PAI08.12.2014

Design constructiv(Embodiment design)

Conceptil permite forma fizica (se pune material pe scheletul solutiei conceptuale cantitative)

Contine trei etape principale:

1) Arhitectura produsului care urmareste gruparea componentelor unui produs in module. Un produs format dintr-un singur modul are o arhitectura integrata , celelalte produse avand arhitectura modulara.Modulele unui produs pot fi aranjate in diverse configuratii: serie, paralel, mixt, un rol important revenind legaturilor dintre module.

2) Design de configurare. Este cea mai importanta etapa a designului constructiv in care se identifica modulele componente tipizate si respectiv cele care urmeaza sa fie realizate in firma (intern). Componentele tipizate sunt procurate de pe piata de la producatori specializati. Se realizeaza calcule :a) de predimensionare in cazurile componentelor tipizate pentru stabilirea valorilor unor parametri cheie necesari pentru achizitia de pe piata a produselor cu performante optimeb) calcule de dimensionare pentru componentele netipizate necesare in elaborarea proiectului si in realizarea acestuia. Aceste calcule se refera in aceasta etapa numai la dimensiunile/parametri cheie ai produsului. Ceilalti parametri secundari vor fi stabiliti cantitativ in etapa de design de detaliu.

3) Design parametric. Are ca obiectiv optimizarea produsului prin selectarea unor parametri cheie ca marimi variabile si simularea comportamentului produsului pentru diverse valori ale acestor parametri. De asemenea, in aceasta etapa are loc prototiparea produsului (virtuala sau fizica(reala)) urmata de testarea produsului (virtuala sau fizica). Rezultatele prototiparii si testarii sunt utilizate in eliminarea unor posibile erori de proiectare si optimizarea produsului.

4) Suplimentar, design-ul constructiv poate sa mai contina unul sau mai multe obiective specifice de optimizare denumite generic: " Design for X " :

- design pentru cost- design pentru asamblare- design pentru manufacturare- design pentru intretinere- design pentru mediu- design pentru calitate

Aplicatie: Poarta rotativa batanta cu deschidere automata prin actionarea cu un actuator liniar

Etapa I Arhitectura produsului

M1 - poarta (tipizat)M2 - zid (netipizat)M3 - actuator liniar (tipizat) - legatura poarta - zid: balamale - legatura poarta - actuator : consola de articulare de rotatie pentru actuator montata pe poarta (posibilitate de ancorare a actuatorului) - legatura zid - actuator : consola fixata pe zid cu articulatie de rotatie la articulatia de rotatie - legatura zid - SCC : cutie care consta in cel putin o cutie pentru SCC si conexiunile electrice la reteaua locala de joasa tensiune - legatura SCC - actuator, cabluri pentru alimentare cu energie a actuatorului si cabluri de date pentru conectarea senzorilor la SCC

Etapa I Design de configurare

- se pleaca din cerintele SDP (specificatiile de design ale produsului)

Cerinte: poarta are o curba unghiulara de 900

B-B1 = consola portiiDC = consola zidului* = gama maxim acceptat

C1) poarta trebuie sa aib o cursa de 900

C2) evitarea blocarii

In AB1C teorema sinusului:

stim ca suma unghiurilor intr-un triunghi este de 3800

In triunghiul ACB1

(1)In triunghiul ACB2

(2)

din relatia (1) si (2)

Se stie ca:

Stim ca tg 450=1

Se stie ca

deci: , respectand primele doua cerinte.

din cerinta 2 am aflat 2 unghiuri si 3 corelatii intre dimensiuni

C3) Timpul de deschidere/inchidere a portii este de maxim 72 sec sau

C4) Actionarea portii cu actuatorul liniar sa fie posibila la viteza vantului de maxim 15 m/s

C5) Poarta are dimensiuni de aproximativ si este realizata ca ao suprafata compacta.

Presiune vant: Presiunea vantului in conditiile vitezei admise va fi de 225 N/m2

Ca urmare, considerand forta rezultanta in momentul generat de vant in A

Forta generata de vant in actuator:

PAI16.12.2014Design de configurare

Design-ul de configurare a actuatorului liniar (componenta tipizata) , se bazeaza pe relatiile stabilite anterior

Se adopta un actuator liniar de tip SERVOMETH ATL20 cu o cursa L=500mm, actionat de un motor electric de c.a. monofazat.Schema actuator

LM = lungime actuator in pozitia complet deschisLm = lungime actuator in pozitia complet inchisL=500mm (fisa ATL 20-40 ) (pag. 48)

pozitia inchis cursa S + STROKE + p alegem BALL JOINT (TS) (pag.49)alegem STROKE LENGHT = 500 mmLm = S+STROKE+p = ...+500+...

