A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI SZERKESZTETTE:

Bihari Zoltán

Miskolc 2013.

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

Baló Tamás Bene Máté Debreczeni Dániel Jónás Szabolcs Kasza Dávid Kovács Kitti Majoros Dávid Németh László Szarka Dániel Takács Krisztina Tenk Gergely Varsics Norbert

Balogh Nóra Csáti Zoltán Gál Viktor Juhász Ádám Kertész Tamás Kovács Zoltán Tamás Molnár Péter Szabó Gábor László Szőlősi Ákos Tamás Gábor Tóth Fruzsina Veres Ádám

A leadott cikkeket kötetbe szerkesztette: Bihari Zoltán egyetemi adjunktus

A szerkesztő nyilatkozata: Alulírott Bihari Zoltán, mint „A Jövő Mérnökeinek Prezentációi” 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 978-963-358-050-9 Kiadó: Miskolci Egyetem Gép- és Terméktervezési Intézet

ELŐSZÓ A MEGJELENT KÖTETHEZ Immár majdnem két évtizede évről évre ismétlődő rendezvény a Géptervezők és Termékfejlesztők Szemináriuma. Idén ez a rangos esemény 2013. november 7-8-án, 19. 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. Az idén 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 Tanszék 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” kötet olvasását követően. Miskolc, 2013. december 6. 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.

TARTALOMJEGYZÉK

Baló Tamás: Ékszíjas variátor tervezése kerékpárhoz .................................... 4 Balogh Nóra: Kistelepülés utcabútor-tervezése ............................................... 9 Bene Máté: Fűkasza tervezése ..................................................................... 16 Debreczeni Dániel: A egyenes fogú, hengeres, külsőfogazatú fogaskerék fogprofiljának meghatározása ......................................................... 22 Gál Viktor: Átalakítható kerékpár tervezése ................................................... 32 Jónás Szabolcs: Láncszemek tönkremenetelének vizsgálta ......................... 40 Juhász Ádám: Forgalomkorlátozó oszlop tervezése ..................................... 48 Kasza Dávid: Seprőgép tervezése ................................................................. 58 Kertész Tamás: Vegyi üzemi-léghűtő kamrájának végeselemes vizsgálata ........................................................................................................... 67 Kovács Kitti: Tengelycsapágyazás optimalizálási lehetőségei tömegminimumra ................................................................................................ 77 Kovács Zoltán Tamás: Dugóhúzó tervezése ................................................. 86 Majoros Dávid: Alternatív energiát termelő burkolat tervezése, korszerűsítése .................................................................................................... 96 Molnár Péter: Lánchajtás tervezése ............................................................ 106 Németh László: Szabályozott utánfutó fékberendezés ................................ 112 Szabó Gábor László: Csocsóasztal tervezése ............................................ 120 Szarka Dániel: Multifunciós bicska fejlesztése ............................................ 130 Szőlősi Ákos: Agyaggyúró gép tervezése .................................................... 136 Takács Krisztina Tímea: Gyermekjátszótér tervezése ................................. 141 Tamás Gábor: Mézpergető tervezése ......................................................... 147 Tenk Gergely: Faeszterga tervezése ........................................................... 155 Tóth Fruzsina: Multifunkcionális térelválasztó rendszer tervezése .............. 161 Varsics Norbert: Mechanikus hajtású fűnyíró tervezése .............................. 169 Veres Ádám: Orvosi szívmonitorozó rendszerrel ellátott mobiltelefon tervezése ............................................................................................ 174 Csáti Zoltán: Áramlási jellemzők vizsgálata nyugvó közegben mozgó síkfelületen........................................................................................... 180

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI

Ékszíjas variátor tervezése kerékpárhoz Baló Tamás Géptervező szakirányos hallgató 1. A fokozatnélküli hajtásokat nagy számban használják technológiai munkagépekben, célgépekben, csomagológépekben, élelmiszeripai és vegyipari berendezésekben, mezőgazdasági gépekben, papír- textilvalamint a nyomdaiparban is. A fokozatnélküli hajtóművek sok esetben a folyamatos sebességszabályozás legmegfelelőbb eszközei. A teljesítmény átvitelre alkalmas mechanikus, fokozat nélküli hajtások között a legtöbb változat kúpos és görgős súrlódó elemű. Napjainkban közel 1 milliárd kerékpárt használnak világszerte közlekedésre, szállítási, szabadidős és sportcélokra. A lánchajtás a kerékpár egyik legfontosabb része, hiszen ezzel tudjuk hajtani a kerékpárunkat. A lánchajtásnál mechanikai energiát lánc viszi át az hajtó (első) fogaskerekekről a hajtott (hátsó) fogaskerekekre. A fokozatmentes váltó ötlete zseniális, mivel nem adott fokozaton illetve áttételen tudjuk átadni a nyomatékot, hanem a legnagyobb és a legkisebb fokozat között végtelen sok fokozat áll a rendelkezésünkre. Így állandó szögsebességgel tudjuk hajtani a kerékpárt, ami kényelmes és hatékony. 2. Ékszíjhossz számítás legnagyobb gyorsításnál

1. ábra Legnagyobb gyorsíró árrétel

4

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A tengelytáv és a szíjhossz adott, tehát a kúpos szíj-tárcsák tengelyirányú elmozdulásával változtatható az áttétel. Az első és a hátsó variátor méretei különböznek. Ha a mérete megegyezne, akkor gyorsító, 1:1 és lassító áttétel is megvalósítható lenne, de nekem csak gyorsító és 1:1 áttételre van szükségem. Ennek tudatában fogom kiválasztani a variátor méreteit. D1=162mm d2=54mm

α=7,239° β=180-2* α=165,522° L=2*(D1-d2)/2/tanα+D1*π*(180-2*α)/360°+(d2* π* β)/360°=1203,19mm Lszabv=1200mm

2. ábra Legnagyobb gyorsíró árrétel

Ehhez a szabványos szíjhosszhoz számítottam egy 1:1-es áttételű tárcsaátmérőt.

3. ábra 1:1-es áttétel

5

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI L=d1/2*π+D2/d*π+2*a d1=(L-2*a)/π=110,135mm d1=D2=110mm

4. ábra 1:1-es áttétel

Az első és a hátsó tengelynél is a belső oldalon lesz az álló, rögzített szíjtárcsa, a külső oldalon pedig az elmozduló szíjtárcsa. A szíj kismértékű csavarodása érdekében a belső oldalon lesz a meredekebb oldal. 3. Szíjprofil

5. ábra Szíjprofil

6

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Ha az áttétel 1:1-es, akkor a hajtó oldalon lévő mozgó tárcsa elmozdulása a legnagyobb és a hajtott oldalon lévő mozgó tárcsa elmozdulása zérus. A legnagyobb gyorsító áttételnél, amikor D1=162mm és d2=54mm, akkor a hajtó oldalon lévő mozgó tárcsa elmozdulása zérus, a hajtott oldalon lévő tárcsa elmozdulása a legnagyobb. A tárcsa elmozdulását (x), egy egyszerű képlet segítségével kaphatjuk meg: xhajtó1=(D1-d1)/2*tan2°=0,91mm xhajtó2=(D1-d1)/2*tan17°=7,95mm xhajtó1=(D2-d2)/2*tan2°=0,98mm xhajtó2=(D2-d2)/2*tan17°=9,54mm

6. ábra X elmozdulás meghatározása

4. Erők meghatározása m=80kg G=Fkar=784,8N k=0,175m

7. ábra Erők meghatározása

7

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI T1>T2 Fker=T1-T2 Mcs=Fkar*k=Fker*D1/2=137,34Nm Szerkezeti megfontolásból 100Nm-re fogom méretezni a hajtást. Irodalomjegyzék [1] [2] [3]

Dr. Szente József - Bihari Zoltán: Interaktív mérnöki kommunikáció és a tervezést támogató CAD rendszerek. Elektronikus tankönyv. 2011. p. 107. www.tankonyvtar.hu/hu Péter József: Géptervezés alapjai. Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc-Egyetemváros, 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.


8


Kistelepülés utcabútor-tervezése Balogh Nóra Ipari termék- és formatervező mérnökhallgató Bevezetés Leendő Ipari termék- és formatervező mérnökként szerettem volna olyan témát választani magamnak, ami megmutatja, hogy egy ember miért szeretne formatervező lenni. Mindenkiben megvan az a vágy, hogy valami használhatót, valami szépet, valami újat alkosson. Ez a szak éppen erről szól. Megtanít arra, hogy a gondolatokból tervek, a tervekből pedig termék legyen. Egy olyan feladattal kerültem szembe, ami magába foglalja mind azt, amit eddig tanultam, és ami megannyi meglepetéssel ajándékozott meg a munkám során. Mályi Község Önkormányzata, a területfejlesztés keretein belül parkosításon, új utcabútorok és közterek kialakításán dolgozik. Az Önkormányzattal együttműködve veszek részt ebben a projektben, ezért is választottam ezt a témát. Az én feladatom, hogy a Községnek egy olyan utcabútorzatot tervezzek, ami figyelemfelkeltő, fiatalos, emlékezetes és különleges. Szeretnének olyan termékeket, melyek nem tucat számra gyártottak, stílusteremtő, mégis beleillenek a már kialakult környezetbe, tükrözik az itt élők igényeit, ízlésvilágát. Mályi Község bemutatása Mályi Község Borsod-Abaúj-Zemplén megyében, a Bükk-hegység és az Alföld találkozásánál, Miskolctól 10 kilométerre található. A Mályi név feltehetően a mál (szegély, hegyoldal, oldal) kifejezésből származtatható, ugyanis a régi falu az enyhén leejtős, napsütötte hegyoldalon kezdett kialakulni. A Község számos látnivalóval rendelkezik, mégis mindközül a legkedveltebb, a Mályi-tó, amely Mályi fő turisztikai központjává vált. A bevezetőben már említettem, hogy a Település területfejlesztési projektekbe kezdett, melynek fő célja, hogy megszépítse és vonzóvá tegye a települést, valamint élő közösséget hozzon létre. Településfejlesztési célok A Képviselő-testület kívánatosnak tartja a közterületek megfelelő színvonalon történő fenntartását. A területfejlesztési célok közé sorolták többek között a helyi tömegközlekedési feladatok ellátása és 9

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI színvonalának javítása érdekében a megállóhelyek, buszvárók korszerűsítését, felújítását. A területfejlesztési célok megvalósításának e pontját kihasználva kerestem meg az Önkormányzatot, így feladatként megkaptam, hogy tervezzem meg a Botond utcai buszforduló buszvárójának dizájntervét. Ehhez a feladathoz úgy kezdtem hozzá, hogy feltérképeztem a piacon fellelhető, már használatban lévő buszvárókat. Piackutatás A piackutatás során a hagyományos szerkezeteken kívül igyekeztem olyan várókat keresni, melyek valamely tulajdonságukkal felhívják magukra a figyelmet. Ez a kutatás adja a tervezőnek az egyik legnagyobb inspirációt. Ilyenkor tájékozódunk, hogy a piacon milyen termékek jöttek eddig létre, milyen különlegességek vannak szerte a világban, mik azok a dolgok, melyeket meg lehet fogni, tovább lehet fejleszteni, testre lehet szabni.

1. ábra Használatban lévő buszvárók

Az 1. ábra buszvárói a jelenleg használatban lévő buszvárókat mutatja be. A felső sor középső képén látható az a buszváró, amely Mályiban található, azon a téren, melyet az általam tervezett buszváróra szeretne az Önkormányzat lecserélni.

2. ábra A jövő buszvárói

10

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A 2. ábra szemlélteti a jövő buszváróit. Az első képen a BMW dizájncsoportja által tervezett buszvárót láthatják, a mellette lévő képen pedig egy firenzei buszváró látható. Az intelligens városi bútorok legújabb generációját dolgozták ki olasz tervezők. „A napenergiával működő buszmegálló komplexum egy érintőképernyős rendszer segítségével internetes elérhetőséggel, légszennyezettségi jelentéssel, a várt busz pontos helyének meghatározásával, térképpel és az utazáshoz szükséges egyéb információkkal szolgál az utazóközönség számára. Az interaktív buszmegálló fejlesztését a firenzei városi buszvállalat, az ATAF támogatta.”[1]

3. ábra A BMW által tervezett utcabútorok

A BMW tervének különlegessége, hogy nem csupán egy termékből áll, hanem több termék alkotta családból. A buszváróhoz megtervezték a padokat, a hulladékgyűjtőket és a közvilágítás lámpáit is. Erre alapozva döntöttem úgy, hogy nem csupán a buszváró dizájnját tervezem meg, hanem a váró környezetében elhelyezhető utcabútorok termékcsaládját, mely tartalmazza a buszvárót, a padot, a hulladékgyűjtőt és a hirdetőtáblát. Úgy kívánom ezeket a bútorokat megtervezni, hogy egységet alkossanak, és ezzel megalapozzam a település arculatát. Szerencsés helyzettel állok szemben, hiszen Mályi Községének még nincs olyan jellegű kialakult arculata, melyhez alkalmazkodnom kellene, valamint a közterületek átalakítása épp aktuális. Tehát szeretnék egy olyan termékcsaládot, amely stílusteremtő és meghatározó szerepet kap a Község új arcának kialakításában. I. Megoldásváltozat Az első megoldás formailag hasonló a piacon fellelhető, napjainkban is használatban lévő buszmegállókkal. Úgy is fogalmazhatnék, hogy maradtam a jól bevált formáknál, viszont engem nagyon zavart az, hogy 11

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI ebben a megállóban nincs semmi olyan, ami megdobogtatná egy ember szívét. Egy buszmegállónak nem is feltétlenül kell, de ha azt vesszük alapul, hogy ez a szerkezet is belső térként is funkcionál, akkor igen is fontos, hogy annak legyen valamilyen, leginkább kellemes hangulata. Éppen ezért döntöttem úgy, hogy e tervből kiindulva egy kis természetet belecsempészve megbolygatom ezt a komor hangulatú buszmegállót. A jobb hangulat érdekében néha elég, ha a színekkel kísérletezünk, de találtam egy sokkal jobba megoldást, ez pedig nem más, mint a moha graffiti.

4. ábra

A moha graffitit úgy hozhatjuk létre, hogy egy érdes felületre különböző összetevőjű masszát kenünk. A mohafal, vagy zöld fal elkészítéséhez szükségünk lesz mohára. A mohának vannak védett fajai is, ezért biztonságosabb, ha virágárustól szerezzük be, mivel elég nehéz egy laikus számára az egyes moha fajok megkülönböztetése. A moha beszerzése után, alaposan át kell mosni, hogy a gyökerei közül kiázzon a föld, majd a megtisztított mohát kis tarabokra tépkedni. Végül turmix gépbe helyezve joghurt víz és cukor hozzáadásával addig kell turmixolni, amíg egy sűrű, homogén, zöld színű masszát nem kapunk. Mindezek után már csak annyi a teendőnk, hogy a masszát felvisszük a falfelületre, majd hetente egyszer, vagy többször vízzel permetezzük. A moha, néhány hét után életre kel és zöldellni kezd. Az első megoldás különlegességei közé tartozik még, hogy a hátsó fal három részből tevődik össze. Az egyik a már említett moha fal, a másik kettő pedig parafával bevont fal. Ez azért szükséges, hogy a hirdetéseket, közleményeket könnyen kihelyezhessék a legforgalmasabb helyre, azaz a buszváró falaira. Az első változathoz tartoznak még hulladékgyűjtők, padok és szelektív hulladékgyűjtők is.

12

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI II. Megoldásváltozat A második megoldás egy olyan buszmegálló, mely letisztult formavilággal rendelkezik. Egyszerű, kifinomult és elegáns. Ezt az úgynevezett merevséget oldják a sarkok lekerekítései, valamint a pad és a hátsó fal fa berakásai között haladó érszerű rések. A formatervet illetően második megoldásként, a település elegánsabb vonulatát szerettem volna erősíteni. Ez a forma a legideálisabb, ha egyszerű, mégis modern dolgot akarunk létrehozni.

5. ábra

Ehhez az alakhoz és a dizájnt jellemző vonásokhoz könnyű volt a többi bútorzatot hozzátervezni, mivel a jellemzők nagyon karakteresek. Ezáltal a termékcsalád nagyon jól együtt tud működni. Kérdés viszont, hogy ez a fajta elegancia és modernitás mennyire illik bele a már meglévő környezetbe. Mint minden megállóhoz, ehhez a változathoz is tartozik hirdetőtábla, szeméttároló és szelektív hulladékgyűjtő. III. Megoldásváltozat A harmadik formaterv, kicsit sem szokványos, inkább szoborszerű építmény. Azért gondoltam, hogy ezt a változatot is beleteszem a cikkbe, mert vannak olyan helyzetek, amikor a témától való elrugaszkodás közelebb visz minket a végső megoldáshoz. A harmadik változatnál éppen ezt tettem és próbáltam a természetben keresni olyan megoldásokat, melyekre szükségem lehet. Így jutottam el a gombákhoz. A gombák alakjából kiindulva nyertem ki a III. megoldásváltozatom alapjául szolgáló formát, melyet az 6. ábra szemléltet.

13


6. ábra

Az harmadik megoldás kezdetleges változata nem teljesen buszmegálló. Inkább nevezném esőbeállónak, ezért ebből a tervből továbblépve megszületett a következő verzió. A 7. ábrán már látható hogy a buszváróhoz padot is terveztem. Ehhez a bútorcsaládhoz hirdetőtábla és szeméttároló kapcsolódik még.

7. ábra

A tervek szerint a megrendelő egy változatot fog kiválasztani, melyet a közeljövőben szakemberekkel együtt helyezünk olyan formába, hogy az kivitelezhető legyen. Megoldásváltozatok látványtervei

8. ábra

14

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI I. Megoldásváltozat bútorai

9. ábra II. Megoldásváltozat bútorai

10. ábra III. Megoldásváltozat bútora

Irodalomjegyzék [1] [2]

[3]

[4] [5] [6]

http://www.lakaskultura.hu/hirek/intelligens-buszmegallofirenzeben-3510 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. Péter J., Dömötör Cs.: Ipari design a fejlesztésben, MiskolcEgyetemváros, 2011., elektronikus jegyzet Hercegfi Károly; Izsó Lajos: Ergonómia Ernst Neufert – Építés- és tervezéstan

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. 15


Fűkasza tervezése Szerző: Bene Máté Géptervező szakirányos hallgató 1. A feladat ismertetése: A tervezési feladat a mezőgazdaságban használt fűkasza tervezése. A feladat megfogalmazása: olyan mezőgazdasági célokra elsősorban szálatakarmány betakarítására alkalmas kaszáló munkagép tervezése, mely a mezőgazdasági kisvállalkozások számára elérhető, gazdaságos és termelékenysége kedvező. Tervezési kritériumok:    

3 m-es munkaszélesség Forgódobos kialakítás A 90 LE –s (66 kW) erőgépcsoport munkagépe legyen A kialakítás alkalmas legyen a rendképzésre

Ezen kritériumok közül a 3 m-es munkaszélesség a termelékenység miatt kiemelten fontos. Az erőgépcsoport teljesítménye azért a 90 LE –s kategória, mert a mezőgazdasági kisvállalkozásoknak ez az egyik leggyakoribb gépcsoportja. A tervezési feladat részei: 

  

Koncepcionális tervezés: o Szabadalom és piackutatás o Megoldásváltozatok képzése kiválasztása Váz tervezése Hajtás tervezése, méretezése Vágórész tervezése, méretezése

és

optimális

megoldás

2. A piacon fellelhető hasonló termékek: Ezek értelmében fontos megismerni néhány a piacon ma is fellelhető terméket:

16


1. ábra Samasz Z010

2. ábra Pöttinger Novadisk 256

Hasonló termékek gyártásával számos cég foglalkozik, mint például a Claas, Krone, Samasz. 3. A váz tervezése: A koncepcionális tervezést követően a váz tervezése következik. A váz legfontosabb tulajdonságai és tervezési kritériumai:  Hordozza a gép főbb alkatrészeit 

Biztosítja a talajkövetést



Ellenáll a keletkező dinamikus hatásoknak



Kompatibilis az erőgép három pontos felfüggesztésével



Alkalmas a szállítási-és munkahelyzetek közti könnyű váltásra

17


3. ábra A váz 3 dimenziós modellje

A 3. ábrán látható 3 dimenziós modellen megfigyelhető, hogy két fő részből áll. Zölddel jelölve az erőgépre csatlakozó fixen megkötött rész és a narancssárgával jelölt a fix részhez képest elmozduló vázrész. Ez a kialakítás lehetővé teszi, hogy a talajegyenetlenségből származó dinamikus hatások következtében a vágórész felfüggesztésének helye elmozdulhasson és így megelőzhetőek a károsodások. Továbbá egy hidraulikus henger segítségével az elmozduló rész függőleges helyzetbe hozható, így elérve a szállítási helyzetet, hogy a gép közúton is biztonságosan szállítható legyen anélkül, hogy le kelljen szerelni az erőgépről. 4. A hajtás: Következő tervezői lépcsőfok a hajtás megtervezése, erre a szolgáltat kis illusztrációt.

4. ábra

18


4. ábra Részlet a hajtásból

A hatástervezésben a legfontosabb szempont, hogy a gép hogyan veszi fel a hajtást az erőgépről. Erre a célra minden erőgépen egy TLT (teljesítmény leadó tengely) van elhelyezve. Egy kardántengely segítségével lehet átvinni a hajtást az erőgépről a munkagépre. Fontos szempont továbbá, hogy mekkora nyomaték terheli majd a hajtást. Egy átlagos 90 LE –s erőgép TLT nyomatéka 265 Nm, ez az adat mérésből származik. Tehát ezek ismeretében a szükséges számítások elvégzése után méretezhetőek a hajtás elemei. A hatás két fő egységből áll. Az egyik a váz fix részén elhelyezett hajtásház, a másik pedig az elmozduló részen elhelyezett hajtásház, melyek között a nyomatékátvitelt kardántengely biztosítja. A tengelyen a rá szerelt elemek biztosítását bordás kötés látja el, a nagy nyomatékok miatt. A tengelyről tengelyre való nyomatékátvitelt kúpfogaskerék vagy kardán tengely látja el. A méretezési és ellenőrzési feladat a következőkre terjed ki: 

Tengelyek méretezése/ellenőrzése csavarásra



Hosszú, nagy terhelésű tengelyek ellenőrzése hajlításra



Fogaskerékagy méretezése



Fogaskerékpár kiválasztása



Bordás kötések ellenőrzése felületi nyomásra



Csapágyak kiválasztása, ellenőrzése 19

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A csapágyak kiválasztása, ellenőrzése 20.000 üzemórára lett elvégezve. Tehát a munkagép csapágyai minimum 20.000 üzemórát bírnak. Ez az időtartam egy ilyen szezonálisan használt gépnél megfelelő. 5. A vágórész: Másik fontos megtervezendő egység a vágórész. A vágórész kialakítása dobos kialakítású, mely az 5. ábrán látható.

5. ábra A vágórész kialakítása

Látható, hogy a vágórész egyik fő eleme egy függőleges tengely, mely kúpfogaskerék segítségével kapja a hajtást. A tengely négy helyen van megtámasztva csapágyakkal, melyek közül három radiális és egy axiális csapágy. Az axiális csapágy az axiális erők felvételére szolgál, mely erők nagy részben a vágórész súlyérőjéből származnak. A radiális csapágyak közül kettő egyazon házban van megfogva, egy pedig az alsó dobtárcsán, mely munka közben a földön csúszik. A tengelyre erősített késtartón három vágókés helyezhető el, melyek könnyedén cserélhetőek, a késeket egy rugalmas lemezen kialakított csap tartja a helyén. A dob átmérője 700 mm a benne elhelyezett késekkel együtt, így a 3 m-es vágószélességhez 4 dob kerül elhelyezésre a munkagépen, melyek a rendképzés miatt egymással párba szembe forognak. 20

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Irodalomjegyzék

[1]

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

[2]

Németh Géza, Biztonsági tengelykapcsoló méretezése (Oktatási segédlet), Miskolci Egyetem, Miskolc, 2005., 24p.,http://www.uni-miskolc.hu/gepelemek/

[3]

Szente József,Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése –Terméktervezés, Miskolc:HEFOP,2005.150 p.

[4]

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

[5]

Valasek I., Tribológia, Tribotechnik Kft., Budapest, 2003. (3. kötetből: Németh Géza:Tömítések(p112-121),Súrlódó hajtások(p138-143)) ISBN 963 00 8690 5


21

JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI

A Egyenes fogú, hengeres, külsőfogazatú fogaskerék fogprofiljának meghatározása Debreczeni Dániel Gépészeti mechatronika szakirány Jelmagyarázat: Latin kisbetűk: b fogszélesség c* lábhézagzényező d lefejtőszerszám működő fejvonalának annak gördülővonalától mért g görbület ha* fejmagasságtényező m modul rb alapkörsugár r2 fogaskerék osztókörének sugara r3 szerszám éllekerekítési sugara x profileltolási tényező z fogszám Latin nagybetűk: Ft fogaskerék osztókörén vett kerületi erő KA alkalmazási tényező KV dinamikus tényező KFα kapcsolószám tényező KFβ terheléseloszlási tényező YF egyszerűsített fogalaktényező YFN Niemann – Glaubitz féle fogalaktényező YS feszültségkoncentrációs tényező Yβ fogferdeséget figyelembe vevő tényező

Görög kisbetűk: alapprofilszög a fog szimmetria tengelye és a fogaskerék tengelypontját a kapcsolóegyenes vizsgált fogaskerékhez tartozó alapköri pontjával összekötő egyenes által a normálmetszetben bezárt szög normálmetszeti profilkapcsolószám λ a fogtő-igénybevételre nézve veszélyes keresztmetszet egységnyi modulra vonatkoztatott távolsága a normál erő hatásvonalának a fog szimmetria tengelyével való metszéspontjától fogtő-igénybevétel veszélyes keresztmetszetének egységnyi modulra vonatkoztatott húrmérete görbületi sugár fogtőfeszültség fogtőkifáradási határ névleges fogtőfeszültség

22


1. Fogprofil pontos ismeretének fontossága A fogprofil jellege, bizonyos mértékű ismerte a fogaskerekek tervezésének és gyártásának alapvető feltétele. A szilárdsági paraméterek vizsgálata esetén azonban jellemzően szükség van a fogalak, különösen a fogtőgörbe pontos matematikai leírására. A vizsgálatok alapjául szolgáló paraméter megválasztása a jellemző tönkremeneteli okok alapján történik. Az acélból készült fogaskerekek tönkremeneteli okai két fő csoportba sorolhatók. Ezek a fogtörés és a fogfelületi sérülések. A fellépő meghibásodások elkerülésének érdekében a fogaskerekek teljes szilárdsági vizsgálata három lépésben végezhető el. Ezek a felületi szilárdságra, a fogtőszilárdságra és a berágódási szilárdságra történő ellenőrzések. A későbbiekben mi fogtőszilárdság alapján történő ellenőrzést fogjuk tanulmányozni. 2. Fogprofilszakaszok matematikai alapokon történő meghatározása Maag eljárás esetén

1. ábra Fogprofil szakaszai

Egy lefejtő eljárással létrehozott fogprofil négy nevezetes szakaszra osztható. A profilt felülről a fejkör, alulról pedig a lábkör határolja. Az A-K2 szakasz a mozgás átvitelében szerepet játszó használható fogprofil, ami a mi esetünkben egy körevolvenst ír le. Az K2-K1 profilrész az úgynevezett fogtőgörbe, ami az evolvens profilt köti össze a lábkörrel. Az utóbbi vizsgálata nagy jelentőségű a szilárdsági méretezés szempontjából, valamint alámetszés esetén a fogtőgörbe az, amely belemetsz a fogalakba így lerövidítve a használható profilszakaszt. A lábkör és az alapkör meghatározása egyszerű, elemi számításokkal történik, ezért ezekkel külön

23

JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI nem foglalkozunk. Vizsgálataink során a körevolvens és a fogtőgörbe származtatását, matematikai leírását fogjuk tárgyalni. Körevolvensnek nevezzük azt a görbét, amely kör alakú evolutával rendelkezik, vagyis bármely pontjában felvett profilmerőlegese egy adott kör érintője lesz. Hengeres fogaskerekek esetén az evolutát alapkörnek nevezzük. A körevolvenst leíró Descartes-koordináták paraméteres egyenleteit a 2. ábra alapján könnyedén meghatározhatjuk. Látható, hogy az evolvenst az evoluta tetszőleges pontjából kiindulva egy egyenes legördítésével, valamint az egyenes hosszának a középponti szög függvényében való növelésével állíthatjuk elő.

