A JÖV Ő MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI

(1)

A JÖVŐ MÉRNÖKEINEK PREZENTÁCIÓI

SZERKESZTETTE:

Bihari Zoltán

Miskolc

2013.

(2)

(3)

Szerzők: Baló Tamás Balogh Nóra

Bene Máté Csáti Zoltán

Debreczeni Dániel Gál Viktor

Jónás Szabolcs Juhász Ádám

Kasza Dávid Kertész Tamás

Kovács Kitti Kovács Zoltán Tamás

Majoros Dávid Molnár Péter

Németh László Szabó Gábor László

Szarka Dániel Szőlősi Ákos

Takács Krisztina Tamás Gábor

Tenk Gergely Tóth Fruzsina

Varsics Norbert Veres Ádám

A leadott cikkeket kötetbe szerkesztette:

Bihari Zoltán egyetemi adjunktus

A szerkesztő nyilatkozata:

Alulírott Bihari Zoltán, mint „A Jövő Mérnökeinek Prezentációi” szerkesztője kijelentem, hogy a kiadványban megjelent cikkek tartalmáért semmilyen ga- ranciát nem tudok vállalni, a szerzők által leadott cikkek módosítás és lektori közreműködés nélkül kerültek beszerkesztésre.

Bizonyos fejezetekben – az egységesebb megjelenés érdekében – formai szerkesztési módosítások történtek.

A megjelentetett cikkek szakmai és műszaki tartalmáért a fejezet szerzői a felelősek.

ISBN 978-963-358-050-9

Kiadó:

Miskolci Egyetem

Gép- és Terméktervezési Intézet

(4)

Immár majdnem két évtizede évről évre ismétlődő rendezvény a Gépterve- zők és Termékfejlesztők Szemináriuma. Idén ez a rangos esemény 2013. no- vember 7-8-án, 19. alkalommal került megrendezésre a MTA Miskolci Bizott- ságának 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 újdon- ságai, a legújabb kutatási eredmények eme rangos eseményen kerülhessenek bemutatásra.

Az előadások többsége nyomtatott formában a GÉP folyóirat soron követ- kező számában is megjelenik.

Az idén egy új kezdeményezés is csatlakozott a rendezvényhez, miszerint a végzős diákjainknak is teret és lehetőséget biztosítottunk arra, hogy bemutat- kozhassanak. 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 elő- adásai iránt, ezért a Gép- és Terméktervezési Tanszék úgy határozott, hogy a prezentációkból egy elektronikus kötetet készít, hozzáférhetővé téve azt az érdeklődők számára.

Szerkesztőként remélem, hogy az olvasó nem fog csalódni „A Jövő Mérnö- keinek Prezentációi” kötet olvasását követően.

Miskolc, 2013. december 6.

Bihari Zoltán szerkesztő

Köszönetnyilvánítás

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

finanszírozásával valósul meg.

(5)

Baló Tamás: Ékszíjas variátor tervezése kerékpárhoz ... 4

Balogh Nóra: Kistelepülés utcabútor-tervezése ... 9

Bene Máté: Fűkasza tervezése ... 16

Debreczeni Dániel: A egyenes fogú, hengeres, külsőfogazatú fogaske- rék fogprofiljának meghatározása ... 22

Gál Viktor: Átalakítható kerékpár tervezése ... 32

Jónás Szabolcs: Láncszemek tönkremenetelének vizsgálta ... 40

Juhász Ádám: Forgalomkorlátozó oszlop tervezése ... 48

Kasza Dávid: Seprőgép tervezése ... 58

Kertész Tamás: Vegyi üzemi-léghűtő kamrájának végeselemes vizsgála- ta ... 67

Kovács Kitti: Tengelycsapágyazás optimalizálási lehetőségei tömegmi- nimumra ... 77

Kovács Zoltán Tamás: Dugóhúzó tervezése ... 86

Majoros Dávid: Alternatív energiát termelő burkolat tervezése, korszerű- sítése ... 96

Molnár Péter: Lánchajtás tervezése ... 106

Németh László: Szabályozott utánfutó fékberendezés ... 112

Szabó Gábor László: Csocsóasztal tervezése ... 120

Szarka Dániel: Multifunciós bicska fejlesztése ... 130

Szőlősi Ákos: Agyaggyúró gép tervezése ... 136

Takács Krisztina Tímea: Gyermekjátszótér tervezése ... 141

Tamás Gábor: Mézpergető tervezése ... 147

Tenk Gergely: Faeszterga tervezése ... 155

Tóth Fruzsina: Multifunkcionális térelválasztó rendszer tervezése ... 161

Varsics Norbert: Mechanikus hajtású fűnyíró tervezése ... 169

Veres Ádám: Orvosi szívmonitorozó rendszerrel ellátott mobiltelefon tervezése ... 174

Csáti Zoltán: Áramlási jellemzők vizsgálata nyugvó közegben mozgó síkfelületen... 180

(6)

(7)

Ékszíjas variátor tervezése kerékpárhoz Baló Tamás

Géptervező szakirányos hallgató

1. A fokozatnélküli hajtásokat nagy számban használják technológiai munkagépekben, célgépekben, csomagológépekben, élelmiszeripai és vegyipari berendezésekben, mezőgazdasági gépekben, papír- textil- valamint a nyomdaiparban is.

A fokozatnélküli hajtóművek sok esetben a folyamatos sebességszabályozás legmegfelelőbb eszközei. A teljesítmény átvitelre alkalmas mechanikus, fokozat nélküli hajtások között a legtöbb változat kúpos és görgős súrlódó elemű.

