9789147017966 by Smakprov Media AB

Konstruktion

Boken ger grundläggande kunskaper i konstruktionsarbete. Två projekt, en gungbräda och en bevattningsanläggning, återkommer i ﬂera kapitel med uppgifter som anknyter till innehållet. I boken visas också hur cadprogram och kalkylprogram kan underlätta konstruktionsarbetet.

YNGVE NYBERG, LENNART KÖRDEL

Konstruktion

Konstruktion YNGVE NYBERG, LENNART KÖRDEL

Frågor och övningsuppgifter ingår i varje kapitel. Till vissa uppgifter är Teknisk basbok ett bra komplement. Boken ingår i en serie läromedel i teknikutveckling.

Best nr 47-01796-6 Tryck nr 47-01796-6-03

LIBER

Omsl_Konstruktion.indd 1

2021-02-04 12:18

ISBN 978-91-47-01796-6 © 2004 Yngve Nyberg, Lennart Kördel, Torgny Ericsson, Ingemar Olofsson och Liber AB Redaktion: Görel Ericsson, Margareta Nordmark och Sture Sahlström Formgivning: Etyd AB Omslag: Etyd AB Bildleverantörer: enligt byline Illustrationer: Svante Ahlsén/Illustrator, Rickard Ax/Didacta och Etyd AB

Första upplagan 4 Repro: Repro 8 AB, Stockholm Tryck: People Printing, Kina 2021 I

Kopieringsförbud

Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och elevers begränsade rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommun och universitet. Intrång i upphovsmannens rättigheter enligt upphovsrättslagen kan medföra straff (böter eller fängelse), skadestånd och beslag/förstöring av olovligt framställt material. Såväl analog som digital kopiering regleras i BONUS-avtalet. Läs mer på www.bonuscopyright.se.

Liber AB, 113 98 Stockholm Kundservice tfn 08-690 90 00 Kundservice.liber@liber.se www.liber.se

s 1-7 - Forordinneh1.indd 2

2021-02-04 12:39

Innehåll Inledning ”Från idé till färdig produkt”

Generella tekniska termer och begrepp Enhetsomvandling

Metod för enhetsomvandling

Konstruktionsﬁlosoﬁer och projektplanering Konstruktionsfilosofier

Projektplanering

Ritteknik och CAD Ritteknik

CAD

Begrepp och termer utöver CAD

Elementär mekanik

Teknisk_konstruktion.indb 3

Mekaniken i samhället

Allmän metodik för att lösa mekanikuppgifter

Typfall inom mekaniken

04-11-22 21.30.11

Konstruktionsmaterial

Materialstandard

Järn och stål

Andra metaller

Trä

Plaster och gummi

Sten och mineral samt keramer

Nya material

Val av konstruktionsmaterial

Hållfasthetslära

Olika beräkningsmetoder och gemensamma data

Böjning

Vridning

110

Knäckning

114

Speciella hållfasthetsproblem

119

Hållfasthetsberäkningar med moderna metoder

122

Konstruktionselement

Konstruktionselement för byggkonstruktion

128

Konstruktionselement för maskinkonstruktion

133

Produktionsteknik

144

Produktionsplanering

151

Begreppet kvalitet

152

Produktkalkyler

157

Digitalteknik

9 Forordinneh1.indd 4

Boole´s algebra

164

Talsystem

172

Binära koder

173

04-12-03 16.11.18

Elektronikkonstruktion Elektronikkonstruktion

182

Elektronikproduktion – serieproduktion

185

Mätteknik Mätfel och mätfelshantering

194

Det generella mätsystemet

197

Styrteknik och reglerteknik Att konstruera med styrteknik

205

Att konstruera med reglerteknik 212 Programmering

218

Att automatisera

223

Energiteknik Termodynamik och värmeteknik 229 Strömning i rör

238

Pumpar och fläktar

245

Kylmaskiner

252

Luft och ventilation

254

Elkraftteknik Enfas och trefas

260

Drift av elsystem

262

Transformatorer

263

Elsäkerhet

263

Elektriska motorer

265

Projektarbete

Teknisk_konstruktion.indb 5

Projekt och projektplanering

270

Arbetsgång

270

Övergripande uppgifter

272

Facit Register

274 278

15 04-11-22 21.30.30

Förord Kurserna i konstruktion bygger på de grunder i teknik som ges i kurserna ”Teknik, Människa och Samhälle” och ”Teknikutveckling och Företagande”. Även kursen Cad A är en bra grund, eftersom det underlättar arbetet med moderna, cadbaserade beräkningsmetoder inom hållfasthetskapitlet. Enligt de anvisningar som Skolverket ger för kursen Konstruktion A (TEU 1205) kan man se att den är mycket lik den gamla kursen Teknologi B och kursen Konstruktion B (TEU 1206) motsvarar på samma sätt Teknologi C. På så sätt kan man anse att åtminstone Konstruktion A är en grundkurs som alla tekniker behöver ha oavsett vilken inriktning de senare väljer. Konstruktion B däremot är en fördjupning mot mer traditionella konstruktioner. Eftersom gränsen mellan Konstruktion A och B är svår att dra är denna bok ett samlingsverk för båda kurserna. Var och en kan sedan för Konstruktion A välja kapitel, ordningsföljd och hur långt kursen ska gå inom de olika delområdena. Boken Konstruktion är en komponent i Libers serie för ämnet Teknikutveckling, där bl.a. Teknisk Basbok ingår. För vissa delar som tas upp inom Konstruktion ges en hänvisning till denna bok. I den här boken finns exempel på konstruktionslösningar och visar på olika problem som konstruktören måste lösa under arbetets gång. Projekt-och övningsuppgifter är ofta lämpade att lösas gruppvis av eleverna. Övningar finns för olika inriktningar som maskin, el-och styrteknik. Till vissa uppgifter är Teknisk Basbok ett bra komplement och tillgången till denna bok eller motsvarande är viktig.

Boken Konstruktion tar fasta på kursplanen för Konstruktion A där det sägs att: ”Kursen ska ge grundläggande kunskaper för tekniskt konstruktionsarbete. Den ska utveckla förmågan att utnyttja matematiska modeller och känd teknik i kombination med experimentella färdigheter och praktisk problemlösning.”

