TECHNISCHE VERANTWOORDING

Transcriptie

1 TECHNISCHE VERANTWOORDING ENKELSTUKSPRODUCT 2: AGV 29/5/15 WH29.b.2 ELON HENDRIKSEN FINN KRIJGER CAS HILLENIUS JAAP HEEMSKERK JASPER HOP WALTER HEEMSKERK THIJS HOOFTMAN

2 Introductie 3 Wiel as diameter 4 Balk 6 Hef Glij Bak 9 Laad Los Bak 10 Lager Huis 11 Sterkteberekeningen partlist tekening 2 Error! Bookmark not defined. Accubox balk 12 Accubox Error! Bookmark not defined. Accubox roller 15 Schroef M10 (ISO M10x H) 16 Accu box blokje 16 Accu box strip Error! Bookmark not defined. Carrousel 18 VLS wiel 19 Krachtenberekeningen wiel 19 Knikberekening wiel 20 As accuhouder 21 VLS, V en M-lijn 21 Diameter as 21 Kogellager accuhouder 22 Hoofd-as 22 VLS, V en M-lijn 23 Diameter as 23 Kogellager hoofdas 24 Hef vaste as (draagas) 24 Hef bewegende as (draagas, aandrijving axiale beweging) 24 Hef laad los bak as los kant (draagas) 25 Conclusie 27 2

3 INTRODUCTIE In dit rapport is word met berekeningen aangetoond dat de AGV zijn eigen gewicht en belasting aan kan. Alle cruciale onderdelen worden behandeld en met behulp van het boek Roloff Matek en Sterkteleer berekend. OVERZICHT AGV Om een overzicht van de gehele AGV te creëren is een exploded view gemaakt van de drie belangrijkste componenten van de AGV. Deze zijn het frame en wielen, accubak, en hefsysteem. Los van elkaar wordt het duidelijker waaruit de AGV opgebouwd is en hoe deze onderdelen samenwerken. Een korte uitleg over elk onderdeel helpt dit te verduidelijken. De werking en functie van elk onderdeel wordt bondig beschreven zodat het duidelijker is welke onderdelen welke rol vervullen. FRAME EN WIELEN Het frame en de wielen kunnen worden gezien als de basis waar het hele systeem op rust. Hierin zijn weinig bewegende onderdelen, maar rusten er wel veel krachten op. Langs de zijkanten waar het hefsysteem op rust bewegen de steunpunten ven het hefsysteem. De spindel die de kracht levert voor hef hefsysteem is hier ook bevestigd. ACCUBAK De accubak is een zeer zwaar onderdeel dat aan de achterkant van de AGV bevestigd is en in de figuur hierboven duidelijk te zien is vanwege zijn gele kleur. Deze steunt op het frame doormiddel van vier wielen, die over twee vlakken rollen. HEFSYSTEEM Dit systeem bestaat voornamelijk uit een hefschaar, laadbak, en een zuignap systeem. Een kant van de hefschaar staat vast, terwijl de andere ingedrukt kan worden door een cilinder. Hierdoor vouwt de schaar zich uit en wordt de bak omhoog geduwd, waar de flightcase in zal zitten. Aan de accu-kant van de bak dit ook een zuiger, die de flightcase in en uit moet duwen, met behulp van een cilinder. De behuizing hier omheen zorgt dat de apparatuur voor de zuiger en cilinder afgeschermd wordt. 3

4 WIEL AS DIAMETER De assen zitten bij elk wiel van de AGV zoals te zien is in de illustratie bij de introductie en de illustratie hieronder weer gegeven. 4554N 2802N 7357N M max = = Nm σ b = σ D /σ Dmin 4

5 = 245 3,5 = 70N/mm D As= 2,17 ( ) (1 3 ) = 37,6mm 70 De as moet een minimale diameter hebben van 37,6mm. Als voorzorgsmaatregel wordt er voor een 42mm as gekozen. Buiging = (M max )/I y I y = 1 4 π r4 = 1 4 π 224 = 1, mm 4 Buiging = = 0,19mm Een doorbuiging van 0,19mm zal geen problemen veroorzaken voor de levensduur van de as. 5

6 BALK De balk bevind zich tussen de 2 achterste wielen en onder de accubak. Zoals te zien in de figuur. (Rood aangegeven) I = = 5, N/mm 4 A = 1900mm 2 6

