Ontwerp van een flexibele nokkenkast

Ontwerp van een flexibele nokkenkast

Citation for published version (APA):

Bont, de, G. L. M. (1986). Ontwerp van een flexibele nokkenkast. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Vakgroep Produktietechnologie : WPB; Vol. WPA0304). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1986 Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

Rapportnr. WPA-0304.

Door: G.L.M. de Bont.

Rapport van de 1-1 opdracht

uitqevoerd van jan. '86 tot juni'86 in opdracht van prof. ir. J. v. Braqt, met beqeleidinq van ir. P.W. Kou.ans.

Samenvatting ... I Inleiding ... 1 Hoofdstuk 1 1 . 1 Eisenpakket ... 3 1.2 Verstelmogelijkheden ... 6 1.2.1 Electrische verstelling ... 6 1.2.2 Pneumatisch/hydraulische verstelling ... 7 1.2.3 Mechanische verstelling ... 9 I nokmanipulaties ... 9 II volgmechanisme-manipulaties ... 10 1.3 Slagbeginpunts-verstelling ... 15

1.4 Keuzes voor de verstelmethoden ... 18

Hogfdstuk 2 2. 1 Globaal ontwerp ... 20 2.2 Globale massabepaling ... 21 2.3 Heffunctie ... 22 2.4 Krachtsluiting volgmechanisme ... 23 Hoofdstuk 3 3. 1 Ontwerp nok en nokkenas ... 25

3.1.1 Bepaling ro ,amax en gmin ... 25

3.1.2 Bepaling contactkracht en materiaal van de nok ... 26

3 . 1 .3 Bepaling nokkenas ... , ... 27

3. 1 .4 Lagering nokkenas ... 28

3.1.5 Bepaling nokrol cq. contactrol ... 28

3.1.6 Constructieve uitvoering nok en nokkenas ... 28

3.2 Ontwerp hefboom ... 30

3.2. 1 Vormgeving hefboom ... 30

3 .2 . 2 Lager ing hefboom ... 31

3.2.3 De verstelinrichting ... 32

3.3 Ontwerp uitgaande schake! ... 32

3.3.1 Ontwerp uitgaande schakel ... 32

3.3.2 De verstelinrichting ... 33

Hoofdstuk 4 4.1 Conclusies en aanbevelingen ... 34

Li teratuurlijst ... '.' ... III Biilaqen ... ... V 1 Planeetwiel-overbrenqinq 2 Globale massabepalinq 3 Documentatie veer 4 Heffunctie

5 _{Nomoqram ter bepalinq van cxmax}

6 Bepalinq contactkracht

7 Grafiek ter bepalinq materiaal nok

8 Bepalinq contactspanninq

9 Nokkenas-berekeninq

10 Documentatie diepqroef-koqellaqers 11 Documentatie nokrol

12 Documentatie axiale koqelbus 13 Documentatie Hepco-qeleidinqen 14 Documentatie ball spline system 15 Documentatie trapezium-moer 16 Documentatie keqellaqer

17 Documentatie roltafel met schroefspil en rem 18 ·pen-qeleidinq

Samenxattinq

Dit rapport is tot stand gekomen n.a.v. de 11-opdracht van G.L.M. de Bont in het kader van zijn ingenieurs-studie aan de T.H. te Eindhoven. De opdracht was om een flexibele nokkenkast te ontwerpen. De flexibiliteit diende tot uiting te komen in een tweetal verstellingen ; slaggrootte- en slagbeginpunts-verstelling. Deze flexibiliteit zou er toe moeten leiden dat er zonder tijdsverlies op een ander product kan worden overgeschakeld.

Een literatuurstudie leverde niet die verstelmethode op Idie vooraf werd beoogd. Er diende daarom aanpassingen aan de bestaande methoden verricht te worden. In hoofdstuk 1 staan een aantal oplossingen vermeld die afhankelijk van de beoogde flexibiliteit ,het toerental van de nokkenkast en van de bedrijfs-situatie toepasbaar zouden kunnen zijn. Aan het eind van het hoofdstuk worden er keuzes gemaakt voor de beide verstel-inrichtingen.

In hoofdstuk 2 worden de numerieke ontwerpgegevens ,waaronder O.a. de heffuntie ,vastgelegd.

In hoofdstuk 3 worden deze gegevens verwerkt in het globale ontwerp twaardoor deze een definitievere vorm krijgt.

Tenslotte worden er in hoofdstuk 4 een aantal conclusies getrokken. Verder worden er een aantal punten aangehaald waarbij mogelijk problemen zouden kunnen ontstaan bij de realisatie van het ontwerp. Helaas dient het bij deze aanbevelingen en waarschuwingen te blijven daar de tijd ontbrak om op deze punten verder in te gaan. In het slotwoord wordt een woord van dank gericht aan ir. P.W. Koumans voor de begeleiding tijdens deze opdracht.

Inleidinq

Dit is het verslag van de 11-opdracht van G.L.M. de Bont in het kader van zijn ingenieurs-studie aan de T.R. te Eindhoven.

De opdracht kan geplaatst worden in het kader van de flexibele industriele automatisering. Dit houdt de ontwikkeling in Ivan productie-systemen Idie in belangrijke mate onafhankelijk zijn van het te vervaardigen product. Dit wordt gerealiseerd door te zorgen dat de tijd Idie nodig is voor de omstelling op een ander product ,zo klein mogelijk te maken. Op deze wijze zal het economisch verantwoord moe ten worden om producten in kleinere series of zelfs in willekeurige volgorde te bewerken en/of te behandelen.

In dit kader diende er nu een flexibele nokkenkast ontworpen te worden. Een nokkenkast zet een ingaande roterende beweging om in een uitgaande translerende beweging. De flexibiliteit van de nokkenkast diende 3-delig te zijn:

1. programmaverstelling

2. slaggrootte-verstelling 3. slagbeginpunts-verstelling

In dit verslag wordt er een censtructieve oplossing aangedragen veor de punt en 2 en 3. De programma-verstelling kan m.b.v. een

planeetwiel-overbrenging worden gerealiseerd (zie bijlage 1). Deze planeetwiel-overbrenging wordt tussen de motor en de nok geplaatst. Men kan nu van de nokkenas ,en dus van de uitgaande schakel het snelheidsverloop beinvloeden zonder dat er een andere nok gemonteerd dient te worden. Voor verdere byzonderheden wordt verwezen naar het verslag van H.M.T. Gorter (rapport nr. WPB 0226).

De verstellingen van slaggrootte en slagbeginpunt worden duidelijk gemaakt aan de hand van de onderstaande fig. 0.1.

-slaggrootte-verstelling:

Een slag ter grootte van "1" dient zo mogelijk continu verandert te kunnen worden in een slag ter grootte "2".

-slagbeginpunts-verstelling:

Van een slag moet het beginpunt continu verstelbaar zijn tussen de punten A en B.

slaggrQotte 1 ~ ~I.-_______________ b_e~~~· ~t 2 °1 B I slaggroot e 1 beginptlllt 1 A I l slaggrootte 2 C a - - - . . - j

r

fig. 0.1 slaggrootte-verstelling en slagbeginpunts-verstelling.

Het toepassings gebied van deze nokkenkast wordt bepaald door de

toelaatbare uitwendige belasting. Deze belasting is gekozen op een mogelijk te verplaatsen massa van maximaal 5 kg. Dit mag maximaal 4 maal per seconde gebeuren over een maximale slaglengte van 100 mm.

Hoofdstuk 1

1.1 Eisenpakket

Om de flexibiliteit in voldoende mate te kunnen garanderen worden er de volgende eisen gesteld aan de te ontwerpen nokkenkast.

- De slaggrootte moet continu verstelbaar zijn tussen een minimale slag van 50 mm en een maximale slag van 100 mm. Bet slagbeginpunt moet verstelbaar zijn over een continu traject van 50 mm.

- Er moeten 4 slagen per seconde gemaakt kunnen worden. - De beide verstellingen di~nen volledig onafhankelijk van

elkaar gerealiseerd te kunnen worden.

- De tijd nodig am de verstelling tot stand te brengen dient zo kort mogelijk te zijn. Indien mogelijk zelfs tijdens bedrijf. De afmetingen dienen zoveel mogelijk beperkt te blijven. Naast deze eisen ten aanzien van het gebruik van de nokkenkast zijn er oak nog een aantal aanbevelingen voor het ontwerpen van een nokmechanisme. Een nClk is voorzien van een heffunctie (h(t». Onder bepaalde voorwaarden [lit. 1] kan het gehele nokmechanisme vervangen worden gedacht door een een-massaveersysteem (zie fig. 1.1).

