallgató társammal összevonva tanultam. Ezekhez a tárgyakhoz tartozó ajánlott irodalmak mindig rendkívül gyorsan és előreláthatóan kellett felkeresni, ugyanis ezek a kiadványok hamar elfogytak, mint a könyvtárban, mint az egyetemi könyvesboltokban. Ha adott könyvet nem tudtam beszerezni és az előadáson elhangzottak nem voltak teljesen érthetőek, akkor az adott tárgyból kevésbé tudtam felkészülni, mint egy olyannál, ahol ezek a feltételek teljesültek. Természetesen ilyenkor a tanárokat meg lehet keresni konzultációs időben, valamint egyéb hallgatókkal összegyűlve közösen tanulhatunk. Ez számomra viszont kényelmetlen helyzet, mivel általában a konzultációs időszakok olyan időszakokra esnek, melyeken éppen óráim vannak, ezen felül személyesen jobban preferálom az egyéni tanulást, ehhez azonban számomra az otthoni kényelmes körülmények szükségesek

. 1. ábra E-könyv olvasó

Néhány szakkönyvet sikeresen be tudtam szerezni, de sajnos ezeket eddig többnyire csak nyomtatott formában tudtam megtenni. Habár egy könyv fogása és olvasása számos ember számára (beleértve magamat is) egy sajátos élmény, ennek ellenére a szakkönyvek tanulmányozása sokszor kényelmetlenséget jelentenek. Saját tapasztalataim szerint egy ilyen könyv használata nagyobb koncentrációt igényel, mint egy szépirodalmi szövegnél, aminek olvasása közben akár bele is lehet feledkezni. Egy szakkönyv nyelvezete sokkal bonyolultabb, számos idegen szó vagy kifejezést tartalmaz, az egyes tételek értelmezése és levezetése csak többszöri átolvasás után lehet megérteni. Sokszor ezek a könyvek nagy terjedelműek, ennek

165


eredményeként kényelmetlen a fogásuk. Mivel szerencsére már rendelkezek megfelelő számítástechnikai eszközökkel, örömmel fedeztem fel az elektronikus könyvek előnyeit. Az ilyen könyvek olvasását nagyban megkönnyebbítette ez a formátum, nem is beszélve a benne rejlő számos más előnyöket (árazás, környezetvédelmi szempontok, hordozhatóság). Felkeresve az egyetemi könyvtárakat azzal szembesültem, hogy az elektronikai könyvek kölcsönzése még nem találhatóak meg a saját szolgáltatásukban. Emiatt körvonalazódott bennem egy olyan zárt adatbázis megtervezése, amelyre az adott egyetem kiadványait, valamint más egyéb szakkönyvek elektronikus változatait fel lehetne tölteni. Ezeket az elektronikus könyveket lehetne kölcsönözni, vagyis egy adott időtartamig szabadon olvasható, a nyomtatott könyvekhez hasonlóan. Ezt a zárt adatbázist egy terminál formájában képzeltem el, melyen akár további tevékenység lehetőségeket lehetne elhelyezni. Elektronikus könyvek keresésénél arra jutottam, hogy a gyengénlátó emberek számára a digitális formátumú kiadványok szükségesek, mivel több számukra kifejlesztett olvasó szoftver csak ezt a formátumot támogatja. A terminál nem csak kölcsönözésre lenne használatos, hanem ezek megnyitására és olvasásra is, emiatt igény van a kezelőfelület megtervezése alatt egy gyengénlátó nézet elhelyezésére is. A teljes akadálymentesség eléréséhez gondolni kell a mozgássérült személyekre is. A legtöbb terminál csak álló személyekre van tervezve, melyek használata mozgássérültek számára kényelmetlen, vagy egyáltalán nem is lehetséges. Esélyegyenlőség érdekében törekedni kell arra, hogy a terminál kezelése mindkét fél számára kényelmes legyen. 2. Követelmények A megtervezendő tananyag-terminálnak számos követelménynek kell megfelelnie: 2.1 Beltéri használat: A terminál elsősorban egyetemi könyvtárakba, zárt helységekbe lesz tervezve, ezért tervezés során a belső területeknél fellépő körülményeket kell figyelembe venni. 2.2 Könyvtárba illő megjelenés: Formai követelmény, hogy a könyvtárakba elhelyezve ne üssön el a környezetétől. A terminál, formájával és színeivel utalnia kell, hogy a terminál jelenléte a könyvekkel kapcsolatos. 2.3 Zárt szerkezet: A szerkezet belső és szoftveres részeit úgy kell kialakítani, hogy csak hozzá értő szakember tudjon hozzányúlni. Fontos elem, hogy a kijelző része a szerkezetnek könnyen szerelhető legyen, ugyanis ez a felület fogja a legtöbb igénybevételt kapni használat során. 2.4 Kiálló és mozgatható elemek elkerülése: A terminálon nem lehet semmilyen kiálló elem, így elkerülvén az ebből adódó baleseteket (éles szélek és sarkok elkerülése, ruhával való beleakadás veszélyének megszűntetése). Mozgatható elemek ne kerüljenek a szerkezetre, ugyanis ezek az elemek gyakori használat mellett hamar elkopnának, mely a szerkezet kényelmetlen és korlátozott használatát eredményezné. 2.5 Stabilitás és mozgathatóság: A terminálnak stabilnak kell maradnia mind átlagos, mint szeszélyes körülmények esetén (pl. rádőlnek) is. A terminál korlátozottan mozgathatónak kell lennie, apróbb elmozdulásokat viseljen el a szerkezet.

