Pak Long Cheung 4283937 – Lars Jansen 4216938 – Martijn Stolk 4304640
Analyse gebruik Gebruik De bolderkar kan gereed worden gemaakt door enkele onderdelen in elkaar te zetten/plaatsen. Vervolgens wordt de kar voortbewogen door een persoon die aan het handvat trekt. Hij kan zowel vooruit rollen door aan het handvat te trekken als achteruit door te duwen op de stang. In de bolderkar is plek voor maximaal 6 kinderen die kunnen staan en zitten. De bolderkar moet na gebruik weer makkelijk opgeborgen kunnen worden. Eisen 1. 2. 3.
4.
5.
Er moet zowel in de bak gezeten als gestaan kunnen worden De bak moet gemaakt worden van kunststof De bak moet een kracht van maximaal 1471,5 N kunnen dragen. (Dined, 6 kinderen) Het product moet goedkoop te fabriceren zijn zodat massaproductie mogelijk is (>1000 stuks) De bolderkar moet te demonteren zijn binnen 2 minuten
Plaats en type krachten de handvatten zullen aan een dwarskracht onderhevig zijn.
In de trekstang zullen hierdoor vooral axiale krachten optreden. Deze axiale krachten zullen als dwarskrachten op het stuurmechanisme werken. De bak zal vooral onderhevig zijn aan verticale dwarskrachten van de kinderen. Op het chassis werkt een verticale verdeelde belasting van de zwaartekracht van de bak (en kinderen daarin). Het stuurmechanisme (een enkele pin) zal via een axiale kracht de helft van de zwaartekracht van het chassis en de bak met kinderen dragen. Het chassis zal een verticale afschuifkracht uitoefenen op de assen. Alle bouten zijn onderhevig aan afschuifkrachten. Extreem gebruik De bolderkar zou gebruik worden om dingen te vervoeren die veel zwaarder zijn dan 6 kinderen (koelkast, grasmaaier etc.) We gaan uit dat de bolderkar maximaal belast wordt met een gewicht van 200 kg. Mensen kunnen tegen de bolderkar aanleunen op bv hun elleboog > puntbelasting op de zijkant. We gaan hierbij uit van een maximale waarde van 300 Newton.
Dined gegevens
Volgens de gegevens van Dined, moet de kar maximaal 150 kg = 150*9.81N kunnen dragen. (P90 gewicht van de doelgroep; jongens en meisjes)
Volgens de gegevens van Dined moet de breedte van de kar ongeveer 668*2mm zijn. Zo kunnen de kinderen van de doelgroep met gemiddelde lengte met de benen gestrekt zitten. Meeste kinderen zitten echter gehurkt. Deze afmeting meot dus voldoende zijn. Om de kosten zo goedkoop mogelijk te houden ronden we het getal naar boven af 1.40m breed
Dined gegevens (vervolg) Dined heeft geen gegevens over de heupbreedte van ons doelgroep. Om die reden pakken we de P1 van de heupbreedte van volwassenen. Deze is 758mm. Als we zes kinderen moeten kunnen dragen kunnen er drie tegenover elkaar zitten. De lengte wordt dan 3*758mm. Om de kosten zo laag mogelijk te houden ronden we het getal af naar 1.90m.
We willen weten wat de maximale trekkracht zal zijn dat een persoon kan uitoefenen. Volgens Dined is dat 443N (P90 van de mannen).
De trekstang zou tussen de vuist en ellebooghoogte moeten zitten. Als we naar de P50 kijken van mannen en vrouwen tussen de 20 en 60 jaar oud zien we dat het getal ergens tussen 741mm en 1099mm moet zitten; dat is 920mm.
Conceptontwikkeling De concepten hebben we ontwikkeld door de methodologie van Roosenberg en Eekels te gebruiken; HKJ’s opstellen van de deelproblemen en eisen, en vervolgens de daaruit voortvloeiende deeloplossingen te verwerken in een morfologische kaart. Uit deze morfologische kaart hebben we vervolgens drie concepten ontwikkeld.
Concept 1
Concept 2
Bij dit concept kunnen de kinderen op de korte lengte zitten. Dit houdt in dat ze veel beenruimte hebben. De dragende onderdelen zitten in de driehoeksconstructie.
Dit concept is ongeveer de archetype van de bolderkarren. Er wordt gebruikt gemaakt van ruimtebesparingen omdat de zijkanten deels zijn weggesneden.
