MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI- ÉS INFORMATIKAI KAR GÉP-ÉS TERMÉKTERVEZÉSI INTÉZET 3515 Miskolc-Egyetemváros
SZAKDOLGOZAT
Feladat címe: Mechanikus gyorsító berendezés tervezése kerékpárhoz
Készítette:
ZSÍROS ZSOMBOR BSc szintű, gépészmérnök szakos Géptervező szakirányos hallgató
Konzulens:
NÉMETH GÉZA adjunktus Miskolci Egyetem Gép-és Terméktervezési Intézet
2014/2015 TANÉV, 1. FÉLÉV 1
TERVEZÉSI FELADAT
2
TARTALOMJEGYZÉK
1.
BEVEZETÉS 1.1. A mai kerékpár trendek 1.1.1. Az összehajthatóság 1.1.2. A hajtáskönnyítés 1.1.3. Az okos funkciók 1.2. Az mechanikus energia betáplálása
2.
SZABADALOM ÉS PIACKUTATÁS 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9.
3.
A Kickstarter cég Az összehajtható biciklik E-bike szabadalom Az agyváltó A fokozat nélküli agyváltó A fordulatszámváltó Koppenhágai kerék KERS - rendszer Összefoglalás
KONCEPCIONÁLIS TERVEZÉS 3.1. A főfunkció lista 3.2. A főtípusok 3.3. A fő megoldásváltozatok 3.3.1. Az 1. megoldásváltozat 3.3.2. A 2. megoldásváltozat 3.3.3. A 3. megoldásváltozat 3.3.4. A 4. megoldásváltozat 3.3.5. Az 5. megoldásváltozat 3.4. Értékelemzés 3.4.1. Az értékelemzés szempontjai 3.4.2. Az értékelemzés 3.5. Részletezett funkciólista 3.5.1. A működés funkcióábrája 3.5.2. A funkcionális részegységek 3.5.3. A lehetséges felépítési változat
6 6 6 7 10 11 12 12 13 15 16 17 18 19 20 21 22 22 23 24 24 24 24 25 25 25 25 26 26 27 29 31 3
3.6. 4.
KONSTRUKCIÓS TERVEZÉS 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. 4.10.
5.
6.
A konstrukció fejlődése Bemenő adatok Az előzetes vázlat Dörzskapcsoló tárcsa Vezérlés Spirál rugós tárcsa Kilincskerék Csavarmenetes henger Visszacsatolás Fogaskerék-bolygómű Tengelyek
VIZSGÁLAT
31 34 34 38 39 45 49 53 56 58 58 65 67
5.1. Illesztések 5.2. Kenés
67 69
KIVITELEZÉS
70
6.1. Beépítés egy kerékpárba 6.2. Véglegesített szerkezet 6.3. Összegzés 6.4. Irodalomjegyzék
70 71 73 74
4
NYILATKOZAT
Alulírott Zsíros Zsombor, a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának hallgatója kijelentem, hogy a „Mechanikus gyorsító berendezés tervezése kerékpárhoz” című, Szakdolgozatot saját magam készítettem. A dolgozatban minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen a forrás megadásával megjelöltem. Továbbá hozzájárulok ahhoz, hogy a dolgozatot és az abban szereplő eredményeket a Miskolci Egyetem saját céljaira felhasználja.
Miskolc-Egyetemváros, a dolgozat beadásának dátuma
………………………………….. aláírás
5
1. BEVEZETÉS 1.1. A mai kerékpár trendek A kerékpározás, mint nagyszerű kikapcsolódás, valamint testedzés is egyben, folyamatos fejlődésen esik keresztül, mely az utóbbi évtizedig csak az eredeti szabadalomban leírt funkcionális részegységek finomításával, hatékonyabbá (olcsóbb ugyanakkor biztonságos) esetleg könnyítésével foglalkozott. A ma kibontakozó trendek, melyek az egész kerékpárra kiterjedő változást eszközölnek, egyértelműen három csoportra bonthatók: - Praktikus összehajthatóság - Hajtáskönnyítés - Okos funkcióval való felszerelés 1.1.1. Az összehajthatóság Az első csoportba tartozók őse az 1960-80-as években népszerű kemping bicikli, melynek egyenes fővázát ketté lehet hajtani, viszont nem volt kifejezetten strapabíró. A magyar származású Csepel művek kerékpárja, melyet most Swiss márkanévvel most is meg lehet találni. Ma már a merev tengelykapcsoló helyett akár rugalmas több kis kapcsolódó elemből álló tengelykapcsoló alkotja a fő tengelyt egy új 2014-es szabadalom szerint.
1. ábra Kemping bicikli (forrás:Swiss.hu)
2. ábra Rugalmas bicikli váz (forrás:Daily mail.com)
6
1.1.2. A hajtáskönnyítés A második csoportba tartozó kerékpároknál kiemelhetjük, hogy a váz súlyának a csökkentése is könnyíti a hajtást. Ezen a megállapításon alapulva, megfigyelhető a könnyű, ugyanakkor szilárd biciklik gyártása, melyek igencsak drágák. Erre jó példa a szén(carbon) szál erősítésű váz.
3. ábra Carbon vázas bicikli (forrás:Merida.com)
A váz tömege 1,2 kg körül van, a villa 5-600 gramm alu nyakkal és alu papucsokkal. A kevésbé vagy közepesen merev váz kevésbé precíz irányíthatóságot eredményez, gyengébb a kontroll a lejtmenetekben. Ilyen tesztekről, mérésekről és eredményekről a német kerékpáros magazinokban is lehet olvasni. A légellenállás, más néven a „drag” a legnagyobb erő, ami a kerékpárost lassítja. 35 km/h fölött a drag jelenti már a teljes leküzdendő ellenállás több mint 80%-át, beleértve a gördülési ellenállást és a csapágyak súrlódását is. Nem csoda, hogy az aero-országúti bringák egyre népszerűbbek. Különösen azok, akik sokat tekernek egyedül és gyorsan, 8-10 Wattot is spórolhatnak és könnyedén tekerhetnek 1-2 kilométer/h-val gyorsabban, ugyanazzal az erőbefektetéssel. És egy kellemes mellékhatás: az aero országúti bringák egyszerűen agresszívebben és lendületesebbnek néznek ki, mint hagyományos társaik, a szárnyprofilú csöveknek és a magas peremes felniknek köszönhetően.
7
A hajtáskönnyítés egyik legnyilvánvalóbb fajtája az energia betáplálása a kerékpározás alkalmával. A legelterjedtebb módja ennek a villamos energia betáplálása, vagyis a bringán már előzetesen tárolt elektromos energiát átalakítjuk mechanikai energiává. Ilyen irányú fejlesztésre példa a Miskolcon található Bosch gyárban készülő úgynevezett e-bike modul.
4. ábra E-bike (forrás:Bosch.hu)
Általános felépítése a következő: a vázon található a lecsatolható, tölthető akkumulátor, ami általában 250Watt/órás. A pedálagyhoz csatlakozik fogaskerekes áttételekkel a villamos motor. Továbbá kapcsolatban áll az érzékelőkkel, például a nyomatékmérővel. Az irányítás digitális kijelzővel fenn történik, ahol a felhasználó bekapcsolhatja a hajtást, valamint tájékozódhat a kerékpár sebességéről is.
8
Az elektromos kerékpárok a magyar törvények szerint két fajtára sorolható: - E-Bike - Pedelec A pedelec egy még manapság nem annyira elterjedt szóösszevonása PEDálozás és az ELECtric szavaknak Fontos, hogy a kerékpárosnak magának is tekernie kell ahhoz, hogy a kisegítő motor működésbe lépjen. Az E-Bike esetében a kisegítő motor képes önmaga hajtására, vagyis a kerékpáros tekerése nem szükséges a motor működéséhez. Egy elforgatható markolat, vagy egy nyomógomb segítségével pedálozás nélkül is mozgásba hozható. A pedálozás megkezdése (ha egyáltalán rendelkezik pedálokkal) semmilyen befolyással nem bír az elektromos rásegítés működésére. Amennyiben a meghajtó motor teljesítménye meghaladja a 250 W-ot, akkor is e-bike a hivatalos megnevezése a kerékpárnak. Bármelyik feltétel teljesülése esetén A1-es segédmotor jogosítvány birtokában lehet csak vezetni a kerékpárt, és a bukósisak is kötelező viseletté válik.
Egy pedelec kerékpárt szabványos 230 V-os hálózatról átlagosan fél kWh árammal fel lehet tölteni, amivel átlagosan 30-50 km-t lehet megtenni, de egyes modellek már a fékezési energiát is vissza tudják nyerni, így ezekkel nem lehetetlen a 100 km megtétele sem egyetlen töltéssel. Fél kilowattóra jelenleg átlagosan 18 forintba kerül, így kijelenthetjük, hogy 100 km-t nagyjából 60 Ft-ból meg lehet tenni. Ha utazás közben lemerül az akkumulátor, akkor sincs baj, hiszen normál kerékpárként továbbra is használható a pedelec. A konditermekbe járás helyett egy pedelec-kel elvégezhető a napi testedzés és így időt és pénzt lehet megtakarítani. A pedelec károsanyag kibocsátása a legalacsonyabb valamennyi motorizált, magánközlekedésre használatos jármű közt. Energiafogyasztása hússzor alacsonyabb, mint egy személygépkocsié. További előnye, hogy a használata során nem okoz lég- és zajszennyezést.
9
1.1.3. Az okos funkciók A harmadik csoportba tartozó bringa trendek a bicikli okosításával kapcsolatosak. A kerékpár is egyfajta reneszánszon esik át, hogy beilleszkedjen a mai világ "smart" ökonómiájába. Az új tulajdonságok, néha egy részegység átalakítását, vagy új egység beépítését, illetve beintegrálást igénylik, a bringára nézve radikálisan vagy simán csak szolídan jelennek meg. Erre a legkülönfélébb példák: - Led fényes bringa - Életfunkció monitorozó - Okostelefon integráló - Szenzor integráció Egy legutóbbi 2014-ben megjelent kerékpár, a Vanhawk Valaour rengeteg ilyen funkciót telepített egy teljesen szén szálas bicikli vázba.
5 .ábra Okos kerékpár (forrás:Kickstarter.com)
A biztonság elsődlegesnek számít, éppen ezért közelségi szenzorok tömkelegét zsúfolták bele, hogy időben jelezze, ha egy közeledő autó vagy motorkerékpár kerül a holtterünkbe, és vibráló visszajelzéseket küld a markolaton keresztül, ha 3 méterrel mögénk kerül valaki vagy 1,2 méterre mellénk, így nem kell feltétlenül hátrapillantgatnunk haladás közben. A beépített szenzorok között találunk olyat, ami például az elégetett kalóriát méri, de a megtett távolságról, átlagos sebességről és a részidőkről is mind részletes információt fogunk kapni okostelefonunkra. A GPS-es navigálás is megoldott oly módon, hogy egy-egy kanyarnál a kormány markolatában világító színes LED-kijelző jelzi a haladási irányt.
10
1.2. A mechanikus energia betáplálása A szakdolgozatom témája egy új innovációs megoldás; a kerékpár gyorsítása tisztán mechanikus úton, azaz villamos energia, vagy benzines motor alkalmazása nélkül. A kerékpározás során előfordul nehéz illetve könnyebb tekerési időszak. Az utóbbiban szinte csak gyorsítunk, hiszen a kerékpár "magától" megy, azaz van elegendő mozgási energia. Ennek a radikális határa a lejtőn való legurulás, vagy a közlekedési szabályok szerint előírt fékezés betartása. Ebben a két esetben többlet mozgási energiával vagyunk ellátva, és bizony ez hiányzik olyan esetekben, amikor viszont éppen az ellentétje áll elő. Például a masszív feltekerés a lejtőn, vagy elindulás a teljes fékezés után. Ezek alapján felmerül az igény ezen többlet energia hasznosítására a hajtás megkönnyebbítése céljából. A bevezetőben elhangzott kerékpár típusok egy része hasznosítja a bejövő energiát különféle villamos átalakításra, példa erre az okos funkciókhoz tartozó akkumulátor töltése dinamóval. Viszont egy mechanikus energiatároló csak a mechanikai energiát tárolja el eddig nem látott módon. Az innovációval új piacokat lehet szerezni, és részt lehet hasítani a mai modern kerékpározási trendek tortájából.