Napjainkban közel 1 milliárd kerékpárt használnak világszerte közlekedésre, szállítási, szabadidős és sportcélokra. A lánchajtás a kerékpár egyik legfontosabb része, hiszen ezzel tudjuk hajtani a kerékpárunkat. A lánchajtásnál mechanikai energiát lánc viszi át az hajtó (első) fogaskerekekről a hajtott (hátsó) fogaskerekekre.

A fokozatmentes váltó ötlete zseniális, mivel nem adott fokozaton illetve áttételen tudjuk átadni a nyomatékot, hanem a legnagyobb és a legkisebb fokozat között végtelen sok fokozat áll a rendelkezésünkre.

Így állandó szögsebességgel tudjuk hajtani a kerékpárt, ami kényelmes és hatékony.

2. Ékszíjhossz számítás legnagyobb gyorsításnál

1. ábra Legnagyobb gyorsíró árrétel

(8)

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

D₁=162mm d2=54mm

α=7,239°

β=180-2* α=165,522°

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

2. ábra Legnagyobb gyorsíró árrétel

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

3. ábra 1:1-es áttétel

(9)

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

4. ábra 1:1-es áttétel

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

3. Szíjprofil

5. ábra Szíjprofil

(10)

Ha az áttétel 1:1-es, akkor a hajtó oldalon lévő mozgó tárcsa elmozdulása a legnagyobb és a hajtott oldalon lévő mozgó tárcsa elmozdulása zérus.

A legnagyobb gyorsító áttételnél, amikor D1=162mm és d2=54mm, akkor a hajtó oldalon lévő mozgó tárcsa elmozdulása zérus, a hajtott oldalon lévő tárcsa elmozdulása a legnagyobb. A tárcsa elmozdulását (x), egy egyszerű képlet segítségével kaphatjuk meg:

xhajtó1=(D1-d1)/2*tan2°=0,91mm xhajtó2=(D1-d1)/2*tan17°=7,95mm xhajtó1=(D2-d2)/2*tan2°=0,98mm xhajtó2=(D2-d2)/2*tan17°=9,54mm

6. ábra X elmozdulás meghatározása

4. Erők meghatározása m=80kg

G=Fkar=784,8N k=0,175m

7. ábra Erők meghatározása

(11)

T1>T2

Fker=T1-T2

Mcs=Fkar*k=Fker*D1/2=137,34Nm

Szerkezeti megfontolásból 100Nm-re fogom méretezni a hajtást.

Irodalomjegyzék

[1] Dr. Szente József - Bihari Zoltán: Interaktív mérnöki kommunikáció és a tervezést támogató CAD rendszerek.

Elektronikus tankönyv. 2011. p. 107. www.tankonyvtar.hu/hu [2] Péter József: Géptervezés alapjai. Miskolci Egyetemi Kiadó,

Miskolc-Egyetemváros, 2008. 402 old. ISBN 978-963-661-837-7.

[3] Bihari Zoltán – Szente József: Számítógépes terméktervezés.

Szakmérnöki jegyzet. Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006. p. 193.

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.

(12)

Kistelepülés utcabútor-tervezése

Balogh Nóra

Ipari termék- és formatervező mérnökhallgató Bevezetés

Leendő Ipari termék- és formatervező mérnökként szerettem volna olyan témát választani magamnak, ami megmutatja, hogy egy ember miért szeretne formatervező lenni. Mindenkiben megvan az a vágy, hogy valami használhatót, valami szépet, valami újat alkosson. Ez a szak éppen erről szól. Megtanít arra, hogy a gondolatokból tervek, a tervekből pedig termék legyen. Egy olyan feladattal kerültem szembe, ami magába foglalja mind azt, amit eddig tanultam, és ami megannyi meglepetéssel ajándékozott meg a munkám során. Mályi Község Önkormányzata, a területfejlesztés keretein belül parkosításon, új utcabútorok és közterek kialakításán dolgozik. Az Önkormányzattal együttműködve veszek részt ebben a projektben, ezért is választottam ezt a témát. Az én feladatom, hogy a Községnek egy olyan utcabútorzatot tervezzek, ami figyelemfelkeltő, fiatalos, emlékezetes és különleges. Szeretnének olyan termékeket, melyek nem tucat számra gyártottak, stílusteremtő, mégis beleillenek a már kialakult környezetbe, tükrözik az itt élők igényeit, ízlésvilágát.

Mályi Község bemutatása

Mályi Község Borsod-Abaúj-Zemplén megyében, a Bükk-hegység és az Alföld találkozásánál, Miskolctól 10 kilométerre található. A Mályi név feltehetően a mál (szegély, hegyoldal, oldal) kifejezésből származtatható, ugyanis a régi falu az enyhén leejtős, napsütötte hegyoldalon kezdett kialakulni. A Község számos látnivalóval rendelkezik, mégis mindközül a legkedveltebb, a Mályi-tó, amely Mályi fő turisztikai központjává vált.

A bevezetőben már említettem, hogy a Település területfejlesztési projektekbe kezdett, melynek fő célja, hogy megszépítse és vonzóvá tegye a települést, valamint élő közösséget hozzon létre.

Településfejlesztési célok

A Képviselő-testület kívánatosnak tartja a közterületek megfelelő színvonalon történő fenntartását. A területfejlesztési célok közé sorolták többek között a helyi tömegközlekedési feladatok ellátása és

(13)

színvonalának javítása érdekében a megállóhelyek, buszvárók korszerűsítését, felújítását. A területfejlesztési célok megvalósításának e pontját kihasználva kerestem meg az Önkormányzatot, így feladatként megkaptam, hogy tervezzem meg a Botond utcai buszforduló buszvárójának dizájntervét.

