Gjengeadapter for styrestag til bil

Da var jeg endelig ferdig med gjengeadapteret til styrestaget som det viste seg at jeg skulle lage to av, siden det så klart må være ett på hver side av bilen. Derfor, sammen med en del andre småting, tok det noe lenger tid å fullføre prosjektet enn det jeg opprinnelig hadde planlagt. Men jeg har lært en hel masse av det.

Under kan man se sammenhengen mellom adapteret og styrestaget for å få et bedre overblikk over bruksområdet. Jeg fikk kun det originale gjengeadapteret som det var min oppgave å lage en forlenget versjon av.

 

Planlegging

Som jeg har skrevet om tidligere målte jeg alle de nødvendige mål med skyvelære og vinkelmåler for så å tegne den nye delen i SolidWorks og printe ut tegninger.

Det viste seg jo etterhvert at de dimensjoner jeg opprinnelig hadde fått oppgitt var feil, at den ikke skulle forlenges med 7mm, men at hele delen skulle være 7cm, altså 70mm, i motsetning til 48,65 som den delen jeg hadde tegnet var.

Ikke nok med det, men på en eller annen mystisk måte hadde det ene målet mitt på 27mm blitt til 22 på tegningen. Menneskelig feil, og man kan se det senere at jeg ikke oppdaget dette før jeg var godt i gang med det første forsøket. Først da jeg satte den nye og den originale delen side om side så jeg at noe var galt.

Jeg hadde prosessen stort sett ferdig i hodet og brukte tegningene som arbeidsplan. Jeg indikerte med tall hva jeg skulle gjøre og i hvilken rekkefølge. Man kan også se hvilke endringer jeg måtte gjøre underveis med kulepenn, men fremgangsmåten forble stort sett det samme.

 

Gjennomføring

Siden jeg hovedsaklig skulle dreie var det naturlig å starte med den tykkeste biten av delen.

Jeg startet med å kutte et solid stykke 40mm rundstål, langt nok til å ha godt med arbeidsrom og godt grep i dreiechucken. Grunnen til at jeg valgte 40mm stål er at selve mutterhodet er 30mm så avstanden fra kant til til kant i sekskanten er 34,64mm.

Deretter fulgte en hel del dreiing. Jeg startet med å dreie et lite hakk i den ene enden for å markere hvor langt jeg trengte å redusere diameteren før jeg tok hele biten ned til Ø34,64mm. Dette kunne for så vidt blitt markert med tusj, men den venstre siden av kuttet er så lang hele biten skal bli, så kuttet ble gjort med presisjon en tusj ikke kunne gitt. Da jeg lagde den andre biten gjorde jeg ikke dette, men sørget bare for at den var lang nok og tilpasset den totale lengden helt til slutt etter at biten var blitt kappet av og snudd rundt.

Bildet under er fra det første forsøket (det som ble laget med feil dimensjoner) så her representerer hakket der mutterhodet starter, men poenget er det samme. De aller fleste bildene er fra det første forsøket og vil variere en smule fra slik jeg forklarer prosessen for sluttproduktene, men det er hovedsaklig helt likt.

Klikk på bildene for å gjøre dem større.

Termisk ekspansjon i materialer er en egen vitenskap, men det er viktig å ta hensyn til det når man jobber med høy presisjon.

Jeg hadde ikke fått oppgitt noen toleranser på det jeg skulle lage så jeg gjorde det til en liten utfordring for meg selv og se hvor nøyaktig jeg var i stand til å produsere delene.

Dette bestod hovedsaklig i veldig mye manuell måling med skyvelære for å verifisere at det målet jeg hadde stilt den digitale avleseren på var korrekt, slik at når jeg fulgte den var det ikke tvil om at det ble presist.

Deretter dreiet jeg mellomstykket som er mellom de ytre gjengene og mutterhodet.

