Minden gépészmérnök, leendő gépészmérnök vagy akár már nyugdijas, de még érdeklődő szakmai és szakmát érintő közéleti támák fóruma. Induljon hát utjéra. Rajtunk múlik hova jutunk.
Nem egészen erre irányult a kérdés eredetileg (ha jól értettem)!
Amit mondasz, az a következő: Van egy excenterpés mechanizmus (mondjuk a wiki-cikk ábrája szerinti mechanizmus). Ez áll egy lendítőkerékből, amiben a középponttól 'r' távolságra van csapágyazva a hajtókar, a lendítőkerék pedig középen csapágyazva van, amit mondjuk egy motor 'M' nyomatékkal 'omega' szögsebességgel képes forgatni. A hajtókar hossza (az ábra jelöléseit használva) 'l', a medve elmozdulása pedig az egyenes vezetékben 'x'. Mekkora 'F' erő szükséges, hogy egyensúlyt tartson a lendítőkerékre ható 'M' nyomatékkal, miközben a mechanizmus áll (egyensúlyban van)? Ezt lehet úgy kiszámolni, hogy 'fi' függvényében meghatározod az erőket, és megnézed, milyen szögállásnál lesz maximuma a medvére ható 'F' erőt leíró F = F(fi) függvénynek. Ha nincs mozgás, hanem statikus egyensúly van, akkor így számolunk, ahogy mondod.
Ám az excenterprés mozgó mechanizmus!
Az egész rendszernek van egy mozgási energiája, ami egyrészt a lendítőkerék tehetetlenségéből áll: 1/2*J1*(dfi/dt)^2, másrészt a hajtókar mozgási energiájából (ami két részből áll, egy forgó mozgásból, és egy haladó mozgásból: tehát a pillanatnyi forgáspontba számított tehetetlenségi nyomatékból álló tagból, és a hajtókar tömegéből és sebességéből álló tagból, ahol mindkét tagot fi függvényében kell felírni), továbbá a medve is mozog, az is egy 1/2*tömeg*sebesség^2 mennyiséggel hozzájárul a mechanizmus teljes kinetikai energiájához. Szép összetett mennyiség, minden tag sebessége és szögsebessége fi függvénye (némileg egyszerűsödik a dolog, ha a hajtókart súlytalan merev rúdnak vesszük, még egyszerűbb, ha az r/l viszonyt nullának vesszük, tehát pszi értékét végig nullával közelítjük).
Ez a kinetikus energia a hajtómotor teljesítményéből adódik. Tehát ismert P hajtó teljesítmény mellett (és ismert J1 lendítőkerék tehetetlenségi nyomaték, J2, m2 hajtókar adatok, ahol J2 is 'fi' függvénye, mert a mozgás során változik a hajtókar pillanatnyi forgási középpontja, és m3 medve tömeg értékek mellett) elvileg kiszámolható fi = fi(t) függvény, és minden további mennyiség (melyek fi függvényei). Mozog tehát a mechanizmus, forog a lendítőkerék, jár le-fel a medve.
És akkor a medve találkozik a munkarabbal! Ha eddig nem volt bonyolult, akkor ezután garantáltan az lesz! A kinetikus energia egy része alakváltozási munkává alakul a munkadarabban, máris elfelejthetjük a fi(t) = omega*t állandó szögsebességet, és bejött egy nemlineáris diff.egyenlet fi-re, ami ahhoz kell, hogy megkapjuk a medvéről a munkadarabra átadódó munkát, és ennek időbeli lefolyásából kiszámoljuk a munkadarabot alakító erőhatás időfüggvényét.
Első körben azzal a feltételezéssel élhetünk, hogy rugalmas alakváltozás történik, tehát a munkadarabra ható erő a medve elmozdulásának függvényében úgy viselkedik, mint egy lineáris rugó (aztán végül megnézzük, a kapott eredmények szerint valóban rugalmas alakváltozás történt-e, vagy a folyáshatárt meghaladó feszültségek ébrednének a munkadarabban a számolt erőhatások következtében). Szép feladat!
Excenter présnél másképp van. A forgattyú kar állás szöge szerint hol adja le a maximális préselő erőt, miközben a medve függőlegesen h távolságra van az asztaltól.
Van egy berendezés (szerkezet), amit több különböző cég is gyárt.
Más cégek megveszik, használják, üzemeltetik. Akár több félét is, vegyesen. Eddig érthető?
Az üzemeltetésért vagy karbantartásért felelős mérnök megnézte a (?valamelyik?) gyártó dokumentációját, hogy a berendezés működését hogyan ellenőrzik. Ennek alapján kiírtak egy tendert. Egy másik mérnök pedig elvállalta.
Mit nekem, ti zordon (belső) szabványokban vadregényes tája!?
