ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Zpracoval: Ing. Robert Voženílek Pracoviště: katedra vozidel a motorů (TUL) Verze 1 Tento materiál vznikl jako součást projektu In-TECH 2, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

In-TECH 2, označuje společný projekt Technické univerzity v Liberci a jejích partnerů - Škoda Auto a.s. a Denso Manufacturing Czech s.r.o. Cílem projektu, který je v rámci Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost (OP VK) financován prostřednictvím MŠMT z Evropského sociálního fondu (ESF) a ze státního rozpočtu ČR, je inovace studijního programu ve smyslu progresivních metod řízení inovačního procesu se zaměřením na rozvoj tvůrčího potenciálu studentů. Tento projekt je nutné realizovat zejména proto, že na trhu dochází ke zrychlování inovačního cyklu a zkvalitnění jeho výstupů. ČR nemůže na tyto změny reagovat bez osvojení nejnovějších inženýrských metod v oblasti inovativního a kreativního konstrukčního řešení strojírenských výrobků. Majoritní cílovou skupinou jsou studenti oborů Inovační inženýrství a Konstrukce strojů a zařízení. Cíle budou dosaženy inovací VŠ přednášek a seminářů, vytvořením nových učebních pomůcek a realizací studentských projektů podporovaných experty z partnerských průmyslových podniků. Délka projektu: 1.6.2009 – 31.5. 2012

ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Cíl projektu INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Tvůrčí práce Tvůrčí práce: Realizace nápadů a myšlenek s cílem navrhnout řešení stroje, zařízení, technologie, materiálu a jeho zpracování (obecně technického díla), které se bude vyznačovat novostí, příp. bude optimalizovat existující stroj, zařízení, dílo. Předmětem tvůrčí práce jsou rovněž systémy organizace řízení strojírenského podniku, provozu apod. INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Historické milníky Historický vývoj: Středověk (15. století) – nákresy pro zhotovení nových výrobků (Leonardo da Vinci – zrod inženýrského myšlení). 16. století: Začátky vědecké revoluce – stavitelství, báňská technika, podnikání v raném novověku, hledání zdrojů energie, v Anglii 1624 založen Patentový úřad. 17. století: Začátky nových pracovních metod – metodika vědecké práce (1679 Hook zveřejnil vztah mezi vnější silou a deformací, 1807 Young zavedl pojem modul pružnosti), ve Francii Ludvík XIV a jeho podpora stavitelství, čerpání vody, Huygensovy a Papinovy pokusy s pístovými stroji. 18. století v Anglii atmosférické parní stroje pro čerpání vody – pára sloužila jako prostředek k vytvoření podtlaku (1712 - parní stroje zpočátku ze dřeva a zdiva a až později použití kovů), průmyslová revoluce, 1738 Bernoulliho zákon pro měrnou energii kapaliny, 1754 Eulerovo řešení výpočtů lopatkování hydrodynamických strojů, 1769 Wattův patent na přetlakový parní stroj – hnací stroj průmyslové revoluce. 19. století – průmyslová revoluce – stroje vyrábějí stroje: základy výkresové dokumentace s údaji pro výrobu, zavádění sériovosti s požadavky na zaměnitelnost dílů, tolerance rozměrů. 20. století – rozvoj fyziky a aplikace poznatků pro optimalizaci a analýzu technických problémů zpočátku s využíváním intuice a experimentů, postupně ale prosazení nových metod: myšlenka – teoretický výpočet – shrnutí a analýza poznatků a zkušeností – funkční vzorek – zkoušky a úpravy – výrobní dokumentace. Zavedení postupu: výzkum – vývoj – výroba – užití Od r. 1980: projektování a konstruování s podporou počítačů, výstupy pro číslicově řízená výrobní zařízení, flexibilita výroby. INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstruktér a jeho přehled ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce Konstrukční práce ve velké míře determinují, jak je produkt vyráběn a co bude stát jeho výroba. Výrobní náklady jsou ovlivňovány především konstrukcí výrobku – až ze 70%. Konstruktér a jeho přehled Konstruktér musí mít přehled o současném stavu: konkurenčních výrobků na trhu normalizovaných dílech strojírenských materiálech technologiích výroby výpočetních metod a zároveň mít základy mechaniky, pružnosti a pevnosti INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstruování zahrnuje dvě základní části: modelování výpočty ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Části konstruování Konstruování zahrnuje dvě základní části: modelování výpočty Modelování Konstrukční úlohy se převážně řeší na počítači a modely a výkresy existují v elektronické formě. Rozdělení: 2D kreslení 3D modelování INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ 2D kreslení Základem 2D kreslení je entita nebo objekt (úsečka, oblouk, kružnice atd.) INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Základem 3D modelování je prvek (objem, skořepina, žebro, díra atd.) ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ 3D modelování Základem 3D modelování je prvek (objem, skořepina, žebro, díra atd.) INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Při modelování všech dílů je nutné používat tolerance: rozměrové ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Modelování Při modelování všech dílů je nutné používat tolerance: rozměrové geometrické drsnost povrchu Při konstrukci strojů se vytvářejí modely, sestavy a výkresy dílů a sestav těles. Důležitým prvkem je nastavení norem technického kreslení: formát výkresu, rohových razítek, kusovníku a ostatních tabulek, kreslení kót, technických značek. Pro 3D modelování se formáty nepoužívají. Velikost prostoru pro model či sestavu nemá v podstatě omezení. INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Výpočty Simulace proudění ve spalovacím prostoru – sw FLUENT Analýza napětí motocyklového rámu – sw ANSYS Ukázka z prací studentů INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Další využití modelů Dále lze vytvořené modely využívat například pro simulace procesu lití, tváření, tvorbu formy, simulaci obrábění a tvorbu CNC programů. Modely si mohou také s sebou nést informace o povrchu, obsahovat bitové mapy pro reálné zobrazování a to pak použít na tvorbu katalogu, montážních pomůcek atd. Model každé součásti může být doplněn algoritmem popisujícím jeho chování v závislosti na vstupních podmínkách. Na základě uživatelem definovaných požadavků na geometrické o hmotnostní parametry lze provádět jejich optimalizaci, zkoušet proveditelnost návrhu či pouze sledovat vliv určitého parametru na chování celého modelu. Modely lze využít pro geometrickou analýzu křivosti ploch a křivek, kontrolu kolizí sestav, kontrolu kinematických vazeb. INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Aleš Říčař : Studie víceúčelového osobního automobilu Grafické zpracování studie CFD analýza modelu vozidla Výpočtový program pro vyhodnocení jízdních charakteristik vozidel Návrh směrově řízené zadní nápravy INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Pavel Brebera: Konstrukční řešení zavěšení předních kol a zadní kyvné vidlice sportovní čtyřkolky Vlastní konstrukční návrh Návrh variant Technická dokumentace Modální analýza Pevnostní výpočty INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů Jan Dědek : Návrh sportovního vozu ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Jan Dědek : Návrh sportovního vozu INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Pavel Herm : Nezávislé řízení kol zadní nápravy osobního automobilu 1. 2. 3. CAD konstrukce řiditelné nápravy Pro/Engineer Wildfire MBS Simulace zatěžujících stavů MSC.Adams 2003 MKP Pevnostní a deformační analýza celků ANSYS Workbench INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Piotr WRZUSZCZAK : NÁVRH A OPIMALIZACE KARDANOVÉHO HŘÍDELE FABIE WRC Měřeni zatěžovací charakteristiky stávajícího kardanového hřídele Návrh kardanových hřídelí z slitiny hliníku vysokopevnostní oceli Pevnostní vypočet metodou MKP Modální analýza INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Ondřej Jasanský : Studie motoru s elektromechanickým ovládáním ventilů INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Jiří Paldus : Optimalizace olejového systému zážehového motoru Varianty provedených úprav a měření Izolace odpadního kanálu oleje 5 Odpadnutí chladících trysek pístů 4 Snížení spínací teploty termostatu 3 Snížení hladiny oleje 2 Sériový motor s chladičem oleje 1 Označení konstrukčního řešení Vlastní návrh konstrukční úpravy Sériový stav Varianta II Varianta I INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Milan Klement: Úprava nosníku zadní nápravy autobusu INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Martin Hušek: Budič vibrací tandemového válce VH950 INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Jan Dvořák : MECHANICKÁ ANALÝZA OTOČNÉHO STOLU BSC VYUŽÍVANÉHO PRO VÝROBU SVAŘENCE NÁPRAVY OSOBNÍHO AUTOMOBILU Otočný stůl BSC ve standardní variantě Rozložení napětí podle hypotézy H.M.H. Deformace otočného stolu INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Petr Lukášek : Konstrukce unifikované brzdové soustavy poloneseného stroje Zvažované varianty: použití kotoučových nebo bubnových brzd Radličkový secí stroj Excelent 8 Premium: pohled na zadní část Výsledná soustava: jednohadicová, vzducho-kapalinová Dvě části zadního pneumatického pěchu sloužící jako přepravní náprava secího stroje INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Vít Poucha : Výměna obsahu válce dvoudobého motoru Cílem práce je řešení výměny obsahu válce dvoudobého motoru. Práce je zaměřena na optimalizaci tvarů a velikostí kanálů vyplachovacího systému pro dosažení maximálních výkonových parametrů daného motoru. INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Martin Vančura: Konstrukce elektrického exteriérového invalidního vozíku s pásovým podvozkem INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Konstrukční práce našich studentů ŘEŠENÍ KONSTRUKČNÍCH ÚLOH VE STROJÍRENSTVÍ Konstrukční práce našich studentů Martin Vančura: Konstrukce elektrického exteriérového invalidního vozíku s pásovým podvozkem INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