INOVACE AKCELERAČNÍHO MODULU AUTOMOBILU
Josef HYKL
Sekce - STROJÍRENSTVÍ, Fakulta strojní, 2. ročník
Magisterský studijní program – INOVAČNÍ INŽENÝRSTVÍ
Abstrakt: Tato práce obsahuje popis průběhu konstrukce akceleračního modulu automobilu.
Klíčová slova: akcelerace, analýza, design; DFX; FEM; FMEA; hystereze; inovace, konstrukce, magnetismus;
modul; patent; QFD; rešerše; senzor; systém; tření
1 Slovo úvodem
Pariter ad Innovatio.
Těmito latinskými slovy by se dala shrnout činnost inovačních inženýrů. Znamenají totiž:
„Společně k inovaci.“
Ano, vzhledem k poměrům na šachovnici techniky 21. století, není téměř možné, aby zvítězil osamocený jedinec. Je proto kladen velký důraz na týmovou spolupráci, která je dnes s výhodou preferována při řešení úkolů. Nicméně, základními stavebními kameny jsou jednotliví lidé. Naše alma mater TUL poskytuje vynikající zázemí na světové úrovni. Za ta léta jsme měli možnost připravovat se na tvrdý život konkurenčního prostředí. Finálním produktem našeho úsilí je diplomová práce. Každý student se v ní snaží prokázat své získané vědomosti a dovednosti na co možná nejlepší úrovni. Pojďme se tedy nyní blíže podívat, jak se nám tato činnost daří.
2 Hlavní cíle
studie stávajícího stavu techniky v oblasti akceleračních modulů
navržení a konstrukce vhodného akceleračního modulu
modeling inovované koncepce modulu
pevnostní analýza vybraných částí systému
výkresová dokumentace vybraných dílů
3 Studie stávajícího stavu techniky v oblasti akceleračních modulů
Na tomto místě je kladen důraz na teoretickou část problematiky týkající se akcelerace a konkrétní popis oblasti elektronicky řízených akceleračních modulů.
3.1 Akcelerace
Těleso setrvává v klidu nebo přímočarém pohybu o konstantní rychlosti, pokud není nuceno tento stav měnit [Newton].
Zrychlení nebo-li akcelerace (z latinského slova accelerare), je charakteristika pohybu, která popisuje, jakým způsobem se mění rychlost tělesa (hmotného bodu) v čase. Či-li se jedná o časovou změnu rychlosti mechanického pohybu (obecně jakéhokoli pohybu, např. změna rychlosti chemické reakce a pod.).
3.1 Akcelerační modul Schéma akceleračního modulu:
Schéma 1 [CZ 288810 B6]
Schéma akceleračního modulu
1… modul plynového pedálu; 2… přídržná struktura; 3… pedálová páka; 4… třecí ústrojí; 5… čidlo;
6… spínač; 7… mechanika řazení dolů (kick-down); 8… vratné odpružení; 9… úložné místo; 10…
vratná pojistka; 11... vratná pružina; 12... podvozek; 13… ovládání; 14… poháněcí motor; 15... doraz plného zatížení; 16… klidový doraz; 17... automatický snímač rychlosti; 18… výkyvný čep; 19…
vratná pružina; 20… vratná pružina; 21… deska pedálu; R... klidová poloha; V... poloha plného zatížení
Na obr. 2 je schéma modulu 1 plynového pedálu. Ten zde má přídržnou strukturu 2 (rám), dále pedálovou páku 3, třecí ústrojí 4, čidlo 5, spínač 6, mechaniku řazení dolů 7, vratné odpružení 8 a úložné místo 9.
Šrafováním je zde naznačen podvozek 12, ke kterému je upevněna přídržná struktura (fixována přímo v oblasti nohy řidiče motorového vozidla). Prostřednictvím primitivního tyčoví lze také spojit pedálovou páku 3 se samostatným plynovým pedálem.
Proti přídržné struktuře 2 je v úložném místě 9 výkyvně uložena pedálová páka 3.
Prostřednictvím čárkovaně znázorněného elektrické vedení dodává čidlo informaci o snímané poloze pedálové páky 3 do ovládání 14. Pomocí tohoto vedení také spínač 6 dodává signál o poloze pedálové páky 3 do ovládání 14.
Mechanika 7 řazení dolů zabezpečuje skokový nárůst ovládací síly, kt. je nutné působit na ovládací páku 3. Pro spec. případy použití (dle poháněcího motoru) se mechanika 7 řazení dolů upravuje. V některých případech je spínač 6 a mechanika 7 řazení dolů opatřeny aretačním mechanismem. Takovýmto způsobem je možné ze spínače 6 a mechaniky 7 řazení dolů vytvořit pevný doraz. To umožňuje modulu 1 plynového pedálu dosáhnout větší variability a vyhovět tak specifickým požadavkům. Pevným dorazem je např. možno nastavit (resp. omezit) polohu V plného zatížení.
Vratná pružina 11 je u čidla 5 upravena tak, aby zabezpečovala sledování každé polohy pedálové páky 3 pohyblivou částí čidla 5. Z důvodu zlepšení bezpečnosti se do systému čidla 5 přidává vratná pojistka 10, jenž má za úkol, při poruše (výpadku) vratné pružiny 11, unášet pohyblivou část čidla 5 společně s pedálovou pákou 3 do bezpečné polohy (min. výkon poháněcího motoru 14).
