2007-05-18 Högskolan I Halmstad Examensarbete 10p Sektionen för Ekonomi & Teknik Handledare: Per Andersson Maskiningenjörsprogrammet ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Projekt: Vrid

(1)

---

Högskolan I Halmstad Examensarbete 10p

Sektionen för Ekonomi & Teknik Handledare: Per Andersson

(2)

Sammanfattning

Som avslutning på Maskiningenjörsutbildningen på Högskolan i Halmstad våren 2007 har ett examensarbete utförts. Vår uppgift har varit att förenkla en befintlig konstruktion av ett pneumatiskt drivet vridspjäll åt Nederman i Helsingborg.

I det stora hela har vi gjort nödvändiga beräkningar på befintligt vridspjäll för att få till en mindre konstruktion. Efter detta har vi gått igenom det befintliga vridspjället och funderat över vad som kan förändras till det bättre.

(3)

Abstract

Our education at Halmstad University was completed with a degree project. Our task was to improve an already existing pneumatic damper to Nederman in Helsingborg.

Overall we have made necessary calculations to make the design of the existing damper smaller. When these calculations were done, we moved on with an analysis of the existing damper in order to figure out what improvements could be made on each part of the damper.

(4)

Innehållsförteckning

1 Inledning...1

2 Projektbeskrivning ...2

2.1 Bakgrund och problemdefinition ...2

2.2 Uppgift ...2

2.3 Mål...3

2.4 Avgränsningar ...3

2.5 Metodval ...3

2.6 Process...3

2.7 Prod. verkningssätt ...Fel! Bokmärket är inte definierat. 3 Företagsinformation, Nederman ...4

4 Krav och önskemål ...5

4.1 Generella produktpolicies...6

5 Principkonstruktion ...7

5.1 Lösningsförslag...7

5.2 Utvärdering och val av förslag ...10

6 Analys av NAV 100 vridspjäll ...11

6.1 Under-/överdel...11

6.2 Stos/rör ...11

6.3 Ventilskiva...12

6.4 Stödring/lager till axel ...12

6.5 Stödring...12

6.6 Tätningsring...12

6.7 Gaffelhuvud...13

6.8 Cylinderdistans ...13

6.9 Distanser till över- och underdel ...13

6.10 Pneumatisk Cylinder...13

6.11 Dekorlist ...13

7 Beräkningar inför nykonstruktion...14

7.1 Beräkningar på halverad hävarm ...14

8 Nykonstruktion ...17

8.1 Cylinder ...17

8.2 Ventilskiva...18

8.3 Cylinderdistans ...19

8.4 Distans ...19

8.5 Stödring+lager till ventilskivans axel ...19

8.6 Tätningsring och Stödring ...20

8.7 Gaffelhuvud...23

8.8 Över-/underdel...23

8.9 Stos/rör ...24

8.10 Styrenhet för pneumatik och el...24

8.11 Dekorlist ...24

9 Tester ...25

9.1 Tidstest...25

9.2 FEM-beräkningar ...27

9.4 Summering av FEM-beräkning och handräkning...32

10 Kostnader ...33

10.1 Nykonstruktion ...33

11 Resultat...34

(5)

1 Inledning

Examensarbetet är utfört i samarbete med Nederman i Helsingborg.

Uppgiften har gått ut på att förenkla ett av Nedermans vridspjäll till högvakuumpumpar, och ta fram komplett ritningsunderlag. Tillvägagångssättet för att göra detta på är att gå igenom tidigare konstruktioner och sedan utföra de ändringar som ger vridspjället förbättrade egenskaper.

(6)

2 Projektbeskrivning

2.1 Bakgrund och problemdefinition

Nedermans använder sig utav olika typer av vridspjäll bl.a TAV 100 och NAV 100.

Vridspjällen styrs med pneumatiska cylindrar och används till 100 mm rör, och fungerar på så sätt att kolvstången på cylindern sitter monterad på en ventilskiva. Sedan när

kolvstången skjuts ut gör ventilskivan en roterande rörelse och stänger röret, vridspjällets uppgift är att sluta rör vid undertryck upp till 50 kPa.

TAV 100 vridspjället har två stycken cylindrar som hjälps åt att stänga/ öppna röret, cylindrar är monterade utanpå konstruktionen, medan NAV 100 spjället använder sig utav en grövre cylinder som sitter monterad inuti konstruktionen.

NAV 100 vridspjället är tänkt att ersätta TAV 100, och här vill Nedermans att konstruktionen ytterligare förbättras.

TAV 100 vridspjäll

2.2 Uppgift

(7)

2.3 Mål

Målet med arbetet är att konstruktionen skall vara så bra att den kan ersätta äldre versioner av vridspjäll inom Nedermans. I arbetet skall det b la ingå FEM-beräkningar och

fullständiga ritningar, d v s komplett underlag för att kunna tillverkas.

