Tiltbar reverse trike : Utveckling och prototyptillverkning

Full text

(1)Akademin för Innovation, Design och Teknik. Tiltbar reverse trike Utveckling och prototyptillverkning Examensarbete, Produktutveckling- konstruktion 30 högskolepoäng, Avancerad nivå KPP305 Civilingenjörsprogrammet Innovation och produktdesign Fredrik Larsson. Presentationsdatum: 2015-06-11 Uppdragsgivare: Egen Handledare(högskola): Ragnar Tengstrand Examinator: Sten Grahn.

(2) Abstract In this master thesis will the development and manufacturing of a concept and prototype for a tiltable reverse trike be presented. All bicycles today that use more then two wheels have one thing in common, they don’t tilt and they don’t give you that realistic feeling that you get from a regular bicycle or a motorcycle. The reaserch questions for this project is: 1. 2. 3. 4.. What rules applies to this kind of vehicle? Which materials should be used for a strong and leight weight construktion? What solution would be best for suspension? How can the frame support a tilting function?. The project starts with a search for information and compiling this to what will be the foundation for the concept generation. During the development process diffrent solutions have been analyzed and calculations have been made to ensure the functionality of the prototype. The conclusive concept contains of a frame for a non-pedal powered, tiltable electric reverse trike. The ability to tilt is what seperates this concept from existing products and this is what will take this concept to the next level for this kind of vehicle. Due to the incompletion of the prototype no tests have been made and the concept can there for only be described as theoreticly functional. The prototype frame is made of Aluminium profiles, EN6063-T6, and aluminium sheets, EN6082T6. Some components are also made of steel and nylon. The concept fullfills the regulations of swedish law and will there by be allowed to be used in trafic. I.

(3) Sammanfattning I denna rapport presenteras utveckling och prototyptillverkning av ramen och tiltfunktionen till en tiltbar reverse trike. En reverse trike är ett fordon med ett bakhjul och två framhjul. Bakhjulet är det drivande hjulet medan de två framhjulen är de styrande. Ett personligt intresse har alltid funnits för cyklar och cykelliknande fordon med fler än två hjul. I stort sett samtliga cyklar av den typen som finns kommersiellt tillgängliga idag använder sig utav en stel ram med begränsad fjädring på respektive hjul. Problemet med dessa är att de inte ger samma inlevelse vid färd som exempelvis en vanlig tvåhjulig cykel eller en motorcykel där fordonet kan lutas vid kurvtagning för att bättre utnyttja vikt och tyngdpunkt för att inte tippa. Det är den känslan som saknas hos dagens cykelliknande fordon. Projektet är utfört som ett examensarbete inom Produktutveckling – konstruktion under våren 2014 på Mälardalens högskola och är på D-nivå (30 högskolepoäng). Frågeställningarna som ligger till grund för projektet är: 1. 2. 3. 4.. Vilka regler gäller för ett pedallöst cykelklassat fordon? Vilket material bör användas för att få en lätt och hållbar konstruktion? Vilken lösning lämpar sig bäst för fjädring? Hur kan ramen konstrueras för att möjliggöra tiltning?. Projektet inleds med en informationsinhämtning där lagar och regler kring den typen av fordon undersöks och problemscenarion tas fram. Resultaten ligger sedan till grund för genereringsprocessen som avslutas med en konceptrealisering och prototyptillverkning. Under arbetet har funktionslösningar analyserats och med beräkningar har hållfastheten på prototypen fastställts. Det slutliga konceptet är en ram för en rent eldriven cykel av typen reverse trike, det vill säga att cykeln har ett bakhjul och två stycken framhjul. Den är rent eldriven och det innebär att fordonet inte har pedaler för framdrivning utan att den endast drivs av en elmotor. Det som skiljer detta koncept från befintliga produkter och som dessutom är huvudsyftet med konceptet och gör det unikt, är möjligheten att tilta som idag är i stort sett obefintligt hos konkurrenterna. Det har inte kunnat utföras några tester då prototypen inte hann färdigställas. Konceptet uppfyller endast genom teoretisk analys de krav som har ställts. Prototypen tillverkas i aluminiumprofiler av typen EN6063-T6, Aluminiumplåt av typen EN6082T6 samt ett antal detaljer i nylon och stål. Konceptet uppfyller kraven från Transporstyrelsen vilket gör den laglig att framföras i trafik enligt svensk lag.. II.

(4) Förord Jag vill tacka Erik Skarp och Axel Öberg för deras deltagande i projektets övriga delar. Samarbetet har fungerat mycket bra och vi har haft öppna och snabba kommunikationsvägar. Jag vill tacka Ragnar Tengstrand som har varit handledare för högskolans räkning. Jag vill tacka för det förtroende du haft för mig under projektet. Jag vill tacka Kurt Moberg på Mobergs Innovationer HB för den kunskap du förmedlat om tillverkning och för det ekonomiska tillskott som du bidragit med. Slutligen vill jag tacka Emma Josefine Sjöblom för korrekturläsning och stöd under projektet. Fredrik Larsson, Eskilstuna 2015-05-14. III.

(5) Ordlista CAD – Computer-aided design, mjukvara för att göra digitala modeller. CNC – Betyder att en fräs eller svarvmaskin är datorstyrd. Mesh – Betyder att en geometri delas upp i små trianglar och tetraeder för att möjliggöra hållfasthetsberäkningar av komplicerade geometrier. PU-verktyg – Förkortning för produktutvecklingsverktyg som är metoder och verktyg som används i de olika faserna i ett projekt. Reverse trike – Trehjuligt fordon med ett bakhjul och två framhjul. Singel – Sten och grus som används för lagning av vägar. SolidWorks – Programvara för 3D-modellering. Sving – Den del av ramen som bakhjulet sitter monterat på. Tetraed – Består av fyra trianglar där tre sidor möts i varje hörn. Tilta – Att vid färd luta fordonet i längsgående axel för att styra tyngdförflyttning vid färd i kurvor.. IV.

(6) Förkortningar I denna rapport används följande förkortningar: CNC – Computer numerical control DFA – Design for Assembly DFE – Design for Environment DFM – Design for Manufacture FEM – Finita element metoden FMEA – Failure Mode and Effect Analysis kg – Kilogram mm – Millimeter MPa – Megapascal N – Newton Sek – Svenska kronor Kr – kronor km/h – kilometer i timmen. V.

(7) Innehållsförteckning 1. 2. Inledning.................................................................................................................................... 1 1.1. Syfte och Mål..................................................................................................................... 1. 1.2. Projektdirektiv ................................................................................................................... 2. 1.3. Problemformulering........................................................................................................... 2. 1.4. Projektavgränsningar ......................................................................................................... 2. Teoretisk bakgrund ................................................................................................................... 3 2.1. Litteraturstudie................................................................................................................... 3. 2.2. Utvecklingsprocess ............................................................................................................ 3. 2.3. Gantt-schema ..................................................................................................................... 3. 2.4. Budget ................................................................................................................................ 3. 2.5. Konkurrentanalys............................................................................................................... 4. 2.6. Kravspecifikation............................................................................................................... 4. 2.7. Funktionsanalys ................................................................................................................. 4. 2.8. Idé och konceptgenerering................................................................................................. 5. 2.8.1 2.9. Brainstorming ............................................................................................................. 5. Konceptutvärdering ........................................................................................................... 5. 2.10 Design for Assembly ......................................................................................................... 6 2.11 Design for Manufacture ..................................................................................................... 6 2.12 Design for Environment .................................................................................................... 6 2.13 Failure Mode and Effect Analysis ..................................................................................... 6 2.14 Finita Element Metoden .................................................................................................... 6 2.15 Prototyp ............................................................................................................................. 6 3. Tillämpad lösningsmetodik ....................................................................................................... 7 3.1. Tidsplan ............................................................................................................................. 7. 3.2. Budget ................................................................................................................................ 7. 3.3. Informationsinhämtning .................................................................................................... 7. 3.3.1. Lagar och regler ......................................................................................................... 7. 3.3.2. Problemförståelse ....................................................................................................... 8. 3.3.3. Konkurrentanalys ..................................................................................................... 11. 3.4. Kravspecifikation............................................................................................................. 13. 3.5. Funktionsanalys ............................................................................................................... 14 VI.

