Strojní součásti
Všichni akademičtí a výzkumní pracovníci Ústavu konstruování jsou zapojeni do nějaké formy projektové činnosti, která vede k inovacím. Někteří aktivně navrhují výrobky nebo strojní součásti a zařízení, jiní navrhují inovativní design výrobků. Kromě toho vyvíjíme také software, který usnadňuje návrh strojních součástí nebo dokáže automatizovat řídicí procesy. Našim cílem v oblasti strojních součástí je digitalizace, inovace a automatizace s ohledem na iniciativu Průmysl 4.0.
Případové studie
-
NÁVRH OBĚŽNÉHO KOLA PRO ODVODŇOVACÍ ČERPADLO
Návrh oběžného kola pro odvodňovací čerpadlo na základě 3D skenování a následného reverzního inženýrství
Požadavkem firmy bylo vytvoření modelů celkem osmi oběžných kol odvodňovacích čerpadel starších typů, ke kterým chyběla výkresová dokumentace. K vytvoření modelů oběžných kol byl využit přístup zahrnující 3D skenování a reverzní inženýrství, tedy vytvoření CAD modelu na základě skenovaných dat v podobě polygonální sítě. CAD data následně posloužila pro výrobu modelového zařízení a forem pro odlití nových oběžných kol.
Cíl projektu
Cílem projektu bylo vytvořit počítačové modely a z nich následně výkresovou dokumentaci pro výrobu oběžných kol odvodňovacích čerpadel. K tomuto kroku bylo nutné přistoupit z důvodu chybějící výkresové dokumentace stávajících oběžných kol a potřeby tato oběžná kola a celá čerpadla znovu vyrábět.
Výzkum, vývoj a řešení
Pro vytvoření modelů a výkresové dokumentace byl použit přístup zahrnující 3D skenování a reverzní inženýrství oběžných kol. 3D skenování bylo prováděno pomocí 3D skeneru ATOS III Triple Scan a některá nepřístupná místa na dílech byla získána pomocí dotykové sondy Touch Probe. Obrobené lesklé části dílů byly opatřeny nástřikem křídového prášku pro snadnější skenování. Při tvorbě CAD modelu na základě polygonální sítě byl klasickými objemovými postupy rekonstruován základní tvar kola a pomocí plošného modelování tvar lopatek kol. Při modelování byly zároveň korigovány místní nepřesnosti dílů způsobené především odbroušením kvůli vyvážení kol.
Dopad a výsledky projektu
Jiným možným přístupem k řešení by byla výroba modelového zařízení pro odlévání přímo z prototypu (staršího oběžného kola), což by bylo značně nepřesné a pracné. Zvoleným řešením bylo tedy dosaženo vyšší přesnosti vyrobených dílů a časové úspory proti pracnému ručnímu řešení. Z vyhotovených modelů bylo také možno odvodit řezy zobrazující průběhy lopatek a tvar lopatek dále optimalizovat.
Řešitel projektu za VUT v Brně
Finanční podpora
Prostředky průmyslového partnera, zadavatele projektu.
Řešeno pro
Zjistit více
-
ZAŘÍZENÍ PRO OZÓNOVOU DEGRADACI PNEUMATIK
Výzkum a vývoj strojního zařízení pro ozónovou degradaci pryže z pneumatik
Projekt byl zaměřen na výzkum a vývoj podmínek procesu fyzikálně-chemické degradace různých druhů pryže obsažené v pneumatikách pomocí ozónu s cílem získání využitelných surovin. Byla zhotovena zkušební stanice pro zkoušení segmentu pneumatiky v ozónové atmosféře, v níž se stanovily základní parametry degradačního procesu, a zkušební stanice pro zkoušení celé pneumatiky, ve které se ověřoval vhodný způsob mechanického namáhání pneumatiky při rozpadu.
Cíl projektu
Ozónová degradace je nový způsob fyzikálně-chemického rozpadu vulkanizované pryže, který je investičně i energeticky méně náročný a získaná surovina je vhodná jak k prvovýrobě pryže, tak pro aplikace, v nichž je zapotřebí vysoce kvalitní pryžový granulát. Cílem projektu byl výzkum, vývoj, konstrukce a zhotovení zařízení pro zpracování různých druhů pneumatik na dále využitelné komponenty - na pryžovou drť o velikosti zrna do 40 mm, ocelovou výztuž pneumatiky, kterou je možno recyklovat obvyklým způsobem, a textilní vlákna.