2.4 Avgränsningar

I detta projekt skall alternativa lösningar på vridspjäll tas fram, dessutom skall prover på TAV och NAV100 göras för att se hur dessa fungerar. Testerna skall sedan vara hjälp för en omkonstruktion av NAV 100. Syftet med omkonstruktionen är att ta fram ett mindre och enklare uppbyggd vridspjäll med samma egenskaper som TAV 100. I

omkonstruktionen skall beräkningar, ritningsunderlag och kostnadskalkyl finnas.

2.5 Metodval

Vid ny eller omkonstruktion brukar en metodik som innefattar tre konstruktionsetapper användas, princip-, primär och tillverkningskonstruktion. I detta projekt har endast

principkonstruktionsfasen använts i någon större utsträckning, när det fanns en redan färdig konstruktion att utgå ifrån. Här analyserade den konstruktion som skall förenklas,

dessutom togs det fram alternativa förslag på hur man kan sluta rör vid undertryck ner till 50 kPa. Ganska snabbt insågs dock att tiden inte skulle räcka till för att utveckla någon helt ny variant av spjäll, därför inriktades arbetet mot att omkonstruera det befintliga

vridspjället del för del tills det att en konstruktion som fyller ställda krav var framtagen.

(8)

3 Företagsinformation, Nederman

Nederman har sitt huvudkontor i Helsingborg och är med sina 60 år i branschen världsledande inom damm-, rök- och avgasutsug, slang- och kabelrullar,

(9)

4 Krav och önskemål

För nykonstruktionen finns följande krav och önskemål. Genom utvecklandet av nytt vridspjäll kommer några tillägg att göras för att komplettera med punkter som borde finnas med. Förklaring till de olika delarna nedan.

(K)= Krav som skall uppfyllas enligt handledare på Nederman. (Ö)= Önskemål från ovan nämnda

Process

• tester för om öppnings/stängningstider påverkas av (Ö) olika undertryck.

• FEM-beräkningar på ventilskiva (Ö)

• enkel att tillverka. (Ö)

• ventilen skall fungera och vara okänslig (K)

• för monteringsriktning

skall klara 50 kPa undertryck. (K)

Omgivning

•

en mindre konstruktion. (K)

•

tåla arbetsmiljön. (K)

Människan

• skall kunna monteras/demonteras av lekman . (Ö)

• lätt att serva. (Ö)

• får inte vara en fara för arbetande personal. (K) Ekonomi

• billigare konstruktion än NAV (Ö)

--- ---

Mattias Juhlin Christian Thulin

(10)

4.1 Generella produktpolicies

Generella produktegenskaper (internt)

• Vara enkel m a p funktion, underhåll, installation

• Vara innovativ

• Moduluppbyggd (ur marknadssynpunkt)

• Stödja vår produktionsprocess

• Stödja serietillverkning

• Stödja distributionsprocess Generella produktegenskaper (externt)

(11)

5 Principkonstruktion

Principkonstruktionen är det tidiga stadiet av konstruktionsarbetet. Här tas nya förslag fram eller förbättringar på tidigare konstruktion. Här har enkla skissade förslag ritats.

Principkonstruktionen syftar endast till att få fram önskvärda alternativ som man kan arbeta vidare med, och här görs inga beräkningar eller ingående analyser av förslagen, de är bara tänkta som alternativa bra idéer som kan arbetas vidare med.

5.1 Lösningsförslag

5.1.1 Cylinder utanpå

Förslaget går ut på att man placerar cylindern för öppning och stängning utanpå skyddande hölje. Fördelen med denna konstruktion är att konstruktionen kan göras kompaktare, tanken är att vi skall försöka minimera cylinderstorlek och även dess hävarm. Ytterligare förbättringar som kan göras på denna konstruktion är att ventilskiva vilar mot

genomgående skruvliknade sprint Ventilskivan låses med hjälp av skruv, mutter och sprint. Konstruktionen skall använda så mycket som möjligt av redan befintliga delar.

5.1.2 Konformad ventil

Konstruktionen kan liknas vid två konor som svetsas mot varandra och i dess ändar skall anslutningsrör fästas. Här är tanken att flödet skall regleras genom att man förflyttar konen i önskad riktning. Tre metoder kan tänkas användas för att flytta konen i önskad riktning; Första alternativet används en elmotor som förflyttar pluggen upp och ner med hjälp av ett stag med gängor på ,

alternativ två förflyttning genom magneter och ström, alternativ tre pneumatiskcylinder inne i konstruktion som förflyttar kon. Detta skulle kunna bli en ganska enkel konstruktion beroende på vilken metod som väljs för att minska resp. öka flödet. I denna

konstruktion krävs att

(12)

5.1.3 Vertikal förflyttning

I denna konstruktion sker förflyttning av skivan i horisontell led. Här kan även cylindern läggas utan på det skyddande höljet för att ge en något kompaktare konstruktion. Liknande konstruktion finns idag på ett antal av Nedermans

ventiler.