Ehhez a feladathoz úgy kezdtem hozzá, hogy feltérképeztem a piacon fellelhető, már használatban lévő buszvárókat.

Piackutatás

A piackutatás során a hagyományos szerkezeteken kívül igyekeztem olyan várókat keresni, melyek valamely tulajdonságukkal felhívják magukra a figyelmet. Ez a kutatás adja a tervezőnek az egyik legnagyobb inspirációt. Ilyenkor tájékozódunk, hogy a piacon milyen termékek jöttek eddig létre, milyen különlegességek vannak szerte a világban, mik azok a dolgok, melyeket meg lehet fogni, tovább lehet fejleszteni, testre lehet szabni.

1. ábra

Használatban lévő buszvárók

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

2. ábra A jövő buszvárói

(14)

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

3. ábra

A BMW által tervezett utcabútorok

A BMW tervének különlegessége, hogy nem csupán egy termékből áll, hanem több termék alkotta családból. A buszváróhoz megtervezték a padokat, a hulladékgyűjtőket és a közvilágítás lámpáit is.

Erre alapozva döntöttem úgy, hogy nem csupán a buszváró dizájnját tervezem meg, hanem a váró környezetében elhelyezhető utcabútorok termékcsaládját, mely tartalmazza a buszvárót, a padot, a hulladékgyűjtőt és a hirdetőtáblát. Úgy kívánom ezeket a bútorokat megtervezni, hogy egységet alkossanak, és ezzel megalapozzam a település arculatát. Szerencsés helyzettel állok szemben, hiszen Mályi Községének még nincs olyan jellegű kialakult arculata, melyhez alkalmazkodnom kellene, valamint a közterületek átalakítása épp aktuális. Tehát szeretnék egy olyan termékcsaládot, amely stílusteremtő és meghatározó szerepet kap a Község új arcának kialakításában.

I. Megoldásváltozat

Az első megoldás formailag hasonló a piacon fellelhető, napjainkban is használatban lévő buszmegállókkal. Úgy is fogalmazhatnék, hogy maradtam a jól bevált formáknál, viszont engem nagyon zavart az, hogy

(15)

ebben a megállóban nincs semmi olyan, ami megdobogtatná egy ember szívét. Egy buszmegállónak nem is feltétlenül kell, de ha azt vesszük alapul, hogy ez a szerkezet is belső térként is funkcionál, akkor igen is fontos, hogy annak legyen valamilyen, leginkább kellemes hangulata.

Éppen ezért döntöttem úgy, hogy e tervből kiindulva egy kis természetet belecsempészve megbolygatom ezt a komor hangulatú buszmegállót. A jobb hangulat érdekében néha elég, ha a színekkel kísérletezünk, de találtam egy sokkal jobba megoldást, ez pedig nem más, mint a moha graffiti.

4. ábra

A moha graffitit úgy hozhatjuk létre, hogy egy érdes felületre különböző összetevőjű masszát kenünk. A mohafal, vagy zöld fal elkészítéséhez szükségünk lesz mohára. A mohának vannak védett fajai is, ezért biztonságosabb, ha virágárustól szerezzük be, mivel elég nehéz egy laikus számára az egyes moha fajok megkülönböztetése. A moha beszerzése után, alaposan át kell mosni, hogy a gyökerei közül kiázzon a föld, majd a megtisztított mohát kis tarabokra tépkedni. Végül turmix gépbe helyezve joghurt víz és cukor hozzáadásával addig kell turmixolni, amíg egy sűrű, homogén, zöld színű masszát nem kapunk.

Mindezek után már csak annyi a teendőnk, hogy a masszát felvisszük a falfelületre, majd hetente egyszer, vagy többször vízzel permetezzük. A moha, néhány hét után életre kel és zöldellni kezd. Az első megoldás különlegességei közé tartozik még, hogy a hátsó fal három részből tevődik össze. Az egyik a már említett moha fal, a másik kettő pedig parafával bevont fal. Ez azért szükséges, hogy a hirdetéseket, közleményeket könnyen kihelyezhessék a legforgalmasabb helyre, azaz a buszváró falaira.

Az első változathoz tartoznak még hulladékgyűjtők, padok és szelektív hulladékgyűjtők is.

(16)

II. Megoldásváltozat

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

5. ábra

Ehhez az alakhoz és a dizájnt jellemző vonásokhoz könnyű volt a többi bútorzatot hozzátervezni, mivel a jellemzők nagyon karakteresek.

Ezáltal a termékcsalád nagyon jól együtt tud működni. Kérdés viszont, hogy ez a fajta elegancia és modernitás mennyire illik bele a már meglévő környezetbe. Mint minden megállóhoz, ehhez a változathoz is tartozik hirdetőtábla, szeméttároló és szelektív hulladékgyűjtő.

III. Megoldásváltozat

A harmadik formaterv, kicsit sem szokványos, inkább szoborszerű építmény. Azért gondoltam, hogy ezt a változatot is beleteszem a cikkbe, mert vannak olyan helyzetek, amikor a témától való elrugaszkodás közelebb visz minket a végső megoldáshoz. A harmadik változatnál éppen ezt tettem és próbáltam a természetben keresni olyan megoldásokat, melyekre szükségem lehet. Így jutottam el a gombákhoz.

A gombák alakjából kiindulva nyertem ki a III. megoldásváltozatom alapjául szolgáló formát, melyet az 6. ábra szemléltet.