Výzkum, vývoj a řešení
První pokusy s ozónovým rozpadem pneumatik byly učiněny plzeňskou firmou PNEU DEMONT v letech 1999 až 2002. Byla postavena linka na zpracování pneumatik, která však nikdy nebyla využita v komerčním provozu. Výsledky ani zkušenosti nebyly nikde publikovány. Proto bylo zahájeno vlastní šetření pro vyřešení hmotnostní bilance v procesu rozpadu pryže, zjištění optimálního množství přiváděného ozónu, jeho koncentrace, způsob přivedení k pneumatice a vhodné mechanické namáhání pneumatiky po celou dobu rozpadu. Byly provedeny testy chování pneumatiky nákladního automobilu při zatížení odlišném od provozního stavu. Dále byla vyrobena malá zkušební komora pro zkoušení jednoho segmentu nákladní pneumatiky a následně navržena a vyrobena zkušební komora pro zkoušení celé pneumatiky.
Dopad a výsledky projektu
Ve zkušební komoře byly prováděny experimenty s celými 14“ pneumatikami při různých koncentracích ozonu. V průběhu zkoušek bylo zjištěno, že změna koncentrace nad limitní stav nemá tak zásadní vliv na rychlost rozpadu pneumatiky, jako vhodné mechanické namáhání. K rozpadu běhounu a bočnic pneumatiky došlo během cca 1 hodiny. Za tuto dobu se z pneumatik odstranilo 85 až 90 % pryže. Jedná se o téměř čistou pryž. Jako odpad dále zůstává ocel, kostrový materiál – tkanina a asi 15 % vnitřní pryže. Byla provedena řada měření a experimentů s drtí z rozpadlých pneumatik za účelem stanovení potřebných parametrů pro konstrukci nové linky a byly vypracovány podklady pro vymezení bezpečnosti provozu celého zařízení pro ozónovou degradaci pryže. Proces vulkanizace je nevratný. Navzdory tomu byly učiněny úspěšné pokusy o částečnou devulkanizaci pryže. Byly odzkoušeny postupy s omezeným narušením mezimolekulárních můstků pryže současným mechanickým, chemickým a teplotním působením.
Výsledky projektu byly publikovány v několika odborných pracích:
- BRANDEJS, J.: Výzkum a vývoj strojního zařízení pro ozónovou degradaci pneumatik, VUTIUM Brno, 2011, teze habilitační práce.
- PÍZA, T. Zkušební komora pro ozónovou degradaci pneumatik. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2008. 72 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Jan Brandejs, CSc.
Řešitel projektu za VUT v Brně
Finanční podpora
Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR (MPO), Výzkum a vývoj strojního zařízení pro ozónovou degradaci pryže z pneumatik, FT-TA3/130, 2006-2008
Řešeno pro
Zjistit více
webové stránky 3D Laboratory -
VÝVOJ SOFTWARE BIGBERTHA
Vývoj nové generace vysoce efektivního programového systému
Od roku 2010 je pro JTekt Corporation dodavatelsky vyvíjen výpočetní software BigBerthA (Bearing Thermal Analysis) integrující dlouholeté znalosti a nejnovější postupy při výběru valivých ložisek do nové generace vysoce efektivního interního programového systému.
Cíl projektu
Projekt byl řešen ve spolupráci s týmem výpočtářů brněnské pobočky firmy Koyo. Cílem projektu bylo přepracovat a rozšířit původní algoritmy a uživatelské rozhraní pro výpočet životnosti jednotlivých ložisek v různých konfiguracích strojních soustav. Motivací pro řešení byla potřeba zjednodušit a zrychlit práci aplikačním inženýrům, kteří denně řeší výběr vhodných ložisek pro různé zákazníky po celém světě.
Výzkum, vývoj a řešení
Algoritmy byly postupně přepracovány a rozšířeny se zaměřením na specifika a snadnou použitelnost jednotlivých aplikačních scénářů (hřídele osazené různými typy ložisek, ložiska zatěžovaná prostřednictvím převodů, komplexní planetové převodovky, specifika axiálních ložisek a další). Nadále pokračují kritické analýzy a zdokonalování jednotlivých výpočetních modulů zaměřené jak na výkonnostní optimalizaci studií celých spekter možných zátěžových cyklů, tak na postupné zkvalitňování statistických postupů a odhalování nestandardních výpočtových stavů ovlivňujících predikci životnosti navrhovaných strojních soustav.