166


2.6

Mozgássérült személyek figyelembevétele: Formai kialakítás során gondolni kell arra, hogy a terminált nemcsak álló, hanem kerekes székes emberek számára is kényelmes legyen. 2.7 Egyszerű kezelőfelület: A terminál elsősorban egyetemi hallgatóságnak és az egyetem könyvtárak olvasóinak készül, mely különböző korosztályokat is jelenthet. Ezért a kezelőfelületnek a használata egyszerűnek és egyértelműnek kell lennie, melynek kezelése semmilyen számítástechnikai előképzettséget ne szükségeltessen. A könnyebb megértés érdekében a terminált el kell látni egy információs részleggel, ahol a felhasználó megismerheti a terminál funkcióit és kezelését elsajátítsa. 2.8 Több funkció ellátása: A terminálban számos további funkciót is el kell helyezni, mely kiegészíti a szolgáltatás skáláját. Az elektronikus könyvek olvasásán és kölcsönzésén kívüli tevékenységek felsorolása: ⎯ Saját könyvtári profil kezelése ⎯ Katalógusban való részletes keresés ⎯ Egyetemi hírekről való értesülés, cikkek olvasása ⎯ Tanulmányi rendszer elérése ⎯ Súgórendszer ⎯ Egyéni olvasói beállítások 2.9 Gyengén látók figyelembevétele: Az elektronikus könyvek olvasását a látássérült személyek számára is meg kell oldani, ezért a terminált el kell látni egy gyengénlátó nézettel is. A kényelem érdekében ezt a megjelenést a felhasználó maga állíthatná, a beállítását elvégzéshez tartozó panelt a felhasználói felületen jól láthatóan kell elhelyezni. A főoldalon nagyméretű ikonokat kell alkalmazni. 2.10 Összeköttetés a felhasználóval és számítástechnikai eszközével: A felhasználónál található számítástechnikai vagy mobil eszközökkel a terminálnak kapcsolatot kell tudnia létesíteni, ezért biztosítani kell a megfelelő vezetékes és vezeték nélküli csatlakozás lehetőségeit. A hangos könyvek hallgatása érdekében fülhallgató bemenettel kell ellátni a készüléket. 3. Ergonómiai szempontok A terminál tervezése során ergonómiai problémákkal szembesülhetünk. A kényelmes használat elérése érdekében számos méretet és pszichológiai szempontot érdemes megvizsgálni. Az alábbi fejezetben a következő témakörök alapján meghatározhatóvá válnak a tananyagterminál ideális méretei. 3.1 Terminál magassága A terminál egyik legfontosabb mérete a magasság, ugyanis ez határozza meg, milyen testhelyzetben lehet az eszközt kényelmesen használni. Ez jelen esetben ülő vagy álló alklmazási módot jelenthet. Az ülő testhelyzet egy terminál esetén nem a legelőnyösebb, mivel általában rövid ideig használjuk ezeket az eszközöket, valamint nagyobb helyet is igényelnek. Az álló terminál az előbbiből kiindulva gyorsabb tartalomfogyasztást és könyedebb használatot jelenti. Hátránya, hogy hosszabb ideig