11
2. PIAC ÉS SZABADALOMKUTATÁS 2.1. A Kickstarter cég A bevezetőben bemutatott figyelemre méltó technikai újdonságok nagy része (ha nem az összes) egy néhány éve működő cég segítségével valósulnak meg, melynek a neve Kickstarter, magyarul kezdőrúgás. A cég tulajdonképpen egy internetes oldal, ahol megjelennek az ötletgazdák a prototípusaikkal együtt, mindezt egy portfólióba sűrítve, hogy meggyőzzék az embereket a találmányuk fontosságáról és pénzt gyűjtsenek, annak megvalósításához. Az alapötlet a közösségi finanszírozásban rejlik, maga az oldal pedig a támogatókat kereső projektek jegyzéke. Az igen népszerű projektek a főoldalon foglalnak helyet. A projekteknek egy hónapjuk van az adományok gyűjtésére, mely 10-20 dollár között mozog. Maguk a támogatók is jól járnak, hiszen a sikerre vitt projektek biztosítanak számukra egy ingyenes példányt az elkészült termékből. Ha a 30 nap letelte után összegyűlik a kitűzött pénzösszeg, a gyártás szervezése a következő teendő. A szakdolgozathoz kapcsolódó irodalomkutatás szorosan kapcsolódik ehhez az oldalhoz, ugyanis itt rengeteg gépet, ötletet, tervet, kerékpárt lehet találni leírással illetve tervdokumentációval együtt, ezt időben hamarabb és világosabb szinten, mint a szabadalmi oldalakon, hiszen maga a téma is ezekhez hasonlóan új.
6. ábra A Kickstarter lógója (forrás:Kickstarter.com)
12
2.2. Az összehajtható biciklik A mechanikusan egészen kicsire összehajtható biciklik manapság a reneszánszukat érik. A piackutatás során figyeltem fel egy esernyő méretűre összeapplikálható mechanizmusra, melyet egy olasz dizájner fejlesztett ki.
7.ábra Esernyő méret (forrás:Weururbanist.com)
Gianluca Sada a forradalmi ötletét 2010 márciusában szabadalmaztatta a Torinói Kereskedelmi Kamaránál, majd 2010 októberében az Order of Engineers Torino „IDEA-TO” kategóriában neki ítélte az év leginnovatívabb találmányáért járó díjat. A Techno Design szakembereinek bevonásával 2008 és 2010 között dolgozott projektjén, majd 2011-ben a finommechanikában jártas Palmec sns. támogatásával elkészült az alumínium ötvözetből készített prototípussal is. Különös figyelmet fordítottak a kerékpár súlyára és méretére. El akarták kerülni, hogy az összecsukhatóság és a hordozhatóság a kerekek, a váz és a stabilitás rovására menjen. Ahelyett, hogy csökkentették volna a bicikli alapvető elemeinek méreteit, inkább megerősítették a kevesebb anyagot igénylő felniket.
8. ábra Elől nézeti kép(forrás:Weururbanist.com)
13
A következő friss projekt is az előzőhöz hasonlóan összehajtható vázból készült, ami a bicikli méretének jóval kisebb hányadára képes összehajtódni.
9. ábra Gi-Bike városi bicikli (forrás:Gi-Bike.com)
A hordozhatóságot a Gi Bike esetében teljes mértékben kimaxolták, gyakorlatilag másodperceken belül összecsukható és cipelésre kész, továbbá LifePo4 típusú 6,000 mAh-s aksit pakoltak a váz belsejébe, amit USB-porton keresztül 4 óra alatt teljesen fel lehet tölteni. Az elektromos asszisztenciával ellátott modell hatótávolsága a 64 km-t is elérheti, miközben normál tekeréssel 25 km/órás csúcssebességre képes. Egy különleges immobilizerrel is ellátták a Gi Bike-ot, ami automatikusan zárja a bingát, amennyiben 10 méternél messzebb távolodunk tőle. A Gi Bike-ból két verzió is készül, a már említett elektromos meghajtással felszerelt modell 17 kilót nyom majd, míg a csak pedállal hajtható változat mindössze 12 kilós lesz. A 26”-es kerekekkel felszerelt 1,7 méter hosszú bringák összehajtva pedig csak 66 x 90 centi helyet foglalnak, így liftbe, csomagtartóba, tömegközlekedésre könnyen felvihető.
10. ábra Összehajtott állapot (forrás:Gi-Bike.com)
14
2.3. E-bike szabadalom A szabadalom kutatás során német nyelvű szabadalmat találtam, melynek a címe: "Antriebseinrichtung für ein Elektrorad" azaz Hajtó készülék elektromos kerékpárhoz. Kiadási szám: DE102012103355 A1 Közzététel dátuma: 2013. okt. 17. Feltalálók: Udo Getta, Ullrich Noack, Karl-Heinz Fleischmann
11. ábra Vázlat a hajtóműről (forrás:google.com/patents)
A német nyelvű szöveg fordítása a következő: A meghajtó eszköz (1) elektromosan egy kerékpárt hajt meg, amely egy meghajtó házban (7) helyezkedik el. Ebbe egy csőtengely (3) van beszerelve, amelyhez kapcsolódik egy lánckerék, egy lánc átviteli elektromos kerék, koaxiálisán elrendezve a csőtengely (3), valamint ez párosulva pedál forgattyús tengelyével (2), amely kapcsolódik a két végén a hajtókarok és egy elektromos motor (4), kibocsátás. A szíjhajtás fogazott, lapos vagy ékszíj olyan rugalmas, a vontatási eszköz (60), vagy a lánchajtás egy- vagy kettős görgős lánc kialakítva, mint egy rugalmas vontatási eszköz (60) hajtószerkezet (6), azzal a csőtengely (3) lehet kapcsolni. A hajtószerkezet (6), egyenes vagy spirális homlok vagy a bolygómű (5) a többszintű átvitel (5, 6) csökkentésére az elektromos motor sebességének (4).
12. ábra Metszet a hajtóműről (forrás:google.com/patents)
15
2.4. Az agyváltó Az agyváltó több összekapcsolt bolygóműből álló sebesség váltó, mely kerékagyon helyezkedik el. A láncváltókkal szemben nagy előnyük a strapabíróság. Kevésbé érzékenyek a vízre, sárra, ütésekre, és ritkábban igényelnek karbantartást. Evvel szemben általában kisebb áttételtartományt és kevesebb fokozatot adnak, nehezebbek, és nem tűrik a terepes használatot. Mindezek miatt sport célokra legtöbbjük alkalmatlan, túrázásra, vagy városi használatra viszont kitűnőek.
13. ábra Agyváltó belseje (forrás:biciklopedia.com)
14. ábra Piacon kapható agyváltó (forrás:Nexusl.com)
A legelső biciklis agyváltó szabadalom 100 éve jelent meg 1902-ben Frank Bowden Nottingham-i kerékpárgyártó üzemében a két mérnöke, Henry Sturmey és James Archer szabadalmaztatták az első 3 sebességes agyváltót, amit mostanában is Sturmey-Archer agyváltónak hívunk.
15. ábra A szabadalmi ábra (forrás:google.com/patents)
16
2.5. A fokozat nélküli agyváltó Forradalmi megoldással állt elő ebben az évben az amerikai székhelyű Fallbrook Technologies Inc. , ugyanis a kerékre szerelt agyváltó egységük fokozatmentes, "gördülékeny" hajtást valósít meg. A megoldás lényege egy bemenő és egy kimenő tárcsa, mely között egy viszonylag nagy méretű golyókból álló sor helyezkedik el. A golyók axiálisan állítható tengelyeken helyezkednek el, melyek központosan állíthatók egy csúszka által, melyet a felhasználó csavargat 360°-ban. A már 2007-ben elméleti ötletként felmerülő fokozatmentes sebességváltás, most már a piacon is kapható termék NuVinci N 360 néven, beépítési súlya 2450 gramm.
16. ábra A fokozatnélküli váltó (forrás:fallbrooktech.com)
17. ábra A működési elv (forrás:fallbrooktech.com)
17
2.6. A fordulatszámváltó A fokozatnélküli agyváltó készítő Fallbrook Technologies Inc.-nél további meglepő szabadalom található, ami a fokozatnélküli hajtást automatizálja a kerékpáron, úgynevezett Harmony márkanévvel. Egy automata váltó szerkezetről van szó, ami az előzőekben leírt axiális golyós elven működik. A felhasználónak elég beállítania a fedélzeti képernyőn (ami a kormányon található) a tekerési frekvenciát (harmóniát) és tereptől (azaz lejtőn le-föl) függetlenül ugyanazon fordulatszámon tekerhet.
18. ábra Automata agyváltó
19. ábra Fedélzeti képernyő (forrás:falbrooktech.com)
20. ábra A szabadalmi ábra (forrás:google.com/patents)
18
2.7. Koppenhágai kerék Egy 2009-ben debütált különleges kerék a kinetikus energiát alakítja elektromos energiává. A kerék cseréjével bármilyen bicikli pár perc alatt átalakítható elektromos kerékpárrá. A névválasztás a feltalálók szülőföldjére asszociál. Kinetikus energiatárolóval felszerelt elektromos kerékpár innovatív hajtásrendszert alkalmaz egy kerékbe sűrítve. Tartalmaz elektromos motort és a hozzá tartozó akkumulátort , három sebességes agyváltót, forgatónyomaték-érzékelőt. Ezek mellett extraként GPS-t, bluetooth és GPRS kapcsolatot, továbbá különböző érzékelőket (CO2, NOx), melyek a környezeti zajt, légszennyezettséget, páratartalmat és hőmérsékletet figyelik. Amikor fékezünk a mozgási energiát egy elektromos motor alakítja elektromos árammá, ami akkumulátorokban tárolódik el, és azonnal visszanyerhető, amint szükségünk van rá. Az akkumulátorok teljes feltöltöttség mellett 40km-es táv megtételére képesek.
21. ábra Koppenhágai kerékkel ellátott bicikli (forrás:superpedestrian.com/gallery)
22. ábra Koppenhágai kerék közelről (forrás:superpedestrian.com/gallery)
19
2.8. KERS - rendszer Az előbb bemutatott kerék tulajdonképpen egy kinetikai energia-visszanyerő rendszer (angolul Kinetic Energy Recovery Systems), amit először ugyancsak nemrég kezdtek el alkalmazni a Formula-1-es autóversenyzésben időnyerés céljából. Egy elektronikai berendezés, amely a versenyautó fékezésekor keletkező energiát összegyűjti, majd elektromos áram formájában raktározza. Az így összegyűjtött energiát a pilóta egy kör folyamán 6,6 másodpercig használhatja, amivel plusz 85 LE teljesítményt nyer az előzésekhez. A biciklivel kapcsolatos mechanikus fajtája a lendkerék. Az elve szerint az egyenetlen terhelés miatt közbeiktatnak egy forgó tárcsát, ami felgyorsul és feltöltődik energiával majd később kiegyenlíti az ingadozó sebességet vagy meghajtó erőt. A környezetbarát koncepció megvalósítása mindazonáltal még nem kiforrott, hiszen a vaskos tárcsa több mint 6 és fél kilós, így megduplázza a kerékpár súlyát, tehát a gyakorlatban még inkább hátrányt jelent a használata.
23. ábra Lendkerék beépítve (forrás:pto.hu)
24. ábra A lendkerék tárcsa (forrás:pto.hu)
20
2.9. Összefoglalás A szabadalom és piackutatás során megállapítható, hogy a fejlődés az utóbbi időben kezdett exponenciálisan felgyorsulni. Több ágon futnak a fejlesztések, a legtöbb a Kickstartertől remél közösségi támogatást termékéhez. Az irányzatok több csoportba sorolhatóak: egész bringára kiterjedő vagy csak egy részét változtatja meg. A legtöbb fejlődésen a 100 éves bolygóműves áttételt megvalósító bolygóműves agyváltó eset át. A Fallbrook Technologies Inc.-nél feltalált fokozatmentes áttételt megvalósító axiálisan állítható golyókkal felszerelt szerkezet és az ennek tovább fejlesztett változata az automata frekvencia váltó igazán figyelemre méltó. A kinetikus energiát átalakító és felhasználó elemek is új fejlesztések. A Koppenhágai kerék a többlet kinetikus energiát alakítja elektromos energiává, majd eltárolja akkumulátorokban. A lendkerékkel felszerelt bicikli meg tisztán mechanikus energiát tárol, viszont a tömege, akár biciklivel megegyező lehet. A szakdolgozat témája; a mechanikus gyorsító ugyancsak kinetikus energiát tárol, viszont egy új megközelítésből: a felhúzós gépekre, játékokra asszociálva rugalmas energiát fog feltölteni, tárolni majd előhívni.
21
3. KONCEPCIONÁLIS TERVEZÉS 3.1. A főfunkció lista Az eleve elképzelt továbbá a szabadalom és piac kutatás során felismert fő funkciók a következőek: Főfunkció
Tulajdonságok
Bejövő jel A felhasználó, vagy automatika által küldött jel az energia tárolás megkezdésére.
Energiatároló Az energia eltárolásának egysége, lehetséges mechanikus illetve elektromos is.