7 Schuifstroom in de balk. Q B = 50mm = mm 3 Q b = V Q B I = 1471, , = 6,7N mm 7

8 LAGER Uit de tabel blijkt dat de lager een maximaal statische belasting heeft van 5kN en een dynamische belasting van 9,95kN. De statische belasting in de genoemde lager zal op 2802N zitten. De lager zal de belasting dus gemakkelijk aan kunnen 8

9 HEF GLIJ BAK Binnen dit stuk is de hef vaste as bevestigd. Deze belast vier gaten verticaal naar beneden, met de helft van het gewicht van het hefsysteem en lading. De kritische belasting is op twee uitsteekende stukken te vinden, omdat het stuk symmetrisch is. Voor elk uitstekend stuk is de belasting dus een kwart van het gewicht van het hefsysteem en lading. De kritische belasting is L vormig, met een buigmoment over de lange kant. Hieronder is een schets te zien van de situatie, met de kritische belasting lijn in rood. Relevante berekeningen zijn hieronder te zien. σ = My I y = x = = mm = mm M = ( ) ( 21.09) = ( 0 ) Nm I a,x = = I a,y = = I b,x = = I b,y = = σ x = σ z = = 2.75 MPa = 1.20 MPa De waarde 1.20 MPa is veel lager dan de maximale toelaatbare spanning van 250GPa, en is het onderdeel dus duidelijk sterk genoeg. Dit is grotendeels te danken aan dat het materiaal vrij dik is (10mm) en dat het moment over een L profiel opgevangen wordt. 9

10 LAAD LOS BAK Dit is de bak waarop de flightcases zullen staan tijdens het transport. De enige steunpunten van dit onderdeel zijn aan de zijkanten, waartussen de last van de flightcase opgevangen moet worden. In de schets hieronder is het onderdeel te zien. De pijlen geven de beslissingskrachten aan, de wielen van de flightcase. De rode lijn geeft aan waar de kritische belasting van het onderdeel optreed. σ = My I y = x = = mm = mm M a,b = = Nm I a,x = = I b,x = = y = ( 10 ) ( ) = ( 83.13) = mm σ a = ( ) = MPa De waarde MPa is veel lager dan de maximale toelaatbare waarde van 250GPa. Deze waarde lijkt onrealistisch klein dit maar komt voornamelijk doordat de krachten vrij dicht bij de steunpunten aangrijpen, en er dus een kleiner moment optreed. Ook is er een groot deel van het L profiel dat voor een hoge I waarde zorgt. Dit leek de kritische belasting binnen het onderdeel te zijn, maar deze lijkt eerder onder de wielen van de flightcase te liggen. Echter, is dit moeilijk uit te rekenen in verband met het benaderen van de steunoppervlak van de wieltjes. In de berekeningen hieronder is te zien dat het minimale steunoppervlak van een wiel xxx mm zou moeten zijn, als deze de maximale toelaatbare spanning wil overtreden. Dit is niet haalbaar. F = = N A = = mm

11 LAGER HUIS Er zijn acht lagerhuizen die de belasting van de flightcase en het liftsysteem op moeten vangen. σ = F A F = = N 8 A = = 900 mm 2 σ = = 0.34 MPa De waarde van 0.34 MPa ligt ruim onder de maximale toelaatbare waarde van 250GPa. Dit komt voornamelijk doordat er geen moment optreed en dit een pure drukspanning is. Deze is makkelijk op te vangen over de acht lagerhuizen. 11

12 ACCUBOX Figuur Accubox: de accu box zit aan de achterkant van de agv en word aan weerszijden ondersteunt op 4 wielen die op hun beurt weer steunen op 2 banen. Voor het bereken van de krachten die op de onderstaande onderdelen komen is vastgesteld dat; - Het gewicht van de accu 300 kg is; - Het gewicht van de accubox 50kg is; - Het gewicht van de overige onderdelen verwaarloosbaar is; - De onderdelen gelast zijn tenzij anders aangegeven; - Gravitatie versnelling (g) = 9.81m/s 2 - En er alleen statische belastingen optreden. ACCUBOX BALK In figuur is het vrijlichaamschema voor de accubox balken te zien. Deze worden doormiddel van een dubbele lasnaad bevestigd aan de accubox zelf. Omdat deze strip alleen statisch word belast zal er alleen afschuiving optreden. Fz = m g = = N Figuur Fz is de zwaartekracht die op het onderdeel werkt, en deze kan worden verdeeld over de twee strips welke aan de zijkant van de box bevestigd zijn. Fn = N 2 strips N 12