167


használva a készüléket kényelmetlen és a mozgássérült személyek nem használhatják. Utóbbi probléma érdekében érdemes egy olyan köztes méretet keresni az eszköznek, mely mindkét fél számára megfelelőnek található. Az ideális méret eléréshez érdemes először érdemes megvizsgálni azt, hogy egy átlagos méretű felnőtt embernek különböző, asztalnál folytatott tevékenységeknél mekkora lehet munkatér ideális magassága.

2. ábra Ideális bútormagasság különböző munkák elvégzésére

A képen megfigyelhető, hogy a precíziós munkához 950÷1200 mm-t, a könnyű munkához 850÷1100 mm-t, a nehéz munkára 650÷950 mm-t vélhetjük az ideális bútormagasságnak. A terminál használatát könnyű és a precíziós munkák között jellemezhetjük, így a készülék maximális magasságát 1100÷1200 mm-ben rögzíthetjük. Ez az érték megfelel egy átlagos mozgássérült személy minimális fejmagasságával (1150 mm). További fontos szempont, hogy a készüléket milyen messziről használjuk. Egy átlagos felnőtt ember karmagassága kinyújtott helyzetben (kézfejjel együtt) 550÷650 mm, mozgássérült ember tekintetében ezt az értéket 350 mm÷380 mm közé tehetjük (ülő testhelyzetben a térdtől mérve). A kényelmes alkalmazás érdekében a terminált célszerűen úgy kell kialakítani, hogy a műveletek során ne kelljen kényelmetlen mozdulatokat végezni (pl. felfelé nyúlás) és lehetőség szerint az eszközön meg lehessen támasztani a kezeket.

3-4. ábra Ajánlott magasságok mozgássérült személyek részére

168


Nemcsak a kar, hanem a szem szempontjából is fontos a terminál és a felhasználó közti távolság. Ha túl közel figyeljük a terminál kijelzőjét, akkor hamarabban kezd elfáradni az emberi szem és ezáltal fáradtságot és nyugtalanságot okoz. Ha viszont messziről nézzük a kijelzőt, akkor nehezebb kezelni az eszközt, ami bizonytalanabb felhasználást eredményezne. A kijelző döntési szöge is fontos, ugyanis az álló és mozgássérült emberek számára is teljesen láthatónak és kezelhetőnek kell lennie. Az ideális döntési szöget, mely az alábbi kritériumnak megfelel 30°÷60° értékek közé tehetjük.

5. ábra Ajánlott dőlésszög mozgássérült személyek számára

3.2 A terminálba való adatbevitel módjai A terminál használata során szükséges az eszköz koordinálása (egyes menük közötti átlépés, keresés indítása, stb.) és input információk, adatok bevitelére. Ez egy átlagos terminálnál kétféleképpen valósulhat meg. ⎯ billentyűzet és egér használata ⎯ érintőkijelző használata Habár a billentyűzet és egér kialakítás még most is számos előnyt jelenthet, azonban formai, ergonómiai kialakítás, és a terminál feladatköre szempontjából célszerűbb érintőkijelzőt alkalmazni. Érintőkijelző mérete és a szoftver ergonómia tervezése során fontos megvizsgálni egy átlagos felnőtt ember kézméreteit is. A kijelző érintésére főleg a mutatóujjat, valamint a különleges érintési gesztusok érdekében (nagyítás, forgatás) a hüvelykujjat is használhatjuk. Egy átlagos mutatóujj hossza kb. 75÷80 mm, ebből érintésre 15÷20 mm-t használunk, a szélessége pedig kb. 10÷12 mm közé tehetőek. A hüvelykujj méretei a következőképpen alakulnak: hosszúsága általában 55÷65 mm, ebből érintésre 25÷30 mm hosszúságú játszik szerepet, és a szélesség pedig 15÷20 mm lehet. 4. Formakeresés A terminál egy új szolgáltatás megismertetését és használatát szolgálja, emiatt formailag is ki kell tűnnie a piacon kapható konkurenciáktól. Ezek általában azonos felépítéssel rendelkeznek, melyek lehetnek zárt doboz alakúak, vagy vékony hajlított elemekből állóak.

