Ontwerpopdracht Constructieprincipes

Transcriptie

1 Ontwerpopdracht onstructieprincipes Opdrachtgever: hr. M.P. Koster Opdrachtnemers: hr. M.. akker hr. J.J. Ellermeijer msterdam 8 pril 00.

2 Inhoudsopgave Samenvatting.... Ontwerp opdracht construeren... Opdracht.... Eisen en specificaties.... Statisch bepaald construeren, het beheersen van vrijheidsgraden... Vragen uit de opdracht.... Vragen... Uitwerking van de vragen.... Vraag.... Vraag.... Vraag...7. Vraag...8. Vraag...9. Vraag...0 ijlagen.... Samenstelling.... uitenbuis.... Lenshouder.... Sprietplaten.... Hefboom.... Koppeling hefboom Motor....7 ubbel hefboom (studie model)...

3 Samenvatting. Ontwerp opdracht construeren Het betreft hierbij het ontwerp van een beweegbare lens in een objectief. Met als doel tot een constructie te komen worden stappen doorlopen die kunnen helpen met het vinden van mogelijke oplossingen. ls leidraad hiervoor gebruiken we de stappen zoals in de opdracht zijn aangegeven.

4 Opdracht. Eisen en specificaties e uitgaande slag van de servomotor is ca.0 mm met een instelnauwkeurigheid hierbij van micrometer e slag in de z - richting die de lens hierdoor moet gaan maken bedraagt 0. mm de nauwkeurigheid is daarbij 00 nanometer. e hartlijn van de lens mag bij de totale z - verplaatsing niet meer dan 00 nanometer verplaatsen in dwarsrichting. e lens met een massa van kg, moet zeer stijf aan zijn omgeving verbonden zijn om verplaatsingen t.g.v. opgedrongen trillingen uit de omgeving te voorkomen. In dwarsrichtingen x en y, alsmede in de z richting zijn derhalve eigenfrequenties van 00 Hz vereist.. Statisch bepaald construeren, het beheersen van vrijheidsgraden e in de opdracht bedoelde beweging wordt bereikt door het benodigde aantal vrijheidsgraden vast te leggen en een vrijheidsgraad gecontroleerd te bewegen. it door een punt op een bedoelde positie in te stellen via een overbrenging. We kijken naar de bijzonderheden waaraan de bevestiging en de overbrenging moet voldoen bij de gestelde eisen aan stijfheid.

5 Vragen uit de opdracht. Vragen. Welke coördinaten moeten worden vastgelegd. Vindt (een) configuratie(s) voor een lensgeleiding die aan de specificaties kan voldoen. Geef deze configuratie(s) weer in voldoende schetsen, bij voorkeur in merikaanse projectie. anwijzing denk hierbij aan elastische elementen.. Geef aan op welke wijze de respectievelijke coördinaten zijn vastgelegd.. Vindt een overbrengingsverhouding tussen de servomotor (h(t)) en de lenshouder en bepaal de overbrengingsverhouding.. Geef in merikaanse projectie, een ontwerp van de meest veelbelovende configuratie van de lensophanging en de aandrijving. In de figuur is aangegeven de ruimte voor Uw constructie beschikbaar is, n.l. 0 mm in de z - richting. Wilt u buiten de koker van 0 mm doorsnede construeren dan is dit toegestaan.. Toon aan dat uw ontwerp aan de eisen voldoet. Het ontwerpprobleem omvat twee aspecten Het ontwerp voor de ophanging van de beweegbare lens Een overbrenging tussen de axiale(z) beweging van de lens en de uitgaande beweging (h(t))van de motor.

6 Uitwerking van de vragen. Vraag e hartlijn van lens en objectief moet samenvallen de z-as van de lens is door middel van een overbrenging beweeglijk over een kleine slag van circa 0 micrometer enige rotatie om de z-as is wel toegestaan. Er blijft een echte vrijheidsgraad over in het sprietenmodel, de Z as translatie. Rotatie om de Z as is wel enigszins toegestaan. elangrijk is dat de assen van de lens en buis in een lijn blijven liggen. (Figuur geeft de vrijheidsgraden aan). Voor het realiseren van de overbrenging moeten deze vrijheidsgraad rotatie om de z as opgevangen kunnen worden door de overbrenging. Op de omtrek van de lens is behalve de z -beweging ook enige zijdelingse verplaatsing door de rotatie om de as. Θ Z Y Ψ φ X Figuur it zijn de vrijheidsgraden die gelden voor de lens.

