A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2015

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2015. SZERKESZTETTE: Dr. Bihari Zoltán egyetemi docens

Miskolc 2015.

„A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2015.” C. KÖTETBEN KÖZREMŰKÖDTEK: Bogáti Áron Csuzda Tamás Holló Bence Juhász István Kiss Norbert Kovács Károly Mátyás Tamás Donát Németh Zsuzsanna Novák Jusztina Oláh Péter Reppei Bettina Réka

Dr. Döbröczöni Ádám Dr. Döbröczöni Ádám Dr. Péter József Németh Géza Dr. Kamondi László Dr. Péter József Dr. Péter József Dr. Bihari Zoltán Kelemen László Kelemen László

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

A szerkesztő nyilatkozata: Alulírott Dr. Bihari Zoltán, mint „A Jövő Mérnökeinek Prezentációi 2015.” szerkesztője kijelentem, hogy a kiadványban megjelent cikkek tartalmáért semmilyen garanciát nem vállalok, 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 978-615-5216-93-0 Kiadó: Miskolci Egyetem Gép- és Terméktervezési Intézet

II

ELŐSZÓ A MEGJELENT KÖTETHEZ Immár majdnem két évtizede évről évre ismétlődő rendezvény a Géptervezők és Termékfejlesztők Szemináriuma. Idén ez a rangos esemény 2015. november 5-6-án 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 jelentős része nyomtatott formában a GÉP folyóirat soron következő számában is megjelenik. 2013 évben egy új kezdeményezés is csatlakozott a rendezvényhez, miszerint a végzős diákjainknak is teret és lehetőséget biztosítottunk arra, hogy bemutatkozhassanak. Ehhez a Szeminárium egy külön szekciót hozott létre, amelyen meghívott vendégként jelen voltak a környező ipari vállalatok képviselői is. Többen közülük komoly érdeklődést tanúsítottak a hallgatók elhangzott előadásai iránt, ezért a Gép- és Terméktervezési Intézet úgy határozott, hogy a prezentációkból egy elektronikus kötetet készít, hozzáférhetővé téve azt az érdeklődők számára. Szerkesztőként remélem, hogy az olvasó nem fog csalódni „A Jövő Mérnökeinek Prezentációi 2015.” kötet olvasását követően. Miskolc, 2015. december 6. Dr. Bihari Zoltán szerkesztő

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

III

TARTALOMJEGYZÉK

Bogáti Áron: Obszervatórium kupola ................................................................ 1 Csuzda Tamás: Newton távcső finommozgatásának megtervezése ............... 9 Holló Bence, Dr. Péter József: Húsdaráló adapter tervezése konyhai robotgéphez ........................................................................................... 17 Juhász István: Oldalra tolható talajmaró tervezése ........................................ 27 Kiss Norbert: Lineáris, mechanikus mozgásgeneráló mechanizmus fejlesztése egészségügyi környezetbe ...................................................... 39 Kovács Károly, Dr. Péter József: Robotmegfogó tervezése ........................... 47 Mátyás Tamás Donát, Dr. Péter József: Fogaskerék-bolygómű kiválasztása katalógus alapján ........................................................................... 59 Németh Zsuzsanna, Dr. Bihari Zoltán: Csúszdává alakítható etetőszék tervezése ............................................................................................... 71 Novák Jusztina: Autonóm gokart karosszériájának tervezése és kivitelezése ....................................................................................................... 83 Oláh Péter: Összecsukható kerékpár tervezése ............................................. 95 Reppei Bettina Réka: Környezetbarát kulacs tervezése ............................... 105

IV

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2015. Géptervezők és Termékfejlesztők XXXI. Szemináriuma 2015. november 5-6.

Obszervatórium kupola

Bogáti Áron Ipari termék- és formatervező mérnök Témámnak egy csillagvizsgáló, más néven egy csillagda kupolaszerkezetének megtervezését választottam. Egy csillagda megalkotásához nagy szakértelem szükséges több területen is; mint a csillagászat tudománya, építészet, gépészet. A kupola szerkezeti megoldásait fogom vizsgálni, emellett egy olyan látványterv készítését tűztem ki célul, hogy az plusz funkcióval lássa el az építményt. Miskolci Egyetem számára készül, így a felhasználási kör csak az ismeretterjesztés szintjére terjed ki, nem történik komoly csillagászati megfigyelés, így az épület megjelenítésében nagyobb szabadságot élvezhetek, inkább a fantázia világa, mint a praktikusság dominál. A csillagászati épületek szerepe a XVII. században vált jelentőssé, amikor a természettudományok, így a fizika és a csillagászat a figyelem középpontjába került. Ezeket főként a tornyok, magasabb építésű lakóházak biztosították, ezzel elősegítve a jobb távcsöves megfigyelést. A kupolákat több szempont szerint is osztályozhatjuk, mint formai kialakításában, mint a távcsőnek az égre való rálátást biztosító nyílásának megoldásában.

1. ábra Példa a szétnyitható kupolára

2. ábra Példa a harmonikaszerűen nyitható kupolára

1


3. ábra Példa szögletes, két irányba szétnyitható kupolára

Piackutatás A piackutatás során nem csak a csillagászati épületek területén keresgéltem, hanem az építészet, különböző kupolaszerkezetek terén is. Mivel a kupolák látványtervével foglalkozom, ezért minél tágabb körben néztem körül. Első körben olyan képeket gyűjtöttem, amik látványban megfogtak akár csupán a tetszetős külső akár a szerkezetbe vitt frappáns ötletek útján. Továbbá a történelem során főként vallási okokból megépített kupolákat is megfigyeltem, hogy példát vehessek a teher szétoszlatásában. Különböző korokban más alapanyag volt adott, így nyitott voltam a kő, fa és fémszerkezetekre egyaránt. Néhány példa ezekre:

4. ábra Fából készült szerkezet

5. ábra Kőből készült szerkezet

2


6. ábra Fémből készült szerkezet

Piackutatásból levont következtetés A piackutatás során arra jutottam, hogy nem elégszem meg egy egyszerű félgömb kupolamegoldással. Napjaink technológiai szintje már nem szab gátat, így egyedül a képzeletemre van bízva a látvány megalkotása. A kifejezetten csillagászati építményeknél inkább a praktikusság és a megfizethetőség volt a főbb motiváló szempont. Így viszont legtöbbször egy egyszerű többnyire fehérre festett félgömbbel találkozhatunk. A tervezés kezdetekor az ár még nem meghatározó szempont. A feladat egy egyedi, az egyetemünk arculatát tükröző formaterv megalkotása.

Koncepcionális tervezés Egy, a Dr. Körtesi Péter Tanár Úr által felajánlott 300/1500 SkyWarcher Newton EQ-6 mechanikájú távcső számára készül a kupola, így a méretek könnyen kiszámíthatóak voltak. Maga a távcső egy közel 1,5-2m átmérőjű területet foglal el, így hogy több ember is elférjen, a kupola területét 5m átmérőre szabtam. Azt is figyelembe kellett venni, hogy a távcső tubusától 1m távolságra ajánlott a kupola héjszerkezetének elhelyezése. A méret nagyságának határt szab a tömeg. Mivel a méretének növelésével nagyban változik a kupola tömege, így fenn áll a veszélye az épület tetőszerkezetének beszakadására.

7. ábra 300/1500 SkyWarcher Newton EQ-6 mechanikájú távcső

3


A szerkezet vizsgálata A szerkezet a környezeti hatásokra behorpadhat, beszakadhat, összeomolhat. Ezért alá kellett vessem a szerkezetet egy végeselem módszernek, amiből megtudhatjuk, hogy Magyarországon eddigi legnagyobb, 300mm-es hóesés esetén milyen mértékben deformálódik az építmény és mennyi feszültség keletkezik benne.

8. ábra Szerkezeti típusok

Több szerkezeti felépítés is megtalálható az építészet területén. Ezekből néhányat képekkel illusztrálva fel is sorakoztattam. Ezek közül, a számomra legszimpatikusabb megoldással végeztem el a vizsgálatot. A vizsgálat eredménye jól demonstrálja, hogy a szerkezet helyt áll a különböző erőhatások ellen.

9. ábra A szerkezetben fellépő deformáció mértéke 4


10. ábra A szerkezetben keletkező maximális feszültség

A tervezés során az egyszerű félgömb alakú formától szerettem volna elrugaszkodni, a bonyolultabb, több részből álló konstrukciókig. Próbáltam merészebb elemeket is felhasználni, megkíséreltem az egyszerű geometriai formákból egy komplex építményt alkotni. Figyelembe kellett vennem a kupola nyílásának megoldását, és a kupola saját tengelye körül végzett 360o-os forgását. Az sem elhanyagolható tény, hogy az építmény ne zavarja az embereket a kilátásban, és elegendő helyet nyújtson a látogatók szabad mozgására. Több funkcióval szerettem volna felruházni a csillagvizsgálót. Egyik elképzelés az volt, hogy míg egy ember a távcső segítségével kémleli az égboltot, addig a többiek se álljanak tétlenül, ezért a kupolaszerkezetre ablakokat helyeztem el. Ezeken keresztül követni tudják az épp megfigyelés alatt álló égitestet. Másik gondolat az építmény újragondolása volt. Ennek megoldásaképp különböző sokszögek felhasználását gondoltam a burkolaton, így akár egy poliéder testet alkotva teheti izgalmasabbá a külső szemlélők számára.

11. ábra Háromszög panel

5


12. ábra

13. ábra

14. ábra

6


15. ábra

16. ábra

Végleges kialakítás Összegezve a rajzokat próbáltam összegyúrni a végső tervet. A távcső nyílását körülölelő két toronyszerű képződmény plexiüvegből készült, amit vízszintesen elhelyezkedő fémpántok merevítenek a vázhoz. Ezek az üvegfelületek ablakokként funkcionálnak, ami alá beállva szemlélni tudjuk a csillagos égboltot, míg a többiek a távcsővel kémlelik az eget. Az ablakokon sötétítő fólia van, ami a padlózattól a tetőig átmenetesen sötétít, így a külső, városból érkező fényszennyezettséget megszűri, viszont a magasban lévő csillagok fényét szabadon csodálhatjuk. Továbbá az ablakok úgy lettek kialakítva, hogy az emberek kényelmesen elférjenek alatta anélkül, hogy le kéne hajolniuk vagy guggolniuk. Az ablakoknak szerepe van a design szempontjából is, mivel ezzel a függőleges monstrumszerű kialakítással, és a keresztpántokkal a Miskolci Egyetem főépületét szerettem volna szimbolikusan ábrázolni, hogy a szögletes üvegépület visszaköszönthessen ezen a többnyire félgömb kialakításon, és ezzel is lehetőségem legyen izgalmas formát adni a kupolának. Erről a végleges kialakításról születtek 3D-s képek is. 7


17. ábra

18. ábra

Irodalomjegyzék [1] [2] [3] [4] [5]

http://www.mcse.hu/ Pattantyús-Ábrahám Ádám: Boltozatok és kupolák. TERC Kiadó, 2011. Marc Kushner: A jövő építészete. HVG Kiadó, 2015 http://comtud.com/node/162 http://bbalage.5mp.eu/web.php?a=bbalage&o=Ha_osBhL2m

Köszönetnyilvánítás A bemutatott kutató munka a konzulensem, Dr. Döbröczöni Ádám, és Dr. Körtesi Péter Zsombor támogatásával valósult meg.

8


Newton távcső finommozgatásának megtervezése

Csuzda Tamás Géptervező szakirány 1. A probléma ismertetése A feladatom egy ekvatoriális mechanikára megépített Newton-távcső mozgatómechanizmusának kiegészítése. Az eredendő probléma az, hogy míg a mozgató tengelyek e távcső alsó részére vannak elhelyezve, az okulár a távcső felső részén van. Ez önmagában még nem jelent problémát, mivel rengeteg hobbi felhasználásra készült távcső esetében ily módon történik a szerelésük, azonban ezek többsége kisméretű, így kézzel könnyen elérhetőek a tengelyek (illetve az azokra elhelyezett flexibilis szárak), miközben az okulárba nézünk. Erre azért van szükség, hogy az égitestek mozgását úgy tudjuk követni, hogy egyszerre figyeljük az égitestet és mozgatjuk a távcsövet.

1. ábra A távcső, melynek finommozgatását kivitelezni szeretnénk

Jelen távcső esetében azonban a geometriai méretek ellehetetlenítik a tengelyek kézzel való mozgatását úgy, hogy közben az okulárban vizsgálni tudjuk az égitestet. Tehát a feladat voltaképpen az, hogy a tengelyeket úgy tudjuk forgatni, hogy közben a fejünk közvetlenül az okulár előtt van. A távcső mechanikájának mindkét 9


forgástengelye fel van szerelve egy-egy csigahajtással, melyeket meghajtva a távcsövet lassan tudjuk beállítani. Bármely távcső esetében alapvető követelmény, hogy az égbolt akármely irányába be lehessen állítani. Ennek a megoldására szolgál két, egymásra merőleges forgástengely. Ha az egyik tengelyt párhuzamossá tesszük a Föld forgástengelyével, a másik tengelyt pedig erre merőlegesen alakítjuk ki, akkor az úgynevezett ekvatoriális elrendezést kapjuk. A Föld forgástengelyével párhuzamos tengelyt szokás óratengelynek, vagy rektaszcenziós tengelynek, a rá merőlegest pedig deklinációs tengelynek nevezni. A legtöbb mai csillagászati távcső szerelése ekvatoriális, kihasználva a rendszer nagy előnyét, hogy az általunk beállított égitest látszólagos mozgását egyedül az óratengely mozgatásával követni lehet. Az irodalom- és piackutatás során eltérő megoldásokat találtam a probléma kiküszöbölésére, ezek a következők: − Finommozgatás motorokkal − Finommozgatás merev és flexibilis tengelyekkel − Finommozgatás merev tengelyekkel és kúpkerekekkel A különböző változatok megvizsgálása után a finommozgatás megvalósításához a lehetőségekhez mérten a legoptimálisabb megoldásnak egy merev és flexibilis tengelyekkel felszerelt kialakítás bizonyult. Ezután a tengelyek távcsőhöz való rögzítése került vizsgálat alá. Az egyes megoldásváltozatok a következők: − A tengelyt két ponton csapágyazzuk, a csapágyakat mereven rögzítjük a távcsőhöz − A tengelyt két ponton csapágyazzuk, a csapágyakat mereven rögzítjük a távcsőhöz, a távcső okulár felé eső végére is szerelünk egy flexibilis tengelyt − A tengelyt két ponton csapágyazzuk, a csapágyakat úgy helyezzük el, hogy a távcsőhöz ne mereven csatlakozzanak − A tengelyt egy ponton csapágyazzuk, a csapágyat mereven rögzítjük a távcsőhöz − A tengelyt egy ponton csapágyazzuk, a csapágyat úgy helyezzük el, hogy a távcsőhöz ne mereven csatlakozzon − A tengelyt egy ponton csapágyazzuk, a csapágyazást úgy helyezzük el, hogy a tengelyt térben el tudjuk forgatni és mereven rögzítjük a távcsőhöz − A tengelyt egy ponton csapágyazzuk, a csapágyazást úgy helyezzük el, hogy a tengelyt térben el tudjuk forgatni, és ne mereven csatlakozzon a távcsőhöz − A tengelyt egy ponton csapágyazzuk, a csapágyazást úgy helyezzük el, hogy lazán csatlakozzon a távcsőhöz − A tengelyt semmilyen módon nem rögzítjük a távcsőhöz A különböző szempontok alapján az a megoldás tűnt ideálisnak, amelynél a merev tengelyeket két ponton csapágyazzuk, flexibilis tengelyekkel csatlakoztatjuk a csigatengelyekre, valamint az okulár felőli végükre is egy-egy flexibilis tengelyt kapcsolunk. A második flexibilis tengely révén kézzel könnyebben forgatható a szerkezet, valamint a rezgések is kevésbé adódnak át a távcsőre. A flexibilis tengely csak nehezen hajlítható, így ez egy kisebb problémát okozhat, de még ezzel együtt is ez a legoptimálisabb változat.

10


2. ábra A tengely elrendezése

Annak érdekében, hogy a finommozgatáshoz használt alkatrészeket kiválasszuk, esetleg méretezzük, ellenőrizzük, szükséges annak a nyomatéknak a meghatározása, amit a távcső tengelyére kell vezetnünk, hogy azt mozgásba tudjuk hozni. Ennek a nyomatéknak a meghatározása a távcső kiegyensúlyozatlanságából, valamint a csigahajtás jellemzőiből hajtható végre.

3. ábra Egy vázlat a tengelyek elvezetésére

11


2. A távcső tehetetlenségi nyomatéka Elsőként a távcső vázszerkezetét vizsgáljuk meg, ez 3 fő részre bontható, áll egy dobszerű részből, amelyben a főtükör is található, egy keretszerű alkatrészből, amelyhez a csigahajtás kapcsolódik, valamint távcső végére redukált tömegpontból, amely az okulárt, illetve egyéb alkatrészeket hivatott helyettesíteni. Ismernünk szükséges továbbá a vázszerkezet súlypontjának a helyét is, mivel a távcső tehetetlenségi nyomatékát erre a pontra kell kiszámítanunk. Ehhez a Solid Edge tervezőszoftver segítségét vettem igénybe, ahol megrajzolva ezeket az alkatrészeket az egyes tömegek és tehetetlenségi nyomatékok leolvashatóak. A legegyszerűbb a tömegpontszerű elem jellemzőit meghatározni, ennek tömegét 5kg-nak vesszük, távolságát a többi elemtől a távcső méretei alapján állapítjuk meg. A dobszerű alkatrész több elemet is tartalmaz, de itt csak a tömege és a befoglaló méretei szükségesek, így csak ezekkel foglalkozunk. A dob 3 dimenziós modelljét megalkotva a tehetetlenségi nyomaték értéke a következő:

J d = 0,192 kg ⋅ m 2 (1.1) A keretszerű alkatrész egy hidegen hajlított zárt szelvényű, téglalap alakú idomacél elemekből hegesztett darab, ennek befoglaló méreteit lemérve a falvastagságát [6.] 76. o. alapján határoztam meg. Az alkatrész 3 dimenziós modellje alapján a tehetetlenségi nyomatékra kapott érték:

J ker = 0,3383 kg ⋅ m 2 (1.2) Ezt a három elemet összekapcsolva meghatározható a vázszerkezet súlypontja, és össztömege, ehhez ismét a Solid Edge szoftvert használtam, a távcső vázszerkezetének súlypontja a csigakerék tengelyétől 51,88 mm távolságra van, össztömege pedig 48,334 kg. A 3 dimenziós modellből meghatározható az egyes elemek súlypontjának távolsága a vázszerkezet súlypontjától, ezt a következő ábra foglalja össze.

4. ábra Az egyes elemek súlypontjainak távolsága a szerkezet súlypontjától

12


Ezek alapján már meghatározható a távcső vázszerkezetének a súlypontjára vett tehetetlenségi nyomatéka, mégpedig a következőképpen:

J s = J ker + m ker ⋅ (l ker ) + J d + m d ⋅ (l d ) + mo ⋅ (l o ) (1.3) 2

2

2

Az egyes tagok: − J s - A vázszerkezet súlypontra vett tehetetlenségi nyomatéka

J ker = 0,3383 kg ⋅ m 2 - a keret tehetetlenségi nyomatéka − m ker = 12,234 kg - a keret tömege − l ker = 0,05188 m - a keret súlypontjának a vázszerkezet súlypontjától vett távolsága − J d = 0,192 kg ⋅ m 2 - a dob tehetetlenségi nyomatéka − m d = 31,102 kg - a dob tömege − l d = 0,31812 m - a dob súlypontjának a vázszerkezet súlypontjától vett távolsága − m o = 5kg - a tömegpont tömege − l o = 1,85138 m - a tömegpontnak a vázszerkezet súlypontjától vett távolsága Ezeket behelyettesítve: −

J s = 0,3383kg ⋅ m 2 + 12,234kg ⋅ (0,05188m ) + 0,192kg ⋅ m 2 + 2

+ 31,102kg ⋅ (0,31812 m ) + 5kg ⋅ (1,85138m ) = 20,8581kg ⋅ m 2 2

2

(1.4)

A számítás helyességét a számítógépes modell igazolta, szükség lehet még azonban a távcső vázszerkezetéhez kapcsolódó csigahajtás tehetetlenségi nyomatékának a meghatározására is. Mind a csiga, mind a csigakerék különös kialakítású, ugyanis a megszokott körevolvens profil helyett itt a fogprofil szelvénye métermenet, azaz tulajdonképpen egy csavarorsó és egy csavaranyából kihasított szelvény kapcsolódásáról beszélhetünk. A csiga és a csigakerék anyaga azonban a megszokott, azaz a csiga acélból, a csigakerék bronzból került kialakításra. A csiga fejkörátmérője 20 mm, a csigakeréké megközelítőleg 170 mm, emellett a csigakerék gyűrűszerű kialakítású, belső átmérője nagyjából 120 mm. Belátható, hogy a csiga és a csigakerék tehetetlenségi nyomatéka a kis méretek és tömegek miatt lényegében elhanyagolható. Az előzőeket összefoglalva, a távcső tehetetlenségi nyomatéka a deklinációs tengelyre az alábbi módon számítható:

J 0 = J s + m s ⋅ (l s ) = 20,8581kg ⋅ m 2 + 48,336 kg ⋅ (0,05188 m ) = 20,988 kg ⋅ m 2 (1.5) 2

2

13


3. A szükséges nyomaték meghatározása A távcső deklinációs tengelyére vett tehetetlenségi nyomaték és a tengely szögsebességének ismeretében felírható annak mozgási energiája:

E=

1 2 ⋅ J 0 ⋅ ω 2 (1.6) 2

A távcső mozgatásához szükséges teljesítmény pedig felírható a deklinációs tengely szögsebességének és nyomatékának a segítségével: P = M 2 ⋅ ω 2 (1.7)

Az előző két összefüggést felhasználva felírhatjuk a mechanikai teljesítménytételt, amely szerint „a tömegrendszer kinetikai energiájának idő szerinti deriváltja egyenlő a tömegrendszerre ható erőrendszer pillanatnyi teljesítményével.” [ 5.]

