Mehanizmi

5

1. PREDGOVOR  Kada sam u po četku rada na na ovoj knjizi, još u razdoblju pripremanja razmišljao razmišljao kako da na najsažetiji na čin pretpostavim poglavlja ove knjige, da bih pokušao prikazati smisao koji se može o čekivati od knjige čiji je naslov "Dizajn strojarskih predmeta “, ve ć sam tada došao do nekih dilema koje su se odnosile na to, da li da opisujem vrste konstrukcija i njihove funkcije ili da idem putem analiti čkog i sinteti čkog utvr đivanja matematičko-geometrijskog smisla koji nam treba u tvorbi konstrukcija. Zna či, davati recepte ili upu ćivati na na čin razmišljanja kako treba zamisliti konstrukciju i što je ona u stanju biti. I tako se odlu čih za ovo potonje za na čin mišljenja u konstruiranju i posljedi čno u primjeni konstrukcija, jer je prva uzrok a drugo je posljedica. I kao najprvo u tom pristupu sam odabrao dva pitanja, koja su naizgled   jednostavna, ali za koja mislim da su početni ključ svemu onome o čemu će se ovdje raspravljati. Evo tih pitanja: - što je to sinteza? - i što je j e to sinteza mehanizama? Međutim, prije pokušaja da se odgavori na ova pitanja, mislim da treba re ći razloge zašto su ta pitanja postavljena. Naime, poznato je da je temeljni zadatak što uvijek  stoji pred dizajnerom kada konstruira, da zamisli na čin slaganja elemenata željenog stroja na taj način da što bolje ispuni potrebe žetjenog tehnološkog procesa. I kako se čini da je to sastavljanje ili sinteza mehanizma ili odgovarajuæeg stroja istodobno i glavni po četni zadatak da se prema nekim poznatim ili pretpostavljenim uvjetima izaberu svi tehni čki uvjeti za izradu željenog stroja. To će se ovdje smatrati konstruiranjem, a nekada i  projektiranjem. I upravo u vezi s gornjim u teoriji se mehanizama i strojeva stalno razvijaju nove i nove metode sinteze, koje trebaju omogu ćavati konstrukterima, da brzo i racionalno  projektira mehanizam ili stroj koji će udovljavati postavljenim zahtjevima. Kao suprotnost analizi mehanizama, gdje su putevi rješavanja zadataka više ili manje jasni i poznati, u podru č  ju sinteze se u mnogim primjerima obično pojavljuje po nekoliko rješenja, tako da se za izbor onog najboljeg rješenja trebaju još izvršiti dopunske analize svih rješenja, koje nužno moraju biti oslobo đene od intuitivnih odluka. Da je sinteza  po svojem smislu važna vidi se i iz toga, da se primjerice jednu te istu putanju člana jednog mehanizma može izvesti na nekoliko razli čitih načina, a pogotovo i radi toga što često nije važno da putanja jedne to čke na primjer ispunjava savršeno tražene uvjete. Sam je pojam "sinteza" rije č gr čkog podrijetla (synthesis) a zna či "sastavljanje". Kao metoda, smatra se, kao postupak izoliranog prou čavanja predmeta ili ure đaja u njegovoj cjelini, u jedinstvu i u uzajamnoj vezi njegovih dijelova. I kako smo ve ć rekli, kao suprotnost tom pojmu imamo drugi pojam "analiza", koja je rije č takoðer gr čkog podrijetla (analyo) i koja zna či "rasčlanjivanje", a kao metoda se prou čavanja jedinstva vrši putem rastavljanja predmeta ili ure đaja na njegove najjednostavije sastavne dijelove. I sada kada u želji da odgovorimo na drugo prije postavljeno pitanje o tome što se  podrazumijeva pod pojmom "sinteze mehanizama", prvo ćemo zapeti na pojmu mehanizam. Što je to mehanizam ? A što je to stroj ? Da li je to isto, sli čno ili sasvim razli čito? Ako

6  pođemo od traženja zna čenja riječi "mehanizam", onda je o čito da ona dolazi od, opet gr čke riječi "mehane" što ima zna čenje stroja, naprave ili ure đaja. Po tom bi izgledalo da je mehanizam zapravo stroj. Jedno op ćenito uvriježeno, ali nigdje deklerativno izre čeno mišljenje, smatra da je mehanizam mehani čki sistem kojim se vrši pretvorba jednog obtika gibanja u drugo gibanje. Drugim riječima, pošto se ne govori o silama, mehanizam je kinematièka tvorba. S druge strane pod pojmom se stroja podrazumijeva mehani čki sistem putem kojega se vrši   pretvorba jednog oblika energije u drugi oblik, ili umjesto energije - " pretvorba mehani čkog rada".   Navedene definicije su bez sumnje i dobre, a isto tako i loše, jer su kao i  brojne druge definicije mahanizama i strojeva koje primjerice navodi Releaux (26) i kojih ima oko dvadeset, o čito nepotpune ili nekako nedore đene. Radi toga, a u težnji da se uspostavi što op ćenitija definicija,, uo čavamo da je u željenom smislu posebno zanimljiva definicija stroja što je daje N. Wiener otac kibernetike (57). Ona glasi: "Stroj je lokalni antientropijski proces, koji se može pojaviti u razli čitim oblicima, i koji se ne može ozna čiti niti samo kao biološki niti samo kao mehani čki". Zanimljiva je i daljnja konstatacija Wienera, da je: "Težnja ka konzervativnosti sistema (stroja) jest uspjeh tehnologije  proizvodnje". U spomenutoj definiciji sintagma : "u razli čitim oblicima " nudi mnoštvo različitih oblika i veza, a istodobno name će i neke kriterije za stvaranjem što konzervativnijeg stroja ili mehanizma. I ako shvatimo, da je zadatak suvremene znanosti u   jednom od svojih dijelova, u manipuliranju fizičke stvarnosti s namjerom dovodenja te stvarnosti u sklad s teorijskim opisivanjem, tada je o čito da je riječ o tome, da se prou čavane   pojave pripreme, pročiste i izoliraju sve dotle dok ne postanu nalik na idealno stanje.  Naravno, to je fizi čki neostvarivo, ali spoznajno dostupno, jer je to jedini na čin da se ostvari teorjska hipoteza prema kojoj je manipulacija usmjerena. Drugim rije čima to znači, da je  pokusni postupak umije će što polazi od vještine. a ne od nekih op ćih pravila, što istodobno znači da izabrana pojava treba biti tako "izrežirana", da odgovor o tome da li se može dotična pojava dešifrirati prema specifi čnom matematičkom sadržaju kojega izri če hipoteza,  bude razumljiv i ponovljiv. U gornjem, samo po sebi ukazuje na nužnost matematizacije opisivanja funkcioniranja strojeva i mehanizama, što je i rezultiralo prou čavanjima gibanja, brzina, ubrzanja, geometriju relativnih gibanja - što zapravo zna či proučavanje gibanja na racionaliziranom stroju ili mehanizmu. Zanimljivo je primjetiti, da se jedna Einsteinova misao izvanredno nadovezuje na ovo. On kaže : " Nevjerojatno je to, da je matematika koja je u krajnjoj liniji  jedna apstraktna znanost, u tolikoj mjeri u stanju da opisuje stvarne prirodne pojave." U tom se smislu dalje i Needham (43) pita: "U perspektivi moderne znanosti o čito ne nalazimo ni traga pojmovima prinude i nužnosti prirodnih zakona. Sada se o tim pojavama misli kao o statističkim pravilnostima koje vrijede za odre đeno vrijeme i mjesto, kao o deskripciji, a ne  projekciji .. .. ? " Ne dovodi li nas ovo napokon do nužnosti feromenologijskog pristupa u rješavanju zadataka, kada radi naše nemo ći u znanju nismo u stanju da proniknemo u   problem? I upravo se čini da su radi toga, od posebnog zna čenja u teoriji mehanizama i strojeva, pokusi zajedno s matematizacijom kao na činom kojega provjeravamo. Eto, gore izrečene su misli, čini se osnova za izbor pristupa sažetog opisa strojarskih konstrukcija i njihova strojarskog konstruiranja, na čina mišljenja i na čina  proizvodnje i uporabe.