I kursplanen för Konstruktion B sägs att: ”Kursen ska ge erfarenheter av och fördjupade kunskaper om konstruktion inom något teknikområde. Kursen ska integrera mätning, provning och simulering med beprövade teoretiska modeller för att lösa tekniska problem inom det valda området.”

Teknisk_konstruktion.indb 6

04-11-22 21.30.41

Teoriframställningen och övningsuppgifterna inom Konstruktion A har målet att eleven skall: • ha kunskap om känd teknik och konstruktionsmetoder inom något eller några teknikområden • känna till viktiga materialegenskaper och materialets betydelse för funktion, kvalitet, tillverkning och destruktion • kunna använda formler och kända samband inom det valda teknikområdet • kunna använda datorer och olika givare för att registrera, mäta och styra i tekniska system • ha utfört mätningar och simuleringar inom något eller några teknikområden • ha insikt i normer och tekniska standarder samt kunna utföra något eller några standardiserade test inom det valda teknikområdet • kunna dokumentera, redovisa och presentera eget konstruktionsarbete och resultat.

Teoriframställningen och övningsuppgifterna inom Konstruktion B har målet att eleven skall: • ha fördjupade kunskaper om känd teknik och konstruktionsmetoder inom något teknikområde • känna till vanliga komponenter, material, metoder och processer inom det valda teknikområdet samt deras egenskaper och begränsningar för varierande tillämpningar och miljöer • kunna använda teoretiska modeller och utföra konstruktionsberäkningar inom valt teknikområde • ha utfört dimensionering, både med och utan datorbaserade hjälpmedel, och efterföljande provning eller simulering för några relevanta exempel • kunna planera, genomföra och utvärdera mätningar, bedöma mätfel och mätnoggrannhet samt göra mätfelsanalyser • ha kunskaper om nationella och internationella system för teknisk standardisering • kunna dokumentera, redovisa och presentera eget konstruktionsarbete och resultat.

Boken Konstruktion är upplagd enligt följande mall: • Repetition av viktiga delar från tidigare kurser • Teoriframställning med exempel • Repetitionsfrågor på teorin • Projektuppgift • Övningsuppgifter • Större övningar och konstruktionsuppgifter i separat kapitel

Teknisk_konstruktion.indb 7

04-11-22 21.30.41

Inledning – "Från idé till färdig produkt"

”Från idé till färdig produkt” Vid konstruktionsarbete behövs kunskap från många olika områden. Det är få personer som har all kunskap som behövs för att genomföra alla steg i en konstruktion. Det är då naturligt att samarbeta med andra i arbetet. För att förstå stegen i ett komplett konstruktionsarbete har vi här nedan sammanfattat arbetet i sju steg, relaterade till skolans sätt att strukturera upp kunskapen i olika kurser.

Som ett genomgående tema i boken har vi valt att följa några produkter genom olika stadier av deras utveckling, ”Från idé till färdig produkt på marknaden”. Projekten gäller: • Konstruktion av en gungbräda till en lekpark. • Konstruktion av styrsystem och rörsystem för bevattning av ett växthus.

De steg som projektarbetet med gungbrädan passerar skulle kunna vara dessa: • För den idé som tas fram utgår man från en skiss. Det kan vara en enkel 2D- eller 3D-skiss baserad på grundläggande kunskaper från ämnet Bild eller från teknikkurser i ritteknik. I detta skede kan även affärsidén värderas. Den definieras bland annat i kursen Teknikutveckling och företagande. • Produkten i denna idé ska sedan beräknas på krafter och moment. Här används kunskaper i mekanik från kurserna Teknikutveckling och företagande, Fysik eller Konstruktion A. • Produkten ska sedan produceras i något material som har de egenskaper som efterfrågas. Det kan handla om att ytan ska vara hård eller mjuk, produkten ska vara korrosionsbeständig, den ska vara relativt formstabil, den ska kunna bearbetas på visst sätt eller att det finns krav på en maximal vikt. Kunskapen kommer här från delområdena Materiallära och Produktionsteknik i Teknikutveckling och företagande och Konstruktion A.

Teknisk_konstruktion.indb 8

04-11-22 21.30.42

Inledning – "Från idé till färdig produkt"

• Med ledning av krafter kan sedan en hållfasthetsberäkning göras för att fastlägga erforderliga dimensioner. Detta görs med kunskaper från kurserna i Konstruktion A och CAD. Arbetet kan utföras på klassiskt vis med manuell räkning eller med hållfasthetsmoduler i moderna cadprogram. • Nästa steg är att rita upp produkten med hjälp av ett cadprogram och kunskaper från kurser i CAD och ritteknik. • Fortsättningsvis handlar arbetet om produktkalkylering och förädling av idén samt att omsätta helheten till en produkt på en marknad. De kurser som kommer in här är till exempel Företagsekonomi A och Marknadsföring. Detta steg ingår inte i konstruktionskursen men är ett steg i en komplett produktutveckling. • Som ytterligare steg kan produkten ges realistiska ytor med rätt material samt sättas i rörelse. Detta kan åstadkommas med hjälp av moderna cadprogram. Produkten kan på det sättet visas i färdigt skick innan den är tillverkad. Även detta steg ligger utanför den egentliga konstruktionskursen. För det andra projektet med konstruktion av styrsystem och rörsystem kan beskrivningen göras på motsvarande sätt.

Teknisk_konstruktion.indb 9

04-11-22 21.30.42

SVANTE AHLSÉN, ILLUSTRATOR AB

Generella tekniska termer och begrepp I Sverige använder vi SI-systemet. Det är det internationella måttenhetssystem där bland andra enheterna meter, kilogram, sekund och Kelvin finns med. Till detta kommer härledda enheter, till exempel Celsius för temperatur, Newton för kraft, och Watt för effekt. Trots att SI-systemet har varit gällande i många år förekommer fortfarande äldre enheter. För bilmotorer anges fortfarande effekten i hästkrafter trots att vi borde använda enheten kilowatt. Energi i mat anges i kcal trots att enheten borde vara kJ. Man kan också höra gamla enhetsnamn som tum och bar. I vår internationella värld möter vi dessutom enheter från andra länder, t.ex. inch, gallon, Fahrenheit och pound. I detta kapitel visar vi en kort sammanfattning av dessa begrepp samt några praktiska översättningstabeller.

