2010年6月24日星期四

98學年度木橋載重創新設計競賽-自製壓力試驗機

原由:實習工廠於98年7月開發工廠補強,必須要有機具設備才能上實習課的機械科幾乎整個實習課都中斷,有老師提議舉辦木橋載重競賽,讓全機械科學生利用展藝樓一樓空間製作木橋,也讓三年級學生印證機械力學。問題來了,即然要辦比賽就要分高下,木橋載重競賽要如何分高下呢?只好自製壓力試驗機,來測驗木橋的最大載重。
設計經歷:

1. 參考正修科大98學年度木橋載重創新設計競賽規則,木橋長60cm(跨距50cm)寛10cm高15cm,設計一個以氣壓缸施壓的壓力試驗機,最大施力1000kg(空壓5kg/cm2),荷重元(load cell)最大量測範圍1000kg。
2. 使用科內材料室現有材料,SUS304-25mm方管,管厚1mm,6m長2支
3. 以SolidWorks2006建立壓力試驗機模型
4. 以SolidWorks2006-COSMOS分析,是否會破壞


採購項目:
1. 空壓元件,包括
(1) 空壓缸:缸徑160mm,行程100mm,最大工作壓力9 kg/cm2,台製
(2) 三位4孔手動方向閥
(3) 流量調整閥
(4) 洩氣消音頭
(5) 空壓三點組合
(6) 空壓管
(7) 快速接頭
(8) 約9000元


2. 荷重元(load cell)JIHSENSE-L-1T最大荷重1000kg(fig-1)、荷重顯示器JIHSENSE-JS-2000,共23000元(台製)(fig-2)














3. 依設計圖自行鋸切SUS304方管,請廠商焊接

4. 請廠商加工二個零件,空壓缸和荷重計連接件、及施壓斧

現詳述如下:


1. 以SolidWorks2006建立壓力試驗機模型,並將所有的零件組合完成(fig-3,4)


 
2. 主架構是以管厚1mmSUS304-25mm方管來架設(fig-5),為了可以在有限資源的SolidWorks2006-COSMOS分析(fig-6)將空心方管改成實心方管,而且各方管之間不可接觸(間隔0.1mm),再填角料以便可以計算較正確的結果,圖6中間有一個圓柱為氣壓缸向下施力的位置,為了分析方便將綠色圓形面積設定為『約束』,四周有四塊綠色矩形為木橋向下施壓的位置,每塊面積向下施力2500N(牛頓),分析結果如圖7 (fig-7),可見幾個紅色圓圈為焊接填角焊的位置,以及一些方管容易變形的地方要在加強,加強的結果如fig-5
 


 


3. 全部組合結果如圖8(fig-8)
 fig-8
4. 以實心木塊測試,將氣壓三點組合的調壓閥調整到3 kg/cm2(fig-9),由於空壓缸的直徑是160mm,代入計算應可得到603kg,以施壓斧壓向實心木塊(fig-10),荷重顯示器顯示618.5kg(fig-11),和計算所得值差異不大。
 fig-9


 fig-10

  fig-11

5. 本壓力試驗機和正修科大最大的不同為,(1)以氣壓為動力源(2)最大負荷由顯示器自動記錄
     正修科大,(1)以人力透過齒輪和螺紋,螺帽放大力量來施壓(2)最大負荷由人工判讀

6. 接著為本校學生一些實際作品測試的結果影片

 

 

 

 

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