ATL20 Lm = 500+(S)183+(p)31 = 714 mmLM = Lm+cursa = 714+500= 1214 mmViteza maxima admisa

Conform catalog (pag.28)

Se adopta un actuator ,

forta dinamica Fa = 4000 N

a) Se considera cazul in care actuatorul se monteaza in pozitia deschis a portii (implicit pozitia inchis a actuatorului)

Lungimea obtinuta este compatibila cu poarta in sensul ca

o deficienta nu valorifica forta capabila a actuatorului, forta necesara e mult mai mica ca forta capabila

poarta nu poate fi inchisa, ramane la capat de cursa intr-o pozitie intermediaraConcluzie: actuatorul ATL 20 nu este adecvat actionarii acestei forte deoarece dezvolta o forta mult mai mare decat cea necesara si are o cursa mult mai mica decat cea necesara.

b) Presupunem montarea actuatorului in pozitia inchisa a portii (maximul deschis al actuatorului)Conditia de la care plecam:

In continuare, forta capabila este aproape dubla decat forta necesara (in conditii extreme)

poarta nu se mai deschide complet, se blocheaza intr-o pozitie intermediara

, nu se mai respecta cerinta 1 actuatorul nu este corespunzator

Design parametric

I. Avand in vedere deficientele mentionate anterior se va analiza posibilitatea utilizarii unui actuator dintr-o gama inferioara cu o forta dinamica mai redusa decat cea a actuatorului ATL20.II. Pentru a asigura simultan indeplinirea conditiilor de inchidere si deschidere a portii se introduce un parametru variabil fix mic: distanta de la capatul mobil al actuatorului in pozitia inchis la punctul de ancorare al unui manson montat intermediar pe carcasa actuatorului .

Se adopta un actuator ATL10 (c.a. monofazat) (pag. 44)

LparametruL=500mmL=600mmL=700mmL=800mm

Lm[mm]697797897997

LM[mm]1197139715971797

x[mm]285.5338395.3452

l[mm]588.5706.2823.9941.7

F[N]3619.43016.12585.32261.9

vnec[mm/s]6.948.339.7211.11

catalogvact[mm/s]]7111114

catalogFact[N]3000280028002650

Fact>FnecXXVV

Aplicam metode multicriteriale pentru stabilirea solutiei constructive finale de actuator liniar.1) pret achizitie [0.4]2) timpul de inchidere/deschidere [0.1]3) diferenta Fa - F [0.2]4) gabaritul (lungimea actuatorului) [0.3]L=700mmL=800mm

CriteriulciNiNi : ciNiNi : ci

10.410483.2

20.190.9101

30.210281.6

40.310382.4

399.9348.2

IIIIII

Ca urmare, solutia constructiva optima este actuatorul ATL10 cu:L =700 mm ; Fa = 2800 N

Design de configurare al unei componente netipizate Luam consola actuatorului cu zidul pentru articulatia fixa a actuatoruluiVarianta I : punem consola pe zidb = 0,6l l = 823,9b = 0,6 823,9 = 494,3notam: CD = lungimea consolei zidului

Aplicam teorema sinusului ca sa scoatem CAB2

Sa generam prima soluie constructiva:Criteriul:1) cost [0.6]2) simplitate in montaj [0.1]3) siguranta in exploatare (fiabilitate) [0.3]AB

CriteriulciNiNi : ciNiNi : ci

10.610684.8

20.190.9101

30.382.4103

279.3288.8

IIIIII

La evaluarea fina a iesit consola APAI05.01.2015

Design constructiv

Reguli de baza: Claritate, Simplitate, Siguranta

Pornind de la obiectivele generale ale design-ului unui produs: indeplinirea functiei tehnice, fezabilitatea economica si siguranta in exploatare pentru om si mediul inconjurator s-au stabilit urmatoarele 3 reguli de baza:

1) Claritate - indeplinirea functiei tehnice la un nivel ridicat de incredere privind performantele unui proces se poate realiza daca sunt eliminate ambiguitatile in design in toate etapele acesteia. - intrarile si iesirile in schema de subfunctii ale produsului trebuie sa fie clare,- incarcarea sa poata fi definita si operata in conditii de operare, - secvente clare de asamblare,- instructiuni clare de utilizare- separare clara intre materialele reciclabile si nereciclabile

2) Simplitate - este o relatie directa cu fezabilitatea economica a unui produs si se manifesta printr-un numar mai redus de componente, forme mai simple, etc. Simplitate = "Complexitate redusa" , "Usor de inteles", "Usor de facut"- numar minim de subfunctii- numar minim de procese si componente- proceduri de operare simple- componentele de asamblat sunt identificate usor- procese simple de asamblare - dezasamblare

3) Siguranta - se refera la asigurarea conditiilor optime de rezistenta, fiabilitate, etc. astfel incat sa fier evitate accidente si distrugeri.- functia este realizata in conditii de siguranta/securitate- analiza a riscurilor- considerarea erorilor umane si a oboselii- evitatea aparitiei punctelor slabe periculoase in timpul procesului de productie- operarea si manipularea trebuie realizate in siguranta