E& = P (1.8) A korábbi összefüggéseket behelyettesítve a következőt kapjuk:

1 ⋅ 2 ⋅ ω 2 ⋅ ω& 2 ⋅ J 0 = M ⋅ ω 2 (1.9) 2 Az egyszerűsítéseket elvégezve:

ω& 2 ⋅ J 0 = M 2 (1.10) Esetünkben a szögsebesség idő szerinti deriváltja megegyezik a szöggyorsulással: ω& 2 = ε 2 (1.11)

Az egyenlet ezzel a következő alakra hozható:

ε 2 ⋅ J 0 = M 2 (1.12) A kapott összefüggés tulajdonképpen azt jelenti, ha a távcsövet a helyzetéből valamilyen „ε2” szöggyorsulással el szeretnénk mozdítani, ahhoz a távcső tengelyére „M2” nyomatékot kell adnunk. Ez azonban nem azt jelenti, hogy a csiga tengelyét is ugyanekkora nyomatékkal kell meghajtanunk, köszönhetően a csigahajtás tulajdonságainak, így a következőkben ezzel is foglalkoznunk kell. 4. A csigahajtás hatásfoka A csiga tengelyén bevitt nyomaték és a csigakerék tengelyén levett nyomaték kapcsolatáról a csiga hatásfokára vonatkozó összefüggés nyújt tájékoztatást. 14


A csigahajtás hatásfoka [3.] 244.o alapján:

η1→2 =

M 2 ⋅ ω2 tgγ = (1.13) M 1 ⋅ ω1 tg (γ + ρ ')

Az összefüggésben szereplő tagok a következők: − M 1 - A csiga tengelyén lévő bemenő nyomaték − M 2 - A csigakerék tengelyén levett nyomaték − ω1 - A csiga szögsebessége − ω2 - A csigakerék szögsebessége − γ - A csiga menetemelkedési szöge − ρ - A csiga fogfelületén ébredő súrlódási félkúpszög Ismert a két szögsebesség aránya:

1 ω2 = (1.14) ω1 360 Ismert továbbá a csiga menetemelkedési szögére vonatkozó összefüggés:

tgγ =

P (1.15) π ⋅d

Ebben az összefüggésben a tagok: − P = 1,5mm a csiga osztása, − d = 20mm az osztókörátmérő Valamint ismert a súrlódási félkúpszögre vonatkozó összefüggés is: tgρ ' = μ ' =

μ ⎛β ⎞ cos ⎜ ⎟ ⎝2⎠

(1.16)

Ebben az összefüggésben a tagok: − μ = 0,2 - a súrlódási tényező acél és bronz felületek között − β = 60° - a métermenet szelvényszöge Az (1.13) egyenletbe behelyettesítve az (1.5), (1.12), (1.14), (1.15) és (1.16) egyenleteket, a következőt kapjuk:

15


η1→ 2 =

M2 1 ⋅ = M 1 360

⎛ ⎛ P ⎞⎞ tg ⎜⎜ arctg ⎜ ⎟ ⎟⎟ ⎝ π ⋅ d ⎠⎠ ⎝ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ μ ⎟ ⎛ P ⎞ ⎜ tg arctg ⎜ ⎟ + arctg ⎜ ⎛β ⎞⎟ ⎝π ⋅d ⎠ cos ⎜ ⎟ ⎟ ⎜ ⎝ 2 ⎠⎠ ⎝

(1.17)

A távcső mozgatásához szükséges nyomaték, amit a csiga tengelyén be kell vinnünk: ⎛ ⎞⎞ ⎛ ⎜ ⎟ ⎜ 0,2 ⎟⎟ ⎟ ⎛ 1,5mm ⎞ ⎜ ⎜ tg arctg ⎜ ⎟ + arctg ⎜ 1 ⎜ cos 60° ⎟ ⎟ ⎝ π ⋅ 20mm ⎠ 2 1 ⋅ 2 ⋅ 20,988kg ⋅ m ⎟⎟ ⎜ ⎜ 2 ⎠⎠ ⎝ ⎝ s M1 = ⋅ = 0,626 Nm (1.18) 360 ⎛ ⎛ 1,5mm ⎞ ⎞ tg ⎜⎜ arctg ⎜ ⎟ ⎟⎟ ⎝ π ⋅ 20mm ⎠ ⎠ ⎝

Irodalomjegyzék [1.] [2.]

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

Balázs, B.; ifj. Bartha, L.; Dezső, L.; Gesztesi, A.; Kulin, Gy.; Marik, M.; Orgoványi, J.; Ponori Thewrewk, A.; Róka, G.; Schalk, Gy.: A távcső világa, ISBN 963 280 817 7, Gondolat Kiadó, 1980, Budapest Hervay, P.; Horváth, R.; Kátai, L.; Madarász, I.; Mikó, B.; Molnár, L.; Nagy, I.; Oldal, I.; Papp, O.; Piros, A.; Rabb, L.; Szabó, I.; Tóth G., Nóra.; Váradi, K.: CAD Tankönyv. Készült a: „Gépészmérnöki Karok informatikai hátterű anyagai és tartalmi kidolgozásai” című projekt keretében. (TÁMOP-4. 1.2-08/2/A/KMR2009-0029), 2012 Drobni, J.: Korszerű csigahajtások, ISBN 963-00-4505-2, Tenzor Kft. 2001, Miskolc Ecsedi, I.; Király, B.; Mörk, J.; Páczelt, I.; Vidó, E.: Szilárdságtan II., Tankönyvkiadó, 1983, Budapest Király, B.: Dinamika, ISBN 963 661 721 X, Miskolci Egyetemi Kiadó, 2006, Miskolc Herczeg, I.: Szerkesztési Atlasz, ISBN 963 10 2757 0, Műszaki Könyvkiadó, 1980, Budapest.


16


Húsdaráló adapter tervezése konyhai robotgéphez

Holló Bence, Dr Péter József Géptervező szakirány A fejlesztendő termékkel szemben támasztott főbb követelmények A jó darált hús A termék sikeressége érdekében célszerű megfogalmazni alapvető elvárásokat, leírni az elérendő célt, jelen esetben a jó darált hús állapotát. A jó darált hús tulajdonságait tekintve: - Egyenletesen van ledarálva - Apróra van darálva, a jobb fűszerfelvétel és sütés érdekében - Nem pépes állagú - Nem tartalmaz csonttörmelékeket, inakat, durva bőnye darabokat A jó húsdaráló A daráló milyenségét alapvetően meghatározó tulajdonságok közül a legfontosabbakat kiemelve a jó húsdaráló [1]: - Gyorsan üzembe helyezhető - Könnyen kezelhető - Masszív - Illeszkedjen a konyhai környezetbe - Sokoldalú, például cserélhető rosta, különböző kiegészítők (gyümölcs passzírozó, kinyomós kekszhez előtét) Higiéniai követelmények A gépek tisztán tartása fontos feladat, erre különös gondot kell fordítani konyhai eszközöknél ezért higiéniai követelményeket állítunk fel [2]: - A gép legyen könnyen tisztítható - Nem rozsdásodó anyagokból készüljön - Kialakításában ne legyenek olyan rejtett zugok amiket nem lehet megfelelően tisztítani - Mosogatógépben mosható legyen Terjedelmi követelmények Általában problémát jelent a háztartásokban a konyha kis mérete, ezért fontos figyelmet szentelni a terjedelmi követelményekre: Méretei és kialakítása tegye lehetővé, hogy akár konyhapulton is tárolható legyen. 17


Minimalizált méretekkel rendelkezzen a gép, de ez ne menjen a kezelhetőség és a teljesítmény rovására. Ne okozzon gondot a tárolása, kerülendőek a kiálló, amorf alkatrészek. Szétszedés után egy jól behatárolt térben elférjen, például egy dobozban. Rögzítés a munkaasztalhoz A darálón való sikeres munkavégzéshez mindenképpen rögzíteni kell a berendezést, ennek lehetőségeit meg kell vizsgálni. Lényeges, hogy stabil rögzítést biztosítson mind az adaptert befogadó gép csatlakozási pontjánál, mind a munkaasztalhoz való rögzítésnél. Egyik lehetőség, hogy a munkaasztalhoz való rögzítést az a konyhai gép oldja meg amelyhez a húsdaráló adaptert csatlakoztatjuk, tehát nem kell számolnunk ezzel. Másik lehetőség, hogy az adaptert közvetlenül rögzítjük a munkaasztalhoz, erre több megoldási mód létezik, de az alábbi négy megfogás a legelterjedtebb, ezek közül is az első a leginkább alkalmazott. - Csavaros rögzítés - Vákuumos rögzítés - Rugós rögzítés - Excenteres rögzítés Szabadalom kutatás Szabadalom tekintetében a teljes szerkezetre nincs szabadalom csak egyes részegységeire. Ilyen részegységei az egyes hajtást továbbító mechanizmusok. Továbbá szabadalom alatt áll még néhány kiegészítő elem, de ezek felhasználása nem feltétlenül szükséges, fölöslegesen bonyolítanák a szerkezetet. Szabadalom kutatás eredményeként megállapítható, hogy szabadalom vásárlás nélkül tervezhető, legyártható, majd a piacra bevezethető egy új húsdaráló adapter konstrukció. Piackutatás Manapság a konyhai berendezésekkel szemben támasztott számtalan elvárt követelmény közül a legfontosabbakat kiemelve vizsgáltam meg és hasonlítottam össze a piacon kapható hasonló termékeket. Napjainkban a főbb elvárások közé tartozik a tárolhatóság, a megjelenés, a kezelhetőség és nem utolsó sorban a termék ára. Követelményjegyzék A követelményjegyzék összeállításánál a fejlesztendő termékkel szemben támasztott főbb elvárásokat fogalmaztam meg, kijelöltem a részben közvetlenül, részben pedig közvetve a szóba jöhető megoldások körét.

18


Funkcióanalízis Ebben a fejezetben a piac és szabadalom kutatás alatt feltárt funkciók kerülnek bemutatásra. A bemutatásra kerülő funkciók tartalmazzák a szerkezet működése szempontjából elengedhetetlen és működéséhez nem feltétlenül szükséges kiegészítő elemeket. 1. táblázat A feltárt funkciók

Adagoló tálca/tölcsér: A darálandó hús adagolása itt történik. Daráló és adagoló cső: A gépbe adagolt húsnak a késekhez való szállításában játszik szerepet. Adagolócsiga: Az adagolt húsnak a késekhez való szállítását végzi el. Vágókés: A hús darálását végző alkatrész. Vágórostély: Lyukosztásával befolyásolható a darált hús finomsága. Rögzítőgyűrű: Feladata a vágórostély rögzítése a daráló és adagoló cső végén. Tengelykapcsoló: A robotgép tengelyék köti össze az adagoló csigával. Rögzítő elemek: Az adapter merev csatlakoztatását biztosítják a háztartási géphez. Tolórúd: Biztonsági szerepe van a hús adagolásánál. Záró elem: Biztonsági szerepe van, a húsdaráló nyílásainak gyors nyitásárazárására szolgál. Értékelemzés Az értékelemzés szempontjainak meghatározásánál a mérnöki szempontok összegyűjtésén túlmenően kikértem édesanyám, mint lehetséges felhasználó véleményét is. A felmerült szempontok, melyek alapján minősítésre kerül a termék: 2. táblázat Súlyozás

Értékelemző szempont Üzembehelyezhetőség Tárolhatóság Kezelhetőség

Súlyozott érték 13 21 15 19


Ár Időszükséglet Megbízhatóság Tisztíthatóság

21 7 9 14

Az értékelemzés hagyományos súlyozásos módszerrel történt, amelynek eredményeként kiválasztásra került a megvalósításra leginkább érdemes funkcióstruktúra.

5. ábra A megvalósításra kiválasztott funkcióstruktúra

Ez a megoldásvázlat tartalmazza a lehető legegyszerűbb konstrukciót, amely változat csak a legszükségesebb elemeket tartalmazza. Egyszerű szerkezet, nem igényel túl nagy odafigyelést a használata, ezt az ára is tükrözi. Konstrukció ismertető A következőkben a súlyozásos értékelemzéssel kiválasztott első megoldásváltozat részletezése, az adapter elemeinek kialakítása és egymáshoz való kapcsolódásának ismertetése történik, konstrukciós megfontolások alapján [3]. Az adapter csatlakoztatása és hajtása Az alapgépen kialakított munkatál helyen kerül rögzítésre a robotgép hajtóműháza alakzáró kötéssel, amihez az összeszerelt húsdaráló adapter csatlakoztatható.

20


6. ábra A konyhai alapgép

7. ábra A teljes összeállítás kinematikai vázlata

A húsdaráló adapter hajtását a konyhai alapgépben található motor és a hozzá csatlakoztatott kétlépcsős fogaskerék hajtómű végzi.

8. ábra A konyhai robotgép hajtóműháza

21


9. ábra A hajtóműház alulnézetből

Az adapter összeszerelése Az adapter háza egy öntvény, amely magába foglalja a húsdaráló minden további alkatrészét.

10. ábra Az adapter ház előlnézetből

Az adapter házának rögzítése a hajtóműházhoz alakzáró kötéssel történik és a ház alulról is megtámasztja.

11. ábra Az adapter ház hátulnézetből

Először a szállító csigát szereljük, amelynek hajtása a hátsó bordázott tengelyen keresztül történik.

22


12. ábra A szállító csiga

13. ábra A szállító csiga bordázott vége

Az adapter méreténél fogva enterprise vágórendszerű, ezért a csigán két alkatrész kerül elhelyezésre, elsőként a daráló késpár első eleme, egy forgó mozgást végző, négy vágóéllel rendelkező szerkezeti elem. A kés és a csiga kapcsolatát egy négylapú alakzáró kötés biztosítja. A kést úgy kell felhelyezni, hogy az éle a következő elemként felkerülő vágórostély felé nézzen.

14. ábra A forgó kés elől nézete

A húsdarálókban használt kések élgeometriájukat tekintve nem túl változatosak; nulla fokos homlokszöggel készülnek, ami lehetővé teszi a kés önélezését.

23


15. ábra A forgó kés hátul nézete

A késpár második eleme egy rosta alakú, több lyukkal ellátott tárcsa, melyben a vágó éleket a furatok pereme képviseli. Ez a forgó kés után kerül rá a csiga bal oldalára, a 10.5-ös ábrán látható kis hengeres részre és a tárcsa pereme a 10.3-as ábra szerinti adapter ház vágókamrájának külső szélén található síkra fekszik fel. A tárcsa darálás közbeni elfordulását egy az adapter házon kialakított fél-csap akadályozza meg.

16. ábra A vágó rosta hátul nézete

Végezetül az álló kést a házhoz metrikus menettel kapcsolódó gyűrűvel (anyával) rögzítjük.

17. ábra A rögzítőgyűrű hátul nézete

24


A felsorolt alkatrészek összeszerelése után a húsdaráló használatra kész.

18. ábra A teljes összeállítás

Irodalom jegyzék [1] [2]

[3]

Pájer Attila - Konyhatechnikai kisgépek és tisztító készülékek a háztartásban Kiadó: Nemzeti Szakképzési és Felnőttképzési Intézet, kiadás dátuma: 2008, azonosító: TÁMOP 2.2.1 08/1-2008-0002, oldal: 6-7. Pásztor Mária - Élelmiszerekkel érintkező műanyagok alkalmazásának szabályai Quattroplast Hungary műszaki műanyag gyártó vállalat kiadványa műanyagok felhasználására, alkalmazására vonatkozóan, http://www.quattroplast.hu/technologia oldal: 2-3. Gunter Heinz, Peter Hautzinger - Meat Processing Technology for Small – to Medium – Scale Producers Kiadó: FAO, kiadás éve: 2007, ISBN: 978-974-7946-99-4, URL: Utolsó letöltés: http://www.fao.org/docrep/010/ai407e/AI407E04.htm, 2015.10.11.


25


26


Oldalra tolható talajmaró tervezése Juhász István géptervező szakirányos hallgató (BSc) Németh Géza egyetemi adjunktus

1. Bevezetés Oldalra tolható talajmaró tervezése melyet egy kis teljesítményű (40-75 LE) szabványos hidraulikus és mechanikus csatlakozással rendelkező traktor vontat. Az emelés és süllyesztés hidraulikusan történik, a forgó mozgást mechanikusan, kardán tengelykapcsolón keresztül kapja a talajmaró.

pedig

4. Talajmaró jellegű elmunkálók:[1] A talajmarás mozgásviszonyai alapján dolgozóeszközöket talajmaró jellegű gépeknek nevezzük. Ezek a talajmarótól a kiskerti rotációs kapáig terjedhetnek. Egyes változataikat elsősorban nem a szántás elmunkálás, magágy készítés területén használják, de működési elvükben nem térnek el egymástól. A talajmaró jellegű gépek (1.ábra) sajátossága, hogy munkavégző eszközeik vízszintes forgó tengelyen helyezkednek el.

1.ábra Talajmaró

A szerszámok alakja határozza meg, hogy a gép elsősorban milyen munka elvégzésére alkalmas, mert ha derékszögben hajlított kapa van a tengelyre szerelve (2.ábra), a működési mélységnek megfelelő teljes keresztmetszet átmunkálására számíthatnak, így a sekély művelésű sarabolástól a nagyobb művelési mélységet igénylő szálas anyag – bedolgozásig előnyösen használható.

27


2. ábra Derékszögben hajlított kapa

Az ívelt kapával szerelt gép (3.ábra) nem teljes keresztmetszetet műveli át, ezért inkább a nagy mélységű művelésre, főként szálas anyag és zöldtrágya bemunkálására ajánlható.

3.ábra Ívelt kapa

Az egyes eszközökkel (4.ábra) – leginkább boronafogakra hasonlító szerszámokkal – szerelt gép kifejezetten a finom magágy készítésére alkalmas.

4.ábra Borona fog alakú kapa kialakítás

A talajmaró jellegű eszközökkel kapcsolatban felmerül a porosítás veszélye, azaz olyan értékű aprítás lesz a munkájuk eredménye, hogy a szemcseméret már a por kategóriájába tartozik. Természetesen ez a jelenség a rosszul megválasztott művelési paraméterek esetén következhet be, mert a vízszintes tengelyű, aktív talajművelő eszközök munkája akkor a legjobb, ha a gép haladási sebességénél a művelő szerszám legkülső pontjának kerületi sebessége ötször nagyobb, azaz vk/vh=5. Ha ez az arány ötnél jóval nagyobb, a gép rosszul műveli át a teljes keresztmetszetet, ha pedig lényegesen kisebb, a porosítás szintjéig aprítja fel a kivágott talajszeletet.