Dopad a výsledky projektu
Vědcům z Ústavu konstruování se podařilo vyvinout software, který usnadňuje práci aplikačním inženýrům při řešení výběru vhodných ložisek pro zákazníky po celém světě. Program se zaměřuje na velké spektrum použití ložisek, které jsou například uloženy na hřídelích, zatěžována prostřednictvím převodů, které jsou použity v planetových převodovkách, a také na další specifika axiálních ložisek.
Řešitel projektu za VUT v Brně
Finanční podpora
Prostředky průmyslového partnera, zadavatele projektu.
Řešeno pro
-
DIAGNOSTIKA PNEUMATICKÝCH VÁLCŮ
Nový systém bezdemontážní diagnostiky pneumatických a hydraulických komponent
Projekt byl zaměřen na vývoj systémově zcela nové diagnostické aparatury založené na vyhodnocování signálu akustické emise snímaného z povrchu zkoušených pneumatických prvků. Aparatura byla využita pro diagnostiku pneumatických válců v rámci výstupní kontroly ve výrobní firmě. Její mobilní forma bude sloužit pro průběžnou kontrolu pneumatických prvků u zákazníků.
Cíl projektu
Diagnostika funkce pneumatických a obecně tekutinových systémů je založena především na sledování vibrací, hlukové analýze a metodách na principu ultrazvuku. Možnosti těchto metod jsou však nedostatečné, málo citlivé a značně nespolehlivé. Jako velmi vhodná alternativa se ukazuje aplikace metody akustické emise, případně její kombinace s dalšími metodami, což by zaručilo vysokou citlivost a současně i spolehlivost měření.
S rostoucím podílem bezobslužných nepřetržitých provozů v průmyslu rostou požadavky na jejich bezporuchový chod. Obvyklou součástí takových provozů jsou i pneumatické prvky. Dosavadní praxe preventivních výměn je zpravidla založena na předchozích zkušenostech a k tomu se přidává obvykle vysoká míra bezpečnosti. Zařízení se tak nevyužívá po celou svoji fyzickou životnost. Na druhé straně často dojde k poruše před obvyklým intervalem výměny. Oba tyto extrémy přináší zvýšené náklady pro provozovatele. Diagnostická aparatura umožní posuzovat stav pneumatických prvků v libovolných intervalech. Možný je i trvalý monitoring na místech s nejvyšším rizikem.
Výzkum, vývoj a řešení
Záměrem projektu je výzkum uplatnění metody akustické emise pro ověřování provozního stavu tekutinových mechanismů s cílem identifikace a predikce vzniku jejich poruch, vývoj mobilní zkušební aparatury založené na uvedeném principu včetně pořízení databanky vstupních údajů a ověření funkce na vzorku vybraných představitelů zejména pneumatických prvků. Výhodou aplikace vyvinuté aparatury je její použitelnost pro diagnostiku daných prvků na externích pracovištích bez nutnosti demontáže. Cílem projektu je prototyp diagnostického zařízení a metodika diagnostiky.
Dopad a výsledky projektu
Diagnostická aparatura, která byla předmětem řešení projektu, patří mezi diagnostické systémy využívající nedestruktivní technologii určování vad, jejichž uplatnění vzrůstá s rozvojem technologií a jejich složitosti v mnoha oblastech průmyslu. Jsou požadovány nové metody zvyšující citlivost, rychlost a efektivnost NDT, jejich automatizace, minimalizace vlivu lidského činitele a snižování provozních nákladů. To vytváří široké pole pro možné uplatnění navrhovaného zařízení v praxi. Hlavní možnosti uplatnění jsou obecně tam, kde nejsou standardizovány defektoskopické metody. Sem patří i oblast tekutinových mechanismů. Významným faktorem je také skutečnost, že pořízení a zejména provozní nasazení uvedené aparatury bude minimálně finančně náročné, a proto bude využitelná pro široké spektrum uživatelů ve strojírenství, dopravě apod.
Výsledky projektu byly publikovány v odborné práci:
Řešitel projektu za VUT v Brně
Finanční podpora
Technologická agentura ČR (TAČR-ALFA), Nový systém bezdemontážní diagnostiky pneumatických a hydraulických komponent, TA04011374, 2014-2017.