Om pneumatisk cylinder läggs utanpå det skyddande höljet kan ventilen göras kompaktare ( den kan göras ännu kompaktare genom mindre cylinder) Nackdelen med att ha en skiva som förs in från sidan är att den kan fastna i kanter eller dra snett. Konstruktionen kräver förmodligen två cylindrar för att ventilskivan inte skall dra snett.

5.1.4 Trottel

Konstruktionen kan liknas vid öppnandet och stängande av en kran. på insidan skall det finnas lister som gör att konstruktionen håller tätt. Reglering av flödet skall ske med hjälp av en hävarm och pneumatisk cylinder som är ansluten på utsidan. Genom denna

(13)

5.1.5 Saxande stängning

Konstruktionen öppnas och stängs genom att plåtskivor förs mot centrum av röret, nackdelen med denna konstruktion är att de är

svårt att få det att hålla riktigt tätt.

5.1.6 Kloss med magnet

Här skall en kloss fungera som öppning och stängning av rör. När ström tillförs till klossen skall den få funktion som en magnet och på så vis förflytta sig. nackdelen med denna konstruktion är att det kan samlas smutts i mellanrummet mellan rören och att det därför kan kärva vid öppning och stängning.

Fördelen är en enkel konstruktion. Här skulle klossen som öppnar och stänger ventil behöva skiljas från övriga metalliska ytor och det skulle behövas ett underlag som skivan lätt kan glida på exempelvis teflon.

(14)

5.1.7 Cylinderformad ventil

Konstruktionen är ganska lik förslaget konformad ventil, skillnaden mellan dessa är att man här leder luftflödet genom en cylinder, när man

sedan vill stoppa flödet dras pluggen nedåt och de omslutande väggarna stoppar flödet. Även i denna konstruktion kan cylindern regleras på lite olika sätt t ex cylinder eller el-motor.

5.1.8 Vänd ventilskiva (skiss finns inte)

Detta förslaget utgår från tidigare vakuumventil NAV 100 genom att studera tidigare konstruktion märkte vi att genom att vända på ventilskiva kan konstruktionen göras mer kompakt. Dessutom går det att minska storleken på den pneumatiska cylindern. Andra faktorer som även kan ändras är hävarmens längd och infästnings.

Tanken är även att sprinten som håller skivan skall ändras för att ge skivan en stabilare konstruktion. I denna konstruktion kan även delar från tidigare konstruktion plockas bort som de boxar som i dag sitter på TAV ventilen. Genom övergripande

konstruktionsgenomgång kan antalet delar minimeras och antagligen tillverkningskostnaden minimeras.

5.2 Utvärdering och val av förslag

Flertalet ovan nämnda lösningsförslag kan vara intressanta att fundera vidare på, men med tanke på den tidsbrist som var då inriktningen på uppdraget slutligen bestämdes, d v s ta fram en ny konstruktion av vridspjäll. Därför så inriktas arbetet mot förenkling av vridspjäll NAV 100, detta på grund av den tid som skulle behövas för att sätta oss in i de andra olika teknikerna som kan användas på de andra spjällen.

(15)

6 Analys av NAV 100 vridspjäll

För att få en bild av hur NAV 100 vridspjället fungerar studeras varje del, och utifrån detta dras sedan slutsatser om vad som kan förenklas och förbättras. I de fall där material varit angivet på NAV 100:as ritningar, har samma material återanvänts till omkonstruktionen.

6.1 Under-/överdel

Överdel och underdel är tillverkade i EN10130 och har en tjocklek på 2 mm. De saker som skall tas bort på dessa delarna är flertalet olika hål som inte fyller någon funktion, samt de två lock som finns till överdel och underdel, det ena locket är svetsat på och det andra är en mindre lucka skruvad på underdel, funktionen för denna är okänd. Det svetsade locket har funktionen att ge den pneumatiska cylindern utrymme vid montering, detta arbetsmoment kan undvikas genom att göra cylinderdistanserna högre, detta medför att konstruktionen totalt sett blir något högre.

6.2 Stos/rör

(16)

6.3 Ventilskiva

Ventilskivan är tillverkad i EN14301 och har en tjocklek på 3 mm, den fungerar ihop med en pneumatisk cylinder som genom rotation av skivan sluter genomsläppet av luft mellan de två stosarna. För att få ner dimensionerna på konstruktionen längre fram i projektet kommer det säkerligen att behövas att ändra måtten på ventilskivan.

6.4 Stödring/lager till axel

Denna typ av metallrör ser ut att vara faststämplad på ventilskivan och fungerar både som stöd och som lager vid rotation av skivan. Stödringens uppgift är att hålla ventilskivan på plats så att den inte vippar vid rotation. Vilket material den är gjord i finns inga uppgifter på, men arbetsmomentet med stämpling skall plockas bort och andra alternativa

lösningsförslag vad gäller lager och stödringar skall undersökas.