169


Ezek a formák véleményem szerint már nem lennének alkalmasak arra, hogy az emberek figyelmét felkeltsék, ezáltal kevesebben ismerhetnék meg a terminálban rejlő lehetőségeket. Mivel ezekből a termékek kialakításaiból csak kis mértékben építkezhettem, ezért a formakeresés területét a könyvekre, a könyvtárra és az olvasáshoz kötődő tevékenységekre helyeztem. Egy könyv ábrázolását több módon is meg is lehet közelíteni. Zárt és nyitott állapotukban is jól ismert és összetéveszthetetlen vonalakból tevődnek össze. Egy összezárt könyv oldalnézete a kötés típusától függően szabályos mintaként szolgálhat. A forgatott könyvek lapjai gyűrődnek, összetapadnak és kötésük is meggyengülhet, melyek a könyvekre jellemző felületet adnak ki. Leghétköznapibb ábrázolása a könyveknek a nyitott állapotukban való elhelyezésük. A nyitott könyv számos formai lehetőséget szolgálhat. A borító és a lapok közti tulajdonságok különbsége, a lapok félkörívben való elrendezésük és szabálytalan helyzetük mind ötletet adhat egy új forma megtervezésében. A lapok összetapadhatnak egy egységes tömeget alkotva vagy magukban is állhatnak, úgy hogy az egymás közötti távolságuk rendszertelen.

6-8. ábra Különböző formavariációk látványterveinek bemutatása, balról jobbra haladva

Az első formai variációban ennek a nyitott könyvformának a felét vettem alapul, az élére állítva. A síkfelület a borító, melyen elhelyezkedik a képernyő. Hátoldala íves, ami a rásimuló lapokat érzékelteti (6. ábra). Ezen felül a lapok tulajdonságaiból is ötleteket merítettem, melyekből egy újabb megoldás variációt készítettem. A szerkezet többnyire hasonló az első tervéhez, azonban itt a könyvlapok összehajthatóságának érzékeltetése került középpontba. A formavilága egy hátrahajtott könyvnek vagy magazinnak is felfogható (7. ábra). A következő formavariációt a kódexíráshoz használtközépkori asztaloknak és állványoknak egyfajta modernizációjaként képzeltem el. A szerkezet fő részét egy döntött hajlított lemez szolgálja, amelyben a képernyő és a számítástechnikai háttér helyezkedne el. A támasztás feladatát az átlátszó lapok végezné, megtartva ezzel a szerkezet „légiességét” (8. ábra). Az megfelelő megoldás kiválasztása során értékelő szempontokat vettem figyelembe. Az értékelemzés során súlyozási módszert alkalmaztam, melyben a harmadik megoldásvázlat került kiválasztásra. Az értékelemzés eredményét az alábbi táblázatban rögzítettem:

170


Értékelő szempontok

3. Táblázat Értékelemzés végeredménye SV2 V3 SV3

Súlyzótényező

V1

SV1

V2

Mozgathatóság

5

3

15

2

10

4

20

Kezelhetőség

20

3

60

4

80

4

80

Használhatóság

20

2

40

3

60

4

80

Esztétika

15

2

30

3

45

4

60

Akadálymentesség

20

1

20

2

40

4

80

Szerelhetőség

5

4

20

1

5

3

15

Stabilitás

10

2

20

4

40

3

30

Tisztíthatóság

5

3

15

4

20

4

20

Összpontszám

100

220

300

385

5. Végleges terv A korábbi megoldásvázlatoknak és azok termékváltozatainak tapasztalataiból építkezve elkészítettem a végleges tervet. Részletes kidolgozásra kerültek a szerkezet különböző elemei, melyekhez anyagokat és geometriai méreteket is rendeltem. Kitértem a szerelhetőség lehetőségeire is.