A bökkenő csak az, hogy a gyártó ismeri a saját gyártmányának a jelleggörbéit, tehát neki nem gond a "számsorozat" (vagy időfüggvény) 99%-át megállapítani. De ezt az információt nem adják tovább.
Egy "sima" (monoton) görbe esetén az eddigi változások alapján talán meg lehet becsülni, hogy a határérték eléréséig még mennyit fog változni a mért érték. Viszont nem zárható ki, hogy a vizsgált rendszerben lengések keletkeznek.
(Egy vizsgálóberendezést nem lehet úgy átadni, hogy csak a legegyszerűbb esetre készülünk fel, és aztán komplikáció esetén majd uttólag vakarjuk a fejünket. (Általában mire hozzám kerülnek az ilyen problémák, addigra már szerződés van és be van árazva.) Olyan felvetés is volt múltkor, hogy a kézikönyvben "megtiltjuk" a rendellenes használatot. Nagyon sajnálom, de a rendellenes viselkedést legalább detektálni illene. Asszem ez lesz a megoldás. Ha nem monoton a görbe, akkor értelmes eredményt (információ hiányában) nem lehet adni, az értelmetlen eredményt pedig értelmetlen. Kár, hogy a megbízó jogászai által gondosanelőkészített gyorsan összedobált szerződésben ilyen kitétel nincs.)
Talán pont az a probléma, hogy nincs gépkönyv (vagy bármi infó a gépről a beállítható nyomóerőről), és szeretnék kiszámolni vagy kimérni, hogy mire alkalmas a prés. Egy gépkönyv persze sokat segít, ebben pl. alapadatként benne van a beállítható nyomóerő.
Sokféle lehet egy edzett acél (a célnak megfelelően sokféle hőkezelési eljárással nagyon eltérő tulajdonságúra lehet edzeni bizonyos acélokat), és bizony előfordulhat, hogy az edzett acél rideg lesz. Gondolj bele, ha egy hidraulikus prés (ami nagyon kíméletesen lassan és fokozatosan szabályozható módon tudja növelni a nyomóerőt) szilánkosra robbant egy ilyen próbatestet, akkor mi történik, ha egy excenterpréssel sújtotok oda! Tkp mi a cél a kisérlettel? Mit vizsgáltok, mit szeretnétek megtudni?
A feszültség számításakor a rugalmas alakváltozásra érvényes képletet használtad, ami csak a folyáshatárig igaz, tehát nem lesz szükséged MN-os gigantikus erőkre, hiszen a próbatestben a feszültség csak a folyáshatárig nő, azután képlékeny alakváltozás és felkeményedés történik, de ez utóbbit más képletekkel kell számolni! Ezek mellett is alaposan megfontolandó, hogy ráküldjétek a prést arra a próbatestre :))
Lehet zöldség lesz, amit gondolok, de ha ilyesmit kellene kimérjek, miközben félek, hogy valami eltörhet, akkor a következőt tenném: Készítenék egy alkalmas perselyt, rá egy megfelelő vastag lemezt, és erre tenném a mérőbélyegekkel felszerelt vizsgálandó próbatestet. A lemezt úgy méretezném, hogy a présgépre megengedett nyomás elérésekor a próbatest átszakítsa a lemezt, és a perselybe essen, szóval, ha valami törik, akkor a lemez hasadjon. Ezzel persze valószínűleg megbonyolítom a mérést, mert ha a lemez nem szakadt is át (mert nem érte el a prés a rá megengedett nyomóerőt), akkor is deformálódott a lemez, de talán maga a próbatest ugyanúgy viselkedne, mintha a gép merev asztalán lenne rögzítve.
Vagyis a motor teljesítményéből és a fordulatszámból, valamint a bütyök profiljából ki lehet számolni, hogy mekkora erővel képes a présgép nyomni.
(De egy felbélyegzett acél próbatestet nem mernék betenni, főleg üzemi fordulatszámon. Esetleg ha kézzel forgatnák lassan, abból nem lehet baj. De azt nem tudom elképzelni, hogy egy kb. 100 mm-es acél próbatesten cirka 5 mm-es alakváltozást hozzanak létre, pláne pontszerűen ható kocentrált erővel. Ott valami törni fog.)
Én még nem számoltam ilyet, de abból indulnék ki, hogy kialakul az excenterprésben egy mozgási energia, ami egy bizonyos idő alatt (ez az idő lesz szerintem a megoldás kulcsa) a próbatestben alakváltozási munkává alakul. Ahogy írtad, ha a próbatest rugalmas, akkor hosszabb idő alatt nagyobb alakváltozás történik, miközben kisebb erőhatás ébredt a folyamat ideje alatt, míg merevebb próbatestnél rövid (vagy igen rövid) idő alatt kis alakváltozás történik nagy erőhatások közben (illetve károsodás történik, de első körben rugalmas alakváltozással számolnék, és az eredményekből következtetnék vissza, hogy ez még a rugalmas tartományban maradt-e). Mindenképpen dinamikai feladat, mozgásegyenlet, anyagegyenlet, és munkatétel kellene. További nehézség, hogy alakváltozásokat nehéz mérni, deformációkat lehet mérni.