T

t"'"T"

m

In dit systeem wordt de heffunctie beschouwd als de ingang. De uitgang, zijnde de verplaatsing (x(t» van de uitgaande schakel ,blijkt nu af te wijken van de heffunctie. A.g.v. de eindige stijfheid van het systeem wordt er bovenop de heffunctie een trilling in de eigenfrequentie van het systeem gesuperponeerd. De amplitude van deze z.g.n. resttrilling (U_o) moet beneden de plaatsnauwkeurigheid (U -grens) van de uitgaande schakel blijven. Deze

o

amplitude blijkt afhankelijk te zijn van de eigentrillingstijd (T) van het systeem. Deze eigentrillingstijd is te bepalen uit de bewegingsvergelijking van het een-massaveersysteem. Behalve van de eigentrillingstijd is U ook

o

afhankelijk van de heftijd (t ). Men kan er nu voor zorgen dat U <U -grens _{m o o} blijft door rekening te houden met devolgende aspecten:

- T zo groot mogelijki

*

kleine Massa van het volgsysteem

*

grote stijfheid van het gehele systeem (inclusief aandrijving)

- t zo klein mogelijk; m

*

langzaam lopende machines

*

grote kommandohoek ('9 ) (zie fig. 1.1.b)

m

- er mogen geen spelingen doorlopen worden bij het omkeren van de bewegingsrichting.

*

het gehele systeem moet worden voorgespannen. - met het oog op een vereiste grote stijfheid ,moet

de overbrengingsverhouding (i) kleiner dan 1 gehouden worden (stijfheid is omgekeerd evenredig met i2)

er mogen geen aanslagen gebruikt worden i.v.m. de dan grote optredende krachten a.g.v. de sprong in de snelheid.

N.B. De eerste twee aanbevelingen kunnen worden samengevat in de aanbeveling om de tijdsconstante (t=T/t ) zo klein mogelijk te houden.

h(t)

II~

o _ t i j d il

m

!

----I-fig. 1.1.b schema nokmechanisme.

111 = lII&Ssa. van het volgsyste .. ::

h lll _ ma.::dlDale hefhoogte If_{m'" OOlllllUUldohoek} ro= nok:t:ol....m.i.ddelpunts-baanatraal

\1-

hettijd

1.2 Verstellings-mogelijkheden

In de literatuur zijn een aantal oplossingen te vinden. Ze worden ingedeeld in 3 groepen:

1. "electrische" verstelling

2. ·pneumatisch/hydraulische" verstelling 3. "mechanische" verstelling

Aan de hand van het eisenpakket zullen de verschillende oplossingen in de volgende paragrafen worden bekeken op hun werking en hun mogelijkheden op toepassing.

1.2.1 electrische verstelling:

a. De opstelling ziet er uit zoals aangegeven in fig. 1.2.

-nok~ verplaats. --- versterker - - electro- - - spindel

r--

ui tgaande

opnemer motor met moer schakel

-

. ,

I

absoluut meetsysteem fig. 1.2 schema opstelling "electrische" verstelling.

De verplaatsing die de nokvorm via de heffunctie (h(t) bewerkstelligt ,wordt geregistreerd door een verplaatsingsopnemer. Deze zet de

geregistreerde verplaatsingom in een electrische spanning. Deze spanning wOldt toegevoerd aan een versterker. Middels de keuz.e voor de versterkings-factor kan er nu een overbrengingsverhouding gekozen worden. Het versterkte signaal uit de versterker kan aan een electromotor worden toegevoerd Idie dan een bepaald aantal omwentelingen maakt.A.g.v. deze omwentelingen verplaatst een moer over een spindel. Het beginpunt van de slag wordt vastgelegd m.b.v. een absoluut meetsysteem.

b. De opstelling heeft een soortgelijke hoedanigheid als a.

De nok en de verplaatsings opnemer zijn nu echter vervangen door een ,in een microcomputer voorgeprogrammeerde heffunctie. De heffuntie is verdeeld in een aantal stappen. Elke stap geeft een impuls-spanning af die aan de versterker wordt toegevoerd.

een probleem voor daar waar het gaat om het aantal slagen per tijdseenheid die gemaakt moeten kunnen worden. De verplaatsingsopnemer ais de

microcomputer hebben een bepaalde traagheid. Als gevolg hiervan kunnen zij slechts een beperkt aantal spannings-pulsen per tijdseenheid afgeven. Als er met hoge toerentallen wordt gewerkt ,gaat de geleidelijke opbouw van

snelheid en versnelling die in de heffunctie zitten opgesloten ,nu volledig verloren (zie fig. 1.3). De massakrachten in het systeem kunnen hoog oplopen hetgeen fatale gevolgen zou kunnen hebben.

Deze methodes zijn om deze redenen aIleen toepasbaar wanneer er gewerkt wordt met lagere toerentallen dan hier vereist. Er moeten gedurende de slag

(zowel heen- ais teruggaande) voidoende spannings-pulsen afgegeven kunnen worden. werkelijk spanr.ings-verloop _ t i j d (~

fig. 1.3 Afwijking van gewenst spanningspatroon a.g.v. tekort aan spannings-pulsen per tijdseenheid.

1.2.2 pneumatisch/hydraulisch:

In fig. 1.4.a is een principeschets weergegeven van de methode om op pneumatisch/hydraulische weg de beide verstellingen tot stand te brengen. Het principe is afgeleid van een nokken-kopieer freesmachine. Een nok Iegt via zijn heffunctie een verplaatsing op aan de z.g.n. stoterstang. Wanneer deze verplaatsing b.v. een stijging is ,zal de druk {P2} boven de restrictie

(R2) toenemen. Deze verhoogde druk komt op de aan de "aarde" verbonden zuigerstang (Z) te staan. Als reactie hierop zal het systeem (5) tussen de geleidingen (G) omhoog gaan bewegen. Hierdoor neemt de druk boven restrictie R2 weer af en zal er zich een nieuw evenwichtspunt instellen.

De rege1ing zal aan de hand van een vereenvoudigde electrische analogie worden verduidelijkt (zie fig. 1.4.b).

?l=voedingsdruk 31=reduceerventiel P2='.4erkdruk -R2=restrietie Goo geleiding Z'" ~gerstang S'" stotersta.'lg R2 :3y=systeem I

!

llitgang

fig. 1.4.a Schema opstelling pneumatische/hydraulische verstelling. Wanneer men ,bij gelijke verplaatsing van de stoterstang ,een grotere uitgaande slag wil hebben moet de voedings-druk P1 verhoogd worden. Om het beginpunt gelijk te houden bij deze verandering van P1 dient men het

reduceerventiel R1 bij te stellen. Dit dient op de volgende wijze te gebeuren:

P1

fig. 1.4.b electrisch analogon van fig. 1.4.a. stel P1= P

R1= R2=

R

dan geldt P2= O,5*P als begindruk en dus als beginstand van de uitgaande schakel.

Wordt de druk P1 verhoogd dan zal oak R1 verhoogd moeten worden stel P1= X*P

Voor een gelijke beginstand dient er hetvolgende verband tussen X en Y te bestaan:

y= 2*X-1

Aan deze methode kleven er enkele duidelijke nadelen aan. Het eerste nadeel brengt de pneumatiek/hydrauliek met zich mee. Beide media zijn compressibel. Wanneer er op korte tijd relatief grote dxukveranderingen optreden ,zal het medium worden samengeperst. Er zal dus een vervorming van het ingangssignaal optreden. Zodoende zal er aan de uitgang niet die

verplaatsing bewerkstelligt worden die men beoogd had.

Het tweede nadeel is dat de verstellingen niet onafhankelijk Z1]n. Bij verandering van b.v. de voedingsdruk (P1) zal men ,om een gelijk begin-punt te kunnen houden ,ook het reduceerventiel (R1) moeten bijstellen.

Deze nadelen dragen er zorg voor dat deze methode niet geschikt is voor het beoogde doel. Er kan nog worden opgemerkt dat het gebruik van hydrauliek Minder afwijkingen geeft dan de pneumatiek.

1.2.3 mechanische verstelling:

De mechanische oplossingen kunnen we in twee delen opsplitsen. Er wordt hetvolgende onderscheid gemaakt :

I. Verstelling aan de hand van de nok cq. nokvorm. II. Verstelling aan het volgmechanisme.

ad. I.a. Verwisseling van de nok.

*andere hefhoogte geeft een andere slaglengte.

*andere grondstraal (ro' geeft een ander slagbeginpunt b. Schijf met verschillende noklobben (zie bijlage 19). c. Drie-dimensionale noktrommel (zie fig. 1.S.b).

Er zijn nog meerdere mogelijkheden om de verstellingen door manipulaties met de nok tot stand te brengen. Daar echter deze mogelijkheden te veel afwijken van het opgestelde eisenpakket ,wordt er alleen naar de literatuur verwezen waar deze zijn terug te vinden.