7 . Vraag Hiervoor maken we tekeningen van een mogelijke sprietenmodel. Een model met sprieten ( om ) met een oplossing voor het torsieconflict en een axiale spriet voor de z- instelling blz. fig. 7. ie gaan we om torsie deze reden niet in een constructie uitwerken. Een model zonder spanmechaniek voor sprieten ( om ) blz. en een axiale spriet voor de z- instelling. it spanmechaniek is alleen nodig bij een losse oplegging op bijvoorbeeld kogels en is bij bladveersprieten niet nodig. Verder maken we voor het stelmechaniek een sprietenmodel om een ondersteuning hiervan te ontwerpen Thermisch entrum We willen bereiken dat de ligging van de hartlijn zich niet door temperatuurschommelingen verplaatst it valt te bereiken door de lenshartlijn in het thermisch centrum van de opleg sprieten te plaatsen.

8 . Vraag ij het sprietenmodel is de coördinaat welke wordt vastgezet bij in het naastgetekende assenkruis vermeldt. Vrijheidsgraden en de sprieten die deze vastleggen Θ X,, Y,, Z φ, Ψ, Θ,, Z Y Ψ φ X Figuur 7

9 . Vraag e benodigde overbrengingsverhouding micrometer op de motor staat tot 00 nanometer op de slag ( 0 staat tot 0. 0 meter) ( staat tot 0.) dit komt overeen met een overbrengingsverhouding van :0 minimaal om de benodigde precisie te behalen. e maximale overbrengingsverhouding wordt bepaald door de maximale slag van de motor deze was 0 mm, de slag van de lens moet hierbij 0. mm kunnen zijn. 0.mm staat tot 0mm dit komt overeen met een maximale overbrengingsverhouding van :00 we kunnen alles kiezen wat hiertussen ligt en houden daarbij rekening met wat het beste voor de constructie is. Overwegingen zijn bewegingssnelheid, precisie en reserve slag (instelbereik en mogelijke vervorming van de overbrenging). We maken een keuze voor een grote overbrengingsverhouding in verband met de toenemende stijfheid en houden hierbij 0% slagmarge over. it door te kiezen voor een :80 overbrengingsverhouding. e stijfheid neemt kwadratisch toe met deze verhouding voor de motor oor hier een grote verhouding te kiezen hoef ik aan die kant minder constructieve maatregelen om een grote stijfheid te behalen. Studie model overbrenging. In verband met grotere scharnier uitslagen hebben we hier niet voor gekozen. Studie model bewegingsmechaniek 8

10 . Vraag Tekening van de bedachte constructie voor lensophanging. Tekening van de bedachte constructie voor aandrijving. Zie bijlagen 9

11 . Vraag e stijfheid van de constructie is uitgedrukt in Hz beter dan de gestelde minimum eis van 00 Hz. e frequentie is in radialen per sec de wortel van het eigen gewicht gedeeld door de veerstijfheid ω f = [ Hz] ω = 00 π = 8[ rad s] π c ω = [ rad s] c = 8 = 9[ N mm] (minimale veerconstante) m e massa houden we voor deze berekening afgerond op kilogram it geld voor de overbrenging (hefboomarmen) tot aan de motor En voor de ophangsprieten in de x en y richtingen (de stijfheid van de sprieten samen) e stijfheid van de ophanging wordt bepaald door de oppervlakte van doorsnede van de ophangsprieten en verder de lengte en materiaalsoort hiervan. Samen met de belasting door het aan de sprieten opgehangen gewicht is dit verantwoordelijk voor de eigenfrequentie. e minimale veerstijfheid moet zijn: c min = 9 = [ N mm] E. 0 0 e stijfheid in onze constructie is: c = = = 00[ N mm] l 70 Met de gekozen materiaalsoort en doorsnede van hun oppervlak hebben de sprieten een stijfheid van 00 Newton per mm uitrekking (Groter dan de minimale veerstijfheid) Voor de bewegingshefbomen geldt dat de grootste buigbelasting aan de kant van de lens zit Over een doorsnede van de hefboom met een korte arm. oor de gekozen materiaalsoort staal met een lengte van 7 mm en een doorsnede van xi Geeft dit een veerstijfheid van 70 N/mm en dit is groter dan de minimale veerstijfheid. Traagheidsoppervlakte is I = b h = 8 =,mm vanwege de symetrie komt deze twee maal voor dus 8mm E I e veerstijfheid van de hefboomarmen zijn c = = = [ N mm] l, E I e lange hefboomzijde is slapper c = = =.[ N mm] l 7 ls we de overbrengingverhouding in rekening brengen dan wordt dit: ' c, i = c = = 70[ N / mm] 80 i ( ) 80 it is groter dan de minimale veerstijfheid die wij hiervoor hebben uitgerekend. 0

12 ijlagen. Samenstelling. uitenbuis. Lenshouder. Sprietplaten. Hefboom. Koppeling hefboom Motor.7 ubbel hefboom (studie model)