28


5. Koncepcionális tervezés Feladat ismertetése: Oldalra tolható talajmaró tervezése melyet egy kis teljesítményű (40-75LE) szabványos hidraulikus és mechanikus csatlakozással rendelkező traktor vontat. Az emelés és süllyesztés hidraulikusan történik, a forgó mozgást pedig mechanikusan, kardán tengelykapcsolón keresztül kapja a talajmaró. 5.1. Funkcionális részegységek A piackutatás során számos, a gép megfelelő működéséhez nélkülözhetetlen funkciót tártam fel, amelyek a következők: Vázszerkezet: A gép szerkezetét alkotó elemek. Célja a fő egységek rögzítése. A 3 pontos felfogatási hely kialakítva van rajta mellyel csatlakoztatható a szerkezet a traktorhoz. Hajtómű: A megfelelő hajtást segíti elő a traktor és a forgó tengely között. Munkahenger: A szerkezet ki-be mozgatására szolgál. Kötőelemek: A gép alkotó elemeinek megfelelő összekapcsolását szolgáló elemek. Kardántengely: A megfelelő hajtás átadására szolgál traktor-hajtómű és hajtóműforgó tengely között. Lánchajtás: Hajtómű - tengely között másik lehetséges hajtás megvalósítás. Csapágyház: A csapágyak megtámasztását szolgálja. Csapágy: A megfelelő méretezés alapján kiválasztott csapágy. Tengely megtámasztását szolgálja. Tengely: Hordozza a kapákat a tengelyen. Kialakítása pontos méretezést igényel. Kapák: Többféle lehet a kapák kialakítása. Nagyban befolyásolja a talaj művelését. Közvetlenül érintkezik a talajjal, így anyagminősége is meghatározó. Érzékelő: Érzékeli a talajmarás közben fellépő akadályokat. Akadály észlelésekor behúzza a szerkezetet a munkahenger segítségével. Váz oldalra tolását szolgáló funkció: Ez a funkció segít a talajmaró oldalra tolását de csak a mechanikus változatnál. Vázra egy lemez kerül felhelyezésre ami segítségével állítható a vázszerekezet.

29


5.2.

A legjobb megoldásváltozat

Hidraulikusan oldalra kitolható változat, érzékelővel ellátva: Ez a megoldás tartalmazza a legtöbb funkciót. Szerkezeti kialakítása magában foglalja a vázat, amelyre fel van fogatva az ívelt fogú kúpkerék hajtómű és egy munkahenger. Az kúpkerék hajtómű kardánnal van összekötve a traktor megfelelő pontjával. A felszerelt munkahenger a talajmaró ki-be mozgatását segíti elő. A traktor megfelelő hidraulikus egységével van összekötve. A hajtómű kardánnal kapcsolódik a bordás tengelyvéggel. Egy érzékelő van felszerelve, ami abban segít, hogy ne ütközzön fának vagy egyéb akadálynak a talajmaró. Előnyeihez tartozik hogy munkahenger elvégzi amit az előző változatban kézi erővel kellett. Ugyanakkor az érzékelő nagy előnye a szerkezetnek. A megoldás hátránya a funkciók sokasága. Nagyobb teljesítményű traktor szükséges.

5.ábra A legjobb megoldásváltozat

7. Mérnöki számítások: Adatok: Pt = 45 kW Pki = 30 kW 1 1 = 5,833 n = 350 min s ahol: • Pt: traktor teljesítménye • Pki: a talajmaróra fordított teljesítmény • n: talajmaró tengely fordulatszáma

30


A szögsebesség a fordulatszám alapján meghatározható:

ω = 2 × π × n = 2 × 3,14 × 5,833 = 36,63

1 s

Csavaró nyomaték számítása a tengelyen a teljesítmény és a szögsebesség ismeretében: P 30 × 10 3 M cs= = = 819 Nm 36,63 ω A tengelyen 9 gyűrű van kialakítva melyekre a kapákat erősítjük fel: z = 9 db Az egyes gyűrűre számított nyomaték (M1) a csavaró nyomaték (Mcs) alapján meghatározható: M 1=

M cs 819 Nm = = 91 Nm z 9

Ha ismerjük dolgozó rész teljes átmérőjét (kapákkal együtt): r = 0,2 m Az egyes gyűrűkre meghatározható azaz erő ami hat rájuk a talaj marásakor:

M 1 = r ⋅ Ft

⇒⇒⇒

Ft =

M 1 91 Nm = = 455 N r 0,2 m

Az igénybevételi ábra alapján felírhatjuk az „A” pontra a nyomatéki egyenletet:

6.ábra Igénybevételi ábra

31


∑MA = 0 M A = 0 = rAB ⋅ FB + (rAB + rBC ) ⋅ FC + (rAB + rBC + rCD ) ⋅ FD + (rAB + rBC + rCD + rDE ) ⋅ FE + + (rAB + rBC + rCD + rDE + rEG ) ⋅ FG + (rAB + rBC + rCD + rDE + rEG + rGH ) ⋅ FH + + (rAB + rBC + rCD + rDE + rEG + rGH + rHI ) ⋅ FI + (rAB + rBC + rCD + rDE + rEG + rGH + rHI + rIJ ) ⋅ FJ + + (rAB + rBC + rCD + rDE + rEG + rGH + rHI + rIJ + rJK ) ⋅ FK + + (rAB + rBC + rCD + rDE + rEG + rGH + rHI + rIJ + rJK + rKL ) ⋅ FL Mivel: • • • •

Ft = FC = FD = FE = FG = FH = FI = FJ = FK = FL = 455 N rAB = 0,15 m rBC = 0,06 m rCD = rDE = rEG = rGH = rHI = rIJ = rJK = rKL = 0,112 m

Behelyettesítve a nyomatéki egyenletbe:

M A = 0 = −0,15 ⋅ FB + (0,15 + 0,06) ⋅ FC + (0,15 + 0,06 + 0,112) ⋅ FD + (0,15 + 0,06 + 0,224) ⋅ FE + + (0,15 + 0,06 + 0,336) ⋅ FG + (0,15 + 0,06 + 0,448) ⋅ FH + (0,15 + 0,06 + 0,560) ⋅ FI + + (0,15 + 0,06 + 0,672) ⋅ FJ + (0,15 + 0,06 + 0,784) ⋅ FK + (0,15 + 0,06 + 0,896) ⋅ FL Ebből kifejezhető az FB támasztóerő:

0 = −0,15 ⋅ FB + 0,21 ⋅ FC + 0,322 ⋅ FD + 0,434 ⋅ FE + 0,546 ⋅ FG + 0,658 ⋅ FH + 0,77 ⋅ FI + + 0,882 ⋅ FJ + 0,994 ⋅ FK + 1,106 ⋅ FL 0 = −0,15 ⋅ FB + 2694,51 0,15 ⋅ FB = 2694,51

FB = 17963,4 N

A „B” pontban a támasztóerő: FB = 17963,4 N Ebből egy egyensúlyi egyenlettel megkapjuk az „A” pontban a támasztóerőt:

∑ Fxi = 0 = FA − FB + (9 ⋅ Ft ) FA = FB − (9 ⋅ Ft ) = 17963,4 N − (9 ⋅ 455 N) = 17963,4 N − 4095 N = 13868,4 N Az „A” pontban a támasztóerő: FA = 13868,4 N

32


7.1. Tengely méretezése Választott anyag: C45 Anyag jellemzői: • Folyáshatár: ReH = 490 N/mm2 • Szakítószilárdság: Rm = 700 N/mm2 • Sűrűség: ρ = 7,85 kg/dm3

σ meg =

ReH S

• •

σ meg

σ meg : megengedhető feszültség értéke S: biztonsági tényező (S = 3)

R = eH = S

490

N mm 2 = 163,33 N 3 mm 2

A kapott megengedhető feszültséggel számolhatjuk a kapákkal felszerelt tengelyrész minimális átmérőjét: d min C = 3

d min C =

3

3 ⋅ 16 ⋅ M cs π ⋅ σ meg

3 ⋅ 16 ⋅ 819000 Nmm 3 = 44255,668 = 35,37 mm N 3,14 ⋅ 163,33 mm 2

Tehát az „C-L” pontok között minimális tengely átmérő: dmin = 35,37 mm „B” pontban a tengelyátmérő: „B” pont a veszélyes keresztmetszet. Tehát a csavaró és a hajlító nyomaték miatt összetett igénybevétel lép fel. Hajlító nyomaték a „B” pontban:

M hjB = rAB ⋅ FA Ahol: • rAB: az „A” és „B” pont közti távolság rAB = 0.15 m • FA:az „A” pontban a támasztóerő FA = 13886,4 N 33


M hjB = rAB ⋅ FA = 0,15 m ⋅ 13886,4 N = 2080,26 Nm „B” pontban a minimálisan megengedhető tengelyátmérő:

32 ⋅ M hjB + 2

d b min = ahol: • • • • •

3

π ⋅ σ meg

3 2 M cs 4

MhjB:a„B” pontban a hajlító nyomaték maximális értéke MhjB = 2080,26 N Mcs: a tengelyre ható csavaró nyomaték Mcs = 819 Nm σ meg: a megengedhető feszültség σ meg = 163,33 N/mm2 32 ⋅ M hjB + 2

d b min =

d b min =

3

π ⋅ σ meg

3

d b min = 3

3 2 M cs 4

3 (819 ⋅ 10 3 ) 2 4 3,14 ⋅ 163 ,33

32 ⋅ ( 2080 , 26 ⋅ 10 3 ) 2 +

32 ⋅ 4,83055 ⋅ 1012 512 ,8562

d b min = 3 137136 , 4073 = 51,57 mm

Tehát a „B” pontban a minimális tengelyátmérő: dbmin = 51,57 mm Összegezve: A „C” és „L” pontok közötti tengelyátmérő: dC = 60 mm „B” pontban a tengelyátmérő / „B” pontbeli csapágy belső átmérő: dB = 55 mm Megfelel a kritériumnak: dBmin < dB azaz 51,57 mm < 55 mm „A” pontban a tengelyátmérő / „A” pontbeli csapágy belső átmérő: dA=45mm.

34


7.2. Csapágyak méretezése: A csapágyakat meghatározott a dinamikus alapterhelés alapján ellenőrzöm. Mind axiális mind a radiális erőket figyelembe véve. A) „B” pontbeli csapágy méretezése Tengely fordulatszáma: n = 350 1/min Tengely átmérője: d = 55 mm Csapágy radiális terhelése: FradB = 17963,4 N Csapágy axiális terhelése: FaxB = 3592,68 N Tervezett élettartam: L10 = 15000 h Gördülő csapágy élettartam –egyenlet kitevője: p = 10/3

• • • • • • • ahol: •

Megnevezés: Beálló görgőscsapágy Típusjel: 21311 E Belső átmérő: d = 55 mm Külső átmérő: D = 100 mm Szélesség: B = 25 mm Dinamikus alapterhelés: C = 156 kN Statikus alapterhelés: Co = 166 kN E: Kétablakos acélkosár, perem nélküli belső gyűrű és a belső gyűrűre központosított vezetőgyűrű.

Egyenértékű dinamikus csapágyterhelés számítás: P = Fr + Y1 Fa ha Fa/Fr ≤ e P = 0,67 Fr + Y2 Fa ha Fa/Fr > e Az összefüggésekben:

• • • • •

Y1 a terhelés tényezője, Y2 a terhelés tényezője, Fr a csapágy radiális terhelése, N; Fa a csapágy axiális terhelése, N; e a terhelési viszonyszám tényezője.

Először az axiális és a radiális erők hányadosát vesszük ami alapján az egyenértékű dinamikus csapágyterhelés meghatározható: FaxB 3592,68 N = = 0,2 FradB 17963,4 N

35


21311 E csapágy „e” tényezője: e = 0,24 Mivel az erők hányada kisebb mint az „e” tényező ezért az egyenértékű dinamikus csapágyterhelés:

P = FradB + Y1 ⋅ FaxB

ahol: Y1 = 2,8

P = FradB + Y1 ⋅ FaxB = 17963,4 + 2,8 ⋅ 3592,68 = 28022,904 N Élettartam egyenletből kiszámoljuk a millió körülfordulások számát:

• • • •

L10 : a gördülőcsapágy élettartama millió körülfordulásban P : csapágyra ható egyenértékű dinamikus terhelés C : a csapágy dinamikus alapterhelése p: élettartam egyenlet kitevője p

⎛ 156000 N ⎞ ⎛C ⎞ L10 = ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ ⎝P⎠ ⎝ 28022,904 N ⎠

10 / 3

= 305,57 millió körülfordulás

Csapágy élettartama üzemórákban: L10 ⋅ 10 6 60 ⋅ n ⋅ Lh L10 = ⇒⇒⇒⇒ = L h 60 ⋅ n 10 6 ahol: • Lh : üzemórák száma • n : percenkénti fordulatszám • L10 : millió körülfordulások száma

Lh =

L10 ⋅ 10 6 305,57 ⋅ 10 6 = 14550,95 h = 60 ⋅ n 60 ⋅ 350

Tehát a választott csapágy élettartama 14550 óra.

7. ábra Beálló hordógörgős csapágy

36


B) Hajtás oldali csapágy méretezése Tengely fordulatszáma: n = 350 1/min Tengely átmérője: d = 45 mm Csapágy radiális terhelése: FradA = 13868,4 N Csapágy axiális terhelése: FaxA = 2773,68 N Tervezett élettartam: L10 = 15000 h Gördülő csapágy élettartam –egyenlet kitevője: p = 10/3 • Megnevezés: Beálló görgőscsapágy • Típusjel: 21309 E • Belső átmérő: d = 45 mm • Külső átmérő: D = 100 mm • Szélesség: B = 25 mm • Dinamikus alapterhelés: C = 125 kN • Statikus alapterhelés: Co = 127 kN Először az axiális és a radiális erők hányadosát vesszük ami alapján az egyenértékű dinamikus csapágyterhelés meghatározható: FaxA 2773,68 N = = 0,2 FradA 13868,4 N

21309 E csapágy „e” tényező katalógusból vett értéke: e = 0,24 Mivel az erők hányada kisebb mint az „e” tényező ezért az egyenértékű dinamikus csapágyterhelés:

P = FradB + Y1 ⋅ FaxB

ahol: Y1 = 2,8

P = FradA + Y1 ⋅ FaxA = 13868,4 + 2,8 ⋅ 2773,68 = 21634,704 N Élettartam egyenletből kiszámoljuk a millió körülfordulások számát: p

⎛ 125000 N ⎞ ⎛C ⎞ L10 = ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ ⎝P⎠ ⎝ 21634,704 N ⎠

10 / 3

= 345,89 millió körülfordulás

Csapágy élettartama üzemórákban:

60 ⋅ n ⋅ Lh L10 = 10 6

L10 ⋅ 10 6 ⇒⇒⇒⇒ L h = 60 ⋅ n

L10 ⋅ 10 6 345,89 ⋅ 10 6 = = 16470,95 h Lh = 60 ⋅ n 60 ⋅ 350 37


Tehát a választott csapágy élettartama 16470,95 óra. 7.3. Mérnöki számításokkal kialakított tengely:

8. ábra Talajmaró tengelye

Irodalomjegyzék

[1] Láng Zoltán: A talajművelés gépei, Mezőgazda Kiadó http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/zoldseg-disznoveny/ch02s02.html [2] Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. [3] Valasek I., Tribológia, Tribotechnik Kft., Budapest, 2003. (3. kötetből: Németh Géza: Tömítések (p112-121), Súrlódó hajtások (p138-143)) ISBN 963 00 8690 5 [4] Péter József: Géptervezés alapjai. Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc Egyetemváros, 2008. 402 old. ISBN 978-963-661-837-7. [5] Herczeg István: Szerkesztési atlasz, Műszaki Könyvkiadó, Budapest [6] Dr. Drobni József: Gépelem III.,Nemzeti Tankönyvkiadó, 1996, Budapest [7] Dr. Zsáry Árpád: Gépelemek II., Budapest, 1990, Nemzeti Tankönykiadó Rt.


38


Lineáris, mechanikus mozgásgeneráló mechanizmus fejlesztése egészségügyi környezetbe Kiss Norbert Géptervező szakirány Egészségügy egy olyan különleges terület ahol speciális célú eszközök, gépek, készülékek támogatják az ott folyó gyógyító munkát. Ezeknek a rendszerelemeknek különleges feladatokat, szigorúan előírt feltételek mellett kell teljesíteni. Egy műtő, kezelőszoba, egy betegszoba más-más feltételeket és funkciójú rendszereket követel, sokszor egészen speciális feltételek mellett. Ezek a rendszerelemek lehetnek pl: műtőágyak, kezelőszékek vagy fekvőbútorok. Cikkemben a kezelőszékek mozgatására szolgáló mechanizmus megoldási koncepciójának keresésével foglalkozom. Egy ilyen mechanizmus alkalmazásának a sok feltétel mellett higiéniai és biztonsági előírásokat is teljesítenie kell. Ezért fontos egy jól áttekinthető feladat megfogalmazása, összeállítása és a lehetséges megoldások ismertetése. A fejlesztendő termékkel szemben támasztott főbb követelmények Elérhető emelési tömeg A termék sikeressége érdekében célszerű megfogalmazni alapvető elvárásokat, leírni az elérendő célt, jelen esetben a jó emelési tömeg. A jó emelő Az emelő milyenségét alapvetően meghatározó legfontosabbakat kiemelve a jó emelő: Üzembiztosan üzembe helyezhető Könnyen kezelhető Masszív Jól mutasson, illeszkedjen a környezetéhez Kívánt tömeg biztonságos emelése

tulajdonságok

közül

a

Higiéniai követelmények Az emelő tisztán tartása fontos feladat, erre különös gondot kell fordítani konyhai eszközöknél, ezért higiéniai követelményeket állítunk fel: A gép legyen könnyen tisztítható. Nem rozsdásodó anyagokból készüljön. Kialakításában ne legyenek olyan rejtett zugok, amiket nem lehet megfelelően tisztítani.

39


Sima felületekkel rendelkezzen, hogy a szennyeződések kevésbé tapadjanak meg. Terjedelmi és emelés magassági követelmények Általában problémát jelent az egészségügyben a beteg emelő eszközök kis mérete, ezért fontos figyelmet kell szentelni a terjedelmi követelményekre: Méretei és kialakítása tegye lehetővé, hogy kis helyen is alkalmazható legyen. Minimalizált méretekkel rendelkezzen a gép, de ez ne menjen a kezelhetőség és az teljesítmény rovására Ne okozzon szerkezeti károsodást a szükséges emelési magasság fölötti érték biztosítása is. Rögzítés Az emelés sikeres munkavégzéshez mindenképpen rögzíteni kell a berendezést, ennek lehetőségeit meg kell vizsgálni. Lényeges, hogy stabil rögzítést biztosítson mind az emelendő gép csatlakozási pontjánál, mind a munkaasztalhoz való rögzítésnél. Csavaros rögzítés A csavarkötés két, sík lapjával csatlakozó gépelem összefogására szolgáló oldható kötés. A csavarból, csavaranyából és alátétből esetleg csavarbiztosításból áll. A kötést csavarmenet biztosítja, az alkatrészek elfordulását és a kötés oldódását vagy a felületeken fellépő súrlódás vagy elfordulás elleni mechanikus biztosítás akadályozza meg. Szabadalom kutatás Szabadalom szempontjából a szerkezetemre és részegységeire nem létezik szabadalom. Továbbiakban meglévő szabadalmakat vizsgálok meg. Piackutatás Manapság a emelőkkel szemben támasztott számtalan követelmény közül a legfontosabbakat kiemelve vizsgáltam meg és hasonlítottam össze a piacon kapható hasonló termékeket. Szempontok a teherbírás, saját tömeg, emelési magasság, termék ára. A kapott eredményeket egy táblázat formájában foglaltam össze. Továbbiakban a konstrukcióm kialakulásához vezetett elemeket mutatom be, melyek az ötletszerzés fontos fázisai voltak. Követelményjegyzék A követelményjegyzék összeállításánál a fejlesztendő termékkel szemben támasztott főbb elvárásokat fogalmaztam meg, kijelöltem a részben közvetlenül, részben pedig közvetve a szóba jöhető megoldások körét.

40


Funkcióanalízis Ebben a fejezetben általam tervezett konstrukció kerül feltárásra. A bemutatásra kerülő funkciók tartalmazzák a szerkezet működése szempontjából elengedhetetlen és működéséhez nem feltétlenül szükséges elemeket. 1. táblázat A feltárt funkciók

Tányér: Emeli a kapcsolt golyósort az orsó behajtáson keresztül. Teleszkóp: Gerinc merevségét biztosítja emeléskor. Villanymotor (DC): Villamos energiát biztosítja a szerkezet számára. Kapcsolt golyósor (gerinc): Közvetlen emelésért felelős elemek. Áttétel: Fordulat, nyomaték átalakítása a szerkezet igényének megfelelően. Orsó: Tányér emeléséért felelős. Anya: Közvetett emelésért felelős, gerinc megvezetése. Lánc: Emelési feladatot látja el. Tároló kazetta: Közvetlen emelésért felelős elemek tárolása házon belül. Hajtókerék: Gerinc, lánc mozgatásáért felelős Ház: Mechanizmus merevségét, szilárdságát biztosítja. Teleszkóp (külső): Biztosítja a szerkezet merevségét az oldalirányú terhelés ellen. Továbbá behatásoktól való védelem.

Értékelemzés Az értékelemzést a várható igények (célcsoport=egészségügy, piac) szerint állítottam össze. Az értékelemzés hagyományos súlyozásos módszerrel történt, amelynek eredményeként kiválasztásra került a megvalósításra leginkább érdemes funkcióstruktúra.

