DEF Schakeldoos - Groep 26

Wij (Pepijn, Robbie, en Emma) hebben een schakeldoos gemaakt voor ons eerstejaars vak DEF (Design Engineering voor Fysici). In dit ontwerp laten we zien dat je van kinetische energie kan verplaatsen naar een andere kinetische energie door middel van het designproces geleerd in DEF. De verandering die plaatsvindt is in RPM.

Het ontwerp van de versnellingsdoos is voornamelijk gemaakt van hout en ITEM. Het hout wordt gebruikt voor de tandwielen en het ITEM wordt gebruikt voor het frame. Om alles aan te laten drijven is een 12 volt motortje aangesloten op de tandwielen. In ons ontwerp hebben we gekozen voor 4 versnellingen. Zodat de aangedreven as kan versnellen van een factor 1 tot 2.5.

In deze instructable wordt stap voor stap uitgelegd hoe je de schakeldoos kan bouwen. Dit wordt met behulp van foto’s en svg (lasersnij)bestanden zodat je precies dezelfde schakeldoos kan bouwen.

Materialen

1. 3x 30 cm ITEM
2. 12x 20 cm ITEM
3. 2x 10 cm ITEM
4. 66x schroeven voor ITEM
5. 66x verbindstukken voor de schroeven en het ITEM
6. 4x kogellagers
7. 4x lange schroeven voor de kogellagers
8. 15x connectiestukken rechthoekig
9. 4x connectiestukken recht
10. Plywood 300 mm x 450 mm x 6 mm
11. DC-motor (12V)
12. Tiewraps
13. 12V voeding
14. 2x krokodillenbekjes
15. 2x banaan stekkers

Optioneel:

1. Tachometer

Gereedschap

1. Lasersnijder
2. Inbussleutel

Skills

1. Gebruik van software om te kunnen lasersnijden, zoals Inkscape
2. Tappen van item

Een schakelbak werkt niet zonder tandwielen. Onze eerste stap was het ontwerpen van de tandwielen. Hiervoor hebben we de software Inkscape gebruikt en hebben we de tandwielen op Plywood uitgesneden. De tandwielen kunnen ook van ander materiaal gemaakt worden, maar onze voorkeur ging uit naar hout wegens het significante prijs verschil.

Onze schakelbak heeft 4 versnellingen, dus we hebben 4 tandwielen per as. Indien er meer versnellingen gewenst zijn, kunnen er per versnelling 2 extra tandwielen gemaakt worden. Let wel op dat de stralen van elk 'paar' voor elke versnelling gelijk zijn.

De tanden hebben een pressure angle van 30 graden. Zo schuiven de wielen makkelijk in elkaar maar is er nog genoeg frictie om de assen aan te drijven. In het midden van de tandwielen is het ITEM profiel uitgesneden zodat de tandwielen op de as kunnen worden geplaats. Het midden van het tandwiel op de motor wordt uitgesneden met het profiel van de motor.

Zie het bijgevoegde bestand (gear set - group 26.svg) ter inspiratie of om te gebruiken.

Vervolgens moet het frame in elkaar gezet worden. Hiervoor hebben wij ITEM gebruikt in verband met de kosten en het makkelijk hanteren van het materiaal. Er zou ook gekozen kunnen worden voor steviger materiaal indien gewenst.

Een 20cm en 30cm staaf zijn gebruikt voor de draaiassen van de schakeldoos. Om deze assen met de kogellagers op het frame te plaatsen moest hiervoor eerst schroefdraad getapt worden. Er zijn verschillende tutorials te vinden voor het tappen van schroefdraad, voor een goede tutorial zie: schroefdraad tappen.

Schroef het ITEM volgens de schets in elkaar. Stap 1 beschrijft de basis van het frame. In stap 2 wordt de vaste as gemaakt. Vervolgens worden de twee basisstukken van het frame (stap 1) aan elkaar gemaakt in stap 3. In stap 4 wordt de losse as met de pook gemaakt. Maak als laatste de guide rails voor de pook in stap 5.

De tandwielen kunnen makkelijk op de assen geplaatst worden doordat het ITEM profiel is uitgesneden. De vaste as is 20 cm en hier zal de motor ook verbonden zijn. De losse as is 30 cm, deze as wordt met behulp van de pook verplaatst.

De tandwielen op de vaste as zitten op een afstand van 3,5 cm. Zet op deze as ook het extra tandwiel voor de motor op een afstand van 1,9 cm van de 1e versnelling. De afstanden tussen de tandwielen op de losse as is 5,1 cm. Schroef twee schroeven per tandwiel in het ITEM zodat de tandwielen op de juiste plek zitten.

Vervolgens wordt de motor gemonteerd om de vaste as aan te drijven. Zet het uitgesneden tandwiel voor de motor op de motor. Controleer hierbij dat het tandwiel niet kan verschuiven over de motor.

Maak met twee 10cm ITEM staven, twee rechte connectiestukken en een rechthoekig connectiestuk een frame voor de motor. Bevestig de motor met de tiewraps zoals aangegeven op de foto. Let op dat het tandwiel op de motor goed loopt met het tandwiel op de vaste as.

Zet twee krokodillenbekjes op de motor. Verbind deze aan twee banaan snoeren en een powersupply.

Voor het mooi maken van de opstelling is leuk om extra dingen toe te voegen. Voor ons is het belangrijk dat je kan zien in welke versnelling je zit, dit is en fijn om te weten en ziet er ook nog eens leuk uit en je kan het niet te ver schakelen. Om de versnellingsindicator te maken maak je weer gebruik van Inkscape om het te ontwerpen. Voor een indicatie hoe dat er dan uit zou kunnen zien kan je het plaatje bekijken. De positie waarvoor wij hebben gekozen is op de bovenkant waar de twee item de aangedreven as vast houden. Deze kan je monteren met een dubbelzijdig plakbant. Ook zet je in het item van de aangedreven as een klein stukje hout wat je in het item kan schuiven. Deze is ook nodig om vast te maken met schroeven.

Ook maakt het verstoppen van de motor en de snoeren daarvan de opstelling beter. Ook is het veiliger, omdat aan de motor een 12 volt verbinding is aangesloten. Voor het maken van de doos om de motor is het belangrijk dat je doos groot genoeg is. Ook moet je twee gleuven maken, waarvan 1 in de achterkant en 1 in de zijkant. Deze zijn voor dat het over het item kan worden gezet. Daarnaast heb je een gat nodig waar de snoeren uit komen. Maak gebruik van makercase.com voor het maken van de doos en voeg in Inkscape vervolgens de gleuven en het gat weg toe aan het ontwerp. Snij deze uit op 3 mm Plywood.

Zie het bijgevoegde bestand (gearindicator and box - group 26.svg) ter inspiratie of om te gebruiken.

De laatste stap is de schakeldoos testen! Sluit de spanningsbron aan en probeer de losse as te verplaatsen zodat de schakeldoos in een andere versnelling staat. Om het toerental te controleren kun je ook een tachometer gebruiken. Indien dit buiten budget valt, kan je ook een vlaggetje op de losse as vast maken om te zien dat de schakeldoos werkt.