Concept 3
Bij deze bolderkar hebben we ervoor gekozen om in het midden materiaal weg te snijden. Zo blijft de hoogte gelijk; met in oog houdend de veiligheid van de kinderen.
Uiteindelijke Concept Concept 2 is ons uiteindelijke concept geworden. Het model is makkelijk en slim in elkaar te zetten. De groene zijkanten kunnen over de buitenkant van het frame heen geschoven worden (mbv de rode schuifstukken).
De voorste twee wielen zijn beweegbaar; door de hendel kunnen deze aangestuurd worden. De achterste twee zitten vast.
In de uiteindes van de groene plaat zit een groef waar de gele platen ingeschoven kunnen worden. Het
Afbeelding 1 frame aan de onderkant ondersteunt de kinderen die in de kar zitten en vereist weinig materiaal. De twee dwarse frames zijn dik in het midden en dun aan de zijkanten, en de balk die deze verbind is u-vormig geperst.
In de bijlage zijn uitgebreidere tekeningen met maten te vinden.
Materiaalkeuze Voor de opdracht was als criteria gesteld dat de bak vervaardigd moet worden uit kunststof. Hierbij hebben we vooral gelet op de sterkte van de kunststof, aangezien deze het gewicht van de kinderen moet kunnen dragen en ook hebben we kunststoffen vergeleken die een hoge stijfheid zouden kunnen waarborgen m.b.v. de Young’s modulus en de Yield strength. Voor het chassis en de trekstang hebben we vooral gekeken naar de sterkte en prijs van verschillende metalen en ook naar eventuele gevoeligheid voor roesten. Voor het handvat hebben we gekeken naar een materiaal dat comfortabel is om vast te houden.
Afbeelding 1 Voor de moeren e.d. hebben we verschillende metalen vergeleken voornamelijk op prijs en Shear modulus, maar ook op roestbestendigheid.
Afbeelding 2 Verder laten we het materiaal waar de wielen van gemaakt zijn buiten beschouwing, omdat deze ingekocht zullen worden.
Uiteraard hebben we bij alle componenten rekening gehouden met de prijs van de materialen.
Afbeelding 3 Uiteindelijk hebben we voor de bak gekozen voor de kunststof ABS. Hier hebben we voor gekozen omdat ABS de nodige stijfheid en sterkte heeft, het is relatief goedkoop en het is al vaak voor soortgelijke toepassingen gebruikt, waar het zijn dienst heeft bewezen. Mogelijk in combinatie met glasvezel voor versteviging. Voor het chassis en de trekstang hebben we ervoor gekozen om low carbon steel te gebruiken, en wel chrome-vanadium steel. Dit is zeer goedkoop en sterker dan low carbon steel. Ook heeft het zijn dienst al vaak bewezen in o.a. fiets frames en is het relatief roestbestendig. Voor de handvatten hebben we gekozen voor Neopreen, CR, omdat dit al heeft bewezen comfortabel te zijn en het is erg goed bestand tegen zowel water als UVlicht, perfect voor lange tijd buiten dus. Omdat de handvatten niet zo groot zijn, weegt de hogere prijs niet op tegen de aanzienlijke voordelen. Tot slot zullen de bouten gewoon van RVS zijn. Qua prijs maakt het niet veel uit en RVS bouten zijn sterk genoeg en roestbestendig.
Modelleren Parameters
Betekenis
Rs
Straal van de trekstang
Bepalen/berekenen Berekenen Lengte van de trekstang Bepalen Maximale trekkracht vd gebruiker Bepalen Massa van bolderkar Bepalen Lengte van chassis Bepalen Breedte van chassis Bepalen Straal van de chassisbuizen Berekenen Straal van de assen Berekenen Lengte van de as Bepalen Massa van de bak Bepalen/berekenen Lengte van as tot as Bepalen E-Modulus van materiaal Bepalen Yield strength van materiaal Bepalen Shear Modulus van materiaal Bepalen Young’s Modulus Bepalen
Ls FTrek MGeheel LChassis BChassis Rs.chassis Ras Las Mbak Las-as E Ys Sm Ym
Ls bepalen we op 920mm (Dined gegevens), Ftrek bepalen we met behulp van de P90 van de kracht van de mannen (Dined gegevens). Dat is 443N LChassis bepalen we op 1900mm (Dined gegevens) BChassis bepalen we op 1400mm (Dined gegevens) Las wordt ingesteld op 1450mm. Dit hebben we bepaald door de breedte van het chassis te pakken en daar een speling van 5cm toe te voegen. Zo kunnen de wielen zeker vrij bewegen. MGeheel en MBak bepalen we met behulp van SolidWorks.