9-10. ábra A terminál végleges látványterve

Az ergonómiai szempontok figyelembevételével a végleges tervet befoglaló méretekkel láthattam el. Korábban meghatározott terminál magassághoz alakítva, a terminál magasságát 1212 mm-ben határoztam meg. Ez kis mértékben a megadott intervallumtól eltér, de a kijelző ennél alacsonyabban helyezkedik el, így a használatot nem befolyásolja. A terminál hosszúsága 524 mm, szélessége 380 mm, a kis befoglaló méretek megválasztása a könyvtárakban vagy más felhasználói környezetben való egyszerűbb elhelyezését segíti.

171


5.1 Vázszerkezet A szerkezet fő alkatrészei a lemezekből összeállított egyenes és hajlított elemek. A könnyebb gyártás és összekötés érdekében az egyenes és hajlított elemek külön egységenként készülnének el Felső előrenyúló részegységbe a kijelző elem kerülne rögzítésre. A felső borítólemez a kijelző panel védelmére szolgál, mely a csavaros rögzítés érdekében furatokkal van ellátva. Az alsó lemezre egy tartókonzol lenne hegesztve, melyre a teljes kijelző egység felhelyezhető. A számítógépház túlmelegedésének elkerülése érdekében szintén ezen a lemezen apró szellőzőnyílások kivágását terveztem el. .A lemezek vastagsága 3 mm, azonban széleiken egy 5 mm-s sávban 6 mmre lenne ez megnövelve. Ez csak a lemezelemek egyenes szakaszaira érvényes, ugyanis az oldalsó elemek megkötésére fog szolgálni. A lemezek anyaga alumínium mely kedvező szilárdságot ad a szerkezetnek, emellett könnyebben elvégezhető ezeken a hajlítási műveletek. Az oldalsó eltakarást műanyag fröccsöntött burkolóelemekkel oldanám meg, melyeket szerelés céljából oldható bepattanó kötéssel látnám el (karos bepattanó kötés). A burkolófelületek anyagát ABS-nek, vagyis akrilnitril-butadién-sztirolnak választottam. Az ABS jó ütésállósággal, nagy keménységgel és szilárdsággal rendelkezik, emellett bepattanó kötésre is alkalmazható. Felületei fénye magas, így termékek burkoló elemeként használják az iparban. A bepattanó kötések karjainak száma a felső elemnél alul-felül 3-3 darab, a hajlított elemeknél 2-2 darab (a hajlított elemek egyenes szakaszain elhelyezkedve) és az alsó egyenes lemezeknél 5-5 darab. A jobb oldalon elhelyezkedő számítógépes csatlakozók elérése és a tápegység szellőzésé érdekében ezen az oldalon a bepattanó oldalelemen nyílásokat kell hagyni. A szerkezet vastagsága összeállítva 50 mm, a lemezvastagság figyelembevételével a beépítésre használható terület magassága 46 mm. 5.2 Támasztó lapok A fő szerkezet megtartására támasztó lapok felhasználását terveztem. A lapokat két részre osztottam. A támasztást csak az alsó elemek végzik, a felső elemek a díszítést szolgálják, melyeket az apróbb, a felhasználók által hozott személyes tárgyak (mappa, mobileszköz, táska, személyes tárgyak stb.) átmeneti tárolására is használhatóak. A támasztólapokat átlátszóaknak gondoltam, ez ugyanis esztétikusabb megjelenést kölcsönöz szerkezet alapanyaga, a lapok eltérő távolságaik és dőlésszögeik pedig egy lenyíló könyv érzetét adja. Biztonsági okokból üveget szerkezeti elemnek nem akartam alkalmazni, ezért a plexi (PMMA) anyagot választottam a támasztásra. A plexi kellő szilárdságú és fényáteresztő áttetsző anyag, mely a kémiai vegyszereknek is jól ellenáll. Különböző bevonatokkal a felületét karcállóbbá is tehetjük, emellett könnyű ragasztani és forgácsolni. Ezeknek a lapoknak a rögzítése ragasztással történne a fémlemezekhez. A ragasztandó felület nagysága miatt és a jobb teherbírás érdekében ezt kétkomponensű szerkezeti ragasztóval célszerű elvégezni. A plexi és a lemez