(8) 3.6. Idégenerering ................................................................................................................... 14. 3.6.1. Ramskisser ............................................................................................................... 15. 3.7. Idéval ............................................................................................................................... 16. 3.8. Konceptgenerering 1 ........................................................................................................ 16. 3.8.1 3.9. Konceptskisser del 1 ................................................................................................. 17. Konceptval 1 .................................................................................................................... 18. 3.10 Konceptgenerering 2 ........................................................................................................ 18 3.10.1. Konceptskisser del 2 ................................................................................................. 19. 3.11 Konceptval 2 .................................................................................................................... 20 3.12 Konceptrealisering ........................................................................................................... 20 3.12.1. Design for Assembly ................................................................................................ 20. 3.12.2. Design for Manufacture ........................................................................................... 20. 3.12.3. Design for Environment ........................................................................................... 20. 3.12.4. Failure Mode and Effect Analysis ............................................................................ 21. 3.12.5. Beräkningar .............................................................................................................. 21. 3.13 Prototyp ........................................................................................................................... 21 4. Resultat ................................................................................................................................... 22. 5. Detaljerat resultat .................................................................................................................... 23. 6. 5.1. Tiltning ............................................................................................................................ 23. 5.2. Individuell fjädring .......................................................................................................... 24. 5.3. Materialval ....................................................................................................................... 24. 5.4. Prototyp ........................................................................................................................... 27. Analys ..................................................................................................................................... 29 6.1. Problemformulering......................................................................................................... 29. 6.2. Kravspecifikation............................................................................................................. 29. 6.3. Sammanfattning ............................................................................................................... 30. 7. Slutsats .................................................................................................................................... 31. 8. Rekommendation .................................................................................................................... 32. 9. Referenser ............................................................................................................................... 33 9.1. Bilder ............................................................................................................................... 33. 9.2. Litteratur .......................................................................................................................... 33. 9.3. Lagar och regler ............................................................................................................... 33. 9.4. Programvara..................................................................................................................... 33 VII.

(9) 9.5 10. Webbsida ......................................................................................................................... 34 Bilagor ................................................................................................................................. 35. VIII.

(10) Figurförteckning Figur 1 Ulrich och Eppingers utvecklingsprocess (Fredrik Larsson, 2015)..................................... 3 Figur 2 Funktionsträd (Fredrik Larsson 2015) ................................................................................. 4 Figur 3 Potthål/Lagning med grus .................................................................................................... 8 Figur 4 Långsvängar ......................................................................................................................... 9 Figur 5 Svänga i korsning ................................................................................................................ 9 Figur 6 Dörrar till cykelförråd ........................................................................................................ 10 Figur 7 Trottoarkant ....................................................................................................................... 10 Figur 8 I/ur stigning........................................................................................................................ 11 Figur 9 Outrider Alpha ................................................................................................................... 11 Figur 10 Arc Trike.......................................................................................................................... 12 Figur 11 Diamond Back ................................................................................................................. 12 Figur 12 Funktionsanalys övergriplig (Fredrik Larsson, 2015) ..................................................... 14 Figur 13 Funktionsanalys stödfunktionen Tiltning (Fredrik Larsson, 2015) ................................. 14 Figur 14 Idé 1 (Fredrik Larsson, 2014) .......................................................................................... 15 Figur 15 Idé 2 (Fredrik Larsson, 2014) .......................................................................................... 15 Figur 16 Idé 3 (Fredrik Larsson, 2014) .......................................................................................... 16 Figur 17 Koncept 1 (Fredrik Larsson, 2014) .................................................................................. 17 Figur 18 Koncept 2 (Fredrik Larsson, 2014) .................................................................................. 17 Figur 19 Koncept 3 (Fredrik Larsson, 2014) .................................................................................. 18 Figur 20 Slutkoncept 1, vy ovanifrån (Fredrik Larsson, 2014) ...................................................... 19 Figur 21 Slutkoncept 1, vy underifrån (Fredrik Larsson, 2014) .................................................... 19 Figur 22 Konceptram realiserad (Fredrik Larsson, 2015) .............................................................. 22 Figur 23 Tiltning (Fredrik Larsson, 2015) ..................................................................................... 23 Figur 24 Parallellogramprincip för tiltfunktion (Fredrik Larsson, 2015) ....................................... 23 Figur 25 Individuell fjädring (Fredrik Larsson, 2015) ................................................................... 24 Figur 26 FEM-analys huvudram (Fredrik Larsson 2015) .............................................................. 25 Figur 27 FEM-analys tiltarm (Fredrik Larsson 2015) .................................................................... 26 Figur 28 FEM-analys tiltarm 10mm n = 1 (Fredrik Larsson, 2015) .............................................. 26 Figur 29 Översiktsvy av prototypen ............................................................................................... 27 Figur 30 Framvagn ......................................................................................................................... 27 Figur 31 kraftöverföring fjädring ................................................................................................... 28 IX.

(11) Figur 32 Svingled ........................................................................................................................... 28. X.

(12) Tabellförteckning Tabell 1 Urval av föreskrifter gällande cyklar ................................................................................. 7 Tabell 2 Utdrag av kravspecifikation ............................................................................................. 13 Tabell 3 Kravspecifikation för ram ................................................................................................ 13 Tabell 4 Konceptspecifikation ....................................................................................................... 18 Tabell 5 Utdrag ur Pughs matris .................................................................................................... 20 Tabell 6 Utdrag FMEA .................................................................................................................. 21 Tabell 7 Kostnader för ram ............................................................................................................ 25. XI.

(13) 1 Inledning Utveckling av eldrivna fordon går ständigt framåt och el-hybrider är idag inte helt ovanliga bland exempelvis bilar, motorcyklar och vanliga cyklar. I linje med den utvecklingen har tre studenter från Mälardalens Högskola bestämt sig för att utveckla ett rent eldrivet cykelklassat fordon. Denna rapport innehåller utvecklingsarbetet och prototyptillverkningen för ramen med dess fjädring och tiltfunktion. Ett personligt intresse har alltid funnits för cyklar och cykelliknande fordon med fler än två hjul. I stort sett samtliga cyklar av den typen som finns kommersiellt tillgängliga idag använder sig utav en stel ram med begränsad fjädring på respektive hjul. Problemet med dessa är att de inte ger samma inlevelse vid färd som exempelvis en vanlig tvåhjulig cykel eller en motorcykel där fordonet kan lutas vid kurvtagning för att bättre utnyttja vikt och tyngdpunkt för att inte tippa. Det är den känslan som saknas hos dagens cykelliknande fordon. I takt med utvecklingen av effektivare elmotorer och batterier kommer eldrift för fordon bli allt mer eftertraktad. Detta kan med fördel tillämpas på mindre, billiga fordon för att erbjuda miljövänliga och billiga transportmedel i framförallt stadsmiljö. Implementera i etablerade branscher som bil och motorcykelindustrin är en långsam process men en bransch där den tekniska utvecklingen nyligen har börjat erbjuder betydligt större potential, exempelvis cyklar. De flesta fordon i dag använder sig av passiv tiltning, det innebär att föraren använder kroppsvikten kombinerat med att först svänga åt motsatt håll under ett kort ögonblick för att få fordonet att luta sig och sedan svänga åt rätt håll för att färdas i önskad riktning. Detta kräver att föraren är aktiv under hela förloppet. I en reverse trike finns däremot inte samma möjligheter att röra sig. I ett sådant fall bör aktiv tiltning användas där föraren reglerar tiltningen genom manuella reglage. Svårigheten med en trike jämfört med en vanlig tvåhjulig cykel rent tekniskt är styrningen. En vanlig cykel använder en framgaffel där hjulet sitter monterat som i sin tur har en styrstång monterad vilket ger föraren möjlighet att styra. På en trike och framför allt en reverse trike, ser förutsättningarna annorlunda ut. Eftersom det är två styrande hjul som ska styra likvärdigt måste dessa vara sammankopplade för att ge en jämn svängradie. Det faktum att fordonet dessutom ska ha fjädring försvårar det ytterligare.. 1.1 Syfte och Mål Akademiskt syfte med projektet är att se om studenten har de nödvändiga kunskaper som krävs för att genomföra ett konstruktionsprojekt av denna tekniska höjd. ”Studenten skall ensam eller i grupp om två självständigt kunna tillämpa förvärvade kunskaper och söka ny kunskap för att på ett tekniskt och vetenskapligt sätt behandla ett produktutvecklingsproblem”1. Syftet med detta arbete är att utveckla en ny typ av cykelram som tillåter fordonet att tilta för ökad inlevelse vid färd. Då detta saknas hos kommersiellt tillgängliga produkter kommer en sådan 1. Mälardalens högskola. Examensarbete. 2010. 1 (35).