Kimenő jel A felhasználó, vagy automatika által küldött jel az energia előhívására hasznosítás céljából.
22
3.2. A főtípusok A főfunkciók közül az energiatároló emelhető ki a típus változataival. A fizikailag lehetséges főtípusai (változatai) a következők: Energiatároló változatok
Tulajdonságok Akkumulátor Az akkumulátor elektromos elven tárolja az energiát. Hatékony, viszont hirtelen nehezen tölthető. Spirálrugó A spirálrugó a rugóban felhalmozódó rugalmas energiát tárolja. Erősen függ a mérettől.
Lendkerék Tisztán kinetikus (mozgási) energiát tároló tárcsa.
Az energiatároló blokk a bevezetést és a kivezetést segítő egységnél fontos, hogy a kerékpáron hol kerül elhelyezésre. Így a következő ábrán láthatók a fő elhelyezési változatok:
Első kerék
Középső rész (pedál agy)
Hátsó kerék
23
3.3. A fő megoldásváltozatok 3.3.1. Az 1. megoldásváltozat
25. ábra Az első megoldásváltozat ábrája
Az első megoldásváltozat a piackutatás által talált Koppenhágai kerékre asszociál, a hátsó keréken gyűrű alakban elhelyezett akkumulátorok, állandó forgásban vannak, viszont így könnyen beépíthetőek átalakítás nélkül akármelyik biciklibe. 3.3.2. A 2. megoldásváltozat
26. ábra A második megoldásváltozat ábrája
A második megoldásváltozat a piackutatás által talált KERS keréken alapul, a bicikli középső részen felhelyezett lendkerék tárcsa akár a bicikli súlyát megduplázhatja, viszont egyszerűen működik. 3.3.3. A 3. megoldásváltozat
27. ábra A harmadik megoldásváltozat ábrája
A harmadik megoldásváltozat az önálló innovációra alapulva valósítja meg az első keréken elhelyezve a rugalmas energiát tároló spirálrugós egységet, univerzálisan a kimenő és bemenő energiát biztosító egységekkel.
24
3.3.4. A 4. megoldásváltozat
28. ábra A negyedik megoldásváltozat ábrája
A negyedik megoldásváltozat az előzőhöz hasonlóan valósítja meg az önálló innovációra alapulva a rugalmas energiát tároló spirálrugós egységet, univerzálisan a kimenő és bemenő energiát biztosító egységekkel, viszont a hátsó keréken. Így az energia betáplálás megindulásakor (vagyis amikor meghúzzuk a vezérlő kart a kormányon) kevesebb az esély rá hogy felborulunk, előre esünk (fékezés szabályok). 3.3.5. Az 5. megoldásváltozat
29. ábra Az ötödik megoldásváltozat ábrája
A ötödik megoldásváltozat az elsőhöz hasonlóan akkumulátoros működésű, viszont a tároló egységet az elektromos biciklik többségéhez hasonlóan középen a vázon helyezi el.
3.4. Értékelemzés 3.4.1. Az értékelemzés szempontjai 1. Biztonság: fontos, hogy a beépülő egység használata ne okozzon személyi sérülést, ez esetleg hirtelen fékezéskor valósulhat meg, amikor a kerék átlép gördülésből csúszásba. 2. Gazdaságosság: az eltárolás folyamata kellőképpen hatékony legyen. 3. Tömeg: a kerékpár méretét ne növelje túlságosan, hiszen nehezebb lesz tekerni. Viszonylagos előre megbecsült tömegekről van szó. 4. Innováció: a piacra való bejutás feltétele, hiszen nem kell a már meglévő szabadalmakért fizetni, továbbá kilehet tűnni a konkurencia termékei közül.
25
5. Egyszerűség: a szerkezet ne legyen túl bonyolult, hogy könnyen javítható legyen. Így a piacon is előnyös tulajdonságokhoz juthat. 3.4.2. Az értékelemzés
Kritériumok
A módszeres géptervezés [1] című könyv alapján a Hansen féle közelítő értékelést választottam, melynél táblázatos formában, jelennek meg a kritériumok (szempontok) és a megoldásváltozatok (megoldások). A változatok osztályzatot kapnak I -től - IV -ig terjedő tartományban, melyben az első osztály (I) jelenti a legjobb minősítést, tehát maradéktalanul teljesíti. A táblázat alsó soraiban történik az összegzés, melyben egy rangsor is létre jön, aszerint hogy melyik változat tartalmaz többet az adott összegző minősítésből.
∑ 1. hely ∑ 2. hely ∑ 3. hely
1
2
Megoldások 3
1
I
III
II
I
I
2
III
I
II
II
II
3
I
IV
I
I
I
4
II
I
I
I
III
5
III 2 1 2
I 3 0 1
I 3 2 0
I 4 1 0
IV 2 1 1
4
5
Az értékelemzés során az első helyen a legtöbb pontot a negyedik megoldásváltozat, vagyis a spirál rugó kapta, mely kielégíti a biztonságos mechanikus energiatároló fogalmát. A második a helyen csakugyan a spirál rugó végzett, hiszen hatékony és egyszerű, bár az első keréken elhelyezve előre esést eredményezhet egy hirtelen fékezés. A harmadik helyen az akkumulátoros megoldás látható, hosszabb egyenletes kisebb fékezések nélküli helyen jól jöhet, mert egyik hátránya, hogy a hirtelen feltöltés nem megoldott.
26
3.5. Részletezett funkciólista A kiválasztott energiatárolós blokk több, funkciós egységből épül fel, melyek listája a következő: Funkciók
Tulajdonságok
Tengelykapcsoló Biztosítja a kapcsolatot és annak létrejöttét is 2 tengely között.
Energiazár Biztosítja a rugóban tárolt rugalmas energia megtartását.
Védőbiztosító Biztosítja, hogy a rugó ne terhelődjön túl, esetleg ne borítsa fel a biciklit.
Energiakulcs Képes kiiktatni az energiazárat.
Irányváltó A rugóban tárolt energiafolyam egyirányú, hogy elkerüljük a hátrafele indulást, megváltoztatjuk az irányát a mozgásnak.
27
3.5.1. A működés funkcióábrája A spirál rugót alkalmazó energiatárolós rendszer kétféle módban működik: - feltöltés - hasznosítás Mindkét módot a kerékpáron ülő felhasználó indítja el kettő két külön helyen elhelyezkedő kar segítségével. A feltöltés során az információ a kerékpáron általánosított huzalszálon érkezik. Bekapcsolja a tengelykapcsolót, mely a forgótengelyt összeköti a jelenleg álló spirálrugó tengelyével. A spirálrugó mozgásba lendül, azaz elkezd a forgó tengely forgásirányával azonosan csavarodni (hajlítani). A folyamat mindaddig tart, ameddig a felhasználó fenntartja a kapcsolatot, azaz húzza a kormányon lévő kart. Ha elengedi, akkor az energiazár hatása miatt nem csavarodik vissza a rugó. Viszont ha túlcsavarodik, akkor probléma merül fel, ezért egy védőbiztosító is beépítésre kerül. A hasznosítás során az információ ugyancsak az általánosított huzalszálon érkezik. Bekapcsol egy másik tengelykapcsolót, mely a jelenleg álló spirálrugó tengelyt összeköti egy vélhetően álló tengellyel. Ekkor még nem történne semmi, hiszen az energiazár aktív. Ennek kiiktatására szükség van az energiakulcsra, mely megszünteti a zár kapcsolatot. A spirálrugó mozgásba lendül, azaz elkezd kicsavarodni és forgásba lendül. Az iránya ellenkezik a menetiránnyal ezért közbe iktatunk egy irányváltót, amely átalakítja a forgásirányt a menetiránnyal azonossá.
30. ábra Az feltöltés folyamat ábrája
31. ábra A hasznosítás folyamat ábrája
28
3.5.2. A funkcionális részegységek Az előbbi fejezetben felsorolt funkciók több részfunkciós egységből valósulnak meg, melyeknek akár több különböző variációi is lehetnek. Az univerzális beépítésből következik, hogy viszonylag egyértelmű a megfelelő variáció kiválasztása, hiszen az egyszerű, kis méretre törekszünk. A tengelykapcsolónál kis helyen és álló-mozgó tengelyeknél a súrlódó kapcsoló jöhet szóba. Több variációja van: Kúpos dörzskapcsoló, Kétkúpos kapcsoló, Lemezes kapcsoló A kúpos dörzskapcsoló, mint legalkalmasabb variáció, a következő részfunkciós egységekből épül fel: huzal, rugó, kúpos tárcsa.
32. ábra A dörzskapcsoló vázlata
A tengelykapcsolóval kapcsolatos a tengelyek tisztázása. Az univerzális, kerék belső részén elhelyezkedő agy-egység igényli a csőtengelyek alkalmazását, hogy a információt szállító huzal bejusson az agy belsejébe. Ezek szerint lehetséges álló tengely, forgó tengely, és az energiatároló tengelye.
33. ábra A tengelyek vázlata
A rugalmas energiát tároló spirálrugós főegység több részegységből épül fel. Ezek a következőek: ház, rögzítő elem, spirál rugó, önálló rugó tengely.
34. ábra A spirálrugós egység vázlata
29
Az energiát biztosító zárra, vagyis ami nem engedi idő előtt visszacsavarodni a spirálrugót; a legjobb választás egy kilincsműves berendezés. A kilincsműveket régóta alkalmazzák teher felemelésénél vagy tömeg biztosításánál. A kilincsmű a következő alkatrészekből épül fel: kilincskerék, kilincs, rugó.
35. ábra A kilincsmű vázlata
A védőbiztosító egység a rugó túlhajtását akadályozza meg úgy hogy bontja a tengelykapcsolatot. Az elképzelés szerint ezt egy menetes csőtengely valósítja meg, amit fokozatosan csavar a tengelykapcsoló irányába a spirálrugó tárcsa. Amikor eléri a holtpontot, akkor szétválasztja a dörzskapcsolót, annak ellenére, hogy a felhasználó még erőt fektet a kapcsolásba.
36. ábra A menetes csőtengely vázlata
Az irányváltó valósítja meg a menetiránnyal azonos forgásirányt az energia visszacsatolásakor. Erre a leghelytakarékosabb eszköz egy megfelelő típusú bolygómű. A bolygómű tagjai egymástól függetlenül mozognak, tehát a belépő és kilépő szögsebesség iránya ellentétes lesz. A bolygómű felépítése a következő: napkerék, (3-4 darab) bolygókerék, gyűrűkerék, karok.
37. ábra A bolygómű vázlata
30
3.5.3. A lehetséges felépítési változat
38. ábra Lehetséges felépítési ábra
A 38. ábra prezentálja a lehetséges egymásra épülő szerkezetet, a főegységek szigorú szimbiózisban vannak egymáshoz képest, így variálni csak néhol lehet. Az ábrán láthatóak az egymásra épülő csőtengely szintek, valamint egy ábra többszöri megjelenése biztosítja a kapcsolatok világos megértését, illetve látványosabb megjelenését.
3.6. A konstrukció fejlődése A tervezési fázisban a konstrukció fejlődésen esik keresztül, melyben folyamatosan átalakul a felmerülő problémák, illetve átgondoltabb lehetőségek miatt. A módszeres géptervezés [1] című könyv alapján ezt remekül szemlélteti az Sdiagramm, amely táblázatos formában mutatja, hogy a 2 kitüntetett értéket hogyan közelíti meg a konstrukció aktuális fázisban lévő verziója.
39. ábra S-diagramm
31
Az első verzió szemlélteti az egyszerűségre való törekvést, hiszen mellőzük a 2 villa között átívelő csőtengelyt (fekete színű), így a huzal egyszerűen kapcsolódik már a kúpos tengelykapcsolóhoz (rózsaszínű). Továbbá már itt felismerésre kerül, hogy a spirál rugó fix felső rögzítése által, a középső részen, ahol minden forog, egy álló részt kell kialakítani (világoszöld szín). Ezért egy extra csapágy kerül beépítésre, hogy kiegyensúlyozza a forgó csőtengelyt (világoskék szín). Megfigyelhető még a gyűrűkerék (halványlila szín) és a második kúpos tengelykapcsoló egybeépítése taktikai okok miatt.
40. ábra Az első verzió
A második verzióban már összefüggő fő csőtengellyel találkozunk (fekete szín), így biztonságosabb a szerkezet, viszont az irányítás bonyolultabb, esetleg nem egyértelmű, hiszen a kúpos tengelykapcsolót nem érinti a rugó elengedése, amikor visszaáll eredeti helyzetbe. Ennek ellenére működőképes, hiszen a kapcsolat fenntartásához állandó szorító nyomó erő kapcsolatra van szükség.