172


érintkezési helye a felületen kis mélységű kimarással lenne konkretizálva, elkerülve ezzel a pontatlan felragasztást. A támasztó lapok alsó rögzítése egy szintén plexiből készülő „U” alakú konzolon történne. A konzol középen helyezkedik el, a plexi lapok bevágásaiba becsúsztatva. Mind az „U” alakú konzolba, mind a plexi lapba furat készül, a kötést menetmetsző csavarok végeznék.

11. ábra Rögzítő konzol

A vezeték oldalsó kivezetése okán meg kell oldani, hogy ha a terminál áramforrása nem arra az oldalra esik, akkor azt el lehessen más irányokba húzni úgy, hogy a felhasználó ne akadhasson bele. A konzol „U” kialakítása lehetővé teszi, hogy a vezetéket azon keresztül el lehessen hátrafele vezetni. 5.3 Kezelőfelület

12. ábra A kezelőfelület főoldala

A kezelőfelület kialakítását szoftver ergonómiai szempontok szerint végeztem el. A kijelző főoldalán hat darab ikon található. Fontos, hogy az ikonok nagyok legyenek, ugyanis a gyengénlátó személyek számára is jól láthatóaknak kell lennie. A különböző tevékenységeket saját ikonokkal láttam el. A hasonló témájú és funkciójú műveleteket összevontam, elkerülvén ezzel a túl sok ikon használatát. Egyes piktogramok elkészítésénél a szabványos megjelölést használtam, de igyekeztem mindenhol egyértelmű szimbólumokat alkalmazni.

173


Az ikonok szegélyei fa mintázatúak, amelyek egy könyvespolcra emlékeztetnek, ezzel a különböző megjelenésű ikonok egy rendszerhez való tartozását akartam elérni. Az ikonok színvilága nem harsányak, de egyértelműen megkülönböztethetőek egymástól és a háttértől. Az egyes szabványos jelekhez és ikonokhoz tartozó színeket szintén felhasználtam az ikonok arculatának tervezése során. A kezelőfelületen az alábbi menüpontok érhetőek el: 5.3.1 Profil: A felhasználó ebben a menüpontban kezelheti saját könyvtárát, a kiválasztott könyveket itt tudja letölteni vagy elküldeni bármilyen számítástechnikai eszközére. 5.3.2 Katalógus: Ebben a menüpontban a felhasználó szabadon böngészve megismerheti a terminál könyvkínálatát, vagy egyszerű címszavas és összetett keresést végezhet el a katalógusban. 5.3.3 Egyetemi hírek: Az egyetemet érintő vagy mindennemű meghirdetett eseményeket, és híreket egy folyamatosan frissülő hírfolyamban való megjelenítése. 5.3.4 Tanulmányi rendszer: A terminál kezelői az egyetem által is használt tanulmányi rendszert érhetik el az alábbi menüpontban. 5.3.5 Súgó felület: A terminálon futó rendszer teljes körű megismertetése a felhasználóval. 5.3.6 Gyengén látó nézet: A látássérült személyek számára a gyengénlátó nézet bekapcsolása, bizonyos személyre szabhatósági beállításokkal. 6. Irodalomjegyzék [1] [2] [3] [4] [5]

[6] [7]

Bihari Zoltán – Szente József: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006. p. 193 Czvikovszky-Nagy-Gaál: A polimergyártás alapjai Műegyetem kiadó 2006 ISBN 963 420 6212 Dr. Halmai Attila: Finommechanikai elemek, Edutus Főiskola, 2012 TÁMOP-4.1.2 A1 és a TÁMOP-4.1.2 A2 könyvei Bolyós Lilla Felhasználói felületek ergonómiája Debrecen, 2011 Bercsey, T. - Döbröczöni, Á. – Dubcsák, A. – Horák, P. – Kamondi, L. Péter, J. – Scholtz, P.: Új termék kifejlesztése és bevezetése, a piacravitel ideje és az azt meghatározó tényezők. Miskolc, 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 program támogatásával, pp: 1/258 1998. évi XXVI. törvény a fogyatékos személyek jogairól és esélyegyenlőségük biztosításáról Kamondi, L.: A környezettudatos tervezés kérdései. In: OGÉT 2012 XX. Nemzetközi Gépész Találkozó. Kolozsvár, Románia, 2012. Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság, pp. 214- 217. (ISSN 2068-1267).