Jeg støtte etterhvert på problemet med store temperaturstigninger i arbiedsstykket. Vi arbeider ikke med kjølevæske av en eller annen grunn, så høye temperaturer kan oppstå ved dreiing av mye materiale over lengre perioder. Dette var et problem siden når stålet utvider seg vil det komme nærmere skjæret og ta av mer enn planlagt, slik at når det kjøler seg ned igjen og krymper vil det være mindre enn det målet man siktet på.

Men selv om det var aldri så korrekt innstilt var fortsatt varme-ekspansjon et problem jeg ikke hadde støtt så mye på tidligere.

Det var ikke kritisk for den største delen av dreiingen, men spesielt da jeg kom til dreiingen av de ytre M16x1mm gjengene var det ganske viktig at det ble korrekt, eller så kunne gjengene bli ubrukelige.

Gjenger er stort sett satt opp slik at det er bolten som har slingringsmonnet, ikke hullet, det vil si at et M16 hull er ganske nøyaktig 16mm mellom dalene i gjengene mens selve bolten er Ø15,974 - 15,794mm mellom toppene. Hvis gjengene på bolten blir for tynne, øker det sjansen for å strippe gjengene siden de vil ha mindre kontaktflate inne i hullet.

Formelen for lineær termisk ekspansjon er:

termisk_ekspansjon.png

ΔL (Delta L) = Endring i lengde

α (Alpha) = Termisk ekspansjons-koeffisient for materiale ved 20°C

L0 (L null / L initiell) = Lengde på materiale ved 20°C i meter

ΔT (Delta T) = Endring i temperatur

Så det kan sies slik: Endringen i lengden er lik koeffisienten ganget med den initielle lengden på materialet ganget med endringen i temperatur.

Jeg vet ikke nøyaktig hvor varmt arbeidsstykket mitt ble, men fargen på sponet kombinert med at jeg ikke klarte å ta på arbeidsstykket gjør at jeg for eksempelets skyld går ut i fra en temperatur på 250-300°C.

La oss ta for eksempel den midterste biten av delen, som skulle være 27mm tykk og regne ut hvor tykk den blir ved 300°C:

  • Koeffisienten for stål er 13. Det vil si 13 x 10^-6 eller 0,000013 meter per grad Celsius.
  • Lengden, eller tykkelsen i dette tilfellet, på materialet er 27mm eller 0,027 meter.
  • Temperaturendringen er 300 - 20 som blir 280°C.

0,000013 x 0,027 x 280 = 0,00009828 som vi kan runde av til 0,0001 meter, eller 0,1mm. Det vil si at delen ved 300C blir 27,1mm. Det vil igjen si at hvis vi dreier den til 27mm ved 300 grader vil den bli 26,9mm når den krymper igjen ned til 20 grader.

Dette er ikke verdens undergang, men det kan ha betydelig utslag og være helt uakseptabelt ettersom hva det er man jobber på. Siden jeg prøvde å gjøre det så nøyaktig som mulig var jeg ofte nødt til å stanse opptil en millimeter ut og la arbeidsstykket kjøle seg ned før jeg tok den siste paseringen ned til korrekt tykkelse. Det var spesielt viktig da jeg dreiet den delen som skulle bli M16x1 bolten. Det er en av de andre grunnene til at det tok litt tid. Hadde jeg jobbet med kjølevæske hadde ikke dette vært et problem. Men jeg lærte jo om lineær ekspansjon av det så jeg kan ikke klage.

 

Her er grovdreiingen ferdig og nå skal jeg gå over på å dreie de skrå seksjonene. Det involverer en 1,5mm 45° avfasing på enden av bolten, en 1mm 45° avfasing fra mellomstykket mot bolten og 2 50° avfasninger på hver side av mutterhodet.

For å gjøre dette løsnet jeg toppsleiden og vinklet den til de respektive gradene på gradskiven.

All done! Nå gjenstår det å kappe den av og avfase den andre siden. Dette gjorde jeg med et 3mm kutteblad, men jeg måtte bytte kuttehodet som vist under.

Her kan man se at jeg har byttet det, eller rettere sagt snudd det. Hvis man ser på den bakre delen av karbid-insettet er det brukket og ubrukelig. For å bytte disse må man gjøre følgende:

Sett det inn slik.