13 Er zal dus afschuiving op treden welke kan berekend worden met de formule τ = F A. De oppervlakte van de las word geschat op 2x 4mm over de gehele lengte. Fn= A= = 3520mm 2 τ = = 0.49 N mm 2 13

14 ACCUBOX VLS accubox De accubox is bedoeld voor het opbergen van de accu. De accu veroorzaakt een verdeelde belasting op de bodem van de accu. Deze belasting is met blauwe pijlen in het VLS getekend. Men kan stellen dat de trekspanning over de gehele wand gelijk verdeeld is. Deze spanning is met zwarte pijlen getekend in het VLS getekend. De hoeken van de accubak worden door middel van lassen met elkaar verbonden. Het boek Roloff/Matek Machineonderdelen raad in figuur 6.11 een minimale materiaaldikte van 2mm aan. De oppervlakte van de horizontale doorsnede bedraagt dan: A doorsnede = l. b = = 4424 mm 2 De totale belasting die op deze doorsnede werkt bedraagt in totaal 3444 N. De spanning die in het materiaal ontstaat is dan: σ = σ = F accu A doorsnede 3444 N = 0,8 N/mm mm2 De spanning bereikt de maximale rekgrens van 235 N/mm 2 dus niet. De box staat wel vrij aan stotende belasting wanneer deze uit de AGV wordt gehaald. Deze vervorming word door de accu beperkt omdat deze precies in de box past. De controleberekening voor de sterkte volgt: σ t = R en (formule 3.25) S v σ t = 235 = 131 N/mm2 1,8 De box is met een materiaaldikte van 2 mm dus voldoende sterk. 14

15 ACCUBOX ROLLER In figuur is het vrijlichaamschema van de rollen te zien. Fz = m g = = N Omdat Fz over vier wielen is verdeeld is de kracht per Figuur wiel te delen door vier. Fn = N 4 wielen 858.4N 15

16 SCHROEF M10 (ISO M10X H) Deze schroef word gebruikt om de Accubox roller s aan de Accubox te bevestigen. In figuur is het vrijlichaamschema voor deze schroef te zien. Omdat de schroef alleen radiaal word belast zal er alleen afschuiving optreden. De algemene afschuivingsformule ziet er als volgt uit: τ = F A Figuur Fn= A= π = 52.30mm 2 τ = = 16.4 N mm 2 Omdat de bout een normering van 4.8 heeft, is hij maximaal te belasten tot 320 N mm 2 (400x80%). Maximale schuifspanning = 0,5 ReH (rek-/vloeigrens) 160= 0,5 x 320 N mm 2 Zo kan er dus worden geconcludeerd dat de bout de belasting van 16.4 N mm 2 met gemak kan houden. ACCU BOX BLOKJE Het accubox-blokje is een metalen voorwerp dat op het plaatmateriaal van de accubox is gelast. De lasverbinding is de zwakste factor omdat deze alleen aan de randen in aangebracht. De las is ongeveer 10 mm breed en de lengte is 80x2+15x2 =190mm. De oppervlakte kom dan uit op 1900 mm². De lassen kunnen met 250N/mm² worden belast. De maximale belasting op het blok je is dan: F_max = A. σ F_max = = 475 kn Voor het bevestigen van een onbelaste beugel is het blokje sterk genoeg. 16