(17)

6. ábra

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

7. ábra

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

Megoldásváltozatok látványtervei

8. ábra

(18)

I. Megoldásváltozat bútorai

9. ábra

II. Megoldásváltozat bútorai

10. ábra

III. Megoldásváltozat bútora

[1] http://www.lakaskultura.hu/hirek/intelligens-buszmegallo- firenzeben-3510

[2] Bihari Zoltán –SzenteJózsef:Számítógépes terméktervezés.

Szakmérnöki jegyzet.Készült „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése”CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében. 2006.p. 193.

[3] Bercsey, T. -Döbröczöni, Á. –Dubcsák, A. –Horák, P. –Kamondi, L. -Péter, J. –Kelemen, G.-Tóth, S.: Terméktervezés-és fejlesztés. 1997. Jegyzet a Phare HU 9305 -01/1350/E1 program támogatásával, pp: 1/262.KÁLÓCZY, Gy.: Füstbázisok tervezése és szervezése. Eger, Dobó István Könyvkiadó, 1977. 25-36. old.

[4] Péter J., Dömötör Cs.: Ipari design a fejlesztésben, Miskolc- Egyetemváros, 2011., elektronikus jegyzet

[5] Hercegfi Károly; Izsó Lajos: Ergonómia [6] Ernst Neufert – Építés- és tervezéstan Köszönetnyilvánítás

(19)

Fűkasza tervezése

Szerző: Bene Máté

Géptervező szakirányos hallgató 1. A feladat ismertetése:

A tervezési feladat a mezőgazdaságban használt fűkasza tervezése. A feladat megfogalmazása: olyan mezőgazdasági célokra elsősorban szálatakarmány betakarítására alkalmas kaszáló munkagép tervezése, mely a mezőgazdasági kisvállalkozások számára elérhető, gazdaságos és termelékenysége kedvező.

Tervezési kritériumok:

 3 m-es munkaszélesség

 Forgódobos kialakítás

 A 90 LE –s (66 kW) erőgépcsoport munkagépe legyen

 A kialakítás alkalmas legyen a rendképzésre

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

A tervezési feladat részei:

 Koncepcionális tervezés:

o Szabadalom és piackutatás

o Megoldásváltozatok képzése és optimális megoldás kiválasztása

 Váz tervezése

 Hajtás tervezése, méretezése

 Vágórész tervezése, méretezése 2. A piacon fellelhető hasonló termékek:

Ezek értelmében fontos megismerni néhány a piacon ma is fellelhető terméket:

(20)

1. ábra Samasz Z010

2. ábra Pöttinger Novadisk 256

Hasonló termékek gyártásával számos cég foglalkozik, mint például a Claas, Krone, Samasz.

3. A váz tervezése:

A koncepcionális tervezést követően a váz tervezése következik. A váz legfontosabb tulajdonságai és tervezési kritériumai:

 Hordozza a gép főbb alkatrészeit

 Biztosítja a talajkövetést

 Ellenáll a keletkező dinamikus hatásoknak

 Kompatibilis az erőgép három pontos felfüggesztésével

 Alkalmas a szállítási-és munkahelyzetek közti könnyű váltásra

(21)

3. ábra

A váz 3 dimenziós modellje

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

4. A hajtás:

Következő tervezői lépcsőfok a hajtás megtervezése, erre a 4. ábra

szolgáltat kis illusztrációt.

(22)

4. ábra Részlet a hajtásból

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

A méretezési és ellenőrzési feladat a következőkre terjed ki:

 Tengelyek méretezése/ellenőrzése csavarásra

 Hosszú, nagy terhelésű tengelyek ellenőrzése hajlításra

 Fogaskerékagy méretezése

 Fogaskerékpár kiválasztása

 Bordás kötések ellenőrzése felületi nyomásra

 Csapágyak kiválasztása, ellenőrzése

(23)

A csapágyak kiválasztása, ellenőrzése 20.000 üzemórára lett elvégezve. Tehát a munkagép csapágyai minimum 20.000 üzemórát bírnak. Ez az időtartam egy ilyen szezonálisan használt gépnél megfelelő.

5. A vágórész:

Másik fontos megtervezendő egység a vágórész. A vágórész kialakítása dobos kialakítású, mely az 5. ábrán látható.

5. ábra A vágórész kialakítása

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

(24)

[1] Dr. Szente József -Bihari Zoltán: Interaktív mérnöki kommunikáció és a tervezést támogató CAD rendszerek.

Elektronikus tankönyv. 2011. p. 107.www.tankonyvtar.hu/hu [2] Németh Géza, Biztonsági tengelykapcsoló méretezése

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

[3] Szente József,Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése –Terméktervezés,

Miskolc:HEFOP,2005.150 p.

[4] Dr. Terplán Zénó: Gépelemek I.-II., Nemzeti Tankönyvkiadó [5] Valasek I., Tribológia, Tribotechnik Kft., Budapest, 2003. (3.

kötetből: Németh Géza:Tömítések(p112-121),Súrlódó hajtások(p138-143)) ISBN 963 00 8690 5

(25)

A Egyenes fogú, hengeres, külsőfogazatú fogaskerék fogprofiljának meghatározása

Debreczeni Dániel

Gépészeti mechatronika szakirány Jelmagyarázat:

Latin kisbetűk:

b fogszélesség c* lábhézagzényező

d lefejtőszerszám működő fejvonalának annak gördülővonalától mért g görbület

ha* fejmagasságtényező m modul

rb alapkörsugár

r2 fogaskerék osztókörének sugara

r3 szerszám éllekerekítési sugara

x profileltolási tényező z fogszám

Latin nagybetűk:

