‫מברג מומנט בעל סגירה "רכה"‬ ‫‪No click type torque screwdriver‬‬ ‫הלקוח‬ ‫שלמה נזר‬ ‫חברת "רפאל"‬ ‫פרויקט תכן מוצר חדש – ‪034353/4‬‬ ‫אלכסי נרדיוז'ב‪ ,‬איגור חוחוטקין‪ ,‬גרשון אליאסוב‬ ‫המנחה‬ ‫ד"ר יורם קירזון‬ ‫תיאור המוצר ‪ /‬הפרויקט‬ ‫תקציר‬ ‫בחברת "רפאל" משתמשים במברג מומנט מתכוונן (‪ )Torque screwdriver‬לסגירת ברגים במומנט‬ ‫מבוקר במכלולים אופטיים עדינים‪.‬‬ ‫סוג זה של מברג‪ ,‬כאשר מגיע למומנט הרצוי משמיע נקישות‪ ,‬הנובעות מקפיצות של המנגנון‪.‬‬ ‫קפיצות אלה עלולות לגרום לסטיות בלתי מבוקרות במומנט ההידוק ולפעמים גם לנזק אחר במערכות‬ ‫עדינות‪.‬‬ ‫הלקוח מעוניין במברג מומנט מכני )‪ (Manual torque screwdriver‬אשר יהיה בעל סגירה "רכה"‪,‬‬ ‫כלומר ללא נקישות‪.‬‬ ‫מעגל חשמלי‬ ‫להדלקת נורית‬ ‫לד‬ ‫דרישות הלקוח ‪ /‬הפונקציות ‪ /‬מטרות הפרויקט‬ ‫ידית‬ ‫דרישות הפרויקט‪:‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫נדרש לפתח מברג מומנט מתכוונן בעל סגירה "רכה" (שלא משמיע נקישות)‪.‬‬ ‫גודל המומנטים המבוקשים‪. ]Nm] 3.6 ,2.4 ,1.8 ,1.2 ,0.8 ,0.6 , 0.4 :‬‬ ‫דיוק של ‪.6%‬‬ ‫מנגנון מכני בלבד‪.‬‬ ‫תבריג ימני בלבד‪.‬‬ ‫מומנט פתיחה לפחות פי ‪ 1.5‬ממומנט הסגירה‪.‬‬ ‫החלפת ראשים בעזרת מתאם תקני‪.‬‬ ‫אטימות ברמה ‪. 65IP‬‬ ‫סביבת עבודה‪ :‬חדר נקי‪.‬‬ ‫עיצוב מוצר אסתטי‪.‬‬ ‫הוראות תפעול פשוטות‪.‬‬ ‫תיקון המוצר ניתן לביצוע תוך ‪ 48‬שעות לכל היותר‪.‬‬ ‫קפיץ‬ ‫הפתרון הנבחר מבוסס על מוט מרכזי הממוסב ע"י שני מסבים כדוריים בתוך‬ ‫מעין צינור שהוא ידית המברג ‪.‬‬ ‫על המוט כרוך קפיץ פיתול בעל כ‪ 40-‬כריכות אשר מחובר בקצה אחד למוט‬ ‫ובקצה שני לידית ‪.‬‬ ‫מוט‬ ‫כיול המברג למומנט סגירה מבוקש מתבצע בשני שלבים ‪:‬‬ ‫א‪ .‬מותחים את קפיץ הפיתול למומנט המבוקש ע"י סיבוב המוט ביחס‬ ‫לידית בשיעור ידוע מראש‪.‬‬ ‫ב‪ .‬נועלים את המצב היחסי שנוצר בעזרת מעצור חד‪-‬כיווני בין המוט והידית ‪.