2. ábra Körevolvens Descartes-koordinátás származtatása

A görbét a függőleges tengelytől az óramutató járásával megegyező pozitív irányban felvett középponti szög függvényében írjuk le. A 2. ábrán feltüntetett geometriai viszonyok segítségével az evolvens az 1. és 2. paraméteres egyenletek szerint határozható meg.

( ) ( ) A fogtőgörbe alakja az alkalmazott lefejtő eljárás függvénye. Maag eljárás esetén hurkolt evolvensként írható le. Származtatásánál két 24

JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI alapesetet kell megkülönböztetnünk. Mégpedig az éllekerekítés nélküli, illetve az éllekerkítéses szerszámmal történő fogazást. A fogtőgörbe származtatását célszerű az éllekerekítéses estre elvégezni, mivel a kapott eredmények a lekerekítési sugár végtelen kicsinek való választásával értelemszerűen alkalmazhatóak a hegyes csúcsú szerszám esetére is.

3. ábra Fogtőgörbe leképezése lekerekített élű szerszám esetén [1]

A leképezést a 3. ábra alapján fogjuk elvégezni. Az alap, index nélküli, álló koordináta-rendszer középpontja a kapcsolódás P főpontja. Ehhez képest az 1-es indexű koordináta-rendszer a szerszámmal megegyező lineáris mozgást végez. A 2-es indexű koordináta-rendszert a megmunkálandó fogaskerék forgásközéppontjához rögzítjük. A fogtőgörbét a szerszám lekerekített élének burkológörbéjeként állítjuk elő. A lekerekítés geometriai leírása az 1-es koordináta-rendszerben a 3. és 4. egyenletek alapján adható meg.

( )[ ] (

)( )[ ]

Ugyanezt a szakaszt az álló koordináta-rendszerben az 5. és 6. összefüggések segítségével írhatjuk le.

( )[ ]

25


(

)( )[ ]

A kapcsolódás alapegyenletét egyszerű geometriai megfontolással állíthatjuk elő. Mégpedig abból kiindulva, hogy a kapcsolódási pontban felvett profilmerőleges minden esetben áthalad a kapcsolódás főpontján.

(

)

( )[ ]

A burkológörbét az éllekerekítés egyenleteinek álló koordinátarendszerből a 2-es indexű koordináta rendszerbe való áttranszformálásával kapjuk. A transzformációs mátrixot az 8. összefüggés mutatja.

] ( )[ ]

[

A 2-es koordináta-rendszerbe való áttérés után megkapjuk a fogtőgörbét leíró egyenleteket.

( [

(

) )]

( [

(

( )[ ] )

)]

(

)[ ]

Látható, hogy a fogtőgörbe nem adható meg csupán a 9. és 10. összefüggésekkel, hanem szükség van a kapcsolódás 7. alapegyenletére is. 3. Fogalakok modellezése Az ismertetett számítási eredmények alapján Excel táblát is készítettem. Mindegyik ábrán feltüntetésre került az adott esethez tartozó kiindulási paraméterek. A kirajzolt profilokon Fogtőgörbe1 elnevezés a lekerekítés 26

JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI nélküli szerszámmal való fogazás esetét, míg a Fogtőgörbe2 a lekerekítéses esetet jelöli. Látható, hogy a lekerekítést tartalmazó esetben alámetszés nélküli fogazat esetén a használható profilszakasz rövidebb, mintha nem lekerekített szerszámot alkalmaztunk volna. Alámetszés esetén azonban a hegyes csúcsú szerszám mélyebb bemetszést ejt a fogprofilban.

4. ábra Elemi fogazat fogprofilja

5. ábra Határfogszám alatti fogszámú fogaskerék alámetszett fogprofilja 27

JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 4. Fogtőfeszültség maximális értékének meghatározási lehetőségei A fogtőfeszültség maximális értékének meghatározásánál számos szempontot kell figyelembe vennünk. Az első lényeges kérdés, hogy mely kapcsolódási pillanatban értelmezzük a fogtő-igénybevétel maximális értékét. Jellemzően két lehetőség áll rendelkezésre. Mégpedig az egyfogpárkapcsolódás, illetve a kapcsolódás határpontjában történő értelmezés. Egy másik fontos szempont, hogy mely igénybevételeket vegyük figyelembe. Megállapításainkat az 6. ábra által szemléltetet kapcsolódási pillanatban tesszük meg.

6. ábra Lassító külső-külső kapcsolódás a kiskerék fogtőfeszültségcsúcsának pillanatában [2]

Az egyszerűsített fogalaktényező alkalmazásakor csak a hajlítással számolunk. Ez az egyszerűsítés a gyakorlatban teljes biztossággal alkalmazható, olyannyira hogy az ISO ezt a megoldást támogatja.

(

)[ ]

28

JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A másik lehetőség a Niemann-Glaubitz féle fogalaktényező használata, amely esetén nem hanyagoljuk el a nyomó és a nyíró igénybevételt.

√(

(

)

) (

)[ ]

A következő lényeges lépés a veszélyes keresztmetszet megválasztása. A két legismertebb lehetőség a Lewis által megalkotott egyenszilárdságú parabola segítségével kijelölt, valamint a Hofer kísérleti szerinti keresztmetszet, amelyet a fog szimmetria tengelyével 30°-os szöget bezáró fogtőgörbe-érintők határoznak meg Továbbá ki kell választanunk az alkalmazandó számítása modellt. Természetesen ennek kiválasztása az előzőekben ismertetett szempontokra is hatással van. Hiszen a rendelkezésre álló eljárásoknál előre meg van határozva, miként értelmezik a veszélyes keresztmetszetet és hogy mely igénybevételeket veszik figyelembe. Munkám során én DIN 3990 szabványt alkalmaztam. A szabványt szerint a fogtő-igénybevételt a 13., míg a névleges fogtőfeszültséget a 14. illetve a 15. összefüggés alapján határozza meg. A 14. formula feszültség maximum egyfogpárkapcsolódás határpontjában történő, míg az 15. egyenlet a kapcsolódás határpontjában történő értelmezésének esetére vonatkozik.

(

(

)[ ]

)[ ]

(

)[ ]

A Kv tényezők értékei táblázatok, diagramok segítségével megadhatók. A névleges fogtőfeszültség meghatározásakor használt Y tényezők megállapítására is rendelkezésre állnak diagramok, azonban a fogprofil geometriájának ismeretében ezek számítása tetszőleges esetre elvégezhető. Látható, hogy az eljárás az YF egyszerűsített fogalaktényezőt használja. Az YB fogferdeséget figyelembe vevő tényező, melynek értéke egyenes fogazat esetén értelemszerűen mindig egy. Az Y a terhelés eloszlásra vonatkozó, normálmetszeti profilkapcsolószámtól függő módosító tényező. 29


(

)[ ]

Az YS pedig az úgynevezett feszültségkoncentrációs tényező, ami a veszélyes keresztmetszet húrméretét, a fogra ható erő hatásvonalának a fog szimmetriai tengelyével vett metszéspontjának a veszélyes keresztmetszettől való távolságát, valamint a fogtőgörbe veszélyes keresztmetszettel való érintési pontjában vett görbületét veszi figyelembe. Értéke az 17. formula alapján határozható meg.

7. ábra Hofer féle veszélyes keresztmetszet

(

(

)

(

)

)[ ]

A 20. egyenlőségben az L paraméter a 18., míg a alapján állapítható meg.

(

)[ ]

(

)[ ]

értéke a 19. képlet

A Hofer háromszög és a fogtőgörbe érintési pontjaiban lévő fogtőgörbületi sugár értéke a fogtőgörbe egyenletének ismertében meghatározható. 30

JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Látható, hogy a fogtő-igénybevétel megállapításához, hasonlóan az egyéb szilárdsági szempontok szerint történő méretezésekhez, a fogalak pontos matematikai leírására van szükség. Természetesen rendelkezésre állnak olyan segédtáblázatok illetve diagramok, amelyek az egyes diszkrét esetekre tartalmazzák a számításokhoz szükséges tényezők értékeit. Azonban ezek nem elegendők ahhoz, hogy bármely tetszőleges fogazatot ellenőrizni tudjunk. Irodalomjegyzék [1] F. L. Litvin: A fogaskerékkapcsolás elmélete, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1972, pp. 73-77. [2] Erney György: Fogaskerekek, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1983, pp. 104-109. [3] DIN3990 Tragfähigkeitsberechnung von Stirnrädern, 1987 [4] Botka Imre – Erney György: Fogaskerékpárok méretezése, 1. kötet: Egyenes fogazat Akadémiai Kiadó, Budapest, 1973, pp. 16-20. [5] Drágár, Zs. – Kamondi, L.: Nem szabványos alapprofilú fogaskerekek tervezési kérdései. GÉP 62: (7-8) pp. 35-38. (2011) [6] Kamondi, L. - Takács, Á.:Objektum semleges géptervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült: „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében (HEFOP-3.8-P-2004-06-0012). Miskolc, 2006 Köszönetnyilvánítás A bemutatott kutatómunka 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.

31

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓ

Átalakítható kerékpár tervezése Gál Viktor Ipari termék- és formatervező mérnöki szak A kerékpározás története A kerékpár ötlete az ősrobbanásig nyúlik vissza. Az egymás mögött, egy vonalban futó két kerék gondolata egy Sivrac nevű francia emberben merült fel 1690 körül. Célérifere-nek nevezte. Az első jelentős kétkerekű szerkezet azonban Carl Friedrich Christian Ludwig Drais von Sauerbronn báró nevéhez fűződik. Ő újra feltalálta a Célérifere-t és függőleges tengely körül elforgatható első kerékkel szerelte fel. Draisinne-nek nevezte.

1. ábra Draisinne

A francia Pierre Michaux 1861-ben alkotta meg a michauline-t, az első olyan kerékpárt, amelynek pedáljai az első keréken helyezkedtek el. Ezzel már az egyensúlyozás is egyszerű volt, sőt, minél gyorsabban tekert az ember annál kevésbé veszíthette el az egyensúlyát. A kerékpározás újításai azonban nem álltak meg. Ezek közé tartozott a golyós csapágy és a sárhányó. Rájöttek, hogy a küllők egyformán húzzák a tengelyt, így már lecserélhették a régi faküllőket nagy szakítószilárdságú acél küllőkre. Az így megszületett, a kerekeket leszámítva teljes egészében fémből készült kerékpár (Ariel) új korszakot nyitott meg.Ennek hatására jött létre a velocipéd. 32

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓ Formaterv Formatervezési szempontból a kerékpár leglényegesebb része a váz. Számos váz geometriájának az áttanulmányozása után arra a következtetésre jutottam, hogy egy kerékpárnak minimum négy, de jellemzően inkább öt olyan pontja van, ahol több elem kapcsolódik egymáshoz. Ezek, a kerékpárt oldalról nézve rendre a következők: hátsó kerék tengelye, hajtókar tengelye, az ülés helye, a villa és a kormány, valamint ezeket a kerékpár hátsó részével összekötő vázelemek csomópontja, az első kerék tengelye. Ez az öt csomópont a kerékpárok legtöbbjénél megtalálható. A tervezést e pontok figyelembe vételével kezdtem meg. A megalkotott váztervek közül külön lapon tisztáztam a legjobb megoldásokat, a jobb szemügyre vételezés céljából.

2. ábra Első megoldásváltozat

A 2. ábrán egy olyan kerékpár látható melynek a hajtása (a középső hajtást tartó elemmel együtt) felhajtható. Így a kerékpárt tekerés helyett futással is lehet hajtani. A koncepció eleget tesz a feladatkiírás azon részének, hogy átalakítással egyaránt alkalmas legyen hosszú és rövid távok megtételére. Azt, hogy nem ebből a tervből fog megvalósulni a kerékpárom, az átalakítási mechanizmus döntötte el. Az átalakítás, vagyis a középső rész felhajtása - bár egy egyszerű művelet- a hajtókarok és a lánckerék felső csőhöz kerülésével jár. A kiálló alkatrészek (például pedál) miatt, sem az ergonómiai sem a jogszabályi követelményeknek nem tesz eleget. Újabb ötletek felhalmozása után arra a következtetésre jutottam, hogy a hátsó kerék meghajtása nem nyújt lehetőséget a kerékpár egy lépésben történő, használható futóbiciklivé alakítására. További lehetőségek felkutatása közben ismertem fel az első kerék meghajtásában rejlő lehetőségeket. Az első 33

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓ kerekes hajtás alkalmazásával, az átalakítás lépéseinek megtervezésénél, nem kell hangsúlyt fektetni a lánchajtás egyes alkatrészeinek térbeli helyzetének megtervezésére (mivel ezek az első kerékben integráltan kapnak helyet). A bemutatott megoldásváltozatnál a váz öt csomópontjából így csak négy marad. Az ötödik pontnak (hajtás tengelye) a kiesése nagyobb szabadságot biztosít a formatervek elkészítéséhez. A már bemutatott módszerrel kezdtem neki ismét a váz tervezésének.

3.ábra Variációk a vázra

A szóba jöhető variációkat végignézve mérnöki szempontok alapján kiválasztottam azt a négy megoldást, amelyek a feltételeknek megfelelnek. Ezek közül kettőt külön lapon tisztáztam, valamint a bennük lévő lehetőségeket kutattam. Próbálkoztam a váz alkotó csöveinek vastagításával vékonyításával, de az ívek szögletessé tételével is.

4. ábra Variációk a vázra

A formatervezés alapvető kritériumait alapul véve a 4. ábrán az utolsó váztervet választottam. Ez a forma magában hordja az átalakítás lehetőségét valamint teljes mértékben kielégíti a feladatkiírásban meghatározott kritériumokat. Ezek után az adott formán belül új 34

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓ alternatívákat kutattam. Szemügyre vettem, hogy a vázcsövek görbéinek apróbb módosításával, valamint a keresztmetszetek változtatásával kapható formákat. Ezeket külön lapon stílusukhoz igazított alkatrészeikkel együtt ábrázoltam.

5. ábra Variációk a vázra

A két megoldás közül értékelemző táblázat alapján választottam. A választott megoldást külön lapon grafikailag részletesen kidolgozva ábrázoltam.

6. ábra Végleges formaterv

Ergonómia Az általam tervezett átalakítható kerékpár egy futóbicikli melynek plusz funkciója a hajthatóság. A legfontosabb méretek kerékpár tervezésénél a láb méretei. A lábbal hajtott alkatrészek helyes elhelyezése biztosítja a kényelmes kerékpározás élményét. A kéz helyzetét és a kényelmes tartást legfőbbképpen a kormány határozza meg. Az átlagos európai emberre vonatkozó mérettartományt a people size pro program 35

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓ segítségével határoztam meg. A tekeréshez megtervezéséhez szükségem volt a comb valamint a lábszár hosszára. Ezek határozzák meg ugyanis a hajtókarok hosszát, valamint az ülésnek a kerék tengelyétől mért távolságát. A túl rövid hajtókar a láb kisebb elmozdulásaival fordítottan arányos erőkifejtés miatt kényelmetlen lehet hajtás közben. A túl hosszú hajtókar is problémás lehet, mivel az első kereket hajtva hosszú hajtókar esetén a láb jobban hajlik, így a kormányba ütközhet. Az első kerék meghajtásához a kerékpárosnak az első kerék tengelyéhez, így a kormányhoz közel kell elhelyezkedni. Ez a pozíció azonban a bicikli futva történő hajtásánál nem kényelmes. Futó hajtás közben az első kerék hajtásához képest növekednie kell az ülep földtől és villától való távolságát, mivel a futással előidézett gurulás enyhén nyújtott lábbal a leghatékonyabb. A kerékpár pontos méreteinek meghatározása Az általam tervezett bicikli eltér a hagyományos hajtással rendelkező kerékpároktól. A váz geometriájának megtervezésekor azonban a már bevált váztervezési szokásokat vettem alapul és később igazítottam a méreteket a saját termékemre. Az általam tervezett kerékpárnak rendelkeznie kell a városi közlekedésre jellemző jó kormányozhatósággal valamint az országutakra jellemző áramvonalassággal. Méreteit az imént említett tulajdonságok figyelembe vételével határoztam meg az országúti és a városi kerékpár méretei között elhelyezkedő skálán.

7. ábra Váz meghatározó méretei

A 7. ábrán látható méretek megnevezése: a.) nyeregvázcső-szög; b.) 36

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓ fejcsőszög; c.) nyeregvázcső-hossz; d.) felsőcsőhossz; e.) fejcsőhossz; f.) láncvillahossz; g.) közép- és első tengely távolsága; h.) tengelytáv; i.) villahossz; j.) villa előrenyúlása; k.) csapágyesés; l.) középcsapágymagasság; m.) átlépési magasság. A villa három alapvető fontosságú mérettel rendelkezik: hossz előrenyúlás, valamint utánfutás. A villa hossza a fejcsapágy alsó kónuszának felfekvő felületétől az első agy tengelyvonaláig terjed Az előrenyúlás a villa második fontos adata. Ez az érték megmutatja, hogy a bicikli első tengelye milyen távolságra nyúlik előre a villanyak meghosszabbított hossztengelyéhez képest. Egy átlagos országútinál ez az érték 40-50 mm között változik. Ez az érték ugyanúgy befolyásolja a kormányzást, mint a fejcsőszög, vagy a villa hossza. Minél kisebb ez az érték, a villa annál agilisabb, tehát minél hosszabb, annál jobban tartja az egyenest, de annál nagyobb íven fordul. A villa harmadik fontos értéke az utánfutás, avagy nemzetközi kifejezéssel élve a trail. Ez egy összefoglalónak tekinthető adat és a kerékpár kezelhetőségét hivatott jelezni.

8. ábra Az utánfutár/trail geometriai értelmezése

A váz legfontosabb méreteit négy érték mutatja, ez a fejcső-, illetve nyeregvázcső-szög, továbbá a nyeregvázcső-hossz és a fejcső hossz. A fejcsőszög határozza meg a villa viszonyát a vázhoz képest. Minél meredekebb a fejcsőszög, azaz minél jobban közelít a merőlegeshez, a kormányzás annál direktebb.

37

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓ A hajtás megtervezése A tervezett kerékpár, lánc nélküli hajtással is mozgásba hozható. Az első kerék meghajtásánál a villán kívüli hajtókarokra kifejtett nyomaték villán belülre való átvezetése okoz problémát. Ezt a tengely meghajtásának a racsnira való átvezetésével, valamint a tengely csapágyakon keresztüli villába fogásával oldottam meg. Az első kerék tengelyén elhelyezkedik az agy háza, amely a golyókosárral a küllőket tartja, a racsnis lánckerék valamint a tengely és a lánckerék közötti kapcsolatot biztosító lemezalkatrész, a villában elhelyezkedő csapágyak valamint a hajtást biztosító két hajtókar. A tengely és a rajta elhelyezkedő alkatrészek elvi vázlata a 9. ábrán látható.

9.ábra A hajtás képe

Befejezés A dolgozatom további részében foglalkozok a hajtást létrehozó erővel, az első keréknél elhelyezkedő csapágyak élettartamának meghatározásával, továbbá a gyártási lehetőségek kutatásával, valamint részletezem a használati utasítás keretein belül a biztonságos használat szükséges feltételeit.

38

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓ

10.ábra A vázról készült modell

Irodalomjegyzék [1] http://bikemag.hu/tech/altalanos-kerekparvaz-alaktan [2] Péter J., Dömötör Cs.: Ipari design a fejlesztésben, MiskolcEgyetemváros, 2011., elektronikus jegyzet, http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0001_1A_G3_07_ebo ok_ipari_design_a_fejlesztesben/ G3_07_ipari_design_a_fejlesztesben_1_1.html [3] Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. [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] Terplán Zénó: Gépelemek I. 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.

39


Láncszemek tönkremenetelének vizsgálata Jónás Szabolcs Általános géptervező Bevezetés Ezen cikk a szemes láncok tönkremenetelével foglalkozik. A különféle szakirodalmak tanulmányozása alapján (cikkek és netes hivatkozások) a tönkremenetelhez főként a kopás, repedések, bemaródások, korrózió, behajlások és elcsavarodások okozzák. Mindezek közül jelen munkában a kopás és repedés útján történő károsodás kerül bemutatásra végeselem módszer alkalmazásán keresztül. A kopás vizsgálata a láncszemek geometriájának megváltoztatásával került figyelembe vételre. Az érintkezéskor ébredő feszültségek összehasonlítása alapján vonhatóak le a következtetések. A repedések a láncszemek szárában, keresztirányban kerülnek feltételezésre. A számítás célja, hogy ismertté váljon a kritikus repedésmélység értéke. Láncok károsodásai A láncszemek alkalmazásuktól függően számos különféle károsodást szenvedhetnek. Ilyen károsodási forma lehet például a kopás és a repedés. Az egyes károsodások tönkremenetelhez, ezáltal balesetekhez vezethetnek, így a rendszeres karbantartásuk elengedhetetlen. A javaslatok szerint alkalmazástól függően, de évi egyszeri szemrevételezés elengedhetetlen. Ha a vizsgált láncszem 1215%-ban elkopott, de ha az elcsavarodás vagy a behajlás mértéke a referencia síkként értelmezhető ép láncszemhez képest ≥10°-ban eltér, ki kell cserélni a láncszemet. Figyelmet kell fordítani a láncszemek megnyúlásának vizsgálatára is. Célszerűen a gyártók ajánlásait kell követni a láncszemek karbantartását illetően. Mivel gyakran emelési feladatokat látnak el láncokkal, meg kell győződni az emelni kívánt test tömegéről, ugyanis a láncszem túlterhelése tönkremenetelhez vezet. Az emelőláncokra léteznek gyártói előírások a terhelés maximumát illetően. Itt figyelembe veszik, hogy hány lánccal történik az emelés, illetve függőlegeshez képest milyen

40

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI szög alatt történik. Emelt hőmérsékleten történő alkalmazásnál a teherviselő képességüket csökkenteni szokás. Példaként hozható fel a Grade 80 jelű lánc alapanyag 204°C-ig maximális terheléssel használható, de ezen érték fölött 10%-kal kisebb és minden további kb. +50°C-os hőmérséklet lépcsőben 5%-kal kisebb terhet emelhetnek, maximum 538°C-ig. A szakirodalomban fellelhetőek speciális, láncokra kifejlesztett anyagvizsgálati eljárások, amelyek segítségével a láncszemek egymáshoz képesti relatív mozgását és a közeg hatását képesek vizsgálni[1][2][3]. Kopás hatásának vizsgálata A kopás vizsgálata során nem maga a kopás folyamata kerül elemzésre, hanem a folyamat köztes állapotai kerülnek összehasonlításra. Jelen esetben célszerűbb, mivel a koptatás szimulációja rendkívül bonyolult, és időigényes módszert követel meg. A cikkben a hibátlannak feltételezett láncok kapcsolódása és a törés előtti állapotnak feltételezett, kopást szenvedett láncszemek kapcsolódása során ébredő Mises-féle redukált feszültségek kerülnek összehasonlításra [6]. A vizsgálatok végeselem módszeren alapszanak, MSC.Marc&Mentat 2012 végeselem rendszerben kerültek elvégzésre. A geometria bonyolultsága miatt Solid Edge ST1 CAD [4], [5] rendszerben került megrajzolásra a láncszem, és MSC.Patran 2012 rendszerben került behálózásra. A vizsgált láncszem geometriája látható az ábrán.

2. ábra Hibátlan láncszemek peremfeltételei

A hálózás során az érintkezési tartomány, az ún. kontakt zóna sűrű, felületi végeselem hálót kapott, majd ebből kiinduló, egyre durvuló térfogati elemekkel lett felépítve a modell. A feladat során TET4 (4 41

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI csomópontú tetraéder elemek) elemek kerültek alkalmazásra. Az ábrán láthatóak a peremfeltételek. A láncszemek szimmetrikus testek, így szimmetria feltételek alkalmazásával a teljes láncszem mindössze 1/8-át elegendő használni, ennek következtésben sokkal több elem alkalmazható, ami megnöveli a számítás pontosságát. A szimmetria feltételek a modell esetén a globális koordináta rendszer (megegyezik a modell koordináta rendszerrel) megfelelő irányaiba történő csomóponti elmozdulás meggátlása.

2. ábra Terhelés feltételezése

A 15 MPa-os terhelés, felületen megoszló nyomásterhelésként került definiálásra, amely terhelés megfelel kb. 135 kg-os emelendő tömegnek. A terhelés 50 időlépésben került megadásra, így minden időlépésben 0,3 MPa-lal nő a terhelés. Az ábra jelölése szerint F=1300N, míg a láncágakban ennek fele, T=650N erő ébred. Hibátlan modell esetén kb. 8000 elem került alkalmazásra mindkét lánctag esetén, míg a törés előtti állapot lánctagjai kb. 18000 végeselemből épülnek fel.

2. ábra Hibátlan láncszemek peremfeltételei

42

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Az alkalmazott anyagtörvény lineárisan rugalmas viselkedésűnek tételezi fel a láncszemeket, így eltekintünk a képlékeny alakváltozás hatásaitól. A láncszemek így, E=200GPa rugalmassági modulussal és ν=0,3 Poisson-tényezővel rendelkeznek. A két kapcsolódó láncszem kontakttestként került figyelembe vételre, közöttük az ún. touching (érintkezés) kontaktfeltétel lett beállítva, és az ún. segment-to-segment megadással van beállítva [9], ez a módszer növeli a kontaktfeladat megoldásának pontosságát, és a különféle fokszámú elemek esetén is finomabb kontaktfeszültséget számol. A súrlódás µ=0,1 súrlódási tényezővel van leírva. A súrlódási modell Coulomb-féle leírás módot követi.