Kap1_Gen_tekn_term.indd 10

04-12-03 16.14.07

Generella tekniska termer och begrepp 1

Enhetsomvandling Enheter för energi. Översättningstabell J = Ws = Nm kJ

kWh

kpm

kcal *)

1J = 1Ws = 1Nm

10-3

2,78 x10-7

0,102

2,39 x10-4

1 kJ

1000

2,78 x10-4

102

0,234

1kWh

3,6 x106

3,6 x103

3,67 x105

860

1 kpm

9,81

9,81 x10-3

2,72 x10-6

2,34 x10-3

1 kcal

4,19 x103

4,19

1,16 x10-3

427

*) Med enheten ”kalorier” som används i vanligt språkbruk avses egentligen kcal.

Enheter för tryck. Översättningstabell Pa

bar

kp/cm2 *)

mm vp

m vp

mm Hg

1 Pa

10-5

1,02 x10-5

0,102

1,02 x10-4

7,5 x10-3

1 bar

105

1,02

1,02 x104

10,2

750

1 kp/cm2

9,81 x104

0,981

104

735

1 mm vp

9,81

9,81 x10-5

10-4

10-3

7,35 x10-2

1 m vp

9,81 x103

9,81 x10-2

0,1

103

73,5

1 mm Hg

133,3

1,33 x10-3

1,36 x10-3

13,6

1,36 x10-2

*) Enheten kp/cm2 kallas ibland för ”kilo”.

Teknisk_konstruktion.indb 11

04-11-22 21.30.58

1 Generella tekniska termer och begrepp

Effekt och energi Det är viktigt att inse skillnaden mellan effekt och energi. Turbinen och generatorn i ett vattenkraftverk har en viss effekt. Det är ett mått på maskinens förmåga att omvandla vattnets lägesenergi till elenergi på en viss tid. Effekt mäts i Watt (W) med något lämpligt prefix, till exempel kW eller MW. Energi mäts på motsvarande sätt i kWh eller MWh. En effektenhet som fortfarande lever kvar är hästkrafter. För omvandling gäller 1 hk = 0,736 W.

Temperatur För temperatur används i första hand mätning enligt Celsius och Fahrenheit. I tekniska sammanhang används även Kelvin. För omräkning gäller nedanstående samband där F står för temperaturen i Fahrenheit och C står för temperaturen i Celsius. C=

(F - 32) • 5

9•C 5

+ 32

För omräkning mellan Celsius och Kelvin gäller K = C + 273.

Prefix Prefix används för att omvandla en enhet enligt följande: 1 kW = 103 W eller 1 millimeter = 10-3 meter. Vanliga prefix är: tera

1012

deci

10-1

giga

109

centi

10-2

milli

10-3

mega

kilo

103

mikro 10-6

hekto

102

nano

10-9

deka

101

piko

10-12

Teknisk_konstruktion.indb 12

04-11-22 21.30.59

Generella tekniska termer och begrepp 1

Grekiska alfabetet Inom tekniska tillämpningar finns det behov av ett antal tecken för att beteckna olika storheter exempelvis mekanisk spänning, elektriskt motstånd eller vinklar. För att utvidga vårt eget alfabet med ytterligare tecken används det grekiska alfabetet. I detta sammanhang presenteras hela alfabetet trots det är de små, gemena tecknen, som man i de flesta fall använder. Αα alfa

Ββ beta

Γγ gamma

∆δ delta

Εε epsilon

Ζζ zeta

Ηη eta

Θϑ teta

Ιι jota

Κκ kappa

Λλ lambda

Μµ my

Νν ny

Ξξ ksi

Οο omikron

Ππ pi

Ρρ ro

Σσ sigma

Ττ tau

Υν ypsilon

φϕ ﬁ

Χχ ki

Ψψ psi

Ωω omega

Några engelska och amerikanska enheter Gallon

1 US gallon = 3,785 liter

Inch

1 inch = 1 tum = 25,4 mm

Pound

1 lb = 0,4536 kg

Foot/feet 1 ft = 0,3048 m

Några andra nyttigheter Inom hållfasthetslära och mekanik förekommer dessa begrepp: 1 N/mm2 = 1MPa 2π radianer = 360° = 1 varv 1 N = 1 kgm/sek2

1 kg = 10 N – massan 1 kg motsvarar tyngden 10 N om man gör en avrundning. Rätt siffra är egentligen ca 9,81 och värdet beror av var på jorden kroppen befinner sig.

Teknisk_konstruktion.indb 13

04-11-22 21.30.59

1 Generella tekniska termer och begrepp

Metod för enhetsomvandling Man behöver ofta göra enhetsomvandlingar och det finns därför behov av en enkel metod. Den metod som används här förklaras med ett exempel.

Exempel 1.1 Hastighetsmätaren i bilar är av tradition graderad i km/h trots att den naturliga enheten borde vara m/s. Utgå vid omvandlingen från ett givet fall enligt nedan: 50 km/h = x m/s

Ändringen görs enkelt med nedanstående tankeregel där utgångspunkten är att lägga till lika mycket i täljaren och nämnaren, men på ett sådant sätt, att uttrycket kan förenklas och gå mot den önskade ändringen. Grunduttrycket innehåller ”km” i täljaren vilket betyder att i det som ska läggas till måste ”km” återfinnas i nämnaren. På samma sätt läggs ”s” till i nämnaren. 50 km/h = 50 km • 1000 m • 1 h h 1 km 3600s

Efter förenkling och strykning erhålls sedan uttrycket 50 km/h = 50 • 1000 m = 3600 s

50 • 1 m 3,6 s

Vilket slutligen ger det generella uttrycket för denna enhetsomvandling 1 km/h = 1 ≈ 0,28 m/s 3,6

Verkningsgrad Verkningsgraden är ett mått på en maskins effektivitet och hur väl den tar vara på det som tillförs. Ett vanligt sätt är att jämföra uttagen effekt Put med den som går in i maskinen Pin. Man kan också säga att verkningsgraden är det man ”fick ut” i förhållande till det man ”kunde fått ut”. Verkningsgraden har ingen enhet men anges ofta i procent. η=

Put Pin

Teknisk_konstruktion.indb 14

04-11-22 21.30.59

Generella tekniska termer och begrepp 1

Övningsuppgifter 1.1. En bil sägs ha en motor på 120 hk. Vilken av följande effekter i kW motsvarar 120 hk? a) 120 kW, b) 88 kW, c) 163 kW 1.2. Hur många pound-foot är 10 Nm ?