7

1. UVOD I PODJELA KONSTRUKCIJA Sigurnost je strojeva, a uz to i ljudi koji su uz njih i napokon užeg (pa i šireg) okoliša sadržana u svjesnom poduzimanju mjera spre čavanja bilo kakvih pojava, koje bi mogle naštetiti na bilo koji na čin. Spominjanjem ljudi, strojeva i okoliša izravno smo ih povezali u  jednu cjelinu koja se u postoje ćem stanju suvremenog strojarstva i naziva

Sistemom - čovjek - stroj - okoliš. Iz gornjeg, bez puno nepotrebnog objašnjavanja, proistje če i uloga a i zna čaj sigurnosti kako u sistemu, tako i u cijelom strojarstvu (a naravno i šire). U obrnutom smislu, očito je da će pojam sigurnosti i u tvorbi strojeva biti od posebnog zna čaja . A tvorba je strojeva ovdje pretpostavljena glavnom zada ćom industrijskog dizajna. Reklo bi se, ništa novo. Međutim, u svijetu i u nas se je pojavila upravo ta struka industrijskih dizajnera, koja   po svojem načinu djelovanja nije ono što podrazumijevamo pod zadacima strojarskog konstruktora ili projektanta. Ovakvo Ovakvo stanje ima nužne refleksije refleksije i na obrazovanje obrazovanje takvih ljudi, koji u riznicama riznicama svojih znanja znanja moraju imati mnoštvo zajedni čkog, ali ipak razli čitog, s konstruktorima. Prateći postojeću literaturu, ali i uspjehe obrazovanja industrijskih dizajnera uo čeni su neki nedostaci koji su prvenstveno sadržani u činjenici nepostojanja jednog sažetog i  preglednog skupa spoznaja o industrijskom dizajnu. Drugim rije čima, u literaturi ne postoji nigdje otvoreno izre čena spoznaja o teoriji industrijskog i ndustrijskog dizajna. I upravo je to bilo i poticajem za istraživanja veza i odnošaja pojavnog u toj struci, kako bi se barem za po četak postavila kakva takva po četna teorija. Traže ći takve odnošaje utvr đeno je postojanje relativno velikog broja metoda dizajna (odnosno metoda konstruiranja), ali od kojih, osim jednog izuzetka (14), ne sadrži u sebi izri čaj smisla teorije. Među najvažnije čimbenike koji ograni čavaju trajnost i pouzdanost strojeva spadaju: lomovi dijelova, trošenje dodirnih ploština radi trenja, ošte ćenja dodirnih ploština uzrokovana dodirnim naprezanjima, o čvrsnuće, korozija, plasti čne deformacije nastale radi lokalnih ili op ćih naprezanja kada ona premaše granicu popuštanja, puženje materijala u visokih temperatura itd. Čvrstoća

u brojnim primjerima nije sigurnosna granica. U suvremenoj se općenamjenskoj uporabi zahtjevi koji se postavljaju postavljaju na strojni dio zajedno uz postoje će metode proizvodnje, kao i uz trenutno stanje inženjerske teorije čvrstoće, veoma često ostaju neispunjeni. Problemi postaju tim složeniji što se radi o zna čajnije napregnutim strojevima, a pogotovo kada se pojavljuju i pitanja vezana s povišenim (ili ekstremno niskim) temperaturama. Čvrstoća materijala primjerice zna čajno opada s pove ćanjem radnih temperatura. Elementi strojeva, koji rade pod visokim temperaturama imaju ograni čenu trajnost. Radni se vijek takvih dijelova može pove ćati metodama dizajna (za smanjenje naprezanja treba osigurati odgovaraju će hlađenje) ili s uporabom visokootpornih materijala, kao i s odgovaraju ćom toplinskom obradom. Uz ovo se može re ći i to, da je i konstruiranje novih materijala, tako đer jedan od izlaza. Me đutim, ovo su istodobno i strogo čuvane tajne.