Nem mernék vállalkozni a számításra (nagyon elő kellene keressem a dinamika jegyzeteket), csak okoskodok a partvonalról.
(Kiszámolni nem tudjuk, meg akarják mérni. Ebből baj lehet.)
Ha egy rúgót összenyomok adott mértékben, akkor a rugalmasságtól függ a keletkező erő. Merevebb rúgó: nagyobb erő.
De ha az egyetemen felbélyegeztetünk egy acél próbatestet, és azon próbálunk nyomni 5 mm-t, abból törésteszt lehet.
Vagy a próbatest szenved maradandó alakváltozást, vagy a bütyök, vagy a tengely. Murphy szerint a legdrágább fog.
Ha jól van méretezve, akkor a retesz kell elnyíródjon. (A retesz felel meg a biztosítéknak, ami a gép többi részét kell megvédje.)
Szerintem a maximális erőt a motor teljesítményéből és fordulatszámából kellene meghatározni, paraméteresen.
Első közelítésben tegyük fel, hogy a bütyök profilja archimedeszi spirál, vagyis az elfordulás függvényében egyenletesen növekszik a sugár a maximumig.
A próbatest merevségét ha megszorozzuk a legnagyobb kitéréssel, azzal megkapjuk a legnagyobb erőt.
Ha pedig az erőt differenciáljuk az elfordulás szöge szerint, és ezt megszorozzuk a fordulatszámmal, akkor meg kell kapnunk a motor teljesítményét. (Valamennyit rásegíthet a lendkerék is.)
Méretezett már valaki ilyesmit?
(Attól tartok, hogy egy átgondolatlan mérési próbálkozásnak csúnya következményei lesznek.)
Az egyik irányú mozgásnál nincs is gond, amikor egy adott kezdeti értékről elvileg nullára csökken a mért jellemző. Ekkor ki lehet számolni a kezdeti érték 1%-át.
Tulajdonképpen az 1% alapján az sem derült ki, hogy ez a kezdeti érték 1%-a, vagy a végérték 1%-a, vagy pedig a két szélső helyezt közötti változás 1%-a akarna lenni. :(
Van egy bizonyos mechanikai mozgás, amelynek egyik jellemzőjét mérjük.
(Pontosan nem tudni, hogy milyen mozgásról van szó. Esetenként különbözhet - és nem csak paraméteresen.)
A mért jellemző egy kezdőértékről indul és egy végértéket elér, elvileg végtelen idő alatt. Habár a tapadási súrlódás következtében feltételezhető, hogy a vizsgált rendszer véges időn belül megnyugszik, amikor a mozgatóerő már nem képes legyőzni a súrlódást. (Jelenleg a súrlódás mértékét sem ismerjük, és ez is esetenként különböző lehet.)
A mérnökünk úgy határozta meg a feladatot, hogy egy bizonyos műveletet akkor kell az elektronikának elvégezni, amikor a végértéktől való eltérés 1%-nál kisebb. Az egyik irányú mozgásnál nincs is gond, amikor egy adott kezdeti értékről elvileg nullára csökken a mért jellemző. Ekkor ki lehet számolni a kezdeti érték 1%-át.
(Persze ekkor is elképzelhető, hogy a súrlódás miatt a végérték nem lesz nulla.)
Azt viszont nem tudom, hogy amikor a folyamat (közel) nulláról indul, és egy előre ismeretlen értékhez tart, akkor a komparátort hova állítsam. Ha tudnám, hogy kellően hosszú idő után mennyi lesz a mért jellemző, akkor ki tudnám számolni ennek a 99%-át. De ezt csak utólag tudnám megtenni.
További bonyodalom, hogy a mérést periodikus mintavétellel végezzük, és még mérési bizonytalanság is van (amely egyelőre a tervezési szakaszban ismeretlen).
Olyan, mintha egy kormányszerkezet is lenne benne, de nem futómű kerékhez csatlakozna, hanem valamiféle munkagép rendszeréhez, mint valami só- vagy műtrágyaszóró.
A tanár nevet rajtunk, mert ezt senki nem tudja megfejteni, olyan speciális szerkezet lesz.
Szabadalmi ábra is felmerült, de ember azt a rengeteg idevágó anyagot átböngészni nem tudja, hogy megtaláljuk.