13 ( : ) Hefboom Lenshouder uitenbuis Koppeling hefboom motor Sprietplaat sprieten Sprietplaat sprieten 7 9 boutje Hexagon Socket Head ap Screw 8 mlagekop Slotted heese Head Screw 9 lens_ ITEM QTY NME RWING Ontwerp door Hans Ellermeijer RUWHEI VOLGENS NEN MTTOLERNTIES VOLGENS ISO 78 fh VORM EN PLTS TOLERNTIES VOLGENS ISO 0 M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\samenstelling lenshouder.iam M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\samenstelling Lenshouder.idw Universiteit van msterdam Parts List it document is eigendom van de Universiteit van msterdam hieruit zal niets worden verspreid of gecopieerd zonder uitdrukkelijke toestemming van de auteur TUM /apr/0 Samenstelling lenshouder Formaat Mechanische Technologie Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica Samenstelling Lenshouder Editie laden /

14 , - ( : ) - ( : ) 0 Ontwerp door Hans Ellermeijer RUWHEI VOLGENS NEN MTTOLERNTIES VOLGENS ISO 78 fh VORM EN PLTS TOLERNTIES VOLGENS ISO 0 M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\uitenbuis.ipt M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\uitenbuis.idw Universiteit van msterdam Mechanische Technologie Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica it document is eigendom van de Universiteit van msterdam hieruit zal niets worden verspreid of gecopieerd zonder uitdrukkelijke toestemming van de auteur TUM 7/apr/0 uitenbuis uitenbuis Editie Formaat laden /

15 n00 - ( 0,70 : ) Ontwerp door Hans Ellermeijer RUWHEI VOLGENS NEN MTTOLERNTIES VOLGENS ISO 78 fh VORM EN PLTS TOLERNTIES VOLGENS ISO 0 M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\lenshouder.ipt M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\lenshouder.idw Universiteit van msterdam Mechanische Technologie Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica it document is eigendom van de Universiteit van msterdam hieruit zal niets worden verspreid of gecopieerd zonder uitdrukkelijke toestemming van de auteur TUM 7/apr/0 Lenshouder Lenshouder Editie Formaat laden /

16 70 sprieten model sprieten model, sprieten model sprieten model Ontwerp door Hans Ellermeijer RUWHEI VOLGENS NEN MTTOLERNTIES VOLGENS ISO 78 fh VORM EN PLTS TOLERNTIES VOLGENS ISO 0 M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\sprietplaten.ipt M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\sprietplaten.idw Universiteit van msterdam Mechanische Technologie Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica it document is eigendom van de Universiteit van msterdam hieruit zal niets worden verspreid of gecopieerd zonder uitdrukkelijke toestemming van de auteur TUM 7/apr/0 Sprietplaten Sprietplaten en Sprietplaten Editie Formaat laden /

17 8 0 - ( : ) R, R8, e overbrenging is: 7/, = 80:. 7 Ontwerp door Hans Ellermeijer RUWHEI VOLGENS NEN MTTOLERNTIES VOLGENS ISO 78 fh VORM EN PLTS TOLERNTIES VOLGENS ISO 0 M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\hefboom.ipt M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\omtrekbeweging.idw Universiteit van msterdam Mechanische Technologie Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica it document is eigendom van de Universiteit van msterdam hieruit zal niets worden verspreid of gecopieerd zonder uitdrukkelijke toestemming van de auteur Omtrekbeweging Hefboom TUM /apr/0 Editie Formaat laden /

18 n Ontwerp door Hans Ellermeijer RUWHEI VOLGENS NEN MTTOLERNTIES VOLGENS ISO 78 fh VORM EN PLTS TOLERNTIES VOLGENS ISO 0 M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\koppeling hefboom motor.ipt M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\motorspriet.idw Universiteit van msterdam Mechanische Technologie Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica it document is eigendom van de Universiteit van msterdam hieruit zal niets worden verspreid of gecopieerd zonder uitdrukkelijke toestemming van de auteur TUM 7/apr/0 Editie Formaat Koppeling hefboom motor motorspriet laden /

19 0 /=8 0/=0 samen maakt dat 8*0=80 dus een overbrenging van :80 Ontwerp door Hans Ellermeijer RUWHEI VOLGENS NEN MTTOLERNTIES VOLGENS ISO 78 fh VORM EN PLTS TOLERNTIES VOLGENS ISO 0 M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\dubbel_hefboom.iam M:\Hans\Hts\Tweede jaar\fme\workgroup\dubbel_hefboom.idw Universiteit van msterdam Mechanische Technologie Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica it document is eigendom van de Universiteit van msterdam hieruit zal niets worden verspreid of gecopieerd zonder uitdrukkelijke toestemming van de auteur TUM 0/apr/0 dubbel_hefboom dubbel_hefboom Editie Formaat laden /