Wanneer de bovengenoemde drie methoden met het eisenpakket

geconfronteerd worden blijken er ook enkele gebreken te zijn. De method en a en b zijn beide niet continu verstelbaar. Slechts wanneer een continue verstelling niet gewenst is ,is a de meest eenvoudige methode. Een tweede nadeel is dat de omsteltijd nog relatief hoog is. Methode c heeft zij?

gecompliceerde vervaardiging ais belangrijknadeel. Een ander nadeel is de benodigde puntvormige nokvolger. Bij de grate optredende versnellingen en dus grote contactkrachten zullen et zeer grote contactspanningen optreden die tot grate slijtage kunnen leiden.

fig. 1.S.b Drie-dimensionale noktrommel met puntvormige volger.

ad.

II.

Volgmechanisme:

Verstellingen aan mechanismen z~Jn op vele manieren te realiseren. In de literatuurlijst staan een aantal boeken aangegeven waar men een groot aantal van deze manieren kan vinden. Vele van deze methoden blijken dezelfde

problemen te hebben t.a.v. het opgestelde eisenpakket. Aan de hand van de nu volgende voorbeelden worden deze problemen aangegeven en worden er oplos-singen voor aangedragen. Devolgende twee soorten overbrengingen worden besproken:

1. Hefboom-overbrenging:

2. Tangenslineaal-overbrenging:

ad. 1. Hefboom-overbrenging:

De slaggrootte wordt bepaald door de ingestelde overbrengings-verhouding van de hefboom. Deze instelling wordt bewerkstel1igd door verplaatsing van A over de hefboom. Het beginpunt wordt ingestelt door verplaatsing van het gestelpunt Ao (zie fig. 1.6.a).

•

B:.-__ ... _-...:;;:==> ;:.' _ ui tgang

koppel-stang

+---hefboom:

fig. 1.6.a Schema hefboom-overbrenging .

ingang

beginpunts-verstelling

fig. 1.6.b Slaggrootte ,en verandering van slaggrootte na verstelling van het beginpunt.

Er geldt hetvolgende: S'=(a+b)*sin(a) S'=h *19±bl*cos{a) _{m a}

Voor de overbrengings-verhouding van de hefboom geldt nu:

VUO! de totale slaglengte (5) geldt nu:

5=5'-C*{coS{~)-cOS{~1» (dus 5<5')

Deze bijkomende factor is duidelijk niet constant maar blijkt

afhankelijk van de overbrengings-verhouding (i'). Ook verandering van het beginpunt (verplaatsing van Ao) heeft invloed op i'. De hoek a van de hef-boom veranderd bij verstelling van het begipunt ,evenals de hoek ~ van de koppelstang. Ook beinvloed een verandering van de slaggrootte de

plaats van het beginpunt. Bet punt A zou voor een constant beginpunt over een circel (C) om het punt B verplaatst moeten worden om een constant

beginpunt te verkrijgen. Echter als men nu het beginpunt verandert ,komt de circel anders te liggen t.O.V. de hefboom dan circel C dit eerder deed. Bet is dus onmogelijk om aan de hefboom een baan te maken waaIover punt A kan bewegen ,z.d.d. deze bij slaggrootte-verstelling altijd een constant beginpunt te zien geeft.

Bet probleem wordt veroorzaakt door de vaste verbinding via de

koppelstang van het punt A met de uitgaande schakel. Bet ligt nu voor de hand om geen koppelstang te gebruiken. Dit betekent dat punt A van de

hefboom via een krachtgesloten verbinding aan de uitgaande schakel verbonden wordt. De overbrengingsverhouding is dan niet langer afhankelijk van de hoek a.

Wanneer men nu van dezelfde situatie uitgaat als in fig. 1.6 en men laat de koppelstang (AB) weg ,dan moet de verstelling van de overbrenging ook bij Ao geschieden. Men zou dit kunnen realiseren door Ao op een X-Y-slede te plaatsen. Wanneer men het beginpunt gaat verstellen dan blijkt dat men ook nu rekening moet houden met de overbreningsverhouding. Een verplaatsing van Ao over een afstand 1 betekent een beginpunt verplaatsing van m waarbij voor m geldt:

m=1*a/b=1*(1/(i-1»

Bet lijkt nu dus verstandig om de verstelling van het beginpunt niet via dezelfde roterende schakel te verrichten als die die gebruikt wordt voor de

verstelling van de slaggrootte. Er zijn in dat geval nog twee translerende schakels over om de verstelling van het beginpunt mee te realiseren. Er wordt gekozen voor de uitgaande schakel. Men hoeft dan niet het gehele mechanisme mee te verstellen zoals dit bij lengte-verandering van de stoterstang wel het geval zou zijn.

Er zijn nu nog twee kleine problemen op te lossen. De eerste betreft de overbreningsverhouding (i=(a+b)/a) die groter dan 1 is. Dit is eenvoudig op te lossen door het draaipunt Ao tussen de in- en uitgang van de hefboom in te leggen. Men zou ook de in- en uitgang kunnen omdraaien van fig. 1.6 maar er steekt dan een ander probleem de kop op. Men moet nu een dermate grote ingang (hefhoogte) toepassen om de vereiste slag te kunnen halen ,dat de versnellingen ,en dus de krachten te groot zouden worden. Het tweede probleem wordt in fig. 1.1 duidelijk gemaakt. Doordat de hefboom afrolt tegen een rol (zowel bij in- als uitgang) treedt er een afwijking op van de slaggrootte. Deze afwijking is niet constant maar afhankelijk van de

hoekverdraaiing van de hefboom (en dus van i). Voor de afwijking geldt : f=r-r/cos(a)

Om dit probleem op te lossen moet men ervoor zorg dragen dat het

middelpunt van de rol waariangs de hefboom afrolt ,op een Iijn Iigt met het draaipunt van de hefboom. Deze lijn dient dan evenwijdig te liggen aan het viak waarover de rol afroit.

b

ingar.g - .

-r--+-a

ad. 2. De tangens-lineaal:

Behalve de in de vorige paragraaf besproken methode met de hefboom is er nog een tweede methode waarop men de beide verstellingen volledig

onafhankelijk kan verrichten. De beginpunts-verstelling wordt wederom

verkregen door lengteverandering van de uitgaande schakel. De overbrengings-verhouding wordt nu bepaalt door de hoek waaronder de tangens-lineaal staat ingesteld {zie fig. 1.8}. De verhouding is nu alsvolgt:

i=S/hm=tan(~) met ~<450 z.d.d. i<1

De hoek (~) wordt ingesteld door de lineaal om het punt Bo te verdraaien. Het punt Ao is een punt van de stoterstang en is via een circelvormige sleuf (met middelpunt Bo) met de lineaal verbonden. De uitgaande schakel rolt tijdens het maken van de slag langs de lineaal af. Door het middelpunt van de rol op een lijn met het draaipunt (Bo) van de lineaal te leggen kunnen er geen afwijkingen ontstaan als de rol afrolt tegen een vlak evenwijdig hieraan.

De lineaal moet worden gefixeerd op het moment dat deze is ingesteld. Door de krachten die op de lineaal werken zou de verstel1ing gemakkelijk kunnen verlopen. Hiertoe wordt er een ruitvormig (AoABoB) mechanisme aan de lineaal verbonden. Draaipunt A van dit mechanisme is verbonden met een X-Y-slede die in hoogte versteld en gefixeerd kan worden. Tijdens de slag beweegt A dan over de lin Y-richting gefixeerde ,X-slede z.d.d. de lineaal , niet kan verdraaien. Bij verstelling van de slaggrootte verplaatst men de

Y-slede. De verstelling zou nu kunnen plaats vinden zander dat de machine wordt stopgezet.

~'L,

• A , t

slaggrootte-Ao . , t verstelling

1.3 Beqinpuntsverstellinq door lenqteveranderinq van de uitgaande schakel.

De verstellinq van het beqinpunt wordt verricht aan de uitqaande schakel. Daartoe wordt de lengte van de schakel veranderd. Het verstel-mechanisme mag daarbij niet met de schakel meetransleren. Er zijn nu een drietal mogelijkheden:

1. ruitvormig mechanisme (zie fig. 1.9) 2. "pen-geleiding" (zie fig. 1.10) 3. ball spline system (zie fig. 1.11)

ad. 1. Ruitvormig mechanisme:

De uitqaande schakel bestaat nu uit een geleiding waarop twee sledes beweqen. De sledes zijn verbonden door een ruitvormigmechanisme .

..

,

4

fig. 1.9 Ruitvormig mechanisme.

1. Blax torsie kabel

2. :;pindel (linkse draad)

}. Koppeling

4. Spindel (reohtse draad) 5. Geleiding

6. Yerbindings-stuk met kogel omloop-moer

In dit mechanisme is op de B-D-diagonaal een spindel geplaatst die aan de ene kant linkse en aan de andere kant rechtse draad heeft.