8

Povijest o razviku strojeva i mehanizama je istodobna pri ča o razvitku geometrije gibanja a sastoji se od navo đenja različitih sastavnih dijelova. strojeva, mehanizama i matematike. Priča može zapo četi s opisivanjem dosta zbrkanog razvitka strojeva ili pak  mehanizama koji su pomagali ljudima da savladaju teško će što su ih imali rade ći teške   poslove održavanja vlastitih života iIi pak praveći oružja za medusobna ratovanja iIi različitih uređaja kojim su mjerili vrijeme, udaljenosti i sli čno. I zaista ako želimo govoriti o  povijesti strojogradnje. onda se prvo trebamo odlu čiti za granicu primitivnosti mehanizama u odnosu na naša današnja poimanja o strojevima i mehanizmima. Tako na primjer, prije nekih stotinjak i trideset godina, doslovno oko 1875. godine švicarski Njemac Franz Reuleaux (26) raspravlja o tridesetak razli čitih definicija strojeva, što su tada bile suvremene, uspore đujući ih s definicijama "temeljnih strojeva", što ih je postavio Hero iz Aleksandrije još u po četku prvog stolje ća naše ere. Hero navodi postojanje pet "jednostavnih strojeva", koji služe prenošenju "odre đenih tereta s odre đenim silama", a to su: poluga, vitlo, klin, vijak i kolotur. Ovakova podjela, bez obzira što nas to može čuditi  bijaše izuzetno dobra i takva se je zadržala sve do kraja 19. stolje ća, kada je Reuleaux u svojoj znamenitoj knjizi "Kinematika strojeva" dao svoju podjelu, koja uz neke dopune vrijedi još i danas, kako će se kasnije pokazati. Prave ći razliku između opće povijesti i   povijesti strojeva, gdje je u prvoj prikazivanje događaja obično kronološkim redom, a u  potonjoj se napredak prikazuje preko postignutih dostignu ća što su obi čno bila funkcijom uljudbenih napredaka pojedinih naroda u razli čitim dijelovima svijeta i u vrlo različita vremenska razdoblja. Gornjem se treba dodati i to, da su u povijesnom smislu, izvori koji bi nam omogućili spoznaju o razvitku i primjeni mehanizama, često bili i ostali nepouzdani, i to naročito radi malog broja istraživanja u tom podru č ju. I upravo radi toga i jest prou čavanje   povijesti mehanizama i strojeva većinom vezano uz druge grane znanosti, kao npr. arheologiju, filologiju, etnologiju, antropologiju i sli čno. Osim toga, treba kao izvore o strojevima spomenuti i Bibliju, Odiseju kao i brojne druge izvore o tadašnjem tehnološkom i kulturološkom stupnju čovječanstva. Iz arheoloških je istraživanja Geiger (43) prve mehanizme stavio u prethistorijsko doba, tvrde ći da je rotacijsko gibanje bilo prvo što ga je čovjek izveo u mehani čkom smislu te riječi. U tom se smislu tuma či i nastanak prvog čovjekovog "upalja ča". Taj se je primitivni ure đaj za paljenje vatre. koja se je koristila za različite religijske ceremonije, sastojao od jednog zašiljenog štapi ća kojeg je jedan čovjek  vrtio trljanjem dlanova u udubini drvene plo čice gdje se je nalazila vuna koju je drugi, pored toga što je pridržavao plo čicu istodobno i potpuhivao sve dok se vuna nije upalila. Značajno se kasnije, a u želji da se olakša dizanje tereta, po činje koristiti  poluga, a potom da bi se tereti mogli i prenositi po činje uporaba drvenih valjaka, koji se vremenom razvijaju u kota če. Istodobno se pojavljuju razli čiti oblici uređaja za navodnjavanje i to prvo u podru č  ju rijeke Nila, a potom u Indiji, Tibetu i drugdje. U faraonsko su doba u razli čitim krajevima svijeta postojali doslovno strojevi za izradu glinenih posuda, dok Faraoni jedan za drugim grade ći sebi grobnice ostvaruju najgrandioznije projekte svih vremena - piramide, prenose ći izvanredno velike terete kamenih blokova, kojih bi prijevoz i danas predstavljao posebno težak prometni zadatak. U Homerovoj se Ilijadi spominju borna kola s bakrenim i žel jeznim kotačima, nalik  suvremenim kotačima na dvokolicama. Poznato je i to, da je razvitak strojeva i mehanizama u Egiptu i u Gr čkoj u razdoblju prije naše ere uglavnom bio vezan uz proizvodnju ratnih

9

naprava. Primjerice. posebno su poznate ratne naprave što ih je konstruirao Arhimed za rat  protiv Rimljana u Sirakuzi od 214. do 212. godine prije naše ere. PolIie Marcus Vitruvius u svojoj knjizi pod naslovom "De Architectura" (1) u prvom stoljeću prije naše ere, negdje oko 28. godine, piše o astronomiji, urarstvu, o strojarstvu i vojnom inženjerstvu. Izme đu ostaloga, Pollie definira stroj kao kombinaciju drvenih štapova što su me đusobno pričvršćeni, čija je glavna namjena gibanje velikih tereta. Pored toga Vitruvius opisuje u svojoj knjizi i druge vrste strojeva, vodenica, kao i stroj za mjerenje prevaljenog puta u kolima. U strojevima iz tog razdoblja, otpori su gibanju veliki, a često su to i glavni otpori, no ipak je u njima bila nadmašivana ljudska snaga miši ća, pogotovo kada se je u daljim stupnjevima razvitka po čela koristiti vučna snaga doma ćih životinja. Zanimljivo je da je Rimskim zauze ćem Egipta i Aleksandrije u doba Julija Cezara, Kleopatre i Krista razvitak znanosti gotovo da prestaje. U Rimskom se je Carstvu proizvelo malo novoga u smislu razvitka strojarstva, ali se zato bilježi znatan napredak u gradnji ve ćih strojeva, koji su pored kvalitetnije izradbe bili s ve ćim stupnjem djelovanja. Naro čito razvitak tehnologije gra đenja puteva i cesta pripada Rimljanima, pri čemu je mehanizacija,.dakle opet strojevi, imala zna čajan udio. Raspadom Rimskog carstva Arapi  preuzimaju razvitak i tehnologije i znanosti. štoviše, slobodno se može re ći da Arapi nisu nastavili samo tradiciju Gr čke i Aleksandrijske tehnike i znanosti s njezinim prenošenjem na Zapad, već su uveli i velik broj vlastitih inovacija, i to u relativno duga čkom vremenskom razdoblju od gotovo deset stolje ća (1, 2). Ova činjenica opovrgava čest tradicionalan na čin shvaćanja zapadnja čkih znanstvenika i povjesni čara o tome da je Europska kultura izravan  proizvod uljudbe starih Grka i Rimljana. Ovo se naro čito opaža u dvanaestom stolje ću, kada su prevedena na Latinski jezik djela al-Farabija. alGazalija, al-Farghanija, Ibn Sinaa (Avicene) i Ibn Rušda (Averroesa), te tako postala poznata a i izuzetno poštovana. Charles Singer (50) u Epilogu drugog dijela Povijeti tehnologije, raspravlja o gore spomenutom utjecaju Arapa, pa izravno piše : " Europa je štoviše, mali poluotok koji se širi s velike zemljine mase Afroazije. To je zaista njen geografski status, koji je do trinaestog stoljeća bio opæenito i njezin tehnološki status." Singer nastavlja: "Bliski je istok   bio nadmoćan prema Zapadu....... Za sve grane tehnologije su najbolji proizvodi na Zapad dolazili s Bliskog istoka. Tehnološki je Zapad vrlo malo donio Istoku. Tehnološko je gibanje bilo u drugom smjeru." štoviše, prema Needhamovoj knjizi "Znanost i uljudba u Kini". slijedi da je: "Povijest mlinova zapo čela s Islamskom kulturom u Iranu ." Needham navodi dalje (43), da su do XVI stolje ća bili poznati horizontalni mlinovi, koji su opisani vrlo opširno u knjizi "Machinae Nove" što je napisao biskup - inženjer Faustus Verantius (u nas poznat kao Faust Vran čić), koji su nesporno bili transmisija iz Iberijske kulture tog doba, dakle muslimanske Španjolske. Pojavom Renesanse u Europi u 15. stolje ću, pojavom Leonarda da Vincija, Galilieo Galilea, Newtona i drugih, mehanika je, a time i Teorija strojeva i mehanizama  počela poprimati sasvim novi izgled i poimanja o gibanju i o uzrocima gibanja, koji su se suštinski razlikovali od onih na čela koja su do tada vladala. U to doba teorija posta.je egzaktnijom, što posljedi čno dovodi do razvitka novih ideja vezanih za razvitak teorije mehanizama a time i strojeva. Primjera radi, spomenimo Leonardov mehanizam za crtanje elipse, koji po obliku svojega rješenja može i danas biti uzorom u suvremenoj nastavi Teorije mehanizama.