Ft fogaskerék osztókörén vett kerületi erő

KA alkalmazási tényező KV dinamikus tényező KFα kapcsolószám tényező KFβ terheléseloszlási tényező YF egyszerűsített

fogalaktényező

YFN Niemann – Glaubitz féle fogalaktényező

YS feszültségkoncentrációs tényező

Yβ fogferdeséget figyelembe vevő tényező

Görög kisbetűk:

alapprofilszög

a fog szimmetria tengelye és a fogaskerék tengelypontját a kapcsolóegyenes vizsgált fogaskerékhez tartozó alapköri pontjával összekötő egyenes által a normálmetszetben bezárt szög

normálmetszeti profilkapcsolószám

λ a fogtő-igénybevételre nézve veszélyes keresztmetszet

egységnyi modulra

vonatkoztatott távolsága a normál erő hatásvonalának a fog szimmetria tengelyével való metszéspontjától

fogtő-igénybevétel veszélyes keresztmetszetének egységnyi modulra vonatkoztatott húrmérete

görbületi sugár fogtőfeszültség

fogtőkifáradási határ

névleges fogtőfeszültség

(26)

1. Fogprofil pontos ismeretének fontossága

A fogprofil jellege, bizonyos mértékű ismerte a fogaskerekek tervezésének és gyártásának alapvető feltétele. A szilárdsági paraméterek vizsgálata esetén azonban jellemzően szükség van a fogalak, különösen a fogtőgörbe pontos matematikai leírására. A vizsgálatok alapjául szolgáló paraméter megválasztása a jellemző tönkremeneteli okok alapján történik.

Az acélból készült fogaskerekek tönkremeneteli okai két fő csoportba sorolhatók. Ezek a fogtörés és a fogfelületi sérülések. A fellépő meghibásodások elkerülésének érdekében a fogaskerekek teljes szilárdsági vizsgálata három lépésben végezhető el. Ezek a felületi szilárdságra, a fogtőszilárdságra és a berágódási szilárdságra történő ellenőrzések. A későbbiekben mi fogtőszilárdság alapján történő ellenőrzést fogjuk tanulmányozni.

2. Fogprofilszakaszok matematikai alapokon történő meghatározása Maag eljárás esetén

1. ábra Fogprofil szakaszai

Egy lefejtő eljárással létrehozott fogprofil négy nevezetes szakaszra osztható. A profilt felülről a fejkör, alulról pedig a lábkör határolja. Az A-K2

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

(27)

nem foglalkozunk. Vizsgálataink során a körevolvens és a fogtőgörbe származtatását, matematikai leírását fogjuk tárgyalni.

Körevolvensnek nevezzük azt a görbét, amely kör alakú evolutával rendelkezik, vagyis bármely pontjában felvett profilmerőlegese egy adott kör érintője lesz. Hengeres fogaskerekek esetén az evolutát alapkörnek nevezzük. A körevolvenst leíró Descartes-koordináták paraméteres egyenleteit a 2. ábra alapján könnyedén meghatározhatjuk. Látható, hogy az evolvenst az evoluta tetszőleges pontjából kiindulva egy egyenes legördítésével, valamint az egyenes hosszának a középponti szög függvényében való növelésével állíthatjuk elő.

2. ábra

Körevolvens Descartes-koordinátás származtatása

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

paraméteres egyenletek szerint határozható meg.

( ) ( )

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

(28)

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

3. ábra

Fogtőgörbe leképezése lekerekített élű szerszám esetén [1]

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

( ) [ ]

( ) ( ) [ ]

Ugyanezt a szakaszt az álló koordináta-rendszerben az 5. és 6.

összefüggések segítségével írhatjuk le.

( ) [ ]

(29)

( ) ( ) [ ]

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

( )

( ) [ ]

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

[

] ( ) [ ]

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

( )

[ ( )] ( ) [ ]

( )

[ ( )] ( ) [ ]

Látható, hogy a fogtőgörbe nem adható meg csupán a 9. és 10.

összefüggésekkel, hanem szükség van a kapcsolódás 7. alapegyenletére is.

3. Fogalakok modellezése

Az ismertetett számítási eredmények alapján Excel táblát is készítettem.

Mindegyik ábrán feltüntetésre került az adott esethez tartozó kiindulási paraméterek. A kirajzolt profilokon Fogtőgörbe1 elnevezés a lekerekítés

(30)

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

4. ábra

Elemi fogazat fogprofilja

5. ábra

(31)

4. Fogtőfeszültség maximális értékének meghatározási lehetőségei A fogtőfeszültség maximális értékének meghatározásánál számos szempontot kell figyelembe vennünk. Az első lényeges kérdés, hogy mely kapcsolódási pillanatban értelmezzük a fogtő-igénybevétel maximális értékét. Jellemzően két lehetőség áll rendelkezésre. Mégpedig az egyfogpárkapcsolódás, illetve a kapcsolódás határpontjában történő értelmezés.

Egy másik fontos szempont, hogy mely igénybevételeket vegyük figyelembe. Megállapításainkat az 6. ábra által szemléltetet kapcsolódási pillanatban tesszük meg.

6. ábra

Lassító külső-külső kapcsolódás a kiskerék fogtőfeszültségcsúcsának pillanatában [2]

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

( ) [ ]

(32)

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

√( ) ( ) ( ) [ ]

A következő lényeges lépés a veszélyes keresztmetszet megválasztása.

A két legismertebb lehetőség a Lewis által megalkotott egyenszilárdságú parabola segítségével kijelölt, valamint a Hofer kísérleti szerinti keresztmetszet, amelyet a fog szimmetria tengelyével 30°-os szöget bezáró fogtőgörbe-érintők határoznak meg

Továbbá ki kell választanunk az alkalmazandó számítása modellt.