‬‬ ‫מעצור זה מונע מהקפיץ להשתחרר אבל מאפשר מתיחת יתר ‪.‬‬ ‫האתגרים‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫בזמן סגירת בורג ‪ ,‬סיבוב הידית מעביר את המומנט המופעל למוט ‪ ,‬דרך הקפיץ המתוח ‪,‬‬ ‫והמוט מעביר את המומנט לבורג ‪.‬‬ ‫גיבוש פתרון מעשי למבנה של מברג בעל סגירה "רכה"‪.‬‬ ‫השגת טווח מומנטים לפי דרישות הלקוח‪.‬‬ ‫גודל מברג סביר‪.‬‬ ‫משקל מברג סביר‪.‬‬ ‫השגת דיוק של ‪ 6%‬מהערך המכוון‪.‬‬ ‫כאשר מומנט הסגירה מגיע למעט מעל הערך המכויל ‪ ,‬נוצרת מתיחת יתר הגורמת לנתק‬ ‫במעצור‪ ,‬ולסיבוב קל בין הידית והמוט ‪.‬‬ ‫תזוזה יחסית זו גורמת ‪ ,‬באמצעות מיקרו‪-‬מפסק ‪ ,‬להדלקת נורית לד המורה למשתמש‬ ‫שהגיע למומנט הנדרש ‪.‬‬ ‫רקע תיאורטי ‪ /‬מודל‬ ‫המנגנון הנבחר מבוסס על קפיץ פיתול בעל מספר רב של כריכות ‪ .‬ניתן לראות מהגרפים שלא קיים‬ ‫קפיץ שמכסה את כל תחום המומנטים המבוקשים ולכן בחרנו בקפיץ שנותן פתרון עבור תחום‬ ‫]‪ , 0-1.2 [Nm‬ואם נרצה לכסות את שאר המומנטים )‪ (1.8-3.6‬נצטרך להחליף קפיץ ‪.‬‬ ‫‪C=D/d=17.8/2.4=7.4≈8‬‬ ‫←הגרף העבודה שלנו בצבע‬ ‫כחול‬ ‫‪C=4‬‬ ‫‪C=5‬‬ ‫‪C=6‬‬ ‫‪C=7‬‬ ‫‪C=8‬‬ ‫‪C=9‬‬ ‫‪C=10‬‬ ‫‪C=11‬‬ ‫‪C=12‬‬ ‫‪35‬‬ ‫‪30‬‬ ‫‪25‬‬ ‫‪20‬‬ ‫‪15‬‬ ‫‪17.4‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪5‬‬ ‫תוצאות הבדיקות והניסויים‬ ‫לפני שהייצור יצא לפועל ערכנו ניסויים על קפיץ על מנת לבדוק נכונות חישובים והתאמת תאוריה לפרקטיקה ‪ .‬לצורך זה נבנה‬ ‫מתקן שבעזרתו פיתלנו ‪ 3‬קפיצים באורכים שונים למומנטים שונים ובדקנו ערכים שהתקבלו‪ .‬הצגנו אותם בעזרת גרף של מומנט‬ ‫כתלות בזווית סיבוב‪.‬‬ ‫ניסוי מתיחת קפיץ‬ ‫‪y = 2.0211x‬‬ ‫‪1000‬‬ ‫‪y = 1.8467x‬‬ ‫‪800‬‬ ‫‪600‬‬ ‫‪400‬‬ ‫‪200‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪800‬‬ ‫קוטר נומינלי של הקפיץ ]‪[mm‬‬ ‫‪600‬‬ ‫קפיץ באורך ‪101‬‬ ‫‪400‬‬ ‫מעלות‬ ‫קפיץ באורך ‪104‬‬ ‫‪200‬‬ ‫‪0‬‬ ‫קפיץ באורך ‪107‬‬ ‫*כפי שניתן לראות מהגרפים קיבלנו קבוע קפיץ קטן מהתאורטי‪.