6.5 Stödring

En stödring tillverkad av KloroprenGummi ligger utan på stosarna och vilar på över-/underdel. Den har till uppgift att höja upp tätningsringen över stosarna så att

tätningsringen ligger an mot ventilskivan och tätar vid undertryck . På denna del behöver inga ändringar göras.

6.6 Tätningsring

(17)

6.7 Gaffelhuvud

Denna del sitter skruvad på cylindern och fästs sedan på ett hål i ventilskivan med ett clips. Gaffelhuvudet är tillverkat i någon slags stål och har gängorna M8. Vid byte av

pneumatiska cylindern kan denna del att behöva ändras, på grund av att gängdiametern på kolvstången kan skilja sig åt mellan de olika cylindrarna.

6.8 Cylinderdistans

Distans gjord till cylinder och fungerar som upphöjning till cylindern. Denna distansen är tillverkad av EN10025. Denna del kommer med stor sannolikhet att omarbetas till den nya konstruktionen.

6.9 Distanser till över- och underdel

Distansernas syfte är att hålla ihop under- och överdel samt fungera som förstärkning, distanserna har genomgående gängor och skruvas ihop med över-/underdel m h a M6 skruvar. I dagens konstruktion använder man sig utav 5 distanser, varav en också används som axel till ventilskivan. En del som kan komma att genomgå förändringar vid

nykonstruktion.

6.10 Pneumatisk Cylinder

I dagsläget använder man sig utav en cylinder från Camozzi. Kolvstången på cylindern har en slaglängd på 100 mm och ytterdiametern 33.2 mm.

6.11 Dekorlist

(18)

7 Beräkningar inför nykonstruktion

Det första som funderades på när det handlar om att förenkla det befintliga NAV 100 vridspjället, var att förminska den. Tankarna riktade sig då mot cylindern som vrider ventilskivan, måste den vara så stor/lång? Det är i princip den pneumatiska cylindern som styr hur stor hela konstruktionen blir.

Enligt beräkningarna Nederman har gjort när NAV 100 ventilen konstruerades, visar att den högsta kraft som cylindern måste klara av är 138 N. Till att börja med så

kontrollerades hävarmar och andra avstånd mellan ventilskivans axel och hålet där kolvstångsgaffeln monteras. Dessa avstånd stämde, om det var möjligt skulle hävarmen kortas och därmed få en kortare slaglängd på cylindern (kortare cylinder), detta medför visserligen att kraften som cylindern måste klara av fördubblas.

7.1 Beräkningar på halverad hävarm

7.1.1 Beräkning på cylinderkraft och nytt fästhål för kolvstång

Obelastad ventil d v s utan vakuum, inkl. stödringar enligt ritning 2101435-0 (till NAV 100 vridspjäll).

Högsta uppmätta kraft 30 N = startläget (från helt öppen till något stängd), övrig kraft ca 20 N.

Mmax = 30 * 0.23 = 6.9 Nm

(19)

7.1.2 Beräkning av erforderlig kraft på tryckluftcylinder Mmax = 6.9 Nm

d = 0.025

Mmax =F * d

Ifrån ovanstående formler löser vi ut F och får då:

F = 6.9 / 0.025 = 276 N

Alltså vid en halvering av hävarmen kommer kraften som den nya pneumatiska cylindern måste klara att fördubblas till 276 N.

(20)

7.1.3 Beräkningar på normalt moment samt normal kraft Mmax = 20 * 0.23 = 4.6 Nm

Fnorm = 4.6 / 0.025 = 184 N

Normalt moment 4.6 Nm och normal kraft 184 N

7.1.4 Summering av beräkningar

Beräkningarna ger oss krafterna Fnorm = 184 N och Fmax = 276 N och momenten Mnorm = 4,6 Nm och Mmax = 6,9 Nm, detta är kraven som sätts på den nya pneumatiska

cylindern.

(21)

8 Nykonstruktion

I denna del kommer alla de delar som ändrats att beskrivas. Som nämndes ovan, så är det till stor del cylindern tillsammans med ventilskivan som bestämmer hur långt vridspjället kommer att bli. Därför börjar denna del av projektet med att leta fram en så kort cylinder som möjligt, samt att den klarar kraven som räknades fram tidigare.

För exakta mått på alla ingående delar se ritningar i bilaga 3.

8.1 Cylinder

Uppdrag: hitta cylinder som klarar att rotera skivan då hävarmens längd halveras till 25mm, denna halvering medför att krafterna ökar till Fmax 276 N. En halveringen av hävarmen resulterar också i att kolvstångens längd kan halveras (från 100 mm till 50 mm).