Természetesen ennek kiválasztása az előzőekben ismertetett szempontokra is hatással van. Hiszen a rendelkezésre álló eljárásoknál előre meg van határozva, miként értelmezik a veszélyes keresztmetszetet és hogy mely igénybevételeket veszik figyelembe. Munkám során én DIN 3990 szabványt alkalmaztam. A szabványt szerint a fogtő-igénybevételt a 13., míg a névleges fogtőfeszültséget a 14. illetve a 15. összefüggés alapján határozza meg. A 14. formula feszültség maximum egyfogpárkapcsolódás határpontjában történő, míg az 15. egyenlet a kapcsolódás határpontjában történő értelmezésének esetére vonatkozik.

( ) [ ]

A Kv tényezők értékei táblázatok, diagramok segítségével megadhatók.

A névleges fogtőfeszültség meghatározásakor használt Y tényezők megállapítására is rendelkezésre állnak diagramok, azonban a fogprofil geometriájának ismeretében ezek számítása tetszőleges esetre elvégezhető.

Látható, hogy az eljárás az YF egyszerűsített fogalaktényezőt használja.

Az YB fogferdeséget figyelembe vevő tényező, melynek értéke egyenes fogazat esetén értelemszerűen mindig egy. Az Y a terhelés eloszlásra

(33)

( ) [ ]

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

Értéke az 17. formula alapján határozható meg.

7. ábra

Hofer féle veszélyes keresztmetszet

( )

( ) [ ]

A 20. egyenlőségben az L paraméter a 18., míg a értéke a 19. képlet alapján állapítható meg.

( ) [ ]

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

(34)

Látható, hogy a fogtő-igénybevétel megállapításához, hasonlóan az egyéb szilárdsági szempontok szerint történő méretezésekhez, a fogalak pontos matematikai leírására van szükség. Természetesen rendelkezésre állnak olyan segédtáblázatok illetve diagramok, amelyek az egyes diszkrét esetekre tartalmazzák a számításokhoz szükséges tényezők értékeit.

Azonban ezek nem elegendők ahhoz, hogy bármely tetszőleges fogazatot ellenőrizni tudjunk.

[1] F. L. Litvin: A fogaskerékkapcsolás elmélete, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1972, pp. 73-77.

[2] Erney György: Fogaskerekek, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1983, pp. 104-109.

[3] DIN3990 Tragfähigkeitsberechnung von Stirnrädern, 1987

[4] Botka Imre – Erney György: Fogaskerékpárok méretezése, 1. kötet:

Egyenes fogazat Akadémiai Kiadó, Budapest, 1973, pp. 16-20.

[5] Drágár, Zs. – Kamondi, L.: Nem szabványos alapprofilú fogaskerekek tervezési kérdései. GÉP 62: (7-8) pp. 35-38. (2011)

[6] Kamondi, L. - Takács, Á.:Objektum semleges géptervezés.

Szakmérnöki jegyzet. Készült: „A felsőoktatás szerkezeti és tartalmi fejlesztése” CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretében (HEFOP-3.8-P-2004-06-0012). Miskolc, 2006

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

(35)

Átalakítható kerékpár tervezése

Gál Viktor

Ipari termék- és formatervező mérnöki szak A kerékpározás története

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

Draisinne-nek nevezte.

1. ábra Draisinne

A francia Pierre Michaux 1861-ben alkotta meg a michauline-t, az első olyan kerékpárt, amelynek pedáljai az első keréken helyezkedtek el.

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

(36)

Formaterv

Formatervezési szempontból a kerékpár leglényegesebb része a váz.

Számos váz geometriájának az áttanulmányozása után arra a következtetésre jutottam, hogy egy kerékpárnak minimum négy, de jellemzően inkább öt olyan pontja van, ahol több elem kapcsolódik egymáshoz. Ezek, a kerékpárt oldalról nézve rendre a következők:

hátsó kerék tengelye, hajtókar tengelye, az ülés helye, a villa és a kormány, valamint ezeket a kerékpár hátsó részével összekötő vázelemek csomópontja, az első kerék tengelye. Ez az öt csomópont a kerékpárok legtöbbjénél megtalálható. A tervezést e pontok figyelembe vételével kezdtem meg. A megalkotott váztervek közül külön lapon tisztáztam a legjobb megoldásokat, a jobb szemügyre vételezés céljából.

2. ábra Első megoldásváltozat

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

(37)

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

3.ábra Variációk a vázra

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

4. ábra Variációk a vázra

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

(38)

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

5. ábra Variációk a vázra

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

6. ábra Végleges formaterv

Ergonómia

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

(39)

segítségével határoztam meg. A tekeréshez megtervezéséhez szükségem volt a comb valamint a lábszár hosszára. Ezek határozzák meg ugyanis a hajtókarok hosszát, valamint az ülésnek a kerék tengelyétől mért távolságát. A túl rövid hajtókar a láb kisebb elmozdulásaival fordítottan arányos erőkifejtés miatt kényelmetlen lehet hajtás közben. A túl hosszú hajtókar is problémás lehet, mivel az első kereket hajtva hosszú hajtókar esetén a láb jobban hajlik, így a kormányba ütközhet. Az első kerék meghajtásához a kerékpárosnak az első kerék tengelyéhez, így a kormányhoz közel kell elhelyezkedni. Ez a pozíció azonban a bicikli futva történő hajtásánál nem kényelmes. Futó hajtás közben az első kerék hajtásához képest növekednie kell az ülep földtől és villától való távolságát, mivel a futással előidézett gurulás enyhén nyújtott lábbal a leghatékonyabb.

