Det koncept som fick mest viktade poäng valdes att gå vidare med och försöka ta fram en fungerande prototyp.
4.5.1 Funktionstester
Papper och kartong användes för att undersöka rörelsemönstret hos en kökslucka och ifall koncept 5 i teorin skulle kunna fungera. En öppningsvinkel på 105 grader skulle uppnås och gångjärnet skulle ha två fästpunkter, en i stommen och en i luckan. Papper och kartong klipptes ut i olika former för att undersöka hur den ungefärliga formen skulle se ut (Se Figur 13). Basen planerades finnas inne i stommen där det då skulle fästas två armar som är rörliga mot en fästpunkt i luckan.
Figur 13 första prototypen
Med dessa pappers- och kartongbitar användes nålar för att simulera rörliga axlar vilket ledde till att designens rörlighet kunde undersökas (Se Figur 14 och Figur 15).
Figur 14 prototyp i normalläge
27 Figur 15 prototyp i öppet läge
Även i detta steg togs ritningar fram för att visualisera mekanismen och gestaltningen för produkten, dessa ritningar låg även till grund för nästkommande steg för att underlätta 3D modelleringen.
4.5.2 Holistiska prototyper
Utifrån de enklare prototyperna i papper och kartong togs en gestaltning fram för gångjärnet och mekanismen, nästa steg var då att konstruera mekanismen i ett 3D-program i rätt skala.
4.5.2.1 Första iterationen koncept 5
Konceptidén som valdes att gå vidare med var bara teoretisk och mekanismens design fick utvecklas och skissas innan 3d-modellerandet. Skisser gjordes utifrån önskad funktion och utseende för att underlätta CAD-processen. Mekanismen byggde på fyra delar, en bas som monteras in i stommen på köksskåpet. En fästpunkt som monteras på insidan av luckan och två olika armar som kopplas på basen och fästpunkten.
Basen för den första iterationen har ett spår som gångjärnsarmen glider längs med och en fixerad arm som sticker ut. Denna fixerade arm har en fästpunkt för monteringsdelen. Tanken med denna bas är att den även ska ha infästningspunkter för stommen och justeringsskruvar för luckan.(Se Figur 16).
Figur 16 3D-modell basen
Huvudet som är infästningen för luckan designades med tanke att den skulle ha montering för två armar som skulle kunna rotera. Tanken med denna komponent var att den skulle skruvas fast på insidan av köksluckan. (Se Figur 17).
28 Figur 17 3D-modell huvud
Armen som monteras på huvudet på luckan var designad att rotera kring sin egen axel samt att monteras ihop med basarmen. (Se Figur 18).
Figur 18 3D modell infästningsarm
Basarmen som designades för detta koncept var tänkt att glida längs med spåret i baskomponenten och har även en infästningspunkt för den andra armen. Denna infästningspunkt ska tillåta den andra armen att rotera vilket i sin tur leder till att luckan vrider sig. (Se Figur 19).
Figur 19 3D modell basarm
29
Helheten av detta koncept kan ses i Figur 20, denna design fungerade som tänkt förutom att öppningsvinkeln inte uppnådde 105 grader som var önskat.
Figur 20 3D-modell av monterat gångjärn
4.5.2.2 Andra iterationen koncept 5
För den andra iterationen av konceptet behölls basen och ”Huvudet” (Infästningen till luckan) den samma, inga förändringar gjordes. Förändringarna gjordes i glid- och armmekanismen i syfte att få en mer kontrollerad öppning upp till 105 grader. Denna armmekanism består av tre delar, den första delen är en kortare arm som skall glida längs med spåret på basen samt fästa i den andra armen. (Se Figur 21).
Figur 21 3D modell första armen iteration 2
Den andra armen fungerar som en mellanlänk och ska tillåta en större öppningsvinkel än den första iterationen på konceptet. Den har även avfasade hörn för att inte gå emot de andra delarna i
mekanismen. (Se Figur 22).
Figur 22 3D modell andra armen iteration 2
30
Den tredje armen i mekanismen är lik den första iterationen med lite förändringar i dimensionerna men funktionerna är densamma. Den skall fästa i ena armen och fästpunkten till luckan med syfte att tillåta rotation för fästpunkten. (Se Figur 23).
Figur 23 3D modell av tredje armen iteration 2
Efter att dessa fem delar hade modellerats monterades de ihop till en helhet där rörelsemönstret kunde studeras. En simulering gjordes som liknade en rörelse lik öppning av en kökslucka och delarna
studerades. Initialt gick simuleringen bra då den önskade öppningsvinkeln nåddes därefter uppstod ett problem när luckan skulle stängas då mekanismen låste sig själv i öppet läge. (Se Figur 24).
Figur 24 3D modell av monterat gångjärn iteration 2
4.5.2.3 Tredje iterationen koncept 5
En ny design togs fram för gångjärnet, designen gick tillbaka till två armar som rör sig längs en bas och kopplas till huvudet. Den första armen designades med ett T-spår som skall möjliggöra glidning längs ett spår i basen. Anledning till att det skulle vara ett T-spår var för att inte tillåta vertikal rörelse.