2. ábra Törés előtti láncszemek, mint kontakttestek

A számítás eredményét hibátlan esetben az ábra mutatja. Jól látható módon a Hertz-féle elméletnek megfelelően alakul ki a

2. ábra Ébredő feszültség

43

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A két láncszemben az érintkezési ponttól távolodva azonos mértékben csökken a feszültség, ezt a diagram mutatja.

Mises-félre redukált feszültség [MPa]

1600

1400

Lánc 2.

1200

Lánc 1.

1000

800 600

400 200

0 0

1

2

3

4

5

6

Távolság az érintkezési ponttól[mm] 2. ábra Ébredő feszültség csökkenése a keresztmetszet mentén

Mises-féle radukált feszültség [MPa]

Az összehasonlítás eredménye az ábrán látható. A kék görbével jelzett értékekről leolvasható, hogy a láncszem átmérője kb. 1/3-ad részére csökkent. Az ébredő feszültségek nem valósak ebben az esetben, ez az anyagtörvényből származik, a valóságban ekkor már bekövetkezik a törés. 25000

Törés előtti állapot

20000 15000

Hibátlan lánc

10000 5000

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

Kontakt ponttól mért távolság [mm]

2. ábra Ébredő feszültségek összehasonlítása

44

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Repedések hatásának vizsgálata A másik vizsgált károsodás a láncágban feltételezett repedés. A számítások során ebben az esetben is lineárisan rugalmas anyagtörvényt alkalmaztam. A modellépítés során azt tételeztem fel, hogy a láncszem szárában tiszta húzás lép fel. A láncszár felénél keresztirányban 3 különböző méretű repedést tételeztem fel. Az így kialakított modellek esetén is a 15 MPa-os felületi nyomás lett megadva, mint terhelés. A terhelés hatására a repedés frontján értelmezhető Jintegrált számítottam át könnyebben értelmezhető feszültség intenzitás tényezővé, aminek segítségével meg lehet állapítani, hogy adott repedés megindul-e vagy sem. A feszültség intenzitási tényező próbatesteken és a valós szerkezeteken is azonos, így jobban használható a mérnöki gyakorlatban. Az MSC.Marc&Mentat az alábbi egyenletet oldja meg a [8], [9] :

(1)

Amelyből az alábbi összefüggés alapján számítható át feszültség intenzitási tényezőre:

(2)

Az irodalomban a kritikus feszültség intenzitási tényező érékére KIC=50MPa√m-t írnak. Tehát, amikor a repedés hatására kialakul a láncszemben az ennél nagyobb érték, a láncszem eltörik, bekövetkezik a tönkremenetel. Az eredményeket az ábrán látható diagramban ábrázoltam. A különböző mélységű hibákhoz tartozó értékeket pontokkal ábrázoltam. A pontokra illesztettem egy exponenciális görbét, a görbét leíró egyenletbe visszahelyettesítve, 2,2 mm mélységű hiba esetén törik el a lánc.

45

Feszültség intenzitási tényező [MPa√m]

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 70 60

y = 16,51e0,508x R² = 0,999

50 40 30

20 10 0 0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Repedés mélysége [mm]

2. ábra Ébredő feszültségek összehasonlítása

Összefoglalás Megvizsgáltam a láncok károsodását kopás és repedés szempontjából. A láncszemek vizsgálata jelenleg numerikus úton történik. További számítások végzését tervezem, amelyek a többi károsodási formát érintik, és esetlegesen a különféle szabványos láncokra is kitér. Lehetőség esetén kísérleti vizsgálatokat is érdemes lenne végezni. Irodalomjegyzék [1] [2] [3] [4] [5]

On-line katalógushttp://www.ccohs.ca/oshanswers/safety_haz/materials_ handling/sling_c.html On-line lánc karbantartáshttp://kickinteractive.com/dc/units/3_0/inspection.html On-line katalógus http://www.ccohs.ca/oshanswers/safety_haz/materials_handling/s ling_c.html Szabó Ferenc János, Sarka Ferenc, Tóbis Zsolt: Numerikus analízis, szimuláció, termékminősítés: TÁMOP 4.1.2. 08/1/A 2009 - 0001, G3 - 08 modulelem. Szabó J. Ferenc, Bihari Zoltán, Sarka Ferenc: Termékek, szerkezetek, gépelemek végeselemesmodellezése és optimálása. Szakmérnöki jegyzet. Készült a Foglalkoztatáspolitikai és Munkaügyi Minisztérium (HEFOP) Humánerőforrás-fejlesztés Operatív Program keretében (elektronikus jegyzet), Miskolci Egyetem, Miskolc, 2006. 46

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI [6] [7] [8] [9]

Hengerpersely törés vizsgálata végeselem módszerrel - Jálics Károly, Szabó János Ferenc, Igazságügyi mérnökszakértői vélemény, Miskolc Városi Bíróság, 2012 J. R. Rice: A Path Independent Integral and the Approximate Analysis of Strain Concentration by Notches and Cracks, Journal of Applied Mechanics, vol. 35, pp. 379-386, 1968 Blumenauer – Pusch: Műszaki törésmechanika, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1987 MSC.Marc – User’s Guide


47


Forgalomkorlátozó oszlop tervezése Juhász Ádám Általános géptervező szakirány Mi a forgalomkorlátozó oszlop? A forgalomkorlátozó oszlop, vagy forgalomgátló oszlop olyan szerkezet, amely kisforgalmú utak, vagy parkolók forgalmának irányítására szolgál. Kis helyett foglal, zárt állapotában szinte észrevehetetlen, ugyanis a föld alá süllyed, így nem foglal hasznos teret. Ez alkalmassá teszi arra, hogy zsúfolt városrészekben alkalmazzák. Többféle elven működhet; lehet mechanikus, pneumatikus, vagy hidraulikus működtetésű. Bármelyik típus egyszerűen automatizálható, működése szenzorokkal, villogó fényekkel és hanghatással biztonságosabbá tehető. Kiemelt fontosságú területek védelme is ellátható ezzel az eszközzel, ugyanis egy jól megtervezett forgalomkorlátozó oszlop akár egy mozgó tankot is képes megállítani. Ehhez körülbelül 10 mm-es palástvastagság is elég lehet. Ezeket általában követségek, bankok, minisztériumok, katonai objektumok közelében alkalmazzák, hiszen a helyszín összképét nem rontja.

1. ábra Forgalomkorlátozó oszlop

48

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Mechanikus forgalomkorlátozó oszlop A dolgozatom első felében létező megoldások után kutattam, majd megoldásvázlatokat készítettem, végül értékelemzést készítettem. Ennek eredménye egy csavarorsó-anya kapcsolattal működő forgalomkorlátozó oszlop lett. Ennek vázlata a 2. ábrán látható.

2. ábra Elölnézet (zárt és nyitott) és felülnézet

Az 1-es számmal jelzett oszlop a 2-es számú anyához van rögzítve. A 3-as számmal jelölt orsó forgatásával az anya és az oszlop a kívánt fel-le mozgást képes elvégezni. Ahhoz, hogy az orsó kihajlása a lehető legkisebb legyen a 4-es számmal jelzett - földbe süllyesztett házban még egy belső hasított cső (5) is helyet kap. Ez az elem a palástján négy irányban van végigvágva, hogy az anyát és az oszlopot összekötő elem (6) szabadon mozoghasson, de ne foroghasson. Ennek a csőnek a tetején van egy fedél (7), ami úgy van kialakítva, hogy az orsó felső végén lévő csapot megtámassza. Ez a befogási mód akadályozza meg az orsó nagymértékű kihajlását. Az orsó alsó végét a 9-es számmal jelölt axiális csapágy tartja.

49

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Konstrukciós tervezés A tervezés kiinduló adatának azt választom, hogy a szerkezet képes legyen felemelni egy autót, körülbelül 1800 kg-ot, ha az éppen fölötte állna meg. Ahogy azt a 3. ábra mutatja.

3. ábra

Így:

A továbbiakban az orsót kihajlásra méretezem, és meghatározom a menet méreteit, majd a minimálisan szükséges anyamagasságot számolom ki. Ezek után a kapcsolatot önzárásra vizsgálom, ellenőrzöm az anya és az orsó terhelhetőségét menettő hajlításra, valamint összetett igénybevételre. Az így meghatározott adatok alapján a csavarorsót mozgatni képes elektromotort választok, valamint az orsó megtámasztására axiális csapágyat keresek. Ahhoz, hogy az általam tervezett oszlop felemelhessen egy autót az összekötő rúdnak is elég erősnek kell lennie. Ezt tiszta hajlításra méretezem. Az oszlop gyakrabban kap oldalirányú terhelést, mikor a kiengedett oszlopnak hajt egy autó. Ennek az energiának a nagy részét az oszlop veszi fel. A piackutatás alapján egy 6 mm falvastagságú oszlop már sikerrel állít meg egy normál méretű mozgó személyautót.

50

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Előnyei és hátrányai A megoldásnak van néhány előnyös tulajdonsága. - Az előállítása olcsó, forgácsolással megmunkálható. - Egyszerű trapézmenetes orsó és anya használata - Mindennapos mechanikus megoldás. Üzemeltetése karbantartása nem igényel magas végzettséget.

és

Hátrányos tulajdonságaihoz tartoznak az alábbi pontok: - Nehezen meghajtható. Ha a motor és az orsó egy tengelyen van, az építési ároknak kell mélynek lennie, emellett a motorhoz nehéz hozzáférni. Ékszíjhajtással, vagy fogaskerékkel ez kiküszöbölhető, de így is az ékszíj, vagy a fogaskerék lenne a legmélyebben, amik a legtöbb karbantartást igénylik. - A nagy súrlódó felületek miatt nagyteljesítményű motor kell. - Az orsónak folyamatos kenésre van szüksége. Vizsgálat végeselemes programmal A számítások ellenőrzésére és az alkatrészekben keletkező feszültségek vizuális megjelenítésére a legfontosabb elemek terhelés alatti viselkedését végeselemes szoftverrel vizsgálom. Elsőként az orsó kihajlását vizsgálom meg.

4. ábra Peremfeltételek az orsó vázlatán

Az „A”, „C” és „D” betűvel jelzett felületek meg vannak fogva, nem mozdulhatnak el. Ez alól a felső „C”-vel jelölt megfogási pont kivétel, mert ott csak a radiális irányú mozgás van lekötve. 51

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A terhelést és irányát a „B” betű és nyíl jelzi. Nagysága 18000 N.

5. ábra Kihajlás

A szimuláció eredménye azt mutatja, hogy az orsó névleges átmérőjével helyettesített rúd kihajlása 1,14 mm. Tönkremeneteléig 294000 N-t képes felvenni. Ez tízszerese a számoltnak, de az biztonsági tényezőt tartalmaz. A következő vizsgálat a menetek terhelhetősége.

6. ábra Peremfeltételek az orsó és az anya vázlatán

A modell megfogása csak két pontból áll. Az „A”-val jelölt hely a fix megfogást, a „B”*vel jelölt hely a terhelést jelöli. A terhelés itt is 18000 N.

52


7. ábra Keletkező feszültségek

A 7. ábrán látható az anyáról az orsóra átadódó terhelés iránya. Körülbelül az anya felénél a narancssárga, sárga területeket követve kezd el nőni a feszültség az orsóban. Ezeken a területeken nagyjából 20 MPa keletkezik. Fejlesztési lehetőség A mechanikus megoldás sok hátránya miatt fejlesztési lehetőséget is vázolok. Az új forgalomkorlátozó oszlop mechanikus elemekből épül fel.

8. ábra Elölnézet (zárt és nyitott)

53

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A 8. ábrán látható egyszerűsített vázlaton jól látszik, hogy a hidraulikus elemekből felépülő forgalomkorlátozó oszlop jóval kevesebb fő elemből áll, mint a mechanikus elven működő társa. Működése egyszerű, az 1-es számú oszlop a 2-es számú házban függőlegesen mozog. Az elmozdítást a 3-as számmal jelzett teleszkóphenger végzi. A nagynyomású folyadék csővezetékeken érkezik, amik a henger palástján látható foglalatba csatlakoznak. Konstrukciós tervezés A két külön elven működő forgalomkorlátozó oszlopnak ugyanazt a tömeget kell tudnia felemelni, így az összehasonlítás egyszerűbb és pontosabb. Tehát:

Ezek után a munkahenger kiválasztása erőkifejtésre méretezés alapján történik, majd ellenőrzöm kihajlásra. a teleszkóphenger kiválasztása után meghatározom a szükséges térfogatáramot, kiválasztom az olajat és meghatározom a csővezeték miatt keletkező nyomásveszteséget. A kompenzált nyomás alapján szivattyút és hozzá elektromotort választok. Előnyei és hátrányai Előnyei közé tartozik, hogy: - Kevesebb elemből áll. - Jobb a hatásfoka. - Gyorsabb. - A motor a teleszkóphengertől távolra is elhelyezhető. Hátrányai a hidraulika alkalmazásának hátrányaival megegyezik, azaz: - Drága. Mind az üzemeltetése, mind a legyártása. - Az üzemeltetés és karbantartás szaktudást igényel, akárki nem végezheti el. - Az olaj veszélyes a környezetre. Kijutását meg kell akadályozni, cseréje esetén speciálisan kell kezelni.

54

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Hidraulikus kör és az elhelyezés Mint említettem a motor és a szivattyú a hengertől távolabbra is elhelyezhető. Általában egy különálló szekrényben kap helyet minden a meghajtáshoz szükséges egység. Ez az alábbi ábrán látható.

9. ábra Példa az elhelyezésre

Ezzel az elrendezéssel minden alkatrészhez könnyen hozzá lehet férni, illetéktelenektől el lehet zárni. Az Urbaco cég által megvalósított egység a 10. ábrán tekinthető meg.

10. ábra Irányító egység

55

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Az irányításhoz szükséges továbbá egy hidraulikus kör. Én az alábbi egyszerű kört használom.

11. ábra Hidraulikus kör

A kör a következőképpen működik. A tartályból a motor hajtotta szivattyú szívja ki az olajat és pumpálja a munkahenger felé. Ahhoz, hogy az olaj a megfelelő kamrába jusson előbb egy útváltó szelepen halad át. Ez szükségtelenné teszi azt is, hogy a motornak forgásirányt kelljen váltani, ha a munkahengert zárni kell. Az útváltó másik vége visszavezeti az olajat a tartájba. Ha valamilyen okból túl nagy nyomás keletkezne a rendszerben, a nyomáshatároló szelep megakadályozza az elemek károsodását.

56


[1]

[2] [3] [4] [5] [6]

[7] [8] [9]

Dr. Szente József – Bihari Zoltán: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült „A felsőoktatási 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 …http://www.ultrasafe.co.in/image2/h_16.jpg http://architectures.danlockton.co.uk/2006/12/06/bollardiannightmare/ http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/technical-stationretractable-bollard-38879-2525793.jpg 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. Döbröczöni Ádám: Gépelemek I. Egyetemi tankönyv. Fejezetszerkesztő, 6. fejezet Mezőgazda Kiadó, 2007. Szerk.: Szendrő Péter. P. 749 Urbaco katalógus: Automata süllyedő forgalomkorlátozó oszlop, 2012 Szabó Ferenc János, Sarka Ferenc, Tóbis Zsolt: Numerikus Analízis, szimuláció, termékminősítés: TÁMOP 4.1.2. 08/1/A 2009 – 0001, G3 – 08 modulelem.


57


Seprőgép tervezése Kasza Dávid gépészmérnök BSc, géptervező szakirány

1. Bevezetés Az ember alapvető igénye a rendezett környezet létrehozása és fenntartása további tevékenysége, vagy csupán esztétikai szépérzéke miatt. A gép segítségével gondos, rendezett körülmények teremthetők meg ipari területeken és a háztartások körül egyaránt. 2. Gyalogkíséretű seprőgépek A seprőgépek számos kialakítása létezik, a nagyméretű utcaseprő gépektől egészen a kicsi szőnyegseprőkig. Ez a típus a nem túlzottan nagy felületek gyors feltakarítására alkalmas. Ahogy a nevükben is megjelenik, ezek a fajta seprőgépek gyalogkíséret mellett üzemelnek, vagyis a gépet kezelő személy irányítja a géptesthez kapcsolódó kar és a gépet a talajjal összekötő kerekek segítségével. 3. A gép feladata A gépet szilárd burkolaton alkalmazzák a kisebb-nagyobb szennyeződések összegyűjtésére kül- és beltéren egyaránt (pl. műhelyekben, raktárakban). 4. A gép működése A gép tervezésénél alapvető szempont volt a mobilitás megvalósítása, ezért a gép működéséhez szükséges energiát akkumulátor biztosítja. Az akkumulátor egyenáramú, állandó mágneses motort táplál. A motor szíjhajtással csatlakozik a kefék tengelyeihez. A forgó mozgás tereli a szennyeződéseket a gép tárolótartályába, melyet egyszerűen ki lehet üríteni. 5. Hajtási elrendezés

58


1. ábra Hajtási elrendezés

Az 1. ábrán a megvalósítani kívánt szíjhajtások térbeli elrendezése látható. A hengerkefe tengelyétől (egyben hajtó és hajtott tengely is) vannak mérve az a1, a2, a3 tengelytávolságok. A motor tengelye és a hengerkefe tengelye egymáshoz képest φ szöget zárnak be. A motor tengelye és a hajtott tengely közötti tengelytávolság az a 1 méret. A hajtó és hajtott szíjtárcsák párhuzamos síkban vannak felhelyezve a tengelyekre. A hengerkefe tengelye hajtott és hajtó tengely egyaránt. A motor által létrehozott forgó mozgást továbbítja a gép elején elhelyezkedő körkeféhez, illetve a gép kerekeihez. A körkefe feladata a szennyeződések géptest alá terelése. 6. Szíjhajtás méretezése A seprést végző kefék forgó mozgása tengelyek hajtásával, forgatásával jön létre. A kefék tengelyeit három különböző szíjhajtás mozgatja. A motor tengelye a főkefe tengelyét forgatja, erről a tengelyről pedig két másik szíjhajtáson át jut el a gép elején elhelyezkedő körkeféhez, illetve a gép kerekeihez a forgó mozgás. A szíjhajtás méretezéséhez az OPTIBELT GmbH. katalógusát [5] alkalmaztam. A szíjhajtások méretezését a motor és a főkefe tengelye közötti szíjhajtáson keresztül mutatom be. Kiindulási adatok, elvárt üzemi körülmények: A motor névleges teljesítménye: P=0, 350 [kW] A motor névleges fordulatszáma: nm= 3000 [1/min] A hengerkefe tengelyének névleges fordulatszáma: n h= 750 [1/min] Névleges áttétel:in= 3000 [1/min]/750[1/min]=4 59

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A követelményjegyzékben megfogalmazott elvárás alapján legfeljebb napi 10 óra működési idő a kívánt üzemi feltétel. A gép működési hőmérséklete -20°C és +50 °C közé esik. Lehetőség szerint óvni kell a hajtást a különféle szennyeződések, nedvesség bejutása ellen. Tervezési teljesítmény meghatározása: A tervezési teljesítmény meghatározása az alábbi képlet segítségével történik: PB1=P*c2 [kW] ahol:

P- motor névleges teljesítménye [kW] c2- terhelési tényező DC motor alkalmazása, legfeljebb 10 óra működési idő és kis terhelés feltételezése mellett (OPTIBELT V- szíj katalógus táblázata alapján):c2= 1,1. Behelyettesítve a képletbe: PB1=P*c2= 0,35 [kW]*1,1=0,385 [kW] Az ékszíj kiválasztása: Az ékszíj profiljának megválasztása a tervezési teljesítmény (P B1) és a motor névleges fordulatszámának (nm) függvényében történik. Az OPTIBELT V- szíj katalógusának diagramja alapján az ékszíj profilja Z/10 [hagyományos V- szíj (DIN 2215/ISO 4184)]. A maximális szíjsebesség v= 30 [m/s], illetve a maximális hajtogatási frekvencia f B= 80 [1/s] az ideális működési körülmények megteremtése és a nem kívánt élettartam- csökkenés elkerülése miatt. Szíjtárcsák átmérőjének meghatározása: Z/10 profilú szíjhoz tartozó ajánlás szerinti legkisebb szíjtárcsa átmérője 40 [mm]. Konstrukciós okokból az általam választott tárcsaátmérő: d1sz= 50 [mm] (DIN 2217). A hajtott tengelyen elhelyezkedő szíjtárcsa mérete a névleges áttétel (in) alapján: d2n=d1sz*in= 50 [mm]*4=200 [mm] Ehhez az értékhez méretben legközelebb eső szabványos tárcsaátmérő d2sz=200 [mm]. A szabványos tárcsaátmérők (d1sz, d2sz) alapján 60

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI kiszámolható a valós áttétel: iv=200 [mm]/50 [mm]= 4 Tengelytáv és szíjhossz meghatározása: A hajtó és hajtott tengely távolságát értjük tengelytávolság alatt. A tengelytáv ajánlott értéktartománya a következő: 0,7*(d1sz+d2sz)
2. ábra A szabványos ékszíjhossz (Ldsz) meghatározása

A névleges ékszíjhossz számítása a 2. ábra alapján történik.

ahol:

d1sz- kistárcsa átmérője [mm] d2sz- nagytárcsa átmérője [mm] α- a szíjhajtás szöge a- tengelytávolság [mm] β- az íven való érintkezés szöge, átfogási szög

61

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Az átfogási szög (β) meghatározása:

Ebből kiszámítható az átfogási szög:

A szíjhajtás szöge (α):

Ezeket az értékeket behelyettesítve:

= 1206,083 [mm] A szabványos ékszíjhossz Z/10 profil esetén az OPTIBELT Vszíjkatalógus alapján: Ldsz=1202 [mm]. A szíj jelölése: Z 46 A névleges tengelytávolság meghatározása: A névleges tengelytávolság határozható meg:

a

szabványos

ékszíjhossz

alapján

62


Szíjak számának meghatározása: A szíjak számának meghatározásához a katalógus a következő formulát ajánlja:

ahol:

P- a motor névleges teljesítménye [kW] c2- terhelési tényező (lásd 36. oldal) PN- szíjakra vonatkoztatott névleges teljesítmény [kW] c1- korrekciós tényező (az átfogási szög (β) függvényében) c3- hosszúsági tényező

Szíjakra vonatkoztatott névleges teljesítmény (P N) meghatározása: Z/10 szíjprofil kiválasztása után, β=180 [˚] átfogási szög esetére, L d=822 [mm] jellemző szíjhossz értékre határozható meg az egy ékszíj által átvihető névleges teljesítmény (PN) a katalógus szerint. A névleges teljesítmény a kiskerék átmérőjének (d1sz) és a motor névleges fordulatszámának (nm) függvénye. Ennek értéke a katalógusbeli táblázat alapján d1sz=50 [mm] és nm=3000 [1/ min] feltételek mellett: PN= 0,6 [kW]. Ehhez az értékhez nagyobb áttételek (iv) megvalósítása esetén további teljesítmény adódik. iv> 1,57 teljesítése miatt a névleges teljesítmény értéke a katalógus alapján PN= 0,6 [kW] + 0,13 [kW]= 0,73 [kW]. Ezt az értéket kell a hajtásra jellemző tényezőkkel módosítani. Korrekciós tényező (c1) meghatározása: 63

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A korrekciós tényező értéke az átfogási szögtől (β) függ. Ezt az értéket alapul véve c1= 0,99. Hosszúsági tényező (c3): A megállapításához szükség van a szabványos szíjhossz (Ldsz) méretére, ez jelen esetben Ldsz=1202 [mm]. Így a hosszúsági tényező c3= 1,08. Az ékszíjak száma tehát:

Tehát a szíjhajtás megvalósításához 1 db szíj szükséges. Ellenőrzés a megengedett szíjsebességre és frekvenciára: A megfelelő üzemi körülmények létrehozása miatt fontos az ékszíjra jellemző megengedett értéktől kisebb szíjsebesség. Szíjsebesség meghatározása a következő módon történik:

Z/10 profilú szíj esetén a maximális szíjsebesség v= 30 Az ellenőrzés eredményeképpen:

.

Tehát a szíj megfelelő sebességgel fog üzemelni. A maximális kerületi sebesség mellett a szíjprofilra szintén előírt megengedett érték a maximális hajlítgatási frekvencia. A maximális érték túllépése gyors tönkremenetelt eredményezhet. Ennek meghatározása az alábbi módon történik:

64


Z/10 profilú szíj esetén a maximális frekvencia Az ellenőrzés eredményeképpen:

.

Tehát a szíj megfelelő frekvencián fog üzemelni. Minimális szíjfeszítés meghatározása: A szíjak megfelelő működésének elengedhetetlen feltétele a szíjfeszítés (előfeszítés). A megfelelő feszesség beállítása egyrészt befolyásolja a szíjhajtás hatékonyságát, másrészt pedig a szíjak élettartamát. Az alacsony szíjfeszesség a szíjak csúszásához vezet, mely rontja a szíjhajtás hatásfokát, illetve a szíjak felületének kopását okozhatja. A túlzott mértékű feszítés pedig az erőhordozó szálak szakadásához vezethet, valamint növeli a csapágyak és tengelyek igénybevételét. A szíjfeszítés az alábbi képlet alapján számítható (katalógus szerint):

ahol:

c1- korrekciós tényező PB1- tervezési teljesítmény z- szíjak száma vszíj- szíjsebesség k- a centrifugális erő számítására használt állandó (Z/10 profil miatt k= 0,06) Behelyettesítve:

A gyártó az első használatnál 30%-kal nagyobb feszítést ír elő: TI=1,3*T1=1,3*29,6978 [N]=38,6071 [N] 65

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Szíj-lehajlás: A szíj lehajlása a következő:

ahol E-100 [mm] feszített hosszra vonatkoztatott lehajlás katalógus alapján E=2,2. L=an*sin Irodalomjegyzék [1] [2] [3] [4]

[5]

Döbröczöni Ádám: Gépelemek I. Egyetemi tankönyv. Fejezetszerkesztő, 6. fejezet. Mezőgazda Kiadó, 2007. Szerk.: Szendrő Péter. P. 749 Ungár Tamás – Vida András: Segédlet a Gépelemek I-II. kötetéhez, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2007. Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése - Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150p. Kamondi, L. – Takács, Á.: Objektum semleges géptervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült: „A felsőoktatás szerkezeti és tartami fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében (HEFOP-3.8-P-2004-06-0012). Miskolc, 2006. www.optibelt.com


66


Vegyi üzemi-léghűtő kamrájának végeselemes vizsgálata Kertész Tamás Gépészmérnök MSc A dolgozatban vizsgált vegyi-üzemi léghűtőt az EUROPLAN MÉRNÖKIRODA Kft. tervezte: Budapest 1992. Az üzembe helyezése Oroszországban történt. Ennek a léghűtőnek a kamráját egy korábbi munkámban (diploma dolgozat, BME 2001) már vizsgáltam. Az akkori és a mostani dolgozat közti eltérésekre és FEM modell fejlesztésekre a későbbiekben ki fogok térni. 1

A probléma felvetése:

Jelen dolgozat főbb célkitűzései: a korábbi FEM modell fejlesztése a karima kötés tekintetében és így finomítani a léghűtő kamra feszültségi állapotáról kapott képet. Továbbá a kamra kifáradásra történő ellenőrzése (FEM segítségével). Újabb, fejlettebb FEM modell készítését az indokolta, hogy az előző dolgozat esetén a karimakötés (karima-tömítés-csavarzat-fedél, (1. ábra) ugyan megjelent a modellben, de jelentős elhanyagolásokat alkalmaztam. A fárasztó igénybevételre történő ellenőrzést a szerkezetben lévő feszültséggyűjtő helyek indokolják: éles sarkok, nagy méretű kivágások és a csőkötegfalon található 326 db furat. Nyomástartó edényről lévén szó, szilárdságtani ellenőrzéshez a következő szabványok állnak rendelkezésre: MSZ EN 13445-3, ASME Code Section VIII. Azonban az ezek által tárgyalt négyszög keresztmetszetű kialakítások több jelentős elemben is eltérnek az általam vizsgálttól. A végeselem módszer alkalmazását ez is indokolja. A vizsgálat tárgyát képező léghűtő un. síkfedelű kamratípussal (1. ábra) készült. Ez a következő lényeges eltéréseket jelenti az ASME-hez képest.: - Az ASME Code Section VIII. Appendix 13 fejezete, amely a szögletes nyomástartó edények méretezésével foglalkozik, a síkfedeles kialakítást nem tartalmazza. - A kamrában lévő merevítőrudak hatását sem lehet ASME Code alapján számításba venni. - A tetőlemezen lévő nem körkörös csonkkivágások gyengítő hatását csak közelíteni tudjuk. Az említett szabványok hosszlyuk-szerű kivágást nem tartalmaznak.