10

Krajem su 18. stoljeæa Lagrange i Watt zna čajne osobe u razvitku Teorije mehanizama i strojeva. U I9. stolje ću pak Teorija strojeva i mehanizama poprima svoj znanstveni oblik, za koji se može slobodno re ći, da ga mi i danas slijedimo. Naro čite zasluge za klasifikaciju mehanizama pripadaju F. Reuleaxu, koji je objavio poznatu knjigu "Kinematika strojeva" 1875. godine za koju se može re ći da je i danas zanimljiva. Radi cjelovotosti navode se ovdje i neka druga imena znanstvenika za koje se smatra da su svojim radom pridonijeli razvitku teorije mahanizama i strojeva, to su : L. Burmeister (1840 -1927.), S.Carnot ( 1753 -1832.), M. Chasles (1793 - 1880.), L. Poinsot ( 1777-1859.), P. Čebišev (1821-1894.) , W. Kennedy (1847 - 1928.), R. Willis (I800 - 1875.), I. Artobolevskij , L. Assur i brojni drugi. Iz gornjeg proistječe i značaj kinematike i dinamike strojeva i mehanizama, bez obzira na koji se dio strojarstva pri tome misli, i to zato što je svrha i analize i sinteze mehanizama i strojeva jedini ispravni put u prou čavanju svojstava, prednosti i nedostataka različitih oblika mehanizama i strojeva koji se koriste u prakti čnom životu. Da bi smo shvatili okvire odnosno širinu podru č  ja koje obuhvaća teorija mehanizama i strojeva, dati æe se ovdje pregled nekih glavnijih podru č  ja, uz obvezatnu napomenu da sve što postoji nije navedeno u slijedeæem popisu. Prema jednom tekstu što ga je prvi predsjednik IFToMM-a (Me đunarodne Federacije za teoriju strojeva i mehanizama) gospodin Crossley podnio 1969. godine u podru č je zanimanja IFToMM-a su ulazili slijedeći dijelovi struke: 1 ) Mehani čki sistemi a) Sistem (uređenje) čovjek - stroj  b) Automatizacija strojeva c) Vozila (cestovna, željezni čka, zračna) d) Prostetički uređaji e) Roboti i manipulatori 2) Dinamika strojeva a) Kinetostatika  b) Dinamika rotacijskih strojeva c) Primjena teorije vibracija d) Nelinearni dinami čki sistemi e) Vibroudarni sistemi 3)

Mehanizmi čiji je pogon ostvariv s konstantnom brzinom a) reduktori  b ) kompresori c) raznovrsni pogonski agregati

4) Mehanizmi koji nemaju pogon sa konstantnom brzinom a) krivuljni mehanizmi  b) štapni mehanizmi i c ) ostale vrste mehanizama 5) Specijalne vrste strojeva a) uređaji  b) mehanizmi koji pripadaju ure đajima.

11

 No kako se želi što cjelovitija slika raznolikosti. to je onda potrebno navesti i glavne vrste strojeva i mehanizama koji se danas sre ću, to su: Poljoprivredni strojevi razli čitih namjena. pisaći strojevi električki ( pa danas i elektroni čki), mehani čki računski strojevi, strojevi za rukovanje papirom, tiskarski strojevi, sortirni strojevi. alatni strojevi, automati, dizala, lopate i ure đaji za prebacivanje zemlje ili drugih rastresitih tereta, preše, strojevi za obradu materijala, precizni strojevi, fotografski ure đaji, kamere, mehani čki i optički instrumenti, ure, kronometri, roboti, modeli, igra čke i slično.

3. NAZIVI I DEFINICIJE VEZANE UZ MEHANIZME 3.1 M E H A N I Z A M U opsežnoj literaturi o teoriji mehanizama postoji razlika izme đu pojma mehanizam i stroja. Tako se negdje primjerice smatra da je mehanizam ustrojstvo me đusobno povezanih članova što služe prenošenju gibanja, dok bi stroj prenosio mehani čki rad. Iz ovakve definicije proistječe da su svi strojevi istodobno i mehanizmi. Da bi se putem mehanizma ostvarila gibanja koja su to čno predviđena, njegovi članovi trebaju biti otporni na deformacije, pa se definicija mehanizama može proširiti tako, da se pod mehanizmom podrazumijeva sklop krutih ili čvrstih tijela čija je opća namjena  pretvorba jednog gibanja u druga čiji oblik gibanja. Osnovni oblici mehanizama Prema svojem vanjskon izgledu po Reuleauxu mehanizmi se mogu podijeliti u šest glavnih oblika, i to: 1. Štapni mehanizmi; 2. Krivuljni mehanizmi; 3. Vijčani mehanizmi; 4. Zaporni mehanizmi; 5. Zupčanički mehanizmi i 6. Remenski mehanizmi. Ovoj se podjeli mogu još dodati i: 7. Hidraulički mehanizmi i 8. Elektromagnetni mehanizmi,  jer oni u Reuleauxovo doba nisu još postojali. Na slijede ćoj su slici shematizirano prikazani  prvih šest tipova, koje smatramo temeljnim.

