Testet utfördes i testlabbet på ROL Ergo genom att ha tillgång till samma testutrustning som ordinarie testpersonal har. Eftersom ingen liknande produkt finns eller testas på ROL, fick ett nytt test utformas för att visa på bra förutsättningar.
Det som huvudsakligen testas är C-ringens förmåga att stoppas mot spindeln med ett visst angivet moment.
Testet börjar med att det aluminiumhus som normalt omger spindeln i bordet placeras i ett skruvstäd vinkelrätt. Skruvstädet spänns sedan mot den fyrkantiga profilen. En ny C-ring placeras i den svarvade 3 mm profilen på utsatt ställe på en avfettad gängstång. Smörjmedel placeras på stången för att slutligen gänga på en spindel. Spindeln snurras ner till C-ringen och placeras i aluminiumhuset. En momentnyckel som går att avläsa till 12 Nm placeras sedan längst upp för att på så vis kunna dras med det moment som önskas.
När det moment som önskats har använts dras spindeln och gängstången upp ur aluminium-huset och torkas av. Foto tas av ringen för att dokumentera resultatet. Ringen monteras av gängstången och fotograferas åter igen. Gängstången avfettas sedan igen och allt upprepas igen med en ny C-ring och spindel.
Resultat av fysiskt test
Med tidigare beräkningar är det känt att skruvstången i benen har ett moment på ungefär 5 Nm – 9 Nm beroende på friktionskoefficienten i snäckväxeln. Därför utfördes två test för att ta reda på det moment som prototypen håller för. Det första testet innefattande 5 olika prov där värdet på vridmomenten ökade med 1Nm för varje prov. Detta för att se vid vilket moment som prototypen deformeras plastiskt och förstörs.
Vid varje prov användes nya prototyper tillverkade av 3D-printad PLA plast. Vid varje prov användes även nya spindlar för att säkerställa att spindelns gängor inte ändrar resultaten. Gängstången rengjordes och smörjdes med en ”all-around grease”. För att verifiera resultaten av proverna mättes tjockleken utav C-ringarna efter testen för att se om deformering skett. Även synliga deformationer dokumenterades.
Genomförande och resultat
Synlig deformation Tjocklek Före [mm] Tjocklek Efter [mm]
6 Nm Nej 2.90 2.90
7 Nm Nej 2.89 2.89
8 Nm Ja 2.95 3.10
9 Nm Ja 2.96 3.31
10 Nm Ja 2.93 3.40
Tabell 8. Resultat av C-rings test, test 1.
Resultaten från det första testet visar att C-ringen börjar deformeras plastiskt vid 8Nm. Detta kan ses vid mätresultaten från ändringen av C-ringens bredd, men även vid synlig undersökning av prototypen, se figur 20. I figuren visas C-ringen vara böjd vilket antyder att C-ringen har tryckts nedåt i gängans riktning. För att se bild på varje enskilt prov se bilaga 2.
Figur 20. Resultat av C-ringen efter prov med 8 Nm belastning.
Enligt handberäkningarna måste C-ringen hålla för ett moment på 7 Nm. Enligt resultaten uppstod ingen deformation utav prototypen vid 7 Nm. Detta kan ses vid mätresultaten i tabell 9, samt i figur 21. Vid jämförelse mellan C-ringens utformning mellan figur 20 & 21 syns det tydligt hur C-ringen inte deformerats vid 7 Nm.
Genomförande och resultat
För att säkerställa att deformationen börjar vid 8 Nm gjordes ett till test. Detta test bestod utav fem prover där 5st likadant tillverkade C-ringar utsattes för 8 Nm vardera. Testet gjordes på liknande termer som föregående test där gängstången tvättades och smordes, en ny spindel användes och en ny prototyp användes och mättes. Resultatet av proverna presenteras i följande tabell.
Synlig deformation Tjocklek Före [mm] Tjocklek Efter [mm] Differens [mm]
Prov 1 Ja 2.95 3.10 0.15
Prov 2 Ja 2.93 3.01 0.08
Prov 3 Ja 2.95 3.04 0.09
Prov 4 Ja 2.97 3.03 0.06
Prov 5 Ja 2.93 2.96 0.03
Tabell 9. Resultat av C-rings test, test 2.
För att få en bra bild på skillnaden i bredd från före och efter proverna beräknades medelvärdet av måtten. Detta resulterade i att medelvärdet av deformationen blev 0.082 mm. Se bilaga 2 för att se resultaten av varje enskilt prov i test 2.