67

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2

A dolgozat célkitűzései a következők.: -

-

A korábbi diplomadolgozatomban használt FEM modell fejlesztése. A karimakötés akkori modellezési módja helyett egy a valóságot jobban megközelítő FEM technika alkalmazása. A furatokkal, kivágásokkal gyengítet szerkezetben kialakuló feszültségeloszlások, feszültségcsúcsok feltérképezése és a veszélyes pontok meghatározása. Statikai vizsgálat mellett, kifáradásra történő ellenőrzés.

1. ábra, Kamra keresztmetszet és a Léghűtő felépítése 3

Léghűtők felépítése, működése:

A léghűtők a hőcserélők speciális típusai, amelyeket olajiparban, erőművekben, vegyiparban valamint az épületgépészetben használnak. A léghűtőknek meg kell felelniük az API Standard 661 szabvány szigorú előírásainak. Telepítésük minden esetben hatósági engedélyhez kötött. A léghűtő alapvető szerkezeti elemei a két kamra és a csőköteg (1. ábra). A hűteni kívánt folyadékot a beömlőcsonkokon át vezetik az elosztókamrába. Innen a folyadék a csőkötegen át jut a szemközti kamrába, amiből a kiömlőcsonkokon át távozik. A csőköteget bordáscsövek alkotják. Itt történik a hőátadás: a csövek belsejében áramlik a folyadék, kívül pedig a ventilátor által szállított levegő. További fontos elemek: a ventilátor, melynek átmérője több méter is lehet, valamint a berendezést tartó acélszerkezet. Ez egy dobozként tartalmazza a léghűtőt oldalfalain zsaluk találhatók, ezek 68

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI nyitásával/zárásával és a ventilátor fordulatszámának változtatásával lehet a levegő tömegáramát szabályozni. 4

Eltérés, fejlődés a korábbi FEM modellhez képest:

Héjmodell helyett, térfogati modell: Mivel ebben a dolgozatban fáradásra is ellenőrizni akartam a szerkezetet, olyan modellre volt szükség, amely az éles sarkokat, keresztmetszet változásokat tartalmazza. Másrészt a karimakötés pontosabb modellezése is cél volt, amely tartomány nem tekinthető lemezszerűnek. Lemeznek tekintjük: a sík felületű, a másik két méretéhez képest kis vastagságú szerkezeti elemeket, b
69

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI akkor a sarok környezetében csúsztató és húzó feszültségek vinnék át az erőket az oldalfalról a tető- ill. fenéklemezre. Ezzel szemben most a fedél el akar emelkedni a belső nyomás hatására, amit a csavarerő akadályoz meg. Ez a hatás jól modellezhető. Másrészt a tető- és fenéklemez szét akar nyílni, amit a fedél/karima ill. fedél/tömítés közti súrlódó erő valamint a csavarszár hajlítómerevsége stb. akadályoz meg. Ezen hatás modellezése sokkal bonyolultabb. Mindezeket figyelembe véve jelen dolgozatban az imént említett két egymásra merőleges hatást a következő képpen modelleztem.: - A fedél elemelkedését megakadályozó csavarerőt az AD Merkblatt B7 Berechnung von Druckbehältern, Schrauben segítségével határoztam meg üzemi állapotra. Ugyanezt az erőt használtam a korábbi dolgozatban is. - A tető- és fenéklemez szétnyílását (mivel most nem volt tömítés a modellben) most a fedél és a karima közt fellépő súrlódás akadályozta meg. Vagyis a csavarszárak hajlítómerevsége még most sincs figyelembe véve. A mostani modell gyengeségei: a modellben nincs benne a rugalmasképlékeny deformációt üzemszerűen szenvedő tömítés, ami a karima és fedél egymáson való fémes felfekvését/súrlódást a valóságban meg is gátolhatja (tömítésfészek kialakítástól függően). Másrészt, ha fémes felfekvés van a tömítés képlékeny deformációja tömítetlenséget okozhat, mert a tömítés a szorítóerő változását nem tudja rugalmasan kompenzálni. A karimakötés ugyanis egy rugalmas szorítókötés, amelyre a kamrát terhelő belső nyomás lazítóhatást fejt ki. Már most kijelenthetjük, hogy a modell ezen része további finomítást igényelne. Előző dolgozat:

Jelenlegi dolgozat:

FEM lemez modell (Algor) Terhelés: − belső túlnyomás: 6bar − hőmérséklet: 200°C Karimakötés modellezése: − AD Merkblatt B7 szerint számolt csavarerők üzemi állapotban − lineárisan rugalmas tömítés van beépítve a FEM modell geometriájába Ellenőrzés statikus terhelésre

FEM térfogati modell (Ansys) Terhelés: − belső túlnyomás: 6bar − hőmérséklet: 200°C − hőtágulás − töltet súlya − fárasztó terhelés Karimakötés modellezése: − AD Merkblatt B7 szerint számolt csavarerők üzemi állapotban − A karima és a fedél közti

70

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI fémes súrlódást modelleztem (kontakt elemek). Ellenőrzés statikus és fárasztó terhelésre (Soderberg) 1. táblázat, Fejlődés a korábbi FEM modellhez képest 5

Számítások:

A FEM számításokhoz az Ansys 12.0 rendszert használtam. 5.1 A szerkezet geometriai méretei: 1. ábra, Kamra keresztmetszet ; a kamra hossza: 3340mm 5.2 Terhelések: Folyadék hőmérséklete a kamrában: 200°C Belső túlnyomás (a készülék tervezése nyomása): 6bar A fárasztó igénybevétel ciklusszáma (A technológiai 5000 és üzemviteli körülmények alapján.) 5.3 Szerkezeti anyagok jellemzői: A szerkezet amerikai ASTM szerinti ausztenites acélból készült. A516 Gr.60 (lemez): kamrafalak, fedél ; A350 Gr.LF2 (kovácsolt anyag): karima, merevítőrudak. Rp0.2 (folyáshatár) [MPa] hőmérséklet [°C] szerint Anyag 37 66 93 150 205 232 221 208 202 195 189 184 A516 Gr.60 248 233 228 219 212 207 A350 Gr.LF2 2. táblázat, Folyáshatár E (rug. modulus) [GPa] hőmérséklet [°C] szerint. Anyag A516 Gr.60 A350 Gr.LF2

25 100 150 221 208 202 248 233 228 3. táblázat, Rugalmassági modulus

200 195 219

RmT=20 A Sűrűség Poisson (szakítószilárdság (szakadási Anyag [kg/m3] szám 20°C-on) [MPa] nyúlás) 7750 0.3 415 25% A516 Gr.60 7750 0.3 485 22% A350 Gr.LF2 4. táblázat, Egyéb anyagjellemzők 6 6.1

FEM modell leírása: Geometria, háló: 71

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A részletgazdagabb kép kedvéért a fedél nem szerepel a képen. A hegesztéssel egymáshoz kötött alkatrészek érintkezési felületei mentén a csomó-pontok egybeesnek. Így kontakt elemekre itt nincs szükség.

2. ábra, Geometria, Háló, Peremfeltételek

6.2

6.3

Peremfeltételek (2. ábra): A szerkezet a függőleges középsíkjára szim-metrikus, ezért elegendő volt csak az egyik felét modellezni. Az elhagyott rész hatását peremfeltételekkel vettem figyelembe. A: az „A”-val jelölt keresztmetszet mentén az x-irányú elmozdulás gátolva van. Ezzel a szerkezet elhagyott felének hatása van figyelembe véve. C: a „C”-vel jelölt peremfeltétel a kamra fenéklemezen történő alátámasztását reprezentálja, ami egy y-irányban blokkolt elmozdulást jelent. (A függőlegesen felfelé iránynak a modellben az +y-tengely felel meg.) B: a „B”-jelű peremfeltételre a jelölt él mentén azért volt szükség, mert az „A” és „C” együtt nem akadályozza meg a szerkezet merevtestszerű mozgását. Ezért került bepítésre ez a fix megfogás. Terhelések: x: 200°C a kamra belső felületén (az ábrán nincs jelölve) A: 6bar belsőnyomás a kamra és a fedél belső felületén B: A kamrában lévő folyadék (töltet) sűrűsége 1000kg/m3. A fél kamrányi töltet tömege: 312kg. Ebből 3060N –y-irányú (függ. lefelé) töltetsúlyból eredő terhelés adódik. C, D: Az elhagyott bordáscsövek belső nyomásból származó húzását reprezentálják. Egy csőkötegfal-furat palástfelületén ható erő.: 311N E, F: Az elhagyott csonkok belső nyomásból származó húzását reprezentálják. Egy tetőlemez-kivágás palástfelületén ható erő.: 58036N 72

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI G, H: Csavarerő üzemi állapotban. Ezt az AD Merkblatt B7 Berechnung von Druckbehältern, Schrauben szerint határoztam meg.: 598kN (a fél kamrára). 6.4

7

Karimakötés modellezése: A karimakötés modellezéséhez terhelésként (mint felületen megoszló terhelés) a 6.3-ban meghatározott csavarerőket működtettem. Emellett a karima és fedél érintkezési tartományában kontaktelemeket alkalmaztam. Ezek a kontaktelemek reprezentálták a súrlódó kapcsolatot (μ=0.12). Eredmények értékelése:

Fontos: a fix megfogás környezetében kapott eredményeket nem vesszük figyelembe kiértékelésnél. Ugyanis nem a valós feszültségi állapotot tükrözik. Elhalási-hossznyi távolságra a zavarástól viszont értékelhetők az eredmények. 7.1

Deformáció: A deformációs képeken jól látható a kamra kihasasodása a belső nyomás hatására. Min. 0mm-es elmozdulás a fix megfogás környezetében van. Max. 4.15mmes elmozdulás a kamra fixponttal átellenes végén van. Ez a kamra hőtágulásá-ból adódik nagyrészt

7.2

Egyenértékű feszültségek: A kamra feszültségi állapotának kiértékeléséhez a HMH-elmélet szerinti egyenértékű feszültségeket használtam. Az MSZ EN 13445 a nyomástartó ill. a nem nyomástartó részekre különböző megengedett feszültséget definiál.: nyomástartó részek (A516 Gr.60), T=200°C: σmeg=126MPa nem nyom.tartó részek (A350 Gr.LF2), T=200°C: σmeg=423MPa

73

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Nyomástartó részek (kamra falak, fedél): Max. σHMH.: 124MPa (a megjelölt területeken). Ezeken a helyeken a max. feszültség, a maximális hajlítással magyarázható. A fedél közepén ez az érték: 108MPa.

Nem nyomástartó részek (karima, merevítőrudak): A karima esetén meg kell említeni, hogy az ábrán látható 900MPa feszültség a fix megfogás következménye. Jól látható, hogy a feszültségcsúcs hamar lecseng. Ezért a fix pont közvetlen környezetét a kiértékelésnél nem vesszük figyelembe.

Max. σHMH.: 179MPa (merevítőrudak vége) Max. σHMH.: 135MPa (karima) STATIKUS TERHELÉSRE A SZERKEZET MEGFELEL! 7.3

Kontakt régió ellenőrzése: A kontakt-elemekkel modellezett súrlódó kapcsolatot diagnosztikai elemekkel vizsgáltam meg.

74


3. ábra, Gap

Gap: (3. ábra) A két felület egymástól való elválását mutatja. A negatív értékek alapján a felületek egymás felé mozdulnak el. Sliding distance: A két felület egymáshoz képesti érintő irányú elmozdulását adja meg. max.: 0.14mm. Ez alapján a két felület együtt dolgozónak tekinthető (nincs folyamatos csúszás). Penetration: A két felület egymásba hatolását mutatja. max.: 0.0047mm. Elhanyagolható. 7.4

Kifáradás: Fárasztó igénybevételt a szerkezetre az indítás ill. leállás során fellépő tranziens folyamatok (hőmérséklet, nyomás felfutás) jelentenek. Az esetleges normál üzemi lengéseit e két paraméternek nem vettem figyelembe. 10 év élettartamhoz a becsült ciklusszám 5000. A terhelésváltozás jellege lüktető mind a nyomás, mind a hőmérséklet esetén. A 4. ábra bal oldali része a Soderberg-féle biztonsági terület jellegét mutatja. A biztonsági területet határoló egyenes metszéspontjai: y-tengely: tiszta lengő tartamszilárdság (5000 ciklushoz): 330MPa, amely a két szerkezeti anyagra azonos. Ezen tartamszilárdság az 1998 ASME BPV Code, Section 8, Div 2, Table 5-110.1-ból származik, amely szénacélok kifáradási görbéjét tartalmazza 0MPa középfeszültség mellett. x-tengely: folyáshatár 200°C-on (2. táblázat)

75


4. ábra, Soderberg‐féle biztonsági terület

Ha a kiértékelésből kizárjuk a karimát (fenti ábrákon a karima áttetsző), mivel a fix megfogás torzítja a feszültség értékeket benne, akkor kifáradásra Soderber-féle biztonsági terület alapján a min. biztonsági tényező 1.44. Az 5000 ciklusos FÁRASZTÓ TERHELÉSRE A SZERKEZET MEGFELEL! Irodalomjegyzék [1] [2] [3] [5]

Dr.Drobni József: Gépelemek III egyetemi jegyzet Szabó Ferenc J., Sarka Ferenc, Tóbis Zsolt: Numerikus analízis, szimuláció, termékminősítés. Oktatási segédlet (jegyzet). Miskolci Egyetem 2011 Szabó Ferenc J., Bihari Zoltán, Sarka Ferenc: Termékek, szerkezetek, gépelemek végeselemes modellezése és optimálása. Szakmérnöki jegyzet. Miskolci Egyetem 2006 James R. Farr and Maan H. Jawad: Guidebook For The Design of ASME Section VIII. 3rd edition, 2005

Szoftverek [1] [2]

Ansys 12.0 Pro/Engineer WildFire 5.0



Tengelycsapágyazás optimalizálási lehetőségei tömegminimumra Kovács Kitti Gépészeti szakirány, Gyártmányfejlesztő blokk 1. Szakdolgozatomban a következő csapágygyártókat jellemeztem bővebben:

A miskolci kereskedők közül, az Ebt-Roll Kft.-t, az M-Roll Bt.-t, az AdixTrade Kft.-t és a Hungaro-Rolling Csapágy Kft.-t kerestem fel személyesen, hogy megnézhessem csapágykínálatukat. Az internetes kutatásom során az alábbi felsorolt csapágyakkal foglalkoztam, mert ezekről találtam jól hozzáférhető adatokat. -

Mélyhornyú golyóscsapágy Axiális golyóscsapágy Ferde hatásvonalú golyóscsapágy Beálló golyóscsapágy Hengergörgős csapágy Axiális hengergörgős csapágy Kúpgörgős csapágy

2. Számítástechnika fejlődése röviden: -

1807, Joseph - Marie Jacquard: lyukkártya-vezérlésű szövőszék 1830-as évek, Charles Babbage: mechanikus úton működő, matematikai számításokat végző gépek (Difference Engine, Analytical Engine) 1890, Hollerith: lyukkártyával működő gép kifejlesztése 1936, R. Valtat: kettes számrendszerben dolgozó számítógép elvének kifejlesztése 1943, Alan Turing: Colossus I. nevű gép kifejlesztése, mely a világ első elektroncsöves számítógépe volt és főleg mátrix - műveletek gyors végzésére volt alkalmas. 1946, Presper Eckert és John Mauchly: ENIAC gép kifejlesztése

77

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI -

-

Neumann János: elméleti műve a digitális számítógépek fejlesztésének elveiről, amit az EDVAC nevű, elektroncsöves gép fejlesztésénél alkalmaztak. (Ezek a gépek a számítógépek első generációjához tartoztak.) 1955 után: második generáció (tranzisztorok megjelenése kevesebb energia fogyasztás, tudományos számítások elvégzése) 1962 után: harmadik generáció (hibrid áramköröket tartalmazó ICkkel készült számítógépek) A negyedik generáció (monolit technológiával gyártott IC-k) 1971-ben (mikroprocesszort használó gépek) 1980-as évek elején: a PC-k (személyi számítógépek) 1990-es évek: a szuperszámítógépek és a parallel computing, azaz párhuzamosan végzett számítások, sokprocesszoros gépek időszaka. Napjainkban elmondható, hogy kb. másfél év alatt megkétszereződik a számítógépek kapacitása (gyorsaság, tároló képesség tekintetében).

3. Optimum kereső algoritmusok Az optimális tervezés során a tervezési változók lehetséges értékeinek kombinációiból adódó lehetséges variációk száma olyan nagy, hogy szükség van egy algoritmusra, mely egy adott matematikai módszer gondolatmenete alapján az optimum kereső számítógépes program alapját képezi. 3.1. -

Algoritmus típusok:

Egyváltozós módszerek (például: felező módszer, interpolációs eljárások) Többváltozós módszer (grafikus-analitikus úton megoldható a probléma, a Kuhn-Tucker féle optimalitási feltétel alapján) Többváltozós, korlátozás nélküli módszerek [deriválást alkalmazó; deriválás nélküli, kereső módszerek] Többváltozós, korlátozásos módszerek [deriválást alkalmazó; deriválás nélküli, kereső módszerek] Egyéb módszerek (például: dinamikus programozás, geometriai programozás) Evolúciós típusú módszerek (például: genetikai algoritmus) [2]

78

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 4. Kuhn-Tucker optimalitási kritérium egyszerű megfogalmazása Az optimális megoldás által képviselt pontban a célfüggvény szintvonala érinti a megfelelőségi tartományt. 4.1.

Példa Kuhn-Tucker optimalitási kritériumra

Egy farmer téglalap alakú kertet akar bekeríteni. A kerítéshez adott hosszúságú kerítésanyag áll rendelkezésre (K1). Milyen legyen a és b, hogy a K1 hosszúságú kerítéssel minél nagyobb területű kertet keríthessünk be? (1)

;

(2)

(3)

(4)

(1) célfüggvény, (2) explicit feltétel, (3) implicit feltétel, (4) elérhető legnagyobb terület.

1. ábra Példa Kuhn-Tucker módszer ábrázolására

Ebben a kétváltozós esetben az 1. ábra mutatja, hogy a célfüggvény szintvonala az optimális pontban érinti a megfelelőségi tartományt. Ez a vonal az ábrán a c* görbe, amit kék színnel jelöltem.

79

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Számpélda: (5) (5) (5) (5) (5) Az alábbi számításokból (5) megállapítható, hogy egy 25 x 25 m2-nyi területet tudunk bekeríteni a kerítésanyagból. 5. Tengelyméretezésre vonatkozó számításokat is végeztem, csapágyméretezést: FA és FB csapágyerők alapján, tengelyméretezést pedig Mhmax (maximális hajlító nyomaték) alapján.

2. ábra Előtéttengely igénybevételi ábrája

A 2. ábra az előtéttengely igénybevételi ábráját ábrázolja. Többek között látható rajta az FA és FB csapágyerők, az Mh hajlító nyomaték, valamint az L2 tengelyhossz, aminek a későbbiekben még szerepe lesz.

80

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI (6) (6) (6) A (6) számmal jelölt egyenletek, az FA csapágyerő képletének levezetését mutatják. (7) (7) A (7) számmal jelölt egyenletek, példák az FA csapágyerő számítására. Összesen számításaim során 24 darab egyenletet kaptam. (8) (8) (8) A (8) számmal jelölt egyenletek, az FB csapágyerő képletének levezetését mutatják. (9) (9) A (9) számmal jelölt egyenletek, példák az FB csapágyerő számítására. Összesen számításaim során 24 darab egyenletet kaptam. (10) A (10) számmal jelölt egyenlet, a maximális hajlító nyomaték egyenlete. (11) (11)

81

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A (11) számmal jelölt egyenletek, példák az Mhmax maximális hajlító nyomaték számítására. Összesen számításaim során 96 darab egyenletet kaptam.

1. diagram Csapágyméretezés FA és FB alapján

2. diagram Tengelyméretezés Mhmax alapján

Az 1. diagramon az FA és FB csapágyerőket ábrázoltam az L2 tengelyhossz függvényében. Alul az FA erő görbéi, felül pedig az FB erő görbéi láthatóak. A 2. diagramon az Mhmax maximális hajlító nyomatékot ábrázoltam az L2 tengelyhossz függvényében. Itt összesen 16 darab görbét kaptam. Látszik mindkét ábrán, hogy megfigyelhető valamilyen tendencia, ezért érdemes az optimálást elvégezni a jövőben.

82

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 6. Tömeg diagramok exponenciális közelítéssel

3. diagram Mélyhornyú golyóscsapágy tömeg ábrázolása az átmérő (d) függvényében, exponenciális közelítéssel

4. diagram Axiális mélyhornyú golyóscsapágy tömeg ábrázolása az átmérő (d) függvényében, exponenciális közelítéssel

5. diagram Ferde hatásvonalú golyóscsapágy tömeg ábrázolása az átmérő (d) függvényében, exponenciális közelítéssel

83


7. diagram Hengergörgős csapágy tömeg ábrázolása az átmérő (d) függvényében, exponenciális közelítéssel

9. diagram Kúpgörgős csapágy tömeg ábrázolása az átmérő (d) függvényében, exponenciális közelítéssel

6. diagram Beálló golyóscsapágy tömeg ábrázolása az átmérő (d) függvényében, exponenciális közelítéssel

84


8. diagram Axiális hengergörgős csapágy tömeg ábrázolása az átmérő (d) függvényében, exponenciális közelítéssel

Az alábbi diagramokon a csapágyak tömegét a (d) átmérő függvényében dolgoztam fel egy exponenciális közelítéssel, ami alapján kaptam egy egyszerű matematikai egyenletet. Jól látszik, hogy a közelítő görbék összhangban vannak a valóságos görbékkel, ezért jól használható lesz az egyenlet a későbbi optimálás során. Ezeket a közelítéseket a következő csapágyakra végeztem el: mélyhornyú golyóscsapágy, axiális mélyhornyú golyóscsapágy, ferde hatásvonalú golyóscsapágy, beálló golyóscsapágy, hengergörgős csapágy, axiális hengergörgős csapágy és kúpgörgős csapágy. Ezeknek a munkáknak a továbbfejlesztéseként a jövőben egy konkrét tengely számpéldát fogok optimalizálni. Irodalomjegyzék [1]

[2]

Döbröczöni Ádám: Gépszerkezettan I. Társszerzők: Békés A., Kamondi L., Kováts A., Németh G., Péter J., Scholtz P., Siposs I., Szabó J. F., Szente J., Szota Gy., Terplán Z. Az SKF, és az MKM támogatásával készült egyetemi tankönyv. Miskolci Egyetemi Kiadó, 1999. 260.p. Szabó Ferenc J., Sarka Ferenc, Tóbis Zsolt: Numerikus analízis, szimuláció, termékminősítés. Oktatási segédlet (jegyzet), TÁMOP-4.1.2.-08/1/A-2009-0001, G3-08 Modulelem, Miskolci Egyetem, Miskolc, 2011. március.



Dugóhúzó Tervezése Kovács Zoltán Tamás Ipari termék- és formatervező mérnöki szak A dugóhúzó A parafa dugó eltávolításához egy új eszközre volt szükség, a dugóhúzóra. A dugóhúzó több nemzet is a maga találmányának tekinti, a legelterjedtebb nézet szerint az angolok találták fel, - hogy ez így történt kicsit tréfás bizonyíték rá, hogy az első dugóhúzók spirálja a maiakhoz képest fordított irányba tekeredett -, de eredetileg nem a mai célt szolgálta, hanem harcászati eszköz adta az ihletet a feltalálásához. Valószínűleg, olyan szerkezetet alakítottak át, amelyet az 1600-as években a muskétások alkalmaztak, méghozzá a lövedékek fegyverből való eltávolítására.

1. ábra S. Henshall első szabadalmaztatott dugóhúzója

Az első források egyike, amely már a valóban a dugóhúzásról szól John Worlidge (1640–1700) brit mezőgazdász írása (John Worlidge, Vinetum britannicum 1678) volt, aki tanulmányt írt az 1600-as években az almaboros palackok dugóinak eltávolításáról. Valószínűleg az első hivatalos dugóhúzót, amelyet már szabadalmi jog védett Samuell Henshall (1765-1807) [1] tiszteletes készítette 1795-ben. Az általa készített eszköz egy acélspirálból, csontnyélből, dugó megtisztítására szolgáló ecsetből és a spirál tövénél egy homorított kerek lemezből állt. Ennek a kerek lemeznek, nagyon fontos funkciója volt, egyrészt megakadályozta, hogy a dugóhúzó spirál része túl mélyen behatoljon a parafa dugóba, másrészt fogazott alsó felével megkapaszkodott a dugóba, amely megmozdult és így tört fel a viaszpecsét is. Ez a dugóhúzó már a klasszikus „T” alakú dugóhúzó továbbfejlesztett változata volt s a szakirodalom úgy tartja, hogy Henshall szabadalma „dugóhúzó forradalmat” indított el. 86

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A XIX. századtól napjainkig számtalan újítással tették technikailag praktikusabbá és esztétikailag különlegesebbé a dugóhúzókat. Néhány a híresebb az újítások közül

2. ábra C. Wienke:"a pincérek kedvence"

3. ábra D. Rosati kétszárnyú dugóhúzója

A jó dugóhúzó A legfontosabb szempont egy dugóhúzónál a spirál alakja, annak hossza és anyaga. Szintén fontos, hogy a dugóba csavart szár metszeti képe spirál alakú legyen, mert így tud a legjobban a dugóba kapaszkodni, míg egy csavar alakú tengely sokkal nagyobb roncsolást végez, méghozzá eredménytelenebbül. Célszerű teflonbevonatot használni a spirálon a könnyebb dugóba haladás érdekében. Ezen termékek a piacon a matt fekete színről ismerhetők fel. Az értékes borok dugójának hossza 45, esetleg 49 milliméter hosszúságú is lehet, így célszerű ezzel a ténnyel is számolni a dugóhúzó tervezése közben, mivel rendszerint a háztartásokban megtalálható dugóhúzók erre a feladatra képtelenek kialakításukból adódóan.