A kerékpár pontos méreteinek meghatározása

Az általam tervezett bicikli eltér a hagyományos hajtással rendelkező kerékpároktól. A váz geometriájának megtervezésekor azonban a már bevált váztervezési szokásokat vettem alapul és később igazítottam a méreteket a saját termékemre. Az általam tervezett kerékpárnak rendelkeznie kell a városi közlekedésre jellemző jó kormányozhatósággal valamint az országutakra jellemző áramvonalassággal. Méreteit az imént említett tulajdonságok figyelembe vételével határoztam meg az országúti és a városi kerékpár méretei között elhelyezkedő skálán.

7. ábra

Váz meghatározó méretei

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

(40)

fejcsőszög; c.) nyeregvázcső-hossz; d.) felsőcsőhossz; e.) fejcsőhossz;

f.) láncvillahossz; g.) közép- és első tengely távolsága; h.) tengelytáv; i.) villahossz; j.) villa előrenyúlása; k.) csapágyesés; l.) középcsapágy- magasság; m.) átlépési magasság.

A villa három alapvető fontosságú mérettel rendelkezik: hossz előrenyúlás, valamint utánfutás. A villa hossza a fejcsapágy alsó kónuszának felfekvő felületétől az első agy tengelyvonaláig terjed Az előrenyúlás a villa második fontos adata. Ez az érték megmutatja, hogy a bicikli első tengelye milyen távolságra nyúlik előre a villanyak meghosszabbított hossztengelyéhez képest. Egy átlagos országútinál ez az érték 40-50 mm között változik. Ez az érték ugyanúgy befolyásolja a kormányzást, mint a fejcsőszög, vagy a villa hossza. Minél kisebb ez az érték, a villa annál agilisabb, tehát minél hosszabb, annál jobban tartja az egyenest, de annál nagyobb íven fordul. A villa harmadik fontos értéke az utánfutás, avagy nemzetközi kifejezéssel élve a trail. Ez egy összefoglalónak tekinthető adat és a kerékpár kezelhetőségét hivatott jelezni.

8. ábra

Az utánfutár/trail geometriai értelmezése

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

(41)

A hajtás megtervezése

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

9.ábra A hajtás képe

Befejezés

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

(42)

10.ábra A vázról készült modell

[1] http://bikemag.hu/tech/altalanos-kerekparvaz-alaktan

[2] Péter J., Dömötör Cs.: Ipari design a fejlesztésben, Miskolc-

Egyetemváros, 2011., elektronikus jegyzet,

http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0001_1A_G3_07_ebo ok_ipari_design_a_fejlesztesben/

G3_07_ipari_design_a_fejlesztesben_1_1.html

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

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

- Péter, J. – Scholtz, P.: Új termék kifejlesztése és bevezetése, a piacravitel ideje és az azt meghatározó tényezők. Miskolc, 1997.

Jegyzet a Phare HU 9305 program támogatásával, pp: 1/258.

[5] Terplán Zénó: Gépelemek I.

(43)

Láncszemek tönkremenetelének vizsgálata

Jónás Szabolcs

Általános géptervező Bevezetés

Ezen cikk a szemes láncok tönkremenetelével foglalkozik. A különféle szakirodalmak tanulmányozása alapján (cikkek és netes hivatkozások) a tönkremenetelhez főként a kopás, repedések, bemaródások, korrózió, behajlások és elcsavarodások okozzák.

Mindezek közül jelen munkában a kopás és repedés útján történő károsodás kerül bemutatásra végeselem módszer alkalmazásán keresztül.

A kopás vizsgálata a láncszemek geometriájának megváltoztatásával került figyelembe vételre. Az érintkezéskor ébredő feszültségek összehasonlítása alapján vonhatóak le a következtetések.

A repedések a láncszemek szárában, keresztirányban kerülnek feltételezésre. A számítás célja, hogy ismertté váljon a kritikus repedésmélység értéke.

Láncok károsodásai

A láncszemek alkalmazásuktól függően számos különféle károsodást szenvedhetnek. Ilyen károsodási forma lehet például a kopás és a repedés. Az egyes károsodások tönkremenetelhez, ezáltal balesetekhez vezethetnek, így a rendszeres karbantartásuk elengedhetetlen. A javaslatok szerint alkalmazástól függően, de évi egyszeri szemrevételezés elengedhetetlen. Ha a vizsgált láncszem 12- 15%-ban elkopott, de ha az elcsavarodás vagy a behajlás mértéke a referencia síkként értelmezhető ép láncszemhez képest ≥10°-ban eltér, ki kell cserélni a láncszemet. Figyelmet kell fordítani a láncszemek megnyúlásának vizsgálatára is. Célszerűen a gyártók ajánlásait kell követni a láncszemek karbantartását illetően.

Mivel gyakran emelési feladatokat látnak el láncokkal, meg kell győződni az emelni kívánt test tömegéről, ugyanis a láncszem túlterhelése tönkremenetelhez vezet. Az emelőláncokra léteznek gyártói előírások a terhelés maximumát illetően. Itt figyelembe veszik, hogy hány lánccal történik az emelés, illetve függőlegeshez képest milyen

(44)

szög alatt történik. Emelt hőmérsékleten történő alkalmazásnál a teherviselő képességüket csökkenteni szokás. Példaként hozható fel a Grade 80 jelű lánc alapanyag 204°C-ig maximális terheléssel használható, de ezen érték fölött 10%-kal kisebb és minden további kb.