Verifiering av koncept i fysiskt bord.
Eftersom simuleringar och fysiska tester pekat mot konceptet C-ring håller för de påfrestningar som det faktiska bordets C-ring kommer att utsättas för, monterades prototypen in i ett vev-bordsstativ. Det bord som användes var ett original-bord från ROL Ergos. Konceptet är huvudsakligen tänkt att fungera till detta bord. Genom att montera isär det och vidta de åtgärder som krävs för att kunna montera ihop det igen, monterades en C-Ring i varje ben. Hela bordet monterades sedan ihop och testades genom att sätta fast medföljande vev och vrida. Resultatet blev att friktionskopplingen i veven hoppade över utan att påverka de existerande stoppen som det här
examensarbetet är tänkt att skydda.
Veven användes ett flertal gånger med samma resultat alla gånger. Bordet monterades sedan sönder för att analysera de C-ringar som hade monterats i bordsbenen, se figur 22.
Genomförande och resultat
Figur 22 Resultat av testad C-ring monterad i ett bord.
Efter att ha studerat de använda ringarna kunde det snabbt konstateras att lösningen fungerade felfritt och på det vis som förväntades. PLA plasten, som C-ringarna var tillverkade av, visade mycket lite tecken på att ha utsatts för någon kraft. Ett visst spår av deformation kunde antydas, men inget som på något vis skulle försätta ringen ur funktion.
Genomförande och resultat
Resultat frågeställning 3.
[3] Hur skall stoppfunktionen av ett utvecklat stopp verifieras?
För att besvara frågeställning 3 krävdes det att få förståelse kring hur stoppfunktionen av det slutgiltiga konceptet som tagits fram verifieras. De test som gjordes för att bevisa C-ringens förmåga att utföra sitt tänka jobb var:
- Simuleringar i SolidWorks med hjälp av finita elementmetoder. - Fysiska tester med momentnyckel och ett flertal C-ringar. - Test av C-ring i en faktisk produkt från ROL Ergo.
Genom att använda SolidWorks Simulations gjordes simuleringar utav förenklade 3D modeller. Dessa simulationer gav insyn i hur konceptet deformerades när den axiala kraften som påverkar gängstången applicerades på modellen. Simuleringen resulterade i att C-ringen, tillverkad utav en Polyactic Acid (PLA) plast, deformerades runt 0.1 till 0.13 mm i tjocklek. Detta resultat togs vidare till fysiska tester för att jämföra resultaten. Vid de fysiska testerna resulterade 1: a testet i att prototypen utav C-ring deformerades först vid 8 Nm. Storleken av deformationen togs fram med hjälp av 2: a testet och resulterade i en genomsnittlig deformation på 0.082 mm. Med dessa resultat kunde slutsatsen dras att konceptet med C-ringen, enligt simulering och enkla test, klarar av att stoppa bordet när vevens vridmomentspärr uppnår sitt högst tillåtna moment på 4.3 Nm.
För att ytterligare säkerställa funktionen utav C-ringen monterades konceptet in i ett vev-bordsstativ. För att spegla verkligt användande användes medföljande vev. Detta resulterade i att bordet stannade med en slaglängd på 470 mm och ingen typ av deformation syntes på stoppen.
Genom att använda simuleringar och fysiska tester kunde konceptets stoppfunktion verifieras. Resultaten visar på att konceptet uppnår de huvudsakliga mål som konceptet skall uppfylla.
Analys
5 Analys
Frågeställning 1
[1] Vilka krafter uppstår i bordet när veven når sitt maximala vridmoment?
Enligt de handberäkningar som gjordes på bordets stativ blev momentet på den underliggande axeln 7.28 Nm, momentet på benens gängstänger 7.3 Nm och den axiella kraften en gängstång genererar 1253 N, se avsnitt 4.2. Dessa moment och krafter är beräknade med en friktionskoefficient i snäckväxeln på 0.15. Vid beräkning utav gängstångens axiella kraft användes även en friktionskoefficient på 0.15 mellan gängstången och spindelns invändiga gänga samt en friktionskoefficient på 0.2 för underlagsfriktionen mellan skruv/mutter och underlag. Dessa friktionskoefficienter var svåra att definiera på annat vis än diskussion med företagets anställda på grund av alla de parametrar som påverkar värdena.