PROJEKTUPPGIFTER 1.1. Vid arbetet med gungbrädan är det naturligt att övergripande längdmått anges i enheten meter (m). För konstruktionsdetaljer är det däremot vanligast att ange dimensionerna i enheten millimeter (mm). De som använder gungan väger (har massan) ett visst antal kilogram (kg) men detta ska vid beräkning och dimensionering av gungan räknas om till tyngd med enheten newton (N). Vilka dimensioner kan vara lämpliga för gungbrädan och hur mycket väger de som normalt använder gungbrädan? 1.2. Gör en första specifikation över den planerade storleken på växthuset i projektuppgiften. Gör dessutom en preliminär bedömning av hur mycket vatten som behövs vid bevattningen, och hur ofta växthuset behöver bevattnas. Sök exempelvis på Internet för att ta fram lämpliga uppgifter.

Teknisk_konstruktion.indb 15

04-11-22 21.30.59

SVANTE AHLSÉN, ILLUSTRATOR AB

Konstruktionsﬁlosoﬁer och projektplanering Med konstruktionsfilosofi menas de tankar som är ledande vid konstruktion av en utrustning. Det kan handla om att utrustningen i första hand ska konstrueras för att ha låg energiförbrukning eller för att passa in i tidigare levererad utrustning från samma företag. Det kan också vara att endast produkter som uppfyller vissa krav får användas vid tillverkningen. Ofta är dessa filosofier en viktig konstruktionsförutsättning och därmed en viktig del i ett konstruktionsarbete. Ett annat viktigt inslag i ett konstruktionsarbete är att utgå ifrån en planering där både start och slutpunkt är fastlagda samt dessutom viktiga kontrollpunkter under arbetet. I detta kapitel behandlas några olika konstruktionsfilosofier. Dessutom introduceras projektplanering. Detta ämne behandlas också i kapitlet Projektarbete.

Teknisk_konstruktion.indb 16

04-11-22 21.31.00

Konstruktionsﬁlosoﬁer och projektplanering 2

Konstruktionsfilosofier I konstruktionsarbetet är det naturligt att olika filosofier är styrande för arbetet. Det vanliga är att en filosofi är styrande även om flera kan finnas med, såvida de inte står i konflikt med varandra. I grunden finns alltid företagets affärsidé som styr företagets sätt att arbeta, dvs. även konstruktionsfilosofier. Konstruktionsarbetet kan inordnas i grupper på följande sätt där företagets affärsidé styr hur man väljer.

Val av konstruktionsmetod Att börja med en sammanställning och sedan gå in på detaljerna är en vanlig metod. Moderna cadprogram är enkla att använda för konstruktion på det sättet. Metoden kallas ”topdown” eller ibland ”botten upp” vilket betyder att helheten görs först och därefter görs detaljerna. Vissa konstruktioner behöver tas fram i olika varianter eller byggmoduler. Det kan vara en del i en konstruktionsfilosofi att likartade produkter ska se likadana ut och att olika tilläggsmoduler ska kunna kopplas till flera olika grundmodeller. Variantkonstruktion är en av styrkorna i dagens cadprogram. En del företag har allt konstruktionsarbete datoriserat och alla konstruktioner finns i ett cadsystem. Det ger många fördelar framförallt om cadritningar bara är en del av användningsområdet för cadsystemet. Nackdelen är att systemet kan bli tungt när det gäller att göra enkla ändringar i befintligt, inte cadritat, underlag.

Val av produktionsmetod Den produktionsmetod som ska användas påverkar i allra högsta grad hur detaljerna ska konstrueras. Om en detalj ska svetsas påverkar detta naturligtvis detaljritningens utförande. Dessutom måste konstruktionen anpassas till det material och de materialtjocklekar som finns tillgängliga. Om en konstruktion ska gjutas måste konstruktionen utföras med de släppningar som gjutningen kräver. Olika produktionsmetoder gör därför att företag väljer olika konstruktionsfilosofier. Seriestorleken påverkar konstruktionens utformning. Om det går att planera för en stor serie går det att använda de produktionsmetoder som är aktuella vid stora serier. Vid stycktillverkning kan en produkt

Teknisk_konstruktion.indb 17

04-11-22 21.31.07

2 Konstruktionsﬁlosoﬁer och projektplanering

tillverkas med flera steg av skärande bearbetning. Om samma detalj ska serietillverkas kan ett eller flera steg ersättas med en gjuten detalj.

Val efter användningsområde Vissa konstruktioner måste göras så att alla serviceåtgärder är mycket enkla och snabba att utföra. Konstruktionen görs då med stor servicevänlighet. Vissa produkter kommer att användas under speciella förhållanden. Det kan till exempel vara vid mycket låg eller mycket hög temperatur eller vid en belastning med mycket stötar. Det kan även handla om att produkten kommer att arbeta i mycket fuktig eller dammig miljö. Materialvalet och konstruktionen måste då anpassas för dessa förhållanden.

Val efter förutsättningar För konstruktioner där människoliv kan riskeras måste man arbeta med stora säkerhetsmarginaler. Det kan till exempel vara vid konstruktion av hissutrustning. För flygplanskonstruktioner är kravet oftast låg vikt. Varje sparat kilo på konstruktionen ger motsvarande ökning av planets lastförmåga. I andra konstruktioner kan några extra kilo sakna betydelse. Det kan gälla viss militär utrustning. Ibland är materialet relativt billigt jämfört med kostnaden för arbetstimmarna som måste läggas i en produkt. Att konstruktionen nyttjar mycket material och därigenom reducerar arbetskostnaden kan då vara en viktig konstruktionsfilosofi. Hela konstruktionen baseras på någon bärande tanke, till exempel en analys av kostnaden för hela produktens livscykel (life cycle cost), vilket innebär att konstruktionen inte alltid i första stadiet blir den billigaste. Däremot sett över produktens livslängd är det den mest kostnadseffektiva konstruktionen. Det företag som har konstruktionen direkt kopplad till sin egen produktionsapparat måste konstruera för den metod som gäller i företaget.

Teknisk_konstruktion.indb 18

04-11-22 21.31.07

Konstruktionsﬁlosoﬁer och projektplanering 2

Företaget ska kanske endast arbeta med kärnkomponenter, dvs. sådana delar som kräver unik kompetens vid framtagningen. Övriga delar i konstruktionen ska tas fram av underleverantörer som även svarar för konstruktionen av dessa delar. Varje konstruktion ska baseras på att standardkomponenter nyttjas i så stor utsträckning som möjligt för att därigenom förbilliga produkten. Produkten blir inte lika unik, men det är då en medvetet vald konstruktionsfilosofi.