87

100 mm

80 mm

50 mm

Teljes hossz

Teljes szélesség

Spirál működő hossza 45 mm

Krómozott acél

Nyomó

sörbontó funkció

Fa, Acél (teflonbevonat)

~200 g

220-240 N

Húzó

-

Anyag

Tömeg

Nyitáshoz szükséges erő

Erőhatás fajtái

Egyéb

120-140 N (összesen)

~400 g

Két szárny, spirál, váz

Nyél, spirál

Alkatrész

sörbontó funkció

Húzó

180-200 N

~350 g

Műanyag, edzett acél

p , ( ), ellátott, üvegbe kapaszkodó fém

85mmx 15mmx9,5mm

45 mm

108 mm

25 mm (zárt spirállal) 85 mm (nyílt spirállal)

160 mm (zárt szárnyakkal), 228mm 63 mm

7.ábra

Csuklós, kétlépcsős dugóhúzó

8.ábra

Kétszárnyú dugóhúzó

100 mm x 10 mm) 78mmx8mmx9mm (egy szárny)

6.ábra

Ábraszám

Markolat méretei

T-alakú dugóhúzó

Megnevezés

-

Nyomó és Húzó

=<120 N

~800 g

Acél (teflonbevonat a

Spirál, váz, kar

90 mm x18 mm x10 mm

50 mm

152 mm

203 mm

10.ábra

Emelőkaros dugóhúzó

-

Vákuumos erő

minimális emberi erő szükséges

~300 g

Műanyag

tányéros szívókorong, váz,

90 mm x 10 mm x 30 mm

nincs spirál

55 mm átmérő

230 mm

11.ábra

Vákuumos dugóhúzó


Piackutatás

1. táblázat Piackutatás adatai

88

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Kísérlet Ez a kísérlet azt mutatta meg, hogy más-más kialakítással/kinematikával rendelkező dugóhúzók mekkora erőkifejtést igényelnek egy borosüveg kibontásához. A kísérlet során parafa dugóval ellátott borok kerültek kibontásra, valamint a szinte minden háztartásban megtalálható súlyzók segítségével. Ezek lettek rá kötve a dugóhúzók karjára/karjaira. A terhelés addig tartott, míg a dugó és az üveg közötti súrlódási együttható és szorító erő kisebb nem lett, mint a rá ható erő. A kísérlet eredményeit a 3.táblázat foglalja össze. A kísérletet a 6.ábra, a 7.ábra, a 8.ábra, a 10.ábra és a 11.ábra szemlélteti.

Típus

Terhelés súlyban kifejezve 22 Kg

T-dugóhúzó Csuklós, kétlépcsős 18 Kg dugóhúzó Kétszárnyú 12 Kg dugóhúzó Hőmérséklet a kísérlet kezdetekor: Hőmérséklet a kísérlet végekor: Páratartalom a kísérlet kezdetekor: Páratartalom a kísérlet végekor:

Terhelés N-ban kifejezve 215-245 N 176-206 N 117-147 N 22 °C 22°C 50% 51%

2. táblázat A kísérlet adatai

4. ábra Erőkifejtések nagysága különböző dugóhúzók esetén

89

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Ergonómia Az emberi test terhelhetőségére vonatkozóan végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy a csigolyák közti porckorongok 20-36 éves férfiaknál legfeljebb 30 kg/cm2; 36-50 éves férfiaknál 25 kg/cm2; 50 éven felüli férfiaknál pedig 20 kg/cm2 nyomással terhelhetők. A vizsgálati eredmények figyelembevételével megállapítható volt az alkalomszerű emeléskor elviselhető legnagyobb terhelések értéke. A továbbiakban az erőkifejtést befolyásoló tényezők kerülnek bemutatásra.

5. ábra A kor és a nem hatása a maximális izomerő kifejtésre

6. ábra A kar maximális elérési távolsága és a kar maximális erőkifejtése a magasság és az elérési tartomány függvényében

90

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Méretezés Az előző kísérletekhez hasonlóan, ez is otthoni körülmények között, házilag gyártott eszközökkel ment végbe. A kísérlethez egy T-dugóhúzó acélspirálját használtam, amelyhez egy másik l hosszúságú acélrudat rögzítettem. Ennek a rúdnak a végére helyeztem el a terhelést, amit addig növeltem, míg a spirál 90˚-ban el nem fordult a dugóban. Ezt a terhelést (súlyt) pedig megnöveltem 20%-al (ha esetleg elakadna a spirál a dugóban).

7. ábra Csavaró nyomaték mérésének ábrája

A következő vizsgálatnál a szárny és a spirál érintkezésénél végbemenő mozgás hatására keletkező hajlító nyomatékot és a szárny fogaihoz tartozó keresztmetszeti tényezőket számoltam ki.

8. ábra Keresztmetszeti tényező ábrája

91

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Környezettudatos tervezés A hulladékkezelés, a környezetszennyezés-megelőzése a környezetvédelem hagyományos mozgató rugója, viszont ezek a stratégiák csak bizonyos hatások elkerülését vagy minimalizálását vonják maguk után, figyelmen kívül hagyva a terméktervezést. A környezettudatos tervezés a termékfejlesztési folyamatot helyezi a központba. Így a termékből és a gyártási folyamatokból származtatható környezeti hatásokat, már a tervezéskor leredukálhatjuk. A termékkel kapcsolatos környezeti hatások csaknem 80%-át a termék tervezési fázisában már meghatározhatjuk. Ugyanez a helyzet az életciklus költségeket illetően is. Ezért fontos, hogy a gazdasági és környezeti vonatkozásokat a terméktervezés integrált részeként tartsuk számon, már a kezdetektől fogva. 1. 2. 3. 4.

Ökoszemlélet Terméktervezés fontossága Ökoellenőrzés Életciklus tervezés

Koncepcionális tervezés

9. ábra Három szabadkézi rajz a tervezési fázisban

92

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Csomagolás tervezés A logó tervezésénél a dugóhúzó funkciója mellett, annak környezetbarát üzenete volt a meghatározó szempont. A szőlőlevél elhelyezkedése a betűk felett és a betűk közé lefutó hullámvonal egyszerre idézi fel a növényi ornamentikát, asszociálhatunk a dugóhúzóra, épp úgy, mint a levélnyél kapaszkodásra szolgáló szőlőkacsra, valamint a latin veritas szó „i” betűjére. A szőlő, szőlőlevél szimbólumrendszere nagyon gazdag, a sumér ékírás az élet szót szőlőlevél alakú jellel ábrázolta. Gyakorta bukkan fel a római művészetben, jelentése: bőség és öröm. Bacchushoz (Dionüszosz római megfelelőjéhez) kapcsolható. Ő a szőlő, a szexualitás, a termékenység, valamint a szenvedélyek és a kifejező erő felszabadításának istene. Egy zsidó hagyomány szerint az éden-kerti fa szőlőtőke volt. A Biblia a szőlő első ültetőjének a vízözön utáni emberiség ősatyját, Noét teszi meg. A görög Noé, Deukalión neve Újborhajós-t jelent. Az Ígéret Földjéről származó szőlő az új élet lehetőségét jelentette a zsidók számára. A keresztények körében a bor Jézus vérének felel meg.

10. ábra A csomagolt termék színváltozatai

93

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A kész termék

11. ábra Az elkészült termék látványterve

94

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Irodalomjegyzék [1]

[2] [3] [4]

[5]

Takács, Á. : Környezettudatos tervezés, Vázlatok a Környezettudatos tervezés című tantárgy gyakorlati anyagához Miskolci Egyetem, Gép- és Terméktervezési Tanszék, 2011. Woodson, W. E. ; Conover, D. W. : Ember-gép-üzem, Műszaki Könyvkiadó, ETO:331.015.11, Budapest, 1973. Szente, J. ; Bihari, Z. : Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. 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-2004-060012). Miskolc, 2006. Bridger, R.S. : Introduction to Ergonomics ISBN-13: 9780070077416, 1995.


95


Alternatív energiát termelő burkolat tervezése, korszerűsítése

Majoros Dávid Géptervező

Bevezetés: Napjaink problémái között egyre fontosabb szerepet kap a globális felmelegedés és üvegházhatás kialakulása. Ennek megakadályozása érdekében a fosszilis energiahordozók helyett alternatív energiát kell létrehozniuk az embereknek és ezt kel alkalmazniuk. 2005-ben mérnökök egy csoportja forradalmi ötlettel ált elő miszerint az emberek mindennapi tevékenységét a járást, elektromos áram fejlesztésére akarták felhasználni. Ennek az ötletnek köszönhetően jöttek létre az elektromos áramot termelő padlók, járólapok. A mai napig minden egyes ilyen termék az úgy nevezett piezoelektromos kristályok segítségével működik. Ezen fajta elektromos jelenség során egyes anyagok például kristályok, kerámiák összenyomása következtében elektromos feszültség keletkezik, illetve az elektromos feszültség hatására alakváltozás is bekövetkezik. Ennek a jelenségnek a felfedezése a Curie család nevéhez fűződik. Pontosabban Pierre Curie és Jacques Curie nevéhez, akik 1880-ban a különböző kutatásoknak köszönhetően rájöttek arra hogy bizonyos kristályokon meghatározott tengelyek mentén alkalmazott nyomás elektromos töltések megjelenését okozza a kristály felületén. Napjaink egyik leggyakrabban alkalmazott kristály a kvarc, mely kristályosodása hatszöges rendszerben történik, az egyes rácspontokban pozitív és negatív ionok helyezkednek el felváltva. Az ilyen kristályt fémlapok közé helyezve, majd ezután azokat összenyomva, a fémlemezek elektromosan töltöttekké válnak, így elektromos szikrát lehet gerjeszteni. A piezoelektromos anyagoknak ezt a tulajdonságát kihasználva készítenek kisméretű generátorokat. A hadi iparban is igen korán jelentkezet ez a technika. Az első világháborút követő években a jelenséget felhasználták a szonár megalkotásához. Másik fontos katonai

96


alkalmazási terület pedig a lövedékek gyújtói voltak. A kutatók, mérnökök eme termékek tanulmányozásának segítségével ötletet merítettek az elektromos áramot fejlesztő padlók, burkolatok, járólapok megalkotásához. Az egyes termékek napjainkban is folyamatos fejlesztések alatt álnak. Az ötletem az eddigi termékektől abban tér el, hogy a piezoelektromos kristályok helyett fogaskerekek és az általuk forgatott dinamó termeli az elektromos energiát. Koncepcionális tervezés: A koncepcionális tervezés lényege az hogy megvizsgáljuk mind azokat a lehetséges összeállításokat melyek szóba jöhetnek a tervezés során. Az összeállítások hasonlítanak egymásra hiszen mind ugyan azon célból készülnek, viszont mégis eltérnek egymástól az egyes elemek kapcsolódása és elhelyezkedéseik miatt. A tervezés során figyelembe kell venni a piac kutatás során megismert termékek összeállításait, szerkezeteit és törekedni kell arra hogy minél egyszerűbb és gazdaságosabb megoldás változatot alkossunk mely versenyképes lesz a már meglevő termékek között. A koncepcionális tervezés tehát lehetővé teszi azt hogy a megtervezett összeállítások közül az adott feladatnak legmegfelelőbb összeállítást válasszuk ki mely mind műszaki szempontból mind gazdasági szempontból a lehető legjobb választás. Külön-külön elemzésre kerülnek az egyes szerkezeti elemek melyek mind saját funkciókkal bírnak a beépítést követően. Ezek a szerkezeti elemek a funkció listában kerülnek felsorolásra. Az egyes összeállításokban ábrával szemléltetjük a szerkezeti elemek elhelyezkedését és az egymáshoz való csatlakozásukat is. Ennek célja a az összeállítások vizuális bemutatása. Minden megoldási változat tartalmaz egy részletes működési leírást melynek segítségével egyszerűbben és könnyebben megérthető annak működése.

97


A következő táblázat a feltárt funkciókat és azok jellemzését, feladatát, tartalmazza melyeket a szabadalom- és piackutatás során ismertünk meg. A továbbiakban ezen elemek segítségével a lehetséges megoldás vázlatok figyelhetők meg. 1.táblázat Részegységek - Feltárt funkciók 1. Burkolat felső része

Egy része mozgást végző elem a többi rögzített. Felülről fedi és védi a szerkezet belső elemeit.

2. Menetes orsó

Nagy menetemelkedésű önzáró mentes szerkezeti elem. Egyik része a mozgó burkolathoz csatlakozik. A kilincskereket forgatja.

3. Szabadonfutó

Az orsó mozgatja. A megfelelő irányba történő forgás hatására a szabadon futó tovább forgatja a hozzá csatlakozó gépelemet.

4. Fogasléc

Fel-le való mozgása a fogaskerekeket mozgásba hozza. Egyik vége a burkolat mozgó eleméhez kapcsolódik.

98


5. fogaskerék

Forgó mozgást végző szerkezeti elem melyet a kilincs kerék hajt meg.

6. Dinamó

Elektromos áramot fejlesztő berendezés melyet a fogaskerék hajt meg.

7. Akkumuláto r

A szerkezet által termelt elektromosság tárolója. Az egyik végén a dinamó , a másik végén a fogyasztó kapcsolódik hozzá.

8. fogyasztó

A szerkezet által táplált elektromos eszköz. Az akkumulátorhoz kapcsolódik.

9. Rugó

A burkolat mozgó részét állítja alaphelyzetbe, miután megszűnik a burkolatra gyakorolt nyomás.

10. Burkolat alsó része

Mozgást nem végző, stabil része a szerkezetnek. Alulról lefedi és védi az alkatrészeket.

99


1. ábra Megoldás változat A megoldás vázlatban szereplő szerkezeti elemek: burkolat felső része, menetes orsó, rugó, kilincskerék, fogaskerék, dinamó, akkumulátor, fogyasztó, burkolat alsó része. Ebben a megoldás változatban az emberek által kifejtett nyomás, a burkolat felsőrészének mozgó részét függőleges irányba lefelé nyomja. A mozgó részhez csatlakozó menetes orsó ennek következtében szintén függőleges irányba lefelé mozdul. Az orsó a hozzá kapcsolódó szabadonfutót forgatja amikor a süllyedés történik. A szabadonfutó funkciójából adódóan a hozzá kapcsolódó fogaskereket egy irányba forgatja. A fogaskerék csatlakozik egy másik fogaskerékhez, ami a dinamót hajtja meg. A dinamó a mozgás következtében elektromos áramot termel. A termelt elektromos áramot egy akkumulátorba tároljuk, amiről az

100


elektromos fogyasztót tápláljuk. Miután a nyomás megszűnt, a két burkolat között található rugók a felső burkolat, mozgó részét és vele együtt az orsót a rájuk gyakorolt nyomás előtti állapotba állítják vissza. Előzetes konstrukciós számítások •

Orsó és szabadonfutó kapcsolat vizsgálata, méretezése - vizsgálat önzárásra

Fontos az önzárás elkerülése. A terhelés hatására az orsónak teljes mértékben és könnyedén kell a függőleges mozgást elvégeznie •

kihajlásra

•

terhelhetőségek meghatározása

•

történő

•

Összetett igénybevételre

•

Menettő hajlítás szempontjából •

Orsó menet

•

Szabadonfutó menet

vizsgálat

Rugó méretezése

Végeselemes vizsgálat A modellezés és véges elemes analízis elsősorban a szerkezetben található rugókra illetve az orsó és szabadonfutó kapcsolatára lett elvégezve. A vizsgálat során a terhelt rugót illetve a trapézmenetes orsót és a hozzá csatlakozó szabadonfutó meneteinek, fajlagos elmozdulását és a bennük keletkezett feszültségek eloszlását vizsgáltuk és modelleztük. A rugók esetében az eredeti modell véges elemes vizsgálata nem volt lehetséges mivel a program során generált hálóról bebizonyosodott, hogy a megengedettől több csomópontot

101


tartalmaznak ezzel gátolva a program lefutását. Így a modell, egyszerűsítésre került. Az egyszerűsítésben 1 darab rugót vizsgáltunk, az őt határoló burkolati elemekkel együtt. Az eredmények a véges elemes programból kimentett képeken tekinthetőek meg:

Rugó vizsgálata

2. ábra Eredeti modell

3. ábra A véges elemes program által behálózott eredeti modell

102


4. ábra A rugó fajlagos elmozdulása az őt ért peremfeltételek következtében A rugóban ébredő feszültségek eloszlása:

7. ábra A rugóban ébredő feszültségek eloszlása

103


Az orsó-szabadonfutó menetkapcsolat vizsgálata Az orsó-szabadonfutó menetkapcsolat vizsgálatánál szabadonfutó egy hatlapú anyacsavarral van helyettesítve.

a

8. ábra Az elhelyezett peremfeltételek A modellen látható a 600 N-os terhelő erő mely az orsó tetején hat, illetve a fixált megfogások a hatlapú anya csavar két átellenes oldalán.

9. ábra Az menetkapcsolat fajlagos elmozdulása a peremfeltételek következtében

104


10. ábra A menetkapcsolatban ébredő feszültség eloszlás Irodalom jegyzék •

•

• •

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. Szabó Ferenc János, Sarka Ferenc, Tóbis Zsolt: Numerikus analízis, szimuláció, termékminősítés: TÁMOP 4.1.2. 08/1/A 2009 - 0001, G3 - 08 modulelem. Péter József: Géptervezés alapjai. Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc-Egyetemváros, 2008. 402 old. ISBN 978-963-661837-7.

Köszönetnyilvánítás A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-20100001 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

105


Lánchajtás tervezése Molnár Péter Géptervező szakirányos hallgató A szakdolgozatom készítése során az alábbi részfeladatokat kellett sorra vennem: • Ismertesse a lánctípusokat! • A szakirodalom alapján mutassa be a görgős lánchajtás szilárdsági méretezését! • Ismertesse a lánchajtások kenési módjait, azok alkalmazásának feltételeit! • Készítsen konstrukciós megoldásokat az egyes kenési módszerek megvalósítására! • Készítsen 3D-s számítógépes modellt egy előírt méretekkel rendelkező és adott kenési megoldással ellátott lánchajtásról! • Készítse el a konstrukció 2D-s összeállítási rajzát, valamint az egyik lánckerék alkatrészrajzát! A különböző lánctípusok leírásához bőséges szakirodalmi és szabadalmi háttéranyag áll rendelkezésre, mint tankönyvek, tervezési segédletek, gyártói kézikönyvek. Ezek alapján az alábbi típusokat különböztettem meg: szemes lánc, Gall-lánc, Fleyer-lánc, csapos lánc, hüvelyes lánc, görgős lánc, Rotary-lánc, fogas lánc.

1. ábra Görgős lánc metszeti képe

106


2.ábra Rönkszállító lánc 1880-as szabadalma

A lánchajtás tervezése során figyelembe kell venni, hogy a hajtás tönkremenetelét leggyakrabban a kifáradás okozza és nem az elégtelen szakítószilárdság. A gyártói katalógusokban feltüntetett terhelhetőség előre meghatározott üzemi körülmények között érvényes, az ezektől való eltérést különböző módosító tényezőkkel kell figyelembe venni. A lánchajtást különböző módokon is el lehet rendezni, előtétek és láncfeszítő kerekek alkalmazásával a tengelytáv változtatás is megoldható, valamint jól alkalmazható teljesítményszétágaztatásra is.

3.ábra Változtatható tengelytávolságú hajtáselrendezés

A hajtások kenése nagyon fontos a minél hosszabb élettartam 107

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI szempontjából. Több megoldás közül lehet választani: zsírozás, kézi kenés, csepegtető, merülő, szórótárcsás, olajsugár, és olajköd kenés. A megfelelő megoldás kiválasztásához több szempontot kell figyelembe venni, első sorban a lánc sebességétől függ, de az átvinni kíván teljesítmény, és az üzemi körülmények is befolyásolják a kenés hatékonyságát.

4.ábra Élettartam a kenési mód függvényében

A fenti ábrán látható, hogy hogyan befolyásolja a kenés milyensége az élettartamot. Az 1. görbe kenés mentes állapotot, a 2. görbe egyszeri kenést, a 3. időközönkénti kenést, a 4. görbe egy nem jól megvalósított kenést, az 5. görbe egy jól megvalósított, ajánlott kenési állapotot jelöl. A változatokhoz konstrukciós megoldásokat is készítettem. A zsírozott, kézi, és merülő kenéshez ugyan az a változat készült, mert egy célszerűn elkészített burkolat olajtartályként is használható.

5.ábra

108

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A szórótárcsás, csepegtető és olajsugár kenési változatok is csak kevésben térnek el, lényegében csak más-más kiegészítő elemmel bővül a megoldás:

6.ábra

Dolgozatomban az egyik gyártó tervezési segédletében bemutatott számítási módot összehasonlítottam az általam bemutatott módozattal egy számpéldán keresztül. A példa maga egy dugattyús szivattyú adatain alapul. A számítás során arra a következtetésre jutottam, hogy ugyan a gyártói tervezési segédlet jobban leegyszerűsíti a számítás menetét, de a végeredmények között csak csekély eltérés mutatkozik. Nagyobb terhelése, vagy nehezebb üzemkörülmények között jobban kijönne a két számítási mód közötti különbség. A hajtás szilárdsági méretezése során először a maximális fordulatszámot és az átvinni kívánt teljesítményt határozzuk meg. Ezen adatok alapján a 7. ábrán látható diagramból, kiválasztjuk a megfelelő méretű láncok. Emellett a diagramban ajánlást látunk a fordulatszám és teljesítmény szempontjából kielégítő kenési megoldásra is. Ez után számítható a hajtás többi paramétere, mint a tengelytávolság, lánchosszúság, valamit ellenőrizni kell, hogy a lánc megfelelő biztonsággal képes-e a fellépő erőket elviselni.

109


7.ábra MITCalc program

A számítások megkönnyítésére számos program érhető el. Ezek lehetnek olyanok, amelyek egy-egy gyártó kínálatából segítenek a igényeknek legjobban megfelelő láncot kiválasztani, vagy lehetnek olyan programok, amelyek szükséges paraméterek beállítása, és értékek megadása után nem csak a kért adatokat számítja ki, de bizonyos tervező szoftverek számára használható modelleket is elő tud állítani.

8.ábra MITCalc program

110


[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. 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: Oktatási segédlet a Gépelemek II. c. tárgyhoz, Görgős lánchajtás tervezése, Miskolc, 2008 Péter József: Géptervezés alapjai. Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc Egyetemváros, 2008, ISBN 987-963-661-837-7 Terplán Zénó: Gépelemek I. Tankönyvkiadó, Budapest, 1991


111


Szabályozott utánfutó fékberendezés Németh László Géptervező szakirány 1. Feladat ismertetése A feladat egy - személygépkocsival, illetve könnyű-/kis-tehergépkocsival vontatható utánfutókra illeszthető - berendezés megalkotása, amely: - Az új- és a használatban lévő utánfutókra is egyaránt illeszthető, - Az utánfutón végzett nagyobb átalakítás nélkül felszerelhető legyen, - Működtetése a felhasználótól (gépjárművezetőtől) és gépjárműve fékrendszerétől független legyen. 2. Feladat célja A feladat követelményeinek megfelelő szerkezet tervezése, amely működése során a gépkocsi-utánfutó szerelvény üzem közbeni fékezésének hatásosságát nagymértékben növeli, ezáltal a vontató járműnek és a benne ülő személyek számára fokozott biztonságot nyújtson bármilyen környezeti-és vezetési körülmény között. 3. A tervezés főbb lépései 3.1. Vonatkozó hatósági szabályok és törvények megismerése Tervezési feladatom legfőbb lépése, az ilyen szerkezetek építéséhez, megvalósításhoz elengedhetetlen vonatkozó hatósági szabályok, előírások és törvények tartalmának ismerete, mivel a szerkezetemnek ezen előírásoknak kell megfelelnie, hogy az a közúti közlekedésre alkalmasnak minősüljön. 3.2. Szabadalom- és piackutatás Ennek a tervezési fázisnak a célja, hogy elkerüljem az esteleges szabadalombitorlást, illetve az érvényben lévő szabadalmakból ötleteket meríthessek a saját szerkezetem megtervezésénél. Továbbá a manapság elterjedt és széles körben alkalmazott fékrendszereket személyesen megvizsgálva az azoknál tapasztalt előnyökből és hátrányokból felállítsam a célkitűzés eléréséhez szükséges kritériumokat.

112

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 3.2.1. Szabadalmak keresése Az internetes adatbázisok és az európai- és nemzetközi szabványügyi hivatalok adatbázisaiban kerestem az ezzel a témával egybevágó szabadalmakat. 3.2.2. Gyakorlatban alkalmazott szerkezetek vizsgálata A manapság elterjedt és széles körben alkalmazott fékrendszerek alapos vizsgálatakor szert tettem azokra a tapasztalatokra, amelyek alapján a saját fékrendszerem tervezését döntő mértékben meghatározták. Az itt tapasztalt hátrányok a mechanikus bowdenes és hidraulikus fékrendszereknél egyaránt megfigyelhetők voltak: - A rendszer szabályzása a vezérlő rugó paramétereitől és a rendszer hézagainak beállításától függ, amelyek üzem közben nem szabályozhatók - A működtető paraméterek szűk tartományban változtathatók - Bowdenes kiviteleknél gyakori a bowden megnyúlásából és korróziójából származó fékhatás csökkenés és a nem megfelelő fékvezérlés - A rendszer túlterhelése esetén a fékalkatrészek sérülhetnek, amely a fékerő teljes vagy részleges megszűnéséhez vezet - Tolatási manőver esetén bizonyos egyszerűbb kiviteleknél, amelyeknél nem megoldott - a gépkocsi vezetőnek kell gondoskodnia a vonószárat kitámasztó kar megfelelő pozícióba való helyezéséről, hogy a rendszer ne jöjjön önműködésbe. Leggyakrabban ennek elmulasztása teszi tönkre ezeket a rendszereket, illetve a szerelvény tolatásakor önműködően befogó fékek balesetet, és a vontató járműben és az utánfutóban és rakományában is kárt okozhatnak 3.3. Megoldásváltozatok készítése 3.3.1. Előzőleges kutatásból következtetett kritériumok felállítása A kutatáskor megvizsgált fékrendszereknél tapasztalt előnyökből és hátrányokból, és a célkitűzésnél felállított követelményekből a célkitűzés eléréséhez szükséges kritériumokat megállapítottam, amelyek alapján különböző megoldásváltozatokat készítettem. Ezek elemzéséből és azok hibájának kiküszöböléséből újabb megoldásváltozatokat készítettem, amíg a végleges, minden feltételt kielégítő változathoz el nem jutottam.

