Tentamen Evolving Design, Wb-3110 Vrijdag 26 juni 2009, 14:00-17:00

Transcriptie

1 Tentmen Evolving Design, Wb-3110 Vrijdg 6 juni 009, 14:00-17:00 Instructies Dit is een openboek tentmen wrbij je gebruik mg mken vn de tijdens het college ngereikte overhedsheets en ndere documenten. Je mg ook gebruik mken vn boeken, dictten, sheets en ntekeningen vn ndere Bchelorsvkken. Computers en mobiele telefoons zijn niet toegestn. Deze tentmenformulieren bevtten 4 vrgstukken met deelvrgen die moeten worden bentwoord in de drvoor ngegeven ntwoordvkken. Schrijf je ntwoord in deze vkken, niet drbuiten. Engelstlige vrgen mg je in het Nederlnds bentwoorden. Onleesbr hndschrift wordt niet ngekeken. Als je klr bent lever je lleen deze tentmenformulieren in met je ntwoorden in de vkken. Je kunt kldppier gebruiken bij de uitwerking vn de vrgen en de berekening vn de ntwoorden. Dt kldppier lever je niet in; bij het nkijken zl er niet nr worden gekeken. Vergeet niet ALLE tentmenformulieren in te leveren en bovenn ELK tentmenformulier je nm en studienummer te zetten! Tentmenformulieren zonder nm en studienummer worden niet ngekeken. Tentmenvrgstuk A Een ktief openende hndprothese is schemtisch weergegeven in onderstnde figuur. Een ktief openende hndprothese opent wnneer n de bedieningskbel ( control cble ) wordt getrokken. Een ingebouwde veer ( closing spring ), stijfheid c en veervoorspnning F 0, zorgt ervoor dt de hnd sluit zodr de bedieningskbel wordt gevierd. De veer levert ook de knijpkrcht om een voorwerp vst te kunnen houden. b q p voorwerp 1

2 A1 (weegfctor ) Bepl de reltie tussen de krcht op het voorwerp F v en de bedieningskrcht F b op de bedieningskbel. Fb ( pq) Fveer p F b v ; ook goed: Fv Fveer p b Fb p q Antwoord A1 A (weegfctor 4) Beschouw de situtie wrin de krcht op het voorwerp F v = 0. Welk dripunt, die tussen de bedieningshefboom ( lever ) en het lichtbluwe frme, of die tussen de duim ( thumb ) en het donkerbluwe frme wordt in deze situtie het zwrst belst? Neem (lleen voor deze deelvrg!) n dt = b en p = q. Dripunt tussen bedieningshefboom en lichtbluwe frme is zwrst belst Antwoord A A3 (weegfctor 4) Stel dt lle onderdelen vn de hndprothese oneindig stijf zijn en dt het voorwerp een stijfheid c v heeft. Bij het vergroten vn de bedieningskrcht F b (vnf nul) wordt in eerste instntie de voorspnning vn de veer overwonnen. Drvoor is een zekere verpltsing u 1 vn de bedieningskbel nodig. De grootte vn deze verpltsing hngt f vn de voorwerpstijfheid c v. Stel nu dt het deel vn de duim rechts vn het dripunt niet oneindig stijf meer is en dt dit deel een stijfheid c d heeft (de ndere hndprothese onderdelen blijven wel oneindig stijf en de stijfheid vn het voorwerp blijft c v ). In deze situtie is er een verpltsing u vn de bedieningskbel nodig om de voorspnning vn de veer te overwinnen. Hoe groot moet nu c d zijn opdt u niet meer dn 15% groter is dn u 1? cd 6 c 3 v Antwoord A3

3 Tentmenvrgstuk B Een revlidtietechnicus wil een prothesevinger ontwerpen die bestt uit slechts twee onderdelen die elk door een touwtje worden ngedreven. De onderdelen rollen op elkr f zodt er geen prte lgers nodig zijn. Om het wegglijden of slippen vn de onderdelen ten opzichte vn elkr te voorkomen, wil de ontwerper ervoor zorgen dt de contctkrchten tussen de onderdelen loodrecht op de contctvlkken stn door een slimme keuze vn de nhechtingspunten vn de touwtjes op de onderdelen. De figuur toont schemtisch de opzet: een frme, een eerste kootje en een tweede kootje. An het frme zit een oog P verbonden wr de ndrijftouwtjes doorheen worden geleid. De ontwerper wil vnuit het oog één touwtje lngs een rechte bn nr het eerste kootje lten lopen, en één touwtje lngs een rechte bn nr het tweede kootje lten lopen. De uitwendige krcht F werkt zols in de figuur ngegeven op het tweede kootje. De vinger wordt lleen in de getekende stnd beschouwd. Verwrloos lle mss s. B1 (weegfctor 3) Geef in de figuur n wr elk vn de twee touwtjes n het bijbehorende kootje kn worden ngehecht om bij deze stnd vn de vinger en bij deze krcht F ervoor te zorgen dt de contctkrchten loodrecht op de contctvlkken stn. Noem het nhechtingspunt op het eerste kootje A en die op het tweede kootje B. B (weegfctor 4) De ontwerper wil de krcht in het touwtje nr het eerste kootje F A en de krcht in het touwtje nr het tweede kootje F B even groot mken door een ndere positie vn het oog te kiezen. Om het zichzelf gemkkelijk te mken, lt de ontwerper de krchtenconfigurtie vn het tweede kootje ongewijzigd en kiest hij dus de nieuwe positie P vn het oog op de lijn PB. Teken de nieuwe positie P vn het oog in de figuur. 3