+50°C-os hőmérséklet lépcsőben 5%-kal kisebb terhet emelhetnek, maximum 538°C-ig. A szakirodalomban fellelhetőek speciális, láncokra kifejlesztett anyagvizsgálati eljárások, amelyek segítségével a láncszemek egymáshoz képesti relatív mozgását és a közeg hatását képesek vizsgálni[1][2][3].

Kopás hatásának vizsgálata

A kopás vizsgálata során nem maga a kopás folyamata kerül elemzésre, hanem a folyamat köztes állapotai kerülnek összehasonlításra. Jelen esetben célszerűbb, mivel a koptatás szimulációja rendkívül bonyolult, és időigényes módszert követel meg. A cikkben a hibátlannak feltételezett láncok kapcsolódása és a törés előtti állapotnak feltételezett, kopást szenvedett láncszemek kapcsolódása során ébredő Mises-féle redukált feszültségek kerülnek összehasonlításra [6].

A vizsgálatok végeselem módszeren alapszanak, MSC.Marc&Mentat 2012 végeselem rendszerben kerültek elvégzésre. A geometria bonyolultsága miatt Solid Edge ST1 CAD [4], [5] rendszerben került megrajzolásra a láncszem, és MSC.Patran 2012 rendszerben került behálózásra. A vizsgált láncszem geometriája látható az ábrán.

2. ábra

Hibátlan láncszemek peremfeltételei

A hálózás során az érintkezési tartomány, az ún. kontakt zóna sűrű, felületi végeselem hálót kapott, majd ebből kiinduló, egyre durvuló

A feladat során TET4 (4

(45)

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

2. ábra Terhelés feltételezése

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

2. ábra

Hibátlan láncszemek peremfeltételei

(46)

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

2. ábra

Törés előtti láncszemek, mint kontakttestek

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

2. ábra Ébredő feszültség

(47)

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

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

0 1 2 3 4 5 6

Mises-félre redukált feszültség [MPa]

Távolság az érintkezési ponttól[mm]

Lánc 2.

Lánc 1.

2. ábra

Ébredő feszültség csökkenése a keresztmetszet mentén

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

0 5000 10000 15000 20000 25000

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Mises-féle radukált feszültség [MPa]

Kontakt ponttól mért távolság [mm]

Törés előtti állapot Hibátlan lánc

2. ábra

Ébredő feszültségek összehasonlítása

(48)

Repedések hatásának vizsgálata

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

(1)

Amelyből az alábbi összefüggés alapján számítható át feszültség intenzitási tényezőre:

(2)

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

(49)

y = 16,51e^0,508x R² = 0,999

0 10 20 30 40 50 60 70

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Feszültség intenzitási tényező [MPa√m]

Repedés mélysége [mm]

2. ábra

Ébredő feszültségek összehasonlítása

Összefoglalás

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

Irodalomjegyzék [1] On-line

katalógushttp://www.ccohs.ca/oshanswers/safety_haz/materials_

handling/sling_c.html

[2] On-line lánc karbantartás-

http://kickinteractive.com/dc/units/3_0/inspection.html

[3] On-line katalógus -

http://www.ccohs.ca/oshanswers/safety_haz/materials_handling/s ling_c.html

[4] Szabó Ferenc János, Sarka Ferenc, Tóbis Zsolt: Numerikus analízis, szimuláció, termékminősítés: TÁMOP 4.1.2. 08/1/A 2009 - 0001, G3 - 08 modulelem.

[5] Szabó J. Ferenc, Bihari Zoltán, Sarka Ferenc: Termékek, szerkezetek, gépelemek végeselemesmodellezése és optimálása. Szakmérnöki jegyzet. Készült a Foglalkoztatáspolitikai és Munkaügyi Minisztérium (HEFOP) Humánerőforrás-fejlesztés Operatív Program keretében (elektronikus jegyzet), Miskolci Egyetem, Miskolc, 2006.

(50)

[6] Hengerpersely törés vizsgálata végeselem módszerrel - Jálics Károly, Szabó János Ferenc, Igazságügyi mérnökszakértői vélemény, Miskolc Városi Bíróság, 2012

[7] J. R. Rice: A Path Independent Integral and the Approximate Analysis of Strain Concentration by Notches and Cracks, Journal of Applied Mechanics, vol. 35, pp. 379-386, 1968

[8] Blumenauer – Pusch: Műszaki törésmechanika, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1987

[9] MSC.Marc – User’s Guide

(51)

Forgalomkorlátozó oszlop tervezése

Juhász Ádám

Általános géptervező szakirány Mi a forgalomkorlátozó oszlop?

A forgalomkorlátozó oszlop, vagy forgalomgátló oszlop olyan szerkezet, amely kisforgalmú utak, vagy parkolók forgalmának irányítására szolgál. Kis helyett foglal, zárt állapotában szinte észrevehetetlen, ugyanis a föld alá süllyed, így nem foglal hasznos teret. Ez alkalmassá teszi arra, hogy zsúfolt városrészekben alkalmazzák.

Többféle elven működhet; lehet mechanikus, pneumatikus, vagy hidraulikus működtetésű. Bármelyik típus egyszerűen automatizálható, működése szenzorokkal, villogó fényekkel és hanghatással biztonságosabbá tehető.

Kiemelt fontosságú területek védelme is ellátható ezzel az eszközzel, ugyanis egy jól megtervezett forgalomkorlátozó oszlop akár egy mozgó tankot is képes megállítani. Ehhez körülbelül 10 mm-es palástvastagság is elég lehet. Ezeket általában követségek, bankok, minisztériumok, katonai objektumok közelében alkalmazzák, hiszen a helyszín összképét nem rontja.

1. ábra

Forgalomkorlátozó oszlop