(14) funktion ge ett mervärde för produkten och ta den typen av fordon till en ny nivå. Att reflektera över är även om fordonet kommer kunna vara ett alternativ för trafik i stadsmiljö. Målet med projektet är att utveckla ett teoretiskt fungerande koncept av en ram för ett helt eldrivet och cykelklassat fordon med fler än två hjul. Genom en litteraturstudie ska en process för genomförandet av projektet läggas upp för att besvara de frågeställningar som dyker upp under projektets gång. Detta ska presenteras i form av en CAD modell i SolidWorks. Därefter är det önskvärt att en prototyp ska tillverkas för att utvärdera och testa konceptet. Den ska dessutom uppfylla de regler som gäller för den typen av fordon, gällande exempelvis dimensioner och hållbarhet. Prototypen ska klara belastningen av en förare som väger 100 kg.. 1.2 Projektdirektiv Projektet utförs på D-nivå (30 högskolepoäng), vilket motsvarar 800 timmars arbete och kommer utföras under vårterminen 2014. Eftersom projektet inte har någon uppdragsgivare finns ingen uppdragsbeskrivning och därmed inga direktiv från en sådan. För ytterligare avgränsningar, se projektavgränsningar.. 1.3 Problemformulering Frågeställningarna nedan ligger som grund för projektet: 1. 2. 3. 4.. Vilka regler gäller för ett pedallöst cykelklassat fordon? Vilket material bör användas för att få en lätt och hållbar konstruktion? Vilken lösning lämpar sig bäst för fjädring? Hur kan ramen konstrueras för att möjliggöra tiltning?. 1.4 Projektavgränsningar Det faktum att projektet är privat, utan direkt koppling till ett företag eller investerare, innebär att de kostnader som kommer uppstå måste betalas personligen. Det medför en begränsning på det konstruktionsarbete och komponentval som ska göras för att ekonomiskt kunna genomföra projektet. Med anledning av att det totalt är tre stycken studenter, inklusive rapportens författare, inblandade i projektet har det bestämts att tillgänglig budget är 15 000 kr när projektet startar. Tillverkning och montering av prototyp kommer i största möjliga utsträckning ske i högskolans verkstad för att hålla nere kostnader. Konstruktionen bör därför vara av sådant utförande att studenterna själva kan utföra arbetet. Med den begränsande tidsramen och projekts omfattning kommer ett teoretiskt fungerande koncept utvecklas samt en prototyp tillverkas för att undersöka om konceptet är möjligt. Om möjligt ska relevanta tester genomföras för att säkerställa funktioner eller vidareutveckling av dessa. Då fokus endast ligger på att utvärdera konceptet kommer projektet inte undersöka hur produkten ska kunna göras kommersiell, det vill säga ingen prisuppskattning kommer göras. Inte heller någon undersökning för lansering av produkten eller vilka leverantörer som vore lämpliga.. 2 (35).

(15) 2 Teoretisk bakgrund I dessa stycken kommer det redogöras för vilken process och vilka verktyg som kommer användas i projektet.. 2.1 Litteraturstudie Litteraturstudien kommer att ligga till grund för val av process och tillämpning av de olika produktutvecklingsverktygen (PU-verktygen). I litteraturstudien används studentlitteratur från relevanta kurser under utbildningen och sökorden till dessa är de PU-verktyg som kommer användas. Eftersom viss litteratur är på engelska kommer även engelska motsvarigheter på verktygen användas som sökord. Detta anses vara godkända källor då litteraturen är rekommenderad av lärarna på lärosätet.. 2.2 Utvecklingsprocess För att på ett strukturerat sätt genomföra produktutvecklingen kommer Ulrich och Eppingers utvecklingsprocess att tillämpas, se Figur 1.. Planning. Concept development. System-Level design. Detail design. Testing and Refinement. Produkction ramp-up. Figur 1 Ulrich och Eppingers utvecklingsprocess (Fredrik Larsson, 2015). Inledningsvis följer en planeringsfas. Därefter genomförs konceptutveckling som följs av en systemdesign. Efter systemdesignen görs en detaljdesign innan konceptet testas och produkten tas till produktion. Det här projektet kommer inte gå hela vägen till att sätta en produkt i produktion.. 2.3 Gantt-schema Gantt är ett traditionellt verktyg för tidsplanering som grafiskt visar vilka uppgifter som ska utföras och när de ska utföras i form av ett flödesschema. Uppgifterna kan läggas in och utföras parallellt eller sekventiellt det vill säga att två uppgifter kan utföras samtidigt då dessa inte är beroende av varandra eller kan ett beroende läggas in att en uppgift måste vara avslutad för att nästa ska kunna påbörjas.2. 2.4 Budget Det är viktigt att ha en budget för att tydliggöra de kostnader ett projekt medför. I en budget ska samtliga planerade inkomster och utgifter finnas med. En budget brukar innehålla personalkostnader, fastighetskostnader samt kostnader för material och service.3. 2 3. Ulrich, Karl T. och Eppinger, Steven D. Product Design and Development. 2008. 337. Ibid, 343. 3 (35).

(16) 2.5 Konkurrentanalys En konkurrentanalys har två syften. Det ena är att bli medveten om vad som finns idag. Vilka produkter och vilka företag finns inom samma bransch och är potentiella konkurrenter. Det andra är att visa vilka möjliga förbättringar det går att göra mot befintliga produkter.4. 2.6 Kravspecifikation För att kunna utveckla en produkt som uppfyller de krav och det behov som finns används en kravspecifikation. I den sammanställs samtliga krav som finns på produkten. De krav som finns i en kravspecifikation kan komma från bland annat kundundersökningar, lagar och regler, företagsprofiler och krav från uppdragsgivaren.5 Kravspecifikationen används sedan för att kontrollera att den slutliga produkten uppfyller det syfte den utvecklades för.. 2.7 Funktionsanalys Det är av stor vikt att produktens syfte och funktion specificeras för bästa möjliga utveckling. Detta görs lämpligast med en funktionsanalys. En funktionsanalys består av en huvudfunktion, delfunktioner och stödfunktioner där huvudfunktionen inte ska vara möjlig utan delfunktionerna. Stödfunktionerna däremot är endast till för att ge ett mervärde på produkten. Utmaningen med en funktionsanalys är att skriva analysen utan att den blir för begränsande. Exempelvis skulle en felaktig funktionsanalys för en blyertspenna vara att ”den har till uppgift att rita en blyertslinje.” Detta begränsar utvecklingsarbetet till en penna som endast ritar linjer i blyerts. En korrekt utförd funktionsanalys hade istället kunnat skriva ”avsätta märke”. Detta gör att utvecklingsarbetet inte begränsas i onödan. Det finns dock inte ett korrekt sätt att skriva en funktionsanalys men en funktionsanalys skrivs med fördel endast av ett verb och ett substantiv för varje funktion. En variant av en funktionsanalys är att använda ett funktionsträd där huvudfunktionen skrivs på toppen av en hierarki och fylls sedan på med delfunktioner och stödfunktioner.6. Figur 2 Funktionsträd (Fredrik Larsson 2015). 4. Ullman, David G. The Mechanical Design Process, 2010. 157 Bergman, Bo. Och Klefsjö, Bengt. Kvalitet från behov till användning, 2008. 116. 6 Kenneth Österlin. Design i fokus för produktutveckling, 2011. 42-43. 5. 4 (35).