De spindel wordt via een BIAX-torsie kabel verbonden met een verstelwiel dat in het huis is bevestigd. Door draaien aan dit verstelwiel zullen de hoekpunten naar elkaar toe ,of van elkaar af bewegen. Op deze manier wordt er een lengte-verandering van de schakel verkregen.

ad. 2. ·pen-geleiding"

Bij deze methode bestaat de uitgaande schakel uit 4 pennen die aan de uiteinden verbonden zijn door schijven. In de schijf aan het ingaande kant wordt de as gelagerd ,z.d.d. de schijf am deze as vrij kan verdraaien. In de schijf aan de uitgaande kant is een trapezium-moer gemonteerd. Op de as die hieruit komt is dan oak draad getapt. De as zelf moet zodanig gemonteerd worden dat deze niet verdraaibaar is. De pennen lopen door een verstelwiel dat in h~t huis ge1agerd is. DOGr verdraaiing van het verste1wie1 za1 de uitgaande as a1 naar g~lang de draairichting naar binnen of naar buiten bewegen. De gehele uitgaande schakel kan zo van lengte worden veranderd.

1 ",hefboom

2 =slede met oontactrol 3 =schij£ ingaande kant 4 =veer

5 =pen

6 .. verstelwiel

7 =schijf uiteaanee kar.t

6 =trapezium-moer

9 = i tgaande a.s lQ--huis

ad. 3. Ball spline system

Het ball spline system is een axiaal qeleidings-systeem dat ook in

tangentiele richtinq een kracht kan overbrengen. Het systeem bestaat uit een kogelbus waardoor een as loopt die een uitwendige vertanding heeft in axiale richtinq. Ret verstellings-principe is qelijk aan de ·pen-geleiding". Ret verstelwiel zit nu op de kogelbus.

1.4 Keuzes voor de verstel-methoden

In de voorqaande paraqrafen is duidelijk qeworden dat bij het opqestelde eisenpakket mechanische verstelmechanismen dienen te worden gekozen. De hoge toerentallen draqen er zorq voor dat de electronische

verstellinqs-moqelijkheden hier niet toepasbaar zijn. De verstellinq van slaggrootte en slaqbeqinpunt dienen verder aan verschillende schake Is van het

volgmechanisme verricht te worden. In devolgende twee paragrafen wordt voor beide verstellinqen een keuze qemaakt voor de methode waarop de verstellinq dient te geschieden.

1.4.1 slaggrootte verstelling

Er dient een keuze gemaakt te worden uit de volgende twee mogelijkheden: 1. hefboom-overbrenging (i=b/a)

2. tangens-lineaal-overbrenging (i=tan(a)

De keuze wordt gemaakt voor de hefboom-overbrenging om devolgende redenen:

Bij de tangens-lineaal zijn teveel geleidingen nodig.

- De afmetingen van de tangens-lineaal lijken grater te worden dan die van de hefboom-overbrenging.

- Om een overbrengings-verhouding van 1 te verkrijgen dient de lineaal onder een hoek van 450 ingesteld te worden. Dit betekent een ongunstige krachtsdoorleiding. Om nu een gunstigere krachtsdoorleiding te

verkrijgen dient nu de hefhoogte van de nok vergroot te worden. Dit betekent echter dat de versnellingen ,en dus de massakrachten in het valgsysteem grater worden. Een grotere versnelling heeft verder aok nog een nadelige invloed op de levensduur van de geleidingen.

- De totale massa van het volgsysteem van de tangens-lineaal is grater dan die van de hefboom ,uitgaande van een identieke uitgaande schakel.

1.4.2 slaqbeqinpunts-verstellinq

Er moet uit drie moqelijke verstelinrichtinqen een keuze qemaakt worden, te weten:

1. ruitvormig mechanisme 2. pen-mechanisme

3. ball-spline mechanisme

De keuze wordt qemaakt voor het ball spline mechanisme om devolqende redenen:

- Het ruitvormig mechanisme heeft een aantal nadelen:

*teveel draaipunten die een bron kunnen zijn voor spe!inqen. *te grote afmetingen.

*te qrote meetranslerende massa.

- Het pen-mechanisme geeft ook te grote afmetingen. De pennen kunnen verder a.q.v. het krachtenspel te ver qaan doorbuiqen waardoor ze kunnen vastlopen in de geleidingen van het verstelwiel. De doorbuiging kan verder voor grote slijtage zorgen in deze qeleidingen daar er een kantbelasting zal ontstaan. Hierdoor zal de speling in het lager

BOOFSTUK 2

2.1 Globaalontwerp

In het globale ontwerp worden allereerst een aantal constructieve

aspecten vastgelegd. Er wordt uitgegaan van een maximale hoekverdraaiing van de hefboom van 30°. De overbrengings-verhouding mag maximaal 1 worden. Dit betekent dat er een nok wordt gebruikt die een hefhoogte heeft van 100 [mm]. Het gehele volgsysteem wordt door een veer voorgespannen. Deze veer wordt in de uitgaande schakel gemonteerd z.d.d. deze de gehele constructie

voorspant,en er geen spelingen worden doorlopen bij het omkeren van de bewegings-richting. De uitgaande schakel wordt om een zo compact mogelijke constructie te verkrijgen links van de hefboom geplaatst. Op deze manier betekent een heffing op de nok een heengaande slag ,en een daling een teruggaande (zie fig. 2.1).

_ I

1. ui tgaa.llde as

2. -reer

3. ball spline as' 4. ball spline huis

5. verstelwiel 6. ge1eiding 1. kontaktrol 8, hafbool11 9. spindel 16.atoterstang ll.nok

fig. 2.1 Globaal ontwerp van de hefboom-overbrenging met ball spline system.

2.2 Globale massabepalinq

Voor de bepaling van de optredende massakrachten is buiten de optredende maximale versnelling ook de massa van het volgsysteem van belang. De

massabepaling kan nog slechts globaal zijn daar er nog geen exacte dimensionereing heeft plaatsqevonden. Er wordt bij de massabepaling

onderscheid gemaakt tussen roterende en translerende delen. Hte translerende gedeelte omvat de stoterstang en de uitqaande schakel. Deze beide massa's hebben een directe invloed op de traagheid. Ret roterende gedeelte is de hefboom. Van deze hefboom wordt eerst het massatraagheidsmoment bepaald. Dit moment wordt dan vervolgens omgerekend tot een translerende massa. De massa wordt nu als voIgt globaal vastgeIegd: (zie bijlage 2)

1. De stoterstang

De stoterstang wordt beschouwd als een slede met massa m1' 2. De hefboom

De hefboom wordt beschouwd als een roterende staaf met het draaipunt (Ao) in het midden en een ma~sa m2 (zie fig. 2.2)

B 4-... Ao y .. t--A. b

'"

Q

..

Ult

-fig. 2.2 schema hefboom ter bepaling van de massa.

De slingerende massa van de hefboom heeft devolgende traagheidsmomenten waarbij de hefboom in twee onafhankelijke delen AoA en BoB worden

gedacht:

I _AoA =1/3*(a/l*m )*a2 ₂ IB B=1/3*(b/l*m2)*b2

o

Deze traagheidsm(Jmenten kunnen worden beschouwd als in de punten A en B translerende massa's (lit. 1]. Er geldt nu:

Hierbij is gerekend met een 1 dus a=b. 3. De uitgaande schakel.

De uitgaande schakel wordt opgebouwd gedacht uit dxie delen ,te weten:

-een slede (m3a 1

-de ball spline as (m3b) -de uitgaande as (m3cl 4. De uitwendige belasting.

De uitwendige belasting wordt beschouwd als een te verplaatsen massa m4'

De totale massa voIgt nu uit de som van de 4 bovengenoemde massa's. De totale massa wordt bepaald voar staal en voor aluminium:

mtot.Fe

mtot.Al

=±9

(kg]

Later bij de keuzevan de veer (par. 2.4) zal een materiaalkeuze worden gedaan.

2.3 Heffunctie (h(t»

Wanneer men de optredende maximale snelheid en versnelling wil bepalen is het noodzakelijk een keuze te doen voor de te gebruiken heffunctie. De versnellingen spelen een rol bij de in het volgsysteem optredende

massakrachten ,terwiji de snelheid een rol speelt bij de benodigde energie. De meest toegepaste heffuncties zijn de scheve en de aangepaste sinus. Beide heffuncties geven een relatief gunstig snelheids- en versnellingsverloop te zien waarin geen sprongen voorkomen. In de bijlage4 zijn voor beide

heffuncties voor verschillende commandohoeken de maximale snelheid en versnelling uitgerekend (zie tabel I bijlage 4).