41


2. táblázat Súlyozás

Értékelemző szempont

Súlyozás

Elérhető emelési tömeg

18

Ergonómia

17

Tárolhatóság

17

Költség

14

Kezelhetőség

16

Üzembiztonság

18

1. ábra A megvalósításra kiválasztott funkcióstruktúra

A konstrukció a ház köré van építve. Ház biztosítja a szerkezet rendszerbe foglalását, továbbá biztosítja a szerkezet szilárdságát is. Szerkezet tartalmazz külső teleszkópot is, mely biztosítja a konstrukció szilárdságát az oldalirányú terhelés ellen. Továbbá egyéb behatásoktól való védelem. Konstrukciós tervezés A konstrukciós tervezésben a súlyozásos értékelemzésnél kiválasztott megoldás változat kerül konstrukciós kialakításra. Konstrukció ismertető Energia bevezető: orsó tányér Energiatovábbító: gerinc 42


Energia biztosító: anya, betét teleszkóp külső ház Az orsó hajtását fogaskerékkel egy oldható kötőelemmel, retesszel biztosítjuk. Orsó forgása biztosítja a vele kapcsolatban lévő tányér munkavégző energia létrejöttét. Orsó és tányér a munkavégző energiát bevezető elempár.

2. ábra Orsó, tányér

Gerinc a létrejövő energia eljuttatásáért felelős elem. Emelőtányéron bevezetett energiát szabadságfokok helyes lekötésével emelést végző elem.

3. ábra Gerinc

43


Anya, betét az energiát biztosító elem Orsó által bevezetett energiát az energiatovábbító (gerinc) helyes megvezetésével biztosítja az energia elvezetését a második energiabiztosítóhoz, a teleszkóphoz.

4. ábra Anya, betét

Teleszkóp (3 lépcsős) biztosítja a gerinc munkavégzését, szerkezet merevségét az oldalirányú terhelés ellen. Továbbá behatásoktól való védelem.

5. ábra Teleszkóp

44


Emelő munkavégzés előtt

6. ábra Emelő emelés előtt

Emelő munkavégzés közben

7. ábra Emelő emelés közben

Cikkemben bemutattam egy egészségügyben használatos készülékhez alkalmazható emelőmechanizmus megoldáskeresését, mely azon túlmenően, hogy speciális körülmények között kerül alkalmazásra. A megoldás a menetes kapcsolatra jellemző 45


relatív mozgásokra épül, de közvetítő elemet használ a mozgás leképezéséhez. A közvetítőelem egy kényszer kapcsolatban álló kapcsolt golyósor. Irodalomjegyzék [1]

[2]

[3]

[4]

[5] [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-P2004-06-0012). Miskolc, 2006. Kamondi, L.: A környezettudatos tervezés kérdései. In: OGÉT 2012 XX. Nemzetközi Gépész Találkozó. Kolozsvár, Románia, 2012.04.19-2012.04.22. Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság, pp. 214- 217. (ISSN 2068-1267). Bihari Zoltán –SzenteJózsef: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet.Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése”CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006.p. 193. Péter J., Dömötör Cs.: Ipari design a fejlesztésben, Miskolc-Egyetemváros, 2011., elektronikus jegyzet, http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/ 0001_1A_G3_07_ebook_ipari_design_a_fejlesztesben/ G3_07_ipari_design_a_fejlesztesben_1_1.html Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p. Péter József: Géptervezés alapjai. Miskolci Egyetemi Kiadó, MiskolcEgyetemváros, 2008. 402 old. ISBN 978-963-661-837-7.


46


Robotmegfogó tervezése

Kovács Károly, Dr. Péter József Géptervező szakos egyetemi hallgató Bevezetés Munkám témája egy robot megfogószerkezet általános bemutatása és tervezése. Ilyen megfogókat az ipar számos területén alkalmaznak, mivel hatékonyságuk és pontosságuk kiemelkedő. A robotokkal történő anyagmozgatás és megmunkálás egyre nagyobb teret hódít, a különböző típusú anyagok és szerszámok megfogásához más-más fajta megfogószerkezetek alkalmaznak. Célom egy adott hengeres test megfogására alkalmas robotmegfogó tervezése. A téma kidolgozása során áttekintettem a robotok felépítését, működését és különböző típusait, bemutattam a megfogó szerkezeteket és részleteztem az ujjas típusú megfogókat. Az alakzáró és erőzáró megfogások valamint a megfogási biztonság értelmezése is szükségesnek bizonyult a későbbi tervezés során. A témához kapcsolódóan néhány példát is bemutattam a természetben található megfogásokra. Felépítettem a lehetséges megoldásvázlatokat melyek közül értékeléssel kiválasztottam a leginkább megfelelőt. A kiválasztott megoldásvázlat alapján számításokat végeztem a főbb elemek kidolgozásához, ellenőrzéséhez. Végül elkészítem a szerkezet 3D modelljét és az alkatrészrajzokat. A robotok kialakulásának áttekintése A történelem során az emberek gyakran próbáltak olyan szerkezetek alkotni, melyek hasonlítanak az emberre, vagy legalábbis emberi tevékenységeket képesek utánozni. Több híres ilyen szerkezet is volt, például 1700-ban Jacques d. Vaucanson épített egy mechanikus zenélő babát, majd 1738-ban egy szárnyát mozgató, hápogó kacsát. Pierre Jaquet-Droz 1772-ben az „író” nevű automatával vált híressé. Kempelen Farkas egy sakk automatát alkotott, amelyben a bábuk mozgatását egy bonyolult mechanikával oldotta meg, a gép ember által vezérelt volt, a szerkezet leírását 1791-ben tette közzé. A gépek fejlődése nem állt meg, próbálták a gépeket egyre több ember által végzett manuális tevékenység helyettesítésére használni. Egyik nagy előnye a gépeknek, hogy képesek folyamatosan dolgozni ugyanolyan teljesítménnyel, így gazdasági szempontból is érdemes volt további fejlesztések folytatni. Az informatika és a digitális számítógépek megjelenésével újabb lehetőség nyílt meg a gépek fejlődése felé. Innentől kezdve jelentek meg az első robotnak nevezett, automata gépek. A robot fogalmi meghatározása A cseh „robota” szóból származik a robot kifejezés, aminek a jelentése: munka. A Német Mérnökök Egyesülete (VDI), 1981-ben meghatározta az ipari robotok 47


alapfogalmát, melyet a VDI 2860 irányelvben is leírt, amely kimondja, hogy: „Az ipari robot univerzálisan állítható többtengelyű mozgó automata, amelynek mozgásegymásutánisága (utak és szögek) szabadon – mechanikus beavatkozás nélkül – programozható és adott esetben szenzorral vezetett, megfogóval, szerszámmal vagy más gyártó eszközzel felszerelhető, anyagkezelési és technológiai feladatra felhasználható.” 1 A robotok főbb egységei: - Robot mechanika - Hajtó egység - Robot megfogó szerkezet - Szenzorikai elemek - Irányító rendszer a szoftverekkel Ipari robotok A fentebb leírtak szerint az ipari robotokat mechanikus beavatkozás nélkül is át lehet programozni. A programok módosítása többféle módon történhet, ezek alapján az ipari robotokat a következők szerint csoportosíthatjuk: Önálló programbefolyásolás nélküli Programszelekcióval rendelkező Programadaptációval rendelkező Az ipari robotok koordinátarendszerei A robotok fejlesztése során az emberi kar mintájára próbáltak felépíteni egy mechanikus berendezést, amely tagokból (szerkezeti elemekből), és az ezeket összekapcsoló kényszerekből áll. Ezek a kényszerek általában forgó és egyenes mozgást tesznek lehetővé. „A robotok ú.n. pozíciómozgása általában három tag egymáshoz viszonyított helyzetével leírható. A robotmechanika három tagja kétfajta kényszer segítségével kinematikailag 23=8 egymástól független változatban kapcsolható egymáshoz és egy rögzített állványhoz.” 2 A legtöbb esetben a forgó mozgást R, és az egyenes vonalú mozgást T betűvel szokták jelölni. A 8 féle kombináció közül a legelterjedtebbek az alábbiak: TTT, RTT, RRT, RRR, TRR A kényszerek kapcsolatai meghatározzák a gyakorlatban használt koordináta rendszereket, amely alapján a következő robotosztályok különböztethetőek meg: - Derékszögű koordináta rendszerű TTT - Henger koordináta rendszerű RTT - Gömbi koordináta rendszerű RRT - Csuklós rendszerű RRR a, függőleges síkú csuklókaros b, vízszintes síkú csuklókaros 1

[2] 19. oldal

2

[2] 27. oldal

48


Az ipari robotok hajtásai A hajtás fő jellemzői: - Löket, elfordulási tartomány - Sebesség, szögsebesség - Erő, forgatónyomaték (névleges ill. indítóérték) - Dinamikai sajátosságok Az alkalmazott segédenergia szerinti különböző hajtások: - Pneumatikus - Hidraulikus - Villamos Ujjas megfogószerkezetek Ezt a típusú megfogószerkezetet áll legközelebb az emberi kézhez. Általános felépítése a 6. ábrán látható. Fő részei a váz, az energia átalakító (működtető-) elem, a szorítómechanizmus és az ujjak. A megfogószerkezet váza a működő részek hordozója. A robotkar (csukló) végéhez csatlakozik. A cserélhetőség érdekében a kar és a megfogószerkezet közötti illesztőfelület típuscsaládonként rendszerint egyesített. Rögzítésére – az automatikusan cserélhető megfogószerkezetektől eltekintve többnyire csavarkötést alkalmaznak. Az energiaátalakító feladata a munkadarab megfogásához/elengedéséhez szükséges elmozdulás és a megfelelő szorítóerő létesítése. Erre a célra legjobban beváltak a pneumatikus munkahengerek. A szorítómechanizmus kapcsolja össze az energiaátalakítót az ujjakkal. A leggyakrabban csuklós mechanizmus, de előfordulnak kulisszás-emelőkaros, ékes-emelőkaros és fogasléces-emelőkaros megoldások is. Fontos jellemzője az elmozdulás- és erőáttátel. Az ujjak a hozzájuk tartozó megfogópofákkal együtt a munkadarab kezelésének eszközei. Lehetnek merevek és rugalmasak. A megfogópofák egyaránt elhelyezkedhetnek az ujjak egymás felés eső, azaz belső, valamint külső oldalán, rögzítésük lehet merev és csuklós (önbeálló). Az ujjak száma szerint megkülönböztetünk két- és többujjas megfogószerkezetet. 1. táblázat Példák megfogószerkezetekre

kétujjas megfogószerkezet

fogasléc emelőkaros megfogó szerkezet

kulisszás emelőkaros mechanizmus

49


Erőzáró megfogás Erőzáró megfogásról akkor beszélünk, ha a megfogandó tárgy súlyerő vektora merőleges a megfogóujjak szorító erejét létrehozó ujjmozgás síkjára. Az erőzáró megfogás elve a 1. ábrán látható.

1. ábra Erőzáró megfogás

Alakzáró megfogás Alakzáró megfogás esetén a megfogandó tárgy súlyerejéből adódó terhelést a megfogóujjak egyenlítik ki, mintegy körbefogva a tárgyat. Kétujjú megfogó esetén a megfogandó tárgy súlyerő vektora a megfogóujjak megfogóerejét létrehozó mozgás síkjában helyezkedik el. A megfogás elvét a 2-es ábra mutatja.

2. ábra Erőzáró megfogás

Megfogási biztonság A megfogószerkezet tervezésekor fontos követelmény a biztos fogás. A munkadarab megfogásához szükséges erő függ a munkadarabtól, a megfogás módjától, valamint a munkadarabot tartó robot mozgási állapotától. A statikus egyensúlyi állapot megváltozása megváltoztatja a megfogószerkezet megfogási biztonságát.

50


Koncepcionális tervezés

A megfogószerkezet típusának kiválasztása A tervezendő megfogószerkezetnek alkalmasnak kell lennie hengeres, illetve lemez alakú tárgyak megfogására. Az ipari felhasználás során leggyakrabban mechanikus szerkezeteket alkalmaznak, így ezekből a 3 fő típust fogjuk áttekinteni.3 2. táblázat Megfogótípusok összehasonlítása

Olló és fogó típusúak Előnyök

kisebb méret

Hátrányok

egyszerűbb konstrukció

a megfogási középpont vándorol

nagy mozgástarto mány

a szorítóerő nem állandó

Párhuzamus pofamozgatású (satupofás) típusú Előnyök állandó szorítóerő a megfogási középpont nem vándorol nagy mozgási és megfogási tartomány

Háromujjas típusú

Hátrányok

Előnyök

Hátrányok

bonyolultabb konstrukció

pontos pozícionálás és központosítás

bonyolultabb konstrukció

tárgy hozzáférhető sége kisebb nagyobb méret

nagyobb megfogási tartomány

tárgy hozzáférhető sége kisebb nagyobb méret

Az egyes típusok előnyeinek és hátrányainak a figyelembevételével célszerűnek tartom a párhuzamos pofamozgatású megfogótípust alkalmazni a feladat kidolgozása során. Ahhoz, hogy a megfogópofák szorítóereje könnyen változtatható és pozíciójuk pontosan beállítható legyen, ezért a megoldásváltozatokban villamos motor fogja biztosítani a pofák mozgatását.

51


A lehetséges megoldásváltozatok Az 1. megoldásváltozat: A pofák mozgatása orsó - anya kapcsolaton keresztül valósul meg. Az orsót egy fogaskerék áttételen keresztül kapcsoljuk a villanymotorhoz.

3. ábra 1. megoldásváltozat

A 2. megoldásváltozat: A pofák mozgatása fogaskerék - fogasléc kapcsolattal történik. A fogaslécek mozgását a közöttük lévő közös fogaskerék biztosítja. A villanymotor egy hajtóművön keresztül kapcsolódik fogaskerékhez.


A 3. Megoldásváltozat: A pofák mozgatása fogaskerék - fogasléc kapcsolattal történik. A fogasléceket két külön fogaskerék hajtja meg, melyek össze vannak kapcsolva. A villanymotor egy fogaskerék áttételen keresztül kapcsolódik az egyik hajtó fogaskerékhez.


52


Értékelemzés Az értékelemzés szempontjai - Összetettség: hány elem alkotja, mennyire bonyolult az egyes elemek kapcsolódásaÁr: a beépülő elemek alapanyag, megmunkálási és beszerelési költségéből számítható - Szerelhetőség: a megfogópofák cserélhetősége, illetve az egyes alkatrészek cseréje mennyire bonyolultan oldható meg - Méret: a különböző méretű és alakú munkadarabok hozzáféréséhez és mozgatásához szükséges helyigényt befolyásolja - Karbantartási igény: milyen gyakran szükséges az egyes elemek kenése, cseréje

Az értékelemzési szempontok rangsorolása Értékelő szempont Szerelhetőség Méret Karbantartási igény Ár Összetettség Összpontszám

Pontszám 0,4 0,25 0,2 0,1 0,05 1

Az értékelemezés Az értékelemzést klasszikus súlyozásos módszerrel történik. A megoldásváltozatokat a feltüntetett szempontok szerint osztályozzuk 1 és 5 között. 3. táblázat Értékelemzés

Értékelő szempont

Súly

V1

S*V1

V2

S*V2

V3

S*V3

Szerelhetőség Méret Karbantartási Ár Összetettség Összpontszám

0,4 0,25 0,2 0,1 0,05 1

2 3 3 4 4

0,8 0,75 0,6 0,4 0,2 2,75

5 5 4 3 3

2 1,25 0,8 0,3 0,15 4,5

4 3 3 4 3

1,6 0,75 0,6 0,4 0,15 3,5

53


Az összpontszámok alapján 2-es számú megoldásváltozatot érdemes választani, így a továbbiak folyamán ez a változat kerül kidolgozásra. A biztonságos megfogás erőszükséglete A súrlódási tényezőt a biztonságos megfogás érdekében alacsony számra választom. Acél-acél anyagpárosítás esetén a súrlódási tényező 0,16-0,21 között szokott lenni, így a számításaim során µ=0,16 értéket fogom használni. Erőzáró megfogáshoz szükséges szorítóerő abban az esetben, amikor a súlyerő és a gyorsulásból származó erő egy irányban hat:

Alakzáró megfogáshoz szükséges szorítóerő abban az esetben, amikor a súlyerő és a gyorsulásból származó erő egy irányban hat, valamint a kisebb szorítóerőt igénylő szorítópofa szorítóereje a megfogott darab súlyerejével egyenlő:

Az erőzáró és alakzáró megfogáshoz szükséges erőket összegezve megkapjuk a biztonságos megfogáshoz szükséges szorítóerőt, amely a következő:

A megfogópofákkal történő biztonságos megfogáshoz, egy megfogópofán 170 N szorítóerőt kell biztosítani. A fogaskerék-fogaslécpár méretezése A megfogópofák mozgatása 2 db fogasléccel és egy fogaskerékkel történik, ahogy az a következő ábrán is látható:

6. ábra A fogaskerék és a 2 fogasléc kapcsolódásának vázlata

54


A fogaskerék és a fogaslécek elemi fogazattal készülnek. A minimális modul meghatározásához a fogaskerék gördülőkörének méretét d=20mm-re, kapcsolódó fogszélességet pedig b=10mm-re választom. A fogaskerék és fogasléc anyagához E190 acélt választok. A gördülőkör átmérőjének ismeretében a szorítóerő létrehozásához szükséges nyomatékot tudom számolni a fogaskeréken:

A minimális modul meghatározása:

Lökés és dinamikus tényező szorzata: Fogalak tényező: Biztonsági tényező: Megengedett feszültség:

Cs x Cd=2,5 Y=2,5 n=1,5 σmeg=190/1,5=126,67 MPa

Kapcsolószög:

α=20

A választott modul m=1, a fogaskerék fogszáma z=d/m=20/1=20. A motor kiválasztása A fogaskeréken az M1 nyomaték kétszeresét kell biztosítani, mivel a 2 fogaslécnek, vagyis 2 szorítópofának egyszerre kell szorítóerőt kifejtenie. A fogaskerék behajtó tengelyén tehát M=M1x2=1700 Nmm x 2 = 3400 Nmm nyomaték szükséges. A kiválasztandó motornak célszerű állandó mágneses, egyenáramú villanymotornak lennie. Az ilyen DC motorok nyomaték-fordulatszám karakterisztikája kedvező a megfogószerkezethez. A megfogás létrejöttekor a megfogópofák megállnak, és a motor nem képes tovább forogni. Ebben a helyzetben adja le a motor a legnagyobb nyomatékát. Az állóhelyzeti nyomaték alapján választom ki a megfelelő DC motort. A hozzá kapcsolt hajtóművet a motor függvényében választom ki. A kiválasztott motor: FAULHABER 3257-012 CR melynek főbb adatai: 55


-

Állóhelyzeti nyomaték: Névleges teljesítmény: Névleges feszültség: Maximális fordulatszám: Kihajtó tengely mérete:

531 Nmm 79,2 W 12 V 5700 1/min 5 mm

Ahhoz, hogy a szükséges 3400 Nm nyomaték megjelenjen a hajtómű kihajtó tengelyén, az áttételnek legalább 3400/531=6,403-nak kell lennie. Ilyen áttételnél és méretnél célszerűnek tartom egy kisméretű, bolygóműves hajtómű beépítését.

A fogaskerék-bolygómű tervezése A bolygóhajtóműnek több típusa van, a tervezéshez a KB típust választom, ez a leggyakrabban használt alaptípus. A következő szerkezeti elemekből áll:

-

Napkerék (1) Bolygókerék (2) Gyűrűkerék (3)

7. ábra Normál bolygómű vázlata

A bolygókerék egyidőben kapcsolódik a belső fogazású gyűrűkerékhez és a külső fogazású napkerékhez. A hajtómű gyűrűkere a hajtómű házhoz lesz rögzítve, azaz a bolygómű 1 szabadságfokú lesz. Az áttételnek a korábban meghatározott minimum 6,403-nak kell lennie. A hajtómű kerekeinek geometriai meghatározása (modul, fogszám, átmérők) valamint a működési határok (szerelhetőség, egytengelyűség, szomszédság) vizsgálata és a szilárdsági ellenőrzések a dolgozatom jelen állapotában kidolgozás alatt állnak.