174


Nyílvesszőfaragó gép tervezése

Vasas Jozef Általános géptervező hallgató Bevezető A történelmi íjászatban általában fa alapanyagú vesszőt használnak céllövő heggyel és madártollal ellátva. A valóban jó favessző beszerzése azonban sokáig nem tűnt egyszerű feladatnak, ezért a kezdeti időszak történelmi íjászai maguk készítették nyílvesszőiket. Ma már több gyártó is készít olyan favesszőket, amelyek megfelelnek a versenyek által támasztott követelményeknek. A fa természetes anyag, már két léc között is lehet különbség, emiatt nem lehet készíteni két teljesen egyforma vesszőt. Feladat ismertetése Tervezési feladat egy olyan gép tervezése, ami fa alapanyagú nyílvesszőtest gyártására alkalmas. Minden háztartásban használható, vagyis 230V-os hálózatról működtethető. Egyszerűen kezelhető, minimális karbantartási munkákat igényel. A vessző átmérője egyszerűen állítható a szabványos tartományokon belül. Ezek mellett a géppel való munkavégzés biztonságos, minden forgó alkatrész le van fedve burkolattal. Előgyártmány A nyersanyag egy 10x10mm-es négyzet alapú fa léc. Az alapanyagnak a lehető legegyenesebb száliránnyal kell rendelkeznie, nem tartalmazhat anyaghibákat pl. görcsöket, szárítás okozta repedéseket. Az ideális alapanyag elkészítéséhez a deszkát hasítani kell, majd gyalulni, ezután lehet hasábokra fűrészelni. Így a fa száliránya közel párhuzamos lesz a vágással, tehát a szál nem fog kifelé futni az anyagból. A vessző ebből kifolyólag erősebb és egyenesebb lesz. A leggyakoribb vesszőtestekhez használt fa fajták: - Borovi fenyő - Cédrus - Gyertyán - Hárs - Juhar - Kőris

175


A fa szilárdságát befolyásoló tényezők [5] A fa fajtája: - A tömör szerkezetű, nagy átlagsűrűségű fafajták szilárdsága nagyobb, mint a könnyű puhafáké, ahogy ezt az 1.táblázat is mutatja. Az anatómiai irány: - A húzást, a nyomást és a hajlítást a fa száliránnyal párhuzamosan jobban bírja, mint szálirányra merőlegesen. Ez a fa szerkezeti felépítéséből következik. A nyírószilárdság szálirányra merőlegesen nagyobb, mint a rostokkal párhuzamosan, mert a szálirányú igénybevételnél az egymás mellett párhuzamosan futó rostkötegeket a fellépő csúsztató-erő könnyebben elmozdíthatja. Sűrűség Húzó- Nyomó- Hajlító- Nyíró- Keménység Fafaj g/cm3

szilárdság N/mm2

0,47

83

48

71

5

36

Erdeifenyő 0,53

113

60

97

10

40

Vörösfenyő 0,59

100

55

101

9

54

Kőris

0,69

158

54

123

13

77

Gyertyán

0,82

131

81

156

8

73

Hárs

0,53

84

54

108

4

48

Dió

0,68

109

50

101

10

56

Lucfenyő

N/mm2

1. táblázat Néhány hazai fafaj szilárdsági értékei légszáraz állapotban

Megoldás változatok Mivel a piacon nem található olyan gép a mi konkrétan nyílvessző készítésére alkalmas, ezért tiplimaró gépeket kell alapul venni. Szabadalom és piackutatás után a következő megoldásváltozatok készültek. Maró kések: - Álló kések - Forgó kések - Forgó marófej Hajtás: - Ékszíjhajtás - Poly-V szíjhajtás Munkadarab forgatása: - Kézi fúrógép - Szíjhajtás

176


A koncepcionális tervezés során és az értékelemzés kimutatása szerint a feltárt megoldásváltozatok közül ez a változat a legmegfelelőbb.