12

Slika 3.1. Šest temeljnih oblika mehanizama prema Reuleauxu. a)štapni,  b)krivuljni, c) vij čani, d) zaporni, e) zup čanički i f) remenski. Gore navedena podjela nije jedina, pa se tako mogu mehanizmi podijeliti prema vrsti namjene, tako primjerice možemo imati: - Izravne prijenosnike i - Posredne prijenosnike. Pored toga se podjela mehanizama može temeljiti i na geometriji, pa se na taj na čin mehanizmi mogu podijeliti u: - Ravninske mehanizme i - Prostorne mehanizme.  Nekoliko je primjera prostornih mehanizama prikazano na slici 3. 2.

13

Slika 3. 2. Primjeri prostornih mehanizama. a) četverozglobni prostorni,  b) središnja pokretaljka i c) stožasti zup čanici.

3.2 ANALIZA I SINTEZA MEHANIZAMA Proučavanje se mehanizma može vršiti na dva na čina, i to: 1. analizom mehanizama i 2. sintezom mehanizama. Prvi je pristup, tj. analiza ili prou čavanje svojstava mehanizama, njihovih prednosti i nedostataka. Ovaj je pristup prou čavanja važniji za tehnologe, metalurge i sli čno. Drugi   pristup, tj. sinteza mehanizama ili način tvorbe novih mehanizama, koji bi udovoljavali unaprijed postavljenim zahtjevima, pretežno je zadatak konstruktera i dizajnera. Uz ovo svakako treba spomenuti, da je sinteza mehanizma veoma važan dio studije rada mehanizama, jer je neobi čno važno njezino poznavanje za isakorištavanja i popravljanje mehanizama, kao i radi možebitnog otklanjanja nekih nedostataka mehanizama i sli čno. I analiza i sinteza mogu biti: - kinematičke, - dinamičke

14

- tipske, - po broju članova, - dimenzijske, - algebarske, - približne, - harmonijske, - strukturalne itd.

3. 3 TEMELJNI ELEMENTI MEHANIZMA Iz definicije mahanizama proistje če određenost gibanja njegovih članova. U mehanici smo upoznali činjenicu, da se slobodno tijelo može samo po sebi gibati, a uslijed djelovanja sila, proizvoljnom putanjom. Radi toga je u svrhu odre đivanja željenog gibanja članova potrebno ograni čiti slobodu njegovih gibanja, tj. sjediniti ih na nekakav na čin. Tako dolazi do tvorbe osnovne jedinice lanca - tj. kinemati čkog para.

Kinematički par Kinematički je par sklop dvaju me đusobno povezanih članova mehanizma. U teorijskom pogledu razlikujemo dvije vrste kinemati čkih parova, i to: - niže kinemati čke parove i - više kinemati čke parove. Razlika je izme đu nižih i viših kinemati čkih parova u na činu međusobnoh dodira članova. I to, ako je teorijski dodir me đu članovima po površini onda je rije č o nižim kinematičkim parovima. Ukoliko je dodir teorijski putem crte ili to čke, onda kažemo da se radi o višem kinamati čkom paru. Nekoliko je primjera nižih kinemati čkih parova prikazano na slici 3. 3, a viših kinemati čkih parova na slici 3. 4.

Slika 3. 3. Tipi čni primjeri nižih kinemati čkih parova

15

Slika 3. 4. Tipični primjeri viših kinematičkih parova Osim gornje podjele kinemati čkih parova na niže i više, oni se mogu još podijeliti i u - otvorene i - zatvorene, i napokon u - ravninske i - prostorne.  Niži kinemati čki parovi Iz slike 3. 3 je vidljivo, da postoje tri temeljna tipa nižih kinemati čkih  parova, i to: 1 - translacijski kinemati čki par ( ili translacijski zglob ); 2 - rotacijski kinamati čki par (ili rotoidni zglob ); 3 - vijčani kinemati čki par ( ili helikoidni zglob). Translacijski i rotacijski kinemati čki parovi vrše gibanje u ravnini, dok vij čani kinamatički par vrši prostorno gibanje. Za ostvarivanje dodira me đu članovima kinemati čkih parova je potrebno da oni budu zatvoreni. Zatvaranje kinemati čkih parova može biti kinemati čko ili dinamičko. Kinematičko se zatvaranje obavlja putem oblika ili dizajna veze kinematièkog para, dok se dinamičko ostvarauje pomo ću vanjskih sila (težina, opruge, centrifugalne sile i sli čno).

16

Viši kinematički parovi Kao što je i prije re čeno zna čajka je viših kinemati čkih parova, da im je teorijski dodir putem crte ili to čke. Na slici su 3. 4 prikazani primjeri viših kinemati čkih parova. Obzirom da je moguće ostvariti veoma velik broj razli čitih viših kinematièkih parova, nije ih moguće podijeliti u razrede kao što je tio bio primjer s nižim kinemati čkim parovima. I kod viših kinamati čkih parova kao i kod nižih zatvaranje može biti kinemati čko i dinamičko. Obrnutost ili reverzibilnost kinemati čkih parova Ukoliko se gibanjem jednog člana kinematičkog para postiže isto apsolutno gibanje (po istoj putanji, s istim brzinama i ubrzanjima), koje bi se moglo posti ći i gibanjem drugog člana, tada kažemo da kinemati čki par ima svosjstvo obrnutosti ili reverzibilnosti gibanja. Slikovit primjer za obrnutost gibanja kinemati čkog para jest vijak s navrtkom, jer se ostvaruje isto apsolutno gibanje bez obzira da li se pogon nalazi ili na navrtci ili na vijku. Uz ovo treba ista ći, da niži kinemati čki parovi iamaju svojstvo obrnutosti, dok viši kinematièki parovi nemaju to svojtvo reverzibilnosti.   Nepostojanje reverzibilnosti u viših kinematičkih parova proistje če iz različitosti dodirnih površina njihovih elemenata. Naime, površine elemenata para nisu geometrijski identične. Najboljim primjerom za spomenutu razli čitost može nam poslužiti  proučavanje gibanja kota ča na tračnici. Iz kinematike nam je poznato da izabrana toèka na obodu kota ča opisuje krivulju, koja se naziva epicikloidom. U obrnutom primjeru gibanja, tj. kada bi kotač bio učvršćen, a tračnica da je pomi čna, tada bi odgovaraju ća točka tračnice opisivala krivulju koja se naziva evolventom.