113

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 3.3.2. A kritériumoknak megfelelő megoldásváltozat készítése A legfontosabb feltétel, hogy az utánfutó vonószára és a hozzá kapcsolódó fék-rendszert működtető mechanizmusok között nem lehet közvetlen kapcsolata. Külön kell választani a fékező erő mérését és a fékerőt kifejtő berendezéseket. Ezt úgy lehet elérni, ha az utánfutó vonószárán megjelenő fékezőerő által kifejtett elmozdulást valamilyen módon mérnem kell, a fékező erő szolgáltatatására pedig egy olajnyomást előállító szivattyút kell helyeznem, ami a vonószáron fellépő elmozdulás/ fékezési intenzitás függvényében fogja lassítani a járművet. A végleges megoldásváltozat az 1. ábrán látható.

1. ábra A minden feltételt kielégítő megoldásváltozat

3.3.2.1.

A fékrendszerem működése:

Az áramforrás, - amelyet a gépkocsi elektromos rendszere szolgáltat majd – elektromos árammal látja el a rendszert vezérlő és felügyelő Elektromos Vezérlő Egységet (EVE) és az ABS-rendszer szivattyúját. A vonószáron, a szerelvény fékezőerejének és tehetetlenségének hatására a vezérlő rugón megjelenő elmozdulást/összenyomódást egy – 114

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI az általam, a Szakdolgozatomban megtervezett – elmozdulás mérő egység ezt az elmozdulást elektromosan feldolgozható jellé alakítja át, amelyet az Elektromos Vezérlő Egységnek továbbítva azt fel tudja dolgozni. Ebből az elektromos jelből állapítja meg az EVE a fékezés intenzitását, és ennek függvényében működteti az ABS-rendszer szivattyúját. Az ABS-rendszer tápszivattyúja a kapott elektromos feszültség alapján működésbe lép, és az akkori fékezőerőhöz szükséges olajnyomást előállítja a munkahengerek számára, így lassítva a járművet. A kerékfordulatszám mérő jeladó szerkezet a kerék forgási sebességét, irányát, szöggyorsulását (illetve lassulását) mintavételezve jeleket küld az EVE-nek a kerekek forgási állapotáról. Az EVE a kerékfordulatszám jeladótól kapott villamos jeleket dekódolva a körfolyamatot szabályozhatja az ABS-rendszer szivattyújának újbóli irányításával, hogy mindig az optimális fékerő jusson, vagy NE jusson a kerekekre. 3.4. Szabványos fékalkatrészek kiválasztása Az utánfutó fékalkatrészeinek kiválasztásánál elsődleges szempontként a 6/1990. (IV.12.) KÖHÉM rendelet I. fejezetének 2.§-nak (10) - (11)-es bekezdése által leírtakat tekintettem, azaz a fékrendszeremhez olyan minősített alkatrészeket használok fel, amelyek ennek – és az előbbiekben az ezekre vonatkozó - rendelkezésnek eleget tesznek. Ezek alapján a manapság nagy számban, forgalomban lévő és közlekedő autótípusok közül válogattam. További szempontok voltak, hogy egyszerű felépítésű, nagy külső-belső erőhatásoknak ellenálló tehát fémöntvény házas -, olcsó és bárhol beszerezhető alkatrészeket használjak fel a rendszer tervezésekor és méretezésekor. 3.5. Dinamikai modellezés és fékáttétel számítás Ebben a tervezési fázisban a vontató jármű és az utánfutó között fellépő erőhatásokat számoltam ki különböző terhelési és pályameredekségi helyzetekben. Az így kapott eredmények alapjául szolgáltak a fékszámítások elvégzésénél. A fékáttétel számításnál a hagyományos átmenőfékes rendszer méretezési és számítási modelljét vettem alapul. Segítségével meghatároztam - a kiválasztott fékalkatrészek paraméterei alapján - a fékrendszer által kifejthető fékezőerők nagyságát.

115

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 3.6. Egyedi szerkezeti elemek méretezése 3.6.1. Vezérlő rugó megválasztása és méretezése Elsősorban az egyes rugófajták tulajdonságait tártam fel, és ezek a tulajdonságok alapján választottam ki azt a típust, amelyet a fékrendszeremben alkalmazni szeretnék, és amely méretezéseit - a fékáttétel számításkor eredményül kapott működtető erők függvényében - el kell végeznem. 3.6.1.1. Az alkalmazott vezérlőrugó fajtájának kedvező tulajdonságai Vezérlő rugónak a csavarrugókat találtam alkalmasnak, mert: - Geometriájukból és felépítésükből adódóan könnyen méretezhetőek és jól számíthatók a terhelési reakcióik - Bizonyos tartományokban lineáris karakterisztika jellemzi őket, amely jellemző ezen a területen kiválóan felhasználható az elmozdulás mérésekor. - Olcsó, masszív kivitel, és mivel teljesen hétköznapi a gyártásuk és alkalmazásuk, könnyen hozzáférhetőek és kedvező áron megvásárolhatóak. 3.6.1.2.

A vezérlő rugó méretezéséből kapott rugóméretek:

Külső átmérő: Középátmérő: Belső átmérő: Szelvényátmérő: Magasság: Üzemi magasság: Rugóállandó: Működő menetek: Összes menet: Menetemelkedés: - terheletlenül: - beszerelve: Előfeszítés:

D = 50mm Dk = 45mm Db = 40mm d = 5mm H0 = 260mm H = 239mm c = 4,68 N/mm nm = 15 nö = 16,5 P = 17mm Pe = 14,47mm Se = 20,98mm

116


2. ábra Rugó alkatrészrajza

4. Mérőmechanizmus kialakítása A tervezési folyamat ezen szakaszában betekintést kellett tennem, hogy milyen már meg-lévő úthossz mérésére alkalmas szerkezetek és megoldások léteznek, amellyel a csavarrugó össze-nyomódásának karakterisztikáját üzembiztosan tudom mérni. 4.1. Útmérő elem kiválasztása Az útmérő szerkezetek keresésekor a Forgó Jeladókat találtam a legalkalmasabbnak az itt megvalósítani kívánt mérési célra. Tulajdonságai: - Pontos pozíció meghatározási képesség. - Nullpont beállításának lehetősége, amely által ismertté tehetjük a kiindulási pontot/helyzetet. - Kis méret.

117

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 4.2. Mérőmechanizmus összeállítása Munkáim során sokféle mechanizmussal próbáltam ezt az elmozdulást mérhetővé tenni az alapkritériumoknak megfelelően, de sokszor a munka menete közben léptek fel nem várt, megoldatlan problémák, amelyek újabbnál újabb kritériumokat generáltak. 4.2.1. Kétkaros mérőmechanizmus A 3. ábrán látható a kétkaros mérőmechanizmus, amely egy 3 ponton csapágyazott szerkezet. A csapágyazás célja, hogy a karok szinte ellenállás nélkül foroghassanak, ne akadhassanak meg, és hosszabb élettartamon át végezhessék feladatukat.

3. ábra Kétkaros mérőmechanizmus

Mérési tartománya 55,73°, amely a nagy felbontási képet szolgáltató forgó jeladó segítségével nagyon pontos szabályozási lehetőséget kínál. 118

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Irodalomjegyzék [1] [2]

[3]

[4]

[5] [6]

UNGÁR TAMÁS, VIDA ANDRÁS ; [KÖZREAD. A] MISKOLCI EGYETEM: SEGÉDLET A GÉPELEMEK I-II. KÖTETÉHEZ – NEMZETI TANKÖNYVKIADÓ – BUDAPEST – 2007 DR. SZENTE JÓZSEF – BIHARI ZOLTÁN: INTERAKTÍV MÉRNÖKI KOMMUNIKÁCIÓ ÉS A TERVEZÉST TÁMOGATÓ CAD RENDSZEREK – ELEKTRONIKUS TANKÖNYV – 2011.P.107 – WWW.TANKONYVTAR.HU/HU KAMONDI LÁSZLÓ – TAKÁCS ÁGNES: OBJEKTUM SEMLEGES GÉPTERVEZÉS - SZAKMÉRNÖKI JEGYZET. KÉSZÜLT: „A FELSŐOKTATÁS SZERKEZETI ÉS TARTALMI FEJLESZTÉSE” CAD/CAM/FEM KOMPETENCIA KURZUSOK PROJEKT KERETÉBEN (HEFOP-3.8-P-2004-06-0012) – MISKOLC - 2006 KÖZLEKEDÉSI FŐFELÜGYELET: TÍPUSTERV CSOMAG SZEMÉLYGÉPKOCSIVAL VONTATHATÓ EGYTENGELYES PÓTKOCSIK ÖSSZEÉPÍTÉSÉHEZ – MŰSZAKI ENGEDÉLYEZÉSI OSZTÁLY – BUDAPEST - 1981 DIÓSZEGI GYÖRGY: GÉPSZERKEZETEK PÉLDATÁR – MŰSZAKI KÖNYVKIADÓ - BUDA-PEST – 1988 WILFRIED STAUDT: GÉPJÁRMŰTECHNIKA: GÉPJÁRMŰSZERKEZETTAN, GÉPJÁRMŰ VILLAMOS BERENDEZÉSEK – „OMÁR” KÖNYVKIADÓ – 1988


119


Csocsóasztal tervezése Szabó Gábor László Ipari termék- és formatervező mérnök alapszak

Szabó Gábor László vagyok, a Miskolci Egyetem, Gépészmérnöki és Informatikai Karának ipari termék- és formatervező mérnök alapszakos hallgatója. Szakdolgozatom témájául egy csocsóasztal tervezését választottam. Témaválasztásomat az motiválta, hogy egy olyan terméket hozzak létre, amely a közösségi értékeket szolgálhatja. A csocsó mint hobby és sporteszköz remek megoldás erre feladatra, ugyanis kommunikációt kezdeményező lehetőséget biztosít az emberek számára azáltal, hogy csapattárs vagy ellenfél posztjára idegen személyeket kérnek fel. A játék során a csapatjáték, az egymással összhangban való koncentrálás, közös sikerek és kudarcok megélése erősíti a közösséget. Ehhez a tevékenységhez szeretnék hozzájárulni azáltal, hogy egy minőségi sporteszközt biztosítok hozzá. Feladatomat egy piackutatással kezdtem, melynek során megvizsgálom a forgalomban lévő jelentősebb termékeket és meghatározom a különböző piaci szegmensek jellemzőit. Elemzem az asztalok funkcióit, árkategóriáját, előnyeit, hátrányait és keresettségét. A szerzett ismeretek alapján be tudom határolni, hogy mely piaci szegmens kínálja a legtöbb lehetőséget. 1.

Asztal: Dynamo, Big D Shelti, Pro Foos III. Tornado, T. 3000 Bonzini, B90 RS Barcelona, RS#2 RS Barcelona, RS#3 Mars Made, Foos

táblázat Piackutatás

Méret: [cm] 140x75x90 138x75x90 140x75x90 150x105x92,5 150x128x97 150x128x93 n.a.

Tömeg: [kg] 93,2 102,3 102,3 80 n.a. 68 272

Ár: [Ft] 236 500 344 000 387 000 536 500 817 500 840 000 2 200 000

Az 1. táblázatban feltűntetett adatok néhány jelentősebb gyártó fontosabb modelljeinek tulajdonságait mutatja be, mely a továbbiakban segít meghatározni saját termékjavaslatom követelményeit. A lista elején a Dynamo-tól a Tornado-ig amerikai stílusú versenyasztalok találhatók, melyek fából készült négyszögletes alakú asztalok. A Bonzini terméke az európai stílusú versenyasztalokat képviseli. Szintén fából készült, viszont külső megjelenése formabontó, és a sportág egyik ikonikus terméke. A lista alsó részén a főként otthoni használatra készült 120

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI felsőkategóriás asztalok láthatók. Az esztétikai funkció betöltésére nagy igényt fordítottak ezeknél a termékeknél. Gyártásuk még csak az elmúlt években kezdődött, így nagy lehetőség van az új koncepciók előtt. A kedvező piaci feltételek miatt saját termékem is ebbe a kategóriába tervezem. Egy átfogó szabadalomkutatás során összegyűjtöttem a témához fűződő szabadalmakat. Készítettem egy igényjegyzéket, ahol jegyzem a leendő termék követelményeit, figyelembe véve a rendelkezésre álló anyagokat, technológiákat és piaci elvárásokat. Az itt feltüntetett információk megadják jövőbeli tervezés irányát. Az összegyűjtött ismeretek alapján a tervezésbe kezdtem, ahol a leendő termékjavaslatomhoz szabadkézi vázlatokat készítettem. Széles körű gyűjtésre törekedtem, hogy a későbbiek során legyen miből szelektálni. Készítettem egy inspirációgyűjteményt, ahol olyan kortárs bútordarabokat, épületeket és tárgyakat válogattam össze, amelyek anyaghasználatukban és formavilágukban segíthetik a vázlatkészítést. Minden ötletet papírra vetettem.

1. ábra Szabadkézi vázlataim

121

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A legnagyobbrészt fa és fém kombinációjában gondolkoztam. A fém lábak használatával bonyolult geometriai formák is megoldhatók. A tervezési cél az egyszerűség volt, de bonyolultabb szerkezetekkel is próbálkoztam. A hajók alakját is megfelelőnek találtam egy csocsóasztal formavilágához, így erről is készítettem vázlatokat. A másik fő irányvonal egyszerűbb geometriai formákra épül. A letisztult szögletes tervek ötletét egy kortárs ház tetőszerkezete adta. A funkciók meghatározását követően a vázlatokat minőségi alapon szelektáltam. Megtartva a jó ötleteket a jobb szemléltetés céljából 3D koncepcióterveket készítettem CAD program alkalmazásával.

1. ábra Első koncepcióváltozat

2. ábra Második koncepcióváltozat

122


3. ábra Harmadik koncepcióváltozat

A végső koncepciót, mely a 4. ábrán látható harmadik változat lett, súlyozott mátrix segítségével választottam ki a megoldásvázlatok közül. A koncepció szerint az asztal fém és fa elemek kombinációjából épül fel. Lábai döntöttek és zártszelvényből épülnek fel. Az asztal két végén fa könyöklőrész található, mely kiegyensúlyozza a fa és fém alkatrészek arányát. A koncepcióterv kiválasztása után a termék részlettervezésébe kezdtem, ahol a legapróbb részletig meghatároztam az alkatrészek geometriáját. Szilárdságtani méretezések során ellenőriztem és méreteztem a szerkezeti elemeket a várható maximális terhelések esetén. Az asztal két fő szerkezeti egységből áll, egy külső merev fémvázból és egy belső fa játéktérből. Első teendőm a vázszerkezet kialakítása volt. A vázat hajlított lemezalkatrészekből terveztem meg, melynek geometriája és rögzítési rendszere merőben eltér a piacon fellelhető csocsótermékektől. Az én asztalomat az különbözteti meg konkurenseitől, hogy a fémlemezek egy külső egybefüggő keretet alkotnak, amelybe külön egységként szerelhető be a fából készült játéktér. A lemezek vastagsága 2mm, anyaguk rozsdamentes acél. Piackutatásom rávilágított arra, hogy a rozsdamentes acél kedvelt és keresett anyag a csocsóasztalok burkolására, viszont kevés ilyen típusú asztal található a piacon. Saját asztalomnál az acél nem burkolóanyagként jelenik meg, ugyanis elsődlegesen szerkezeti funkciót lát el. Törekedtem arra, hogy az asztalon ne legyenek díszítések és az esztétikus megjelenést a szerkezeti elemek biztosítsák. Fontos 123

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI szempont volt, hogy a terméken a lehető legletisztultabb legyen és ne tartalmazzon felesleges alkatrészeket. A váz kialakításakor a leghatékonyabb rögzítési módra törekedtem. A rögzítő elemek az asztal két végén kialakított szerelőtérben találhatók.

4. ábra Szerelőtér kialakítása

Az 5. ábrán látható az asztal végén kialakított szerelőtér ahol fehérrel az oldallemez, sárgával a merevítő lemez, pirossal a kapu, kékkel pedig a labdakiadó látható. A rögzítő elemek döntő többségét ebben a térben helyeztem el úgy, hogy a kötések könnyen hozzáférhető helyen legyenek. Süllyesztett fejű csavarokat választottam, hogy ne bontsam meg az oldallemez külső felületét. A szerelőtérre a kötések elrejtése céljából egy fedőlapot terveztem, mely egy felületkezelt tömörfa alkatrész. Ennek az elemnek az esztétikai funkció betöltése mellett az asztal keresztmerevítését is meg kell oldania. Ez okból anyagául nagy szilárdságú keményfát kellett választanom. A labdakiadó rendszert az asztal anyagválasztékához igazodva hajlított lemezalkatrészekből alakítottam ki. Fontos szempont volt az anyagtakarékosság, így a lehető legtisztább geometriára törekedtem. A labda eljutását a játékoshoz egy döntött pálya biztosítja. A kiadórészt az asztal végén helyeztem el, ahol könnyedén elérhető és kiemelhető a labda. A vázszerkezet kialakítása után a játéktér következett, mely a termék azon része, amin belül a játék zajlik. Az asztal egyik döntő minőségi 124

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI szempontja a játék menetének élvezhetősége és problémamentessége, mely tulajdonságok javítása érdekében a fémvázba egy fa játékteret terveztem. A fa oldalfalak elnyelik a használat közben keletkező rezgéseket és ezzel javítják a játék minőségét.

5. ábra Belső játéktér kialakítása

A rudak helyének megállapítása után a megfelelő alátámasztást kellett megoldanom. Mivel a rudaknak radiális és axiális irányban is el kell tudniuk mozdulni, így siklócsapágyakat választottam a feladat megoldására. A kiválasztásnál fő szempont volt a gyorsaság, az olcsó ár és a kenés nélküli üzemeltetés biztosítása. A választásom szinterezett bronz csapágyra esett.

6. ábra Csapágyazás

125

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Mivel nem akartam megbontani az oldallemez külső felületét, ezért a csapágyakat a játéktér belső oldala felől építettem be az oldallapokba egy erre a célra kialakított csapágyfészek használatával. A csapágyak szilárd H7/n6 illesztéssel kerülnek a fészekbe, melyet három csavarral fogatok az oldalfalhoz. Mivel a játék sík felületen zajlik és a rudakon elhelyezett bábuk kötött pályán mozognak létrejöhet olyan helyzet amikor a labda úgynevezett holttéren áll meg. Ilyenkor két lehetőség merül fel, mely szerint vagy kézzel kell a bábuk hatáskörébe gurítani a labdát, vagy visszagurító peremeket helyezünk el a játéktéren belül. Ismerve a bábuk helyzetét és méretét az oldalfalak mentén visszagurító peremeket alakítottam ki. A jelentősebb asztalokra jellemző, hogy saját bábukészlettel rendelkeznek. Ez okból a termékemhez készítettem egy bábutervet. A figurák az asztal meghatározó elemei. Megfelelő mérettel, súlyeloszlással és ütőgeometriával kell rendelkezniük. A bábu méreteit az asztal adatai alapján kell meghatározni. A lábhossznál ügyelni kell, hogy az ütőrész ne ütközzön se a játékfelülettel, se a szemben lévő bábuval. Az ütőrésznek kellően szélesnek kell lennie a labda kezelhetősége érdekében. A bábuk szélességét 25mm-re határoztam meg. Ez optimális méret a 35mm átmérőjű labda kezelésére.

7. ábra Bábutest geometriája

A bábu alapanyaga alumínium. A formát úgy alakítottam ki, hogy esztergálással, marással és fúrással legyártható legyen. A figurát 126

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI illesztőszeggel rögzítem a rúdra, ugyanis fontos a két alkatrész egymáshoz viszonyított helyzete. Ez a rögzítési technika már beváltan alkalmazott a csocsóbábuk terén. Az illesztőszeg tűrése H7/m6, mely kalapáccsal szerelhető a bábu megfelelő alátámasztása esetén. A koncepciójavaslat elkészítése után a csomagolási terv kidolgozásába kezdtem. Az asztal alkatrészeit a kezdetektől úgy alakítottam ki, hogy azok lapra szerelhetőek legyenek. Ügyelve a súlyelosztásra az alkatrészeket szortíroztam és a két dobozban helyeztem el.

8. ábra Lapra szerelt alkatrészek

A csomagolás tervezésénél ügyeltem a környezettudatosságra, a helygazdálkodásra és a szállíthatóságra. Elkészítettem a termék logó- és arculati tervét. A logót nevét a bábu inspirálta, ugyanis egy fantomra, szellemalakra hasonlít. A bábu arca sematikusan a felirat „o” betűjeként jelenik meg.

9. ábra Logóterv

127

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Alkatrészpótlás esetére a bábuk is kaptak külön csomagolást. A terv egy kartonból készült kicsúsztatható doboz volt, amelyben a bábu egy speciálisan kialakított foglalatban fekszik. A dobozra terveztem egy átlátszó fóliával bevont nyílást ahol a vásárló szemügyre veheti a terméket. Miután a dobozok terve elkészült elhelyeztem rajtuk az arculati elemeket, és kialakítottam a színterveket.

10. ábra 1db bábu csomagolása

11. ábra 11db-os szett csomagolása és színterve

128

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Végül az elkészült termékjavaslatról térbe illesztett látványtervet készítettem.

12. ábra Látványterv

Irodalomjegyzék [1]

[2] [3]

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. Péter József: Géptervezés alapjai. Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc-Egyetemváros, 2008. 402 old. ISBN 978-963-661-837-7. Macsuga J., Paripás B., Dömötör Cs.: Fénytan, színdinamika, Miskolc-Egyetemváros, 2011., elektronikus jegyzet, http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/ 0001_1A_G4_02_ebook_fenytan_szindinamika/ G4_02_fenytan_szindinamika_1_1.html


129


Multifunciós bicska fejlesztése Szarka Dániel Ipari termék- és formatervező mérnök A követelmények: A méret alkalmas legyen a kényelmes zsebben hordásra. A bicska bármilyen eszköz nélkül szétszedhető legyen fő elemeire. A szerszámok cserélhetőek legyenek. Funkcionális, tartós, minőségi kialakítás ha kell magas ár mellett is. Könnyen felismerhető design. A koncepcionális tervezés A koncepcionális tervezéskor felvázolásra került a szétszedhetőséget biztosító bepattanó kötés és a különböző megjelenési lehetőségek.

1. ábra[1] Koncepció rajzok

A kezdeti koncepció alapján kialakított 3D modell több lépcsőben pontosításra került. A változások a célszerűbb kialakítást és megfelelő rendszerben működést szolgálják.[2]

130

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A bicska tervezett márkája az Inox Works, ami magyar fordításban leginkább azt jelenti, hogy „Rozsdamentes Acél Gyártmányok”. Az Inox Works egy rendszer/termék család. Nincs külön termék megjelölés. A rendszeren belüli szerszámelrendezés a tulajdonos választja ki, a szokásos termék nevet feleslegessé téve. Ha a termék életpálya végén modellváltásra kerül a sor, az új rendszer neve például Inox Works 2 lehet.

2. ábra 3D modell

3. ábra Robbantott ábra

131


4. ábra Példa a cserélhető szerszámokra

Konstrukciós tervezés A bepattanó kötés az 5. ábrán látható. A markolat jobb oldalába van besüllyesztve és körömmel húzható ki. Úgy van méretezve hogy könnyen használható legyen.[3]

5. ábra A zsebkés végleges kialakítása

A bicska néhány alkatrész cseréjével több szerszámmal szerelhető fel. Lehetséges egy, kettő vagy három szerszám réteggel ellátott változat is. Az ilyen személyre szabhatóság sokat számíthat a termék népszerűségében

132

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A 6. ábrán egy réteg szerszámmal ellátott változat váltható.

6. ábra Egy rétegű bicska

A 7. ábrán lévő bepattanó kötés tarja össze az egész bicskát a 10. ábrán lévő tengelyeken látható beszúrásba való bepattanás révén. A 8. ábrán látható nyitott pozíció engedi

7. ábra Markolat bepattanó kötéssel

8. Ábra A bepattanó kötés nyitott állapota

133


9. ábra A markolat csavarokkal összeszerelve

10. ábra A szerszámok felrakva

11. ábra A második markolat felszerelése

A 11. árán a markolatot rá kell helyezni a tengelyekre és a bepattanó kötést összezárni, így a bicska már nem eshet szét.

134

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Irodalomjegyzék [1] [2]

[3]

Dr. Szente József - Bihari Zoltán: Interaktív mérnöki kommunikáció és a tervezést támogató CAD rendszerek. Elektronikus tankönyv. 2011. p. 107. www.tankonyvtar.hu/hu 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. Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p.


135


Agyaggyúró gép tervezése Szőlősi Ákos Géptervező

Bevezetés, témaválasztás Szüleim kerámiagyártással foglalkoznak. Magánvállalkozóként készítenek cserépkályha elemeket, tányérokat, plaketteket és szobrokat. A magánvállalkozás egyik hiányzó gépe a jelen tervezett extruder. Ezért bíztak meg a gép tervezésével. 1. Hagyományos különbség.