Principii utilizate in design-ul de configurare1) Transmiterea fortei (Force Transmission) Liniile de flux ale fortelor si principiul rezistentei uniforme: asigura o distributie relativ uniforma a tensiunilor componentelor si produsului pe intreaga durata de functionare - Liniile de flux trebuie sa fie intotdeauna inchise - Liniile de flux sa fie cat mai scurte (transmiterea directa a fortelor)- Evitarea deviatiilor si a modificarilor abrupte de densitate a liniilor de forta (datorita schimbarilor de sectiune) Calea directa si scurta de transmitere a fortelor: asigura volum, greutate si deformatii minime (pentru componente rigide in particular) Principiul deformatiilor compatibile: asigura evitarea concentrarii tensiunilor si implicit cresterea duratei de viata Principiul auto-echilibrarii fortelor: asigura eliminarea mijloacelor speciale necesare pentru echilibrarea fortelor

2) Divizarea sarcinilor (Division of Tasks)Se deosebesc componente care indeplinesc o singura subfunctie si componente care participa la indeplinirea mai multor subfunctii.Faciliteaza designul optim in raport cu fiecare subfunctie si calcule mai precise. Divizarea sarcinilor pentru functii distincte Divizarea sarcinilor pentru functii identice

3) Auto-ajutorarea (Self-Help) prin auto-reglarea efectului (self-reinforcing) auto-echilibrare (self-balancing) auto-protejare (self-protecting)Asigura imbunatatirea realizarii functiei produsului prin interactiunea (benefic a) componentelor: aranjarea fortelor sa actioneze in aceeasi directie, protectie si siguranta ridicate.

4) Stabilitate si Bi-stabilitate (Stability and Bi-Stability)Asigura stabilitatea sistemului sub actiunea perturbatiilor prin mijloace de anulare a perturbatiilor sau atenuare a efectelor acestora. Sisteme bi-stabile trec in a doua stare stabila atunci cand o anumita marime fizica stabilita atinge o valoare limita: comportamentul bi-stabil este necesar in comutatoare sau sisteme de protectie.

Figura 1

Fig. 1.Claritate, simplitate; flux de fore, divizarea sarcinilor (dupa P&B)

1a) contine un rulment radial-axial cu bile si un rulment radial-axial cu ace

Forta axiala este preluata in ambele sensuri de catre rulmentul radial-axial cu bile. Forta radiala se transmite intre arbore si carcasa atat prin rulmentul cu ace cat si prin rulmentul cu bile. Ca urmare, solutia constructiva nu este clara privind transmiterea fortei radiale prin cei doi rulmenti.

1b) elimina acesta ambiguitate prin divizarea sarcinilor .

Forta radiala este preluata integral de rulmentul cu ace iar forta axiala se transmite de la arbore la carcasa printr-un rulment axial cu bile.Varianta 1b) are mai putine componente decat varianta 1a) dar intervine un inel exterior tip "pahar cu flansa" de forma mai complexa.

ca si simplitate - relativ apropiate

Figura 2

Fig. 2. Claritate, simplitate, siguranta; flux de forte, divizarea sarcinilor (dupa P&B)

2a) - Montaj cu rulmenti radial-axial in doua... aplicat arborilor lungi supusi unui regim termic variabil (cu deformatii termice axiale). Rulmentul din stanga preia determinat forta radiala si forta axiala in ambele sensuri. Rulmentul din dreapta preia forta radiala insa nu poate prelua forta axiala datorita celor doua spatii (degajari) stanga-drapta din carcasa.

Dezavantaj: siguranta montajului este afectata deoarece rulmentul din stanga preia in totalitate forta axiala, rezultand o dezechilibrare a incarcarii totale a celor doi rulmenti.

2b) - Elimina dezavantajul anterior, forta axiala fiind preluata intr-un sens de un rulment si-n celalat sens de celalalt rulment. Solutia se aplica arborilor scurti sau fara dilatari termice. Sarcina axiala este divizata pe cei doi rulmenti pe cele doua sensuri de transmitere.

2c) Solutie optimizata aplicata arborilor lungi cu dilatari termice care imbunatateste solutia : forta axiala se transmite de la dreapta la stanga prin intermediul unui pachet de doua arcuri-disc montate intre rulmentul din stanga si capacul din stanga solidar cu carcasa. Astfel este permisa simultan transmiterea fortei axiale si alegerea termica a arborelui.

Figura 3 Fig. 3.

Claritate, simplitate, siguranta; flux de forte, divizarea sarcinilor (dupa P&B)

Figura 3a) - Centrare radial-axiala a unei roti pe un capat de arboreIn stanga - Capat de arbore tronconic care direct nu permite cu certitudine realizarea simultana a centrarii radiale (prin suprafata tronconica) si axiale (in suprafata plana-frontala). In mijloc - Eliminarea acestei ambiguitati se poate realiza prin eliminarea umarului, caz in care suprafata tronconica realizeaza simultan centrarea radiala si pozitionarea axiala.In dreapta - utilizeaza divizarea sarcinilor: centrarea radiala se realizeaza pe suprafata cilindrica si cea axiala pe suprafata plana frontala, rezultand doua centrari independente (radiala si axiala).Figura 3b) - avem un ajutaj in doua puncte In stanga - solutia este neclara din cauza centrarii simultane in ambele puncte.In dreapta - permite centrarea celor doua piese, contactul dintre ele fiind realizat mai intai in punct indepartat si ulterior l2