Men kan de maximale waarden vergelijken voor beide heffuncties aan de hand van twee coefficienten;cv en ca' Er geldt:

h = c

* __

UL [m/s] v tm scheve _sinus 2 6,28 aijlngep. s~nus 1,76 C_v 5,53 c_a

Er blijkt nu dat beide coefficienten voor de aangepaste sinus kleiner zijn. Oit betekent dat er , bij gebruik van de aangepaste sinus ,minder energie nodig is en dat de massakrachten ook lager zijn. Op grond hiervan en het feit dat de levensduur van de geleidingen sterk afneemt bij

versnellingen groter dan 50 [m/52 ] wordt derhalve voor de aangepaste sinus als heffunctie gekozen. Zoals uit tabel I op bijlage blijkt dient de

coromandohoek (~m) groter te zijn dan 1500 _{om te voorkomen dat amax >50 [m/5}2] wordt. Het spreekt vanzelf dat bij lagere toerentallen en/of een kleinere hefhoogte de commandohoek kleiner mag zijn. In het verdere verslag wordt met devolgende waarden gerekend:

~ = 100 [rom] vmax

=

1,7 [m/s] amax

=

50 [m/52 ]

2.4 Krachtsluiting volgmechanisme

De veer dient voor een krachtgesloten volgmechanisme te zorgen. Dit betekent dat er bij het omkeren van de beweging geen spelingen doorlopen mogen worden. De veer zal dus onder voorspanning in de constructie dienen te worden opgenomen. Er worden een aantal eisen aan de veer gesteld (zie fig. 2.3):

- Op de plaats van de maximale vertraging (op t=7/S*tm) moet gelden: Fveer

=±

_{2*mtot .} *~ax =1000 [N]

- De veer moet een lineaire karakteristiek hebben in zijn werkgebied. - De veerkracht bij de grootste heffing moet tweemaal zo groot zijn als

bij de kleinste.

- Het mlnimale veertraject moet de maximale slaglengte plus de voorspanlengte bedragen.

Ex wordt voor devoltlende veer gekozen: (zie bijlage _l)

drukveer 013920 (pjanostaal) gegevens: -ongespannen lengte

-maximale indrukking -veerstijfheid -maximale veerkracht Lo=300 [mml 1=184

[mm]

f:::5,36 [N/mm] Fveer ,max=980 [N]

De veerkracht is bij de maximale vertraging niet geheel tweemaal de maximale vertragingskracht. Om dit te bereiken zou men een stijvere veer nodig hebben. Men zou nu kunnen denken an stempelveren. Deze veren hebben echter als nadeel dat ze slechts een beperkte indrukkings-frequentie kunnen verdragen ,waardoor ze hier niet toepasbaar zijn. Trekveren zijn bij gelijk veertraject slapper dan de drukveren.

kra.cht

t

(1'1) ';' 'voo:::;span

-- - max tijd --.-(sec)

fig. 2.3 Massakracht en veerkracht tijdens heffing.

Wanneer de veer wordt voorgespannen over een lengte van 80

(mm]

ontstaat er een voorspankracht ter grootte van Fvoorspan= 430 [N}. Er blijft dan nog een veertraject over ,na de maximale slaglengte ervan afgetrokken te

hebben,van 4 [mm] , Oit is voldoende om de eventuele toleranties die bij het veertraject zijn opgegeven op te vangen.

Hoofdstuk 3

3.1 Ontwerp nok en nokkenas

Bij het ontwerp van de nok en de nokkenas komen een aantal aspect en aan de arde die elkaar in meer af mindere mate beivlaeden. Deze aspecten worden in devolgende paragrafen in de genoemde volgorde behandeld:

1. bepaling van ro ,amax en Qmin'

2. bepaling van de kontactdruk en daarmee het materiaal van de nok.

3. bepaling nokkenas.

4. bepaling lagering van de nokkenas. 5. bepaling nokrol cq. contactrol.

6. constructieve uitvaering van nok ,nokkenas en lagering. 3.1.1 Bepaling van ro '~ax en Qmin'

Een richtlijn voor de waarde van amax is dat ,deze bij toerentallen grater dan 30 [amw/min] ,kleiner moet zijn dan 30°. Door een kleine maximale drukhoek blijven de krachten relatief klein. Oak de stijfheid van de

nokkenas zal hierdoor toenemen. De drukhoek kan klein worden door een grote ro en ~m _{,en hm klein te kiezen. De commandohoek en de hefhoogte zijn reeds}

vastgelegd(zie par. 2.4), Vaor de bepaling van de straal van de nokrol-middelpuntsbaan wordt gebruik gemaakt van nomogramme'n (zie bijlage 6). Uit deze nomogrammen kan men nu door een keuze te maken voor ro een nmax

bepalen. Het zou gunstig zijn de ro zo groat mogelijk te kiezen. Men moet hier echter rekening houden met de afmetingen die de nok zal krijgen. Er wordt uitgegaan van devolgende waarden:

Lo=l17 ,5 [rron] waarbij dnokrol =35 [mm]

Uit her.zelfde diagram (bijlage 5) is nu ook de waarde van Qmin/hm te halen. In verband met mogelijke ondersnijding tijdens fabricage van de nok en de toelaatbare contactspanningen moet gelden Qmin>dnokrol' Aan deze eis is hier ruim voldaan.

3.1.2 Bepalinq contactkracht en materiaal van de nok

V~~r de contactkracht bestaat devolgende betrekking (zie fig. 3.1):

uitgang 1~ If' m ~ol1lllW1dohoek h 1=m8x;maJe hefhoogte r ~okrol-middelpuntabaan o IItraal --.Jf·_ntact-kraoht "" =d.rukhoek fig. 3.1 Contactkracht.

De kracht K die bestaat uit versnellings- ,veer- ,wrijvings- en arbeids-krachten ,staat in de bewegings-richting van de nokvolger.

De versnellingskracht bestaat uit devolgende componenten: Ka=(c1*c2)*Kao +Kon +Ksp

In deze betrekking zitten factoren die betrekking hebben op de fabricage-methode en de heffunctie (c1)' De fabricagefabricage-methode bepaalt de

vormnauwkeurigheid (c2) en de oppervlakte-ruwheid (Kon)' Spelingen in het systeem kunnen tot krachten (Ksp) leiden die enkele malen groter kunnen zijn dan de versnellingskrachten. Men moet de constructie derhalve goed

voorspannen.

De contactkracht blijkt nu devolgende waarde te hebben (zie bijlage 6): F=2172 [N]

Bij de gekozen nokrol-diameter blijken er nu nog twee materialen te voldoen (zie bijlage 7):

-cementeerstaal C15 gehard -staal C45 oppervlakte gehard

Met deze contactkracht kunnen nu de Hertze-spanningen worden uitgerekend (zie bijlage 8).

De nokrol wordt gewelfd uitgevoerd met welvingsstraal 500 [mm]. Hierdoor ontstaat ex een puntvormig (elliptisch) contact ,waardoor er een grotere toelaatbare contactspanning toelaatbaar is. Oak t.a.v. de contacts panning blijken de beide materialen te voldoen. Indien er voor een goede smering

wordt gezorgd kunnen de toelaatbare contactkrachten nog grater worden.

Aangezien er in de berekeningen van uitgegaan is Idat er niet gesmeerdwordt is er hier sprake van een veiligheids-factor t.a.v. de kontactspanning. Dit zal ten goede komen aan de levensduur daar er een verminderde slijtage zal plaats vinden.

3.1.3 Bepalinq nokkenas

De nokkenas is een belangrijke factor in de stijfheid van de

aandrijving. Deze stijfheid wordt uitgedrukt in de factor Fa; de aandrijf-stijfheid. De aandrijfstijfheid is een maat voor de verhouding tussen de stijfheid van het vulgmechanisme en die van de aandrijving. Een richtwaarde voor Fa is 0,3. Wanneer Fa te groot is is het verdikken van de as een

eenvoudig hulpmiddel am de stijfheid van de aandrijving te vergroten.

Wanneer men b.v. de as 25% dikker maakt ,neemt Fa met een factor (1,25)4=2,4 af.

Vuor de berekening van de as wordt uitgegaan van de belastingssituatie weergegeven in fig. 3.2.

F

FJ...r

:'os lager nok vast lager aandrijving

fig. 3.2 Belastingssituatie van de nokkenas.

In bi j lage 9 staat de asberekening weergegeven. Op grond van dC'~e

berekening wordt een asdiameter van 40 [mm] gekozen ter plaatse van het grootste moment (bij de nok). Ter plaatse van de lagers zal de as een diameter hebben van 35 [mm].

3.1.4 Lagering nokkenas

De levensduur van de lagers wordt zo bepaald dat ze gedurende 3.5 jaar in continu bedrijf met 4 omw/sec kunnen blijven draaien. De lagerbelasting is uitgerekend in bijlage 9. Het diepgroef-kogellager 6307 met dynamisch draaggetal

c=

25500 (N] voldoet aan de eisen (zie bijlage 10). Het lager A

(zie fig. 3.2) is het losse lager.