56


A megfogószerkezet felépítése, alkatrészrajzok elkészítése A pofák mozgatása a DC motor -> fogaskerék-bolygómű -> fogaskerék-fogasléc hajtásláncon keresztül történik. A fogaslécek egy-egy csúsztatható elemhez vannak rögzítve melyek a kialakítás révén csak 1 tengely mentén tudnak elmozdulni. A megfogópofák és szerkezeti elemek kialakítását a 3D modellezés közben végzem el. A modell felépítéséhez Solid Edge V20 programot használok. A modell jelenlegi állapota:

8. ábra A felépítés alatt álló 3D modell

Irodalomjegyzék [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Joseph Shigley Charles, Mischke, Thomas Brown: Standard handbook of machine design, McGraw-Hill, 1996 Dr. Kulcsár Béla: Robottechnika, Budapest 2001 Arz Gusztáv, Lipóth András, Merksz István: Robotmanipulátorok, Bp.1987 Piroska Gerencsér: Robotmegfogók adaptivitása, MTA 1980 NME Közleményei, Miskolc, III. Sorozat, Gépészet, 29. (1982) kötet 27-53 Ungár, T.- Vida, A.: Segédlet a Gépelemek I.-II. kötetéhez. Tankönyvkiadó, Bp. 1985

Köszönetnyilvánítás A dolgozatom elkészítése során sok segítséget kaptam konzulensemtől, Dr. Péter Józseftől, ezúton szeretném megköszönni munkáját. 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. 57


58


Fogaskerék-bolygómű kiválasztása katalógus alapján

Mátyás Tamás Donát, Dr. Péter József Géptervező szakirány, (BSc) Gépészmérnök hallgató A szakdolgozatom során az egyik feladatom egy választott fogaskerék-bolygómű gyártó katalógusának és a gyártó által meghatározott módon való kiválasztás bemutatása, amelyet ily módon szeretnék bemutatni. 1. Fogaskerék bolygóművek ismertetése [1] A hajtások az erőgéptől energiát továbbítanak a munkagépekhez, miközben annak jellemzőit átalakítja a munkagép igényei szerint. A hajtások feladata az energia továbbítása, illetve az üzemi jellemzők összehangolása az erőgép és munkagép között. A leggyakrabban a mechanikus hajtásokat használják, amelyeket a legkülönbözőbb motorokhoz csatlakoztatják a nyomaték és a fordulatszám átalakításához. A mechanikus hajtások kiválasztása előtt, vagy azzal együtt kell dönteni a motor választásáról, de ehhez ismerni kell a munkagépet, annak jellemzőit: - teljesítményét, - fordulatszámát és sebességét, - nyomatékot és az erőket, - és a mozgásviszonyokat. 1.1. Fogaskerék-bolygómű [3] A fogaskerék-bolygómű a mechanikus hajtóművek egyik fajtája, melyet különböző helyeken alkalmaznak az iparban. A hajtóművek közül a leggyakoribb típus, amelyek valamilyen forgómozgást továbbítanak, ezeknek a legfontosabb tulajdonságuk a kinematikai áttétel, melyeket fogaskerék párokkal valósítanak meg. A bolygómű abban különbözik az általános fogaskerekes hajtóművektől, hogy van a rendszerben egy olyan kerék (bolygókerék) amely különleges mozgást végez, egyaránt forog saját tengelye körül és egy másik tengely (napkerék) körül is, bolygómozgást végezve, így az általános fogaskerekes hajtóművektől eltérő kinematikai áttételt létrehozva. Gyűrűkerék

Kar

Bolygókerék Napkerék és a behajtó tengely

1.1.1. ábra kb típusú fogaskerék-bolygómű háromdimenziós rajza [2]

59


Ezek lehetnek állandó áttételű, fokozatos és fokozatnélküli sebességváltók, teljesítmény vagy mozgás továbbítók, finommechanikai műszerek mozgatója (például: ipari robotok). Legelterjedtebb ezek közül az egy szabadságfokú bolygómű, de ritkábban előfordulnak két szabadságfokúak is. Előnyük, hogy viszonylag kevés elemből felépíthetőek és nagy áttételeket képesek megvalósítani minimális tömeggel, és jó hatásfokot érnek el. A teljesítményt több fogaskerékpár között oszlik meg és egy keréknek több fogát használjuk ki terhelés átadásra. Hátrányuk többnyire megegyezik az általános fogaskerekes hajtóművekével, bonyolultabb a kialakítása és pontosabb gyártást igényel. A gyakorlatban legelterjedtebb hajtások, egy német felmérés alapján százalékos arányban. [1] 3%

1%

12% 10%

47%

Hengeres fogaskerékhajtás Kúpkerék hajtás Csigahajtás Fogaskerék-bolygómű Lánchajtások Szíjhajtások

13%

Dörzshajtások

14%

1.2. Bolygóművek ismert változatainak elnevezés szerinti osztályozása „Az elemi fogaskerék-bolygóművek (1.2.1. és 1.2.2. ábra) a legkevesebb tagból állnak, amelyen belül egyszerűbb a k külső fogazatú, és kissé bonyolultabb a b belső fogazatú kapcsolódású. Az egyszerű fogaskerék-bolygóművekben, – mint látjuk – egyszerű külső fogazatú bolygókerék közvetíti a mozgást egy időben (kb) a külső és belső fogazatú kapcsolódással. A kettős bolygókerekes fogaskerék-bolygóművekben (1.2.4. – 1.2.7. ábra) a kettős bolygókerék nap- és gyűrűkerékkel való kapcsolata a három változatot. Az 1.2.7. ábra egyszerű fogaskerék-bolygóműnek egy b jelű elemmel való kiegészítése révén alakult ki, a német szakirodalomban Wolfrom-bolygóműnek nevezik (kb+b).” [3]

60


3 2 k 0

1

3

2

k

k 0

0

1.2.1.ábra Elemi k bolygómű

0

0

1

1.2.2.ábra Elemi b bolygómű

2

2’

2’ k

2 1

0

k

1.2.4.ábra k+b bolygómű

3

0

0

1.2.3.ábra Egyszerű kb bolygómű

3

0

2

3

0

2

0

k 1.2.6.ábra b+b bolygómű

0

1’

1.2.5.ábra k+k bolygómű

3’

2 2’

1

0

2’

3’

1 k

0

1.2.7.ábra kb+b bolygómű

2. Fogaskerék-bolygóművek piaci helyzete hazánkban 2.1. Fogaskerékgyár Kft. [4] A vállalkozás 1992-ben alakult, jelenleg három magyar személy tulajdonában van. Fő profiljuk hajtóművek tervezése, gyártása, javítása, hajtástechnikai elemek, fogazott alkatrészek, forgácsolt és házjellegű alkatrészek, szivattyúk gyártása. Tatai gyártó üzemmel és budapesti mérnökirodával rendelkezik. Beszállítanak szinte a teljes magyar iparnak: GE Hungary Rt., Holcim Rt., Zoltek Rt., Dunapack Rt, Dunaferr Rt, MÁV, Bunge Rt., MOL Rt. Exportra szállítanak többek között Ausztriába és Németországba. Évtizedes beszállítói kapcsolatban volt a Holcim Hungária ZRt.vel. Gyártottak számukra nyílkerekes bolygómű alkatrészeket, komplett cementmalom hajtást, kemence hajtóművet, cementmalom forgatókoszorút és előtétkereket. 61


2.2. Kiskun Metal Kft. [5] Hagyományos esztergályos és marós munkák mellett az egyedi fogaskerékgyártásban értek el országos ismertséget. Profiljuk a fogaskerék, lánckerék, csigakerék, bordás tengely, fogasléc, fogasív, kúpfogaskerék, bolygómű gyártás. Az általuk gyártott fogaskerekek, egyéb alkatrészek az ország számos nagyvállalatához, például: MOL olajfinomító, Mars Magyarország Kft., Hankook Magyarország Kft. eljutnak. 2.3. Agisys Ipari Keverés és Hajtástechnikai Kft. [6] 2.3.1. Precíziós bolygómű (µ) család Az automatikus és robothajtásokhoz használatos precíziós hajtóművek iránti igények kihívására tökéletes választ adnak a Bonfiglioli nagy gyártási tapasztalatán alapuló precíziós bolygómű sorozatai, amelyek különféle holtjátéktűrésekkel és kivitelben állnak rendelkezésre. A µ családba tartozó bolygóművek áttétel tartománya 3 – 1000-ig választható, melyeknek a névleges nyomaték tartománya 10 – 1000 Nm-ig terjed ki. Rendelhetőek egytengelyű- és kúpkerék kihajtással, illetve különböző motor adapterekkel. A µ családba tartozó precíziós hajtóművek:

2.3.1.1. ábra KR széria [6]

2.3.1.2. ábra LC széria [6]

2.3.1.3. ábra LCK széria [6]

2.3.1.4. ábra SL széria [6]

2.3.1.5. ábra TQ széria [6]

2.3.1.6. ábra TQK széria [6]

2.3.1.7. ábra MP/TR széria [6]

62


2.3.2. Bolygókerekes hajtómű 300-as sorozat Az 1000Nm felett csökkentett holtjátékú "300"-as sorozatú bolygóművek ajánlatosak. A 300-as családba tartozó bolygóművek áttétel tartománya 3,4 – 5000ig választható, melyeknek a névleges nyomaték tartománya 1000 – 500 000 Nm-ig terjed ki és 450 kW-ig terhelhetőek.

Típus 300 301 303 304 305 306 307 309 310 311 313 314 315 316 317 318 319 321 323 325

2.3.2.1. táblázat 300-as sorozat [6] Nyomaték [Nm] 1.250 2.460 2.970 3.960 5.800 10.840 15.680 23.240 34.120 48.330 57.970 84.000 105.000 138.820 208.110 280.580 476.410 655.740 890.310 1.286.700

2.3.2.1. ábra Motorral szerelt bolygómű a 300-as sorozatból [6]

2.4. Bánki-Sós Hajtástechnikai Kft. [7] A precíziós bolygókerekes hajtóműveik nyomaték tartománya 26 – 570 Nm, áttételtartományuk i = 3 – 343-ig terjed ki. A precíziós bolygókerekes hajtóművek kihajtó tengelye három típusból, míg a hátoldali perem kétféle típusban rendelhető. A hagyományos bolygóművek nyomaték tartománya 300 – 370 000 Nm, melyek áttétel tartománya i = 3,15 – 3282-igválasztható.

2.4.1. ábra REP széria (precíziós bolygóművek) [7]

2.4.2. ábra EP széria (hagyományos bolygóművek) [7]

63


3.

A katalógus bemutatása [7]

A választásom a Bánki-Sós Hajtástechnikai Kft. által forgalmazott Tramec S.R.L. cég katalógusára esett. A katalógusban szereplő hajtóműveket a legkülönbözőbb helyeket alkalmazzák, mint például szerszám-, famegmunkáló-, szállító-, automata csomagológépeknél, nyomtatóknál és robotkaroknál egyaránt. A REP széria négy méretben hozzáférhető (075, 100, 125, 150), melyek egy-, kettő-, illetve három lépcsős kivitelűek lehetnek, mindemellett kettő vagy három kimenő tengelyes kivitelben és két fajta peremmel készülnek. A hajtóműház speciális nitridált acélból készül, amely amellett, hogy erős, nagyon megbízható és hosszú élettartamú. A ki- és bemenő oldali peremek általában alumíniumból készülnek, de ezek igény szerint más anyag is lehetséges. A hajtómű tengelyei edzett és normalizált acélokból készülhetnek. A fogaskerekek általában normalizált illetve betétben edzett acélokból készítik. A hajtóműbe kiváló minőségű, hosszú élettartamú és mindemellett nagyon halk működésű csapágyak kerülnek beépítésre.

Bolygómű széria

Méret

Lépcsők száma

Közös tengelyű

Áttétel

Kimenő tengely típusa

Kimenő oldali perem típusa

Bemenő tengely típusa

Bemenő oldali perem típusa

Precíziós osztály

3.1.táblázat A bolygómű típusának meghatározása

REP

075

2

C

100

AU16

FLT

AE12

P03

P

REP EP

075 100 125 150

1 2 3

C

3-343

táblázat alapján

FLT FLQ

táblázat alapján

táblázat alapján

P -

3.1. Kiválasztás, ellenőrzés 3.1.1. Mechanikai ellenőrzés A REP bolygóhajtóművek kiválasztásánál meg kell vizsgálnunk, hogy az üzem szakaszos vagy folyamatos.

ciklus idő

ciklus idő

3.1.1.1. ábra A kimenő oldali fordulatszám és nyomaték az idő függvényében

64


3.1.1.1. táblázat Jelölések Jelölés n2max n2m n20 ta tk td tp T2max T2k T2d

Mértékegység [min-1] [min-1] [min-1] [s] [s] [s] [s] [Nm] [Nm] [Nm]

Megnevezés maximális kimenő fordulatszám átlagos kimenő fordulatszám nulla fordulatszám gyorsulás közben eltelt idő folyamatos üzemidő lassulás közben eltelt idő szünet maximális kimenő nyomaték üzemi kimenő nyomaték lassító nyomaték a kimenő

3.1.1.1. KU, KM üzemi tényezők meghatározása Meg kell határoznunk, hogy a ciklus hány százalékát teszi ki a tényleges üzem,

(1.)

A következő lépésben meg kell állapítanunk azt, hogy mennyi ideig üzemel a bolygómű,

(2.)

Ha, ha

, akkor időszakos működésről beszélünk, , akkor a működést folyamatosnak tekintjük.

3.1.1.1.1. Időszakos működés Időszakos működés esetén az alábbi ellenőrzéseket kell elvégeznünk, (3.) 3.1.1.1.1.1. táblázat Jelölések Jelölés

Mértékegység

Megnevezés

T2A

[Nm]

kimenő oldalon mért maximális gyorsító nyomaték

T1AMOT

[Nm]

motor maximális nyomatéka

i

–

névleges áttétel

fc

–

ciklustényező (3.1.1.1.2.2. táblázat alapján)

Rd

–

dinamikus hatások tényezője

65


) össze kell Az időszakos esetben a maximális bemenő fordulatszámot ( hasonlítani az üzem közbeni tényleges fordulatszámmal ( ) és a következő egyenlőtlenségnek kell teljesülnie. (4.)

3.1.1.1.2. Folyamatos működés (5.) (6.) (7.)

Folyamatos működés esetén az előző egyenlőtlenségeknek kell megfelelnünk, amelyeket az alábbi módon számíthatunk.

(8.)

Ahol, n2n, T2n, tn az említett értékek n.-ik értéke; n = 1, 2, 3, …

(9.)

(10.)

(11.) 3.1.1.1.2.1. táblázat Jelölések Jelölés T2A T1AMOT i fc Rd T2E T2N T1N n2E n2N n1nom

Mértékegység [Nm] [Nm] – – – [Nm] [Nm] [Nm] [min-1] [min-1] [min-1]

Megnevezés kimenő oldalon mért maximális gyorsító nyomaték motor maximális nyomatéka névleges áttétel ciklustényező (3.1.1.1.2.2. táblázat alapján) dinamikus hatások tényezője átlagos kimenő nyomaték névleges kimenő nyomaték (itt: megengedett értéke) névleges motor nyomaték átlagos kimenő fordulatszám névleges kimenő fordulatszám névleges bemenő fordulatszám

66


A ciklustényező (fc) értéke az óránkénti ciklus számtól (Zh) függ, melynek számítása

(12.)

a kiszámított érték alapján, a ciklustényező értékét a táblázat alapján kiválaszthatjuk.

fc

3.1.1.1.2.2. táblázat A ciklustényező értéke az óránkénti ciklusszám függvényében Zh ≤ 1000 1000 < Zh ≤ 2000 2000 < Zh ≤ 3000 1 1,2 – 1,5 1,5 – 2

3.1.2. Megengedett hőmérsékletre való ellenőrzés Fontos ellenőrizni a maximális nyomaték és a maximális teljesítmény megfelelését a bemenő oldalon. A bolygómű hőmérséklete üzem közben nem haladhatja meg a Tmax = 95 °C. A bemenő oldali maximális nyomatékot és a maximális teljesítményt a következő táblázatok tartalmazzák, figyelembe véve a lépcsők számát, a fordulatszámot és a környezeti hőmérsékletet, amely alatt T0 = 20 °C-t értünk.

Lépcsők REP 75 REP 100 REP 125 REP 150

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3


1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

900 4,5 2,5 1,9 6,0 3,5 2,7 9,0 5,5 4,0 11,0 6,1 4,7

3.1.2.1.táblázat Bemenő oldal maximális teljesítménye [kW] n1 [min-1] 1400 2800 3600 4,4 4,0 3,5 2,3 2,0 1,8 1,8 1,5 1,4 6,0 4,6 3,8 3,3 2,5 2,0 2,5 2,0 1,6 8,5 6,2 4,7 4,8 3,4 2,5 3,7 2,8 2,0 10,0 5,6 2,8 5,5 2,6 1,0 4,3 2,3 0,9

900 48 27 20 64 37 29 96 58 42 117 65 50

3.1.2.2.táblázat Bemenő oldal maximális nyomatéka [Nm] n1 [min-1] 1400 2800 3600 30 14 9 16 7 5 12 5 4 41 16 10 23 9 5 17 7 4 58 21 12 33 12 7 25 10 5 68 19 7 38 9 3 29 8 2

67


Ha az alkalmazáskor nagyobb a behajtó nyomaték vagy teljesítményt kell alkalmazni, mint az időszakos működéskor vett érték, akkor meg kell határozni a művelet maximális hosszát (tmax). Amelyet a következőképpen számíthatjuk,

(13.) 3.1.2.3.táblázat Jelölések Jelölés TMAX = 95 °C T0 τc Ts

Mértékegység [°C] [°C] [s] [°C]

Megnevezés maximum hőmérséklet környezeti hőmérséklet időállandó (3.1.2.6. táblázat) maximum hőmérséklet, P1 teljesítményű behajtás esetén,

(14.) 3.1.2.4.táblázat Jelölések Jelölés P0 C fv Pη

Mértékegység [W] [W °C-1] [W °C-1] [W]

Megnevezés teljesítmény terheletlen állapotban (3.1.2.7. táblázat) hőveszteségi együttható (3.1.2.8. táblázat) szellőzési tényező üzemi teljesítmény (15.) 3.1.2.5.táblázat Jelölések

Jelölés T1 n1

Mértékegység [Nm] [min-1]

Megnevezés alkalmazott behajtó nyomaték bemenő fordulatszám

Ha a működési ciklus időben változó, akkor a számítás az átlagos behajtó nyomaték és az átlagos bemenő fordulatszám, azaz T1E és n1E alapján történik.

(16.)

Ahol n1n, T1n, tn az említett értékek n.-ik értéke; n = 1, 2, 3, … 68


(17.)

Lépcsők τc [s]

1 551


REP 75 2 3 655 748

n1 = 900 [min-1] 1 2 3 3 4 5 7 9 9 12 15 16 22 27 28

REP 75 REP 100 REP 125 REP 150

1 747

REP 100 2 3 939 1111

3.1.2.6.táblázat Időállandók értékei, lépcsőnként REP 125 REP150 1 2 3 1 2 3 1255 1590 1891 1858 2369 2824

3.1.2.7.táblázat Teljesítmény terheletlen állapotban [W], lépcsőnként és méretenként n1 = 1400 [min-1] n1 = 2800 [min-1] n1 = 3600 [min-1] 1 2 3 1 2 3 1 2 3 6 8 8 14 18 19 20 26 27 12 15 16 30 38 39 42 53 55 22 27 28 56 71 73 81 101 104 39 50 51 106 132 136 151 191 196 3.1.2.8.táblázat Hő veszteségi tényező értékei, lépcsőnként és méretenként 1 2 3 1,024 1,120 1,248 1,410 1,620 1,800 2,175 2,450 2,725 2,680 3,020 3,380

3.2. Kenés: A REP hajtóművek nagy élettartamú kenőanyaggal vannak ellátva és nem igényelnek különösebb karbantartást. Rendelés esetén fontos meghatározni a beépítési helyzetet a megfelelő kenőanyag miatt.

. 3.2.1. ábra Beépítési helyzetek

3.3. Radiális és axiális terhelések a kimenő tengelyen A műszaki adatokat összefoglaló táblázatban látható, a megengedhető axiális és radiális terhelések értékei [N]-ban, különböző fordulatszámoknál, 20.000 órás csapágyélettartamra. Azt feltételezve, hogy a radiális terhelés FR2, a kimenő tengelyhossz közepén hat, a terhelések a különböző Y távolságokra így alakulnak:

69


FR2 (18.)

FR2Y

FA2 Y

a b

3.3.1.táblázat Együtthatók táblázata bolygómű méretenként REP 75 REP 100 REP 125 REP 150 46 55 85 102 30 37 51 61

3.3.1.ábra A kimenő tengely radiális és axiális terhelése

3.4. Motor beszerelés és alkalmazási példák A gyártó a motor és a hajtómű összeszereléséhez útmutatást nyújt, és két példát is bemutat a hajtóművek alkalmazására, számpéldán keresztül.