Finn et slikt verktøy.

Vri det rundt 180° og det vil løsne insettet nok til å ta det ut og bytte det.

 

Jeg var også nødt til å bytte insettet i dreieskjæret mitt, dette gjøres ganske enkelt ved å løsne set-skruen.

Her er den ferdig avkappede biten. Optimalt sett skal man stoppe dreiingen og øke omdreiningstallet ettersom man kapper seg inn i materialet for å opprettholde skjærehastigheten. Dette gjøres automatisk på CNC maskiner, men jeg droppet det her siden den allerede gikk nesten så fort som den kunne gå og det gikk fint.

Herfra og utover er bildene av den korrekte biten som ble sluttproduktet. Her ser man den ferdig dreide og avfasede delen som nå er klar for fresing, boring og gjenging.

For å lage mutterhodet brukte jeg delehodet på fresen som jeg har skrevet om tidligere. Mutterhodet skulle være 30mm så for å oppnå det målte jeg diameteren på det som skulle bli mutterhodet og delte på to, deretter satte jeg fresen så nøyaktig inntil toppen som overhode mulig og senket den med tallet jeg fant, 34,64/2 som er 17,32.

Etter å ha funnet midten nullstilte jeg måleren og hevet fresen med 15mm. Jeg senket vel teknisk sett bordet, men resultatet er det samme.

Deretter boret jeg opp hullet til de indre gjengene som skulle være M14 med 12,5mm gjengebor og gjenget begge sider.

Dette burde egentlig vært gjort på dreiebenken, men det verktøyet vi hadde til å lage gjenger på dreiebenken aksepterte ikke gjengebakken for M16x1, så jeg ble nødt til å gjøre det manuelt. Gjengene til M14 hullet på det ene adapteret ble også en smule skjeve, selv om jeg var aldri så forsiktig, så neste gang må jeg finne en mer pålitelig måte å drive gjengetappen ned enn øyemål selv om de i prinsippet skal være selvsentrerende.

TADA! Dette har vært et meget lærerikt prosjekt for meg og det var artig å produsere noe som faktisk skal bli brukt til noe. Det la litt press på meg til å fa det gjort og gjøre det riktig, det skal tross alt brukes i en bil, så om det ryker hadde det ikke vært så artig for meg, men jeg har ikke hørt noe enda så bank i bordet.

Prosjekt til fordypning

Som prosjekt til fordypning har jeg og noen klassekamerater bestemt oss for å lage en robot arm som kan styres med en fjernkontroll.

Mer spesifikt skal det bli en elektrisk drevet mekanisk artikulerende gripeklo, styrt av en Arduino Mega og kontrollert trådløst med en PlayStation 3 kontroll.

Under er en interaktiv 3D modell av en grov prototype idé.

Arduino Mega

Den blir styrt via en Arduino Mega, som er en programmerbar mikrokontroller med inn- og utganger som enkelt kan kobles til. Mye brukt for prototyping og hobbyprosjekter.

Kommer tilbake til dette i mer detalj på et senere tidspunkt.

Den drives av lavgirede elektriske motorer som denne:

Jeg har denne uken jobbet med å teste ut forskjellige utforminger på robotarmen og prototyping.

Det var i utgangspunktet meningen å lage selve armen i metall, for eksempel aluminium, men det er også en mulighet og 3D printe armen. Det er noe av det jeg har gjort denne uken og resultatet kan du se under.

Dette er en test av motorfestet til armen og er gjort for å finne ut hva som er den beste måten å montere motoren på og hvordan vi skal koble sammen leddene i armen. I bildet over ser man et kulelager, men det er et trykklager og ikke et aksialt lager. De er der slik at vi kan stramme sammen leddene godt men allikevel beholde lav friksjon mellom delene av armen.