Epicikloida

Evolventa

Slika 3.5. Gibanje kota ča po tračnici i tračnice po kota ču

17

3. 4 KINEMATIČKI LANAC Sustav od nekoliko me đusobno povezanih kinamati čkih parova nazivamo kinematičkim lancem. Na slici 3. 6 su prikazani neki primjeri kinemati čkih lanaca. I kinematički lanci mogu biti otvoreni i zatvoreni.

c)

a)

b)

d)

Slika 3. 6 Kinematički lanci. a), b) i c) zatvoreni, d) kruta figura Ako kinematički lanac ima samo tri člana i tri zgloba ( primjer d) u slici 3. 6 ), onda   je to tzv. kruta figura i u njoj ne postoji nikakvo međusobno relativno gibanje me đu članovima tog zatvorenog kinemati čkog lanca. Proširi li se ovakav zatvoreni kinemati čki lanac s još jednim članom i jednim zglobom, tada taj lanac postaje pokretljivim i tako   postaje mehanizmom. Ovakav se kinematički lanac naziva zglobnim četverokutem i temeljni je oblik mehanizma. Kinematički lanac može biti: - zatvoren ili otvoren. - jednostavan ili složen i - određen ili neodređen, kao i svaka druga kombinacija izme đu gore navedenih.lanaca. Zatvoren je kinamati čki lanac takav, u kojega je svaki njegov član ujedno i član kinematičkog para. U protivnom, tj. ako nije, onda je lanac otvoren. Jednostavan je kinamatički lanac takav u kojega je svaki član u sastavu od najviše dva kinematièka para. Ako je član u sastavu od više kinematièkih parova, tada je to složen kinematièki lanac. Na slici 3. 7 su prikazani primjeri jednostavnog i složenih mehanizama.

Slika 3. 7 Primjeri jednostavnih i složenih kinemati čkih lanaca.

18

Određeni je kinamati čki lanac onaj, u kojega svi čalanovi mehanizma imaju određeno gibanje. Ukoliko nema odre đenog gibanja svih članova lanca, onda je taj lanac neodređen.

3. 5 O TRANSFORMACIJI ILI PRETVORBI MEHANIZAMA Mnogi se štapni mehanizmi mogu svesti na tzv. četverozglobni mehanizam ili zglobni četverokut, za koji smo rekli da je temeljni mehanizam. U zglobnog četverokuta ćemo članove ozna čavati s malim latinskim slovima abecede, pri čemu pojedine oznake istodobno izražavaju i dužine članova. Članovi su zglobnog četverokuta međusobno povezani putem četiri rotoidna zgloba, a njih se ozna čava ili brojevima ili velikim slovima abecede. Op ći je oblik zglobnog četverokuta prikazan na slici 3. 8.

Slika 3. 8 Opći oblik zglobnog četverokuta s opisom odgovaraju ćih naziva Učvrstimo li jedan član zglobnog četverokuta za podlogu, primjerice član d, tada se taj član naziva stalkom ili postoljem. Član ćemo a nazvati ru čicom ili koljenom, dok  ćemo član b nazivati ojnicom i napokon član c ćemo nazivati njihalicom. Pogonsko se gibanje ovdje ozna čava punom strelicom, a radno ili gonjeno gibanje je označeno s praznom strelicom, kako je pokazano na slici 3. 8. Ako ru čica a dobiva pogon, tada se naziva pogonskim članom, dok je u tom primjeru član c gonjeni član.

Transformacija zglobnog četverokuta inverzijom Promjena oblika i na čina rada mehanizma možemo najjednostavnije u činiti, ako u  jednom odabranom mehanizmu mijenjamo funkciju njegovih članova.

19

Ako primjerice pretpostavimo da je član d mehanizma najduži, te nadalje da je a < c, tada imamo zglobni četverokut u kojega je jedan član rotirajući a jedan je njihaju ći. Učvrstimo li na tom istom mehanizmu (slika 3. 8) član a, tada se u mehani čkom smislu  pojavljuje sasvim druga čiji mehanizam.   Na slici 3. 9 su prikazane sistematizirano sve kombinacije pretvorbe zglobnog četverokuta putem metode inverzije. Uo čavamo, da će izbor modifikacije inverzijom zavisti od odnosa dužina članova mehanizma. Modifikacija s rotiraju ćom ručicom je definirana  putem Grashof-ova uvjeta, koji glasi: a + b < c + d. Zbroj dužina najdužeg i najkra ćeg štapa mora biti manji od zbroja dužina ostalih članova. Tako na primjer prema slici 11, za prikazani mehanizam da bi ru čica a mogla rotirati mora biti udovoljen Grashofov uvjet

Slika 3. 9 Transformacija mehanizama inverzijom

20

Ukoliko ovaj uvjet nije ispunjen, tada ru čica a ne može rotirati, ve ć samo oscilirati. Reagiranje mehanizma na promjenu dužine članova nazivamo kinemati čkom osjetljivosću mehanizma. Transformacija zglobnog četverokuta ekspanzijom rotoida Značajke se gibanja mehanizma ne će mijenjati ako primjerice upotrijebimo zglob (ili zglobove) s velikim čepom. Tako u primjeru pokazanom na slici 3. 10 čep je zgloba 2   prerastao, kako to kažemo svojom ekspanzijom veličinu štapa a, tako da se zglob sada  pričvršćuje za sam čep. Rotacijom člana d mehanizma dolazi do gibanja čepa 1 zajedno sa čepom zgloba 2.

Slika 3. 10. Kinemati čki ekvivalent nastao ekspanzijom rotoida U slici 3. 10 je pored mehanizma s ekspandiranim rotoidom prikazan i odgovaraju ći ekvivalent mehanizma koji ima iste kinemati čke značajke ali sasvim druga čiji oblik. Ako nadalje nastavimo s ekspanzijom, ali tako da zakrivljena putanja transformiranog mehanizma postane pravocrtnom, tada ćemo imati tzv. kulisni mehanizam. Zaključujemo time, da mehanizmi izvana gledano mogu izgledati razli čito, a u biti im je jednaka ili sli čna temeljna shema.

4. STRUKTURNA SINTEZA ŠTAPNIH MEHANIZAMA 4.1 SIMBOLIČKO OPISIVANJE MEHANIZAMA 4.1.1 OPĆENITO U razvitku se je teorije mehanizama pojavila potreba za kinemati čkom simbolikom. Reuleaux je prvi pokušao da uvede kinematièki simboli čki jezik, što su kasnije usavršili Jahr i Franke.