Följande cylindrar har minst sagt lämpliga värden för att klara av kraftökningen som uppstår vid halvering av hävstången, samt 6 bar in till cylinder. Den översta

cylindern(nedan) har en slaglängd på 40 mm, den undre har en slaglängd på 50 mm. Ytterdiameter 32 mm samt krafterna de klarar av in respektive ut är 366 N och 426 N. Vald cylinder är den med 50 mm slaglängd, då det är sträckan som ventilskivan skall förflyttas. Att notera är att cylindrarna är kanske något överdimensionerade för uppgiften (vad gäller krafterna de klarar), dock så är detta enbart positivt då de fortfarande kommer att klara av att rotera skivan även om trycket in till cylindern är det minimum man normalt använder sig av d v s 5 bar, samt att de klarar den friktion som uppstår mellan ventilskivan och tätningsringarna. Krafterna cylindern klarar av vid 5 bar in till cylinder är in resp. ut 305 N och 355 N.

Om det skulle vara så att det finns möjlighet att tillföra ännu högre tryck in till cylinder så medför en sådan tryckökning att cylindrar med mindre diameter kan väljas, vilket i sin tur medför att hela konstruktionen blir tunnare. Genom att välja denna typ av cylinder kommer konstruktionen att bli 40mm hög.

Seleziona Series Coding Ø Operation Standard Traction force Thrust force

Sel. 27 27M2A32A0040 32 40 Double-acting YES 366 426

(22)

Genom att använda sig utav en cylinder med hälften så lång slaglängd, medför detta att den nya cylinder blir 100mm kortare än den cylindern som används i nuläget.

8.1.1 Andra typer av cylindrar

Här följer ett exempel på en annan typ av cylindrer som möjligen kan vara lämplig att använda sig av, till exempel en pneumatisk manuell cylinder med återfjädring. Denna typen av cylinder är dock inte aktuell att använda sig av då de bygger mycket mer på höjden och längden än vad de helt pneumatisk cylindrarna gör. En cylinder med

återfjädring har måtten 80 mm på bredden och 90 mm på höjden, vilket resulterar i att hela konstruktionen blir avsevärt mycket högre och bredare jämfört mot cylindern ovan som endast har diametern 33.2 mm.

8.2 Ventilskiva

För att få en totalt sett mindre konstruktion har utseende och form på ventilskivan förändrats, här har infästningshål för cylindern flyttats (som visades i beräkningarna tidigare) 25 mm närmare den centrumaxel som

skivan roterar kring. För att ytterligare spara utrymme har yttermåtten på skivan ändrats, b la har utformningen på den sidan av skivan som ligger närmast den pneumatiska cylinder ändrats Detta har gjorts av två anledningar, dels att en kompaktare cylinder skall användas med kortare slaglängd, samt ändrade förhållande

kraft/hävarm.

(23)

8.3 Cylinderdistans

För att den pneumatiska cylindern skall kunna arbeta utan att slå i omslutande hölje har en ny cylinderdistans utformats, dessa skall sitta på varsin sida om

cylindern i infästningshål i bakre änden av pneumatisk

cylinder. Genom att göra de ny distanserna högre behöver man inte det tidigare så kallade locket artnr: 2100707, som hade till uppgift att öka utrymmet för cylindern. Dessa distanserna kommer även att fungera som en axel för cylindern när den är monterad, då den kommer att behöva röra sig i sidled när den följer ventilskivans rotation.

8.4 Distans

Till nykonstruktionen krävs nytillverkning av distanser, distanserna syfte är att hålla ihop över- och underdelen av det omslutande höljet. En av distanserna skall även fungera som centrumaxel till ventilskivan. För att passa nykonstruktionen

har samma dimensioner behållits för de olika radierna på distansen, men dessa distanserna är längre/högre.

Anledningen är att cylindern skall kunna rymmas innanför överdel och underdel. Genom att göra distanserna högre kan tidigare påsvetsade detaljer helt plockas bort t ex locket. För vår nya konstruktion krävs åtta distanser jämfört mot tidigare fem, detta för att göra konstruktionen så stabil som möjligt.

8.5 Stödring+lager till ventilskivans axel

Olika alternativ till lager som kan vara lämpliga att ersätta metallagret man använder sig av idag har undersökts. Det befintliga lagret är en rörformad stålbit som är stämplad på

ventilskivan, och funkar både som lite stöd och som sagt ett lager. Bearbetningsmomentet med stämpling bör helst tas bort, därför har andra alternativ till detta studerats.

(24)

Iglidur All Round Sleeve Bearing

Fördelar

• Underhållsfri, torrgående

• Hög nötningsbeständighet

• Resistant mot damm och smuts

• Låg kostnad

• Kan användas till flertalet olika axelmaterial

• För oscillerande och roterande rörelser

Iglidur Clip Bearing

Fördelar

• Lätt att installera

• God nötningsbeständighet

• Underhållsfri och självsmörjande

• För roterande och linjära rörelser

• Ökad säkerhet p g a dubbla kanter

• Låg ljudnivå

Val av komponent

Av dessa två möjliga lösningar valdes lagret ”Clip Bearing” då det är mest lämpligt p g att det är lätt att montera på ventilskivan och att det bygger lite på höjden och då ger mer stöd än ”All Round” lagret som monteras inne i axelhålet.