‬‬ ‫הנחות לבחירה ונתוני הקפיץ‪:‬‬ ‫נתוני הקפיץ שהתקבלו‪:‬‬ ‫‪d=2.4 mm‬‬ ‫קוטר תייל‪:‬‬ ‫‪music wire‬‬ ‫חומר ‪:‬‬ ‫‪19mm‬‬ ‫קוטר חיצוני‪:‬‬ ‫‪straight offset‬‬ ‫סוג קצוות ‪:‬‬ ‫‪L.H‬‬ ‫כיוון הכריכות‪:‬‬ ‫‪40‬‬ ‫מס' כריכות‪:‬‬ ‫אורך חופשי מינימלי‪100 mm :‬‬ ‫‪1585 Nmm‬‬ ‫מומנט מקסימלי‪:‬‬ ‫זווית פיתול מקסימלית‪ 595 :‬מעלות‬ ‫‪]Nmm/deg] 2.66‬‬ ‫מומנט למעלה (קבוע קפיץ) ‪:‬‬ ‫‪1200‬‬ ‫‪y = 2.3022x‬‬ ‫‪0‬‬ ‫בחרנו שרירותית שאורך הקפיץ לא יעלה על ‪ 100‬מ"מ על מנת להגביל את אורך המברג‪.‬‬ ‫החלטנו שקוטר הקפיץ החיצוני יהיה ‪ 19‬מ"מ על מנת שידית המברג לא תהיה עבה מידי‪.‬‬ ‫‪1400‬‬ ‫מומנט]‪[Nmm‬‬ ‫‪40000‬‬ ‫‪38000‬‬ ‫‪36000‬‬ ‫‪34000‬‬ ‫‪32000‬‬ ‫‪30000‬‬ ‫‪28000‬‬ ‫‪26000‬‬ ‫‪24000‬‬ ‫‪22000‬‬ ‫‪ 20000‬מומנט מקסימלי‬ ‫‪ 18000‬המותר ]‪[Nmm‬‬ ‫‪16000‬‬ ‫‪14000‬‬ ‫‪12000‬‬ ‫‪10000‬‬ ‫‪8000‬‬ ‫‪6000‬‬ ‫‪4000‬‬ ‫‪2000‬‬ ‫‪0‬‬ ‫השימוש במברג דורש תרגול על מנת למנוע חריגה של מעל ‪ 6%‬מהמומנט המבוקש ‪.‬‬ ‫בדיקות שנערכו על הקפיץ‪:‬‬ ‫‪ ‬בדיקות עומס יתר‪ :‬העמסנו את הקפיץ שלוש פעמים בעומס של ‪ 125%‬מהערך המרבי שבו הוא אמור לעבוד( ]‪.)1.5 [Nm‬‬ ‫לאחר התהליך בדקנו שלא נגרם שום נזק לקפיץ ושהוא לא התעוות‪.‬‬ ‫תודות‬ ‫לד"ר יורם קירזון על הנחייתו‪ ,‬מסירותו‪ ,‬והשקעתו בנו ובפרויקט‪.‬‬ ‫למר שלמה נזר על הצעת ומימון הפרויקט‪.‬‬ ‫לצוות בית המלאכה על תמיכתם הטכנית ובפרט ליעקב האוזר על ייצור מתקן הניסוי‪.‬‬ ‫לרומן שמסוטדינוב על תמיכתו המקצועית בבחירת הרכיבים האלקטרונים והרכבתם‪.‬‬ ‫לכפיר כהן על עזרתו והנחייתו לאורך הפרויקט‪.‬‬ ‫ל"אחים חורי"‪ ,‬עיבוד שבבי מדויק‪ ,‬על ייצור החלקים‪.‬‬ ‫לד"ר חגי במברגר על הדרכתו בפרויקט‪.‬‬ ‫לגברת לאה שטרן על טיפולה בהליך הרכש‪.‬‬ ‫לצבי שטרולוביץ ‪,‬מעבדה לאיכות ‪ ,EQL‬מת"ם‪ ,‬על הכלים שקיבלנו ממנו ועל כיול המברג‪.‬‬