41. ábra Az második verzió
32
Továbbá megfigyelhető a forgó csőtengely (világoskék szín) csatlakozó részeinek, amikhez a spirálrugós csőtengelyt (zöld szín) nyomja a kúpos tengelykapcsoló (rózsaszínű és halvány lila színű) megvastagodtak és méretben passzolnak a tengelykapcsolóhoz, illetve az erőátvitelhez. A harmadik verzió már megfelelő harmóniában áll a biztonsággal és az egyszerű működéssel. Az álló rész, azaz a fő csőtengely (fekete szín) kapott egy becsavarható köztes tengely részt, amely biztosítja a 2 villa közötti folytonosságot. Mivel az átmérője kisebb így elhelyezhető rajta a súrlódó tengelykapcsolókhoz szükséges rugók (rózsaszínű és lila színű). A huzal (szürke szín) középen érkezik, majd egy álló tárcsához kapcsolódik (fekete szín) melyen 1 szabadságfokkal rendelkezve elfordulhat a forgó részhez kapcsolt tengelykapcsoló (rózsaszínű). A forgó rész tengelyével (világoskék színű) kapcsolatban megemlítendő, hogy nyitott bordás kialakítású, hogy kellőképpen rácsatlakozzon az első tengelykapcsoló (rózsaszín) és az irányváltást megvalósító bolygóművel összekapcsolt második tengelykapcsoló (lila, halványlila színű). A harmadik verzió már az aránylag végleges változatnak tekinthető, így konstrukciós tervezés során, ez a verzió kerül kidolgozásra.
42. ábra A harmadik (végleges) verzió
33
4. KONSTRUKCIÓS TERVEZÉS 4.1. Bemenő adatok A koncepcionális tervezés során kiválasztott, valamint elképzelt megoldásváltozat, illetve a funkciók teljes mértékű kihasználása szerint finomhangolt, illetve probléma javított konstrukció e fejezetben a tervezés alatt a bejövő méretekből, illetve számított bejövő alap adatokból méretezésre kerül, szilárdsági számításokkal egybevéve. A koncepcionálisan létrejött szerkezet a kerékpár kerék belsejében a küllők mögött foglal helyet, így nagyban függ a beépítési méretektől, mivel szabványosított kerékpár kerekekről van szó a befoglaló méretek kötöttek. A 26" colos kerékpár méretei: Dmax kerék
= 660 mm
Dmin kerék
= 563 mm
h gumi
= 42 mm
h felni
= 20 mm (10 mm + 10 mm)
V0 gumi
= 50 mm
vmax felni
= 28 mm (12 mm)
d anya
= 10 mm (20 mm)
dmax befogó
= 34 mm
d küllős tárcsa = 46 mm d küllő
= 2 mm,
d huzal
= 1 mm
h küllő = 255 mm
34
A szerkezet beépítési helye, a küllők miatt egy hegyes szögű háromszög, így a háromszög magasságának a közepét, vagyis a felét tudjuk hasznosítani, ezáltal egy 360° fokban körbeforgatott trapézt kapunk.
V hasznos hosszúság = 75 mm
(vmax = 160 mm)
H átlagos magasság = 140 mm (Hmax = 270 mm) D eredeti csőtengely = 30 mm
A további méretek az egész biciklire kiterjednek, a számított alapadatokhoz szükségesek. hek = h erőkar = 170 mm (pedál) h keréktáv
= 1111 mm
h magasság
= 930 mm (teljes)
h villa
= 470 mm
d villa
= 40 mm
h váz befogás = 180 mm v kormány
= 580 mm
A bejövő méreteken kívül szükség van további adatokra, például a tömegre, illetve az átlagos sebességre.
Tömeg [m]:
Kerékpár = 16 kg
Felhasználó ~ 70kg
Sebesség [v]: Lassú tekerés = 15 - 20 km/h ~5,5 m/s
Gyors tekerés = 30 - 45 km/h ~11,1 m/s
35
Az előbb felírt adatokból kiszámíthatóak az alapadatok, melyek a méretezés alapjául fognak szolgálni. k D 0,66m 2,073m
Kerék maximális kerülete [k]: Fordulatszám [n]: n
v k
Lassú tekerés = 2,653 1/s
Gyors tekerés = 5,354 1/s
A maximális hajtónyomaték [M max hajtó] a tekerés során elérhető "egy az egyes" áttétel esetén valósul meg, ez az üzemben elérhető legnagyobb nyomaték. M m axhajtó F x G hek m felhasználó g hek
M maxhajtó 70kg 9,81
m 0,17mm 116,739Nm 117 Nm s
A biztonsági tényező [nb] a felhasználó tömegének az esetleges maximum tömegére kompenzál. →
nb = 1,3
Mmax hajtó ≈ 150 Nm
Nem "egy az egyes" áttételnél a lánckerekek egyensúlyára felírt képletettel lehet számolni. Egy átlagos áttételi tartományt vizsgálva a hajtó lánckerék [D=0,2m] a hajtott lánckerék [d=0,07m]. Az [Fh] a feszes szálban ébredő lánc húzóerőt jelöli.
G hek Fh
D 2
→
Fh
2 m felhasználó g hek D
m 0,17m s 1167,39 N 0,2m
2 70kg 9,81
A hátsó tengelyt az Fh erőnek a nyomatéka [M hajtó] hajtja. M hajtó Fh
nb = 1,3
d 0,07m 1167,39 N 40,858Nm 41Nm 2 2 → Mhajtó ≈ 53 Nm
43. ábra Az áttétel szemléltetése
36
Fékezés során nem hajtónyomatékot, hanem lassító nyomatékot veszünk figyelembe. Ez egyenlő a kerék másodrendű nyomatékával , ami keréken forgó tömeget szorozza be a sugár négyzetével; valamint a szöggyorsulással, ami jelen esetben 0,2g lassulásra van beállítva. A mkerék a kerék összes tömegét jelenti, ami állandóan forgásban van, mégpedig: mfelni = 655gramm, J ker ék
mköpeny = 145gramm,
mgumi = 570gramm →
mkerék = 1,37kg
1 1 2 mker ék r 2 1,37kg 0,33m 0,0745965kg m 2 2 2
a r ,
a 0,2 g 0,2 9,81
m m 1,962 2 → 2 s s
m a s 2 5,945 rad r 0,33m s2
1 0,2 g 2 M lassító J ker ék mker ék r 2 0,0745965 kg m 2 r
1,962
5,945 rad 0,443476 Nm s
2
37
4.2. Előzetes vázlat A színek harmóniában állnak egymással, utalnak az álló, forgó részekre esetleg valóságszerű ábrázolás is a céljuk (eredeti szín). A sötét színű részek álló részt jelentenek, a világosabb mozgó részt. A felépítés a legközelebbi beépítési ponttól kezdve a bal felső saroktól :
1. Villa - sötétszürke 2. Rögzítés anyacsavarral - vörös 3. Álló fő-csőtengely - fekete 4. Csapágy, csapágy ház - szürke 5. Forgó fő-csőtengely - kék 6. Küllők - sárga 7. Felni, gumi - sötét szín
8. Spirál rugó tartóház - halványszürke 9. Spirál rugó - zöld 10. Spirál rugó cső tengely (tárcsa) - zöld
11. Kilincskerék - halványzöld 12. Menetes biztosító tengely - sárga
13. Kúpos dörzskapcsoló - rózsaszín 14. Rugó - rózsaszín 15. Bolygómű - lila (halvány, sötét) 16. Rugó - lila
38
4.3. Dörzskapcsoló tárcsa A mechanikus gyorsító méretezését az álló és a forgó tengely között kapcsolatot létesítő kúpos dörzskapcsolóval kezdeném, melyből az irányváltó szükségessége miatt kettő is található a szerkezetben, szimmetrikus elrendezéssel. Az forgó rész maga a kerékpár kereke, az álló rész a spirál rugós tárcsa tengelye. A forgási energia a gumikon érkezik, majd tovább: felni, küllőkoszorú, küllő tárcsa végül agy csőtengely. A méretezés a Mechanikus tengelykapcsolók [2] című könyv alapján történt, a számítás célja a kapcsoló geometriai adatainak meghatározása volt. A számítás nagyban függ a súrlódó anyagok fizikai tulajdonságainak, jellemzőinek helyes felvételétől. Ha a felvett adatok a valóságban hatóktól lényegesen eltérnek, bármilyen pontos is a számítás, a kapcsoló működésében ugyanilyen eltérés jelentkezhet. Célszerű ezért az adatokat kiválasztáskor a tapasztalatok és kutatási eredmények figyelembevételével számítani. Ha az üzemben várható legnagyobb nyomaték megállapításakor nincs más adatunk, akkora a hajtott oldali M2 nyomaték segítségével, az üzemi dinamikus hatásfok (k), az induláskor jelentkező csúszási sebesség (cv) és a kapcsolások gyakoriságát (cm) számba vevő tapasztalati összefüggést használhatunk: M k m ax
k M2 c m cv
44. ábra A cv és cm táblázatok
39
A k-ra az általános dinamikus hatásfokok jöhetőek szóba. A cv tényezőt a vrel0
d köz nrel 0 (m/s) 60
Csúszási sebesség függvényében a 44. ábráról lehet megállapítani. A görbe a cv=0,5 értéket aszimptotikusan közelíti meg. A kapcsolás sűrűségének, gyakoriságának a hatását általában csak m0 = 50 ... 100 kapcsolás/h-nál sűrűbben előforduló indításnál kell számításba venni, amikor tehát óránként m kapcsolást végzünk és m > m0. A cm tényező ugyancsak a 44. ábrán található.
45. ábra Az egykúpos dörzskapcsoló (forrás:[2])
A 45.ábra dörzskapcsolója egymásba illő kúpfelületek összeszorításával visz át nyomatékot. Ha az Fa kapcsolóerővel összenyomott α kúpszögű felületek kis mértékben ugyan, de elmozdulhatnak egymáson az alkotó mentén, akkor a kúpfelületekre merőleges Fn erő és a hatásából származó súrlódás vektoraival felrajzolható a belső kúp egyensúlya.
40
46. ábra Az erőegyensúly (forrás:[2])
A vektorsokszög alapján felírható összefüggés: Fa Fn sin cos 2 2 A folyamatos nyomatékátvitelhez kifejtett Fa erő a kapcsolóban nem zárul, hanem visszahat a hajtó oldali csapágyra, amelyet közvetlenül a kapcsoló mellett kell elhelyezni és az Fa kapcsolóerőnek ellenálló axiális teherbírásra is méretezni kell.
47. ábra Kétkúpos dörzskapcsoló és erőegyensúlyi ábra (forrás:[2])
A 47. ábrán az egykúpos változat fejlesztése: a kétkúpos súrlódó kapcsoló központi eleme található, amelyen láthatóak az erők vektorai, olyan értelemben, ahogyan azok a fel nem tüntetett nyomótárcsákra hatnak. A vektorábrából következik, hogy
Fa1 Fn sin cos , 2 2 továbbá
41
F ' n Fn cos sin . 2 2 A két egyenletből
sin cos tg tg 2 2 F' 2 Fa1 F ' n F ' n tg . n 2 1 tg tg cos sin 2 2 2 A kapcsoló akkor tudja biztonsággal átvinni az előírt nyomatékot, ha a 2Mk Fn Fker d köz feltétel biztosítva van. Egykúpos kapcsolónál sin cos 2 2 F F a
ker
axiális irányú erőt kell állandóan kifejteni a bekapcsolt helyzetben tartáshoz.
Egykúpos kapcsoló, amelynek a súrlódó felülete a 45. ábra jelöléseivel A d köz b ,
terhelhetőségét a p felületi nyomás megengedhető értéke szabhatja meg, amely az Fa felületi terhelés nagyságát korlátozza: Fn A p meg d köz b p meg . Mindezek figyelembevételével a kúpos kapcsoló legfeljebb 1 1 2 M k d köz Fker d köz Fn b p meg d köz 2 2 2 nyomatékot vihet át.
A gyakorlatban a geometriai méretekre bizonyos arányokat fogadtak el. Niemann a működő kúphossz és a közepes átmérő arányára c=b/dköz~0,15...0,3, Poljakov pedig 42
c~0,15...0,25 értéktartományt javasol. ezzel a gyakorlati adattal már felhasználható a két ismeretlen méretet tartalmazó egyenlet: Mk
2
c p meg d köz 3
2
p meg
b3 . c2
A kúp nyílásszöge pedig α = 24 ... 36° között mozog. Ennek választásakor azonban a súrlódó anyagpárra jellemző μ súrlódási tényezőt sem szabad figyelmen kívül hagyni. A kúp önzáró jellege ugyanis kikapcsolási zavart idézhet elő. Elkerülésének feltétele: α/2 > ρ. Ha például acél-acél a súrlódó anyagpár, amelyre μ=0,1 , akkor
> arctg0,1 6 , 2 ha azbesztszövet-acél, amelyre μ=0,3 , akkor
> arctg0,3 17 , 2 ha pedig szinterbronz - acél, amelyre μ=0,2 , akkor
2
> arctg0,2 12 .