(17) 2.8 Idé och konceptgenerering De kreativa delarna i en utvecklingsprocess kallas idé- och konceptgenerering och består av olika metoder och verktyg för att stimulera det kreativa tänkandet. I dessa delar skapas idéerna och koncepten som sedan ligger till grund för utvärdering och konceptval för realisering. Ett av dessa verktyg är brainstorming. 7 2.8.1. Brainstorming. Brainstorming kan utföras likväl enskilt som i grupp. Reglerna för en brainstorming är följande:8 1. 2. 3. 4.. Alla idéer ska antecknas och sparas Försök generera maximalt antal idéer Tänk stort, omöjliga idéer leder ofta till användbara idéer Utvärdera inte idéerna, endast skapande av idéer får förekomma. 2.9 Konceptutvärdering Konceptutvärderingen bedömer vilket koncept som är mest lovande och även här finns olika metoder att använda. En av dessa är 4-stegsmetoden. Samtliga koncept utvärderas i varje steg och stryks om de inte uppfyller kraven i varje steg. De koncept som klarar de tre första stegen utvärderas avslutningsvis i en matrisutvärdering. De fyra stegen är: 1. Är konceptet lämpligt? Faktorer som etik, lagar och regler tas till hänsyn. Även huruvida konceptet passar in i projektet bedöms. Är konceptet strategiskt rätt att jobba vidare med? Ligger det rätt i tiden och är det i linje med företagets profil? 2. Är konceptet tekniskt genomförbart? Finns tekniken att realisera konceptet? Finns nödvändiga tillverkningsmetoder, material och komponenter? 3. Uppfyller konceptet kravspecifikationen? Konceptet jämförs mot kravspecifikationen för att se om det uppfyller de krav som ställts på produkten. 4. Pughs matris De koncept som gått vidare genom de tre första stegen stoppas sedan in i en utvärderingsmatris. Där jämförs varje koncept mot ett referenskoncept som med fördel är den produkt som ska vidareutvecklas, alternativt en konkurrent för att utveckla en konkurrenskraftig produkt.9. 7. Ullman, David G. The Mechanical Design Process, 2010. 189-190 Ullman, David G. The Mechanical Design Process, 2010. 190 9 Rolf Lövgren. Lärare vid Mälardalens högskola. Föreläsning Produktutveckling 3, 2011. 8. 5 (35).

(18) 2.10 Design for Assembly Design for Assembly (DFA) innebär att en produkt är anpassad för lämpligast monteringsmetod. En produkt som är snabb och enkel att montera har en kortare ledtid och kostar mindre.10. 2.11 Design for Manufacture Design for Manufacture (DFM) innebär att varje komponent i en konstruktion anpassas för lämpligast tillverkningsmetod. Detta innefattar faktorer som bland annat effektivitet och svinn. Detta gör att kostnaden för komponenten sjunker då den blir enklare att tillverka och håller jämnare kvalitet.11. 2.12 Design for Environment Design for Environment (DFE), även känd som grön design, innebär att produkten och dess komponenter anpassas för att minska miljöpåverkan både innan, under och efter sin livslängd. Det kan innebära att materialet som används är återvunnet och att komponenterna går att återanvända eller återvinna när produktens livslängd är slut.12. 2.13 Failure Mode and Effect Analysis Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) är ett verktyg som utvärderar risker och felorsaker i ett koncept genom en tillförlitlighetsanalys. Detta för att i de olika stegen i utvecklingsfaserna kunna utvärdera och åtgärda potentiella felorsaker på den slutliga produkten.13 Svårigheten med en FMEA är att den bygger på uppskattningar och ger därför inga definitiva svar.. 2.14 Finita Element Metoden Finita Element Metoden (FEM-analys) är ett datorbaserat verktyg för hållfasthetsberäkningar och simuleringar med hög noggrannhet.14 Verktyget delar upp en geometri i små beståndsdelar, Mesh, och utför sedan enklare beräkningar på varje del. Detta möjliggör beräkningar som inte hade varit möjliga att genomföra för hand.15. 2.15 Prototyp Det är en viktig skillnad mellan en prototyp och modell, en modell ser ut som produkten ska göra medan en prototyp fungerar som produkten ska göra16. En prototyp använder även de specificerade material och komponenter som den färdiga produkten ska använda och skiljer sig egentligen bara i eventuella tillverkningsmetoder17.. 10. Ullman, David G. The Mechanical Design Process, 2010. 329. Ibid. 328. 12 Ibid. 358. 13 Bergman, Bo. Och Klefsjö, Bengt. Kvalitet från behov till användning, 2008. 170. 14 Ullman, David G. The Mechanical Design Process, 2010. 294. 15 Bengt Erik Gustavsson. Lärare vid Mälardalens högskola. Föreläsning i Datorstödd produktutveckling. 2013. 16 Ragnar Tengstrand. Lärare vid Mälardalens högskola. Föreläsning i Industridesign 3. 2015. 17 Kenneth Österlin. Design i fokus för produktutveckling, 2011. 82. 11. 6 (35).

(19) 3 Tillämpad lösningsmetodik I följande avsnitt beskrivs hur metoderna och de olika PU-verktygen använts.. 3.1 Tidsplan I Gantt-schemat listas alla moment som ska genomföras och även när de ska vara utförda. Samtliga moment har ett start- och slutdatum där vissa ligger parallellt och vissa ligger i beroendeföljd. Detta då vissa moment måste vara utförda för att den informationen ska användas i nästa moment. Några av de punkter som Gantt-schemat består av är:    . Informationsinhämtning Problemförståelse Konceptval Prototypbygge. Gantt-schemat består av ett planerat utförande och ett för det faktiska utfallet. För komplett Ganttschema, se Bilaga 1.. 3.2 Budget Det är totalt tre stycken studenter inblandade i hela projektet och därför bestämdes det att tillgänglig budget är 15 000 kr när projektet startar då respektive medlem var beredd att tillföra 5 000 kr var. Utöver dessa 15 000 kr kommer Mobergs Innovationer HB stå för hela materialkostnaden för ramutvecklingen.. 3.3 Informationsinhämtning I följande avsnitt kommer de olika stegen i informationsinhämtningen presenteras. 3.3.1. Lagar och regler. För att kunna ta fram en laglig prototyp är det viktigt att vara medveten om vilka krav som ställs på ett sådant fordon. Efter kontakt med Transportstyrelsen och via deras hemsida fanns samtliga regler för den typen av fordon tillgängliga. Denna information låg sedan till grund för kravspecifikationen. I Tabell 1 följer några av de föreskrifter som användes från Transportstyrelsen. För utdrag ur Transportstyrelsens föreskrifter gällande cyklar, hästfordon och sparkstöttingar, se Bilaga 2. För Lag om vägtrafikdefinitioner, se Bilaga 3. Tabell 1 Urval av föreskrifter gällande cyklar. Dimension. Sammanfattning Max längd: 1,6 m Max bredd: 0,75 m. Belysning. Fordonet skall ha vit eller gul lykta framåt Fordonet skall ha röd lykta bakåt. 7 (35).

(20) 3.3.2. Problemförståelse. För att få en inblick i olika situationer som fordonet kan hamna i gjordes en rad scenarion. Detta för att analysera de olika moment som fordonet ska klara och sätta relevanta krav på fordonet. För problemscenarion, se Bilaga 4. Följande scenarion undersöktes:      . Potthål/Lagning med singel Kurvtagning landsväg Svänga i korsning Dörrar till cykelförråd Åka ned från trottoarer I/Urstigning. 3.3.2.1 Potthål/Lagning med grus. Figur 3 Potthål/Lagning med grus18. Fordonet kan komma att framföras längs vägar och måste klara av de situationer som kan uppstå, exempelvis kan ett parti av vägen vara trasigt eller under reparation och därför vara knöligt eller endast belagd med singel. Detta är därför något som fordonet måste klara av.. 18. Nilsson, Stig. 2015.. 8 (35).