17 ACCU BOX STRIP De accubox-strip is aan de zijkanten van de accubox gemonteerd. De strip dient als versterking voor de rest van de accubox. De versterking is nodig om een goede verbinding met de wielen mogelijk te maken. De as-verbinding bestaat uit een bout die een kracht op de box uitoefent. De verdeelde belasting is met twee driehoeken in de tekening weergegeven. De strip heeft een dikte van 6 millimeter. De resulterende kracht van de verdeelde belasting is 2789 Newton. De verdeelde drukbelasting is maximaal 109 N/mm². Uit tabel 3-14 van Roloff/Matek Machineonderdelen wordt de veiligheidswaarde S_D=1,2 afgelezen. Tabel 1.1 geeft een maximaal toelaatbare druk van 140 N/mm². M A = 0 N M A = 858 0, F res 0,00276 F res = 2176 N σ d = 109 N/mm 2 σ = σ zd = 140 = 117 N/mm2 S Dmin 1,2 De dynamische sterkteberekening levert een maximale drukspanning op van 117 strip van 6 mm krijgt een maximale belasting van 109 N/mm². N mm 2. De Las De las is ongeveer 10 mm breed en de lengte is 60x2+440x2 =1000 mm. De oppervlakte komt dan uit op mm² voor de las. De lassen kunnen met 235N/mm² worden belast. F_max = A. σ F_max = = 2350 kn De twee strippen worden bijde met 1716N (3432 N / 2) belast. De spanning bij de last is volgens de berekeningen: De las voldoet dus ruimschoots. σ = 1750 = 0,2 N/mm

18 CARROUSEL Het wiel van de carrousel heeft de functie om zes accu s van 300 kg te dragen. In dit hoofdstuk worden alle krachten in kaart gebracht. De sterkteberekeningen zijn belangrijk om de onderdelen te kunnen dimensioneren. Hoofdonderdelen carrousel 1 Wiel Accuhouder Draagconstructie

19 VLS WIEL CAD-tekening KRACHTENBEREKENINGEN WIEL Berekening krachten bij A, B en C Fy = 0 Fx = 0 Fy = F Ay + F Cy = 0 Fy = = 0 Fx = F Ax F Cx + F B = 0 Fx = tan tan F B = 0 Resultaten A, B en C F A = F C = 1500 = 1732 N cos30 F B = 0 N 19

20 Berekening krachten bij D,E,F en G Fy = F Ay F Cy + F Fy + F Ey = 0 Fx = F Ax F Cx + F D F G F Ex + F Fx = 0 Resultaten D,E,F en G F E = F F = 4500 = 5196 N cos30 F D = F G = = 3464 N KNIKBEREKENING WIEL Bij E staat een knikbelasting van 5,2 kn. Deze belasting wordt over twee profielen (twee wielen naast elkaar) van 80x80x4 mm verdeeld. De profielen zijn 900 mm lang. De formules zijn overgenomen van het boek Sterkteleer C. Hibbeler blz 706 E = N/mm² R = 235 N/mm² A = = 1216 mm² I = ( 1 12 ) bh3 I = ( 1 12 ) ( 1 12 ) = 1, mm 4 P kritisch = π2 E I L² P kritisch = π , ² = N σ kritisch = P kritisch A σ kritisch = = 2, N/mm 2 twee profielen: 5 kn/mm 2 De vloeigrens van het materiaal is 335 N/mm². Het profiel kan lichter worden gekozen. 20

21 AS ACCUHOUDER De accuhouder is door middel van een as met het wiel verbonden. De as is terplekke van de accuhouder van kogellagers voorzien. De kogellagers veroorzaken een kracht bij x=0,01m en x=0,51m. De steunpunten bij het wiel zijn x=0m en x=0,52m. VLS, V EN M-LIJN DIAMETER AS De diameter word met de volgende berekeningen bepaald. De formule is afkomstig van het boek Roloff/Matek Machineonderdelen. De diameter van de as is 15 mm. 3 d = 3,4 M σ bd M = 15 Nm σ bd = 180 N/mm 2 3 d = 3, = 15mm

22 KOGELLAGER ACCUHOUDER Aan de hand van de gevonden belasting en diameter kan een lager worden uitgezocht. Het volgende SKF-kogellager voldoet aan de eisen. Door de binnendiameter van 15 mm pas het lager op de as. De maximaal toelaatbare belasting is met 4,36 kn ruim voldoende. Volgens het VLS zijn de krachten die hoger dan 1,5 kn. Er zijn twee lagers benodigd. HOOFD-AS De wielen zijn door middel van een as met de draagconstructie verbonden. Het wiel is van kogellagers voorzien. 22