3.4.1.ábra Motor beszerelés

3.4.2.ábra Csúszó szán

3.4.3.ábra Forgó asztal

Irodalomjegyzék [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

http://glink.hu/hallgatoi_segedletek/ https://hu.wikipedia.org/wiki/Bolygómű#/media/File:Epicyclic_gear_ratios.png Terplán Z.; Antal M.; Apró F.; Döbröczöni Á.; Fogaskerék-bolygóművek, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1979. www.fogaskerekgyar.hu www.kiskunmetal.hu www.agisys.hu www.banki-sos.hu Péter József: Géptervezés alapjai. Miskolci Egyetemi Kiadó, MiskolcEgyetemváros, 2008. 402 old. ISBN 978-963-661-837-7. Döbröczöni Ádám: A fokozatnélküli fogaskerék-bolygóművek szabáyozhatósága és kiválasztási szempontok. (A Gépelemek Tanszékének Közleményei) 244. sz. Miskolc, 1971. 11 p.


70


Csúszdává alakítható etetőszék tervezése

Németh Zsuzsanna, Dr. Bihari Zoltán Ipari Termék- és Formatervező Mérnöki Szak Bevezetés, piackutatás A tervezés első fázisában, a kutatás során, a piacon levő etetőszékekre és saját tapasztalatokra alapozva megvizsgáltam a feladataikat, feltártam jó és kevésbé pozitív tulajdonságaikat, és meghatároztam az igényeimet az általam tervezett új konstrukcióval kapcsolatban. Véleményem szerint az etetőszék jó eszköz lehet arra, hogy együtt étkezhessen a család. Ugyanolyan körülményeket teremt meg a már magától ülni tudó kisgyermeknek, mint amivel a többi asztalnál evő gyerek és felnőtt számára adott: magassága miatt a gyermek feléri az asztalt, és biztonságban megtartja, még abban az esetben is, ha elaludna. Tapasztalat szerint, ha a gyermek látja, hogy mások jóízűen esznek körülötte, neki is jobb étvágya lesz, és elkerülhető a nyűgösség, hiszen látja, hogy nem csak vele foglalkozik mindenki, amikor evés van. Mindamellett ismerem a tényt, hogy sokan vannak szülők, akik inkább külön etetik meg a gyermeküket, és sok fáradságba kerül nekik, hogy evésre bírják. Őket is arra bíztatnám az általam tervezett etetőszékkel, hogy próbáljanak meg áttérni a közös étkezésre, emiatt tartom fontosnak, hogy az asztalhoz odatolható legyen: evőtálcára nincs szükség, az első támasztást egy – a két karfa között elhelyezkedő - elem oldja meg. A biztonságot a szokásosnál szélesebb széklábak, a lábtartó, a karfák, a háttámla, és a hevederek biztosítják. A hevederek közül legfontosabb a két láb közötti (egyes székeken műanyag elem), mely azt a célt szolgálja, hogy a kisgyermek ki ne csússzon előre az evőtálca vagy evőasztal alatt. Egyes etetőszékeken övvel be lehet kötni a gyereket. Ennek a nagyon mozgékony gyermekeknél látom értelmét, hogy nehogy akkora lendületet vegyenek, amelytől a szék felborulhat. Végül, de nem utolsó sorban, a piaci termékekre jellemző, hogy a szülői felügyeletre mindig felhívják a figyelmet. Az etetőszékek általában olyan elemekkel vannak felszerelve, hogy az éppen már ülni tudó gyermek is biztonságban legyen. Három éves kortól azonban már nincs nagy szükség a karfákra, övekre, de a magas szék még mindig fontos, hogy a csemete felérje az asztalt. Az általam tervezett termék tervezésekor szeretném a tovább-használatot lehetővé tenni, hogy ugyanazon gyermek használhassa, amíg átülhet rendes székre, körülbelül öt éves koráig. Ennek megfelelően, leszerelhető előtét és állítható lábtartó szükséges, illetve keresem az összecsukhatóság lehetőségét, mely szállításkor és használaton kívüli időben jelent előnyt.

71


Első ötleteim etetőszékre Az általános szempontjaim mellett szerettem volna olyan funkciót is megvalósítani, ami még a piacon nem elterjedt. Az első ötleteimben még nem a megvalósíthatóság volt a fő szempont, hanem hogy valamilyen szempontból különlegesek, keresettek legyenek, a fogyasztóknak egy megfogalmazott vagy megfogalmazatlan igényét elégítsék ki. Ennek alapján vázoltam fel „önemelő” etetőszékek függesztett, kurblis és pneumatikus változatait (19. ábra), melyeknek az lenne a lényege, hogy a gyermek maga ülhet be a székbe, és egy beépített szerkezet segítségével felemelkedik az asztal magasságába. A gyereket mindenképp fejleszti, önállóság örömét adja meg neki, egy sikerélményt, hogy úgy ülhet le az asztalhoz a székbe, mint a „nagyok”.

19. ábra Első ötletek I. – „Önemelő” etetőszék

A multifunkcionalitás vonalát követik a hintaszékké, babakocsivá alakítható változatok, valamint az alvópozícióba állítható és ringatható etetőszékek (20. ábra).

20. ábra Első ötletek II. – Duplafunkciós, átalakítható etetőszékek

Készültek olyan vázlatok is, melyek formájukban rejtenek újszerű megoldást (21. ábra). Ilyen a térdeplőszék mintájára kialakított, az oszlopon álló forma, az ikeretetőszék, mely a dupla babakocsik mintájára készülne, illetve egy adott étkezőasztali termékcsalád székei sorába illeszkedő etetőszék. 72


21. ábra Első ötletek III. – Formabeli ötletek

A csúszdás etetőszék (22. ábra) első ötleteimben úgy jelent meg, mely az etetőszék ülőmagasságát használja ki a csúszdázás indulópozíciójaként. A székhez csúszdát és létrát kell hozzáilleszteni, amely sok plusz alkatrészt jelent. Későbbi variációban a létra szerepét átveszi a lábtartó, és a karfát felhajtva lehet oldalt lecsúszdázni.

22. ábra Első ötletek IV. – Csúszdás etetőszékek

Ezt folytatva, az alábbi variációban (23. ábra) nemcsak a létra, hanem a csúszda rész is beépül a székbe, így már nem kell külön alkatrész ahhoz, hogy az etetőszék csúszdává alakuljon. Az első változatban a háttámla és az ülőfelület együttesen alkotná a csúszda hosszát. Miután ez túl rövid, született meg az a változat, melyben a háttámla hosszát megnövelem, az ülőfelület alá, és ez alkotja a csúszdát. Egy részből áll, így nem kell hajtogatni. A lábtartó és a háttámla az ülés egymással szemben levő oldalain helyezkedik el, így a felmászás és a csúszdázás egyenes irányú, és megmarad a szimmetria a karfák között, melyek csúszdázáskor korláttá alakulnak.

73


23. ábra Csúszdává alakítható etetőszék első változatai

A csúszdával ellátott szék ötlete és praktikussá vált kivitelezhetősége miatt úgy döntöttem, érdemes ezen az irányon továbbhaladni az etetőszék tervezésében. Az etetőszék és a csúszda piacon nem elterjedt kombináció, de hasonlóan kettő az egyben funkciót lát el, mint a kisszékké és kisasztallá alakítható szék. Az étkezés és a játék ebben az esetben is el lesz választva, de célom, hogy hamar átalakítható legyen. Követelményjegyzék A bevezetőben leírtam az alapvető igényeimet etetőszékekkel kapcsolatban. Az alábbiakban a konkrét kutatási-tervezési témámhoz kapcsolódó megvalósítandó igényeimet foglalom össze létező etetőszékekre és csúszdákra, a gyermekek méreteire, valamint jogszabályokra alapozva. A legfiatalabb korosztály, akiknek csúszdát készítenek, az 1-3 évesek. Az etetőszékek magasságából (kb. 560mm) induló csúszdákat 2-5 éves korig ajánlják. Ezek alapján célom, hogy fél éves kortól etetőszéknek már lehessen használni, de alkalmas legyen a használat akár 5 éves korig is, ugyanis ekkor még szükség van magasabb székre, hogy a gyermek felérje az asztalt. A felhasználói korosztály méretbeli növekedése táblázatból leolvasható. Egytől öt éves korig a gyermekek átlagos magassága 75cm-ről 104cm-ig változik. A gyermekek méretét veszem alapul pl. a létrafokok magasságának meghatározásakor. Az 1-3 éves korig használt etetőszékek szabvány szerint 15 kg terhelésig kell megfelelniük, a saját székem esetében nagyobb teherbírásra van szükség. Gyermekek tömege - szintén táblázatból leolvasva - 1 és 5 éves kor között körülbelül 10 és 17 kg között változik. Az etetőszék főbb méreteihez (pl. ülésmagasság meghatározásához) egy viszonylag elterjedt piaci termék, a kisszékké és kisasztallá alakítható, fa etetőszék méreteit veszem alapul. Ezen kívül figyelembe veszem azt a pár évvel ezelőtti szabványt 3, mely az alábbi feltételeket javasolja a fő méretek kialakításához: - a háttámla magassága: min. 250mm - az oldalsó korlát magassága: min. 140mm - a deréknál levő tartóelem távolsága a háttámlától: max. 216mm 3

MSZ EN 14988-1:2006+A1:2013

74


Csúszdák átlagos dőlésszöge nem lehet nagyobb, mint 40° a földdel bezárva 4. Ezt a szöget választom a csúszda meredekségének. Mivel a csúszda az etetőszék ülésének szintjétől indul, a csúszda hossza (l) és az ülés magassága (h) között derékszögű háromszögből adódó összefüggés található. A háttámla üléstől számított magassága függ a csúszda hosszától. Legalacsonyabb a háttámla teteje, ha a csúszda a földig ér. Ebben az esetben a háttámla magassága a csúszda hosszának és az ülés magasságának különbsége, amely h=550mm (és l=940mm) esetén 390mm, a legkisebb, féléves gyermeknek körülbelül a feje magasságáig ér. Egy pár évvel ezelőtti, mára eltörölt szabvány az alábbi feltételeket javasolja 1m alatti csúszdákra vonatkozóan: ‐ a csúszda oldalának magassága min. 50mm ‐ az induló rész (az ülés) hossza: min 150mm, a korlátja min.100mm Ezek közül számomra a csúszda oldalának minimális magassága mértékadó lesz. A részegységekre (állítható lábtartó és létra, leszedhető előtét) vonatkozó konstrukciós követelményeimet és szabványokat, a szék felépítésének ismeretében, azok tervezésekor írom fel. Változatok a formai kialakításra 1. Az alábbi vázlat (24. ábra) az első változata annak, hogy a csúszda a háttámlából van kialakítva. Ezzel a lábazattal könnyen összecsukható lenne az etetőszék, inkább a merevítésével lehetnek gondok, melyre a jobb alsó rajzon látható egy megoldás. Előnye, hogy az ülés egy-egy ponton csatlakozik a lábak közé, emiatt megdönthető, a csúszda hosszabbításaképpen.

24. ábra Formai kialakítás I.

4

http://www.akontroll.hu/bel1.php?ssz=710

75


2. A második variációban (25. ábra) a szék négy ponton ér le a földre (négy lába van), emiatt stabilabb, mint az előző konstrukció. A két-két oldalsó lába egy-egy részegységet alkot a szerkezetben: alul és felül össze vannak kötve egy-egy léccel. Az egyik oldali lábpár merevítő lécekkel van a másik oldali lábpárhoz kötve. A lábak között elhelyezkedő csúszda két ponton van a hátsó lábakhoz rögzítve: a rajzon jelölt A pontban a lábpárok tetején lévő egy-egy csap fogja közre, melyek csúszdává alakításkor a csúszdán kialakított horonyban futnak (a horony végpontjait lásd: A1, A2, A3 ábrák), B pontban pedig a két láb alsó részei között egy tengelyen nyugszik a csúszda, az alján kialakított mélyedés segítségével, így nem ér le a földre. A későbbi variációkban a csúszdának ez a rögzítési módja nem változik, csupán pontosítom. A karfa a lábakon belülre kerül, így bár a lábak függőlegesek, az ülés mégis kisebb területű, mint az általuk közrezárt alapterület. A karfa elhelyezkedése ugyanakkor konstrukciós problémát vet fel, mivel távolságot tart a lábak és a hozzájuk kötött csúszda között.

25. ábra Formai kialakítás II.

Kis módosításokat végeztem a második variációban, ezeket mutatja a 26. ábra. A baloldali képen látható megoldásban a karfa kinyúlik a csúszda felé, így biztonságosabb lehet az elindulás. A másik variációban a csúszda szélei közelebb kerülnek az azokat közrefogó tartólábakhoz, mivel a karfák a lábak folytatásai lettek. Formabeli változás, hogy az első lábakat bedöntöttem, emiatt a létra jobban használható. Hátránya, hogy az etetőszék elölnézetében függőleges lábak esetén, a konstrukció vagy veszt a stabilitásából, mivel keskenyebbé vált, vagy az ülés lesz túl széles, amely pedig azért nem előnyös, mert nem tartja meg az ülő gyereket oldalirányban.

76


26. ábra Formai kialakítás III.

3. A következő változatokban (27. ábra) az első lábak mind döntöttek, az előző variáció megfontolása szerint, de a csúszda nem a hátsó lábakhoz, hanem az ülést közrefogó elemhez kapcsolódik. A hátsólábak hiányának kompenzálásaként az első két variációban a lábakra vízszintes talpak kerülnek, viszont ekkor az első lábak és a talpak kombinációjának kell megtartania nem csak az ülést, hanem a csúszdát is, amellyel a súlypont még hátrébb kerülhet, ezért statikailag nehézkes megoldani. A harmadik variáció könnyen összecsukható, mert hátsólábai közvetlenül kapcsolódnak az első lábakhoz, és az ülés is lecsukható a karfákkal együtt, csuklók és horony segítségével. Hátránya, hogy az első láb nem a szék elejéhez kapcsolódik, így a csúszdázáshoz való felmászást nehéz megoldani. Az utolsó változatban az azonos oldalon levő első és hátsó láb a talpba csatlakozik be: összecsukáskor az első egy tengelyen fordulhat el, a hátsó pedig leemelhető a róla és előrehajtható az első lábhoz.

27. ábra Formai kialakítás IV.

77


Az utóbbi variáció módosításaként, a 28. ábra szerinti változathoz az adta az ötletet, hogy összecsukáskor a hátsó láb előrehajtáskor illeszkedjen az első láb ívességéhez. Az összecsukás a két lábnak az üléshez képesti elhajtásával valósítható meg, melyhez jól ráhajtható a talp, majd a csúszda.

28. ábra Formai kialakítás V.

Az összecsukás vázlatán látszik, hogy a lábak, az ülés és a talp között mindenhol csukló van, emiatt statikailag nem helyénvaló, de ettől függetlenül ez a variáció az alapja végső megoldásban szereplő etetőszék összecsukásának: egyel kevesebb csuklóval. Az első lábak az üléssel együtt mozognak, ott nincs csukló. Az alábbi ábrán (29. ábra) látható az összehajtás hat lépésben.

29. ábra A talpazat összecsukásának elve

A követelményjegyzék alapján kialakításra kerültek a főbb méretek (30. ábra). A háttámla magasságát azáltal csökkentettem, hogy a csúszda oldalát a talajjal érintkező végén úgy alakítottam ki, hogy a csúszófelület pár cm-rel a talaj fölött ér véget.

78


30. ábra A konstrukció fontosabb méretei

4. A végső megoldáshoz (31. ábra) a kialakult formában néhány módosítás történik. A kétoldali hátsóláb közti tengelyre, melyre a csúszda alja kapcsolódik, a csúszda és a hátsó láb közé kerék kerül. Segítségével az etetőszék könnyebben mozgatható a szék megdöntésével (az első rész megemelésével), magától viszont nem gurul arrébb. A talprészt - mely oldalirányban a stabilitást növeli - egy íves formával megmagasítom, hogy könnyen a szék mellé lehessen lépni: hasznos például mikor a szülő a gyermeknek segít a csúszdázásban. Az összecsukódást abban fejlesztem, hogy a karfa is csuklós. Három eleme közül a hátul levő egybeépül a hátsólábbal, amely az üléshez képest egy tengelyen tud elfordulni. Így alapesetben megtartja alakját, összecsukáskor pedig az egész karfa együtt csuklik össze a lábbal.

31. ábra A végső konstrukció kialakítása, összecsukása

A fenti változatok során megszületett az etetőszék fő formai kialakítása: a csúszda és a szék kapcsolata, a lábazat kialakítása, és az összecsukás megoldása. 79


A szék és a csúszda kapcsolata A csúszda és a szék kapcsolatát úgy kell meghatározni, hogy a két végső helyzetében (etetőszékként és csúszdaként) az ülés és a csúszda között ne legyen rés, ahol a felhasználójának (gyermeknek) a keze, cipője beszorulhat. Etetőszékekre vonatkozó szabvány 5 szerint az ujjak beszorulásának elkerülése végett 7-12mm közti rés nem lehet két elem között, ha mélysége meghaladja a 10mm-t. A csúszda lapja és az ülőlap hézagmentes kialakítása a következő képen (32. ábra) látható (a lapok metszetben). Csúszdaként zökkenőmentes átcsúszást tesz lehetővé.

32. ábra Az ülés és a csúszda kapcsolata

A csúszdává alakítás négy lépése meghatározza a horony négy azon pontját, ahol iránya megváltozik. Az alábbi ábrán (33. ábra) baloldalt a teljes horony alakja és a csaphoz képesti elhelyezkedése látható. Az ülőlap és a csap fix helyen van, a csúszda oldallapja mozog rajta az ábrán szürkére satírozott horonnyal. Az első fázisban a csúszda lapja merőlegesen hozzáér az ülőlaphoz, az alja pedig támaszkodik egy tengelyen. Átalakításkor a csúszdát el kell távolítani az üléstől, hogy dönteni lehessen. Hogy ez magától ne induljon meg, olyan geometriát alakítottam ki, hogy ehhez meg kell emelni a csúszdát. Ütközésig megemelt helyzetben a csúszda alja már nem akad bele az alsó tengelybe, így az dönthető. A harmadik lépésben a nagyjából 40°-ra megdöntött csúszda addig csúszik lefelé, míg az alja (annak egy éle) földet ér. A csap ekkor a horony hosszú egyenes szakaszának végpontjában van. Az utolsó lépésben pedig a csúszda az alsó éle körül lapjára billen, a felső része pedig egy magasságba kerül az ülőlappal.

33. ábra A horony és a csap elhelyezkedése, az átalakítás négy lépése

5

MSZ EN 14988‐1:2006‐1:2006+A1:2013

80


Egyéb konstrukciós megfontolások Felmerült, hogy a tervezés alatt álló etetőszék viszonylag sok egymáson elforduló résszel rendelkezik, ezek miatt nem megfelelő kapcsolattal oldalirányban veszthetne a stabilitásából a szerkezet. Ennek kiküszöbölésére elforduló részek összekapcsolásához a csapágyazást választom. Az összecsukás, állíthatóság nagy igénybevételű, amire a bútoroknál használatos fenyőfa helyett keményfát választok. A legtöbb elem 16mm vastag gőzölt bükk lapokból vágható ki. A csúszda anyaga 4mm vastag laminált farost lemez. Ez alkalmas a hajlításra, így a csúszda domborodó-homorodó alakot kaphat. Csúszós felület létrehozásához felvetődhetne a lakkozás is, ez azonban melegebb időben hajlamos ragadóssá válni, ezért választom a laminált felületet. A karfa teteje 160mm-re van az ülőfelülettől mérve. Alacsonyabbra a kiesésveszély miatt, magasabbra az asztalhoz való odatolhatóság (az asztal lapja alá való betolhatóság) végett nem érdemes tervezni. A karfák között elhelyezkedő előtét csúszdázáskor könnyen levehető. A lábtartóként is funkcionáló létrafokok közül az alsó a földtől 200mm-re, a felső pedig 350 mm-re van. A kettő között a talajtól 270mm-re is kialakításra kerül egy furat a létrafoknak. Így fokozatosabban állítható a lábtartó, illetve igény szerint akár egy, középen levő létrafok is elég lehet. A csúszda az eddig bemutatott variációkhoz képest S alakú ívességet kap, és a földig leér a csúszófelülete. A csúszólap a csúszda két oldala között egy neki kialakított hosszanti mélyedésben húzódik. 4 mm-es vastagsága lehetővé teszi a hajlítást, viszont alulról merevítésre van szükség. Ezt vékony rudakkal oldanám meg. Mivel a csúszda aljának egy része háttámlaként a gyerek hátánál van, a merevítők kényelmetlenséget okozhatnak a gyermek hátánál. Emiatt a székre és a háttámlára egy könnyen levehető textilhuzat kerül. További feladatok Ahhoz, hogy a termék gyártható legyen, meg kell tervezni mind a csapágyas, mind az oldható-zárható kötéseket, az elemek közti ráhagyásokat, illesztéseket, lekerekítéseket, valamint a gyermek lábai közti hevedert. A csúszda és az ülés terhelése alapján szükség van a csap és a horony méretezésének ellenőrzésére. Szándékozom kitérni az előtét és a lábtartók leszedhetőségének, állíthatóságának, valamint a csúszda merevítésének ergonomikus megoldására. Tervben a gyorsan levehető textilhuzat megvalósítása, melynek a háttámlánál van igazán jelentősége. Az elemek íveinek kisebb módosításaival egy olyan terítéket szeretnék létrehozni, amelyből azok nagyobb anyagtakarékossággal vághatóak ki.