(21) 3.3.2.2 Kurvtagning landsväg. Figur 4 Långsvängar19. Vid färd längs landsväg är vägen inte helt rak utan fordonet måste klara av att svänga. I det här scenariot handlar det om att svänga igenom en kurva som inte är tvär. Detta ställer då kravet att fordonet ska kunna göra en utdragen sväng med stor svängradie. 3.3.2.3 Svänga i korsning. Figur 5 Svänga i korsning20. Vid färd inne i stadsmiljö eller vid en korsning längs landsväg måste även fordonet klara av betydligt skarpare kurvtagningar med minsta möjliga svängradie för att inte hamna mitt ute i trafiken.. 19 20. Larsson, David. 2008. Isaksson, Krister. 2015.. 9 (35).

(22) 3.3.2.4 Dörrar till cykelförråd. Figur 6 Dörrar till cykelförråd21. Finns tillgång till ett cykelförråd är det även önskvärt att kunna förvara fordonet inomhus och det kräver passage genom en dörr. Detta är då något som ska tas hänsyn till vid konstruktionsarbetet. 3.3.2.5 Åka ned från trottoarer. Figur 7 Trottoarkant22. Vid färd i stadsmiljö finns i regel trottoarer att färdas på men det kan dyka upp situationer där fordonet måste lämna trottoaren. Därför ska fordonet ha möjlighet att ta sig upp och ner för trottoarkanter. Den ska även ha möjlighet att åka med halva hjulparet utanför trottoaren för att ta sig förbi ett hinder.. 21 22. Daloc. Tillgänglighetsdatabasen. 2013.. 10 (35).

(23) 3.3.2.6 I/Urstigning. Figur 8 I/ur stigning23. För att kunna nyttja fordonet är möjligheten för i och ur stigning avgörande. Ett fordon där föraren inte kan ta sig in i fordonet går inte att bruka i dess avsedda syfte. 3.3.3. Konkurrentanalys. Syftet med konkurrentanalysen är att se vilka aktörer som finns på marknaden idag och vad de erbjuder för produkter. Detta fungerar även som inspirationskälla för att se vilka egenskaper de olika produkterna har och vilka krav som kommer ställas på prototypen. Detta för att kunna skapa en konkurrenskraftig produkt. 3.3.3.1 Outrider Alpha. Figur 9 Outrider Alpha. Outrider Alpha är en trehjulig cykel med kombinerad pedal- och motordrift. Den har en topphastighet på 48 km/h och når 130 km respektive 90 km baserat på om pedalerna används.. 23. Chikung-unlimited. 2007.. 11 (35).

(24) Outrider Alpha består av en aluminiumram och är 1980 mm lång, 825 mm bred, 660 mm hög och väger 45 kg. 24 3.3.3.2 Arc Trike. Figur 10 Arc Trike. Arc Trike är en trehjulig cykel med kombinerad pedal- och motordrift. Den har en topphastighet på 40-45 km/h och når upp till 75 km vid kombinerad el och pedaldrift. Arc Trike består av en aluminiumram och är 2080 mm lång, 876 mm bred och väger 41 kg. Framhjulen är 20 tum i diameter och bakhjulet är 26 tum i diameter.25 3.3.3.3 DiamondBack. Figur 11 Diamond Back. DiamondBack är en trehjulig motorcykel med motordrift. Denna produkt är inte en direkt konkurrent utan kommer kunna användas för inspiration till konstruktionen.26 Utifrån konkurrentanalysen kunde det konstateras att direkt konkurrerande produkter var näst intill obefintliga. Den typ av fordon som ansågs ligga närmast var samtliga motorcykelklassade och anses därmed inte som direkta konkurrenter. Nedan följer några exempel av de fordon som ingick i konkurrentanalysen. För komplett konkurrentanalys, se Bilaga 5.. 24. Outrider USA ALL-NEW 2015 ALPHA. 2015 Arctrike. Specs/Pictures. 2015. 26 Diamondback Division. 25. 12 (35).

(25) 3.4 Kravspecifikation Utifrån den information som erhållits och de krav projektskaparna har på fordonet kan nu en kravspecifikation göras. Krav som dimensioner och hastighet kommer från transportstyrelsens förordning. Egenskaper hos fordonet, tiltning och individuell fjädring som är basfunktioner, kommer från projektskaparnas krav samt problemförståelsen. Se tabell 2 för ett utdrag från kravspecifikationen, för komplett kravspecifikation, se Bilaga 6. Tabell 2 Utdrag av kravspecifikation. Kravspecifikation Dimensioner. Bredd: max 750 mm Längd: max 1600 mm. Hastighet. Max 20 km/h. Styrning/Fjädring. Lutning/tiltning runt längsgående horisontell axel vid högre hastighet Fjädring på samtliga hjul. Övrigt. Ljudsignal. Kravspecifikationen från tabell 2 gäller för hela projektet. Denna rapport handlar endast om utvecklingen av ramen och därför togs en reviderad kravspecifikation fram. Där listas de krav som är specifika för ramen och dess konstruktion, för utdrag av kravspecifikation för ram, se tabell 3, för komplett kravspecifikation för ram, se Bilaga 7. Tabell 3 Kravspecifikation för ram. Primära krav Dimensioner. Bredd: max 750mm. Se 9 § i TSFS (2010:144). Längd: max 1600mm. Styrning och fjädring. Lutning/tiltning runt längsgående horisontell axel vid högre hastighet Fjädring på samtliga hjul. Övrigt. Synlig för andra trafikanter Avsedd för en person. 13 (35).

(26) 3.5 Funktionsanalys Sista delen innan idégenereringen kan börja är en funktionsanalys. Först gjordes en funktionsanalys för fordonet generellt. Se Figur 12, för komplett funktionsanalys, se Bilaga 8.. Huvudfunktion Möjliggöra transport. Delfunktioner. Bära last. Ram. Stödfunktioner. Inneha drivenhet. Möjliggöra navigering. Möjliggöra tiltning. Infästning för drivenhet. Figur 12 Funktionsanalys övergriplig (Fredrik Larsson, 2015). Möjligheten att tilta är satt som en stödfunktion i funktionsanalysen men är listat som ett krav i kravspecifikationen. därför gjordes ytterligare en funktionsanalys där tiltningen är satt som huvudfunktion, se Figur 13. Det gjordes för att veta vad som skulle hållas i åtanke under kommande idégenerering gällande den funktionen.. Huvudfunktion Möjliggöra Tiltning. Delfunktioner. Ram. Mothåll. Stödfunktioner. Möjliggöra kraftförflyttning. Rotationspunkter. Figur 13 Funktionsanalys stödfunktionen Tiltning (Fredrik Larsson, 2015). 3.6 Idégenerering Med kravspecifikationen och problemförståelsen som grund genomfördes idegenereringen. I detta avsnitt presenteras en par olika idéer med kort beskrivning, för komplett idégenerering, se Bilaga 9.. 14 (35).

(27) 3.6.1. Ramskisser. Idé 1. Figur 14 Idé 1 (Fredrik Larsson, 2014). Beskrivning Denna idé bygger på en reverse trike, det vill säga en trehjulig konstruktion där det sitter ett hjul bak, som i detta fall är drivande, och två styrande hjul fram. Svingen är ledad för att möjliggöra ett fjädrande bakparti och framvagnen består av två stycken armar som går framåt med ramens riktning. Dessa armar är ledade, när dessa rör sig upp respektive ner lutar fordonet. Ytterst på dessa armar sitter styrleder för att göra fordonet manövrerbart. Idé 2. Figur 15 Idé 2 (Fredrik Larsson, 2014). Beskrivning Även denna idé bygger på en reverse trike. Den består av ett drivande bakhjul och två styrande framhjul. Framvagnen består av två länkarmar i utförandet av ett parallellogram för att hjulen ska 15 (35).

