כמה הנדסה אפשר להחביא מתחת למיטה

איך כשל קטן, שלא היינו שמים אליו לב, יכול ללמד אותנו כל כך הרבה על חקירת כשלים (Trouble Shooting), על תכנון הנדסי לקוי, על איך ניתן לשפר את התכן ואפילו להפגיש אותנו עם טכנולוגיות מעניינות ושימושיות.

אז הבה נתחיל בתאור האירוע:

במרכז המשטח שתומך את המזרון של מיטה, קיימת רגל שתפקידה הוא למנוע את השקיעה של המשטח בנקודה זו:

יום אחד, החליט משהו שכדאי להזיז את המיטה כדי לכבד את הרצפה. העלילה הייתה מסתיימת בטוב, אם המרצפות היו כולן מורכבות כראוי. אלא, שהייתה מרצפת אחת גבוהה במקצת מחברתה, ורצה הגורל (מרפי) ומרצפת זו הייתה בדיוק במסלול ההתקדמות של גיבורת הסיפור שלנו: “הרגל התומכת”.

נתקלה הרגל במדרגה הקטנטנה, ונתלשה ממקומה, אפילו מבלי לייצר התנגדות מספקת לתנועת המיטה כולה, וכך, מחוללי מבצע הניקיון אפילו לא הבחינו בשינוי שהתרחש, עד שלא דרך משהו על הרגלית שהתגלגלה על הרצפה בחופשיות.

חקירה ראשונית של הכשל, גילתה תבריג שכריכותיו נתלשו, וכל המשטח שבו התבריג עשוי, התעקם:

הרגלית עצמה בנויה משני חלקים (עקרים): הגוף העשוי מצינור פח בקוטר 50מ”מ ובאורך כ 140 מ”מ (עובי 0.7מ”מ) ופלטת ביניים. הפלטה מחוברת לצינור ע”י בורג (ראש משושה, M10X1.5, חוזק 4.8). בפלטה 4 קדחים לחיבור ברגים לרהיט.

על הבורג, לא נמצאו סימני פגיעה.

מאחר וכולנו מוסמכים לענייני ברגים, אז:

מהו מנגנון הכשל?
כיצד היה צריך לתכנן את החיבור? (זוכרים? רגל של מיטה או ארון, שמתחבר בעזרת 4 ברגיי עץ לתחתית הרהיט)
כיצד ניתן לתקן (אם אפשר ואם כלכלי)?

ואם כבר מדברים, אז באיזו טכנולוגיה מייצרים תבריג בפח?

אז הבה נתחיל. ראשון ראשון, אחרון אחרון.

תחילה כמובן הדג”ח (דיאגרמת גוף חופשי או FBD = Free Body Diagram):

למה דג”ח?

כי הדג”ח יאפשר לנו לדעת אילו כוחות אנחנו צריכים כדי לאחוז את הרגל במקומה ולהערכת הכוחות שגרמו לכשל:

על הרגל פועל כוח המכשול: F , שמנסה לכופף אותה.

מצד שני, צמוד לתחתית המיטה, פועל Fr כדי לאזן את המומנט שיוצר F (סכום המומנטים סביב Fb שווה לאפס).

מה אתם אומרים, אם נסובב את התמונה ב 90⁰ יהיה יותר קל לראות?

והחישוב:

הערה: מאמץ הכניעה של חומר הבורג נגזר מספרות החוזק המסומן עליו: 4.8

העוזרת הייתה צריכה להפעיל 430 ק”ג בדחיפת המיטה, כדי לקרוע את הבורג.

כח גדול ולא סביר שאדם יפעיל בדחיפת מיטה.

ואכן, הבורג עצמו הרי לא כשל. אפילו אין סימן על כריכותיו.

אגב כאן המקום לחזור על החומר, כיצד פועל הבורג, ומדוע צריך לדרוך אותו דריכה מוקדמת (לחץ כאן לקריאת המאמרון)

מי שנכשל, זו הפחית (דסקה) המרותכת לרגל, שבתוכה יצרו את התבריג.

נבדוק את חוזק הכריכות לתלישה (גזירה):

נראה שכריכה אחת בלבד מספיקה. אך לא סביר שמשהו דחף את המטה בכח של 90 ק”ג.

אם כך, מה קורה פה? מדוע הכשל?

נתבונן שוב בתמונה של הפח עם התבריג שנכשל:

כל מרכז הדסקה, התרומם כלפי מעלה (הבורג יכול למשוך ב2.4 טון!). בנוסף, הייתה כפיפה של הדסקה:

עכשיו, מובן שפעל פה מנגנון כפיפה + גזירה. וכפי הנראה הדסקה שמכילה את התבריג במרכזה, לא חושבה כנגד הכפיפה, שעיוותה אותה, ובהמשך, הגזירה כבר הייתה קלה. הגזירה התפתחה בנקודה אחת, והמשיכה. לא כל הכריכה בבת אחת. כמו ערימת ניירות או קרטון, שקורעים ביד, מתחילים בפינה ומתקדמים. לא קורעים (גוזרים) כמו בגיליוטינה- בבת אחת. נ.ב. זה הרעיון הגדול של המספריים.

ותמונה נוספת של הדסקה המעוותת והתבריג הקרוע:

אז נראה שפענחנו את מנגנון הכשל.

הסקרנות ההנדסית, אינה מניחה לנו לעצור כאן, ולכן, נמשיך לבחון את התכנון ההנדסי:

מבחינים בכמה בעיות?