Frågeställning 2
[2] Hur skall ett stopp utformas för att förhindra bordet att höjas över det översta tänkta läget?
De möjliga åtgärderna till existerande produkt för att lösa de problem som hade påpekats, grundades i de krav som skapades i början av projektet. Eftersom kraven inte nödvändigtvis speglar företagets syn på hur de önskar att produkten ska ändras, krävs det en viss förståelse för produkten och företagets vilja för att både lyckas med antaget examensarbete samt tillfredsställa de interna förhoppningarna hos företaget.
Rent kravmässigt visade många av de koncept som utforskades på goda förutsättningar. Dock var många av alternativen mer komplicerade och framför allt dyrare, även om detta inte var något krav, och slopades därför för att ge plats till mer simpla och kostnadseffektiva lösningar. Valet utav konceptet stärktes även med resultat ifrån fysiska tester och simulationer vilket gav förutsättningar till att det valda konceptet var det mest effektiva, både inom tillverkning, kostnad och funktion.
Analys
Frågeställning 3
[3] Hur skall stoppfunktionen av ett utvecklat stopp verifieras?
Genom att ha valt konceptet C-ring som är tänkt att stoppa bordet efter 470 mm i höjdled, blev det aktuellt att bevisa att konceptet hade den förmåga som påstods. Genom att genomföra fysiska experiment, simulering och konceptbygge kunde detta bevisas. En fysisk studie gjordes för att visa på lämpliga säkerhetsmarginaler samt att se hur material kan påverkas av de krafter som uppstår. Dessa krafter kan sedan jämföras med de beräkningar som har gjorts för de mekaniska delar av bordet för att visa på förståelse för problemet och vad som egentligen händer mekaniskt.
De materiella resultaten så som deformation och stress som uppstått i testobjekten, kunde verifieras med hjälp av simuleringar i finita elementmetoder med hjälp av SolidWorks. Detta visade även att de krafter som hade påståtts påverka stoppet rent fysiskt är inom de marginaler som använd plast klarar av utan att förlora sin mekaniska förmåga.
När bordet slutligen monterades med C-ringen och stoppet utsattes för de belastningar som veven genererar, pekade allt mot att tidigare studier, så som teoretiska beräkningar, simuleringar och fysiska tester, var korrekta och stoppet fungerade på det vis som förväntades.
Diskussion och slutsatser
6 Diskussion och slutsatser
Diskussion
Genom att ha brutit ner problemet i olika beståndsdelar för att få bättre förståelse för vad som var viktigt och vad som var mindre viktigt, kunde en helhetsbild skapas för att lättare komma på en lösning som fungerade. Kraven som var uppsatta för projektet var tänkt att spegla examensarbetet och egentligen inte vad ROL Ergo som företag ansåg vara rätt. Tanken för ROL Ergo var att hitta en lösning på problemet som kunde användas i framtiden i faktiska produkter. Många saker som, produktion, kostnader och återanvändning av redan existerande produkter togs inte in i kraven för examensarbetet. Även om kostnaden utav konceptet inte togs hänsyn till enligt de avgränsningar som sattes i början utav arbetet, har kostnaden varit en faktor som undermedvetet har vägts in vid val av koncept. Därför är kostnad en faktor som har spelat roll. På grund av detta hade kravspecifikationen möjligtvis kunnat förbättras om ett krav rörande kostnadseffektivitet hade övervägts.
Den slutgiltiga produkten, C-Ring, visar sig spegla både de satta kraven för examensarbetet och de satta interna kraven för ROL Ergo som företag. Det som blev resultatet av C-ringen efter fysiska tester och simuleringar var nära de som antogs när konceptet en gång valdes.
Saker som C-ringen löste, som egentligen inte var tänkt att lösa, var att den fungerar på flera av ROL Ergos produkter. Detta var inget krav från början, det var heller inte avgörande för val av koncept. Efter lite forskning, visade det sig att C-ringen fungerade på i stort sett alla bord som tillverkas på ROL Ergo.
Resultatet av de genomförda testerna och simuleringarna, visade sig var riktigt. Dock är de verkliga påfrestningarna som C-ringen skall klara svåra att definiera, detta eftersom det är flera parametrar som spelar in. Dessa är egentligen något feldefinierade från ROL Ergos sida. Den tänkta vikten som bordet ska kunna lyfta hos konsumenten är 80 kg. Internt ska bordet klara 120 kg, vilket ger en tänkt säkerhetsmarginal från 80 kg.