8.6 Tätningsring och Stödring

(25)

Tätningsring Stödring

Vad är PA?

Användningsområden

PA är ett av de mest använda konstruktionsmaterialen inom industrin,

både i form av halvfabrikat och som bearbetade detaljer. Inom maskinindustrin används PA

bland annat till lager, glidlister, kugghjul, rullar och liknande maskindelar, där slitstyrkan och de fina mekaniska egenskaperna är avgörande av avgörande betydelse.

PA har en bra stötdämpande verkan, vilket medför mindre slitage och underhåll. Den låga vikten är också en fördel, vilken ofta efterfrågas i applicationer som kräver mycket material. God kemikalieresistens är också något som kännetecknar PA. PA är kort sagt det universala konstruktionsmaterialet för en mängd olika industriella applicationer!

Karakteristiska egenskaper

PA används ofta tack vare följande fördelar:

Mycket bra kombination av mekanisk styrka och kemisk resistens Motståndskraftig mot slitage av ojämna ytor

Hög utmattningsstyrka Vibrationsdämpande

Resistent mot de allra flesta lösningsmedel och baser Kan genom modifiering och förstärkning:

få mycket hög styrka och styvhet användas till mycket höga temperaturer få mycket liten friktionskoefficient

(26)

Mekaniska

Här nedan behandlas bara delkristallina typer av PA. PA är ett av de mest använda materialen till maskindelar. Det beror på de fina kombinationerna av styrka, goda nötningsegenskaper samt god kemisk resistens.

Men PA är ett mycket segt material vilket gör det lämpligt till dämpande element, vilka utsätts för dynamiska svängningar. Slagstyrkan är hög, speciellt vid förhöjd fuktighet. PA6 och PA6.6 kännetecknas av en mycket god slitstyrka, speciellt mot en ojämn yta eller vid användning under smutsiga förhållanden. Friktionskoefficienten är inte speciellt låg, men PA kan ändå ofta användas utan tillförda smörjmedel. Vid hårt belastade applikationer kan självsmörjande typer användas för att minska friktionen.

Termiska

PA4.6 är den typ av PA som är bäst lämpad för mycket höga temperaturer (150°C), generellt kan PA6 användas i temperaturområdet –40 till 80°C.

Elektriska

PA kan användas till elektriska komponenter, då den har bra isolerande egenskaper. Dessa påverkas emellertid mycket av fukt.

Kemikalieresistens

PA är mycket beständig mot kemikalier, med undantag för syror och starkare baser. PA är generellt beständig mot oljeprodukter, bensin, fett och lösningsmedel såsom alkohol och ketoner, dessutom ester, eter och klorerade kolväten. PA6 och PA6.6 löses upp av myrsyra, PA11 av fenol. PA är inte hydrolysbeständig; den bryts alltså ner av varmt vatten. Den angrips av syret i luften vid höga temperaturer, dessa problem kan emellertid lösas genom stabilisering. PA tar upp fukt från omgivningen, ju större fuktinnehåll desto större vattenabsorption. Dock överstiger vattenabsorptionen aldrig mer än 9% (vikt).

Detta förhållande ändrar materialet; volymen ökar och materialets egenskaper ändras att bli mjukare och segare vid högre fuktighet. Processen är emellertid känd och man kan vidta nödvändiga åtgärder, om så krävs.

Väder- och UV-stabilitet

PA angrips av UV-strålar (solljus), men detta är normalt ett problem bara vid tunnväggigt material.

Sammanfogning

Mekaniska förband med skruvar är den mest vanligt använda metoden. Man bör vara uppmärksam på skillnaden för temperaturutvidgningen som kan vara mellan PA och tex. stål.

(27)

8.7 Gaffelhuvud

Som tillbehör till cylindern används ett gaffelhuvud med tillhörande låssprint

Gaffelhuvudet är gängat och skruvas på kolvstången och låses fast med en låsmutter på önskat avstånd. Den ändring som förekommit här är att vår version av gaffelhuvud har M10 gängor, jämfört mot tidigare version som är M8.

8.8 Över-/underdel

Nykonstruktionen av över- och underdel har fått ett likartat utseende, med ändringarna att allt är förminskat så mycket som var möjligt, utan att de inre rörliga delarna så som

cylinder och ventilskiva skulle löpa risk att slå emot någonting (t ex distanserna som håller ihop över- och underdelen). Vidare har de två hål som markerar om vridspjäll är öppet eller stängt tagits bort, samt som tidigare nämndes är att det påsvetsade locket som var ämnat att ge cylindern utrymme i vertikalt led också har tagits bort. För att ytterligare minska

(28)

8.9 Stos/rör

Två stycken rör kapas med dimensionerna L = 59 mm, Di = 98,5

mm, Dy = 100 mm, dessa skall svetsas fast på utsidan om över och under del på ett sånt sätt att det går in i konstruktionen och att där finns utrymme för att placera stödring och tätningsring. Detta innebär att röret kommer att sticka upp 12,5 mm in i konstruktionens insida. Dessa stosar/rör har blivit något längre då nykonstruktionen är högre än det tidigare vridspjället.