Řešeno pro
-
VÝZKUM VLIVU MAZIVA NA ŽIVOTNOST LOŽISEK
Porovnávací zkoušky životnosti ložisek 6303 s mazivem LHT23 a HT24
Projekt se zabývá experimentálním ověřením vlivu dvou typů maziv na životnost ložisek 6303. V rámci projektu byla realizována opakovaná zkouška životnosti na stanicích R-MAT. Ložiska byla zkoušena v originálním provedení se sériově dodávaným tukem LHT23. Zjištěné parametry byly porovnány s výsledky zkoušek ložisek přemazaných tukem HT24. Projekt byl řešen ve spolupráci s firmou Magneton Kroměříž.
Cíl projektu
Cílem projektu bylo zjištění vhodnosti použitého maziva pro konkrétní provozní podmínky ložiska. Zadavatel potřeboval experimentálně ověřit na ložisku 6303 používaném při uložení hřídele alternátoru, jak se projeví změna použitého tuku na užitných vlastnostech ložiska. Zároveň byly zjištěny provozní parametry ložisek během experimentu, a to vibrace a teplota.
Výzkum, vývoj a řešení
Výzkum byl realizován na stanicích R-MAT. Ložiska byla zatěžována v režimu stanoveném zadavatelem. Experimenty probíhaly do poškození ložisek, což se projevilo významným nárůstem vibrací a teploty zkoušeného ložiska. Byly vyhodnoceny průběhy vibrací, teploty a doby zkoušky u jednotlivých experimentů a porovnány výsledky. Ložiska byla rozebrána za účelem zjištění místa a druhu jejich poškození. Na základě zjištěných výsledků získal zadavatel informace o chování ložisek a charakteru jejich poškození v závislosti na použitém mazivu.
Dopad a výsledky projektu
Výsledkem řešení projektu je zjištění vhodnosti použitého maziva pro konkrétní aplikaci. Zároveň je popsáno chování ložisek během experimentu a způsob jejich poškození.
Řešitel projektu za VUT v Brně
Finanční podpora
Prostředky průmyslového partnera, zadavatele projektu.
Řešeno pro
-
DESIGN KRYTU VENTILU TLAKOVÝCH LAHVÍ
Návrh designu plastového krytu ventilu tlakových lahví medicinálních plynů MediVital
Podstatou projektu bylo nové designérské i funkční řešení plastového krytu ventilu tlakových lahví pro plyny používané ve zdravotnictví (především kyslík). Součástí návrhu bylo tvarové zpracování těla krytu ventilu s integrovaným madlem, návrh ovládacích prvků i celkové barevné a grafické řešení. Všechny komponenty krytu byly navrženy tak, aby je bylo možno vyrábět technologií vstřikování plastů do formy.
Cíl projektu
Požadavkem výrobce bylo vytvoření originálního řešení krytu s výrazným vizuálním přínosem v daném výrobkovém segmentu, a tím i zvýšení konkurenceschopnosti. Společně s výraznou estetickou inovací musel nový kryt splňovat celou řadu provozních a ergonomických požadavků, jako možnost pohodlného transportu tlakové lahve s nasazeným krytem, snadný a bezproblémový přístup k ovládacím prvkům i k dalším funkčně podstatným komponentům ventilu. Bylo rovněž nutné vyřešit integraci kovového závěsu pro uchycení na nemocniční postel i zabezpečení tlakové lahve s krytem proti kutálení.
Výzkum, vývoj a řešení
V první fázi projektu bylo na základě 3D podkladů od výrobce vytvořeno několik designérských variant digitálního modelu základního tvaru krytu ventilu pomocí software Rhinoceros. Z toho se pak na základě řady konzultací s výrobcem vyprofilovala finální varianta designu, která byla realizována do podoby ověřovacího fyzického modelu pomocí Rapid Prototypingu (3D tisk). Prostorový model se stal podkladem pro řadu dalších zkoušek a konzultací. Vyprofilovalo se především ergonomické – tvarové řešení madla a horního ovladače a způsobilost jednotlivých komponentů krytu pro výrobu vstřikováním do formy. Poté byl vytvořen finální 3D model v konstrukčním software Inventor a byla realizována finální maketa krytu, která se stala zároveň podkladem pro jednání s výrobci vstřikovacích forem.
Dopad a výsledky projektu
Kryt ventilu tlakových lahví pro medicinální plyny s novým designem byl zaveden do sériové výroby pod firemním označením MediVital a jeho estetické a ergonomické řešení vyvolalo řadu kladných ohlasů jak přímo u výrobce, tak i u odběratelů.
Řešitel projektu za VUT v Brně
doc. akad. soch. Ladislav Křenek, ArtD.
Finanční podpora
Z prostředků průmyslového partnera, zadavatele projektu.
Řešeno pro