(28) hålla sig i samma relativa vinkel till ramen, även vid lutning. Fjädringen i detta koncept är baserad på Ariel Atom27 (se Bilaga 10) för att möjliggöra en mer kompakt konstruktion. Idé 3. Figur 16 Idé 3 (Fredrik Larsson, 2014). Beskrivning Den tredje idén skiljer sig från de tidigare då den är i utförandet av en trike, det vill säga att den har ett främre hjul som är styrande och, i det här utförandet, även drivande. Baktill finns två hjul som är individuellt upphängda och fjädrande för att göra fordonet tiltbart.. 3.7 Idéval I samband med idévalet granskades och diskuterades samtliga idéer med övriga deltagare i projektet och för och nackdelar analyserades. De första tre stegen i 4-stegsmetoden användes som grund i analysen: 1. Är idén lämplig? 2. Är idén tekniskt genomförbar? 3. Uppfyller idén kravspecifikationen? Samtliga idéer var av sådan kvalité att vidareutveckling var önskvärd.. 3.8 Konceptgenerering 1 Då samtliga idéer gick vidare från idévalet låg de som grund för konceptgenereringen där det plockades delar från dessa idéer för att ta fram koncepten. Konceptgenereringen gav fem koncept. 27. Ariel Atom. 2015.. 16 (35).

(29) som redovisades i CAD. I följande avsnitt visas exempel på de olika koncepten med en tillhörande beskrivning, för fullständig konceptgenerering, se Bilaga 11. 3.8.1. Konceptskisser del 1. I följande avsnitt visas några av de konceptskisser som togs fram. Koncept 1. Figur 17 Koncept 1 (Fredrik Larsson, 2014). Beskrivning Koncept ett är en vidareutveckling av idé ett där konceptet är förtydligat med en CAD-modell för att göra idén mer visuellt greppbar och lättare att bedöma. Koncept 2. Figur 18 Koncept 2 (Fredrik Larsson, 2014). Beskrivning Koncept två är en vidareutveckling av idé två där konceptet är förtydligat med en CAD-modell för att även här göra idén mer visuellt greppbar och lättare att bedöma.. 17 (35).

(30) Koncept 3. Figur 19 Koncept 3 (Fredrik Larsson, 2014). Beskrivning Koncept tre är en vidareutveckling av idé tre där konceptet är förtydligat med en CAD-modell för att göra idén mer visuellt greppbar och lättare att bedöma.. 3.9 Konceptval 1 Vid konceptvalet granskades och diskuterades samtliga idéer igenom med övriga deltagare i projektet och för och nackdelar analyserades. Även här användes de tre första stegen i 4stegsmetoden. Utifrån denna diskussion togs en specifikation fram över vilken typ av lösning som ska användas för fordonets olika funktioner. Det beslutades att ytterligare en konceptgenerering skulle genomföras för att få fram ett optimalt koncept.. 3.10 Konceptgenerering 2 När det första konceptvalet var avslutat togs en specifikation fram över vilken typ av lösning varje funktion ska ha. Utifrån den ska nya koncept tas fram. För konceptspecifikation, se tabell 4. För komplett Konceptgenerering 2, se Bilaga 12. Tabell 4 Konceptspecifikation. Konceptspecifikation Framvagn. Parallellogram. Bakvagn. Sving. Styrning. Mekanisk. Ramkonstruktion. Lågt sittande. Drivning. Hubmotor Bakhjul. 18 (35).

(31) 3.10.1 Konceptskisser del 2 I Figur 20 och 21 visas ett av de slutkoncept som togs fram. Slutkoncept 1. Figur 20 Slutkoncept 1, vy ovanifrån (Fredrik Larsson, 2014). Figur 21 Slutkoncept 1, vy underifrån (Fredrik Larsson, 2014). Konceptet är baserat på koncept två med ett drivande bakhjul som sitter monterat på en fjädrad sving. Framvagnen består av två länkarmar i utförandet av ett parallellogram för att hjulen ska hålla sig i samma relativa vinkel till ramen, även vid lutning. Fjädringen är även här baserad på Ariel Atom för att möjliggöra en mer kompakt konstruktion. Tiltningen i detta koncept kontrolleras manuellt via två pedaler som är kopplade till infästningen för fjädringen.. 19 (35).

(32) 3.11 Konceptval 2 Samtliga koncept presenterades och diskuterades med övriga deltagare i projektet och med 4stegsmetoden som grund valdes ett koncept ut för realisering. 1. Är idén lämplig? 2. Är idén tekniskt genomförbar? 3. Uppfyller idén kravspecifikationen? För att genomföra valet av koncept att realisera användes det fjärde steget, Pugh´s matris. För utdrag, se Tabell 5, för komplett Pughs matris, se Bilaga 13. Tabell 5 Utdrag ur Pughs matris. Pughs matris Outrider Alpha. Slutkoncept 1. Slutkoncept 2. Slutkoncept 3. 0. 13. 15. 13. 0. 2. 1. 2. (Referens). Baserat på detta valdes slutkoncept ett ut till att jobba vidare med och realiseras. Detta trots att koncept två fick bäst i viktningen och vann med två poäng. Trots det känns konceptet outvecklat och kommer kräva en större ekonomisk insats än de övriga två koncepten.. 3.12 Konceptrealisering För att kunna bygga en prototyp måste det valda konceptet realiseras. Utifrån konceptet gjordes därför nödvändiga justeringar och materialval för att det ska vara möjligt att tillverka. Detta gjordes med hjälp av verktygen i DFX, FMEA samt FEM-analys. 3.12.1 Design for Assembly Montering av prototypen ska ske i Mälardalens högskolas lokaler med tillgängliga verktyg. Det innebär att det inte kommer finnas tillgång till avancerade monteringsriggar eller precisionsverktyg vilket det måste tas hänsyn till i konstruktionsarbetet. 3.12.2 Design for Manufacture Tillverkning av prototypen sker i största möjliga utsträckning i Mälardalens högskolas lokaler för att hålla nere kostnader. Det ställer därmed vissa krav på konstruktionsarbetet då samtliga detaljer bör vara tillverkningsbara i skolans maskinpark. Tillgängliga maskiner är, utöver manuella handverktyg, bland annat CNC-fräsar, svetsar, och en svarv. Detta gör att de flesta geometrier är möjliga att framställa. 3.12.3 Design for Environment För att minimera miljöpåverkan kommer i största möjliga utsträckning inga miljöfarliga material att användas. Även vid tillverkning ska, om möjligt, inga miljöfarliga material eller kemikalier användas. 20 (35).

(33) 3.12.4 Failure Mode and Effect Analysis För att minimera risken för att prototypen ska gå sönder och konceptet inte kunna utvärderas gjordes en FMEA analys. Detta för att i tidigt skede kunna göra nödvändiga ändringar. För utdrag ur FMEA se Tabell 6. För komplett FMEA, se Bilaga 14. Tabell 6 Utdrag FMEA. 3.12.5 Beräkningar Baserat på FMEA-analysen gjordes FEM-analyser på de berörda komponenter som ansågs vara i riskzonen för att se om åtgärder var nödvändiga. Dessa gjordes med hjälp av Simulation-verktyget i SolidWorks och manuella beräkningar. För beräkningar, se Bilaga 15, för komplett FEM-analys, se Bilaga 16. Huvudram Ett av fallen som utvärderades på huvudramen var hur stor påfrestning som kommer vara i skarven där huvudramen går från två rampipor till en rampipa. Baserat på reglerna från transportstyrelsen gällande hållfastheten28 på fordonet valdes en säkerhetsfaktor på två och beräkningsfallet utgick ifrån att en person som väger 100 kg ska kunna sitta i fordonet utan att ramen går sönder. För att få ut det största möjliga lastfallet lades vikten över den främre tvärbalken där skarven sitter och påfrestningen blir som störst. Tiltarm Den kraft som kommer belasta tiltarmen, från varje hjul, om personen som sitter i fordonet väger 100 kg är 2875,41 N men då tiltarmen består av två stycken fästplåtar delas belastningen upp och halveras och blir därför 1437,7 N.. 3.13 Prototyp När slutkonceptet är realiserat och eventuella felorsaker är identifierade och åtgärdade finns underlag för tillverkning av prototypen. Prototypens funktion är att utvärdera och testa de lösningar som projektet har lett fram till.. 28. TSFS 2010:144. 5.. 21 (35).

