איך לתכנן אנקודר ליניארי כך שלא יעצור קו ייצור שלם

גם תת מערכת פשוטה (לכאורה) בתוך מערכת ייצור שלימה יכולה לעצור את שטף הייצור ולעשות נזק כבד

ולסיפור שמאחורי הכותרת:

בקו רציף, שמצפה לוחות קלקר בשני פחי אלומיניום בקצב של כשני מטר לדקה, יש גלגלון פלסטיק שמוצמד למוצר ע”י קפיצים. לגלגל צמוד אנקודר סיבובי שסופר את הסיבובים. מידיעת הקוטר, מידיעת המיקום המדויק של הגלגלון יחסית למסור ובהעדר החלקה בין הגלגלון לפח האלומיניום, נוכל לחשב את מידת האורך המדויקת של המוצר ונדע היכן בדיוק יש להפעיל את יחידת הניסור.

בפועל, הדברים עובדים בסדר הפוך. מזינים לבקר את מספר הפרוסות הרצוי ואורכן, והמחשב מפעיל את המסור בזמן הנכון כדי שנקבל את הכמויות והאורכים בהתאם לתכנית.

האנקודר נראה היה כך:אנקודר ליניארי

הניסיון לסובב, ביד, את הגלגל הפלסטי, נתקל בהתנגדות (אמור היה להסתובב חופשי לחלוטין, ללא תחושת התנגדות בכלל).

החלודה מבחוץ וחוסר ההגנה מפניה (לפחות צבע, שלא לדבר על גלוון או ציפוי אחר) בתוספת הדסקה הקפיצית במבנה שבתמונה, לא בישרו טובות (לכל מי שמכיר את דעתי על הדסקה הקפיצית):

דסקה קפיצית סימן רע

בפרוק מצאנו, מקשר (Coupling) שבור, מסבים תפוסים בגלל עיוות במגנים, ציר הגלגלון במידה קטנה וחרוץ באכזריות.

ממצאים

הציר מעובד גס, הקצה שמתחבר לאנקודר הסיבובי- עקום ובמידה קטנה, החריץ לסירקליפ עמוק מידי ועם גרדים:

ייצור ציר גרוע

בתהליך אחזקה שגרתי (תקנו אותי אם אני טועה), היו מחליפים את המסבים ואת המקשר, ומרכיבים בחזרה, כבראשונה.

אך, אבל ואח אח אח:

התבוננות קצת יותר מעמיקה במבנה, ואולי קצת ניסיון להבין מה גרם לכשל שלפננו, יגלה לנו:

שתכנון הקיבוע של ציר הגלגל וקיבוע המסבים לקוי. בעצם אין קיבוע לא של הציר בתוך המסבים ולא של המסבים בתוך המבנה.

בצוע ההרכבה הראשוני, נעשה ע”י עובד שאינו מקצועי. אציין שהקו כולו אמור היה להיות חדש מהניילון:

קיבוע חסר

אם יפעל כוח על הציר לכיוון שמאל, הציר יכול להחליק בתוך המסבים שמאלה, ומה שיעצור אותו יהיה המקשר האדום שישען בעצמו על מסבי האנקודר הסיבובי הקשור בשני ברגים היקפיים לגוף.

אם יפעל כוח לכיוון ימין, הציר יעביר כוח למסב השמאלי, דרך טבעת הסגר (סירקליפ) שעל הציר ליד המקשר. המסב ינוע בתוך הבית ימינה עד שייצמד לטבעת המרווח שבעצמה תנועה ימינה עד שתעצר במסב הימני (שנשען על הסירקליפ שיושב בתוך קדח הבית) נמצא כאן חופש של כ2-3 מ”מ שלמים. גם כאן, ימתח המקשר ויעביר כוחות למסבי האנקודר.

האנקודר הסיבובי הוא אלמנט קטן, חלש ורגיש. אינו מתוכנן לשאת כוחות כלל. הציר שלו דקיק, ומסביו קטנים וחלשים אף הם. המקשר שלו, מותאם אילו, וגם הוא אינו אמור לטפל במומנט גדול ובוודאי לא בכוחות אקסיאליים (לאורך הציר). למזלנו, האנקודר שרד, ורק המקשר נשבר.

אם נסתכל על הרכבת גלגלון הפלסטיק בצד ימין של הציר, נראה שהוא מצומד לציר ע”י הבורג הרדיאלי (אלן ללא ראש) שנצמד לציר, חורץ בו סימן, ואוחז בו. אם ישתחרר קצת בורג זה, לא תועבר תנועה (מומנט) לציר, כי הבורג שבראש הציר (צד ימין) אינו אוחז בגלגל. הבורג רק משמש גובל ימני לגלגל. אין לו שום תרומה להעברת המומנט.