Projektplanering Vid projektplanering används ofta ett Ganttschema, se exemplet.

Projektplanering med MS Projekt

Inom projektplanering används några typiska termer enligt följande: Aktivitet är det namn som man gett till en viss deluppgift inom projektet. Resurs är den arbetstid en viss person kan lägga i projektet.

Teknisk_konstruktion.indb 19

04-11-22 21.31.08

2 Konstruktionsﬁlosoﬁer och projektplanering

Planering är den genomtänkta fördelningen av aktiviteter och resurser i projektet. Schema är den visuella beskrivningen av planeringen. Styrning är den påverkan på arbetet som planering och uppföljning med hjälp av Ganttschemat ger. Milstolpe är en kontrollpunkt i planeringen när något måste vara klart. Kritisk linje är den linje som går genom de aktiviteter och resurser som bestämmer projektets kortaste, totala tidsåtgång.

Tekniska hjälpmedel För planering av tid och resurser finns speciella projektprogram, till exempel MS Projekt där det enkelt går att lägga upp ett Ganttschema med alla vanliga aktiviteter, resurser och styrande tider. Ett annat alternativ är att använda ett vanligt kalkylark, till exempel Excel. Det är en enklare metod, men den ger ändå en bra översikt och en enkel möjlighet att följa upp projektet.

Projektplanering med Excel

Teknisk_konstruktion.indb 20

04-11-22 21.31.08

Konstruktionsﬁlosoﬁer och projektplanering 2

Övningsuppgifter 2.1. Fundera igenom de konstruktionsförutsättningar som nämns i kapitlet. Finns det ytterligare alternativ som skulle kunna läggas till? 2.2. Sök på Internet efter begreppet ”lean production” och fundera på om det kan påverka ett företags konstruktionsfilosofi.

PROJEKTUPPGIFTER Tänk igenom vilka konstruktionsförutsättningar som ska gälla för gungbrädan respektive bevattningssystemet för växthus. • Gör en projektplanering för konstruktion och tillverkning av en gungbräda. • Gör en projektplanering för konstruktion av styrsystem och rörsystem för ett bevattningssystem till ett växthus.

Teknisk_konstruktion.indb 21

04-11-22 21.31.09

SVANTE AHLSÉN, ILLUSTRATOR AB

Ritteknik och CAD Ritteknik och CAD är två områden som hör ihop på samma sätt som teoriutbildning och praktisk körning hör ihop i bilskolan. Båda delarna behövs. Rittekniken ger regelverket för att utföra och förstå det symbolspråk som finns på ritningar. Ritningsspråket är internationellt och förstås över hela världen. Ritningsspråket är dessutom mycket effektivt eftersom ritningar är bilder och enligt ordspråket säger en bild mer än tusen ord. Detta kapitel tar upp några aspekter på ritteknik, främst som en repetition av tidigare kurser. Cadavsnittet försöker placera in dagens cadprogram i ett sammanhang både som tekniskt användningsområde och som moduler inom respektive delområde.

Teknisk_konstruktion.indb 22

04-11-22 21.31.09

Ritteknik och Cad 3

Repetition Några av de viktigaste reglerna i ritarbetet är följande: 

Rita så många vyer som behövs för att entydigt beskriva detaljen



Beskrivningen skall vara tydlig, entydig och utan dubbelmåttsättning



Detaljen ritas i färdigt skick



Mått och snitt placeras i regel till höger och under detaljen



Ritningens text skall kunna läsas rätt från höger och underifrån



Skalor skall användas vid behov och i enlighet med rekommendationer



Linjer skall följa given standard för typ och tjocklek



Ritningsformat utgår från A4, A3, A2, A1 och A0 och är i de ﬂesta fall liggande



Toleranser anger inom vilket område ett mått tillåts variera



Symboler på ritningar används för att beskriva komponenter och utförande



Måttsättning görs utifrån detaljens funktion, tillverkning och kontroll



Måtten skall placeras i den vy där de bäst beskriver detaljen



Standarder skall användas så ofta som möjligt för att förenkla och förbilliga.

Vyplacering 

I Sverige används ”Första kvadrantens projektionsmetod” (tidigare kallad metod E eller europeisk vyplaceringsmetod)



I USA används ”Tredje kvadrantens projektionsmetod” (tidigare kallad metod A eller amerikansk vyplaceringsmetod).

Olika typer av ritningar 

En detaljritning ger all information om hur en detalj ser ut



En sammanställningsritning ger information om antalet av olika detaljer och hur detaljerna är relaterade till varandra.

Teknisk_konstruktion.indb 23

04-11-22 21.31.24

3 Ritteknik och Cad

Ritteknik Rittekniken är en av hörnstenarna i dagens konstruktionsarbete. Det är ett bildspråk med internationella regler. Rittekniken är nödvändig trots att de flesta har tillgång till cadprogram. Cadprogram är ett redskap, men programmen kan inte alla ritregler utan det är den som använder ritprogrammet som måste ta alla viktiga beslut om hur en detalj ska presenteras. Kunskap om ritteknik behövs för att utföra ritningar på ett regelriktigt sätt. Det behövs också för att kunna läsa ritningar.

Skissritning Skissritning är ofta en naturlig utgångspunkt i ett konstruktionsarbete. Idén ska på ett enkelt sätt visualiseras och visas upp för andra. En enkel modell för skissritning framgår av figuren nedan. Det är ett förenklat ritsätt utan att göra anspråk på att vara ett perfekt perspektiv. Principen är att kanter som är parallella i verkligheten är parallella även i ett förenklat perspektiv. Ett alternativ som stämmer med vanliga ritregler och som anger att skymda kanter ska vara streckade är också möjligt, men kanske inte alltid tydligare.

Förenklat perspektiv enligt ritregler.

Förenklat perspektiv av solid modell.

Hänvisning Läs mer om ritteknik och skissteknik i böckerna Design och produktutveckling och Teknisk Basbok.