(34) 4 Resultat Nedan beskrivs resultatet för detta projekt. Slutligt koncept. Figur 22 Konceptram realiserad (Fredrik Larsson, 2015). Det slutliga konceptet är en ram för en rent eldriven cykel av typen reverse trike, det vill säga att cykeln har ett bakhjul och två stycken framhjul. Den är rent eldriven och det innebär att fordonet inte har pedaler för framdrivning utan att den endast drivs av en elmotor. Det som skiljer detta koncept från befintliga produkter och som dessutom är huvudsyftet med konceptet och gör det unikt, är möjligheten att tilta som idag är i stort sett obefintligt hos konkurrenterna. Konceptet kan ses som ett mer förmånligt alternativ till fordon med förbränningsmotor inom stadsmiljö. Det kan även ses som ett billigt transportmedel mellan exempelvis hemmet och jobbet. Produktspecifikation Samtliga hjul har individuell fjädring, det vill säga att varje hjul kan anpassa sig efter underlaget, och ramen har en inbyggd funktion för manuell tiltning. Ramen är 1405 mm lång, 534 mm bred, 645 mm hög, väger 6.95 kg(teoretisk vikt) och är dimensionerad för att användas med 20 tums cykelhjul. En prototyp för att kunna fysiskt utvärdera funktionerna påbörjades och den består till största del av aluminiumprofiler i utförandet 50x30x2.5 samt 20x20x2 av typen AL EN6063-T6. Den kunde däremot inte färdigställas på grund av den givna tidsramen och därför har inga funktionstester vart möjliga. Plåtdetaljerna är gjorda i fem mm aluminiumplåt av typen AL EN6082-T6, glidsträngerna är kalldragen stång av typen S355J2G3C+C och glidlagren är tillverkade i nylon. För komplett ritningsunderlag, se Bilaga 17. 22 (35).

(35) 5 Detaljerat resultat I följande stycken beskrivs resultatet och funktionerna djupare och mer ingående.. 5.1 Tiltning I följande stycke förklaras hur tiltningen fungerar.. Figur 23 Tiltning (Fredrik Larsson, 2015). För att använda tilten placeras fötterna på fotpedalerna som sitter placerade på glidskenor längs med ramen i framvagnen. För att få fordonet att tilta trycks önskad pedal framåt. Pedalen sitter kopplad till tiltarmen som i sin tur för fjädringens dämpare i önskad riktning. Genom denna förflyttning höjs eller sänks länkarmarna i framvagnen vilket får fordonet att tilta åt önskat håll. Framvagnen bygger på principen av ett parallellogram där hjulen kommer vara parallella oavsett hur mycket fordonet tiltar vilket är önskvärt för jämt slitage på däck samt en kontrollerad styrning, se Figur 24.. Figur 24 Parallellogramprincip för tiltfunktion (Fredrik Larsson, 2015). 23 (35).

(36) 5.2 Individuell fjädring Individuell fjädring är en förutsättning för att konceptet ska fungera.. Figur 25 Individuell fjädring (Fredrik Larsson, 2015). Fjädringen har placerats längs med ramen, för att spara på utrymme för föraren. En dämpare är kopplad till en länkarm som fungerar som en sammankoppling av de två trissorna. Detta för att fördela belastningen för varje trisspar. Dessa är i sin tur kopplade internt via en vajer för att överföra kraften från hjul till dämpare vid fjädringsutslag.. 5.3 Materialval För att hålla vikten och kostnaden på ramen nere valdes aluminium av typen 6063-T6, som är anpassad för höghållfasta ändamål och används bland annat i broar29. Den visade tillräckligt bra värden vid beräkningar i utförandet av fyrkantsprofiler och fanns tillgänglig i lämpliga dimensioner hos lokal återförsäljare. Fyrkantsprofilen medför även en högre styvhet vilket var passande för ändamålet. Det är även lättbearbetat och svetsbart vilket gör att prototypen kan tillverkas i högskolans lokaler. Till ramen valdes fyrkantsprofiler av dimensionen 50x30x2,5mm samt 20x20x2 till framvagnen. Övriga detaljer är tillverkade av fem mm tjock aluminiumplåt. För tillverkning av glidlager användes nylon och dessa tillverkades med högskolans CNC-fräsar. Glidstängerna tillverkades av kalldragen rundstång av typen S355J2G3C+C med diameter tio. För komplett materiallista, se Bilaga 18. För kostnader, se Tabell 7.. 29. CES EduPack 2014. Level 3. Metalls and alloys. Non-ferrous. Aluminium. Wrought. 6000 series (Mg and Sialloyed). 6063. T6. General information.. 24 (35).

(37) Kostnad Tabell 7 Kostnader för ram. Beskrivning. Material. Dimension [mm]. AL Plåt. EN6082-T6. 2000x1000x5. 1. 1512. AL Rör Kvadratiskt. EN6063-T6. 50x30x2,5. 3. 891. AL Rör Kvadratiskt. EN6063-T6. 20x20x2. 2. 247,50. Kalldragen Rundstång. S355J2G3C+C. 10. 2. 84. Stål. -. -. -. 0. Total. Antal. Kostnad[sek]. 3418 (2734,50+683,63). FEM-analys FEM-analysen påvisade att vissa ändringar behövdes gör i konceptet för att prototypen skulle vara hållbar. Huvudram. Figur 26 FEM-analys huvudram (Fredrik Larsson 2015). Analysen av huvudramen visar att den kommer klara de påfrestningar som beräknas uppkomma. Därför kommer inga ändringar baserade på hållfastheten att göras.. 25 (35).

(38) Tiltarm. Figur 27 FEM-analys tiltarm (Fredrik Larsson 2015). Figur 28 FEM-analys tiltarm 10mm n = 1 (Fredrik Larsson, 2015). Från analysen, se figur 27, framkommer att tiltarmen inte kommer klara påfrestningarna från en person som väger 100 kg om säkerhetsfaktorn är två, även med säkerhetsfaktor nerdragen till ett blir påfrestningarna för stora då belastningarna till stor del ligger över 260 MPa som är materialets sträckgräns. Därför togs beslutet att dubbla tjockleken på plåtarna för att öka styrkan i tiltarmen. Denna förändring gjorde att tiltarmen håller för säkerhetsfaktor ett och anses därför vara tillräcklig för att testa konceptet, se Figur 28.. 26 (35).

(39) 5.4 Prototyp. Figur 29 Översiktsvy av prototypen. Figur 30 Framvagn. 27 (35).

(40) Figur 31 kraftöverföring fjädring. Figur 32 Svingled. För att grundligt kunna utvärdera konceptet byggdes en funktionsprototyp för att kunna testa basfunktionerna. På grund av projektets tidsram hann inte prototypen färdigställas. I Figur 29-32 visas en översikt av prototypen och de påbörjade funktionerna.. 28 (35).

(41) 6 Analys I följande rubriker analyseras hur väl konceptet uppfyller problemformuleringen och kravspecifikation.. 6.1 Problemformulering Nedan följer hur prototypen och koncept uppfyller problemformuleringen: 1. Vilka regler gäller för ett pedallöst cykelklassat fordon? De regler som gäller för den typen av fordon finns specificerat i Lag (2001:559) om vägtrafikdefinitioner och Transportstyrelsen författningssamling TSFS 2010:144 och TSFS 2009:31. En av dessa är regeln för dimensioner: 9 § ”Fordonet får ha en längd av högst 1,6 m och en bredd av högst 0,75 m. Fordon som framförs av en person med funktionshinder får dock ha den längd eller bredd som behövs på grund av funktionshindret. (TSFS 2010:144)”30 För Lag (2001:559) om vägtrafikdefinitioner, se Bilaga 3. För Transportstyrelsens författningssamling TSFS 2010:144 och TSFS 2009:31, se Bilaga 2. 2. Vilket material bör användas för att få en lätt och hållbar konstruktion? Aluminium är ett vida använt material som håller hög hållfasthet i förhållande till sin låga vikt.31 Kombinerat med sina bearbetningsvänliga egenskaper och låga pris lämpar det sig väl för detta projekt. 3. Vilken lösning lämpar sig bäst för fjädring? Måtten som gäller för fordonet är väldigt kompakta och därför behövs en fjädring som inte tar upp onödigt utrymme för föraren. Med en fjädring som ligger placerad längs med ramen tar den inte upp något utrymme alls av föraren. 4. Hur kan ramen konstrueras för att möjliggöra tiltning? Konceptet utnyttjar en framvagn baserat på ett parallellogram. Det gör att hjulen alltid kommer ligga parallella oavsett lutning. Känslan kommer därför vara realistisk och jämförbar med ett tvåhjuligt fordon vid kurvtagningar då hela fordonet kommer tilta.. 6.2 Kravspecifikation När det gäller kravspecifikationen uppfyller konceptet till exempel kraven för dimensionerna. Krav som tiltning och svängradie anses enbart vara teoretiskt uppfyllda då fysiska tester kräver en färdigställd prototyp. För lista på uppfyllda krav, se Bilaga 19.. 30 31. TSFS 2010:144. 6. CES EduPack 2014. Level 3. Aluminium. Strengths. 29 (35).