81


Az etetőszék 3D-s modellje

34. ábra 3D-s modell

Irodalomjegyzék [1] [2] [3] [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. Péter J., Dömötör Cs.: Ipari design a fejlesztésben, Miskolc - Egyetemváros, 2011, elektronikus jegyzet, www.tankonyvtar.hu MSZ EN 14988-1:2006+A1:2013 (Children’s high chair c. szabvány) http://www.akontroll.hu/bel1.php?ssz=710 (Országos fogyasztóvédelmi oldal, 2015.10.23.)

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. 82


Autonóm gokart karosszériájának tervezése és kivitelezése

Novák Jusztina Ipari termék – és formatervező mérnöki alapszak Bevezetés A Miskolci Egyetemen működő hallgatói öntevékeny csoportok kiváló lehetőséget biztosítanak a hallgatóknak arra, hogy a tanórákon elsajátított tudást a gyakorlatban is elmélyíthessék. A szakmai fejlődés reményében csatlakoztam a ME-Kart fantázianévre keresztelt csapathoz, mely a Bosch által megrendezett 3 évet felölelő Go-Kart, Go-Bosch! autonóm gokart fejlesztő versenyre alakult. A verseny hosszú távú célja egy teljesen önjáró gokart fejlesztése, mely képes többek között az automata parkolásra, sávtartásra, önálló vészfékezésre. A ME-Kart csapat célul tűzte ki, hogy a 2014/15-ös projektidőszakban a hivatalos mérföldkövek teljesítésén felül megvalósít egy esztétikai, figyelemfelkeltő és nem utolsó sorban biztonsági funkciót is betöltő karosszériát, így a csoporton belül megalakulhatott a formatervező szekció Tervezési kritériumok Egy karosszéria megtervezése összetett feladat, melynél figyelembe kell venni a gokart műszaki jellemzőit, a csapattagok igényeit és nem utolsó sorban a versenyszabályzatban leírtakat. Mivel a gokart burkolatának elkészítése nem tartozik a verseny mérföldkövei közé, ezért a szabályzatban csak néhány releváns kritérium található. -

-

Lámpák: A vészvillogót (index) a bukókeret tetején két oldalt kell elhelyezni, melyhez miden irányból jól látható helyen felszerelt sárga színű fényforrást kell használni. A féklámpát hátul, középen kell elhelyezni, szintén jól látható helyen, jól látható piros fénnyel. Biztonság: A gokartot körülvevő műanyag ütközőkön túl nem lóghat ki semmi, ami veszélyeztetheti a nézők, illetve a pilóta testi épségét a lehetséges ütközések során. Vészleállító gombok: A gokart áramtalanításához 2 db vészleállító gombot kell beszerelni a pilóta számára könnyen elérhető helyre. Alap gokart: A különböző elemek beépítéséhez a csapatnak egy Sodi GT2-es típusú gokart áll rendelkezésére (1. ábra).

83


1. ábra Sodi GT2-es gokart

A tervezéshez szükséges további kritériumok: -

-

-

-

-

Anyagok: A karosszéria anyagának kellően rugalmasnak kell lennie annak érdekében, hogy az ütközéseknél ne keletkezzen kár benne, illetve ne okozzon sérülést a pilótának. Ultrahang szenzorok: Az automata parkoláshoz használt Bosch USS 5 típusú ultrahang szenzorok látóterébe ne kerüljön semmi, ami akadályozhatja a jelek kibocsátását és érzékelését, illetve a szenzorok környezetébe helyezett fémtárgyak gátolhatják annak működését. Kamera: A sávtartás megvalósításához szükséges kamerát a gokart hátsó tengelyének középvonala felé 1,05 m magasságban a bukókeretre kell felszerelni. A kamera látóterében lévő akadályok befolyásolhatják a sávtartó funkció megfelelő működését. Radar: A távolságmérésre alkalmas – a Bosch által biztosított – radart a gokart elején 0, 33 m magasan kell elhelyezni. A vészfékezés, illetve az adaptív tempomat funkciókhoz használatos eszköz látóterébe helyezett akadály szintén ronthat a mérési eredményeken. Ergonómia: A karosszériának le kell fednie a benzinmotort, illetve a gokart hátsó részén található hajtómű blokkot. A cél egy olyan karosszéria kivitelezése, mely biztonságosan alkalmazható a 2015/16-os versenyszezonban az előre nem látható műszaki megoldások mellett. A karosszériának lehetővé kell tennie a kormány könnyed kezelését, illetve a fék- és gázpedál elérését. Könnyed ki- és beszállást kell biztosítani a pilóta számára. Függetlenítés: A műszaki fejlesztések hátráltatásának elkerülése érdekében törekedni kell a karosszéria megvalósításának gokarttól való függetlenítésére. Szerelhetőség: Biztosítani kell a hozzáférhetőséget és a szerelhetőséget a kritikus területeken (benzinmotor, hajtómű blokk, elektronikát és vezérlőegységeket tartalmazó oldaldoboz). Motor: Megfelelő légáramot kell biztosítani a benzinmotor számára. Költségkeret: A csapat által meghatározott költségkeretet nem lehet túllépni.

84


Kutatás a „jövő gokartja” koncepció figyelembevételével A verseny célja a modern autók funkcióinak megvalósítása, ezért a tervezés megkezdése előtt elmerültem a futurisztikus design világában.

2. ábra Kutatás

Látványtervek készítése A vázlatok készítésénél elsősorban arra törekedtem, hogy különböző megvalósítási módokat jelenítsek meg, melyből néhány a 3. illetve 4. ábrán látható. Ebben a fázisban még nem beszélhetünk végleges látványtervekről

3. ábra Látványtervek I.

85


4. ábra Látványtervek II.

Az alábbi koncepció nyerte el a csapat legtöbb tagjának a tetszését, ezért végül ezt a megoldásváltozatot kezdtem finomítani. A látványterv alapján részben meghatározható volt a megvalósítás módja is, hiszen az 5. ábrán látható karosszéria egy héj, melyet házilag általánosságban epoxi gyantával történő laminálással szokás elkészíteni. A vázlat kialakítását többek között Samir Sadikhov futurisztikus koncepcióautójának (6. ábra) formavilága inspirálta. Ennél az elképzelésnél igyekeztem a gokart gyári burkolóelemeitől merőben eltérő koncepciót alkotni.

5. ábra A kiválasztott látványterv

6. ábra Samir Sadikov koncepcióautója

86


Modellezés A terv elkészítésében fontos szerepet játszott az, hogy az ultrahang szenzorokat külön állványzatra kívántam erősíteni, szemben azzal az elképzeléssel, hogy maga a karosszéria foglalhatná magában azokat. Ennek oka, hogy a szenzorokat meglehetősen pontosan kell elhelyezni a megfelelő adatok szolgáltatása érdekében, így a burkolatba való beépítés nem nyújtott volna túl nagy szabadságot – e téren. Figyelembe vettem továbbá, hogy a szabályzat alapján a karosszéria nem lóghat túl az ütközőn, illetve rendelkeznie kell féklámpával hátul, középen, jól látható helyen. A vészfékezés megvalósításához elengedhetetlen radar ekkor még nem állt a rendelkezésünkre, ezért ezt a komponenst is a karosszériától függetlenül kívántam felfogatni a járműre. Ahhoz, hogy a terveket mindenki számára vizualizálhatóvá tegyem, egy arányosan kicsinyített agyagmodellt készítettem (7. ábra).

7. ábra Agyagmodell

Bár a főbb nézetek megrajzolása, és az agyagmodell elkészítése után körvonalazódni látszott a végleges forma, mégsem nyújtott elegendő támpontot egy a valóságot hűen tükröző - CAD modell elkészítéséhez, mely szükséges volt a lehető legpontosabb tervezés érdekében. A jármű jelentős aszimmetriát mutatott, ezért a számítógépes modellezhetőség érdekében körberajzoltam a gokartot keretező műanyag ütközőt, illetve bejelöltem a nagyobb részegységek – a motor, hajtómű blokk, az elektronikát tartalmazó oldaldoboz, kerekek, tengelyek, illetve ülés – helyét. Az így kapott sablonra 5x5 cm-es négyzetrácsot rajzoltam. A továbbiakban a körvonalakat egy-egy kiválasztott referencia ponthoz vagy vonalhoz mértem, melyet CAD programba betáplálva létrehoztam egy pontos alaprajzot, így megkezdődhetett a karosszéria modellezése.

87


8. ábra Aszimmetrikus CAD modell

A tervezőprogramban síkokkal határoltam le a befedni kívánt részegységeket (9. ábra). Az egyszerű geometriai formák jól szemléltették a komponensek helyigényét, mely némiképp leegyszerűsítette a karosszéria modellezését. A modellbe egy bábut behelyezve láthatóvá vált a pilóta helyigénye.

9. ábra Modell az alkatrészeket lefedő síkokkal

A következő lépésben a látványterv, illetve a makett alapján elkészült a karosszéria háromdimenziós modellje (10. ábra), mely az alkotás folyamata közben is folyamatosan csiszolódott, hiszen ekkor váltak igazán láthatóvá a jármű arányai.

88


10. ábra Az elkészült karosszéria modell

Kivitelezés A tervezés folyamatával párhuzamosan meghatároztam a megvalósítás lépéseit. Az üvegszálas karosszéria elkészítéséhez szükség volt egy ősformára. A burkolat elkészítése később a pozitív ősformára való laminálással történt. Az ősforma elkészítéséhez egy farostlemez alapot, illetve extrudált polisztirol (XPS) lapokat használtam, melyeket leginkább lábazati szigetelésre szokás használni. Kémiai összetétele megegyezik az EPS-sel (Expandált Polisztirol), de más eljárással készül. Szerkezete homogénebb, kisebb légzárványokat tartalmaz, így könnyebben alakítható. A CAD modellt párhuzamos síkokkal elmetszve sablonokat hoztam létre (11. ábra). A sablonokat első lépésben felrajzoltam az XPS lapokra, majd a formákat ellenálláshuzallal vágtam ki (12. ábra).

11. ábra A karosszéria metszetei

89


12. ábra XPS lapok vágása ellenálláshuzallal

A 10. ábrán látható, hogy a megfelelő metszetek egymás mellé helyezésével realizálódott a karosszéria geometriája. Az XPS lapokat PUR ragasztóval fixáltam, majd száradás után csiszolórács, illetve csiszolópapír segítségével finomítottam a felületen (13. ábra).

13. ábra A lecsiszolt ősforma

90


Az ősminta érdességét gipszes vakolat felvitelével kívántuk csökkenteni. A

repedezés elkerülése érdekében az ősminta első lépésben rugalmas csemperagasztóval lett kiegyenlítve. Száradás után felkerült az első réteg gipszes vakolat, melynek stabilitását gézlapokkal biztosítottuk. További rétegek felvitelével, és többszöri csiszolással elértük a kívánt felületminőséget (14. ábra).

14. ábra Az elkészült ősforma

A gipszes vakolat pórusainak eltömítése érdekében méhviasszal lett lekezelve a felület, melybe így nem volt képes behatolni az üvegszál karosszériához használt epoxi gyanta. A karosszéria a bonyolult felületek miatt üvegszál paplanból, a nagyobb felületek pedig üvegszál-szövet erősítéssel készültek. Az elkészült burkolaton meghagytam az üvegszövet jellegzetes mintázatát. A lámpák kialakítása után a felület matt fekete festést kapott.

15. ábra Üvegszál paplan és üvegszál szövet

A vibráció elkerülése érdekében a karosszéria aljára rezgés- illetve zajcsökkentő lapokat ragasztottam. A TEROSON SD SP 200 egy olyan PU réteggel bevont öntapadó, hőálló lap, melyet leginkább motorház és csomagtér fedelekhez alkalmaznak. 91


16. ábra Rezgéscsökkentő lapok

17. ábra Az elkészült burkolat eleje

92


18. ábra Az elkészült burkolat hátulja

További feladatok

A harmadik versenyszezonban a csapattal újabb kihívásokkal nézünk szembe, mely a karosszéria fejlesztését is magában foglalja. Az alábbiakban a szükséges módosítások, illetve a hátralévő feladatok olvashatók. -

-

Végeselemes vizsgálat végzése: A végeselemes analízis segítségével felderíthető, hogy hogyan viselkedik a karosszéria az esetleges ütközések közben, így meghatározható, hogy hol van szükség az anyag megerősítésére. Szenzortartók áttervezése: A szenzorok jelenleg két fémlap közé vannak fogatva, amely túl nagy nyomást fejt ki a szenzorban lévő piezo kristályra, így az fals eredményt adhat. A továbbiakban a tartónak a burkolathoz igazodó dizájnt kell kölcsönözni, illetve a fent említett problémát kiküszöbölni. Sárvédő készítése: Mivel a harmadik versenyszezonban szabadtéri versenyszámok is lesznek, célszerű a karosszéria alá sárvédőket elhelyezni, amely meggátolja, hogy szennyeződés kerüljön az alkatrészekbe. Oldaldoboz elkészítése nem vezető anyagból: A gokarton található alumínium oldaldoboz tartalmazza a vezérléshez szükséges elektronikát. A biztonságosság érdekében az új oldaldobozt üvegszálból kívánom elkészíteni. Akkumulátor töltésének megkönnyítése: A villamos hajtáshoz használt akkumulátor csatlakozója jelen esetben nehezen hozzáférhető helyen található. A továbbiakban a csatlakozót a karosszériára kívánom kivezetni, így a burkolat levétele nélkül is lehetővé válna a töltés.

93


-

-

-

Szerviznyílások kialakítása: A verseny során mindig számolni kell a meghibásodás lehetőségével. A szerviznyílások lehetővé tennék, hogy a karosszéria levétele nélkül is hozzáférhetőek legyenek a meghibásodásra hajlamos komponensek. Rádióhullámokat elnyelő festék felvitele: A gokart elején található a vészfékezés megvalósítására szolgáló radar. Bár a radar kiválóan működik, az orrészre felvitt rádióhullámokat elnyelő festék csökkentené az arról visszaverődő hullámok mennyiségét. Felfüggesztés: A rezgések csökkentése érdekében megfelelő felfüggesztéssel kell ellátni a burkolatot.

Egy autó, vagy akár egy gokart karosszéria megtervezése rendkívül összetett feladat. Tapasztalataim szerint a design csak egy szelete a megvalósítás tortájának, hiszen egyszerre kell összhangban lennie a formatervnek, a gépészeti, illetve villamos fejlesztéseknek, valamint biztosítani kell a munkafolyamatok megfelelő kommunikálását a csapattagok felé. Összességében a mérnökhallgatói versenyek kiváló lehetőséget biztosítanak a szakmai fejlődésre. Irodalomjegyzék [1]

[2] [3]

Bihari Zoltán –SzenteJózsef: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése”CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006.p. 193. Bercsey, T. - Döbröczöni, Á. – Dubcsák, A. – Horák, P. – Kamondi, L. - Péter, J. – Kelemen, G.- Tóth, S.: Terméktervezés- és fejlesztés. 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 - 01/1350/E1 program támogatásával, pp: 1/262. Péter J., Dömötör Cs.: Ipari design a fejlesztésben, Miskolc-Egyetemváros, 2011., elektronikus jegyzet, http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/ 0001_1A_G3_07_ebook_ipari_design_a_fejlesztesben/G3_07_ipari_design_a _fejlesztesben_1_1.html


94


Összecsukható kerékpár tervezése

Oláh Péter Ipari termék- és formatervező mérnök alapszakos hallgató

1. Feladat ismertetése A feladat célja egy összecsukható kerékpár tervezése, amely városi környezetben utolsó mérföldes közlekedésre alkalmas. Utolsó mérföldes közlekedés esetén a kerékpárnak mindössze az otthon és a tömegközlekedési csomópont, valamint a tömegközlekedési végállomás és a munkahely közötti távolság megtételére kell alkalmasnak lennie. Ezen a távon sokan használnak személygépkocsit, ám úgy vélem egy működőképes alternatívával olcsóbbá lehetne tenni a munkába járást. A kerékpárnak kis mérete ellenére is megfelelő kényelmet kell biztosítania, így többek közt a kerék minimális átmérője 16”. A kényelmes közlekedés érdekében a kerékpárnak hátravehetőnek kell lennie.

2. Piackutatás A feladatom részét képezte egy piackutatással elvégzése. Ez alatt megvizsgáltam a már piacon kapható megoldásokat, valamint az interneten fellelhető koncepcióterveket is. Sok koncepció található, ami hasonló alapelveken működik, mint az én elképzelésem, vagyis egy kisméretűre összecsukható hátra vehető megoldás, azonban ezeknél jellemző a nagyon kisméretű kerekek használata, ami az utazási kényelmet nagyban csökkenti, valamint a városi akadályok (járdaszegély, macskakő, kátyú, stb.) legyűrésében is rosszabbul teljesítenek.

35. ábra Bergmönch kerékpár (http://www.bergmoench.com/De/ )

95


. A piacon fellelhető megoldások közül az egyik legjobb a Bergmönch nevű kerékpár. A Bergmönch egy olyan mountain bike, amit felfelé túrázás közben hátizsák méretűre összezárva lehet vinni, lefelé pedig gurulhatunk rajta. Nagy hátránya viszont, hogy nem található rajta semmilyen hajtás, így tehát vagy a gravitációra kell hagyatkoznunk, vagy pedig rúgni kell magunk, mint egy rolleren. 3. Kritérium rendszer A tervezést elősegítendő felállítottam egy kritérium rendszert, melyek a tervezés megkezdéséhez adtak útmutatást. Ebben összefoglaltam az általam fontosnak vélt, valamint a mások tapasztalatain alapuló alappontokat, melyek a következők:

• • • • • • •

Kis méretre csukhatóság, hátizsákszerű hordozhatóság, Könnyű kivitel a hordozhatóság érdekében, Legalább 16”-os kerék a kényelmes utazás érdekében, Minél kevesebb nyitási/csukási lépés a folyamat meggyorsítása érdekében, Lehető legegyszerűbb nyitási/csukási mechanizmus alkalmazása, Antropometriai adatok figyelembe vétele, Könnyen tanulható kezelés.

4. Koncepcionális tervezés 4.1. A váz kialakítása A kerékpárom alapötlete, hogy a hátsó villát olyan megoldással csukjam a váz területén belülre, vagyis összecsukott állapotban nem lóghat ki abból. Ezzel nagymértékű méretcsökkenés érhető el. Ezen felül ahhoz, hogy gyorsan összecsukható, és hátra vehető legyen a bicikli, ez a megoldás kevés lépéssel megvalósítható.

36. ábra Kezdeti vázlat

A 2. ábrán egy átlagos kerékpár elrendezés, és a terv összehasonlítása látható. Megfigyelhető, hogy a terv geometriája megegyezik a normál kerékpárokéval,

96


vagyis a tengelytáv, a nyeregmagasság, és a váz további elrendezése a az emberi testméretekhez igazítottak. Az emberi testméretek antropometriai táblázatokból érhetőek el. Erre mutat példát az 1. és a 2. táblázat. A táblázatban szereplő értékek centiméterben értendők, valamint a zárójelben foglalt értékek inchben. Az első értékek a minimumot, a középső az átlagot, az utolsó értékek pedig a maximumot mutatják a vizsgált alanyok testméretei alapján.