A következőkben a konkrét tengelykapcsoló méretezése történik. A b szélességre nézve c=0,22 lehet. A dinamikus hatást k=1-re becsüljük. A csúszási sebesség korrekciós tényezőjét a kis kerületi sebesség miatt cv=0,9-re vesszük. A kapcsolások gyakorisága a fékezések gyakorisága. A közlekedési szabályok betartása miatt körülbelül 20 másodpercenként fékezni kell városi környezetben, ezáltal percenként 3 fékezés, óránként 180 fékezés valószínűsíthető. Így a cm=0,6 értéket vesz fel. Az alapadatokból számított hajtott oldalon feltétlen ható nyomaték: Mhajtó=53 Nm A kúpos kapcsolónak ezáltal k M 2 1 53 Nm M k m ax 98,14 Nm cm cv 0,6 0,9 nyomatékot kell átvinnie. A választott súrlódó anyagpár azbesztszövet-acél, ebben az esetben pmeg=2 MPa felületi nyomással és μ=0,35 súrlódási tényezővel számolunk. A közepes átmérő számítása a következő: d köz
2Mk 2 98,14 Nm 103 3 3 74,028mm 74mm . c p meg 0,35 0,22 2MPa
43
A kiszámított átmérő elfogadható a beépítési mérethez. A hajtott oldali kapcsoló kúpra a súrlódó betétet b c d köz 0,22 74 mm 16 ,28 mm 16 mm
szélességben kell elhelyezni. A kúpos dörzskapcsoló adatai közül még az α kúpszög hiányzik. μ=0,35 súrlódási tényezővel számolva:
2
> arctg arctg 0,35 1918' .
A kapcsolódó kúpokat α=40°-os kúpszöggel már ellehet készíteni, ha az önzárását el akarjuk kerülni. A kapcsoló működéséhez állandóan Fa erőt kell kifejteni a hajtott oldalhoz csatlakozókapcsoló mechanizmussal, vagy célszerűen elhelyezett rugóval. Ez az erő:
Fa
2 M lassító d köz
sin cos 2 2 2 0,443476Nm 103 sin 20 0,35 cos20 2 23N 74mm 0,35
Mivel fékezésről van szó, ezért Mlassító nyomatékkal számolunk, így a kapcsolat fenntartásához biztosítható a közvetlen kézi kapcsolás. A 23N körülbelül 2kg kézzel történő súly felemeléssel egyenértékű. A konstrukció szempontjából, azaz az alacsony teljesítmény miatt a b szélességet b = 10 mm- re módosítom.
44
4.4. Vezérlés A vezérlés a kormányon kezdődik, a huzalszál - köznapi nevén bowden - segítségével, jut el az információ a kerékagyhoz, majd a kerékagy csatornáján keresztül jut el a dörzskapcsoló tárcsához.
48.1 ábra Bowden felépítése (forrás: Bikemag.hu)
A dörzskapcsoló tárcsa a forgó agy tengelyen helyezkedik el, ezen axiális irányba mozgatható. Mivel állandóan forgásban van, a központosított huzal csatlakozik egy tárcsához, ami úgy kapcsolódik fixen a dörzstárcsához, hogy nem zavarja a forgásában. Ezt laza illesztéssel és megfelelő kenési állapottal érjük el. A dörzskapcsolathoz szükség van egy rugóra, ami visszaengedi a kapcsolat bontása után a tárcsát a kezdő helyére, tehát ez egy visszahúzó rugó.
48.2 ábra Példa a visszahúzó rugóra (forrás: garlando.com)
Az eddigiek alapján a vezérlés részei: huzalszál, rugó, huzaltárcsa, dörzskapcsoló. A következőkben a tárcsa visszaengedését segítő rugó méretezésére térnék ki. A Gépelemek című könyv [3] alapján történt a rugó alakra hozása. A rugó típusa hengeres húzó-nyomó csavarrugó. A beépítési helye az álló rész fő csőtengelyén található. A rugó zárt végződésű, köszörült, a lemezek kerülete mentén egyenletes terheléseloszlás érdekében. A rugó szerkesztése a dm agytengelyből számított középátmérővel azonosra választott rugó középátmérő felvételével kezdődik (D = dm), majd megválasztjuk a D/d átmérőviszonyt a 4 ≤ D/d ≤ 14 tartományból (D/d = 6). 45
A csavarrugó lineáris karakterisztikájú rugó. Az összes menet száma (nö) és a lengő menet szám (nm) közti különbség éppen a zárt köszörült végződésekből adódó 2 * 3/4-nyi menet, ezért nm=nö-1,5. Az nm= 3 darabra lett beállítva. A rugószelvények középátmérője: D dm
D d 14,5 2,5 8,5mm 2 2
A rugóhuzal átmérője D/d=10 felvételével d=D/(D/d)=14,5/6=2,41mm d=2,5mm szabványos huzalátmérő A legkisebb hézag nem csökkenhet y*d érték alá. A fajlagos rugóhézag tényező y=0,15...0,25. Maximális rugóerő: Fmax = 23 N, mivel terheletlen visszahúzó rugó, ezért Füzemi = 0 N. A rugó belső átmérője: Db = D - d = 14,5 - 2,5 = 12 mm A kiterített hossz: 3 nm D P l 2 D , ahol a menetemelkedési szög: arctg , végül: cos 4 D n l 1,5 m D cos H nm P d
→
P H d / n m
A rugó méretezése során meghatározásra kerül a geometria, ami az alakváltozási előírásokat teljesíti. A szilárdsági ellenőrzés során derül ki, hogy alkalmas-e a feladatra. A fő igénybevétel a csavarás. A rugó külső mechanikai munka hatására alakváltozást szenved, alakváltozási energiaként tárolva a befektetett munkát. Mindegyik keresztmetszetet ugyanaz az a csavaró nyomaték terheli, tehát Mcs = (D/2) ∙ F A lengő menetekben tehát annyi rugalmas energiát tárulunk, mint egy nm ∙ D ∙ π hosszú, d átmérőjű, Mcs nyomatékkal terhelt egyenes rúdban. A befektetett munka W = 1/2 ∙ Mcs ∙ Θ, amelyet U=W=Mcs = 1/2 ∙ Mcs ∙ Θ rugalmas energia formájában tárolunk.
46
Az L hosszúságú, d = 2r átmérőjű, bal oldali végén befalazott rúdra ható Mcs csavaró nyomaték a megjelölt alkotó szabad végét az A pontból a B-be fordítja. Az AB ívhosszúság AB =oL = r ∙ Θ o=r∙Θ/L A csúsztató rugalmassági modulusz, G = 8,1 * 104MPa ismeretében a csúsztatófeszültség: τ = G ∙ o=G ∙ (r ∙ Θ) / L. Az r sugáron lévő δr elemi szélességű δA elemi felületen ható elemi nyíróerő τ ∙ δA A rúd tengelyére ez τ ∙ δA ∙ r elemi nyomatékot ad. τ behelyettesítésével δMcs = (G * Θ) / L * r2 * δA elemi nyomatékot kapunk, melyből a teljes keresztmetszetre Mcs = (G ∙ Θ) / L ∙ ∫0D'/2 r2 δA ahol az integrál az Ip porális másodrendű nyomaték. Tehát a csavaró nyomaték: Mcs = (G ∙ Θ ∙ Ip) / L alakban írható fel. A tárolt rugalmas energia a csavart rúdban ezért U=(1/2) ∙ Mcs ∙ Θ = (1/2) ∙ (Mcs2 / Ip ∙ G) ∙ L Hengeres csavarrugónál L = nm ∙ D ∙ π, így a rugalmas belső energia U=(1/2) ∙ (nm ∙ D ∙ π/ Ip ∙ G) ∙ Mcs2 A Castigliano - tétel értelmében az F erő irányában mért alakváltozást a belső rugalmas energiának az F erő szerinti parciális differenciálásával nyerjük. Az alakváltozás (a rugó összenyomódása): f = ∂U / ∂F = ∂U / ∂Mcs ∙ ∂Mcs / ∂F = 2 ∙ (1/2 ∙ (D ∙ π ∙ nm ∙ Mcs) / (Ip ∙ G)) ∙ D/2 mert Mcs = D/2 ∙ F.
Ip = (d4 ∙ π) / 32 figyelembevételével f=(8/G ∙ D3 ∙ nm / d4) ∙ F,
ahol a zárójelben a rúgóállandó található.
Az Fmax=53N erő hatására a rugószelvények y ∙ d távolságra kerülnek egymástól, így az összenyomott rugó magassága: 47
Hmin = nm ∙ d + 2 ∙ d/2 + nm ∙ y ∙ d = (nm+1) ∙ d + nm ∙ y ∙ d
→
Hmin = [nm ∙ (1+y)+1] ∙ d = [3 ∙ (1+0,25)+1] ∙ 2,5 = 8,125 mm Az Fmax erő hatására bekövetkező alakváltozást a rugóállandó ismeretében számíthatjuk
c
14,5mm3 3 0,0231243 mm 8 D 3 nm 8 G N d4 8,1 10 4 Nmm 2 2,5mm4 fmax = c ∙ Fmax = 0,0231243 mm/N ∙ 53N = 1,219mm
A rugó terheletlen hossza ezért H = Hmin + fmax = 12,5 mm Ezután a rugó szilárdsági ellenőrzését kell elvégezni. Hidegen alakított rugóknál nyugvó illetve ritkán változó (N<104 terhelési ciklusszám) esetén τmeg = 0,5 ∙ Rm min. A d < 10mm esetén hidegen alakíthatóak a rugóacél huzalok. Anyag jele Rm[MPa]
38Si7 1250
55Si7 1320
61Si7 1370
51CrV4 1320
53CrMoV4 1450
A számításhoz szükséges még egy k tényező is: 2
2
5 d 7 d 5 2,5mm 7 2,5mm k 1 1 1,2415 4 D 8 D 4 14,5mm 8 14,5mm Mivel d=2,5mm < 10 mm, ezért az utóbbi táblázat adatait használjuk. A maximális csúsztató feszültség
D F Mcs 2 8 D F 8 14,5mm 53N max k 3 k 1,2415 155,492Nmm 2 156Nmm 2 3 3 Kp d d 2,5mm 16 Látható, hogy Rm min = 2 ∙ τmax = 2 ∙ 126 = 252Nmm-2 , ezért elegendő, ha a 38Si7 jelű anyagot választjuk. 48
A ténylegesen fellépő maximum üzemi erő esetén (Fax=23N) D F Mcs 8 D F 8 14,5mm 23N ü k k 23 k 1,2415 67,478Nmm 2 68Nmm 2 3 3 Kp d d 2,5mm 16 lesz a maximális csúsztatófeszültség az anyagban.
49. ábra Rugó karakterisztika (forrás:[3])
4.5. Spirál rugós tárcsa A koncepcionális fejezetben kibontakozott, hogy miből is áll a tárcsa: ház, rugó, tárcsa cső-tengely, rögzítések. A következőkben a téma főrészével magával az energiatárolóval foglalkozunk, vagyis a spirál rugóval. A méretezés a Gépszerkezetek méretezési zsebkönyve [5] című könyv alapján történt.