Teknisk_konstruktion.indb 24

04-11-22 21.31.25

Ritteknik och Cad 3

CAD Begreppet CAD baseras på orden computer aided design dvs. datorstött konstruktionsarbete. Man kan säga att om ett cadprogram bara hjälper till med att ta fram en ritning är det inte till så stor nytta. Det är genom den extra funktionalitet som cadprogrammens tilläggsmoduler ger, som det verkliga mervärdet med CAD kommer fram. Moderna cadprogram får allt fler tilläggsmoduler. Bland de viktigaste är hållfasthetsmodulerna. Dessa är i sin enklaste form relativt lätta att använda och ger konstruktören viktig information om konstruktionens styrka i ett tidigt skede. Andra moduler är till exempel för plåt- och svetskonstruktioner, lagerdimensionering, balkdimensionering eller för rördragning. Cadprogrammen har oftast ett antal standardelement direkt tillgängliga för användning i konstruktioner. Utöver detta har moderna cadprogram ofta kopplingar till olika administrativa system. De cadsystem som används är 2- eller 3-dimensionella. Generellt kan man säga att 3D-cad förekommer i något större utsträckning vid mekaniska konstruktioner.

Cadsystem i 2D Husritningar baseras ofta på 2-dimensionell cad. Detsamma gäller för el-, elektronik-, pneumatik- och hydraulikscheman där kraven oftare är att beskriva samband än att beskriva ledningsdragningen i 3 dimensioner. Inom detta segment är AutoCAD eller varianter av det programmet dominerande. Till cadprogram finns ofta extra moduler för el, elektronik, VVS, ventilation, bygg och arkitektur. Det finns även 3D-cad för byggkonstruktion, även om de ännu inte nått till samma nivå som inom mekanisk konstruktion. Ofta är det tilläggsprodukter till andra program för 2Dcad, till exempel AutoCAD.

Cadsystem i 3D Inom maskinkonstruktion är idag 3-dimensionell cad mycket vanlig. Moderna cadprogram för mekanisk konstruktion är nästan alltid 3dimensionella. De är inte bara rithjälpmedel utan har många moduler för andra delar i konstruktionsarbetet som nämnts tidigare. Dess-

Teknisk_konstruktion.indb 25

04-11-22 21.31.26

3 Ritteknik och Cad

utom går det att animera en konstruktion, dvs. sätta de olika delarna i rörelse för att kontrollera om delarna passar ihop och inte går in i varandra på ett felaktigt sätt. Till detta kommer möjligheten att redan i konstruktionsstadiet visa en kund hur den färdiga konstruktionen kommer att se ut. I det senare fallet används tilläggsmoduler som skapar realistiska ytor och omgivningar.

Cadmodell i läge med krockanalys.

Begrepp och termer utöver CAD CAD var det första området där datorn kom in i konstruktionsarbetet. Efter hand har flera angränsande områden lagts till. Konstruktören har lagt till beräkningar av hållfasthet och produktionsteknikern har lagt till moduler för att ritningen ska vara ett direkt stöd för att styra en verkstadsmaskin.

CAE CAE utgår från orden computer aided engineering, dvs. datorstött ingenjörsarbete. Inom ramen för detta begrepp ingår till exempel • hållfasthetsberäkningar • kontakt-, rörelse- och krockanalys • värmeanalys • optimering • simulering eller animering av rörelser i en konstruktion.

CAM CAM utgår från orden computer aided manufacturing, dvs. datorstödd tillverkning. Med denna modul skapas den kompletta kedjan från konstruktion direkt över till tillverkning med hjälp av CNC-maskiner i en verkstad. 26

Teknisk_konstruktion.indb 26

04-11-22 21.31.26

Ritteknik och Cad 3

PDM Moderna cadprogram har också ofta länkar till olika administrativa pdm-system där PDM står för product data management. Det är ett dokumentsystem som kopplas till produkten och innehåller alla dokument som hör till just den produkten, dvs. cadfiler, beräkningar och andra tillhörande dokument. Inom ramen för pdm-program kan också olika program för att skanna gamla ritningar läggas till. Denna skanning överför gamla ritningar till modernt cadformat vilket sedan kan användas på samma sätt som nyskapade ritningar.

Granskningsverktyg Det är praktiskt att cadritningar kan distribueras i dataformat via Internet. Det ska då inte vara ett krav att alla som ska använda ritningarna måste köpa samma cadprogram. Det räcker istället med att ha ett program, en ”Viewer”, så att mottagaren kan öppna filerna och se ritningen i en riktig skala. Några exempel på sådana produkter är Voloview från Autodesk och E-drawing från SolidWorks. Ett alternativ är att detaljerna kan visas direkt på en webbsida. Det finns olika ”add-in program” som skapar filer som kan köras direkt i en webbsida. Exempel på sådana program är 3D-Instant Web Site från SolidWorks och DWF-Viewer från Autodesk. Dessutom finns det granskningprogram för olika cadprogram.

Bilder och dokumentation Cadprogrammen kan enkelt skapa en snedställd, så kallad ISO-vy av en detalj genom en skärmdump som efter ett enkelt redigeringsarbete kan användas i en rapport. Programmens möjlighet att släcka ner olika delar av en cadkonstruktion ger ännu ett sätt att förklara hur en sak ser ut. Sprängskisser är ett bra komplement till traditionella 2D-ritningar. De ger information om både helheten och hur detaljerna sitter i helheten.

Teknisk_konstruktion.indb 27

04-11-22 21.31.27

208, 222 208, 222 25 25

A acetalplast 78 aducerjärn 64 akrylplast 77 aktiva komponenter 181 aktivitet 19 aktiv effekt 262 allmänna konstruktionsstål 61 allmänna omkostnader 158 aluminium 69 amidplast 79 analogteknik 181 analytisk lösning 35 anlöpning 58 anslutningsdon 182 ANSYS 123 area 96 armeringsmedel 75 ASCII-kod 173 asynkronmotor 266 austenit 55 austenitiska stål 63 automationsenheter 224 automatisera 223 automatiserad lyftning 206 automatstål 62 avkodare 174 avrundning 193 avrundningsfel 194 axlar 134

B balk 130 BCD-kod 220 bearbetningsstation 205 behaglighetszon 258 belastning 94 belastningsfall 114 Bernoullis ekvation 239 betong 84, 131 bevattningsanläggning 214, 227 binära tal 172 bitar 172 board 129 bomförband 139 Boole´s algebra 164 brons 67

brottgräns 95 bräda 130 bussar 181 byggkonstruktion 128 bäraxel 134 böjaxel 104 böjmotstånd 96, 104 böjspänning 99 BÖR-värde 212, 215, 216