8.10 Styrenhet för pneumatik och el

För att kunna reglera öppning och stängning av ventil krävs någon form av flödesreglerare till den pneumatiska cylindern. I arbetet skall denna del utelämnas men den har ändå ritats in i konstruktion för att ge förståelse för hur och var den skall monteras.

8.11 Dekorlist

(29)

9 Tester

Två olika tester på de två ursprungliga vridspjällen NAV och TAV 100 har utförts. Dels har FEM-beräkningar på de bägge vridspjällen (vridningar i plattan) utförts och dels har öppnings- och stängningstiderna på vridspjällen vid olika undertryck (0kPa-50kPa) mätts upp, för att se om ökat undertryck ökar antingen öppnings- eller stängningstid, eller rentav påverkar bägge två. För att kunna reglera undertrycket monterades ett T-rör på

vakuumpumpen, på ena änden av röret monterades vridspjället som skulle testas och på det andra röret ett manuellt vridspjäll. Det manuella vridspjället användes för regleringen av undertryck, på så sätt att ju mer det öppnas ju mindre undertryck uppstår i röret.

9.1 Tidstest

Test av öppnings och stängningstid

Då det inte fanns tillgång till bra mätutrustning för att mäta öppnings- och

stängningstiderna utfördes fem stycken mätningar vid varje givet undertryck med hjälp av ett stoppur, kanske inte det säkraste sättet att utföra testet på, men det gav oss ändå en fingervisning hur vida undertrycket påverkar tiderna eller inte.

(30)

TAV 100 stängningstid, vid 6 bar till pneumatisk cylinder Test 1 2 3 4 5 Medeltid (s) Undertryck (kPa) 1 0 2,8 2,6 2,7 2,6 2,3 2,6 2 10 2,8 2,6 2,4 2,4 2,5 2,54 3 20 2,5 2,6 2,3 2,3 2,4 2,36 4 30 2,5 2,4 2,5 2,1 2,2 2,34 5 40 2,4 2,5 2,5 2,4 2,2 2,4 6 50 2,5 2,3 2,5 2 2,5 2,36

(31)

Test 1 2 3 4 5 Medeltid (s) Undertryck (kPa) 1 0 0,41 0,43 0,46 0,44 0,43 0,434 2 10 0,44 0,42 0,42 0,43 0,45 0,432 3 20 0,46 0,43 0,42 0,41 0,42 0,428 4 30 0,43 0,44 0,45 0,43 0,46 0,442 5 40 0,42 0,46 0,44 0,45 0,45 0,444 6 50 0,46 0,44 0,41 0,42 0,43 0,432

NAV 100 öppningstid, vid 6 bar till pneumatisk cylinder Test 1 2 3 4 5 Medeltid (s) Undertryck (kPa) 1 0 0,44 0,42 0,42 0,43 0,45 0,432 2 10 0,42 0,46 0,44 0,45 0,45 0,444 3 20 0,43 0,44 0,45 0,43 0,46 0,442 4 30 0,44 0,46 0,42 0,41 0,45 0,436 5 40 0,41 0,43 0,46 0,44 0,43 0,434 6 50 0,46 0,44 0,41 0,42 0,43 0,432 Det man kan se är genomgående på testerna av TAV och NAV 100 är att tiderna ändras inte nämnvärt vid någon ändring av undertryck. De enda tidsskillnaderna som går att se är på TAV 100, där skiljer det drygt 1 sekund mellan öppning och stängningstid, detta beror antagligen på att kolvarean är mindre vid stängning än öppning därmed blir den svagare. Men då kan man ju fråga sig varför skiljer sig inte tiderna på NAV 100? Antagligen är det så att den pneumatiska cylindern som finns till NAV 100 är något överdimensionerad för jobbet, dock så har vi inga siffror på de cylindrar som används i dagsläget.

9.2 FEM-beräkningar

(32)

på skivan blir vid maximal kraft. För att se om resultaten är rimliga, kontrollerades dessa med egna handberäkningar. FEM-beräkningar har alltså endast använts som enklare test och för att få en ungefärlig uppfattning om hur spjällen påverkas, och inte som tillförlitliga fakta.

9.2.1 Belastning på Ventilskiva

Genom bilderna går det att utläsa var belastningen är som störst och även nedböjningen på skivan. På bilderna/diagram nedan framgår att nedböjningen är som störst längst ut i kanterna (rödmarkerat område), och att det avtar ju närmare centrumaxeln man kommer. Här konstateras också att det ger skillnader i nedböjning beroende på skivans utformning.