50.1. ábra Spirális rugó
49
A 50.1. ábrán bemutatott spirálrugó lehet négyszög- vagy körszelvényű. A rugó menetei archimédesi spirálison haladnak. A rugó belső vége elforduló tengelyhez van erősítve, a külső vég pedig vagy befogott, vagy csuklósan megfogott. A rugóban felhalmozható deformációs munka nagyobb a befogott végű rugónál, mint a csuklós megfogásúnál. Befogott külső végű rugónál, elég nagy és sűrű menetszámnál a rugó teljes hossza mentén közelítőleg ugyanaz az M=r ∙ F nyomaték terhel, és minden keresztmetszetben ugyanakkora σhj ébred. Ekkor a számítás megegyezik a csigarugók számításával, s az anyag kihasználási tényező η=0,25 négyszög keresztmetszet esetén, és η=0,33 kör keresztmetszetnél. Ha a befogás meglazul, már csuklónak számít, ekkor a rugóanyag a kihasználása kedvezőtlenebbé válik. A csuklóban működő F erő hajlítja a rugót, mégpedig a hajlító nyomaték a rugószál mentén változó, maximumát a B csuklóval szemben a külső menet C pontjában éri el: Mmax = 2 ∙ r ∙ F = 2 ∙ M0; a nyomaték hatására ébredő hajlítófeszültség pedig
h j max
2r F 2 M0 . K K
A tengelyre M0 = r ∙ F nyomaték működik, a középvonaltól x távolságra, a rugónak egy tetszőleges δs elemére pedig x x M r x F 1 r F 1 M 0 r r
nyomaték. Az A pont szögelfordulása:
1,5
M0 l . I E
Befogott végű spirálrugó szögelfordulása ugyanúgy számítható, mint a csigarugóké, tehát
M0 l , I E
észrevehető, hogy az érték kisebb, mint csuklós megfogás esetén. Nézzük a deformációs munkát csuklós megfogásnál:
h j m ax K M l 1 l Wp M 0 0 1,5 . 2 2 I E 4 2 I E 2
2
50
Kör keresztmetszet esetén K2 d2 , I 16
viszont
d2 4
l V ;
ezeket figyelembe véve a
1,5 hj max 1 hj max Wp V V , 16 2 E 10,66 2 E 2
2
négyszög keresztmetszet esetén pedig K 2 a b , I 3
és a ∙ b ∙ l = V térfogati helyettesítéssel 1,5 hj m ax 1 hj m ax Wp V V 12 2 E 2 2 E 2
2
Befogott végű spirálrugónál a csigarugóhoz hasonlóan számítjuk a deformációs munkát. Az anyag kihasználási fok ily módon 2,66-szor jobb értéket adnak a befogott végű spirálrugónál, akár kör-, akár négyszögszelvényről van szó, mint csuklós végűnél. A befogott végű spirálrugó-megoldás tehát mind az igénybevétel, mind az anyagkihasználás szempontjából sokkal kedvezőbb, ha azonban a befogás idővel meglazul, csuklóvá válik, s a feszültség körülbelül kétszeresére növekszik, ami rugótörést okozhat. Nagy alakváltozásoknál a közölt összefüggések a valóságtól eltérő eredményeket adnak, mert a menetek egymásra fekszenek és közöttük súrlódás lép fel. Spirálrugóknál ezért lehetőleg olajozni kell a meneteket. A spirálrugókat rendszerint négyszögszelvényű vagy körszelvényű húzott és patentírozott huzalból készítik. Nagyobb nyomatékok átvitelére rugólemezből alakos spirálrugókat készítenek.
51
Ebben az esetben kerekített téglalap szelvényű spirál rugót építünk, viszonylag sok menettel a fordulatok, így a rugalmas energia eltárolására.
50.2. ábra Alakos spirális rugó keresztmetszet
A befoglaló fő méretei már előre tisztázva lettek a hely szűkössége miatt, ezek alapján: [dk] Külső átmérő: ~140 mm [db] Belső átmérő: ~50 mm [dh] Hasznos átmérő : dh = dk - db = 140 mm - 50 mm = 90 mm [b] Szélesség: 20~30 mm [v] Vastagság: ~5 mm [P] Menetemelkedés: ~8 mm [n] Tekercsek száma: 12db A Decker Maschinen-elemente Funktion című könyv alapján [8] a kiterített hossz: l ≈ π ∙ (rk+rb) ∙ n = π ∙ (70mm + 25mm) ∙ 12 = 3582 mm [E]
Rugalmassági modulus: 206000 N/mm2
[I]
Másodrendű nyomaték: I = b ∙ v3 / 12 = 20mm ∙ (5mm)3 / 12 = 208,33 mm4
M
EI l
270 206000N / mm 2 208,33mm 4 180 56459,182Nmm 3582mm
A 270°-ig történő spirál rugós hajlítás során az előbb kiszámolt nyomaték ébredt a spirál rugóban. A deformációs munka, vagyis a rugóban tárolható energiához szükség van a következő adatokra:
hj max 900N / mm2 V a b l b v l 20mm 5mm 3582mm 358200mm3
1 hj m ax 1 900 N / mm 2 V 358200 mm 3 352114 Nmm 353 J 2 2 2 E 2 2 206000 N / mm 2
Wp
2
energiát tud eltárolni. 52
4.6. Kilincskerék A biztosíték, hogy a rugó abban a helyzetben maradjon kar elengedése után amiben a feltekerés közben volt; a kilincskerék. Különleges kialakítása során egyirányú forgást enged, másik irányt blokkolja a kilincs egy rugó segítségével akár. A méretezés a Különleges tengelykapcsolók [4] és a Gépelemek [3] című könyv szerint történt.
51. ábra Külső fogazású kilincskerék (forrás:[4])
Kilincsművek A kilincskerék külső, belső vagy oldalsó fogazású lehet. Két fő alkatrésze a kilincskerék és a kilincs. A bekapcsolt kilincs csak egyirányú forgást tesz lehetővé. A kilincs bekapcsolását többnyire rugónyomás biztosítja, mégis célszerű a zárószerkezetnek olyan alakot adni, hogy a kilincs magától becsappanjon. Ez akkor következik be, ha P ∙ c + (az önsúly nyomatéka) > μ ∙ P ∙ b + (a csapsúrlódás nyomatéka) vagy mivel az önsúly nyomatéka körülbelül a csapsúrlódás nyomatékával egyenlőnek vehető fel, c/b > μ, illetve α > ρ.
53
A kilincskerék átmérő megválasztásakor figyelemmel kell lenni arra, hogy az átmérő növelésével csökken a kerületi erő, de a kerületi sebesség nő. Minthogy a visszazökkenő kerék ütközési energiája a sebesség négyzetével arányos, általában kisméretű, 8-12 fogú kilincskereket szokás választani. Teheremeléskor kellemetlen zörej lép fel, mert a kilincs lepereg a fogakon. Ezt a zörejt önzáró bütyök alkalmazásával kerülhetjük el. A μ ∙ N súrlódás akkor viszi magával az önzáró bütyköt a kerület irányában, ha μ ∙ N > N tg(γ), vagy ha tg(γ) < μ. Excentrikus helyzete miatt a súrlódó bütyök megszorul és a kereket megállítja. μ=0,1 esetén γ ≈ 5°; ez a kis szög veszélyes, mert a kopott bütyök annyira megszorulhat, hogy a forgásirány megváltozásakor már nem lazul meg magától. Ezért többnyire ék alakú hornyot szokás használni. Egyszerű szerkezettel zajtalan lesz a kilincs, ha egy súrlódó emelő vezérli.
52. ábra Belső fogazású kilincskerék (forrás:[4])
A kilincsműveket alkalmazzuk mozgásátvitelre (gyalugépek előretolásához), mozgás megakadályozására (emelőgépeknél teher visszafutás ellen), nyomatékátvitelre hajtókarokban (csavarorsós emelők, csavarkulcsok esetén). Az 51 ábrán külsőfogazatú kilincskerekes kilincsmű látható. Jobb oldalon a szokásos kilincs kialakítás, amelynél a kilincs súlya viszi a kilincset a fogak közé; baloldalt a kilincs horgos megoldása látható. A kilincs beakadását a fogak kialakításával elősegíthetjük. Az ábra szerint nyomatékegyensúly esetén: 54
k1 ∙ F = k2 ∙ μ ∙ F, illetve k1 ≥ μ ∙ k2 kar-arány kell a kilincsbeakadás elősegítéséhez. A biztonság érdekében μ=0,3 értékkel számolhatunk. A kilincs forgáspontját az F erő támadáspontjában a D átmérőjű körhöz húzott érintőn helyezzük el, mert így legkisebbek a fellépő erők. A kilincskerék méreteit a t fogosztásra szokás vonatkoztatni. A fogmagasság c = t/3, a fogszélesség b = υ ∙ t, ahol υ = 0,2...2. A fogszám z = 8...12 (emelőgépeknél), illetve z = 25...100 (gyalugépeknél). A fogakat hajlításra méretezzük a következő feltételekkel: az F erő a fog hegyén támad, a hajlított keresztmetszetet (b ∙ c) / 2. t t 2 M t 2 t F hjmeg 3 3 z t 4 6
egyenletből M 53Nm 10 3 3 t 3,7 3 3,7 20,319mm 21mm . z hjmeg 1 8 40 Nmm 2
σhjmeg = 40...60 N/mm2 acélöntésű kerék, 20...30 N/mm2 öntött vaskerék esetén. b = υ ∙ t = 0,2 ∙ 21mm = 4,1mm ≈ 4,5 mm A fogakat ellenőrizhetjük még vonalnyomásra p
F szerint, b
itt p = 15...20 N/mm acél-acél és 5...10 N/mm acél-öntöttvas kapcsolódásánál. Az 52.ábrán belsőfogazatú kilincskerekes kilincsművet láthatunk. A geometriai viszonyok és erőhatások az ábrán láthatóak. Ezt a megoldást akkor alkalmazzuk, ha a hellyel akarunk takarékoskodni. Ha a kilincszajt kell csökkenteni, vezérelt kilincset használnak. Biztonsági okok miatt emelőgépeknél két vagy három kilincset alkalmaznak, és ezeket az egyenletesebb járás érdekében t/2, illetve t/3 értékkel tolják el egymáshoz képest.
55
4.7. Csavarmenetes henger Az energia biztosítóval egyetembe, működik a művelet közben egy blokkoló rész, ami szétválasztja a kapcsolatot a kúpos tárcsák között. Egy csavarmenetes csőtengely kerül beépítésre, ami ráfekszik a forgó részre átmeneti kapcsolatban továbbá menetesen kapcsolódik a spirál rugó tárcsa tengelyéhez. Ezt az eredeti verziót módosítottam úgy, hogy a menetes csőtengely az álló részhez kapcsolódik bordák segítségével, hogy a kívánt axiális mozgás létre jöjjön.
53. ábra Verzió módosítás
Ezáltal a spirálrugó tárcsa tekerése közben a menetes tengely folyamatosan forog és megközelíti a tengelykapcsolót és miután elérte a beállított tekercselési számot, szétkapcsolja a dörzs tengelykapcsolót. A csavarmenet elmélete: A csavarmenet kapcsolatot egy lejtővel egyszerűsítjük, melyen egy hasábot mozgatunk v sebességgel. A tengelyirányú Ft koncentráltnak tekinthető, mivel nagy valószínűséggel egyenletesen oszlik meg a meneteken. Súrlódásnélküli esetben az F erő tart egyensúlyt az Ft erővel a d/2 sugáron: F=Ft ∙ tan(α) Súrlódásos esetben: - lejtőn felfelé mozgáskor: F=Ft ∙ tan(α+ρ) Súrlódási kúpszög jele: ρ.
- lejtőn lefelé mozgáskor: F=Ft ∙ tan(α-ρ)
Súrlódási tényező: μ=tan(ρ) 56
Nyomatékigény az orsó elforgatásához: M=(d/2) ∙ F=(d/2) ∙ Ft ∙ tan(α±ρ)
54. ábra Menet súrlódási modell lapos menetnél
Trapézmenetre való áttérés esetén a β szöget is bele kell kalkulálni a képletbe: Fn=Ft ∙ cos(β/2)
μ’= μ/cos(β/2)
55. ábra Áttérés trapézmenetre
Az önzárás feltétele: Néhány példa a μ értékére:
tan(α)≤ μ’ acél-acél: acél-öntöttvas
μ=0,18-0,21 μ=0,16-0,22
A trapéz alakú kiképzés szilárdságtanilag is előnyösebb, a feszültséggyűjtő helyek csökkentése által. Jellegzetessége, hogy a menet profilszöge 30°. A csavarmenetes henger hossza függ a menetemelkedéstől és a spirál rugó megengedett csavarodási szögétől továbbá ez összhangban van a henger átmérőjétől is. Továbbá a menet egybekezdésű a könnyű vezetés miatt. Tervezett menetszám: 10 db, teljes hossza, bordákkal együtt: 10 mm.
57
4.8. Visszacsatolás A visszacsatolás szolgál az energiát megtartó kilincskerék kikapcsolására. A megoldás egyszerű: Az egész spirál rugós tárcsa tengelyt magával húzza a második tengelykapcsoló egy ütközőig, így a kilincs kilép a kilincskerékből, megindul az energiafolyam. Ebben az állapotban a spirál rugó némi axiális igénybevételt kap és egy csigaházra hasonlít.
4.9. Fogaskerék-bolygómű A spirál rugónak két működési iránya van, egy feltekerő és egy visszatekerő irány. Viszont a menetirányunk egy folytonos útvektorral jelzett út, így egyirányú. Adott tehát, hogy az energia kinyerésekor az irányt megkell fordítani. Erre a legkevesebb helyet elfoglaló egység egy bolygómű beépítve a második dörzskapcsoló és a forgó tengely közé.