37. ábra Antropometriai méretek 1 [3] 1. táblázat 3. ábrán látható méretek

1 805

Magasság

1 973

Csukló magasság

64

Boka magasság

1 309

Könyök magasság

236

Felsőtest mélység

169.7 (66.8) 179.9 (70.8) 190 1 (74.8)

12.0 (4.7)

13.9 (5.5)

15.8 (6.2)

21.8 (8.6)

25.0 (9.8)

28.2 (11.1)

1 916

Felsőtest függőleges kerülete

2 1 612

Ülő vállmagasság

60.8 (23.9)

65.4 (25.7)

70.0 (27.5)

Ülő medenceszélesség

34.6 (13.6)

38.4 (15.1)

42.3 (16.6)

1 921

Hátmagasság

43.7 (17.2)

47.6 (18.8)

51.6 (20.3)

506

Hónaljtávolság

32.9 (13.0)

39.2 (15.4)

45.4 (17.9)

639

Nyak kerület

35.5 (14.0)

38.7 (15.2)

41.9 (16.5)

754

Vállhossz

14.8 (5.8)

16.9 (6.7)

19.0 (7.5)

378

Csukló-csukló távolság

48.8 (19.2)

55.1 (21.7)

61.5 (24.2)

459

158.7 (62.5) 170.7 (67.2) 182.6 (71.9)

97


38. ábra Antropometriai méretek 2 [3] 2. táblázat 4. ábrán látható méretek

949

Derékmagasság

100.4 (39.5))

108.3 (42.6)

116.2 (45.7)

249

Lábak elágazása

79.4 (31.3)

86.4 (34.0)

93.3 (36.7)

215

Lábikra magassága

32.5 (12.8)

36.2 (14.3)

40.0 (15.7)

103

Vállszélesség

37.9 (14.9)

41.1 (16.2)

44.3 (17.5)

37.2 (14.6)

40.9 (16.1)

44.5 (17.5)

1 946 Derék-torok magassság 735

Váll kerület

44.4 (17.5)

49.0 (19.3)

53.6 (21.1)

178

Fenék kerület

91.0 (35.8)

100.2 (39.4)

109.4 (43.1)

1 2 312

Csukló nyugalmi magasság

21.1 (8.3)

25.4 (10.0)

29.7 (11.7)

856

Combmagasság

14.5 (5.7)

16.8 (6.6)

19.1 (7.5)

381

Alkar hossz

200

Fenék-térdhajlat hossz

46.9 (18.5)

51.2 (20.2)

55.5 (21.9)

A második táblázatban található értékekre azért van szükség, mert a kerékpáron felvett testhelyzet átmenetet képez az álló és ülő elhelyezkedés között. Ahogy az első táblázatban, az értékek itt is ugyan úgy értendők. Ezen táblázatok figyelembe 98


vételével terveztem meg kerékpárom méreteit, valamint alapul vettem még a különböző piacon található kétkerekűek adatait is.

39. ábra Országúti kerékpár méretei

Az 5. ábra szolgált egyik alapjául a különböző elemek méreteinek megválasztásakor. A kerékpár váz összecsukott állapotban rombusz alakú (40. ábra), mivel ezen az alakzaton belül a kerék úgy elhelyezhető, hogy az ne lógjon ki, de maga a váz elég hosszú ahhoz, hogy áthidalja a normál kerékpároknál megszokott távolságot. Ezen kívül ezzel a vázmegoldással a vállpántok elhelyezése is könnyen megoldható, valamint a felhasználót sem akadályozzák a mozgásban kerékpár a kilógó részei. Az szerkezet egyes elemei különböző színnel jelöltek. A piros és a kék kör az első, valamint hátsó kerék, a narancssárga vonal a váz merev alsó része, a barna vonal a váz merev felső része. A citromsárga vonal a váz nyitható felső részét, a lila csík az első villát, a zöld pedig a hátsó villát szimbolizálják.

40. ábra Kezdeti vázlat

99


A váz megtervezésére több koncepciót is létrehoztunk. A váz állhat két, vagy három elemből. Amennyiben a váz három részből áll, akkor a hátsó villa zárását a hajtókar tengelye körüli forgással lehet megoldani. Így azonban a három részből álló vázat nyithatóvá kell tenni (7. ábra), tehát a 3 elem megbontása szükséges egy ponton. Ezzel azonban szükségtelenül bonyolulttá vált volna a konstrukció. Egy jóval egyszerűbb kialakítás látható a 8. ábrán. Ebben az esetben a váz két részből áll: Egy alsó fix vázrészből, illetve egy felső kihúzással bővíthető vázrészből. A felső vázrész kihúzhatóságára azért van szükség, hogy az előbbiekben már említett rombusz forma létrejöjjön zárt állapotban, nyitott helyzetben pedig a nyereg a megfelelő helyen legyen.

41. ábra Zárás folyamata

Az első vázaltok elkészítése után több kinematikai szimulációt is elvégeztünk, mellyel jobb képet kaptunk az elemek mozgásáról, illetve az esetlegesen felmerülő problémákról, beakadó komponensekről.

42. ábra Modellezett zárás

A végső koncepcióban több változtatást is végrehajtottunk. A felső vázrészen szükséges egy plusz csuklópontot beiktatása. Ez azért volt szükséges, mert így a felnyíló váz kisebb magasságba emelkedik, mellyel könnyebben összecsukható. Ezen felül a váz rombusz formájának lekerekítésével az követi a hátsókerék vonalát, ezzel is kisebb lett a konstrukció. 4.2. Első villa megoldása Ezt követően az első villa csukása több módon is megoldható. A 9. ábrán a Cannondale hegyikerékpár látható úgynevezett „lefty” villával. Az elnevezés arra utal, hogy az első villának csak a bal oldali függőleges eleme van meghagyva 100


43. ábra Cannondale lefty villával

. Ezzel a megoldással lecsökken az első villa szélessége, valamint a jobb oldalról teljesen simává válik a villa, így alkalmas lehet a vázról való leszerelés nélküli zárásra A villa kialakítása a 10. ábrán látható.

44. ábra Első villa zárási mechanizmusa

A villa két fő részből áll. Egy a kormány rögzítésére kialakított felső elemből, valamint magából a villából. A villa nyitása, ill. zárása esetén a zármechanizmust kioldásával az egész villa oldalra tolható, majd pedig felhajtható. Ezzel a megoldással az első villa teljes egészében a váz mellé hajtható, lecsökkentve ezzel a zárt állapotú méretet. Ha az oldalra tolás mértéke nem lenne elegendő ahhoz, hogy a villa elférjen a zárt váz mellett, a kormány kismértékű elfordításával is igazítható. 4.3. Hátsó villa megoldása és a végleges forma A váz kialakítására több tervet is kidolgoztunk. A végső megoldásnál az alap koncepciót egyszerűsítve, a váznak csupán a felső íves elemét hagytuk meg. Ezzel a kialakítással nyitott állapotban az utas súlya rásegít a záró mechanizmusra, vagyis stabilabbá válik a működése- A vázszerkezet másik előnye, hogy így a nyereg elhelyezése is egyszerűbben megoldható.

45. ábra Végleges vázmegoldás zárása

101


A fő vázelem íves kialakítású, mellyel. zárt állapotban körülöleli a hátsó kereket. A hátsó villa egy csuklóponton van rögzítve a vázhoz, annak alsó részén, amely körül fordítható be zárt állapotába. Az elsőhöz hasonlóan a hátsó villa is féloldalas kialakítású, mivel a vázelem akadályozta volna a hajtás elhelyezését. Az elem bal oldala, amely hátizsák módban a viselő hátával érintkezik, teljesen lapossá tehető ezzel a megoldással. Ezen kívül a baloldalon található hajtókart is a villa szerkezetén belülre került, mivel így az nem ütközik a villával hajtás közben, valamint a keréknek is elegendő hely marad. Nyitott állapotban a váz fölső részén kialakított záró elem rögzíti a hátsóvillát hézagmentesen. Ez egy mozdulattal oldható, egy a hátsó villán elhelyezett furat pedig a kerékpár zárt állapotában koncentrikussá válik a nyereg tartótengelyével. Ez a tengely elegendő hosszúságú ahhoz, hogy lecsúsztatva zárt állapotban rögzítse a hátsó felét a kerékpárnak. Mivel a hajtókarok a hátsó villán vannak rögzítve, a hajtás hossza nem változik nyitott és zárt állapot között, így nem kell a feszítés érdekében további elemet beépíteni.

46. ábra Rögzítő elem

A 12. ábrán látható a kerékpár részei között használt rögzítő elem. Ez a kialakítás használható a hátsó villa, valamint a kivehető kormány rögzítésére az első villához.

47. ábra Kormány zármegoldása

A kormánycső alján látható elemek segítségével rögzíthető az az első villához (13. ábra). Az alsó elem egy henger, amelyet a fent említett (46. ábra) zárszerkezet húz be. A felső elem egy ék alakú hasáb, ami a megfelelően kiképzett az első villán 102


kialakított ellendarabba illik bele. A kettő együttesen gondoskodik a kormány fix rögzítése a mellett arról, hogy annak oldása is gyors és könnyű marad. A kioldott kormány a zárt állapotú váz oldalán megfelelően kialakított elemben helyezhető el úgy, hogy az semmilyen irányban sem lóg ki a zárt kerékpár körvonalából. 4.4. Hajtás A kerékpár meghajtásának kiválasztásakor három fő módszer merült fel: lánchajtás, bordásszíj, valamint kardántengelyes hajtás. Ezeknek előnyeit és hátrányait összevetve arra jutottunk, hogy a szerkezethez az optimális megoldás a bordásszíj használata. Főként mivel ez nem igényel kenést, így nem áll fent a veszélye, hogy „táska” módban az ember összeolajozza magát. Ugyancsak e mellett szól, hogy kevesebb karbantartást igénylő elem. 4.5. Fékek A KRESZ előírásait figyelembe véve a kerékpárra két külön működtethető féket kell szerelni. Az első- és hátsóvilla féloldalas kialakítása miatt a v-fék nem oldható meg. Így előre és hátra is tárcsafék kerül.

48. ábra Első tárcsafék

5. Összegzés Az dolgozatban egy összecsukható kerékpár tervezése látható. Részletesen bemutattuk a tervezési szempontokat, valamint a főbb elemek kialakítását. Nagy hangsúlyt szenteltünk az összecsukásra, valamint nyitott állapotban az elemek stabil, hézagmentes biztosítására. A kerékpár terve a 15. ábrán látható.

49. ábra Összehasonlítás egy átlagos méretű kerékpárral

103


6. További tennivalók

•

Terhelések kiszámítása, a terv ezekhez igazítása

•

Végeselem vizsgálat a koncepció egyes elemein, optimalizálás

•

A kormány végleges formájának meghatározása

•

Pedálok elhelyezésének kialakítása

•

Látványterv készítése

Irodalomjegyzék [1]

Bihari Zoltán –SzenteJózsef: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet. Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése”CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006.p. 193. [2] Bercsey, T. -Döbröczöni, Á. –Dubcsák, A. –Horák, P. –Kamondi, L. -Péter, J. – Kelemen, G.-Tóth, S.: Terméktervezés-és fejlesztés. 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 -01/1350/E1 program támogatásával, pp: 1/262.KÁLÓCZY, Gy.: Füstbázisok tervezése és szervezése. Eger, Dobó István Könyvkiadó, 1977. 25-36. old. [3] http://msis.jsc.nasa.gov/sections/section03.htm#_3.2_GENERAL_ANTHROPOMETRICS


104


Környezetbarát kulacs tervezése

Reppei Bettina Réka Ipari termék- és formatervező mérnöki szak Bevezetés Rohanó világ, gyors technikai fejlődés, modern orvostudomány ide vagy oda, az ember alapvető szükségleteit egyik sem tudja pótolni vagy kiiktatni. A jelen kor kényelmében, a folyadékszükségletünk kielégítésével rengetek hulladékot termelünk. Csak Magyarországon 45 ezer tonna PET palackot gyártanak évente, és ennek nagy része hasznosítatlanul kerül a hulladéklerakókba. A kutatás témája egy környezetbarát kulacs megtervezése, mivel egy huzamosabb használatra tervezett kulacs alkalmazásával csökkenthető az elhasznált és kidobott PET palack mennyisége. A műanyag termékek túlnyomó része nem megújuló fosszilis energiaforrásokból (mint pl. a kőolaj) állítják elő. Nyilván a kőolaj lassabban képződik, mint ahogy mi, emberek kitermeljük, így kőolajforrásaink végesek. Épp ezért igen fontos lenne a lehető leghatékonyabban kihasználnunk a rendelkezésünkre álló mennyiséget. Úgy érzem, hogy fel kellene hívni az emberek figyelmét a problémára, és talán egy jól megtervezett, kényelmes fogású, jól kinéző kulacs persze mindenkit nem, de pár embert "rávehet" arra, hogy kevesebb PET palackot használjon el. Piackutatás A tervezési folyamat alapvető része a piackutatás, mellyel a jelenlegi piaci kínálatokat, valamint a konkurens termékek tulajdonságait ismerhetjük meg. Hasonló módon megismerhetjük azok hiányosságait is, melyen javítva a mi termékünk jobbá válhat. Így sok szempontot találhatunk, amelyek későbbiekben való szem előtt tartása segíthet minket a tervezés alatt. A piackutatások alatt rengeteg érdekes megoldásra bukkantunk, illetve sok problémát is felfedeztünk, melyek segítettek kritériumrendszerem megfogalmazásában, mely tartalmazza azokat a követelményeket, amiknek a terméknek meg kell felelnie. A piackutatással nyert adatokat a későbbi termék megtervezésénél játszottak fontos szerepet. Piackutatásomból az 1. ábrán kiemelnék pár olyan terméket, melyeknek valamely tulajdonságát előnyösnek tartom, illetve melyek hasznosnak vélt gondolatokat ébresztettek bennem.

105


50. ábra Piackutatás

Igényfelmérés A piackutatás mellett másik fontos szempont a vásárlói igények felmérése, melyet kérdőív formájában végeztünk el. Az összeállított kérdőívet 1389-en töltöttek ki. A válaszadók túlnyomó többsége 16-24 év közötti budapesti lakos, így a termékkel kapcsolatban támasztott elvárásokat az ő igényeiknek megfelelően kell kialakítani. A továbbiakban egy olyan termék megtervezése a cél, amely fiatalok részére készül. Hasznos volt az igényfelmérés elvégzése, hisz az eredmények összegzéséve sok olyan dolog derült ki, mely a későbbiekben befolyással volt a tervezés folyamatára. A felmérésből kiderült, hogy a legtöbben több folyadékot fogyasztanak napközben, mint amit magukkal visznek. Így a magukkal vitt palackot csapvízzel újratöltik. A csapvíz viszont nem mindenhol megfelelő tisztaságú, így felmerülhet az igény egy szűrőbetét alkalmazására is. A felmérésből viszont kiderült, hogy a válaszadók 52%-a csak a vízszűrés miatt nem vásárolna meg egy terméket. Emellett a szűrő, csak víz megszűrésére alkalmas, más folyadékéra nem, illetve korlátozott mennyiségű víz megtisztítása után cserére szorul. Ezért a vízszűrő részt tartozékként, cserélhetőre tervezzük. A felmérésből továbbá kiderült, hogy van igény a kulacsban tárolt folyadék újramelegítésére, így egy fűtő egység alkalmazásán is érdemes gondolkozni.

106


Kritériumrendszer A piackutatás alapján a kész terméknek az alábbi szempontokat kell teljesíteni: • könnyű, ütésálló anyagból készüljön, • ne tartalmazzon, ill. a tárolt folyadék ne tudjon kioldani egészségkárosító anyagokat, • az kulacs főbb részei cserélhetők legyenek a hosszú távú használat érdekében (pl. aktív szenet tartalmazó szűrőbetét), • mosogatógépben mosható legyen, • csöpögés mentes csőrrészt és meneteket tartalmazzon, • a kulacs egy kézzel is kényelmesen nyitható legyen, amely biztosabb és könnyebb használatot eredményez. Környezettudatos tervezés A környezettudatosság hallatán legtöbben a szelektív hulladékgyűjtésre gondolnak, ám ilyenkor csak a tüneteket kezeljük, magán a probléma kiváltó okán nem változtatunk. Ha már a termék megtervezésének lépései alatt is szem előtt tartunk környezettudatos szempontokat, akkor a gyártási, szállítási és ártalmatlanítási folyamatokból származó környezeti hatásokat minimalizálhatjuk. A termékkel kapcsolatos környezeti hatások csaknem 80%-át a termék tervezési fázisában már meghatározhatjuk. Ezért fontos, hogy a gazdasági és környezeti vonatkozásokat a terméktervezés részeként kezelni. Koncepcionális tervezés A 2. és 3.ábrán láthatóak első szabadkézi rajzaim a tervezett kulacsról.

51. ábra Kezdeti formatervek

107


52. ábra Kezdeti formatervek

A fenti vázlatokat megvizsgáltuk ergonómiai szempontok szerint, mely alapján a vázlatokat módosításra kerültek (4. ábra). Az így elkészített rajzokat a felállított szempontrendszer szerint megvizsgáltuk. A legjobb megoldást részletesen is kidolgoztuk, melyről egy látványterv is készült.

53. ábra

108


Ergonómia Woodson, W. E. ; Conover, D. W. : Ember-gép-üzem, munkahelytervezés című könyve [3], igen átfogó leírást ad az emberi méreteket alapul vevő tervezésről. A könyv táblázatait, és ábráit tanulmányozva megállapítható, hogy az a távolság, amit az ember keze képes átérni, amely 97-140 mm. Ez igen jelentős információt nyújt a kulacs átmérőjére nézve. Az átmérő, melyet hengeres test esetében Amilyen átmérőjű hengert kényelmes átfogni 70-90mm. A kulacsom átmérőjének e két érték között kell lennie. Anyagválasztás Az Európai Parlament És A Tanács 1935/04/EK Rendelete szerint, mely az élelmiszerekkel rendeltetésszerűen érintkezésbe kerülő anyagokról és tárgyakról szól, a következő alapelvet fogalmazza meg [4]: „Az ezt a rendeletet alátámasztó elv az, hogy minden olyan anyagnak vagy tárgynak, amelyet arra szántak, hogy közvetlenül vagy közvetve érintkezésbe kerüljön élelmiszerekkel, megfelelő mértékben közömbösnek kell lennie annak megakadályozására, hogy olyan mennyiségű anyag kerüljön át belőle az élelmiszerbe, amely veszélyezteti az emberi egészséget, elfogadhatatlan változást idézhet elő az élelmiszer összetételében, vagy az élelmiszer érzékszervi tulajdonságainak rosszabbodását idézheti elő.” Ezen felül fontos, hogy a választott anyag hőálló, megfelelő mértékben ütésálló is legyen. A termék későbbi felhasználásából és a tervezés során felmerült kritériumok a felhasznált műanyaggal szemben a következők: • Élelmiszeripari felhasználása lehetséges • Hőálló • Ütésálló • Fröccsenthető • Újrahasznosítható A fenti szempontokat a polikarbonátok teljes mértékben kielégítik, így a kulacs alapanyagának felel. A kulacs látványterve A tervek közül kettő verziót dolgoztunk ki részletesebben, melyekről három dimenziós tervezőprogrammal modelleket is készítettünk. Az első egy olyan műanyag kulacs terve (5. ábra), melynek teste duplafalú ezzel is elősegítve a folyadék hőn tartását. A külső fala áttetsző műanyagból, belső fala pedig a kupakkal harmonizáló színes műanyagból készül. Formája ergonomikus, a kéz méreteivel összeegyeztetett. Elkarcsúsított része egyértelmű információt nyújt a használatáról, hogy hol kell megfogni, és meggátolja, hogy kicsússzon az ember kezéből.

109


54. ábra A teljes kulacs

6. ábra A kulacs kupakja

110


A kupak tetején látható az ivó csőr (6. ábra) melynek kihúzásával nyitható és visszatolva zárható. Ez az ivó rész egy kezes használatot tesz lehetővé. Mind a két kulacsra igaz, hogy a vízszűrő patron és a fűtő egység menetes kialakításának köszönhetően egyszerűen a kupak és a test közé csavarható. Így könnyen cserélhető, ill. kivehető, amennyiben nincs igény a használatára. A kulacs testén nincsenek kiálló részek, vagy szögletes formák. a kulacs teljes egésze forgásszimmetrikus, mely előnyös hordozhatóság szempontjából is.

7. ábra Látványterv

A 7.ábrán látható a második látványterv. A kulacs teste duplafalú, az előzőekben bemutatott kulcshoz hasonlóan. A 7. ábrán mind a két fal áttetsző műanyag, míg a 8. ábrán a belső fal színezett műanyag. A kulcs teste közép tájt enyhén elvékonyodik, ezzel is kényelmesebbé téve a kulacs fogását.

111


8. ábra Színezett belső falú kulacs

Irodalomjegyzék [1]

[2] [3] [4]

Bihari Zoltán –SzenteJózsef: Számítógépes terméktervezés. Szakmérnöki jegyzet.Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése”CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006.p. 193. Takács, Ágnes : Környezettudatos tervezés, Vázlatok a Környezettudatos tervezés című tantárgy gyakorlati anyagához Miskolci Egyetem, Gép- és Terméktervezési Intézet, 2014. Woodson, W. E. ; Conover, D. W. : Ember-gép-üzem, Műszaki Könyvkiadó, ETO:331.015.11, Budapest, 1973 http://eur-lex.europa.eu/legal-content/HU/TXT/?uri=CELEX:32004R1935 Letöltve: 2015.04.22.


112

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI 2015

Recommend Documents