1. ábra Választott megoldásváltozat

Szilárdsági méretezés A forgácsoló erő meghatározását követően a kritikus alkatrészeket, mint pl. retesz, csapágyak, szilárdsági méretezések követték. Ezek után meg lehet határozni az ékszíjtárcsák méretét, a villanymotor teljesítményét, az ékszíjtípus, a tengelytávot, a szíjhosszt és a szíjjak számát. Összegzés A nyílvesszőfaragó gép általános adatai a 2.táblázatban megtalálhatók. Villanymotor teljesítménye

Pm =0,55kW

Villanymotor fordulatszáma

n1 =2800 1/min

Nyílvesszőfaragó gép fordulatszáma

n2 =6300 1/min

Hajtó szíjtárcsa átmérője

D1 = 140 mm

Hajtott szíjtárcsa átmérője

D2 = 63 mm

Áttétel

i = 0,45

Tengelytáv

a = 197,94 mm

Ékszíjhossz

Lszab = 722 mm 2. táblázat A gép adatai

177


3D modell tervezése A számítások elvégzése és a méretezések után a 3D modell a Solid Edge ST7 verziójú CAD/CAE [4] tervező szoftverben készült. Majd a modellekből alkatrészrajzok készültek. A modell tervezésének főbb lépései: Gépalap (2.ábra) tervezésének fő szempontjai: - Egyszerű hegesztett konstrukció - Könnyen legyártható - Gazdaságos gyártás - Elemek felfogatásához kialakított furatok - Elszíváshoz kialakított kivágás

2. ábra Gépalap

Megmunkáló készülék tervezése A megmunkáló készülék (3.ábra) tervezésénél figyelembe kell venni, hogy a gép üzemelése közben fa forgács és por keletkezik, ezért a csapágyakat megfelelően le kell zárni és olyan csapágyat kell választani ami megfelelő védelemmel van ellátva [3]. A kések beállítása a rögzítő csavar meglazítása után beállító csavarral lehetséges, majd ismét rögzíteni kell a késeket.

178


3. ábra Megmunkáló készülék

Teljes 3D modell A 4. ábrán látható, 1-es jelű vezeték központosítja a fahasábot és megakadályozza annak elfordulását. A 2-essel jelzett vezeték a kész vesszőt támasztja meg és megakadályozza annak a gépből való kifordulását. A gyorsan futó ékszíj balesetveszélyes, ezért műanyag burkolatban (3) kapott helyet. A burkolat portól és egyéb szennyezésektől is védi a hajtás. A 4-es jelű burkolat megakadályozza forgács kivetődését, valamit biztosítja a kezelőszemély védelmét. A burkolat nyitható karbantartás és késbeállítás céljából. Az 5-ös jelű beállító csavarral állítható be az ékszíj feszessége. A kívánt feszesség beállítása után, a 6-os jelű csavar meghúzásával rögzíthető a villanymotor pozíciója. A használat közben keletkező forgácsot az elszívócsonkra (7) kötött ipari porszívó távolítja el.

4 1

3

5 6

7

2

4. ábra Nyílvesszőfaragó gép teljes modellje

179



[2]

[3]

[4] [5]

Dr. Szente József - Bihari Zoltán: Interaktív mérnöki kommunikáció és a tervezést támogató CAD rendszerek. Elektronikus tankönyv. 2011. p. 107. www.tankonyvtar.hu/hu Sarka Ferenc, Dr. Szente József: Interaktivitás a tervezésben és a prototípusgyártásban. Elektronikus tankönyv. 2011. p. 49. www.tankonyvtar.hu/hu Valasek I., Tribológia, Tribotechnik Kft., Budapest, 2003. (3. kötetből: Németh Géza: Tömítések (p112-121), Súrlódó hajtások (p138-143)) ISBN 963 00 8690 5 Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépestervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. Taskovics Péter: Faipari anyagismeret. ISBN 963-16-1983-6


180

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2014

Recommend Documents