56. ábra Menetirány és az energia iránya
Az irányváltásra szolgáló egység méretezése a következőkben kerül részletezésre a Fogaskerék-bolygóművek [6] című könyv alapján. A fogaskerék-bolygómű olyan fogaskerék hajtás, amelyben egy vagy több fogaskerék mint bolygókerék egyidejűleg végez forgó mozgást a saját tengelye körül és keringő mozgást más fogaskerék (napkerék, gyűrűkerék) tengelye körül. A fogaskerék-bolygóművek használhatóak teljesítmény-továbbításra állandó vagy változó áttétellel, teljesítményelágaztatásra, illetve - összegzésére, mozgástovábbításra viszonylag nagy áttétellel, valamint ciklois görbék előállítására is. Fogaskerék-bolygómű már James Watt 1769-es gőzgépének hajtóművében is szerepelt. R. Willis áttételszámítása 1841-ben jelent meg. A huszadik század elejétől kezdve a bolygómű egyik változata, a kúpkerekes kettős kihajtású bolygómű (differenciálmű) a gépjárművek kerekeinek kanyarbeli csúszásnélküli gördülését valósította meg. Egyik többkaros, bonyolult változatát, az úgynevezett Wilson-bolygóművet már a fokozatnélküli sebességváltó kérdésének egyik megoldása. A második világháború előtt jelentek meg a gépjárművekben és a lánctalpas vontatókban a teljesen automatikusan működő, teljesítmény-, illetve nyomaték-szabályozású fogaskerék bolygóművek, amelyek hidraulikus, illetve dörzskapcsolókkal összeépített szerkezetek voltak.
58
57. ábra Általános bolygómű (forrás:[6])
A teljesítmény továbbítására leggyakrabban használt, úgynevezett egyszerű fogaskerék bolygómű az 57. ábrán látható kirajzolt fogazatokkal, majd dörzshajtásszerűen ábrázolva. Tagjai: -1 Ház: amelyhez viszonyítva a többi tag elmozdulhat; -2 Napkerék: amelynek a tengelyvonala a térben rögzített, és a bolygókerék rajta gördül le; -3 Bolygókerék: amelynek a tengelyvonala a nap- illetve gyűrűkerék tengelyvonala körül forgatható, azaz körülöttük keringhet; -4 Gyűrűkerék: belső fogazattal, amely a bolygókerékkel illetve bolygókerekekkel kapcsolódik, és egytengelyű a napkerékkel; -5 Kar: mint a bolygókerék (bolygókerekek) tengelyének a napkerék tengelye körüli keringését létesítő elem. A 57. ábránál egyszerűbb vagy bonyolultabb fogaskerék-bolygóművek mindig ezekből a tagokból, illetve ezek további változataiból állnak. A képi egyszerűsítés során fogaskerék kapcsolatot a dörzshajtásra emlékeztető vázlat, míg a csapágyakat csuklós kapcsolatjel, a tengelyeket és csapokat egyenes vonalak helyettesítik. További jelölési mód, hogy ha külső-külső fogazatú kerekek kapcsolódnak egymással, akkor a kapcsolatot k betűvel jelöljük, ha viszont belső-külső fogazatúak kapcsolódnak, akkor b betűvel.
58. ábra Bolygómű típusok I.
A változatos konfigurációkat többféle szempont lehet csoportosítani az első az elnevezés szerinti osztályozás: Az elemi fogaskerék-bolygóművek (58.2. és 58.3. ábra) a legkevesebb tagból állnak, amelyen belül egyszerűbb a k külső fogazatú, és kissé bonyolultabb a b belső fogazatú kapcsolódású.
59
Az egyszerű fogaskerék-bolygóművekben (58.1. ábra), egyszerű külső fogazatú bolygókerék közvetíti a mozgást egyidőben (kb) a külső és belső fogazatú kapcsolódással. A kettős bolygókerekes fogaskerék-bolygóművekben (59. ábra) a kettős bolygókerék nap- és gyűrűkerékkel való kapcsolata ad három változatot (k+b, k+k, b+b). A 59.7. ábra egyszerű fogaskerék-bolygóműnek (58.1. ábra) egy b jelű elemmel való kiegészítése révén alakult ki, és a német szakirodalomban Wolfrom-bolygóműnek nevezik (kb + b). A segédkerekes fogaskerék-bolygóművek az egyszerű fogaskerék-bolygómű áttétel határát növeli (például k + k + b).
59. ábra Bolygómű típusok II.
További osztályzás lehetséges tengelyszám szerint (Poppinga alapján két-, három-, négy-, több-tengelyes), illetve mozgást vagy teljesítményt továbbító bolygóművek (Seeliger alapján hatásfok szerint). Akár kinematikai tárgyalás szerint is lehet csoportosítani (Kudrjavec alapján 2K-H, variátoros, összegző). A szabadságfok szerinti osztályozás szerint a legtöbb fogaskerék-bolygómű egyszerű síkbeli mechanizmusként kezelhető. Ezek szabadságfoka egy vagy kettő lehet. Ha a szabadságfok egy, akkor az egyik tengely forgatása egyértelműen meghatározza a fogaskerékbolygómű teljes mozgásállapotát. Ha viszont a szabadságfok kettő, akkor két tengely forgatása ad határozott mozgásállapotot. Az 1 szabadságfok esetén szűkebb értelemben bolygóműről szoktak beszélni, a 2 szabadságfokú működés esetén a teljesítményfolyam irányától függően kettős behajtású (összegző), illetve kettős kihajlású (kiegyenlítő, differenciál) bolygómű kifejezést használják. Adott szerkezet szabadságfokát viszonylag gyorsan ki lehet számítani úgy, hogy a hajtóműházhoz viszonyítva mozgást végző tagok egyenként 3 szabad mozgásszámának összegéből levonjuk a tagok egymáshoz kapcsolódásának összes kötöttségeit (csapágyaknál e kötöttség 2, fogas kapcsolódásoknál 1). s = 3 (n - 1) - 2p2 - p1, amelyben s a szabadságfok, n a mechanizmus összes tagszáma, n-1 tehát a viszonylagosan mozgó tagok száma, p2 a két kötöttségű kinematikai párok száma (csapágyak, amelyek csak forgást engednek meg), és p1 az egy kötöttségű kinematikai párok száma (fogas érintkezés, amely egyirányú elmozdulást és forgást enged meg). A 58.1. ábrán látható egyszerű fogaskerék-bolygómű szabadságfoka tehát s = 3 ∙ (5 - 1) -2 ∙ 4 - 1 ∙ 2 = 2, 60
de ha például a gyűrűkereket a házhoz rögzítjük, akkor s = 3 ∙ (4 - 1) -2 ∙ 3 - 1 ∙ 2 = 2 Szabályos (az elemek között fogaskerék-kapcsolatot megszüntetve, az alapelemek egymáshoz képest szabadon elforgathatók) bolygóművek esetén a szabadságfok egyszerűbben is számítható. A mozgó tagok számát n' = n - 1-gyel jelölve: s = n' - p1, Az 58.1. ábrabeli bolygómű szabadságfoka: s = 4 - 2 = 2. A beépítésre szánt bolygómű szabályos, kb (külső-belső) kapcsolódású egyszerű, két szabadságfokú, egyenes fogazatú.
60. ábra A beépítendő bolygómű felépítése és sebességábrája
A bolygómű sugárirányú méretét a fogaskerék-kapcsolódások tengelytávja dönti el, ezért a bolygóművek szűkebb értelmezésű méretezésének a bolygóműben működő fogaskerekek méretezését tekintjük. A fogaskerekek méretezése geometriai és szilárdsági számítási feladat. E két számítás szorosan összefügg, hiszen közismert, hogy a felületi igénybevétel feltételével a tengelytáv számítható. Geometriai méretezés A kedvezőbb fogazati tulajdonságok elérésére az általános, de legalább a kompenzált fogazatot választjuk az elemi fogazat helyett. Általános fogazat esetén a fogszámok megválasztásakor eltérhetünk kissé az egytengelyűségre felírt feltételtől, mert az általános fogazat tengelytávja általában nagyobb, mint az elemi fogazat a0 tengelytávja. Az elemi fogazat m modulja vonatkozó osztókör sugarait: r02 / m = z2 / 2;
r03 / m = z3 / 2;
r04 / m = z4 / 2.
Ezekből felírható a két elemi tengelytáv m modulra vonatkozó képlete:
61
a023 / m = (r02 + r03) / m = (z2 + z3) / 2 és a043 / m = (r04 - r03) / m = (z4 - z3) / 2. A 23 index a külső-külső, míg a 43 a belső-külső fogazatok kapcsolására utal. Az általános fogazat esetében azonban a fogak megvastagodása miatt a > a0, de a kb típus egytengelyűségi feltételnek fenn kell állnia, azaz a z 2 z 3 cos 0 z 4 z 3 cos 0 , m 2 cos 23 2 cos 43
amiből egy általános fogalmazású egyenlőséget kapunk: z 2 z3 z 4 z3 . cos 23 cos 43
α23>α0 és α43 ≤ α0 a szokásos, mivel a belső-külső kapcsolódás terhelhetősége eleve kedvezőbb. Ez azt is jelenti, hogy ilyenkor α23 ≠ α43 miatt az elemi tengelytávok nem azonosak. A Kutzbach-féle úgynevezett koszinusz-törtfüggvény alapján: Bv 23
cos 0 cos 23 cos 23
és
Bv 43
cos 0 cos 43 , cos 43
amelyekkel a tengelytávok közti összefüggések : a / a023 = 1 + Bv23 és a / a043 = 1 + Bv43. Felhasználó továbbá a Kutzbach-féle úgynevezett evolvens-törtfüggvény: B23
inv 23 inv 0 tg 0
és
B43
inv 43 inv 0 , tg 0
amelyből kifejezhetőek a profileltolási tényezők együttes értékei:
x2 x3
a023 B23 m
és
x4 x3
a043 B43 . m
Kiszámítható továbbá a közös fogmagasság m modulra vonatkoztatva: hk23 / m = 2 - K23
és
hk43 / m = 2 - K43,
és
K43 = a043 / m (B43 - Bv43).
amelyben a fejcsonkítási tényezők: K23 = a023 / m (B23 - Bv23) A gördülőkörsugarak:
62
rg 2
a 1 1 u 23
;
rg' 3 a rg 2 ,
rg 4
a 1 1 u 23
;
rg''3 rg 4 a .
A közös fogmagasságok és a kapcsolószögek ismeretében elvben nincs akadálya annak, hogy például a kiegyenlített relatív csúszásra rögzítsük szerkesztéssel a hk közös fogmagasságok helyzetét, de úgy , hogy a bolygókerék fejköre és fogmagassága mindkét kapcsolódás számára azonos. E művelet után a többi méretek meghatározása már egyszerű feladat. A szerkesztési ábrából leolvashatók a fejkör sugarak, kiszámítható a fogmagasság, és segítségével meghatározhatóak a lábkör sugarak, belőlük pedig egyenként a profileltolások. A kompenzált fogazat kapcsolószöge α0, a közös fogmagassága pedig: hk=2m, ha egyszerű szabványos fogazatról van szó. Ez azt is jelenti, hogy a gördülő- és osztókör egybeesik, a tengelytáv az elemivel azonos, s a fej- és lábkör sugarak a profileltolással változnak. Az osztókör sugarakból a fejkör sugarak m modulra vonatkoztatva: rf2 / m = r02 / m + 1 ± x;
rf3 / m = r03 / m + 1 ± x;
rf4 / m = r04 / m - 1 ± x;
A gyűrűkerék fejkörsugarát szükség esetén megfelelő mértékben növelni kell. A lábkörsugarak pedig c0/m = c'0 fejhézagtényezővel és m modulra vonatkoztatva: r12 / m = r02 - 1 - c'0 ± x;
r13 / m = r03 - 1 - c'0 ± x;
r14 / m = r04 + 1 + c'0 ± x.
Elemi fogazat. Mindegyik fogaskerékre x=0, s így a gördülő- és osztókör egybeesik, a közös fogmagasság hk = 2 ∙ m normál, szabványos fogazat esetén. Az osztókörökkel az m modulra vonatkoztatott fejkörsugarak: rf2 / m = r02 / m + 1;
rf3 / m = r03 / m + 1;
rf4 / m = r04 / m - 1.
A gyűrűkerék fejkörsugarát természetesen szükség esetén (az interferencia elkerülésére) megfelelő mértékben növelni kell. Az m modulra vonatkoztatott lábkörsugarak pedig: rl2 / m = r02 / m - 1 - c'0;
rf3 / m = r03 / m - 1 - c'0;
rl4 / m = r04 / m + 1 + c'0.