23 VLS, V EN M-LIJN De kogellagers veroorzaken een kracht bij x=0,175m en x=0,675m. De steunpunten bij de draagconstructie zijn x=0m en x=0,850m. DIAMETER AS De diameter word met de volgende berekeningen bepaald. De hoofdas heeft een dikte van 70 mm. 3 d = 3,4 M σ bd M = 1575 Nm σ bd = 180 N/mm d = 3,4 = 70 mm

24 KOGELLAGER HOOFDAS Aan de hand van de gevonden belasting en diameter kan een lager worden uitgezocht. Het volgende SKF-kogellager voldoet aan de eisen. Door de binnendiameter van 70 mm pas het lager op de as. De maximaal toelaatbare belasting is met 13,2 kn ruim voldoende. Volgens het VLS zijn de krachten niet hoger dan 9 kn. Er zijn twee lagers benodigd. HEF VASTE AS (DRAAGAS) Nominale belasting: Maximaal moment: Maximale buigspanning 1472 N 74 Nm 3,8 Gpa HEF BEWEGENDE AS (DRAAGAS, AANDRIJVING AXIALE BEWEGING) Nominale belasting: Afschuifspanning Maximale spindelkracht (statisch + dynamisch) Maximaal moment Maximale buigspanning 1472 N 30,0 MPa 6162,2 N 893,5 Nm 4,6 Gpa 24

25 HEF LAAD LOS BAK AS LOS KANT (DRAAGAS) Nominale belasting Afschuifspanning 1472 N 30,0 Mpa 25

26 STERKTE BEREKENINGEN HEF CONSTRUCTIE Om vast te kunnen stellen of de hef constructie sterk genoeg is voor de taak die hij moet vervullen dient deze door gerekend te worden. De volgende onderdelen worden berekend: Eind as ringen bout Schaar constructie stukken Schaar constructie assen Glijblokken EIND AS RING Deze ringen hebben als taak om de schaar stukken op hun plaats te houden tijdens het op en neer bewegen van de lading. Omdat deze ringen alleen voor de zekerheid aanwezig zijn worden deze niet zwaar belast. De bout welke deze ring in positie houdt dient dus sterk genoeg te zijn. Er is vanuit gegaan dat er maximaal 10 KG aan belasting op deze ringen aanwezig is. Deze bout wordt belast op schuif spanning. Er is gekozen om deze bout 3.5mm dik te maken. Deze bouten zijn van staal. Uit de berekening blijft er de bouten het houden SCHAAR CONSTRUCTIE STUK De schaar stuk is het hoofdonderdeel van het hef mechanisme. Deze onderdelen zijn uit staal uitgevoerd. Het onderdeel zal worden berekend op normaal spanning en lager spanning. Ook zal hij op knik berekend worden. De bemating van de schaar constructie stuk is 7cm hoog 2 cm breed en 90 cm lang van gat tot gat. Uit de berekeningen blijkt dat de constructie sterk genoeg is en tevens niet zal knikken bij de maximale belasting. SCHAAR CONSTRUCTIE ASSEN De as zal belast worden op afschuif spanning. Deze afschuif spanning zal ontstaan tussen de lager in het glijblok en een schaar constructie stuk. Ook zal de as op buiging belast worden maar deze is door de kleine arm verwaarloosbaar. De diameter van de as is 2.5cm en zal uitgevoerd worden uit staal. Uit de berekening blijkt dat de as de afschuifspanning kan weestaan. GLIJBLOKKEN Het glijblok heeft als taak om voor zo min mogelijk weerstand te zorgen tussen de schaar constructie en het oppervlak van de platform er onder. Om deze hoofdtaak te kunnen volbrengen is er gekozen om het blok te maken van teflon. De maten van het glijblok zijn 8cm lang 8 cm hoog 4cm breed. Het gat geeft een diameter van 42mm. Dit blok zal op lager spanning en normaal spanning belast worden. Uit beide van deze berekeningen zal blijken dat het blok sterk genoeg is. 26

27 CONCLUSIE In dit verslag is de volgende fase van de realisatie van de AGV uitgewerkt. De statische berekeningen van alle verschillende onderdelen zijn gemaakt en de onderdelen daarmee gedimensioneerd. Rekening houdend met de verschillende somatisch van krachten en onderdelen. Hiermee is een realistische fase van de ontwikkeling bereikt. 27