4 B3 (weegfctor 3) Tot slot wil de ontwerper de oogconstructie weghlen en op de nieuwe positie P wr het oog zt een knoop in de twee touwtjes leggen. An de knoop wordt dn een derde touwtje geknoopt wrmee de hele vinger wordt ngestuurd. Teken in de figuur een stuk vn dit nieuwe touwtje in de juiste richting. 4

5 Tentmenvrgstuk C Onderstnde figuur lt een differentieel zien zols die in chterssen vn uto s wordt toegepst. Het grote prse tndwiel wordt door de crdns (niet getoond) ngedreven en zit vst n het prse huis. De driende beweging vn het prse huis wordt vi de drie tussentndwielen (rood, groen en geel) overgebrcht nr de rode linkers en de gele rechters, wrn respectievelijk het linkerchterwiel en het rechterchterwiel vn de uto zijn verbonden (niet getoond). De dimeter vn het grote prse tndwiel is gelijk n D groot en de drie tussentndwielen hebben lleml dezelfde dimeter D tussen. Op het grote prse tndwiel stt een torque T groot, op de rode linkers een torque T links, en op de gele rechters een torque T rechts. De hoeksnelheid vn het grote prse tndwiel is gelijk n ω groot, die vn de linkers is ω links en die vn de rechters is ω rechts. De hoeksnelheid vn het groene tussentndwiel is ω tussen. In de figuur is dit tndwiel n het huis vstgezet, dus ω tussen = 0. ω links T links ω rechts T rechts ω groot T groot C1 (weegfctor,5) Druk ω links en ω rechts uit in ω groot ls ω tussen = 0. ω links = ω groot ω rechts = ω groot Antwoord C1 C (weegfctor,5) Druk T links en T rechts uit in T groot ls de uto rijdt over een rechte weg en ls het groene tndwiel is vstgezet n het huis. T links = -½ T groot T rechts = -½ T groot Antwoord C 5

6 C3 (weegfctor,5) Druk T links en T rechts uit in T groot ls de uto rijdt over een rechte weg en ls het groene tndwiel vrij kn roteren. T links = -½ T groot T rechts = -½ T groot Antwoord C3 C4 (weegfctor,5) Stel dt het groene tndwiel vrij kn roteren en dt de uto een sinusvormige sllom mkt, zols in bovennzicht getoond in het pltje hieronder. Teken in de bijbehorende grfiek het verloop vn T links / T rechts ls functie vn de fgelegde weg. 1 6

7 Tentmenvrgstuk D D F P F 1 Figure 1 D1 (weegfctor ) Briefly describe t lest two methods to produce mle screw ( bout ). Filing screw by hnd (used in the Romn Empire to mke tps) Using threding dies ( snijblok ) Using screw cutter ( mchine which slides the cutter long the screw with speed proportionl to the rottionl speed of the screw) Moulding or pressing (like with bottles) Rolling (better for mteril strength) Antwoord D1 D (weegfctor ) Suppose screwed shft is inserted into nut which is fixed (see Figure 1 bove). A cord is wound round the screwed shft nd is pulled with force F 1. The pitch of the screw is P. For the ske of simplicity, consider tht the dimeters of the screw, the shft nd the wound cord re D. Obtin the force F tht the screw cretes in the xil direction. Ignore ny frictions nd ssume tht the cord is mss-less nd size-less. FD 1 FD 1 Fp F p Antwoord D 7

8 Δh θ h Δx x Figure Figure 3 D3 (weegfctor ) You re going to design mechnicl scissor jck s shown in Figure but you would like to replce the pneumtic mechnism in Figure by screwed shft plced t the bottom side of the mechnism to lift up nd down the jck with rotting hndle. From mechnicl viewpoint, this jck cn be simplified s depicted in Figure 3. The length of one scissor is. Imgine the jck is tightened up by x. Express the verticl displcement t the center h s function of x (nd ny other relevnt prmeters). h sin, h cos, x cos, x ( sin ) By tking bsolute displcement, h x cos 1 cos sin h sin x tn x Antwoord D3 D4 (weegfctor ) Imgine jck illustrted in Figure 4 t the next pge. Express the reltionship between the force pplied t the hndle F nd the lifting force L. Agin ignore ny friction. F x is the force creted by the jck t xil direction. Using the nswers of nd 3, hl xf x F b F p from x x b b tn L Fx tnfx tn F F from 3 h p p Antwoord D4 8

9 L θ b F D5 (weegfctor ) To lift n object with mss of 1000 (kg), how much force F (N) t the hndle do you need when =45? Assume =0.(m), b=0.1(m), D=0.0 (m), P=0.00 (m), nd ignore ny friction. 0.1(m) g(n) F 0.00(m) F = 1000*9.8*0.00*10/(*3.14)=31. (N) Antwoord D5 9