בוודאי:

אין גישה להדק את הבורג בעזרת כלי (בוקסה או אפילו מפתח פתוח)
הדסקה המרותכת, בעלת התבריג, היא בעצם דיאפרגמה. גם אם עשו בה כיפופי חיזוק (ראה התמונות לעיל), היא תתכופף כשיופעל במרכזה כוח. והבורג יכול בקלות להפעיל מאות ק”ג ועד 2.4 טון!
גם אם נצליח להדק את הבורג עד כדי שימשוך את הדסקה עם התבריג עד שתיצמד לפלטה המתאמת, כוח הריאקציה של הפלטה המתאמת (Fr) יהיה תלוי בגמישות הדסקה (דיאפרגמה) ולא בכח הידוק הבורג. (ראה שוב המאמר על הידוק הבורג ודריכתו).

וכוח זה לא יהיה גדול במיוחד (מזמנים לחשב)

איך בכל זאת נתן לתכנן חיבור כזה?

הנה כמה אפשרויות שהעליתי בדמיוני (שני פתרונות ראשונים, ללא בורג ואין אפשרות פרוק):

ואם רוצים פתרון פריק אז הנה שנים:

אתם מוזמנים לייצר עוד רעיונות, ולהעלות בקבוצה בפייסבוק (מחשבה והנדסה- פתרונות בהנדסה מכנית) או לשלוח אלי.

אתם בוודאי שואלים: נו משה, אז מה אתה עשית? איך פתרת את הבעיה?

אז ככה, ראשית הלכתי וקניתי רגל דומה (כדי לשמור על זו שנכשלה, לטובת המאמרון הזה).

אחרי שצילמתי את הרגל החדשה, הלכתי לקולגה, שירתך לי את השרוול לפלטה המתאמת (כמו בפתרון הראשון לעיל):

שימו לב לצביעת המגן (כסף/אבץ) לאחר הריתוך, כדי למנוע קורוזיה.

כמה טוב שיש חברים…. (את הצבע המגן עשה מבלי שבקשתי ועוד שם מיסוך כדי לקבל קו ישר)

וכך הרגל עומדת עד עצם היום הזה…

ואשר לסוגיה האחרונה, באיזו טכנולוגיה מייצרים תבריג כזה בפח?

ותחילה, כיצד בצעו את התבריג ברגל שנכשלה:

נראה שתחילה בצעו ניקוב ושיקוע במכבש, ובשלב שני ייצרו את התבריג בעזרת מברז (עיבוד שבבי)

להלן תמונה של כלי אחד (למכבש) שמבצע את שתי הפעולות (לא בדיוק אותו פרופיל כיפוף, אך הרעיון מובן):

היצרן של הרגל שנכשלה, הצליח בקושי לייצר שתי כריכות, וגם הן לא היו מלאות ותקינות. סיבה לכשעצמה, טובה מספיק בכדי לגרום לכשל כמו שלנו.

וכאן יש הזדמנות להכיר טכנולוגיה מעניינת נוספת לייצור תבריגים בפח דק.

הנה בא הפנץ’:

נא להכיר את FlowDrill :

קונוס מסתובב, נלחץ ומתחכך בפח. מתפתח חום רב עד שהפח מתחמם ונכנע. נפרץ ומייצר פתח בדמות הקונוס. נוצר מעין משפך.

בפעולה השנייה מייצרים את התבריג ע”י “מברז לוחץ”. התבריג נוצר בלחצנות ולא ע”י הסרת חומר בעיבוד שבבי.

שני יתרונות לפחות לטכנולוגיה:

יש די חומר ל4-6 כריכות
טיב הכריכות בלחצנות וחוזק החומר, עולים בהרבה על התבריג שנוצר בעיבוד שבבי.

לסכומו של דבר מה למדנו במאמר,

כיצד לבחון כשל:
א. להתבונן במוצגים

ב. לאסוף עובדות

ג. דג”ח

ד. חישובי חוזק חלקים

ה. הסקת מסקנות

ו. חיפוש דרכים לפתרון ושיפור (או כתיבת דוח)

2. עברנו על שתי טכנולוגיות לייצור תבריג בפח דק.

3. ההנדסה המכנית, נמצאת בכל מקום. ממלאת את חיינו. אפילו מתחת למיטה.

4. בעזרת הכלים הפשוטים שרכשנו מזמן (ושכחנו מהם) אפשר להגיע למסקנות ותוצאות נהדרות!

5. הנדסה מכנית, איזה מקצוע נהדר!

עכשיו תורכם

עד עכשיו הצגתי בפניכם כיצד כל אירוע קטן (ולפעמים מעצבן), יכול לאתגר מהנדס מכני. עתה הבמה כולה שלכם. מה תוכלו להוסיף מניסיונכם? איזה כשל מעניין נקרה בדרככם והייתם רוצים לשתף את הקוראים. אנא שתפו אותנו פה למטה, בתגובות (כדי שכולנו נלמד ונצמח ביחד).

הצעד הבא שלכם להצלחה

אהבתם? שתפו את המאמר עם חברים וקולגות. רוצים לקבל ממני עוד הרבה טיפים מועילים, עקרונות מנחים והדרכה מעשית בנושאים שונים ומגוונים בהנדסת מכונות? במיוחד בשבילכם כתבתי את מדריך הבזק “הנדסה בחקירה” ובו ניתוח עומק של 7 כשלי תכנון בסיסיים שהובילו לאסונות ענק. להורדת המדריך במתנה ממני ולגמרי בחינם – לוחצים כאן.