21

Frankeov se na čin temelji na teoriji strukture mehanizama a u svrhu sprezanja i   pretvorbe gibanja i energije bilo koje vrste. Prema toj je teoriji rotoidni zglob temeljni sastavni dio svih mehanizama, pa se radi toga u prou čavanju mehanizama polazi od   pretpostavke, da su kinematički lanci izvedeni s rotoidima, a onda se po potrebi mogu mijenjati s translatoidima. Skladno s time posto je tzv. jednozglobni, dvozglobni, trozglobni i višezglobni kinemati čki lanci. Na slici 4.1 su prikazani temeljni kinemati čki lanci s odgovarajućim oznakama.

Slika 4.1 Prikaz temeljnih kinematičkih lanaca otvorenog tipa s odgovaraju ćim simboličkim oznakama.

4. 1. 2 SASTAVLJANJE ILI SINTEZA KINEMATI ČKIH LANACA Složeni je kinemati čki lanac onaj lanac, koji ima više od četiri kinematička para. Očevidno je da se složeni kinemati čki lanci tvore sastavljanjem jednostavnih lanaca kakve smo proučavali u prethodnom poglavlju, te da se sastavljanjem lanaca mora voditi ra čuna o određenosti gibanja lanca.

Slika 4. 2

22

Prema Franke-u spajanjem dvaju zatvorenih četveročlanih kinemati čkih lanaca, je moguće uz neke transformacije do ći do nekoliko tipova proširenih složenih mehanizama.   Na slikama 4.2, 4.3 i 4.4 su prikazane kombinacije koje nastaju sastavljanjem četveročlanih temeljnih mehanizama. U primjeru prikazanom na slici 4.2 je pokazano spajanje dva i dva prileže ća člana. Znači, ako se povežu članovi de i cf, tada će prvo nastati jedna nepokretna struktura. Izbaci li se, nadalje, zglob 4, tada sustav postaje ponovno pokretan. U takvom se primjeru po četni oblik pretvara u pokretni mehanizam što je prikazan na desnoj strani slike 4.2. Ovakvim je   postupkom nastao serijski sastavljen mehanizam, koji je po svojoj strukturi šesteročlani sedmozglobni kinematièki lanac, koji ima dva trozgloba i jedan jednozglob, dok su p i q tzv. sprežni èlanovi. Strukturni je zapis takvog mehanizma T + T + J = T 2 J.

Slika 4.3 Op ći primjer serijski sastavljenog mehanizma Opći je slučaj serijski sastavljenog mehanizma prikazan na slici 4.3, a njegovo je  proširenje prikazano na slici 4.4 . Usporedbeni je ostvarivi mehanizam tog tipa prikazan na slici 4.5 a predstavlja shemu mehanizma grabilice.

23

Slika 4.4 Prošireni primjer serijskog mehanizma

Slika 4. 5 Shema mehanizma grabilici, koji po strukturnoj shemi  jest serijski spojeni mehanizam.

24

Slijedeći je primjer sastavljanja mehanizama onaj što nastaje spajanjem dvaju  priležećih s dva nasuprot leže ća člana dvaju temeljnih četverozglobnih mehanizama. Ovakav je primjer spajanja pokazan na slici 4.6.

Slika 4.6 Spajanjem članova dh te cf tvori se ponovno nepokretna struktura, koja postaje  pomičnom ako se ukloni zglob 4. U tom primjeru imamo mehanizam prikazan na desnoj strani slike 4.6. Ovakvim se postupkom tvori tzv. ra čvasti složeni mehanizam, koji se također često sreće u praksi. Op ći je slučaj račvastog mehanizma prikazan na sllici 4.7.

Slika 4.7. Op ći primjer račvastog mehanizma.

25

Slika. 4.8. Prošireni oblik ra čvastog mehanizma

Sliak 4.9 Strukturna shema račvastog mehanizma, u kojeg je na Desnoj strani prikazana u obliku tzv. tramvajske lire.

Proširenje je račvastog mehanizma u složeniji oblik prikazano na slici 4.8, dok je  primjer realnog račvastog mehanizma pokazan na slici 4.9. Treća je kombinacija sastavljanja mehanizama u primjeru kada se spajaju po dva nasuprot leže ća člana, kako je to pokazano na slici 4.10. Ovim se putem ostvaruje mehanizam u kojega su tri člana a, e i g, spojeni putem sprežnih članova p i q. Zna čajka  je ovakve strukturne tvorbe, da je u primjeru kada je član e nepomičan i cijeli mehanizam nepomi čan.

26

Slika 4. 10 Međutim, ako su na obim stranama istovrsni sprežni članovi, tada nastaje mehanizam s odre đenim gibanjem, koje je pokazano na slijede ćoj slici 4.11. U ovom   primjeru mora biti zadovoljen uvjet, da svi postojeći zglobovi leže u uglovima   paralelograma. Kao primjer složenog mehanizma je na slici 4.12 prikazan šesteročlani mehanizam blanjalice s odgovaraju ćom lančanom shemom i strukturnim ispisom.

Slika 4.11

27

Slika 4.12

4. 1. 3 STRUKTURNA SINTEZA SLOŽENIH MEHANIZAMA Simboličko je prikazivanje mehanizama zna čajno u sintezi mehanizama, jer nam omogućava utvr đivanje različitih struktura mehanizama, koje nam mogu zadovoljavati  postavljeni zadatak. Tako primjerice u namjeri da se pokaže sli čnost stvarnog mehanizma s njegovom shemom, razmotren je na slici 4.12 brzopotezni mehanizam blanjalice, uz što je naznačena i njegova lan čana shema i strukturni zapis. Kao korak dalje, pokazat ćemo nadalje sve strukturne oblike takvog mehanizma, uvjetuju ći da je pogonsko gibanje rotacija, a gibanje radnog člana da je translacijsko. Promotrimo prvo vezne članove! Zglobovi 1, 4 i 7 su zglobovi postolja, pa je prema tome jedan vezni član to postolje. Zglobovi 3, 4 i 5 leže na kulisi, pa je tako kulisa drugi sprežni član. Obadva su sprežna člana vezana zglobom 4. Zglobovi 1, 2, 3, 5, 6 i 7 zamjenjuju trozglobne lance, pa se strukturni ispis može napisati kao 2 T + J = J 1 2 3 + T 5 6 7 + J 4 = J 1r J r2 J 3t + J 5r J r6 J t7 + J r4  

28

Iz ovog je uzraza o čito o kakvom se mehanizmu radi u ovom primjeru prikazanom na slici 4. 13.

Slika 4.13  Nadalje je vidljivo i to, da će prema slici 4.14 trozglobni lanac T123 moći imati pet mogućih oblika.