Kontaktpunkten på den första armen till den andra armen utökades med en till för att fördela belastningen över ett större område och minska slitage. (Se Figur 25).
31 Figur 25 visar första armen iteration 3
Den andra armen till iteration tre designades även med en extra kontaktpunkt i samma syfte som nämnt ovan. Även en inbyggd distans designades in i botten på armen för att armen skall hamna i samma höjd som basen och se till att de två armarna möts i korrekt höjd. (Se Figur 26).
Figur 26 visar andra armen iteration 3
Basen för iteration 3 är snarlik de tidigare iterationerna med undantaget att den nu har ett T-spår som den första armen skall glida längs med. (Se Figur 27).
Figur 27 visar basen iteration 3
Huvudet för iteration 3 bygger på samma principer som designerna innan med mindre ändringar i infästningarnas position samt så har gods tagits bort för att komponenten skall upplevas nättare. (Se Figur 28).
32 Figur 28 visar huvudet iteration 3
Dessa delar bildade en helhet som illustreras i Figur 29 visar monterat gångjärn iteration 3, helhetsmodellen kunde studeras och analyseras i programmet. Denna analys bedömde att rörelsemönstret var rimligt och att öppningsvinkeln nådde det önskade målet.
Figur 29 visar monterat gångjärn iteration 3 4.5.3 Hållfasthetsberäkningar
Efter att en iteration på konceptet hade designats som fungerade utfördes beräkningar på den kritiska delen som riskerade att haverera. Formlerna som presenterades i den teoretiska referensramen användes för dessa beräkningar.
F är kraften som max kan belasta armen. Nedan listas de kända dimensionerna utifrån 3D-modelleringen.
" = 9 %% = 0.009% ℎ = 3 %% = 0.003* + = 3 %% = 0.003 %
Beräkning av maximala kraften för komponent i stål: ,-=./0 123∗
5.5566 7 0.008
Beräkning av maximala kraften för komponent i titan: ,9=:80 123∗
5.5566 7 0.008
Beräkning av maximala kraften för komponent i PVC: ,;=<< 123∗5.55667 0.008
Resultat beräkning för komponent i stål: ,-= 130>
Resultat beräkning för komponent i titan: ,9= 195 >
33
Resultat beräkning för komponent i PVC: ,;= 27.5 >
4.5.4 Prototypframtagning
Efter att en iteration med en teoretiskt fungerande mekanism hade presenterats och att beräkningar på kritiska delar hade utförts användes en 3D-skrivare av modell Cura Ultimaker 3.0 för att skriva ut delarna och montera ihop de till en helhet i syfte att undersöka storlek och mekanismen.
Först skrev alla delarna ut med en förstoring på 200% jämfört med originalstorleken, detta gjordes för att enklare 3D-skrivare har sämre precision än dyrare maskiner och vid utskrift av små komponenter med precisionsmekanismer är det jätteviktigt att toleranserna är inom satta ramar. (Se Figur 30). Efter att stödmaterial hade tagits bort från delarna kunde de monteras ihop för att undersöka möjligheten med mekanismen.
Figur 30 Koncept 5 iteration 3 skala 2:1
Överlag var resultatet från utskriften bra med reservation på att belastningarna i T-spåret som guidar armen längs med basen snedbelastas i verkliga situationer. (Se Figur 31). Denna snedbelastning leder till att armen vinklas upp och armen kilas fast i T-spåret. (Se Figur 32)
Figur 31 visar T-spåret
34 Figur 32 ritning belastning i T-spåret
Det finns några olika lösningar till detta problem, några av dessa skulle kunna vara:
• Förlängning av Armens guide, vilket skulle förhindra att armen skulle glida ut tillräckligt långt.
• Placering av Armens guide i mitten på armen för att minska hävarmen och snebelastningen, detta skulle också hindra armens möjlighet att glida ut tillräckligt långt.
• Högre precision på tillverkningen vilket skulle minska risken för glapp och låsning vilket i sin tur skulle leda till högre tillverkningskostnader.
• Borttagning av T-spår och ersätta med en annan lösning där det inte är samma krav på precision, det negativa utfallet är att det förmodligen skulle kräva mer gods och en mer utmanande tillverkningsprocess.
Figur 33 Koncept 5 iteration 3 skala 1:1
Efter att mekanismen har analyserats skrevs en modell ut i skala 1:1 (Se Figur 33) för att få en känsla hur stor produkten kommer att vara i färdigt format. Anledningen till detta är att känslan för storleken kan försvinna under modellerandet då delarna kan vara förstorade runt 500%. Efter att delarna i skala 1:1 hade skrivits ut och monterats syntes det fort att Huvudet som fäster på luckan inte skulle klara av
35
belastningen av skruvarna. Avståndet mellan infästningshålen var alldeles för litet vilket skulle resultera i spänningskoncentrationer som skulle kunna leda till haveri.
Figur 34 visar storleksskillnaderna i utskrifterna
I Figur 34 syns storleksskillnaderna mellan de två utskrifterna som presenterades i texterna ovan.
36
5 Resultat
Nedan presenteras resultatet uppdelat i olika områden för att förenkla beskrivningen.