3.1.5 Bepaling nokrol ,cq. contactrol

Van de contactrollen wordt de rol ~n contact ID.et de nok (nokrol) het zwaarst belast. Deze ral wordt belast met de contactkracht F bepaald inpar 3.1.2. Er geldt:

Het blijkt. dat de nokrol (SR'F) NUR'D 52 met een dynamisch draaggetal van

c=

22000 [N] voldoet. De hierbij behorende diameter is grater dan de eerder in par. 3.1.1 aangenomen diameter. Bet heeft echter slechts een gunstig effect op contacts panning en op de maximale drukhoek z.d.d. hier niet opnieuw naar gekeken behaeft te worden.

3.1.6 Canstructieve uitvoering van nok, nokkenas en lagering

De nak wordt ais een losse schijf aan een ap de as gefixeerde naaf bevestigd.Zawel de nok als de naaf zijn nu door en door te harden. DE boutgaten in de nak worden lets sleufvormig uitgevoerd z.d.d. nog enige nastelling mogelijk is.

De naaf wordt m.b.v. twee stelschroeven eerst op de as gefixeerd waarna vervolgens de vormgesloten verbinding met een conische pen tot stand wordt gebracht (zie fig. 3.3).

Indien Mocht blijken dat de nokkenas niet stijf genoeg is kan men m.b.v. de costructie weergegeven in fig. 3.4 de stijfheid verhogen. Een nadeel van deze methode is dat er een aantal vlakken inzitten die een zeer nauwkeurige bewerking behoeven. Om deze reden wordt vooralsnog voor de eerder genoemde oplossing gekozen.

fig. 3.4 Constructie ter verstijving van de nokkenas.

De nokkenas wordt aan de kant van het vaste lager verbonden met de aandrijving. Het losse lager wordt in een lagerhuis gemonteerd dat op

eenvoudige wijze aan de kast kan worden gemonteerd en gedemonteerd. Doordat de zijkant van de kast met een plaat wordt afgedekt is het dus relatief eenvoudig om een nok te verwisselen.

3.2 Ontwerp hefboom

3 . 2. 1 Vormqevinq hefboom

De hefboom wordt belast zoals aangegeven in fig. 3.2. De kracht wordt door de hefboom via de stoterstang doorgeleid naar de uitgaande schakel. De krachten die op de hefboom werken bestaan uit massakrachten en een

veerkracht. De onderlinge verbinding tU5sen de schakels van het

volgmechanisme wordt verkregen door de krachtsluiting van de veer. Contact-rollen op uitgaande schakel en stoterstang lopen tijdens bedrijf over de hefboom. _ingan(

L.

Fl _.Fv+ &max(m2A+m2B+m3+m4) F2 = Fv+ amax(~2B+C3+m4) FR • Pl+ F2 Fr • Fl;r+F2e' "" _(F1+F2p: c:oa( ) Fa

=

Fla+F2a

=

_(F1+P2)% sine )

fig. 3.2 Krachtenspel op hefboom.

Het ontwerp van de hefboom moet aan devolgende eisen voldoen: 1. Daar de hefboom op buiging wordt belast zal het profiel een

relatief grote buigstijfheid moeten hebben.

2. Om verdere ongewenste buigende en'torderende momenten te voorkomen moet er voor gezorgd worden dat aIle (resulterende) krachten in een plat vlak (X-Z vlak in fig.3.2) liggen. Er zullen zo minder

vervormingen optreden hetgeen ten goede komt aan de plaatsnauw-keurigheid (Uo) van de uitgaande schakel.

3. De contactrollen dienen op devolgende wijze in het profiel van de hefboom gelegt te worden:

De middelpunten van de rollen dienen op een rechte lijn te liggen. Deze lijn moet door het hart van het draaipunt van de hefboom gaan. De contactrollen dienen af te rollen over een vlak dat evenwijdig ligt aan de lijn waarop de middelpunten van de rollen liggen (in fig. 3.2 het vlak dat met de hefboom

meeroteerd en loodrecht op het X-Z vlak staat).

4. Het is moeilijk het gehele profiel te harden. Daarom worden er

geharde plaatjes aan de binnenkant van het profiel gelegd waarover de rollen kunnen afrollen.

De constructieve uitvoering van deze eisen is terug te vinden op de tekening met het nummer WPB-163-00

3.2.2. Laqerinq hefboom

Het lager van'de hefboom dient de som van de krachten F1+F2 op te kunnen vangen. De levensduur wordt gelijk genomen an die van eerder berekende

lagers. Er dient hier echter weI rekening gehouden te worden met het feit dat de hefboom een slingerende beweging maakt. Hierdoor worden een aantal wentellichamen per slag tweemaal belast. Het diepgroef-kogellager 6405 met een dynamisch draaggetal C=26440 [N] zal aan deze eis voldoen (zie bijlage 10) .

IJet hart van het lager moet in het X-Z vlak liggen.

N.B. Er zij opgemerkt dat de werkelijke maximale belasting lager is dan de hier gebruikte belasting. De werkelijke maximale belasting treedt op bij t=1/8*tm. De veerkracht heeft dan nag niet zijn maximale waarde bereikt.

3.2.3 De verstel-inrichting

Het draaipunt van de hefboom dient langs een verticale lijn in het

x-z

vlak versteld te kunnen worden. Hierdoor kan de overbrengings-verhouding worden gevarieerd. De overbrengings-verhouding dient gevarieerd te worden van een maximale waarde i=1 tot de minimale waarde i=0,5. Oit betekent dat er een versteltraject nodig is van

±

70 [rom]. Aangezien er axiale krachten (zie fig. 3.2.). zullen optreden zal de verstelinrichting gefixeerd moe ten kunnen worden z.d.d. de instelling niet kan verlopen tijdens bedrijf. Gezien de zijdelingse belasting van de hefboom zal de geleiding waarop de hefboom wordt gemonteerd zodanig opgestelt moeten worden dat de hefboom niet zal kunnen wegdraaien om de spindel. De geleiding zal dus de reactiekracht

(FR) moeten kunnen opvangen.

V~~r de verstel-inrichting wordt gekozen voor en standaard-precisie-roltafel met schroefspil en rem (zie bijlage 17):

roltafel RT 6200 SR ondertafel RT 6100 SR

Aan deze verstel-inrichting wordt een aanpassing gemaakt m.b.t. de rem. Standaard zit de rem op de ondertafel gemonteerd. Het is echter in deze inrichting eenvoudiger ais de rem op de stiistaande roltafel wordt bevestigd i.t.t. op de tijdens verstelling bewegende ondertafel (zie tekening nr. WPB-163-00). De rem staat nu op een vaste plaats aan de buitenkant van de kast .

•

3.3 De uitgaande schakel

3.3.1 Ontwerp uitgaande schakel

De uitgaande schakel met daaraan de slagbeginpuntsverstel-inrichting omvat de volgende onderdelen (zie fig. 3.3 en tekening nr. WPB-163-00):

1. '" Teft" (zie bijlage 3)

2 == uitgaande as

:5 == axiale kogel1a.gerbt:.s (z1e b1j1a.ge 12) 4 .. ball spline S".rstelll (zie bijlage 14) 5 '" trapenum-moer (Zi<l bij1a.ge 15)

6 = verstelwiel

T # kegellager (zie bi~lage 16)

a

=

in~nde deel met:

-konta.lctrol (zie bij1a.ge 11)

-cepco-geleidi.~g (zie bij1a.ge 13)

9 '" hefboOlll

De onderdelen worden zo gemonteerd dat er een goede krachtsdoorleiding plaats vindt (in het X-Z vlak) en de afmetingen zoveel mogelijk beperkt blijven.

3.3.2 De verstelinrichtinq

Het verstelwiel wordt uitgevoerd als kegelwiel. Op deze manier kan men via een haakse overbrenging de verstelknop bovenop de kast plaatsen

,waardoor deze goed bereikbaar is. De haakse overbrenging heeft een

overbrengings-verhoudinq ter grootte van 5. Dit betekent dat een omwenteling van de verstelknop 1 [mm} verplaatsing van het beginpunt opleverd (De

trapeziummoer heeft n.l. een spoed van 5 [mm]). Er worden twee moeren in de ball spline as gemonteerd om het remmend vermogen te verhogen. Er zullen hierdoor geen verdraaiingen ontstaan tijdens bedrijf van het verstelwiel.

BOQFDSTUK 4

4.1 Conclusies en aanbevelingen

Tijdens deze opdracht is een nokkenkast ontworpen die aan de eisen voldoet. Nadat de methoden om de verstellingen te realiseren waren gevonden bleken er nog enkele problemen over te zijn. Hte grootste probleem bleken de afmetingen met zich mee te brengen. Deze zijn in het ontwerp zoals dat er nu ligt zeer zeker nog aanzienlijk. Er is hier echter weinig verandering in aan te brengen. De afmetingen worden n.l. in hoofdzaak bepaald door de gewenste maximale slaggrootte van 100 [mm] gekoppeld aan de maximale overbrengings-verhouding van 1. Hierdoor krijgt vooral de nok aanzienlijke afmetingen. Daarnaast nemen de versnellingen evenredig toe met de hefhoogte van de nok waardoor ook deze voor grote krachten en daardoor voor grote afmetingen zorgen.