פרט נוסף, הגלגל נמצא רחוק מבית המכלול (ימינה), מגדיל את זרוע המומנט ואת העומס על המסבים ללא כל צורך. אם, הגלגל הפלסטי, יוצמד שמאלה עד הבית (מבלי לגעת בבית) לא יפגע שום דבר בתפקוד, והכוח הרדיאלי שפועל על מסבי הציר יקטן בכשליש. רווח נקי.

בסופו של דבר, הוצע שיפור למכלול.

ציר חדש, במידות וטיב שטח משופרים, כתף תומכת לגלגלון כך שהבורג ילחץ את הפלסטיק כנגד הכתף, והחיכוך יעביר את המומנט לציר (אפשר להדק את בורג האלן הרדיאלי גם כן כי הוכן משטח מכורסם על הציר).

נבנה מתאם, שמצד אחד יתפוס את האנקודר הסיבובי, בעזרת שני התברגים המיועדים לכך במצח האנקודר, ומצד ימין יתמך במסב השמאלי (בית חיצוני) ובכך נקבע המרחק בין הציר לאנקודר, ותוסר “האחריות” לקביעת מרחק זה מהמקשר.

קוצר הציר עד כמה שאפשר

טבעת המרווח שבין המסבים הותאמה למקומה:התכנון החדש

והאנקודר הליניארי כתת מערכת נראה כך:

האנקודר היום

ראו תמונת חתכים להשוואה:

חתכים לפני ואחרי

לסיכום:

לפני שמחליפים חלקים במכלול פגוע, כדאי לעצור רגע, לנסות להבין את צורת העבודה של המכלול, ולנתח את הסיבה ו/או סיבות לכשל.

אלתורים וקיצורי דרך עלולים להזיק: לאנקודר יש צווארון אחיזה, ותבריגים במצח- יש להשתמש בהם ולא בהידוק מאולתר מהצד (שעלול אף לתפוס את מסבי האנקודר)

מסבים צריכים להיות קבועים בבית, ועל הציר. הנכון לקבוע מי מהם יישא בכוחות האקסיאליים, ולשחרר את השני. שני המסבים נושאים בכוחות הרדיאליים. צריך לדאוג שכוחות אלו יהיו קטנים ככל האפשר. במקרה שלנו, לא אמורים להיות כוחות אקסיאליים על הציר בעת העבודה, ולכן יש חופש של עשירית או שתיים בין הסירקליפים. המקשר אמור לספוג תנועה זו בקלות, מבלי להפעיל כוח על המסבים של האנקודר הסיבובי.

ברגי צד להידוק על ציר ולהעברת מומנטים, הם חיבורים בעייתיים. ראה המאמר: קיבוע חלקים בעזרת בורג צידי (Set Screw)

המבנה הגיאומטרי קובע את הכוחות על האלמנטים. כל עוד המתכנן חופשי לקבוע את הגיאומטריה, כדאי לנצל זאת להקטנת הכוחות על האלמנטים, ובמיוחד אם יש בכך הקטנה של חלקים (הוזלה בייצור)

עכשיו תורכם  

עד כאן הצגתי בפניכם את חשיבות ההקפדה בתכנון, פשוט וחסר חשיבות ככל שיראה, זלזול בירידה לפרטים  והכללים עלול לגרום לנזק רב. הבנו, כיצד יש לטפל בבעיה ושחשוב להתייחס אליה בעת התכנון ובשרטוט. עתה הבמה כולה שלכם. מה תוכלו להוסיף מניסיונכם? על איזה מקרה כשל עקב “קיצורי דרך” הייתם רוצים לספר לנו? 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.

אודות משה קלמן

אינג' משה קלמן, בוגר לימודי הנדסת מכונות בטכניון במגמת אנרגיה, ובעל תואר שני במנהל עסקים, מהאוניברסיטה העברית בירושלים, מביא אתו ניסיון עשיר של כ-40 שנה בתחומי הנדסה שונים ומגוונים. את הניסיון העצום שצבר, יצק לתוך מגוון תכניות הדרכה למהנדסים בהתאמה לצורכי הארגון.

להורדה בחינם של מדריך הבזק "הנדסה בחקירה" שבו אסף דוגמאות של כשלים קטסטרופליים שנבעו מהזנחה של עקרונות הנדסיים בסיסים – לחצו על הקישור "כן, אני רוצה ללמוד מניסיונם של אחרים"

השארת תגובה