När bordet utsätts för en kraft som motsvara 120 kg, vilket är ca 1200 N, ska den mekaniska friktionskopplingen i handtaget ge vika och kugga över. På så vis skyddas de interna komponenterna från att utsättas för mer påfrestning än vad som är tänkt.
Vid utförda fysiska tester uppmättes en total kapacitet till ca 240 kg istället för 120 kg. Det betyder i praktiken att momentspärren kan utsättas för en för hög kraft innan den kuggar över. C-ringen som har utvecklats är tänkt att stanna bordet med nuvarande momentspärr vilket betyder att ringen i själva verket kan stanna den kraft som motsvarar 240 kg.
Diskussion och slutsatser
Eftersom det var tänkt att skriva ett examensarbete på hur ett bord stoppas i höjdled på rätt ställe, var det ett nytt sätt att stoppa bordet som blev aktuellt. Den existerande lösningen skulle mycket väl kunna klara de utsatta interna kraven från ROL Ergo på 120 kg, men eftersom bordet i själva verket är felkonstruerat så den faktiska kraften är närmre 240 kg, är det stor chans att det är därför det ursprungliga stoppet ger vika och slutligen deformeras och förstör sig själv.
Ett alternativ för problemet skulle vara att testa den kraft som det ursprungliga stoppet klarade. Om denna kraft skulle visar sig vara 120 kg, är det i själva verket friktionskopplingen som ska ändras för att försäkra sig om att bordet inte deformerar sig själv. Om inte, så är C-ringen ett bra alternativ för att lösa problemet.
När det gäller val av material för C-ringen, är det flera parametra som spelar roll. De fysiska testerna är gjorda med C-ringar som är 3D-printade med PLA plast. Alla de tester som har gjorts, visar som känt på att PLA plast kommer att fungera i en verklig situation. POM plast som ROL Ergo använder till andra produkter är en plast med lika bra eller bättre mekaniska egenskaper. Det kan antas att resultatet med en POM-plast skulle ha blivit bättre än de redan tillräckligt bra testerna som utfördes med PLA-plast. Dels på grund av plasten materiella egenskaper samt på grund av tillverkningsmetod. När C-ringen tillverkas med hjälp av 3D-Printning, blir plasten inte homogen, detta betyder att de egenskaper PLA-plast påstås ha inte gäller fullt ut i utförda tester med 3D-printad PLA-plast.
I detta fall skapar det istället en säkerhetsmarginal som kan visa på fungerande resultat med homogena plaster. Problemet blir således att förutse hur stor säkerhetsmarginalen är eftersom tekniken som används vid 3D-printing kan skilja sig mellan vilken 3D- printer som används. Detta görs genom att jämföra de fysiska testerna med simuleringar som är utförda med respektive plaster som i dessa fall är homogena. Utförda simuleringar styrker detta (se 4.5.1, Simuleringar).
När det kommer till tester för verkligt användande är det svårt att uppskatta hur många gånger en konsument kommer att utsätta bordet för den kraft som verkar på C-ringen när bordet förflyttas till sitt högsta läge. För att likna en verklig situation krävs längre studier angående konsumenters användningsvanor, vilket inte har genomförts. Detta skulle skapa en bild av hur många gånger det är troligt att en C-ring skulle utsättas för en kraft motsvarande den kraften veven kan generera. Det skulle i sin tur leda till att olika material skulle kunna testas och bedömas utifrån de egenskaper materialen har och antal gånger bordet förväntas stoppas.
Genom att förstå problemet har de delar av bordet som utsätts för krafter kunnat lokaliseras. Även vid fysiska tester och simuleringar har det visat på att spindeln som är monterad i varje ben kommer att ta upp hela den kraft som C-ringen skapar. Eftersom spindeln är avgörande för att bordet ska fungera över huvud taget, är det viktigt att C- ringen deformeras före det att spindeln deformeras. Om Spindeln deformeras kommer det leda till att mer friktion skapas mellan gängstången och spindeln, som i sin tur leder
Diskussion och slutsatser
till en sämre upplevelse för kunden eftersom höj och sänkfunktionen blir trögare. Plast som material uppför sig på ett sådan vis att vid mindre deformationer kan plasten ofta återgå till sitt ursprungsläge. Detta innebär att efter att ha använt bordet några gånger, kommer samma ursprungsegenskaper med stor sannolikhet infinna sig vilket gör plast till ett fördelaktigt material.