C CAD 25 cadprogram 25, 48, 122, 130, 133 CAE 26 CAM 26 Carnot-processen 230 cellulosa 71 cellulosaplast 78 cement 84 cementit 56 centrifugalkoppling 136 CMOS 168 Cosmos 123 cosϕ 262 cylinder 206

D dataloggern 199 datorstödd konstruktion 180 dekadräknare 176 delfunktion 218 delningsdiameter 138 Demingcirkeln 154 detaljritning 23 digitalt 163 digitalteknik 162, 181 dimensionera 94 dioden 181 direkt kostnad 143 distributionssystem 236 dokumentation 270 drag 97 dragprov 91 driftpunkt 246 droppslang 215

E effekt 12 effektfaktor 262 eftersläpning 266 elaster 80 elasticitetsmodul 95 elastisk koppling 136

elektriskt test av kretskort 189 elektronikkomponenter 181 elektronikkonstruktioner 180 elektronikproduktion 185 elkraftteknik 259 ELLER 223 elsäkerhet 263 energi 11, 12 energiform 239 energiförbrukning 230 energiomvandling 230 enhetscirkel 47 enhetsomvandling 14 enrörssystem 236 epoxiplast 80 etenplast 76 Euler 114, 115 Europastandard (EN) 51 eutektoida 56

F fackverk 31 farthållare 216 fasledare 260 fasspänning 260 fast kostnad 143 feluppskattning 196 FEM 96 fenoplast 79 ferritaustenitiska stål 64 ferritiska stål 63 fiberkompositer 89 fibrer 72 fjäderstål 63 fluoretenplast 78 fläktkurvor 246 flödesmodell 183 foot/feet 13 formändring 95, 106 framplockning 187 frekvens 265 frekvensomriktare 268 freon 253 friktion 30 friktionsförlust 241 friktionstal 241 friktionsväxel 137 friläggning 30 frånluftsventilation 255 frånskiljning 143 fukthalt 258 fuktkvot 72 funktionell layout 144 funktionsdiagram 225

278

Teknisk_konstruktion.indb 278

04-11-22 21.39.06

funktionstabell 167, 175 fyllmedel 75 förband 139 förgrenad kedjemolekyl 74 förvridning 110, 112

G gallon 13 gips 129 givare 198, 204 gjutjärn 55, 64 gjutstål 65 glas 87 glidlager 135 grekiska alfabetet 13 grindar 166, 167 grupplayout 145 gråjärn 64 gränsvärde 115, 117 gummi 80 gungbräda 28, 99, 202 gängor 140

H Hand och Automatik 213 hexadecimala tal 172 hjälpmedel 20 hopfogning 143 huvudspänning 260 hålkanttryck 120 hårdhetsprov 91 hårdmetall 87 hämtrobot 205 händelse 219 härdning 58 härdplaster 75 högtryckssystem 237 höjdform 239

I inbränning 189 inch 13 induktor 181 ingenjörsspråk 221 ingångar 210 insignaler 192 instruktionslista 221 ICKE 223 intermittent drift 267 ISO-9000 154 ISO-vy 27

J jordfelsbrytare 264

jämförelsespänning 121 jämvikt 30 järn 55

K k-värde 233 kalkylprogram 122 kapacitiv sensor 209 karbamidplast 79 karbonatplast 78 kaskadkoppla 177 kavitation 247 kedjemolekyl 74 kedjeväxel 137 keramer 85, 86 kilförband 139 knäckkraft 115 knäckning 114 kokpunkt 252 koldioxidhalt 254 kolhalt 56 kolstål 54 kombinatoriskt nät 174 kombinatorisk krets 223 komponenter 182 komposanter 30 kondensator 181, 262 kondensering 252 konstruktionsarbete 269 konstruktionselement 126 konstruktionsfilosofi 16 konstruktionskvalitet 153 konstruktionsmaterial 49 konstruktionsmetod 17 konstruktionsstål 60 kontinuerlig drift 267 kontinuerlig regulator 204 kontinuitetsvillkor 238 konvektion 233 koppar 66 kopparlegeringar 66 kopplingar 136 kraftpar 30 kraft 30 kretsschema 221 kritiskt varvtal 134 kritisk linje 20 krympförband 139 kuggmodul 138 kuggväxel 137 kvalitet 143, 152 kvalitetsansvar 153 kvalitetskostnader 153 kylbatteri 256

kylform 267 kylmaskin 229, 252 kylning 182 kälverkan 119 köldfaktor 253

L ladderschema 221 lager 135 lamellkoppling 136 lamellträ 129 ledare/kablage 182 legerade stål 54 lergods 85 leveranskvalitet 153 lignin 71 likriktare 268 likspänning 181 likström 262 limförband 139 limträ 131 linelayout 145 linjer 23 linjära rörelser 206 ljusbommar 224 logikfunktioner 223 LSB 172 luft 254 luftfuktighet 256 luftsystem 237 läkt 131 länkkoppling 136 lättbetong 84 lättmetaller 68 lödförband 139 löslighet 75

M M-diagram 101 magnesium 69 magnetisk sensor 207 martensitiska stål 63 maskinhall 187 maskinspråk 222 maskinstål 61 massa 30 materialegenskaper 50 materialomkostnader 158 materialstandard 51 materialtabell 105 mekanik 29 melaminplast 79 meritvärdering 92 metodik 33

279

Teknisk_konstruktion.indb 279

04-11-22 21.39.07

milstolpe 20 minsta-kvadrat-metoden 195 mjukglödgning 57 mjukhet 75 mjukmetall 70 modifieringar 188 Mollierdiagram 257 moment 30 momentpunkt 30 monteringssätt 267 montering av komponenter 187 motor 265 motståndstal 240 MSB 172 muffkoppling 136 mått 23 måttsättning 23 mässing 67 mätfel 194 mätfelsanalys 195 mätinstrument 199 mätmetoder 200 mätstorhet 194 mätsystem 197 mätteknik 192, 197 mätvärde 194 mönsterkort 182

N nanomaterial 90 nedböjning 99, 106 neutrallager 100 neutralledare 260 nitförband 139 nitrering 59 nitrerstål 62 noggrannhet 212 normalisering 57 numeriska koder 221 närhetskänslig sensor 209