Een tweede probleem is de grote Massa van het volgsysteem. Een grote massa van het volgsysteem beperkt de te verplaatsen Massa door de uitgaande schakel ,en daardoor het toepassingsgebied. Dit is niet eenvoudig op te lossen door de constructie zo Licht mogelijk uit te voeren. Wanneer men hier en daar Massa gaat wegnemen gaat dit ten koste van de stijfheid. Er zal dus een compromis gemaakt moeten worden tugsen een zo Licht en zo stijf

mogelijke constructie. Een definitieve uitspraak hierover zal echter pas kunnen geschieden als er een dynamische analyse is gemaakt van het gehele systeem (inclusief aandrijving). Uit deze analyse zal dan de

eigen-trillingstijd van het systeem bepaald moeten worden. Hiermee is dan de plaatsonnauwkeurigheid (UO) van de uitgaande schakel te bepalen. BLijkt dat deze Uo>Uo-grens dan dient de stijfheid te worden opgevoerd hetgeen veelal gepaard gaat met vergroting van de Massa. Er kan eventueel Massa bespaard worden door de huidige constructie met de dubbele contactrollen te vervangen door een constructie waarbij met slechts een enkele contactrol wordt

gewerkt. Men moet er dan rekening mee houden dat het lager van het draaipunt verplaatst wordt z.d.d. het hart van het lager weer in het X-Z vlak komt te liggen. Daarnaast moet men ervoor zorgen dat het zwaartepunt van de hefboom door het hart van het lager loopt ,omdat men Anders de kans loopt dat de

lagerschalen t.O.V. elkaar verdraaien waardoor er een vergrootte

plaats~nnauwkeurigheid van de uitgaande schakel zal optreden (men kan ook

een stijver lager toepassen). Men kan er nog over denken ,om de hoek-verdraaiing van de hefboom niet vanuit de verticale stand te Laten lopeno Door deze te verdelen aan weerszijde van de hefboom kan men de maximaal toelaatbare totale verdraaiing verdubbelen. De lengte van de hefboom kan nu echter slechts weinig ingenomen worden. De vermindering van de Massa die men hierdoor krijgt (het gaat hier om roterende Massa) zal gering blijven.

Men kan de gehele opstelling met een microcomputer aansturen door aan elke verstel-inrichting een electromotor (met remkoppel om de gewenste instelliq te kunnen vasthouden) te verbinden. De verstellinqen zijn nu praktisch zonder tijd- (=productie-) verlies te verrichten.

Door de afdekplaat aan de zijkant van de kast zijn de onderdelen

gemakkelijk te (de-)monteren. Verder is het relatief eenvoudig om de nok te verwisselen doordat het losse lager van de nokkenas in een apart huis is aangebracht dat van de kast kan worden afgenomen.

Aan de zijkant van de kast worden verstevigings-ribben aangebracht. De hijs-/ophang haken zitten aan de zijkant om de bovenkant vrij te houden voor de verstelknoppen en eventuele electromotoren. Afhankelijk van de

seriegrootte waarin de kast zal worden gebouwd zal de kast bij enkelvoudige productie in gietstaal gegoten worden. Bij grotere series kan het rendabel zijn om de kast in Aluminium te gieten. Dit brengt tevens een grote

gewichtsbesparing met zich mee.

Tenslotte nog iets over de smering. De smering is een zeer belangrijk punt waaraan wegens tijdgebrek geen aandacht is besteed. Er dient een gedegen smering plaats te vinden niet aIleen van de draaiende del en zoals lagers en contactrollen ,maar ook in de contactvlakken van de rollen op de nok en de hefboom. Ook het ball spline system dient goed gesmeerd te

worden. Onderin de kast is er plaats om een oliepompje te plaatsen die de olie ,vanuit een oliebadje onderin de kast ,rondpompt naar de te smeren onderdelen

4.2 Slotwoord

Wanneer men een flexibele nokkenkast wil hebben dient men een aantal ding en te bekijken. Allereerst hoever dat de flexibiliteit dient te gaan. Wanneer men slechts een beperkt aantal slaggroottes en/of slagbeginpunten nodig heeft en men ziet hierin in de toekomst ook geen verandering komen ,is een kast waarbij het relatief eenvoudig is een nok te verwisselen een goede oplossing. Wanneer in dit geval mocht blijken dat de versteltijd nog te groot is of wanneer de situatie niet zo is als hierboven beschreven dient men naar andere (meer flexibele) oplossingen te kijken. Men heeft dan een aantal mogelijkheden die in hoofdstuk 1 staan beschreven. Om hieruit een keuze te kunnen maken kan men het beste kijken naar de huidige methode en de toekomstverwachtingen. Dit laatste geldt dan vooral t.a.v. het aantal slagen per seconde dat gemaakt moet kunnen worden. Tijdens deze opdracht is een oplossing gevonden voor situaties dat het niet meer op de electronische manier (b.v. via een microcomputer) is te realiseren. Met de mechanische verstellingsmechanismen is het mogelijk om zowel slaggrootte als slag-beginpunt volledlg onafhankelijk ,continu en eventueel tijdens bedrijf te verstellen. Er kan zo een minimaal tijds-(=productie-) verlies bereikt worden.

Tijdens de uitvoer van deze opdracht werd de begeleiding verzorgt door ir. P.W. Koumans. Zijn vaak waardevolle tips en aanwijzingen hebben er zeer zeker toe bijgedragen dat het ontwerp zoals in dit verslag is weergegeven zijn gestalte heeft gekregen. Een woord van dank is hier dan ook zeer zeker op zijn plaats.

Symbo1en1ijst

a

=

versnelling

amax

=

maximale versnelling

c

=

stijfheid

ca = kengetal van de versnelling C_v = kengetal van de snelheid

c1 = factor voor trillingen bij nominale heffuncties c2 = factor voor de vormnauwkeurigheid van het nokprofiel dnokrol = nokroldiameter

F

=

contactkracht

Fa = kengetal voor de stijfheid van de aandrijving h

=

heffing van de novolger op tijdstip t

hm = maximale hefhoogte

K

=

kracht in de richting van de stoterstang Ka

=

versnellingskracht in het volgsysteem Koa

=

nominale versnellingskracht

Kv

=

veerkracht Kwr = wrijvingskracht

Karb

=

kracht die de machine vraagt voor de uit te voeren handeling Ron = versnellingskracht a.g.v. de oppervlakte ruwheid

Rsp = botskracht ontstaan bij het doorlopen van speling m

=

Massa volgsysteem

n

=

toerental (of aantal slagen per tijdseenheid) ro

=

grondcircelstraal van de nokrolmiddelpuntsbaan tm

=

tijdsduur waarin oe heffunctie wordt doorlopen

T

= trillingstijd van het volgmechanisme

Uo = amplitude van de resttrilling (plaatsonnauwkeurigheid) Uo-grens= maximaal toegelaten amplitude van de resttrilling v = snelheid

vmax

=

maximale snelheid

x = afgelegde weg door de uitgaaande schakel

IX = drukhoek

Il_{max= maximale drukhoek}

Q = soortelijke Massa

Qmin= minimale kromtestraal van de nokrolmiddelpuntsbaan ad = drukspanning

0d-toel= toelaatbare drukspanning

l'

=

T/tm

~m = commandohoek (hoek waarover de nok verdraait moet worden om de heffunctie te doorlopen)

Literatuurlij§t [1] M.P. Koster [2] P.W. Koumans [3] P.W. Koumans [4] H.M.T. Gorter [5] F.J. Baas [6] F.D. Jones [7] F.D. Jones [8] I.I. Artobolevski [9] E. v. Kurt Hain (10] E. v. Kurt Hain

Vibrations of cam mechnisms and their consequenses on the design

phillips Eindhoven ,1973. Nokmechanismen collegedictaat T.H. Eindhoven ,1977. Mechanismen collegedictaat T.H. Eindhoven Verstelbare mechanismen rapportnr. WPB-0226 T.H. Eindhoven Flexibele dozen-inzetmodule voor een waspoedervulmachine

rapportnr. WPB-0079 T.H. Eindhoven. Ingeneous mechanisms Vol. III

Industrial Press. ,1975. Ingeneous mechanisms Vol. IV Industrial Press. ,1969.

Mechanisms in modern engeneering design Mir. Publishers ,Moskou ,1977.

Getriebe-beispiel Atlas VDt-Verlag Dusseldorf ,1973.