Szilárdsági méretezés A szilárdsági méretezés alapelve, hogy a fogat terhelő erő a fogtövet és a fogfelületet veszi igénybe. A fogaskerék-méretezés minden lépése, amely minden befolyásoló hatást (dinamikus igénybevétel, foghibák, a tehereloszlás egyenetlensége) valamilyen levezethető vagy tapasztalati tényezővel vesz figyelembe; helyett a fogtő igénybevételből egyből az m modulra következtethetünk:
63
m
Fn yz , b meg
ahol Fn a kapcsolóvonalban ható, a fogfelületre merőleges erő, b a fogszélesség, y(z) az úgynevezett fogalak tényező, és σmeg a fogtő megengedett igénybevétele, amelyet Niemann G. fogaskerekekkel végzett fárasztó kísérletei alapján vehetünk fel. A fog felületi igénybevételéből viszont a tengelytávot számíthatjuk ki. Botka I. képlete - a levezetés mellőzésével - a következő:
a0 3
1 k meg
i 13 P0 , 1 1 b / a0 sin 2 0 i 0
ahol a0 a tengelytáv, b a fogszélesség (előzetes számításokhoz b/a0 ≈ 0,3-mal számolhatunk), α0 az elemi kapcsolószög (szabványosan α0=20°, azaz sin(2α0)≈0,64), i>1 a fogaskerékpár kinematikai áttétele (fogaskerék-bolygóművekre alkalmazva i helyére természetesen az u fogszám viszony kerül), P0 a továbbítandó teljesítmény és w0 a behajtó szögsebesség, vagyis P0/w0 a kiskerék tengelyére ható nyomaték. Általános fogazat esetén az a0 helyére a és α0 helyére αg kerül. A kmeg az úgynevezett palástnyomás:
k meg
2
Hmeg
0,35 Em
,
amelyben σHmeg a Hertz-feszültség megengedett érték, Em pedig a kapcsolódó fogaskerékanyagok közelítőleg közepes rugalmassági tényezője, amely a Poisson-szám segítségével számítható, és végképlete:
Em
2 Ei E j Ei E j
,
ahol i és j a két kapcsolódó fogaskerék. A kmeg értékeit ugyancsak Niermann G. fárasztókísérleti adataiból meríthetjük (kmeg=ξk ∙ k0; k0 táblázatból vehető fel, ξk pedig előzetesen számítható.) A fogaskerék-bolygóműre alkalmazva a képleteket, figyelembe kell venni, hogy az Fn normálerő és P0 teljesítmény egyetlen fogaskerék-kapcsolatra vonatkozik. Vagyis figyelembe kell venni az N bolygókerék-számot és a terhelés-kiegyenlítési tényezőt. Ha a tengelytáv és a modul képleteit a teljesítmény szempontjából elemezzük, akkor szembetűnik, hogy egyik képlet sem függ a sebességtől (kifáradási határra méretezés feltételezésével), hanem mindkettő "erőtől függő". Összefoglalva a bolygóművek fogaskerekeinek hosszméreteit az erőábra erői alapján számíthatjuk.
64
4.10. Tengelyek A szerkezet több különféle tengelyből áll, amik kivétel nélkül csőtengelyek, vagyis középen furatot tartalmaznak valamint koncentrikusak egymással.
61. ábra A tengelyek kapcsolatai (első - második verzió)
Az 61.ábrán láthatóak a csőtengelyek egymáson elhelyezkedve. Az álló rész(fekete szín), mely a rendszer összetartásáért felel 3 részből áll: 2 szélső és egy középső. A középső rész menetesen van megfogva. A következő rész az állandóan forgó, küllők által hajtott rész (kék szín), majd következik a menetes biztonsági tengely (sárga szín) és végül a spirál rugó elforduló tengelye (zöld szín). Az első verzió javítása során a menetes biztonsági csőtengelyt az álló részhez kapcsoljuk bordás kötéssel, hogy miközben a spiráltárcsa megforgatja, előre tudjon mozdulni axiálisan. Ez továbbá a kilincsmű szétkapcsolásakor is fontos. A méretezés során a leginkább igénybe vett alkatrészt, forgó részt kell csavarásra kiszámolni. R A megengedett csavaró feszültség: meg eH . n 3 M D Az ébredő maximális feszültség: max cs . Ip 2 A porális másodrendű nyomaték:
meg m ax ,
→
ReH n 3
Ip
D
4
d4 32
32 M cs D , → D 4 d 4 2
d 4 D4
16 M cs D n 3 ReH
65
16 53Nm 103 35mm 1 3 d 35mm 34mm 800Nmm 2 4
4
Ez igencsak jó eredmény, vékony tengelyre utal, ami gazdaságos anyagkihasználás. Viszont a tengely nyitott bordás kialakítású, hogy axiális irányba tudjanak rajta közlekedni (mozogni) a dörzskapcsoló tárcsák. Ezért felületi nyomásra is tesztelni kell: Tervezett bordák száma z = 4 db. Borda magassága: hborda = 4mm, hossza: lborda = 20mm. A felületek nagysága(területe):
A = z∙h∙l.
A felületi nyomás megengedett értéke:
pval
pmeg = 80…100 Nmm-2
2 M cs F 2 M cs 2 53Nm 103 10,35Nmm 2 A A Dk z h l D Dborda / 2 4 4 20 34 30 / 2
A pval jóval a pmeg alatt van, tehát megfelelő.
66
5. VIZSGÁLAT 5.1. Illesztések A konstrukciós tervezés során főbb méreteket öltött alkatrészek illesztése komoly figyelmet igényel, hiszen három csőtengelyt is tartalmaz továbbá axiálisan tengelyen mozgatható alkatrészeket, melyeknek nem szabad beragadniuk esetleges szélsőséges körülmények között sem. Az alapvető illesztések 3 csoportba sorolhatók: laza - átmeneti - szoros (szilárd).
62. ábra Az illesztések típusai (forrás: tankonyvtar.hu)
Ez alapján besorolásra kerülnek az egymással illeszkedő alkatrészpárok és megállapításra kerül az ajánlott illesztési forma.
67
Állórész - Forgó rész: Az álló és forgó rész közé mindenféleképpen csapágy kerül beépítésre, mely a kerékagyaknál szabványos ferde hatásvonalú golyóscsapágy. Az extra köztes állórész (a spirál rugó stabil a háza) miatt még egy csapágy kerül beépítésre. A csapágyak illesztése: H7/g6 és k5 K5/h5 Az álló és forgórész csőtengelyei között helyet kell hagyni, tehát laza illeszkedés.
Állórész - Huzaltárcsa: A huzaltárcsa axiálisan elmozdítható az álló rész tengelyén, tehát a kapcsolat laza.
Huzaltárcsa - Dörzstárcsa: A huzaltárcsa a dörzstárcsával illeszkedik fixen, tehát axiálisan két ellentétes irányból, viszont a huzaltárcsa áll a dörzstárcsa a forgó részen van, tehát a kapcsolat laza.
Dörzstárcsa - Forgó rész: A dörzstárcsa a forgórészen helyezkedik, nyitott bordás kialakítással kapcsolódik, axiálisan mozgatható a forgó tengelyen, ezért az illesztés laza.
Forgó rész - Spirál tárcsa: A forgórészen elhelyezkedő többnyire álló spiráltárcsa axiálisan elmozdítható, valamint egytengelyű irányban forgatható, az illesztés mindenképpen laza, a beragadás elkerülése érdekében.
Forgó rész - Menetes biztonsági tengely: A menetes biztonsági tengely a forgó rész és a spirál tárcsa tengely között helyezkedik el, méghozzá az álló részhez csak axiálisan elmozduló bordás kötéssel és a spirál tárcsához menetesen kapcsolódva. Szóval megfelelő az átmeneti illesztés a bordák és álló rész között, szoros illesztés pedig a biztonsági tengely és forgó rész között.
Álló rész - Spirál tárcsa: Egy golyó sor kerül beépítésre a falsúrlódás elkerülése végett a spiráltárcsa állórész háza és a spiráltárcsa közé. A golyó sor csapágykosárral szorosan van illesztve az álló részbe.
68
5.2. Kenés A mozgó gépelemek közti kenés igencsak fontos, hiszen az alkatrész védelmén kívül, esetleges gördülő csapágyazást is kiválthat, mint hidrodinamikus csapágy. Ez alapján kettébontva a kenést igénylő elemeket: átlagos kenés - hidrodinamikus kenés.
63. ábra Hidrodinamikus kenés folyamat ábrája (forrás: [7])
A csapágyházak felépítésükből adódólag zsírral kenjük évente a szokásos módon. Az ugyanolyan mozgásállapotban lévő csatlakozó elemek típusa : → álló - álló → forgó forgó Mindekét változat egymáson axiálisan csatlakozó részeket takar (például: huzaltárcsa, dörzstárcsa, fogaskerék-bolygómű napkereke), melyek a gyakori kapcsolás miatt kenéssel hosszabbítjuk a várható élettartamot. Lehetséges kenőzsír illetve nagyobb viszkozitású kenőolaj is. Az eltérő mozgásállapotban lévő részek (például: huzaltárcsa - dörzstárcsa, vagy forgó főtengely - spiráltárcsa tengely) igencsak fontos a megfelelő bő kenési állapot fenntartása, hogy megfelelően nagy kenőfilm alakuljon ki, felületek távoltartása miatt.
69
6. VIZSGÁLAT 6.1. Beépítés egy kerékpárba A beépítés a kerékpárba nagyon egyszerű művelet, hiszen csak a kereket kell kicserélni a mechanikus gyorsítóval ellátott kerékre. A támogatott kerékpár átmérő minimum 26" coll, hogy legyen elegendő hely a spirál rugónak az energia gyűjtésére. A kerék rögzítése a szokásosan történik, anyacsavarokkal. Viszont csőtengely révén kettő bowden szál csatlakozik be a kerékagy két oldalán. A kivezetéseik a kormány vezérlőpultjáig tartanak, hasonlóan a többi vezérlő/váltó bowden szálhoz. A kormányon két kar helyezkedik el.
64. ábra Példa a kar lehetséges kinézetére (forrás: sunrace.com)
Az első kart akkor húzza meg a felhasználó, hogyha elég harmonikusan kerekezik, tehát van többletenergia, melyet ellehet raktározni. Például fékezés lámpánál. A második karral hirtelen előhívhatja az energiát, például indításnál. A két kar együttes meghúzása egy merevítő rúddal, amit a két agykapcsoló közé helyezünk; kikerülhető.
70
6.2. A véglegesített szerkezet
71
72
6.3. Összegzés A szakdolgozatom egy kerékpárba építhető vadonatúj mechanikus gyorsító egység tervezését tárgyalja meg. A szakdolgozatom megírásakor igyekeztem szem előtt tartani az innovációt a jelenlegi technológiákkal megvalósítható módon, valamint a gépészmérnöki képzésben tanultakat alkalmazni a megfelelően. A téma kiválasztása eltartott egy ideig, még egy különleges egérfogó ötlete is közbejött. Végül a kerékpározásnál felgyülemlő többlet energia hasznosítására esett a választás, ugyanis ezt univerzális módon kerékpáragyon elhelyezve igencsak figyelemfelkeltő egy városi biciklizés során. A felépítés kialakítása során szinte minden alap gépelem valamilyen szinten beépítésre került: csőtengelyek, rugók, spirál rugók, tengelykapcsolók, csavarmenetek, bolygókerekek. Valamint letisztult a távolról való vezérlés (kormányról) konstrukciója is. A kialakítás során a konstrukció biztonságos formát öltött. A mechanikus gyorsító könnyen beépíthető egy kerékpárba nem igényli a váz átalakítását, egyedül a vezetéket kell bekötni külön.
Summary The thesis discusses a bicycle built to accelerate the mechanical unit brand new design. The thesis writing, I tried to keep in mind is feasible with current technology innovation, along with the mechanical engineering training to properly apply what they have learned. The choice of the theme took a while, even came up with a unique idea of mousetrap. Finally, the accumulated surplus energy for cycling was chosen because this way universal bicycle hub located in a very attention-urban cycling. In designing the structure virtually every basic element machine has been installed at some level: pipe shafts, springs, spiral springs clutches, threads, planetary gears. And to clean the remote control (handlebars) partnership. The implementation of the safe design took shape . The mechanical accelerator easily be incorporated into a bicycle frame requires no conversion, only to be connected to a separate cable wire.
73
6.4. Irodalomjegyzék [1]
HANSEN, F. - A módszeres géptervezés. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1969
[2]
Dr. Terplán Zénó,Nagy Géza, Herczeg István - Mechanikus tengelykapcsolók Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1966
[3]
Ten Bosch : Gépelemek Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1957
[4]
Dr. Terplán Zénó, Nagy Géza, Herczeg István - Különleges Tengelykapcsolók Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1971
[5]
Diószegi György - Gépszerkezetek méretezési zsebkönyve Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1984
[6]
Dr. Terplán Zénó - Fogaskerék-bolygóművek Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1975
[7]
Dr. Terplán Zénó - Gépelemek I. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1978
[8]
Karlheinz Kabus - Decker Maschinen-elemente Funktion, Gestaltung und Berechnung Hanser 2014
74