For å lage den korrekte passformen i delen til motoren konsulterte jeg disse tegningene fra fabrikanten:

motor.jpg

Arm-delen er designet slik at den kan printes ut i 3 deler og skrus sammen ettersom 3D printeren vi har ikke er stor nok til å printe ut hele armen i en del.

Men det vekker jo spørsmålet om det ikke er bedre å lage den i aluminium som opprinnelig tenkt. Tiden vil vise.

Prosjektering av ny oppgave

Jeg har hatt som tilleggsoppgave en liten periode nå å produsere et gjengeadapter til et styrestag i en bil. Jeg ble denne uken ferdig med å tegne delen i SolidWorks og fikk printet ut tekniske tegninger for den.

Det er en type bolt som skrues på en M14 gjenget stang som går over til M16X1mm gjenger på utsiden.

Her er de tekniske tegningene printet ut i A1 og hengt opp på veggen for enkel konsultering. Når gjenstår det bare å skrive en arbeidsplan for produksjonen og så kan jeg sette i gang.

Det kommer til å inngå hovedsaklig dreiing og fresing, samt boring og gjenging, så dette er en oppgave som inkorporerer mye av det vi har lært til nå.

Jeg gleder meg til å sette i gang med denne oppgaven og se om jeg klarer å løse den.

Motor, motor og atter motor.

Denne uken har vært preget av det som får firbente metall- og gummidyr til å brøle og bevege seg fremover. Jeg har begynt på atter et nytt prosjekt, som har hovedsaklig med 3D printing å gjøre. Jeg har snakket litt om dette tidligere, men selve prosjektet er nytt.

Jeg har for øyeblikket flere prosjekter på gang, blant annet å bygge en robot arm som kan styres trådløst med en kontroll fra scratch, tegne og dreie en hammer, produsere et forlenget gjengeadapter til et styrestag, og nå dette.

Briller for skala.

Vi har printet en V6 motorblokk som vi fant på nettet i gipsprinteren vår og nå har vi funnet ut at vi vil lage en "fungerende" modell av hvordan en V6 motor fungerer. Med det så mener jeg at vi skal få en elektrisk motor til å drive veivakselen slik at man ser hvordan stemplene beveger seg og så videre.

Fjerning av gipspulver som modellen er laget i. Pulveret som blir til overs føres tilbake i pulverlageret.

Gipsprinteren printer ved å legge et lag gips for deretter å injisere lim der objektet skal være solid. Deretter beveger hele brettet seg nedover og det trekkes et nytt lag gips over modellen og prosessen gjentar seg. Slik kan den lagvis bygge svært komplekse former.

Planen er å kombinere flere produskjonsmetoder for å lage motoren. Selve blokken er av gips, og vi tegner veivaksel og stempler i SolidWorks (et avansert 3D-modell konstruksjons program) og printer det ut i plast. Veivakselen skal vi forsøke å dreie i metall. Hvis vi rekker det skal vi også prøve å vakumforme noen gjennomsiktige topplokk med lysdioder som viser når hvert stempel fyrer. Alt dette skal styres med en Arduino (mikrokontroller). Men dette er et stykke inn i fremtiden.

Vi tegnet og 3D printet også et stempel for å teste sylinder bredden og høyden.

Deretter begynte vi å tegne veivakselen og stempel råder i SolidWorks.

Simulering i SolidWorks

Vi har kommet godt i gang med dette prosjektet, men det er også et relativt stort prosjekt for de to som for øyeblikket jobber på det. Men utfodringer er alltid gøy og de utfordringene man setter seg selv er de man lærer mest av spør du meg.

 

Tirsdagen og onsdagen gikk denne uken også med på å pirre interessen for TIP hos ungdomskole elever som var på besøk. Det er jo godt og blandet bøling som kommer, men det virket som de fleste var interessert i det vi drev med. Og det er jo bra.

Men på fredag var vi på Oslo Motor Show på norges varemesse i Lillestrøm! Mye fine og rare biler å se der, blandt annet verdens raskeste gate-lovlige bil, McLaren P1 GTR.

Mange fine biler, men hele messen er sterkt preget av harry. Men harry er gøy.