Benodigde formules 𝐹
𝐹𝐿
𝐴
𝐸𝐴
Axiale belasting: σ = ; δ = 𝑉
𝜎𝑦
𝐴
2
𝑇𝐿
; 𝐽 = ∫𝐴 𝑟 2 𝑑𝐴
Dwarsbelasting: 𝜏 = ; 𝜏Max = Torsie: 𝜏 =
𝑇𝑅 𝐽
Buiging: 𝜎 =
;𝜑=
𝑀𝑦 𝐼
; EI
; σ = εE ; ε =
𝐺𝐴 𝑑2𝑣 𝑑𝑥 2
∆𝑙 𝑙
= M(x) ; Ix = ∫𝐴 𝑦 2 𝑑𝐴
De straal van de trekstang kunnen we berekenen met de formule voor axiale 𝐹 belasting: σ = . De trekstang wordt gemaakt van LAS-CV; de Yield strength 𝐴 daarvoor is 400 – 1500 MPa; de kracht is de maximale trekkracht dat geleverd wordt. Hiermee kunnen we A (en dus ook de straal) van de trekstang berekenen.
FBD’s.
Productanalyse In Maple hebben we de formules van het modeleren gebruikt om de diktes van de materialen uit te kunnen rekenen. r van de trekstang
V(x)- en M(x)-lijnen voorste chassis
Impressie V-diagram vooras.
Impressie V-diagram achteras
Impressie V-diagram achterchassis
Productie De belangrijkste materiaaleigenschappen bij het vervaardigen van de productonderdelen zijn; het smeltpunt van het materiaal, aangezien het productieproces hieraan aangepast dient te worden Ook is het belangrijk hoe het materiaal zich gedraagt onder verschillende productietechnieken En tot slot de kosten van de gebruikte productietechnieken van een materiaal. Zo zullen de kosten hoger zijn voor de gebruikte productietechnieken voor RVS dan voor CE. Verder geeft CES Edupack per materiaal op een schaal van een tot vijf aan in hoeverre een materiaal geschikt is voor bepaalde productietechnieken. Bij CE en ABS worden de castability, de moldability, formability, machinability en weldability weergegeven. Daarnaast wordt bij RVS ook de solder/brazability weergegeven.
Continu extrusieproces (alleen polymeren). 1 = Extruder, 2 = Granulaat, 3 = Extrusiematrijs, 4 = Extrusieprofiel
Alle platen van ABS gebruiken de productietechniek: extruderen. We kiezen hierbij voor een continue extrusieproces. Dit omdat dit een snelle productiemethode is en daarom goedkoper dan een discontinue extrusieproces. De bodem, zijkanten, voor en achterkant worden allemaal op deze manier geproduceerd. De wielen kopen we voor 15 euro per stuk op de bolderkarshop. Aanschaffen op: http://www.bolderkarshop.nl/contents/nl/p284_Bolderkar_wiel_3004_300x4_rollager.html
Spuitgiet proces. 1 Doseerschroef 2 Granulaat 3 Inspuitopening (spuitmond) 4 Matrijs (onderdeel) 5 Product 6 Matrijs(bovendeel)
De horizontale assen maken we d.m.v spuitgieten. De mal zal in het midden een ‘inham’ moeten hebben zodat de verticale assen in de horizontale assen gelast kunnen worden. Ook de Hendel wordt geproduceert door deze in een mal te spuitgieten. Assemblage
Onze bolderkar is zo gemaakt dat hij makkelijk te assembleren is: dit doet de gebruiker zelf. Aan het frame zijn alle onderdelen makkelijk te bevestigen. De zijkanten worden over de buitenkant van het frame geschoven. De gele voor en achterkanten passen dan vervolgens weer in de groeve van de zijkanten. Wielen kunnen over de assen heen geschoven worden en vervolgens kan je een dop in de as draaien zodat de wielen er niet vanaf vallen.
Bijlages
Afbeelding 1
Afbeelding 2
Afbeelding 3
Afbeelding 5 Uiteindelijke rendering.
Afbeelding 6 Onderkant
Afbeelding 7 Zijkant