(42) 6.3 Sammanfattning Sammanfattningsvis uppfyller konceptet problemformuleringen och kravspecifikationen tillräckligt bra. För att konceptet ska kunna sättas i bruk måste prototypen färdigställas för funktionstester.. 30 (35).

(43) 7 Slutsats Konceptet anses vara helt teoretiskt funktionellt. På grund av den givna tidsramen har prototypen inte färdigställts och därmed har inga tester varit möjliga. Resultatet uppfyller kravspecifikationen till den grad att det kan anses som färdigutvecklat i en första version innehållande de nödvändigaste basfunktionerna. För att uppfylla samtliga krav krävs genomförande av tester för att säkerställa funktionerna och därefter kan vidareutveckling ske för övriga krav och funktioner.. 31 (35).

(44) 8 Rekommendation Prototypen bör färdigställas för att möjliggöra funktionstester. Detta för att kunna utvärdera konceptet i sin verkliga miljö. Innan det är gjort är en vidareutveckling av tiltfunktionen och fjädringen överflödig. När dessa tester är gjorda och funktionerna är verifierade kan vidareutveckling fortgå för att ta fram en kommersiellt användarduglig produkt. Testerna bör göras med en förare som uppnår maxvikten för vad fordonet är anpassat för, det vill säga 100 kg. Exempel på tester är: . Tiltning. Test för tiltfunktionen kan ske vid färd där föraren börjar testa funktionen vid låg hastighet eller när fordonet står still. Sedan ökas hastigheten gradvis för att kunna utvärdera om funktionen beter sig annorlunda vid olika hastigheter. . Fjädring. Fjädringen bör testas individuellt för varje hjul för att se hur det påverkar prototypen. Detta genomförs bäst med en testrigg för fjädring. Men då en sådan kan vara svårt att få tag på skulle det även kunna ske genom att fixera tiltfunktionen och sedan manuellt gunga fordonet för att se hur det fjädrar. Även färd över ojämnt underlag för att undersöka hur fjädringen fungerar individuellt i olika hastigheter. . Manövrering. Test för manövreringsbarhet kan vara en slalombana med koner för att simulera en situation där god manövrerbarhet krävs, exempelvis vid färd på trasig väg med lagningar och hål. . Trottoarkanter. Möjlighet att ta sig upp och ner för trottoarkanter kan med fördel göras i verklig miljö. Farthinder och faktiska trottoarkanter kan utgöra testbana för att undersöka att fordonet klarar av den typen av hinder. . Markfrigång. Slutligen markfrigång, kan enkelt kontrolleras genom att mätas från plan markyta under fordonet med föraren placerad i fordonet. För att se om konceptet är ekonomiskt hållbart bör tillverkningskostnader tas fram för att se hur mycket en enhet kostar att tillverka, för att se vilka volymer som kommer krävas och vilka tillverkningsmetoder som kan användas. Detta bör sedan jämföras med vilken efterfrågan det kommer vara på produkten för att se om en lansering vore ekonomiskt hållbar.. 32 (35).

(45) 9 Referenser Referenserna är alfabetiskt ordnade under Bilder, Litteratur, Lagar och Regler, Programvara samt Webbsida.. 9.1 Bilder Chikung-unlimited. 2007. Bild. http://www.chikung-unlimited.com/images/Horse_Stance.gif. Hämtad 2015-05-25. Daloc. Bild. http://www.dorrkatalogen.daloc.se/images/detaljer/orginal/Rostfridorrsomenkeldorr.jpg. Hämtad 2015-05-20 Isaksson, Krister. 2015. Bild. http://www.dorrkatalogen.daloc.se/images/detaljer/orginal/Rostfridorrsomenkeldorr.jpg. Hämtad 2015-05-20. Larsson, David. 2008. Bild. http://jvgfoto.se/filer/foto/0004/04649p.jpg. Hämtad 2015-05-20. Nilsson, Stig. 2015. Bild. http://sverigesradio.se/sida/images/78/3484193_1200_675.jpg?preset=article-slider. Hämtad 2015-05-20. Tillgänglighetsdatabasen. 2013. Bild. http://www.t-d.se/tdimages/254259/image.jpg. Hämtad 2015-05-20.. 9.2 Litteratur Bergman, Bo. Och Klefsjö, Bengt. Kvalitet från behov till användning. 4:2 uppl. u.o.:Studentliteratur, 2008. Ullman, David G. The Mechanical Design Process. 4. Uppl. Singapor: McGraw-Hill, 2010. Ulrich, Karl T. och Eppinger, Steven D. Product Design and Development. 4. uppl. Singapor: McGraw-Hill, 2008. SAPA. Handbok för konstruktörer. u.o.:SAPA Profiler AB, 2009 Österlin, Kenneth. Design i fokus för produktutveckling. 3:2. Uppl. Malmö: Liber, 2011.. 9.3 Lagar och regler TSFS 2010:144. Transportstyrelsens författningssamling. Transportstyrelsen, 2010.. 9.4 Programvara Granta Design Limited. CES EduPack 2014. Cambridge, 2014.. 33 (35).

(46) 9.5 Webbsida Arctrike. Specs/Pictures. 2015. http://arctrike.com/specs--pictures.html (hämtad 2015-05-27). Ariel Atom. 2015. http://www.arielmotor.co.uk/atom/overview/ (hämtad 2015-05-27) DiamondBack Division. 2013. http://diamondbackdivision.com/ (hämtad 2015-05-27) Mälardalens högskola. Examensarbete, Produktutveckling 30 högskolepoäng. 2010. http://www.mdh.se/studieinformation/VisaKursplan?kurskod=KPP305&termin=20102&sprak=s v (hämtad 2015-05-12). Outridert USA. ALL-NEW 2015 APLHA. 2015. http://outriderusa.com/collections/electric-bikes/products/alpha (hämtad 2015-05-27).. 34 (35).

(47) 10 Bilagor Bilaga 1. Bilaga 2. Bilaga 3. Bilaga 4. Bilaga 5. Bilaga 6. Bilaga 7. Bilaga 8. Bilaga 9. Bilaga 10. Bilaga 11. Bilaga 12. Bilaga 13. Bilaga 14. Bilaga 15. Bilaga 16. Bilaga 17. Bilaga 18. Bilaga 19. Bilaga 20. Bilaga 21. Bilaga 22.. Gantt-schema Transportstyrelsens författningssamling Lag (2001:559) om vägtrafikdefinitioner Problemscenario Konkurrent analys Kravspecifikation Kravspecifikation Ram Funktionsanalys Idégenerering Ariel Atom Konceptgenerering 1 Konceptgenerering 2 Pughs matris FMEA Beräkningar FEM-analys Ritningsunderlag Materiallista Uppfyllda krav Faktura Utdrag CES Prototypbilder. 35 (35).

(48) Bilaga 1. Gantt-schema.

(49) 8

(50) / ? . &

(51) >

(52) & * '&

(53) &

(54) #

(55) # & ;9/

(56) +. #

(57) . 8

(58) & ##

(59) / # & 0(

(60)

(61)

(62)

(63)

(64)

(65) . 8

(66) %

(67)

(68) 9 / 0( : $% &

(69) +(#

(70) 25 ;9/

(71)

(72)

(73) < =

(74) & :< &

(75) 1 .. 7

(76) # . )

No results found