תרגיל 1 — מהנדס תכן מכני בתחילת הדרך
- חישוב קורה: קורת אלומיניום זיזית באורך 300 מ״מ, חתך מלבני 30×12 מ״מ ועומס קצה של 300 ניוטון. חשבו מאמץ כפיפה מרבי ושקיעה בקירוב. השתמשו במודול אלסטיות 69 ג׳יגה־פסקל. האם התכן מתאים אם המאמץ המותר הוא 120 מגה־פסקל והשקיעה המותרת היא 2 מ״מ?
- שיפור תכן: הציעו שלוש דרכים לשפר את התכן בלי להכפיל את המסה.
- שרטוט: ציינו אילו מידות, דאטומים ודרישות הייתם מוסיפים לשרטוט של הקורה אם היא מתחברת בשני ברגים וממקמת חיישן בקצה.
- בדיקה: הציעו ניסוי קצר לאימות השקיעה והסבירו מה תמדדו.
פתרון מנומק
חישוב: עבור חתך מלבני, I = b·h³/12 = 4,320 mm⁴. מאמץ הכפיפה בקצה המקובע הוא σ = M·c/I = F·L·(h/2)/I ≈ 125 MPa. השקיעה היא δ = F·L³/(3·E·I) ≈ 9.1 mm. לכן התכן אינו עומד בשתי הדרישות.
שיפור: הגדלת גובה החתך יעילה בהרבה מהגדלת הרוחב; אפשר לעבור לפרופיל קופסתי או להוסיף צלע בכיוון הכפיפה, לקצר את המפתח או להוסיף תמיכה. שינוי חומר ישפר שקיעה רק אם מודול האלסטיות גבוה יותר.
שרטוט: יש להגדיר דאטום במשטח ההצמדה, מיקום החורים ביחס אליו, טולרנס מיקום, גובה החיישן וטולרנס שטיחות או ניצבות לפי הפונקציה. בניסוי מקבעים באופן שמדמה את המוצר, מפעילים עומס מדוד ובודקים העתקה וחזרתיות.