O OCH 223 omkostnad 143, 157 omsmältningslödning av lodpasta 188 ON—OFF-regulatorn 204 operationsförstärkare 181 optisk inspektion 188 oscilloskopet 199 otätat stål 55

P passiva komponenter 181

PDM 27 perlit 55 PIA 151 plank 130 plaster 74 plastmolekyler 74 plattor 129 PLC 210 PLC-systemet 210 plywood 129 polpar 265 polärt tröghetsmoment 96 porslin 85 pound 13 prefix 12 presentation 270, 272 produktion 143 produktionsberedning 145 produktionsmetod 17 produktionsorganisation 144 produktionsprocessen 186 produktionsteknik 142, 144 produktkalkyler 157 profil 130 programmera 218 programmering 220 programmeringsport 210 programmeringsverktyg 221 projekt 270 projektarbete 269 projektplanering 19, 270 propenplast 76 pulssensor 209 pumpkurvor 246 PVC 77 pålägg 143

R rapporter 271 reaktiv effekt 262 regel 131 registrerande mätning 199 registrering 199 reglering 204 reglersystem 214 reglerteknik 212 rekristallisationsglödgning 59 relativ fuktighet 254 reliabilitetsfel 194 remväxel 137 resistans 181 resistor 181 resultant 30 resurs 19

ringförband 139 riskanalys 206, 224 ritningsformat 23 ritteknik 24 rostfria stål 63 rotationshastighet 110 roterande rörelse 206 rullningslager 135 röntgen av lödfogar 188 rörlig kostnad 143 rörsystem 240

S sammanställningsritning 23 sammansättning 189 sanningstabell 167 screentryckning 187 seghärdning 58 seghärdningsstål 61 segjärn 64 sekvens 219 sekvensschema 218 sekvensstyrning 204 sensor 204, 205, 207 servicekvalitet 153 servicevänlig 18 SI-systemet 10 signalbehandling 199 silumin 70 självdragsventilation 255 skala 23 skenbar effekt 262 skissritning 24 skivor 129 skjuvmodul 97 skjuvning 97 skjuvspänning 110 skrivare 200 skruvförband 139 skyddsform 267 skyddsjord 264 skärmdump 27 slagg 55 slagprov 91 slankhetstal 116 slumpmässigt fel 194 slutprovning 189 smältbarhet 75 snitt 23 specialaxlar 134 specifika värmekapaciteten 231 sprinkler 215 sprängskiss 27 spånskiva 129

280

Teknisk_konstruktion.indb 280

04-11-22 21.39.08

spänning 95, 181 spänningskoncentration 119 spännradie 96, 100 SR - latchar 177 standard 23 standardelement 133 standardiseringssystem 51 startsteg 219 startström 267 statisk mätning 199 steg 219 sten 83 stengods 85 strypreglering 247 strålning 232 sträckgräns 95 strömningsförlust 241 strömningsförluster 240 styr- och reglerteknik 201 styra en bearbetning 225 styrdon 204, 212, 217 styrenplast 77 styrning 204 styrsystem 205 stålnamn 51 stålnummer 53 sughöjd 247 superpositionsprincipen 106 Svensk Standard (SS) 51 svetsförband 139 symbolspråk 22 synkronmotor 265 syrehalt 254 systematiskt fel 194 systemkurva 240 säkerhetsfaktor 105 säkerhetsfunktion 224 säkerhetsmarginal 18 säkring 263 sätthärdning 59 sätthärdningsstål 62 sönderdelningstemperatur 75

T T-diagram 101 tegel 85, 131 temperatur 12 termodynamik 229 termoplaster 75 Tetmajer 115 tidsdiagram 176 tidsplanering 270 tidsstyrning 204 tillformning 143

tillsatsmedel 75 tillståndsdiagram 176 tillståndsändringar 230 tilluftsventilation 255 tillverkningskvalitet 153 tillverkningsomkostnader 158 tilläggsbeteckningar 53 tilläggsmodul 25 titan 69 toleranser 23 TQM 154 transformator 263 transistor 181 transmission 136, 206 transmissionsaxel 110, 134 transportband 205, 211 tredimensionell molekyl 74 trendlinje 195 tryck 11, 97 tryckform 239 tryckkärl 120 tryckkärlsstål 62 trä 71 träfiberskiva 129 tröghetsmoment 96, 106 tröghetsradie 116 TTL 168, 169 tvårörssystem 237 tvärkraft 102 tvättning kretskort 188 tyngd 30 tyngdpunkt 30, 48 tätat stål 55

Viewer 27 Voloview 27 vridmoment 110 vridmotstånd 96 vridspänning 112 vridtröghetsmoment 96 vy 23 vyplacering 23 värdesiffror 193 värmebatteri 256 värmebehandling 56 värmeeffekt 231 värmeenergi 231 värmefaktor 253 värmeflöde 231 värmeisolering 232 värmekonduktivitet 232 värmekällor 236 värmeledning 232 värmeledningsförmåga 232 värmemotorer 229 värmespänning 120 värmeteknik 229 värmeväxlare 235 värmeväxling 255 värmeöverföring 235 värmeövergång 232 värmeövergångskoefficient 233 växelriktare 268 växelspänning 181 växelström 262 växthus 28, 179, 190, 214, 227

U-värde 233 Unicode 173 uppföljning 270 utförare 204, 215 utgångar 210 utmattning 119 utmattningsprov 91 utvärdering 270

Y/D-start 219 ytbehandling 93 ytfinhet 119

övergång 219

Ä ädelmetall 70 ÄR-värde 212, 215, 216

validitetsfel 194 variantkonstruktion 17 varvtal 268 varvtalsreglering 247 vatteninnehåll 258 vedklyv 227 ventilation 254 verkningsgrad 14 verktygsstål 63

281

04-12-08 14.12.37

Konstruktion

YNGVE NYBERG, LENNART KÖRDEL

Konstruktion

Konstruktion YNGVE NYBERG, LENNART KÖRDEL

Frågor och övningsuppgifter ingår i varje kapitel. Till vissa uppgifter är Teknisk basbok ett bra komplement. Boken ingår i en serie läromedel i teknikutveckling.

Best nr 47-01796-6 Tryck nr 47-01796-6-03

LIBER

Omsl_Konstruktion.indd 1

2021-02-04 12:18