és

gépesített

gyártási

módszer

közötti

Hagyományos úton a begyúrás, légtelenítés és homogenizálás kézzel történik. Ennek a hatásai negatívak. Ugyanis az agyagot 20-30 % nedvességtartalommal dolgozzák fel, emiatt a környezetnek is nedvesnek, és naptól elzártnak kell lennie. Ezek a körülmények nedvesség-, hideg- a munkás egészségének ártanak, különösen az ízületeket teszik tönkre. Ellentétben az agyaggyúró géppel, ahol a szakember nem érintkezik feldolgozás során az agyaggal. Ezzel kizárva több károsító tényezőt. Nem utolsó sorban a gép sokkal jobban homogenizál, és nagyobb mértékben távolítja el az agyagból a levegőt. A hiba lehetősége is kisebb lesz. 2. A gép feladata A gép feladata a betáplált anyagból a levegőt maximálisan eltávolítani, mert a légbuborékok törést, repedést okoznak. 3. Méretezés A csiga méretezése A sárszekrény és a présfej között a sajtótestben halad az anyag. Tehát a sajtótestben továbbítódik az anyag és részben sajtolódik is. A forgalomban lévő sajtótestek a következőek lehetnek: kúposak -, hengeresek -, kombináltak- és lépcsősek. 136

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A kúpos sajtótesteket nemcsak agyagsajtolásra használják, hanem az agyag részleges átdolgozására is, amiért ezek csavarlapátjai szakaszosak. A sajtót olyan gépként lehet használni, mely az agyag részleges átdolgozását is végzi, helytelen és manapság a sajtó már csak sajtolja az anyagot, de nem dolgozza át. Külön feladatot ad az agyag tulajdonságainak különbözősége. Ugyanis a különböző tulajdonságú anyagokat, nem lehet azonos feltételek között sajtolni. Így felmerül a különböző alakú és méretű sajtótestek alkalmazásának szükségessége. A nagy képlékenységű agyagok jobban sajtolhatók, mint a sovány agyagok. Következésképpen a sajtótestben lehetséges a képlékeny agyag bizonyos fokú sajtolása és a sajtolási feltételek jobbak lesznek a présfejben és fordítva. A kisebb képlékenységű agyag a sajtótestben jelentéktelen mértékében sajtolódik. A másik lényeges tényező a sajtótest alakjának és méreteinek meghatározásánál: A kívánt teljesítmény. A sajtótest átmérőjének növelésével megfelelően nő a csavarlapát átmérője és ezzel együtt nő a sajtó teljesítménye. De a sajtótest átmérőjének túlságos növekedésével a vele egyesített présfej befogadó és kijövő metszete is nagyon megnő, aminek az a következménye, hogy az anyagáramlás sebessége egyenlőtlenebb lesz és ezzel együtt a szerkezeti repedések keletkezésének veszélye is fokozódik. A fentiek alapján tehát olyan sajtót kell tervezni, amelynek sajtóteste henger alakú és köpenye cserélhető. Ily módon lehetővé válik, hogy az agyag tulajdonságainak megfelelően a legésszerűbb belső sajtótest alakot válasszák ki. A köpeny megfelelő megválasztásával tehát a belső sajtótestrésznek a kívánt alakot adhatjuk. A sárszekrény és a sajtótest közé betétgyűrűt szerelnek, melynek betétje kúpos és cserélhető. A betétre a következő meggondolások alapján van szükség. Az anyag sajtolása már a sajtótestben megkezdődik és a levegő a sárszekrényen át eltávozhat. Ha hiányzik a kúpos betét, az anyag sajtolása csak a sajtótest második felében kezdődik és a levegő természetesen az agyagba szorul, Másrészt pedig a viszonylag nagy átmenő keresztmetszet lehetővé teszi, hogy a csavarlapátok a sár szekrényből megfelelő mennyiségű anyagot kapjanak és így biztosítsák a következő csavarmenetek etetését. Egyes sajtókonstrukciókon nincs kúpos betét, ezeknél azonban a csavar menetemelkedés a sárszekrény alatt lényegesen nagyobb, mint a többi részen. 137

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Ha a sajtolandó anyag nem eléggé nedves, a sajtótestet ajánlatos henger alakúra tervezni, hogy a sajtótestben ne legyen sajtolás és kiküszöböljük az agyag forgatását. A lapátos szalagsajtók csoportosítása • •

Technológiai ismérvek alapján: légritkításos és légritkítás nélküli szalagsajtók Szerkezeti ismérvek alapján: • végtelen csavarlapátos sajtók • szakaszos csavarlapátos vagy egyenes lapátos sajtók • hengeres, kúpos vagy lépcsős sajtók

A szájnyílás átlagos mérete 300 mm, így 300*1,4=420mm a nagy teljesítményű gépek esetében. Számomra azonban elég kis átmérőjű csiga.

Teljesítmény számítás A sajtolás során, ha az agyag W= 20% nedvességtartalmú, a présfejben mérhető sajtolónyomás

=10*0,878*0,82* Ahol -

a présfej hosszától függő állandó a szájnyílás hosszától függő állandó a préscsiga külső átmérője [m] az agyag nedvességtartalma Az összefüggés a közepesen képlékeny agyag sajtolásához szükséges nyomást adja meg, adott prés és nedvességtartalom esetén. Sovány agyagnál a kapott értéket 15 – 17 % - kal növelik, zsíros agyagnál 10 – 12 % - kal csökkentik a kapott értéket. Gyakorlati képlet

138


h= Ahol - β az anyag tulajdonságait magában foglaló együttható, 0,025 – 0,05 a menetemelkedés α=21° csigamenet emelkedés esetén. a csiga kihasználtsági fokát jelző mutató, 0,2 - 0,3 a csigalevél vastagsága [m] A sajtoláshoz szükséges teljesítmény

Az agyag szállításához szükséges teljesítmény

Ahol -

az ellenállási együttható, 3,5 – 4 a csiga hossza fejcsiga nélkül a csigaprés teljesítménye az agyag térfogatsúlya

A súrlódási erő legyőzéséhez szükséges teljesítmény és nyomaték Ehhez a nyomatékszámításhoz még hozzá kellene adni a súrlódást és a veszteségeket, ezek ismeretének hiányában egy n=2 biztonsági tényezővel szorzom fel a nyomatékot.

139


[1] [2] Csigatengely ellenőrzése csavarásra. Anyaga: Korrozióálló acél Megengedett csavaró feszültség:

A tengely csavaró igénybevételre megfelel.

Elfordulás

A tengely elfordulásra megfelel. Irodalomjegyzék Szapozsnyikov, M. J. – Bulavin, J.: Szilikátipari gépek és berendezések I. Budapest, Éptésügyi Kiadó 1953. [2] Gömze A. László, Agyagásványok aprítására használt simahengerek méretezésének néhány specifius problémája [1]


140


Gyermekjátszótér tervezése Takács Krisztina Tímea Ipari Termék- és Formatervező mérnök Bevezetés Szakdolgozatom témája egy gyermekek számára fejlesztett játszótér megtervezése. A folyamat során az egyetemi évek alatt elsajátított összes tudásomra szükség van. Egy ilyen témában sok oldalról meg van kötve a kezünk, hiszen a szabványok több mindenben gátolnak. Magyarországon a legtöbb játszótér hasonlóképpen néz ki, ezen szeretnék változtatni. Ne csak játék-, hanem esztétikai funkciója is legyen az építménynek, ahol mind a gyermekek, mind pedig a szüleik is jól érezhetik magukat a délutáni szabad órákban.

Szabványok Régen a mesteremberek az összes terméket kézzel, egyenként készítették el. Napjainkban azonban már beindult a tömegtermelés, beprogramozott gyártósorokkal készül el a termék. Minden termék ugyanolyan, mivel ugyanolyan gyártási struktúra alapján jön létre. A selejt, hibás termékek viszont elkerülhetetlenek, az viszont a vállalkozók érdeke, hogy ezeknek a termékeknek a darabszámát a minimumra csökkentsék, mert az elpazarolt időt és alapanyagot jelent. Ezen számnak a csökkentésének a legkézenfekvőbb módja gyártási lépések és utasítások megteremtése, ahol a legminimálisabb a hiba előfordulás. Ezeknek az optimális megoldásoknak az egésze maga a szabvány A játszótér tervezése során két nagy szabványt kell figyelembe vennünk, melyek a következők:

-

EN 1176:2008 • EN 1176-1:2008 általános biztonsági követelmények • EN 1176-2:2008 hinták • EN 1176-3:2008 csúszdák • EN 1176-4:2008 kötélpályák • EN 1176-5:2008 forgóhinták • EN 1176-6:2008 billenőeszközök • EN 1176-7:2008 eszközök telepítése, karbantartása, üzemeltetése • EN 1176-8:2008 teljesen körülzárt játszóeszközök - EN 1177:2008 ütéscsillapító talajok Piackutatás A következő képek a világ több, különböző országából származnak. 141

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Ezekből merítettem ötleteket. Csoportosítottam őket, felsoroltam előnyüket, hátrányukat, valamint hogy milyen játszótéri elemek találhatóak meg benne.

1. ábra Rönkfa játszótér

2. ábra Dűlöngélős játszótér

142

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Elemek csoportosítása

3. ábra Játszótéri elemek csoportosítása saját szempontok alapján

143

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Tervezés Első lépésként minden ötletet felvázoltam, majd a rengeteg változat közül értékelő módszer segítségével kiválasztottam a legjobbat.

4. ábra Helikopter játszótér

5. ábra Hajó játszótér

A legjobb ötletnek a hajó játszótér bizonyult több, különböző szempont (biztonságosság, költség, design) összehasonlítása után. A következőkben elkészítettem a tervek 3D-s modelljét: 144


6. ábra Hajós játszótér I.

7. ábra Hajós játszótér II.

145

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Az alábbi képeken láthatjuk az elkészült játszóteret. Hajó formája a gyermekeket jókedvre deríti. Szeretik, ha szerepeket játszhatnak, márpedig itt megtehetik. Lehetnek kalózok, királylányok, inasok, vagy amik csak szeretnének, itt csupán a képzelet szabhat határt. Fontos szempont volt a tervezés során, hogy több gyerek is tudjon egyszerre játszani a játszótéren. A szülőknek ne kelljen ott állnia a kicsi mellett, hogy vigyázza minden lépését, vagy hogy esetleg eljátssza a kalóz szerepét, elegendő a távolból megfigyelni őket. Ha több a gyermek, akkor lehetőségük van barátkozásra. A játszótér három szinten, természetesen minden szint között biztosított az átjárás, és minden szintről indul egy csúszda. Ez azért fontos, mert mind a közvélemény kutatás, mind a saját gyűjtőmunka alapján arra a következtetésre jutottam, hogy ez a legnépszerűbb játszótéri elem a gyermekek körében. Két, különböző féle korlátot is láthatunk a képeken. Egy teljesen egyszerű, szokásos szerkezetűt, és egyet, amelyek hasonlítanak a hajók kabinjának ablakaira. Ezekben nagy méretű furatok helyezkednek el, amelyeket plexi lapokkal fedtem le, hogy ne legyen balesetveszélyes. Ezekbe a furatokba interaktív játékok is elhelyezhetőek.

Irodalomjegyzék ¾ Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése - Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. ¾ Péter J., Dömötör Cs.: Ipari design a fejlesztésben, MiskolcEgyetemváros, 2011., elektronikus jegyzet, http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0001_1A_G3_07_e book_ipari_design_a_fejlesztesben/G3_07_ipari_design_a_fejleszte sben_1_1.html ¾ 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. ¾ Dr. Szente József - Bihari Zoltán: Interaktív mérnöki kommunikáció és tervezést támogató CAD rendszerek. Elektronikus tankönyv. 2011. p. 107. www.tankonyvtar.hu/hu 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. 146


Mézpergető tervezése Tamás Gábor Gépészmérnök BSc, géptervező szakirány 1. Bevezetés Már a törtelem előtt kialakult az emberek és méhek közötti kapcsolat. Az ember hamar felismerte a méhek hasznosságát. Elsőként a Rómaiak fogyasztották a mézet lép nélkül. Ők lyukacsos edényekben csorgatták ki az összenyomott lépeket. A méhészet elterjedésével, valamint az egyre növekvő mézigénynek köszönhetően megjelentek az első mézpergetők. Kezdetben a házi készítésű egyszerű szerkezetek terjedtek el, ezek főként fából készültek. Azonban a technika fejlődésével, valamint az igények növekedésével megjelentek a motoros működtetésű, nagyteljesítményű, könnyen kezelhető gépek is. 2. A feladat A cél egy olyan szerkezet tervezése, amely alkalmas a viaszlépekbe gyűjtött méz kinyerésére a centrifugális erő segítségével. 3. A gép működése A mézpergető berendezések működése a centrifugális erő hatásán alapszik. Alapjában minden mézpergető tartalmaz egy dobot, amely a szerkezet külső váza, illetve a kicsapódó méz felfogására is szolgál. A modern mézpergetőknél általában ezen dobok henger alakúak. Továbbá ezen berendezések rendelkeznek egy forgórésszel, amely kézi vagy gépi hajtású, és a dob belsejében kerül elhelyezésre. Ezen forgórészen kerülnek a lépeket tartalmazó keretek rögzítésre. A lépekben lévő méz a centrifugális erő hatására sugár irányba a dob belső falára csapódik, ahonnan lefolyva, a dob alján összegyűlik. A legtöbb esetben a henger alján egy csap található, amely a méz leeresztését segíti. Az így kinyert méz további műveletek elvégzése nélkül alkalmas az emberi fogyasztásra. 4. A hajtott tengely méretezése tiszta csavarásra A méretezés alapja:

147


ahol

 A hajtott tengely St-37-2-es anyagból készül, melynek folyáshatára: . A hajtott oldalon a biztonsági tényező legyen:

Az egyenletet tovább rendezve:



  





A hajtott tengely minimális átmérője a rendezés után a következő képlettel számítható:



  

148

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Mivel a hajtott tengelyen tömegeket kell megmozgatni és dinamikus erőhatások is vannak ezért a motor névleges teljesítménye nem lesz elég a tényleges munkavégzésre. Ezért , ahol:

  Itt: a hajtó motor teljesítménye. a hajtott tárcsa fordulatszáma.



  







  



  

     

  

A hajtott tengely átmérője a számítások és konstrukciós okok miatt legyen:

.

5. A forgó keretek rögzítésére szolgáló tengelyszakasz méretezése

149

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI A hajtott tengely minimális átmérője az előző pont alapján a következő képlettel számítható:



  

Mivel a hajtott tengelyen tömegeket kell megmozgatni és dinamikus erőhatások is vannak ezért a motor névleges teljesítménye nem lesz elég a tényleges munkavégzésre. Ezért , ahol: . Itt

, amely a mozgatni kívánt tömeg. Főként a pergetni kívánt

keretek tömegéből adódik. A szerkezetben tizenkét keret kerül elhelyezésre, egy keret átlagos tömege 4 kg körül van. Ez összesen 48 kg, ehhez hozzájön a szerkezet tömege, így kapjuk a 60 kg-ot. Továbbá , amely a forgó keretek méretéből és a szerkezet kialakításából adódik. Ezek alapján:



     







 

 

A hajtott tengely átmérője a számítások és konstrukciós okok miatt legyen:

.

150

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 6. A csapágyak terhelése és élettartamuk meghatározása

Csapágyterhelés meghatározása: A csapágyak egyenértékű terhelése nagyban függ a terhelés irányától. Az axiális és radiális terhelések aránya meghatározó. Ha az axiális és radiális erők hányadosa kisebb vagy egyenlő a csapágy terhelési viszonyszám tényezőjével, akkor a csapágy egyenértékű dinamikus terhelése megegyezik a csapágyra ható radiális erővel.

, akkor

Ha az axiális és radiális erők hányadosa nagyobb a csapágy terhelési viszonyszám tényezőénél, akkor a csapágy egyenértékű dinamikus terhelése a következő módon számolható:

, akkor





A csapágy terhelési viszonyszám tényező a csapágyra ható axiális erő, valamint

a

csapágy statikus

alapterhelésének

hányadosának

függvénye. Jelen esetben:

151

a

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Mivel a radiális terhelés minimális, ezért az

hányados biztosan

nagyobb lesz mint 1,14. Ezért a csapágy egyenértékű dinamikus terhelése az alábbi módon számolható:

 Ahol

és



. Tehát:





Az egyenetlen forgás lehetőségét figyelembe véve, feltételezek egy radiális irányú erőt, amelynek értéke legyen



.



Tehát a csapágy egyenértékű dinamikus terhelésének számítására alkalmas egyenletbe behelyettesítve:

 

 



Azaz a a csapágy egyenértékű dinamikus terhelése:

152

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Ez a terhelés az "A" jelű csapágyat terheli. Ezen terheléshez képest a "B" jelű csapágy terhelése elhanyagolható, csak az egyenetlenségekből származó radiális terhelések egy részének felvételére, valamint a tengely radiális irányú megtámasztására szolgál. A kiválasztott csapágy: SKF 7208 BECBP, ferde hatásvonalú golyóscsapágy. 7. Látványtervek

1. ábra A teljes szerkezet

2. ábra A hajtás elrendezés

153


3. ábra A forgó rész

Irodalomjegyzék [1] [2] [3]

[4]

Döbröczöni Ádám: Gépelemek I. Egyetemi tankönyv. Fejezetszerkesztő, 6. fejezet. Mezőgazda Kiadó, 2007. Szerk.: Szendrő Péter. P. 749. Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése - Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150p. Kamondi, L. – Takács, Á.: Objektum semleges géptervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült: „A felsőoktatás szerkezeti és tartami fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében (HEFOP-3.8-P-2004-06-0012). Miskolc, 2006. Ungár Tamás – Vida András: Segédlet a Gépelemek I-II. kötetéhez, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2007.


154


Faeszterga tervezése Tenk Gergely Általános géptervező szakriány Bevezetés Projektem célja egy olyan faeszterga tervezése, amelynek a lehető legtöbb része – természetesen csak ahol megengedhető – fából készüljön, a fa előnyös tulajdonságait kihasználva, barkácsolási célokhoz igazítva egy olcsó, de ergonomikus és esztétikus szerkezet kialakítása. A fa mechanikai tulajdonságai -

-

-

-

Anizotróp anyag, ezért száliránnyal párhuzamosan kell terhelni. Inhomogén anyag, szerkezetéből adódóan a fa üregeiben a levegőoszlopok elnyelik a hangrezgések energiáját (hangerősség csökkentésére alkalmas). Szilárdságát befolyásolja a sűrűség, nedvességtartalom, rostirány, terhelési idő, szöveti jellemzők, a fa hibái és a hőmérséklet. Mechanikai terhelés szempontjából keményfák alkalmazása az ideális pl. bükk, melynek tulajdonságát rendszerint gőzöléssel javítják. Tervezési szempontból a legkiemelkedőbb tulajdonsága a tömegéhez viszonyított húzó- illetve nyomószilárdsági aránya. Egyszerű eljárásokkal megmunkálható illetve hajlítható. 1. táblázat A fa néhány szilárdsági tulajdonsága összehasonlítva más anyagokkal

Anyagjellemző Sűrűség [kg/m3] Húzószilárdság [MPa] Nyomószilárdság [MPa] Húzószilárdság / sűrűség Nyomószilárdság/ sűrűség

[1]

Fa 600

Acél 7800

Beton 2300

PVC 1400

90

400

5

50

10

60

400

50

50

50

15000

5100

220

3600

550

10000

5100

2200

3600

2800

Tégla 1900

155

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Termékkoncepció kialakítása, koncepcionális tervezési folyamat A követelményjegyzék elkészítése, és a piacvalamint szabadalomkutatás elvégzése után feltárható funkcionális részegységeket a 2. táblázat mutatja be. [2] 2. táblázat A faeszterga funkcionális részegységei

Részegység neve Részegység feladata Munkaasztal,gépágy Felfogási bázis a többi részegységnek. Vezetékrendszer Biztosítja a késtámasz és a szegnyereg orsócsúccsal való egytengelyű elmozdulását. Rögzítő szerkezet A vezeték bármely pontján rögzíti a késtámaszt és a szegnyerget. Szegnyereg Hosszabb munkadarab megtámasztása. Késtámasz A forgácsoló szerszám megtámasztása. Csapágyazás A főorsó egyenletes forgásának biztosítása. Hajtás A főorsó mozgatása, fordulatszám váltásának megvalósítása. Vezérlő szervek A felhasználó általi irányítás megkönnyítése. Befogók Biztosítja a különböző átmérőjű és hosszúságú munkadarabok felfogását. Megoldási változatok A teljesség igénye nélkül a leggyakrabban előforduló megoldási változatokat az alábbi felsorolás szemlélteti: Munkaasztal: - Fix kialakítású, egybeépített - Állványszerű, szétválasztható Vezetékrendszer: - Csúszó vezeték - Gördülő vezeték Rögzítő szerkezet (1. ábra): - Excenteres - Csavaros Szegnyereg: - Állócsúcs (2. ábra) - Morse kúpos - Menetes orsó - Forgócsúcs - Morse kúpos Késtámasz (3. ábra): - Szorító csavarkötésű - Excenteres

156

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI - Ékszíjhajtás - Lapos szíjhajtás - Fogaskerékhajtás - Fokozatnélküli hajtás Befogók (5. ábra): - Síktárcsák - Csavaros tárcsák - Orsócsúcs - Tokmányok - Szegnyereg csúcs - Fúrótokmány Hajtás (4. ábra):

1. ábra Csavarral valamint excenterrel történő rögzítés lehetséges kialakítása.

2. ábra Állócsúcsok: Morse kúp valamint menetes orsó.

3. ábra Késtámasz kialakítások: szorító csavarkötésű valamint excenteres rögzítésű.

157


4. ábra Néhány hajtástípus: lapos szíj, ékszíj, fogaskerekes hajtások.

5. ábra Néhány befogó: síktárcsa valamint csavaros tárcsa.

A megadott tervezési peremfeltételeimre vonatkozó jellemzők alapján végzett súlyozásos értékelemzés [3] elvégzése alapján zártszelvény vezetéket, a vezetékre pedig excenteres rögzítő szerkezetet választok. A módszer a késtámasz excenterrel állítható változatát, továbbá ékszíjhajtást és mélyhornyú golyóscsapágyazást (az alacsony axiális terhelés miatt) mutatta előnyösebbnek, így ezeket alkalmaztam. Szilárdsági méretezés A mérnöki és szilárdsági számításokat az alábbi, általam kritikusnak megítélt gépelemre végeztem el a forgácsoló erők meghatározása után: motor kiválasztása, ékszíjhajtás méretezése, főorsó méretezése, csapágyak kiválasztása, reteszek ellenőrzése felületi nyomásra, biztosítógyűrűk ellenőrzése.

158

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Konstrukció kidolgozása, CAD rendszerben modellezése Az előtervezést és a számításokat az orsószekrény, vezetékek, szegnyereg, késtámasz, excenteres rögzítő szerkezetek, befogók, biztonsági elemek stb. megtervezése, modellezése, majd mechanikai működési vizsgálatuk (fizikai működési analízis, ütközésvizsgálat) követte, amelyet a rugalmas működésű Solid Edge CAD rendszerben végeztem.[4] A 3D modellből elkészítettem az összeállítási rajzokat (6. ábra), majd importáltam[5] más CAD rendszerbe iges formátumban renderelés és látványterv[6] készítésének céljából (5. ábra).

5. ábra

6. ábra

159


Taskovics Péter: Faipari anyagismeret. ISBN 963-16-1983-6

[2] Péter József: Géptervezés alapjai. Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc-Egyetemváros, 2008. 402 old. ISBN 978-963-661-837-7. [3] 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. [4] 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. [5] Dr. Szente József – Bihari Zoltán: Interaktív mérnöki kommunikáció és a tervezést támogató CAD rendszerek. Elektronikus tankönyv. 2011. p. 107. www.tankonyvtar.hu/hu [6] Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p.


160


Multifunkcionális térelválasztó rendszer tervezése Tóth Fruzsina Ipari termék- és formatervező mérnöki szak Bevezetés Sokaknak térelválasztó hallatán a paraván jut eszébe először. A paraván egy mobil térelválasztó szerkezet, mely az embernél általában nem sokkal magasabb. A régi időkből, a fürdőszoba funkcionális kialakítása előtt, leginkább az a kép maradt fenn, hogy az emberek e mögött tisztálkodtak és öltözködtek. Azonban, ha belegondolunk rájövünk, hogy mindenütt elválasztott terek vesznek körbe bennünket. Piackutatás és csoportosítás

1. ábra Piackutatás

A piackutatás során felmértem, hogy milyen térelválasztók léteznek és megannyi változatra bukkantam. A térelválasztás nagyon tág fogalom, ezért fontosnak tartom a megfelelő, logikus rendszerezést, mely az 2. ábrán látható famodellen tekinthető meg. A modell a piackutatás során tapasztaltak és egyéni elképzelések alapján készült. A térelválasztókat tér, cél, mobilitás, anyag, valamint plusz funkció alapján csoportosítottam. 161


2. ábra Csoportosítás

Térhatároló választása A csoportosítást elkészítve már egyszerűbb volt a döntés afelől, hogy milyen térelválasztót tervezzek. A döntésem az irodai térelválasztásra esett. Sok lehetőséget látok benne, hiszen az ember az otthona után legtöbb idejét a munkahelyén tölti. Ezért tartom fontosnak egy minden igényt kielégítő iroda kialakítását, melyhez számos esetben elengedhetetlen a térelválasztók ötletes alkalmazása. Az irodának több fajtája létezik. A klasszikus irodák egy közös folyosóról nyílnak és általában kis létszámú csoportok dolgoznak bennük. Az amerikai típusú iroda egyterű, nagy és osztott, melyben a dolgozókat, illetve a részlegeket csupán alacsony térelválasztók szeparálják el egymástól. Vannak vezetői irodák, melyek gyakran két helyről is megközelíthetőek, a folyosóról és a titkárnői irodából. Valamint léteznek úgynevezett ügyfélszolgálati pontok, ahol az ügyfél és az ügyintéző közvetlen, személyes kapcsolatba kerül. [4][5]

162

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Az 1950-es évektől vált egyre népszerűbbé az egylégterű iroda. Tanulmányok szerint azonban „akár 32 százalékkal is csökkenhet a dolgozók jó közérzete, a termelékenység pedig 15 százalékkal esik vissza a modern, nyitott légterű, nyüzsgő irodákban.” [6] Úgy döntöttem, hogy olyan térelválasztót szeretnék tervezni, mely alkalmazható nagy terekben blokkokként, de akár önmagában is megállja a helyét, és amit a felhasználó igényei szerint alakíthat és alkalmazhat. A célom tehát olyan irodai térelválasztó tervezése, mely multifunkcionális és részben mobil tulajdonságaival segíti a nyugodt és kényelmes körülmények közötti munkavégzést. A térelválasztóval szemben felállított követelmények A térelválasztó az elhatároláson kívül elsősorban asztalként funkcionáljon, ahol a munkafelületet a felhasználó testi adottságaihoz mérten, többféle módon állíthat be. A bútor elemei úgy legyenek kialakítva, hogy a munkalapot és a mobil falat igény szerint fordítva is be lehessen szerelni. Az irodai térelválasztó tetszés szerint egyéb eszközökkel is felruházható legyen, mint például polc, lámpa, monitortartó állvány, üzenőfal, fiók stb. Törekedni kell a megszokott négyzetes és síklapokkal határolt irodai térelválasztótól való eltérésre. Más formákban rejlő lehetőségek felmérése. Az elhatároló fal, valamint a munkalap készüljön fából, míg a kötőelemek és mozgó alkatrészek, elemek fémből. A térelválasztó egyedi funkciójának, formájának és színvilágának köszönhetően új színfolt lehet az irodai bútorok világában. A felhasználó egyedileg állíthatja össze, igényének megfelelően az irodai térelválasztót. A variálhatóság következtében könnyen használhatónak kell lennie. Az irodai térelválasztónál egy szokatlan formával és a színvilággal szeretném elérni azt, hogy a felhasználó jól érezze magát munka közben. Ez véleményem szerint nagyon fontos, hiszen növeli a munka hatékonyságát. Fontosnak tartom, hogy a leendő termékem harmóniában legyen a környezettel, így a felhasznált anyagok legyenek újrahasznosíthatóak.