Diskussion och slutsatser
Implikationer
Ändringar i produkten som kommer att behöva göras är avgörande för att C-ringen ska kunna monteras på ett sådant vis att den löser den tänkta uppgiften. De ändringar som behöver göras är att en profil på 3 mm svarvas ner på gängstängerna som sitter i bordsbenen. Diametern på gängstängerna är 12 mm, den ändrade diametern är tänkt till 7 mm. Måttet från nedersta del på gängstängerna upp till underkanten av profilen är 41,7 mm.
Denna tänkta ändring är det som krävs för att få bordet att stanna när bordsskivan har förflyttats 470 mm i höjdled.
Eftersom detta examenarbete inte tar hänsyn till produktion förutom möjligtvis det ROL Ergo rekommenderar rent utvecklingsmässigt, kan det bara spekuleras i vad som kommer att behöva ändras i produktionen för att göra konceptet till verklighet.
Gängstängerna tillverkas i Kina, de monteras i ett aluminiumhölje tillsammans med en spindel och en nedre del av plast. Allting förseglas med metoder som gör att det inte är möjligt att öppna utan att förstöra förseglingen.
Det som krävs är att en gängstång placeras i en svarv av något slag, förslagsvis en automatsvarv. Profilen svarvas ner på tidigare beskrivet vis. En C-ring placeras i profilen. En Spindel monteras på gängstången uppifrån. Därefter kan redan existerande tillverkningstillvägagångsätt fortsätta.
Den huvudsakliga problematiken med C-ringen vid montering är svarvning och att spindeln bara kan monteras uppifrån eller innan C-ringen är monterad.
Efter att ha studerat ett antal gängstänger med en svarvad profil som tidigare har beskrivits, kan det dock konstateras att det finns potential för gängstången att fungera som innan trots svarvad profil. Det som är avgörande är profilens längd (3 mm) som måste vara mindre än gängan på spindeln. Genom att se till så att de vassa kanter som uppstår vid svarvningen på något vis blir rundade, kommer spindeln kunna gänga över profilen om ingen C-ring finns där. Detta gör att det finns potential för att i massproduktion skapa en profil på 3 mm på alla gängstänger, men en C-ring placeras endast på de bord som använder handvev.
Diskussion och slutsatser
Slutsatser och rekommendationer
Den huvudsakliga uppgiften för utfört examensarbete innebar att få förståelse för hur ett mekaniska vev-bord fungerar samt hur det stoppas på rätt ställe utan att påverka andra interna komponenter. Friläggning av krafter och mekaniska fenomen är uträknat och beskrivet på lämpligt vis.
Uppgiften att lösa problemet angående att skapa ett stopp för bordet som stannar på 470 mm, är löst genom utvecklat koncept C-ring. Konceptets förmåga att lösa uppgiften är bevisad genom en rad med tester och simuleringar. Även test med det bord som C-ringen är tänkt att monteras i har gjorts för att åter igen styrka C-ringens potential att lösa uppgiften. Kraven som sattes upp för examensarbetet tillsammans med ROL Ergo är uppfyllda genom bevis av tester och simuleringar och i samtal med ROL Ergos utvecklingsavdelning för att styrka uppnått resultat.
Slutgiltigt koncept, C-Ring
Figur 23 visar en C-ring som är monterad på en gängstång 41,7 mm från nedre kant. På gängstången sitter en spindel som har till uppgift att göra så att gängstången kan gängas uppåt. När gängstången har färdats 470 mm i höjdled, kommer gängan i spindeln slå i C-ringen vilket resulterar i att bordet stannar.
Diskussion och slutsatser Krav som har uppfyllts.
- Lösningen skall motstå de krafter som uppstår när veven uppnår sitt maximala moment på 4.3 Nm.
- Bordets slaglängd (470 mm) får ej ändras. - Nuvarande produkters dimensioner får ej ändras. - Dimensionen skall anpassas efter bordet.
- Designen skall utformas efter ROL Ergos designspråk. - Enkel montering utav lösning.
- Lösningen skall vara anpassad efter olika stativ. Krav som inte har uppfyllts.
- Vevens vridmomentsspärr skall låta mindre.
- Bordets motstånd skall vara lika vid höjning och sänkning.