9.2.2 Spänning och nedböjning

Med hjälpa av FEM-beräkningspogrammet i Catia dras slutsatsen att den största spänningskoncentrationen ligger kring hål för montering av axlar i samtliga beräknade fallen som gjorts.

Nedan visas resultat från förenklade beräkning i FEM-program.

(33)

NAV 100 – beräkning av nedböjning på ventilskiva

(34)

TAV 100 - beräkningar av nedböjning på ventilskivan

(35)

Nykonstruktion - beräkningar av nedböjning på ventilskivan

9.3 Handberäkningar

Beräkningarna är gjorda utifrån förenklade geometrier där skivan är uppritad som ett rätblock. För att få en marginal mot värdena beräknade i FEM-program gjordes valett att göra geometrierna mindre (en svagare konstruktion). I detta fallet utfördes

belastningsberäkning där hänsyn togs till de förhållande som råder för skivan, och till och med gjort dimensioner mindre än tidigare.

(36)

För att kunna beräkna nedböjningen på geometri behövdes följande formler plockas fram Yttröghetsmoment Ix= b h3 12 441 2 441 2 N 220.5 Ix 441 2 E

elementarfall:2 Punktlast( Karl Björk) f= F L

3

3 E1 Ix

Nedböjningen vi får fram via beräkningar för hand är 1.19304mm.

Beräkningar på moment

M = F * L

29471.1

Moment är 29.47 Nm

9.4 Summering av FEM-beräkning och handräkning

(37)

10 Kostnader

De priser som räknats fram i detta stycke behandlar enbart vad materialet för nykonstruktionen av pneumatiskt vridspjäll kan kosta, alltså inte hur mycket sedan bearbetning och tillverkning av vridspjället kostar.

10.1 Nykonstruktion

• Detalj Pris (kr) Cylinder 428 Stos/rör 6.7 Ventilskiva 2.8 Tätningsring 0.016

Stödring Har ej fått fram pris på denna del

Distans(x8) 3.96

Cylinderdistans(x2) 1.1

Överdel 15

Underdel 15

Skruv(x16) 2

(38)

11 Resultat

Genom detta examensarbete konstruerades ett mindre och smidigare vridspjäll där antalet ingående delar minimerades, här har även ett antal tillverkningsmoment som uppfattades som onödiga tagits bort. Större delen av projektet har bedrivits i Catia där olika utseenden och lösningar på hur vridspjället kan omkonstrueras provats fram.

Efter det att en nöjaktig konstruktion som vi var nöjda med tagits fram, sökte vi fram lämpliga material och skapade komplett ritningsunderlag, så att en prototyp skall kunna tillverkas.

Nykonstruktionen är som man har kunnat se i arbetet väldigt lik till utseende och funktion, men fördelen att nykonstruktionen har blivit avsevärt mindre och blir mest troligt billigare att tillverka då flertalet moment som t ex svetsning av extra lock till pneumatisk cylinder och diverse hål i under-/överdel har tagits bort.

(39)

(40)

(41)

(42)

Referenslista

Elektroniska referenser

www.tibnor.se www.helens.se

www.camozzi.se (Camozzi Pneumatik AB) www.imab.se

www.dukaventilation.dk/Default.aspx?ID=2852&Printerfriendly=2

Litteratur

Karl Björk, mekanik och hållfastlära, Femte upplagan Kompendier i FEM-beräkning

Personreferenser

(43)

(44)

Detalj Antal Titel/Namn, material, dimension etc Artikel Nr./Referens

Konstruerad av Godk nd av Reviderad - datum Filnamn Datum Skala

(45)

(46)

1 0

– 0 , 1

R 0 . 2 M A X

8

0_{- 0 , 1}

_{1 , 1}

_{– 0 , 1}

R 0 . 2 M A X

M6

CT

2007-04-30

5:1

CYLINDERDISTANS, EN10025

2 TOLERANS: ISO2768-1-m

MASSA:0.04kg

MJ

8

0_{- 0 , 1}

(47)

(48)

7 , 5

0_{- 0 , 5}

9 8

( 1 1 3 )

2

CLOROPRENE RUBBER CR, HARDNESS 50 +- IRH

(49)

(50)

(51)

TOLERANS: ISO2768-1-M

YTBEHANDLING: Fe/Zn 10

(52)

– 0 , 1

4 ( x 2 )

+ 0 , 1 0

8 , 1 ( x 9 )

53 1 7

33.1

14 1 4

8 1

26.3 1 1 2

5 6

1 0 8

2 6

76.3

+ 0 , 3 0

1 0 2 , 1

3 7 . 9

1 7 3 . 1

3 6 . 8

89 30,9

1 4

128.1 CT

1:2

2

2007-05-02

EN10130, UNDER-/ VERDEL

TOLERANS: ISO2768-1-m

AREA:0.071m2

(53)