163

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Formaterv

2. ábra A térelválasztó vázlata

A végleges termékhez a 2. ábrán látható formatervet választottam. A hengeres forma célja, hogy eltérjek a megszokott, síklapokkal határolt kialakításoktól. Úgy gondolom, hogy a tervezőnek nyitnia kell új, merész elképzelésekkel a felhasználók felé. A világon mindenütt körülvesznek bennünket formabontó alkotások. Azt szerettem volna elérni, hogy egyedi terv szülessen és szerintem a hengeres hordó alak egy jó irány. Ez egy új színfolt lehet a térelválasztók piacán. A térelválasztó úgy működik, hogy a fix falon lehet eltolni a mozgatható falat, így teljesen zárttá alakítható a munkakörnyezetet. A mobil ajtó, valamint az asztallap fordítva is beszerelhető. A variálható elemeket a fix falba lehet rögzíteni. A termék tehát egyénre szabható, a felhasználó a ”termékkomponensekből választva hozhat létre egyedi terméket.” [3] Az irodai térelválasztó fő eleme egy fix határoló. A falban sínek segítségével fut a mozgatható határoló elem, mely a földön szintén egy sínben mozog. Ez a megoldás kellő stabilitást biztosít a tolóajtónak. A földön elhelyezkedő sín a fix térhatároló aljához csatlakozik. A fix térelválasztó falában több rögzítő alkalmatosság foglal helyet, egymástól meghatározott távolságban. Ide lehet szerelni a rögzítőelemek segítségével a munkafelületet, valamint az egyéb variálható elemeket. 164


A színek pszichológiai hatása A színek bizonyítottan hatással vannak az ember hangulatára, ezzel kutatók is foglalkoznak. Megállapították, hogy a környezet színe befolyásolhatja az emberi viselkedést. A sötét színeket nehéznek, nyomasztónak, míg a világosakat könnyűnek és vidámnak érezzük. A monoton irodai munka egy unalmas, színek nélküli helységben még inkább fáraszthatja az embert. A rossz hangulat csökkentheti a munka hatékonyságát. Egyes felmérések szerint a legtöbb ember a kék színt kedveli, majd ezután következik a piros, míg a legkevésbé közkedvelt szín a sárga. A kékes színek hideg érzetet keltenek, „csökkentik a vérnyomást és serkentik az agyalapi mirigy működését.” [2] A zöld színnek nyugtató és vérnyomáscsökkentő hatása van, míg piros szín élénkít és meleg érzetet kelt. A sárga szín „serkenti az idegrendszert” [2], az „intelligencia, tiszta gondolkodás, szervezettség” [2] színe. A narancssárga szín a „jókedv, melegség” [2] és a kreativitás színe. Az esztétikai hatás három tényezőtől függ: formák összhangja, színek harmóniája, illetve a színek és formák kölcsönhatása. [2] A különleges forma mellett, tehát a megfelelő színek megválasztása is fontos, mely nem feltétlenül öncélú, hanem tájékoztató jellegű lehet. A 3. ábrán látható színeket képzeltem el a térelválasztó mozgatható falához, az asztallábhoz, a variálható elemekhez, valamint a rögzítő elemekhez.

3. ábra Színválaszték

165

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 3-dimenziós modellek

4. ábra A térelválasztó nyitott, köztes és zárt állapotban [1]

5. ábra Megfordítható mobil fal és asztallap [1]

Az 5. ábra szemlélteti azt, hogy az irodai térelválasztó mobil fala, valamint az asztal lapja megfordítható. Ez nemcsak a felhasználó szempontjából hasznos, hanem bővül a blokkban elrendezés variációs lehetősége is.

166


6. ábra Látványterv

Névválasztás és logóterv A névválasztáson sokat gondolkodtam. Mivel a formából adódóan sokszor csak hordóként emlegettem az irodai térelválasztót, ezért azt szerettem volna, ha a nevében szerepel ez a szó. Magyarul azonban nem jutott eszembe frappáns jelző, amely jól csengene a hordó szóval és utal is a termékre. Így angol nyelven folytattam tovább a keresést. Angolul a hordó szó „tun”-t jelent. Éreztem, hogy ez elég rövid ahhoz, hogy ötletes jelzővel illethessem. Végül a Funny Tun név mellett döntöttem. A „funny” mókás, vicces mellett nem mindennapi jelentéssel is bír. Véleményem szerint ez egy nem mindennapi hordó.

7. ábra Logóterv

167


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

[2]

Dr. Macsuga János – Dr. Paripás Béla – Dömötör Csaba: Fénytan, színdinamika, Miskolc-Egyetemváros, 2011., Elektronikus jegyzet, http://www.tankonyvtar.hu/hu

[3]

Dr. Péter József – Dömötör Csaba: Ipari design a fejlesztésben, Miskolc-Egyetemváros, 2011., Elektronikus jegyzet, http://www.tankonyvtar.hu/hu

[4]

http://www.graphisoftpark.hu/irodatipusok

[5]

http://www.epos.hu

[6]

http://hvg.hu/egeszseg/20110823_egylegteru_irodak_atka

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.

168


Mechanikus hajtású fűnyíró tervezése Varsics Norbert Géptervező szakirány 1. A feladat ismertetése A feladat egy mechanikus hajtású fűnyíró tervezéséről szól. A legfőbb szempont, hogy a gép a fű levágásához szükséges energiát a szerkezetmozgatása közben szerezze, ezáltal nincs szükség motoros meghajtásra. Ezen kívül a szerkezet hajtásának mindenképp gyorsító hajtásnak kell lennie, valamint a vágás magasság könnyen állítható legyen. Végül rendelkezzen egy borítással, ami védi a vágószerkezetet és összecsukható legyen a kis helyigény miatt. A szükséges szabványok, jogszabályok és antropometriai adatok vizsgálata után következhet a szerkezet tervezése. 2. Előnyök és hátrányok Előnyei: - A vágási módszer jobban kedvez a gyepnek, kevésbé roncsolja, könnyebben heged. - Csendes munkavégzés, a motor hiánya csendes működtetést eredményez. - Kisebb tömeg, amiből következik, hogy kevesebb energiát kell befektetni a működtetéséhez. - Működtetése a mozgatását leszámítva nem igényel más energiaforrást. - A benzines társával ellentétben nincs káros anyag kibocsátás. Hátrányai: - A magasabbra megnőtt fűnél, már nemigen boldogul a gép, a henger megszorul, a kerekek csúszni kezdenek a gyepszőnyegen így a meghajtást sem viszik át, csak a drágább és strapabíróbb szerkezetek. - Lassabb munkavégzés, nagyobb területeket gondozása időigényes. - Olyan személynek érdemes ezen eszköz használata, aki szeret a természetben időzni, illetve van elég ideje a gyep gondozására. 3. A hajtás megoldása A vágás megoldásához a vágást végző szerkezeti egységnek egy horizontálisan elhelyezett tengelyre rögzített vágóhengerre van szükség. 169

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Ennek a vágóhengernek a hajtása közvetlenül a kerékről fog érkezni, ami a szerkezet tolása során a forgást adja át. A hajtásnak gyorsító hajtásnak kell lennie ami fogaskerekekkel valósul meg. Az egyik fogaskerék egy belső fogazatú fogaskerék lesz, amely a kerék belső részéhez lesz erősítve. A kerék tengelyétől elcsúsztatva lesz egy másik tengelyen lesz a kisebb külső fogazatú fogaskerék, amely a hajtást továbbítja a vágóhengerhez. 3.1 Az anyagválasztás Figyelembe véve azt, hogy nem nagy igénybevételnek lesznek kitéve a fogaskerekek, azaz nem kell nagy terhelést elbírniuk, így érdemesebb valamilyen polimer fogaskerekeket választani. A választott anyag egy 6os típusú öntött kemény poliamid (PA6), más néven Bonamid. Ez az anyag rendkívül sokféleképpen felhasználható, mert mechanikai szilárdsága és kopásállósága mellett még a forgácsolhatósága is nagyon jó. A nedvességfelvétele jelentős, de széles hőmérsékleti tartományban alkalmazható. Kenéssel és kenés nélkül is nagyon jól alkalmazható csapágyazás- vagy fogaskerekekként. 3.2 A hajtás méretezése Először az antropometriai adatok alapján kiderült, hogy a maximális tolóerő kerül felhasználásra a számítások során. A tolórúdnak a talajjal ezért szögének ismeretében kiszámolható, hogy ez az erő mekkora X és Y irányú komponensre bomlik fel. A talajjal párhuzamos irányú erő komponens fogja szolgáltatni az tolóerőt. A talajra merőleges irányú erő komponens pedig a súrlódáshoz járul hozzá. A vágóhenger tengelyén ébredő nyomaték meghatározásához figyelembe kellett venni azt, hogy mekkora erő szükséges a fű elvágásához. Ennek az erőnek az ismeretében könnyen meghatározható a tengelyen ébredő csavaró nyomaték. A gyorsító hajtás esetén forrásból ismeretes az áttétel nagysága és ennek segítségével meghatározható a hajtó kerék tengelyén ébredő csavaró nyomaték is. A csavaró nyomatékból és a talajjal párhuzamos irányú erőkomponensből pedig meghatározható a hajtó kerék átmérője. A hajtó kerék méreteinek meghatározása után következett a fogaskerekek méreteinek meghatározása, illetve ellenőrzése a különböző terhelésekre. Acél fogaskerekekkel ellentétben itt más számításokat kellett végezni ahhoz, hogy a fogaskerekek elbírják az őket érő terheléseket.

170

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 4. Az oldható biztonsági tengelykapcsoló Ennek a pontnak a témája egy olyan oldható tengelykapcsoló méretezése, amely a vágóhengert és az azt hajtó kis külső fogazatú fogaskereket köti össze. Azért van szükség erre a szerkezetre, hogyha a fűnyíró gép vágóhengere és a fix penge közé akadna esetleg egy nagyobb tárgy a környezetből, vagy ha nem rendeltetésszerűen használja a kezelő, hanem a megengedettnél nagyobb terheléssel működteti, akkor a poliamidból készült fogaskerekek ne sérüljenek az incidens során, hanem inkább megcsússzon a tengelykapcsoló. Más részről pedig, ha a vágóhengeren valamilyen sérülés keletkezne, vagy élezni kellene rajta a pengéket, akkor könnyen kivehető legyen az egész henger különösebb speciális szerszámok nélkül. 5. A vágásmagasság állítás A vágás magasság állíthatóságára azért van szükség, hogy ha esetleg nem sikerült rendszeresen gondoskodni a gyepről és magasra nőtt vagy esetleg olyan sűrű a gyep, hogy ha túl alacsonyan vágnánk, akkor megakadna a vágóhenger, akkor lehessen módosítani a szerkezet alapbeállításán. Az általam választott megoldásnál egy pár plusz kerék, amely a stabilitást szolgálja, a szerkezet hátsó részén helyezkedik el és egy karon keresztül közvetlenül az oldal lemezre szerelt állító szerkezethez csatlakozik. Az állító szerkezeten három állítási pont helyezkedik el, ahova rögzíteni lehet az állító kart. A plusz kerék az állító kar és a kerék tengelyének távolságának megfelelő sugarú körön tud elmozdulni három helyzetbe. Minél jobban a szerkezet alá kerül, annál magasabban lesz a fix penge, amely a vágásért felel a vágóhengerrel együtt. Az állítás során a fixen a szerkezet oldalához rögzített pengének a vízszinteshez mérve megváltozik a szöge, de ez nem befolyásolja a vágás minőségét, hiszen a vágóhengerrel együtt mozog. 5.1 A fix penge állítása A vágóhenger alatt helyezkedik el a fix penge. A vágóhengeren spirálisan elhelyezkedő penge lesz az „olló” egyik fele, a fix penge pedig a másik fele, és ez a két penge között kerül elvágásra a fűszál. A fix penge a szerkezet oldalához van rögzítve stabilan. Az állítására azért van szükség, mert a folyamatos vágás és élezés, karbantartás során a vágóhenger pengéi kopnak és egyre nagyobb lesz a távolság a pengék és a fix penge között. De ez a kopás csak minimális mértékben történik

171

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI és nem egyenletes módon. Ezért fontos, hogy a fix pengét mind a két oldalról lehessen állítani a kopásnak megfelelően. Az állítás egy menetes csavar segítségével fog történni, hiszen ezzel lehet megoldani a forgatás hatására történő minimális emelést. 6. A tolórúd és a kosár Ez a fejezet a tolórúd és a gyűjtőkosár kialakításával foglalkozik. Fontos, hogy a tolórúd, amin keresztül a szerkezetet működteti a kezelő, stabil legyen működtetés közben, ne mozogjon. De ezek ellenére használat után összecsukható legyen, és a lehető legkevesebb helyet foglalja. Ezen kívül a markolatnak olyan alakkal kell, hogy rendelkezzen, amelyet a használó kényelmesen megfoghat, nem töri fel használat közben a kezét. A kosárnak pedig érdemes könnyű szerkezetesnek lennie, ezzel is csökkentve az egész szerkezet súlyát. A tolórúd két részes megoldása segít majd az összecsukhatóságban. A felső és az alsó rész összekötését csavarok segítségével oldható meg. A tolórúd felső része a csavarok kilazítása után ráhajtható a szerkezetre majd a rúd alsó részén ahol az oldal lemezekhez van rögzítve, ott is lazítva a csavarokon még lejjebb hajtható a rúd. Így a lehető legkevesebb helyet foglalja, de ha esetleg valaki fel akarná akasztani a szerkezetet, az alsó rúd két felét összekötő keresztcső segítségével meg is teheti. A gyűjtőkosár, mint már említésre került, könnyű szerkezetes lesz. Ezt úgy a legkönnyebb elérni, ha a kosár egésze hálós szerkezetű, egyedül a merevítést szolgáló elemeknél van valamilyen szilárdabb vékony merevítő rúd. Ez a kosár mind a szerkezet oldallemezéhez és a tolórúdhoz is rögzítésre kerül, hogy minél nagyobb stabilitással rendelkezzen. Ha már nincs szükség rá egyszerűen levehető és összehajtható. 7. A borítás kialakítása A szerkezeten a borítás, azaz a forgó penge fölé helyezett védő burkolat, szerepe fontos, hisz ez az alkatrész védi mind a vágóhengert és a szerkezet működtetése közben a felhasználó környezetében lévő személyeket az esetleges balesetektől. Ha a vágóhenger felkap valamilyen szilárd anyagot, mint például kavicsot vagy fa szilánkot, akkor ez a burkolat meggátolja, hogy a gyorsan forgó penge azt kidobja és sérülést okozzon másoknak.

172

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Irodalomjegyzék [1] Sarka Ferenc, Dr. Szente József: Interaktivitás a tervezésben és a prototípusgyártásban. Elektronikus tankönyv. 2011. p. 49. www.tankonyvtar.hu/hu [2] Dr. Antal Miklós – Bonamid Tervezési Segédlet 1983 [3] Keresztes Róbert Zsolt – Műszaki anyag/acél csúszópárok tribológiai kutatása, Ph.D. [4] Ungár Tamás – Vida András – Segédlet a Gépelemek III.Kötetéhez 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.

173


Orvosi szívmonitorozó rendszerrel ellátott mobiltelefon tervezése Veres Ádám Ipari termék- és formatervező mérnöki szak Bevezetés

A szakdolgozatom témájának alapjául egy ipari megbízás szolgált, mely során az Itn-Tech Development kft. megbízott egy általuk tervezett készülék illetve annak kiegészítőinek formatervezésével illetve az eszköz kezelőfelületének megtervezésével. A piacteremtő ötlet egy olyan készülék megalkotása mely a páciens beültetett szívimplantátumával képes kommunikálni, adatokat szinkronizálni vele, ezáltal megkönnyítve a páciens életét azzal, hogy csökkenti az orvosnál töltött idő mennyiségét, hiszen a szinkronizált és kiértékelt adatokat újgenerációs mobilhálózaton keresztül a készülék közvetlen a megbízott orvosnak is tudja továbbítani elemzésre. A készülék további legfőbb szolgáltatási egy olyan automata riasztási protokoll, mely, ha a páciens állapota megköveteli automatikusan tudja riasztani a helyi kórházat. Emellett természetesen a riasztási protokollt a páciens maga is kezdeményezheti. A szolgáltatások hardveres alapját 4 részegység adja ki, melyek a szívimplantátumból, a külső egységből (melynek formaterve lesz a fő feladat), egy vezeték nélküli implantátum töltőből, és egy fő dokkoló egységből állnak. Ezen részegységek összehangolt működése fogja biztosítani a kényelmes és biztonságos használatot.

A tervezés megkezdése

A tervezést a Brainstorming folyamatával kezdtem, mely során minden eszembe jutó ötletet rögzítek írásos vagy skiccelt kép formátumában.

174


1. ábra Az első látványtervek egyike

2. ábra A kiválasztott formakoncepció

Mivel a tervezés kontrollált, ezért a továbbvitt megoldásvázlatokat a megrendelő igényei, javaslatai alapján választottam ki, dolgoztam tovább. A tervezés következő lépéseként megvalósítottam három 175

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI dimenzióban is a kiválasztott formatervet, egy poligon alapú rendszerben működő 3D modellezőben, valamint elkészítettem a formaterv modellező plasztikból készült kézzel fogható verzióját, melyet ergonómiai szempontok szerint vizsgáltam.

3. ábra A koncepció megvalósítása 3D‐ben

A kezelőfelület kialakítása

Mikor a tervezés elért ahhoz a fázishoz, ahol el lehet kezdeni a külső eszköz prototípus-gyártásának elkészítését, ezzel a folyamattal párhuzamosan, egyelőre nagyobb prioritásban, megkezdtem a grafikus kezelőfelület felépítését, grafikus elemeinek megvalósítását. A kezelőfelület kidolgozásának első lépéseként meg kellett határozni a kezelőfelülettel szemben támasztott követelményeket, illetve a használni kívánt szolgáltatásokat. A kezelőfelület logikai elrendezésének kidolgozása után neki láttam a megjelenített képernyők, szolgáltatások ikonjainak, gombjainak a megtervezéséhez. Mivel a termék idősebb korosztályokat célozza meg, fontos szempont volt, az egyszerű logikai felépítés, és az egyszerű, könnyen értelmezhető grafikus piktogramok használata, ezen felül a megfelelő kontrasztú színvilág meghatározása.

176


4. ábra A főmenü gomb grafikája

A fentebbi ábrákon láthatunk egy elkészített grafikus ikont, a már elfogadott színvilággal, illetve grafikákkal. A színvilág egy közepesen világos semleges zöld ( RGB 94;204;104 ) és fekete (RGB 0;0;0 ) kombinációjából adódik. Ez a két fő használt szín a grafikus felületen, melynek kontrasztossága megfelelő, erős érték. A grafikus felületet igyekeztem úgy felépíteni, hogy a lehető legjobban megfeleljen a leendő célközönség vélt vagy valós igényeinek. A gombok nagy részének információ átadása csakis piktogramokkal, grafikus úton történik, hiszen azok ha berögzültek sokkal gyorsabb, dinamikusabb parancsbevitelt tesznek lehetővé, amely vész esetén életet menthet, például egy riasztási protokoll indítása közben. Szöveges információ megjelenítés csak a külső egység és az implantátum beállításainak a gombjain van jelen, az információs sávon kívül, melynek fő célja a szöveges információ kijelzés az adott folyamatok futási állapotáról, emellett azon találhatjuk meg az aktuális időt és dátumot is.

5. ábra Az elkészült, végleges főképernyő 177

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI Az elkészült kezelőfelület főképernyőjén összesen 9 gombot láthatunk, fölöttük a szöveges információs sávot.

A prototípusgyártás előkészítése

A következő lépés során elkészítettem a külső egység formatervét a Solid Edge CAD környezetben, ahol aztán kidolgoztam, elkészítettem az elő- illetve hátlap alkatrészeket, majd elkészítettem a belső hardver alkatrészeinek is a 3D CAD modelljét. Végső lépésként összeszereltem az alkatrészeket a virtuális térben, melyet már lehet véges elemes módszerrel elemezni, aztán finomítani, változtatni akár az összeszerelés módján akár a formaterven. Végső lépésként a CAD környezetből közvetlenül is készíthető prototípus alkatrészenként, 3D nyomtatással.

6. ábra Az összeszerelt modell, végső látványterve

178


[1] Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése - Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. [2] 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 [3] Péter J., Dömötör Cs.: Ipari design a fejlesztésben, MiskolcEgyetemváros, 2011., elektronikus jegyzet, http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0001_1A_G3_07_ebo ok_ipari_design_a_fejlesztesben/G3_07_ipari_design_a_fejlesztesben_ 1_1.html [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] Dr. Szente József - Bihari Zoltán: Interaktív mérnöki kommunikáció és tervezést támogató CAD rendszerek. Elektronikus tankönyv. 2011. p. 107. www.tankonyvtar.hu/hu [6]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 [7] Szabó J. Ferenc, Sarka Ferenc, Tóbis Zsolt: Numerikus analízis, szimuláció, termékminősítés. Oktatási segédlet (jegyzet), TÁMOP4.1.2.-08/1/A-2009-0001, G3-08 Modulelem, Miskolci Egyetem, Miskolc, 2011. március. 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. 179


Áramlási jellemzők vizsgálata nyugvó közegben mozgó síkfelületen Csáti Zoltán Gépészmérnöki MSc Áttekintés • • •

•

Bevezetés Matematikai modell Megoldási módszerek ο iteratív transzformációs módszer ο véges differencia módszer ο pszeudospektrál módszer Összefoglalás, további célok Bevezetés

• • •

A dolgozat célja Prandtl határréteg elmélete Alkalmazási területek ο meleg hengerlés ο fémmegmunkálás ο folyamatos öntés Matematikai modell

k épSakiadis f low f igure • •

r r r v ( x , y ) = u( x , y )i + v( x , y ) j v u

• Alapegyenletek ∂u ∂v + =0 ∂x ∂y •

Sebességre vonatkozó alapegyenlet: n −1 ∂u ⎞⎟ ∂u ∂ ⎛⎜ ∂u ∂u = • u +v , γ=K/ ρ γ ∂y ⎟ ∂y ∂y ⎜ ∂y ∂x ⎝ ⎠ 180


•

•

Peremfeltételek

ο

u( x ,0 ) = U w

ο ο

v( x ,0 ) = 0 lim u( x ,0 ) = U w y→

Peremérték-feladat f ( η ) -ra

( f ′′

f ( 0 ) = 0, •

)

′

1 ff ′′ = 0 n +1 f ′( 0 ) = 1, lim f ′( η ) = 0

n −1

f ′′ +

η→∞

Ellenállás-tényező 1

C D = ( n + 1) n +1 Re

•

− n

n +1 |

f ′′( 0 ) |n −1 f ′′( 0 )

Fal menti nyírófeszültség ⎡ ρ n KU w3 n ⎤ n −1 τ w( x ) = ⎢ f ′′( 0 ) ⎥ | f ′′( 0 ) | n x ⎣⎢ ⎦⎥ ITM

Iteratív transzformációs módszer •

Skálázási csoport g = λα f ,

• •

•

•

η∗ = λβ

∗ α β Invariancia: ha f ( η ) megoldás, g( η ) = λ f ( λ η ) megoldás Bővített skálázási csoport g = λα f , η∗ = λβ η , h∗ = λγ h

Módosított peremfeltételek f ( 0 ) = 0 , f ′( 0 ) = h p ,

lim f ′( η ) = 1 − h p

η →∞

Kezdetiérték-feladat

181


( g ′′ g( 0 ) = 0,

•

n −1

)

′

g ′′ +

1 gg ′′ = 0 n +1 p

g ′( 0 ) = h ∗ ,

g ′′( 0 ) = −1

Megoldás

ο Megoldás: ode113, intervallumfelezĂ©s ο Előnyök, hátrányok Sakiadis f prime FDM Véges differencia módszer • •

Intervallum csonkítás: [ 0 ,∞ ) → [ 0 , L ] Kvázi-egyenközűfelosztás ξ ∈ [ 0 ,1], ξ 0 = 0 , ξ n +1 = ξ n + h , ( n = 0 K N − 1), h = 1 / N x = −c ln( 1− ξ ), c > 0

n+α⎞ ⎛ xn + α = x⎜ ξ = ⎟ ( n = 0K N − 1), 0 < α < 1 N ⎠ ⎝ •

Függvényközelítés un+ 1 ≈

xn +1 − xn + 1 2

xn +1 − xn

2

du dx

•

n+ 1 2

≈

un +

xn + 1 − xn 2

xn +1 − xn

u n +1 − un ⎛ ⎞ 2⎜ xn + 3 − xn+ 1 ⎟ 4⎠ 4 ⎝

u n +1 ,

, u n = u( xn )

Egyenletrendszer megoldása ο Levenberg-Marquardt, trust-region dogleg ο Jacobi-mátrix: blokkos, sávos szerkezet, méret: ( 3N + 3 ) × ( 3N + 3 ) (0) T ο Kezdővektor: U = [ 0 1K 3 N + 3 ] ο Adott anyagnál paraméterek: c , N

182


ο Számítási idő( N = 300 , c = 5 , n = 1 ): táblázat ο Eredmények, hibabecslés táblázat PSM Chebyshev pszeudospektrál módszer •

pszeudospektrál módszer ο kollokációs pontok: x0 ,K , xN ο interpolációs függvény PN u =

•

N

∑ an pn ( x )

n =0

Chebyshev polinomok jellemzői ο értelmezés Tn (cos θ ) = cos nθ , ο rekurziós megadás T0 ( x ) = 1,

θ ∈ [ 0 ,π ], n ∈ N

T1( x ) = x , Tn ( x ) = 2 xTn −1( x ) − Tn −2 ( x ), ο szélsőértékhelyek (CGL):

•

ξ L →ζ ⎯⎯⎯ ζ=

x = 2 ζ −1

∈ [ 0 ,1] ⎯⎯ ⎯⎯→ x ∈ [ −1,1]

Peremérték feladat f ( x ) -re 8 3

L

f

′′′

1 ⎛ 4⎞ − ⎜ ⎟ n( n + 1) ⎝ L2 ⎠

f ( −1) = 0 , • •

x j = cos( jπ / N ), j = 0 ,K , N

CGL pontok η ∈ [ 0 ,∞ ) → ξ ∈ [ 0 , L ]

•

n≥2

2− n

f ′( −1) = L / 2,

f | f ′′ |2− n , f ′ ( 1 ) = 0.

Túlhatározott egyenletrendszer Peremfeltételek számának csökkentése 183


f ( x ) = P( x )g( x ), P( x ) = ax 2 + bx + c

f b ar p rime Összefoglalás

• • •

Sakiadis-feladat általánosítása Három közelítőmódszer további célok ο eltérés oka ο differenciáló mátrix prekondicionálása ο Laguarre, racionális Chebyshev függvények

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.

184

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI

Recommend Documents