Getriebe Atlas fur verstellbare Schwing- und Dreh-bewegungen

[11] R. Kraus Getriebelehre

VEB-Verlag Berlin ,1956.

[12] A.P.C. v. Heesewijk Constructie-elementen deel a, tandwielen

collegedictaat T.H. Delft ,1981.

[13] div. VDI-Berichte 489; Flexibilitat in der

Konstruktion durch Getriebe und Mechanismen VOl-Verlag Dusseldorf ,1983.

[14] div. Dubbel ;Taschenbuch fur die Maschinenbau

BIJLAGEN

ONTWERP FLEXIBEtE NOKRENKAST

'. / / / '

///'/'

,.

<. ,; . " ,

~b~

ot'\!w&\.p

~tJ.;ttA}t.tL,~t4A~'1

1,

t.

.'

~c:l~

6

=

bw"'e.e.d.

~ [~ ...

]

h

= \'oo~t.e

_[""''''''J

d ..

_d..t.t:.l

1M

der

r"""

~

J

e

:a S~~k. ') ewc.cJ..t t

[k~/V1'\",,3

J

-'::-e

e ..

1.1' . 10""

[1c'/ ...

_J~

Al

e

1# 1.,1- • tD""

[10&11

""'_~ 'S-b:::.W$l::oV1

3 "

~l :

..f.

b'

\,. E' ,.

too·

"fr . tS' .

e [

k" ] "F;.

_M,

_.=.

_2,1

_[k'lJ

Al

~, =- 1 .. 0

[9]

\.I<t~60o~ ) ~t. .:>. ,f . b. l,

'e

_::: S'oo . $'"0

.

,S'

_'f!

C~J

.

-

ie. ~z =

_2.·9

[~]

J.'Il

_{"""z.. ..}

1.0

0<'1]

no..

~t.e.Ht"'J ~\'15 luCAl'lcU.

\JQrI clc ~b.e."'d~~ ~9"'~tM~O""".e"'''CA1

\. ...

~c::a. '>s Q..

I,

VoLstr',

V\I1 L.A .= L

.

J a. """'z. of • :::

~

"..,,~ n,,216 .:

1

q

_{l '}

W'/2, :::

1-

_c.. .~.! 3, Ltd~G\f\clc. '~ke{ " '"Dc~ (....?Or-eJ. \:. ,¥j'~c:t "'" " ~

,e .

e

c.t (.

~\Q.

t

~

\;y\ a..) .\ C4

~

Va

19

I- Lu} ell

~o

"'"

~

+ "'"

J J,. .f- "'" Jc

Y\I\ l

+;

~..3 -= 3,S'

+

%·9 ...- 1,5" :; 1.<3

[kt]

-Ae

h'lJ = 1.2.. 4- 1.0 ... /1"

=

1.,'1-

[k.~

q

~e l.Mi.~ge \;'clA~~~S

~..,::

$"

(k.S'J

]) c:~ .. c Uo~t

'"

¢"S ~ '" u we:{ 4\. \.s

.u."

k \-('"0\.

11\,.

Lt .. ~ \M 4I\A" rc.t. ",

'fc:

'M~

=

I~,:r rk~)

A~

h1

eul:

=

<3 ,0

[k'i

J

We. 1a.o..,

w:..t:

V"\,,\

~

IM.(). 'H4. uo.\'1

DRUKVEREN

...

Tevema~~

1 KG • 9.8066& NewlOn 1 N '" 0.10197 KG _{P Roestvrllstaal '" 0,833 X Pianostaal} TELEFOON 020 - 822961 _{TELEX 11339}

.,

Om Lo .", AI

...

_Hummer 26.0 _200.0 135.0 51,6 ₇₃₂ 21,1 21,9 460.91 5.45 013410 H 3.68 013420 L 58.5 _{9,31 013430 H 7.75} 88.5 27,4 _{5,92 013440 H 4,93} 32.0 135.0 38.8 21.6 36.4 360.88 3,82 013460 H 3.19 3.2 190.0 54,1 2',61 013480 H 2.17 280.0 77.0 _{1.76 013470 L 1,46} 82.0 212 _{4.76 013480 H} 3.96 125.0 29,7 _{3,03 013490 H} 2.52 40.0 190.0 _275.0 42.3 36.6 44,4 288.32 1,96 013600 H 240.17 1,63 592 _{1.33 013610 H 1,11} 405.0 84.5 _{0.90 013620 l} 0.75 33.5 _{93,07 013630 J} 77Jj2 49.0 31.0 _{5923 0135<40 J 49,34} 20.0 72D 442 16.3 _{24,7 1*.92 38.34 013650 J 890,41 31.94} 105.0 61.7 _{26,09 013660 J} 21.73 160.0 87.7 _{17.55 013670 J 14.62} 41.0 22.9 _{47.66 013580 J} 60,5 322 _{30.30 013690 J} 26.0 _130.0 89.5 46.0 20.3 29.7 85220 19,61 013800 J 709.88 64.5 _{13.34 013810 J} 185.0 92,1 _{9.02 013620 J} 53.5 24.0 _{22.75 013630 J} 79.6 33.3 _{14.42 013640 J} 4.0 32D 120D _{47.2 27.0 31.0 665.87 9.35 013860} J 554.61 170.0 65.8 _{6.35 013680 J} 260.0 93,6 _{4.30 013670 M} 71.0 25.2 _{11,67 013680 J} 9.72 105.0 36.1 _{7.40 013690 J} 6.17 410.0 160.0 50.0 34.& _{~.2 532.50 4.79 013700 J 443,57} 3.99 236.0 69.8 _{3.26 013710 J} 2.71 340.0 99.8 _{2.20 013720 M} 1.83 99.0 27.4 _{5.96 013730 J} 150.0 38.8 _{3,79 013740 J} 60.0 230.0 _335.0 56.4 44.0 _77.8 56.0 426.59 2.45 013760 M 356.35 1.67 013760 M 480.0 111.0 _{1.13 013770 M} 41.0 21,6 _{116.70 013780 K} 60.0 38.5 _{14.04 013790 Ie} 26.0 _126.0 81.5 64,9 19.3 30.7 1569.os 47,86 013800 K 1307,03 76.7 _{32,59 013610 Ie} 180.0 109.0 _{21.97 013820 L} 51.0 28.7 _{55,41 3830 K} 46.16 75.0 40.2 _{35.30 013840 K} 29.40 32.0 110.0 _{57.5 26.0 38.0 1225.83 22.85 013860} K 1021,12 19.03 160.0 eo,5 _{15.49 013880} L ' 12.90 230.0 115.0 _{10.49 013870 M} 8.74 64.0 29.8 _{28.34 Ie} SS,5 _{41.1 18.Q4} It &.0 40.0 140.0 _{58,4 34.0 46.0 980,67 11.67 L} 816.90 206.0 81.4 _{7,94 L} 86.0 30.9 130.0 432 _{013940 Ie} 50.0 196.0 _280.0 61.6 43.0 57.0 784.53 013860 L ;653.51 88.1 _{013980 M} 410.0 123.0 _{013970 0} 120.0 32.3 727 01 K 180.0 46.3 _{4.63 013990 L} 63.0 275.0 _{64.8 56.0 70.0 ~.72 2.99 014CXlO} M 518.73 395.0 90.8 _{2.03 014010 0} 58&.0 130.0 _{1.37 014020 V}

h

t

v

f

t

a

t

h -1 m .2 6,3 I'--.--;'t----,I-+ 6,3 40 I-+---I~-+-+ h

f

f

i

t -t m 40 Scheve sinus h -I m 1.76 5,53 t - - , 8 1 n ' -21f t m h h m If. v • - - -.cos t t m m dus c _v • 2 21Th 2 t a - I I I . 1T ,..-.81n

t

t III III dus c_a • 6,28

.

a -III J Vmax • amax a max sinusoidal acceleration)

De versnellins is hierbij oPlebouwd uit del." val sinus sen. Bij t _m /8 en 7t /8 worden de

extre-III me waarden bereikt. Voor 0 _< t < t /8 gelde: - III 1T t I . 41f t ( h ... hm' ( '4+';'t - 4(4+1f) .un

-r-) ..

4.21a) III III 5,53 Voor t /8 < t < 7t /8 geIdt: _~--L. III - - III

a

t

69 ___ "'--+-+ 23 t -1 III Aangepaste sinus 2 1 f t h .. h ( + -III' 4+11' 4+1f't III 9 • 'If 41ft 4~4+1f) .. un(! +

3't»

III ••• (4.2Ib) V~~r 7t /8 < t < t oeldt: III - - III D 4 'If t h .. h • ( - - + . -III 4+1f 4+'If t III

Zie ver(.~er ~

[o.:!

en

4.21.

t • 41T t 4(4+'11') .811'1

c-)

til

••• (4.21<::) t\