Ovládání 13 řídí výkon poháněcího motoru 14 na základě vstupních signálů z čidla 5 a spínače 6.
3.3 Patenty oblasti akceleračních modulů
a) b) c) d) e)
e)
Obr. 1 [BRANO archiv]
a) Robert Bosch GmbH; b) CTS Corp.; c) HELLA KG HUECK; d) Patent WO 01-14162-A1;
e) TELEFLEX Incorp
4 Plánování inovace výrobku
4.1 Alokace zdrojů a harmonogram činností
Inovační projekt je třeba již v prvopočátcích svého vzniku dobře nastavit vzhledem k dostupnosti zdrojů pro jednotlivé činnosti. V této fázi je nutno pečlivě naplánovat tyto zdroje, aby bylo možno části inovačního procesu včas a kvalitně realizovat.
Odhadovaný čas lze výhodně navrhovat podle následujícího vzorce:
6
4 ODHADOVANY PESIMISTICKY
KY OPTIMISTIC REAL
T T
T T ...(4.1)
TOPTIMISTICKY je čas, kterého je zapotřebí, pokud nedojde k žádnému zdržení TODHADOVANY je doba odhadovaného času (ze zkušeností, daných podmínek, ...) TPESIMISTICKY je čas, který by se spotřeboval v případě komplikací
Tab. 1- Alokace zdrojů [databáze autora]
4.2 Harmonogram činností
Zde je chronologicky zaznamenán průběh prací. Využíváme úsečkového grafu (Ganttův diagram).
Diagram 1[databáze autora]
Harmonogram činností
4.3 Inovační prohlášení
Tabulka je přeformulováním inovačního návrhu s obsahem směrů, které budou ve fázi vývoje produktu sledovány.
Tab. 2- Inovační prohlášení
5 Metody pro tvorbu konceptu výrobku
5.1 Identifikace zákaznických požadavků
Obr. 2 [databáze autora]
Dotazník pro získání zákaznických potřeb
Obr. 3 [databáze autora]
Výběr zákaznických požadavků a jejich logické roztřídění pomocí afinního diagramu 5.2 Metoda QFD
Obr. 4 [databáze autora]
QFD = Quality Function Deployment
5.3 Výběr varianty
Obr. 5 [databáze autora]
Varianty řešení
Při výběru vhodné varianty byla použita metoda pomocí výpočtu váženého průměru.
Výsledný výpočet je aplikací vzorce:
i i i
m c E m
.
...(5.1)
6 Metody pro konstruování na systémové úrovni
6.1 Reverse engineering
Obr. 6 [databáze autora]
Reverse engineering 6.2 9-obrazový pohled a vektor inovačních možností
Obr. 7 [databáze autora]
9-obrazový pohled a vektor inovačních možností
6.3 TRIZ (tvorba a řešení inovačních zadání)
Schéma 2 [databáze autora]
Schéma provedených činností metody TRIZ a model trimmingu
7 Konstrukční řešení a ověřování konstrukce
7.1 Detaily konstrukce a poka-yoke
Obr. 8 [databáze autora]
Detaily konstrukce
7.2 FMEA-K= Failure Mode and Effects Analysis (přezkoumání konstrukce) Tab. 3- FMEA-K
7.3 FEM (Finite Element Method) analýza
Obr. 9 [databáze autora]
FEM- doraz plného zatížení
Obr. 10 [databáze autora]
FEM- klidový doraz
Obr. 11 [databáze autora]
FEM- pedálová páka
7.4 Výpočet vratného odpružení
Základním stavebním pilířem byla následující momentová rovnováha daná vztahem:
0 . . .
.L2F L1F R f
F PR N Č ...(7.1)
Plynoucí z následujícího obr. popisující základní silový rozklad pákového převodu.
Obr. 12 [databáze autora]
Pákový převod – silový rozklad
Obr. 13 [databáze autora]
Stavy tlačné pružiny 7.5 Rozbor vlastností výrobku
Graf 1 [databáze autora]
Rozbor vlastností výrobku
8 Ekonomické zhodnocení
Tab. 12- Tabulka hodnotové analýzy [databáze autora]
Celková cena produktu= 268.4,- (Kč) Průměrný target= 12,- (EUR)
Cena za jednotlivé díly jsou kalkulovány pro odběr 100000ks./rok po dobu 3 let.
Při aktuálním kurzu 27.3Kč/EUR je výsledek velmi pozitivní:
Target převyšuje finální cenu o 18%.
8 Závěr
Pomocí metod určených pro inovační inženýrství se podařilo splnit zadané úkoly. Akcelerační modul automobilu byl inovován s ohledem na dosažení vyšší životnosti provozu a zároveň byl redukován celkový počet dílů o 20%. Došlo také ke snížení komplexity, hmotnosti a ceny.
Obr. 14 [databáze autora]
Finální produkt akceleračního modulu automobilu
Seznam použité literatury
[1] Hykl J., Inovace akceleračního modulu automobilu, Liberec 2014 [Diplomová práce]