Slika 4.14 Mogu ći oblici trozglobnog lanca Uz prikazane mogu ćnosti oblika trozglobnog lanca na slici su 4.14 napisani i sažeti zapisi strukture, u kojima su zna čenja D k  za dvozglob s kliznim članom sprezanja, a D v za dvozglob s valjnim članom sprezanja.

29

Ako sada sumiramo sve mogunosti iz slika 4.13 i 4.14 , onda vidimo da je za zglob J moguć samo jedan oblik, tada će ukupan broj mogu ćih kombinacija za tvorbu mehanizma biti 4

5 x 6 + 1 = 31 tj. 31 moguća strukturna oblika. Na ovaj je na čin pokazano na izabranom primjeru  blanjalice da je moguće vršiti tvorbu razli čitih sprega, uz napomenu da je broj kombinacija ipak ograničen.

5. SINTEZA RAVNINSKIH MEHANIZAMA 5.1 O P Ć E N I T O Razlikujemo slijedeće oblike sinteze mehanizama: - geometrijsku sintezu, - kinematičku sintezu i - dinamičku sintezu. Kod geometrijske sinteze prou čavamo položaje članova mehanizma, putanje nekih točaka ili dijelova tih putanja. Za primjer geometrijske sinteze razmotriti ćemo mehanizam  portalne dizalice, koje je shema prikazana na slici 5.1.

Slika 5.1 Shema mehanizma portalne dizalice

30

Ovaj se mehanizam portalne dizalice sastoji od četverozglobnog mehanizma ABCD. Zadatak je sinteze ovdje, da se utvrdi putanja to čke E u E 0 pri rotaciji člana CD, koja bi trebala biti približno pravocrtnom. U kinematičke analize mogu biti primjerice propisane brzine i ubrzanja nekih to čaka što posljedi čno može imati odre đene promjene u mehanizmu. U dinamičke sinteze mehanizma prou čavaju se sile koje ostvaruje mehanizam, ako se giba zadanim zakonima gibanja. Iz izloženog je vidljivo, da je nakon utvr đivanja načelne strukturne sheme mehanzima slijede ći korak u definiranju oblika i dimenzija članova mehanizma, koji trebaju udovoljavati gibanjima što će ih vršiti članovi mehanizma. Ovaj je posljednji oblik sinteze naziva još i metri čkom sintezom mehanizama, a možemo ga nazvati i pravim dizajnom konstrukcije koji uvažava napose sve mogu će oblike mjera sigurnosti. Sa stajališta metode rješavanja zadataka sinteze mehanizma oni se mogu podijeliti u dvije skupine metoda, i to: a) točne metode i  b) približne metode sinteze. Uz ovo treba ista ći, da i u jednoj i u drugoj metodi metodi postoje algebarske, algebarske, geometrijske i sintetičke metode rješavanja, u kojih se se primjena tzv. kinemati čke geometrije o čituje kroz rješavanje zadataka putem metoda algebarske analize i teorije funkcija.

5.2 ALGEBARSKE METODE PRIBLIŽNE SINTEZE 5.2.1 Metoda Čebiševa Da se pokaže složenost ove metode, ovdje je ona prikazana u svom sažetom obliku, ali s odgovaraju ćim matematičkim aparatom. Istodbno se na taj na čin želi prikazati, kolika  je potreba razina r azina poznavanja matematike u rješavanju ovakovih zadataka. Pretpostavimo da je zadana kontinuirana kontinuirana funkcija putanje putanje jedne to čke mehanizma y = F ( x ), te da u većini izvedbenih primjera može biti to čno ostvarena. Ozna čimo nadalje funkciju  putanje, koja se može izvesti mehanizmom s jednadžbom y = F M (x, r 1, .... r n ), gdje su (x, r 1, .... r n ) parametri kinemati čke sheme mehanizma ( tj. duljine članova, i druge veličine što ulaze u kinemati čku shemu). Zadatak koji sintezom treba izvršiti jest određivanje parametara ( r1 ,.... r n ) tako da odstupanje funkcije

31

 y = F M  ( x, r 1 ,....r n )

od funkcije gibanja y=F(x)  bude što je moguæe manje. U jednostavnim je primjerima sinteze mehanizama ta razlika definirana sa

∆ = FM ( x) − F( x). Ova se metoda zove metodom Čebiševa prema Čebiševu koji ju je prvi uveo u sintezu mehanizma. U matematičkom pogledu razlikujemo dva pristupa u sintezi mehanizama, èija razlika ovisi o tome da li je j e funkcija gibanja bila zadana eksplicitno ili implicitno, tj.: y=F(x) ili F (x,y ) = 0.

Kada se nadalje, govori o mogu ćim utjecajima na gornje jednadžbe tada treba prvo napomenuti, da se primjerice promjenom težina članova tvore mogu ćnosti znatnih izmjena oblika približnih funkcija. No o čito je, da tada ovo donekle spada ve ć i u dinamičku sintezu mehanizama. Zadatak se nadalje nadalje prou čava primjerice, da se izabrana to čka mehanizma npr. točka C, koja je prikazana na slici 5.2, treba gibati u nazna čenim granicama. Iza toga slijedi  pitanje mogu ćnosti sužavanja podruèja granica gibanja. Drugim riječima, proučava se analiti čka funkcija f ( x ) u nekom intervalu [ a − R, a + R] .  U neposrednoj blizini to čke x = a takva se funkcija može prikazati odreskom Taylorova reda. Me đutim, želimo li uzeti neki mali, ali fiksirani interval [ a − h, a + h] , tada treba odresku Taylorova reda pretpostaviti drugi polinom, koji se određuje uvjetom da granica njegova odstupanja odstupanja od f ( x ) u datoj širini bude manja manja od granice svih odstupanja drugih polinoma tog stupnja. Kod toga se granicom odstupanja funkcije ϕ ( x ) od funkcije f ( x ) u intervalu I smatra veli čina sup I

f ( x )−ϕ ( x ) .

32

Slika 5.2 Grafički prikaz približnog gibanja to čke mehanizma u zadanim granicama Zadatak se dalje sastoji u tome, da treba odrediti promjene, koje se trebaju provesti u  približnom izražavanju izražavanju funkcije f ( x ) datom njenom njenom razvijanju razvijanju u red po stupnjevima x a, ako treba u činiti najmanjim granicu greške me đu x = a - h i x = x + h, gdje je h neka neka mala veličina. Razvijeni red funkcije f ( x ) neka neka ima oblik 

f ( x ) = k 0 + k 1 ( x − a) +...... k n ( x − a) n + k n +1( x − a) n +1 +..... , u koji ćemo staviti da je

x − a = hz  pa ćemo imati

F( z) = k 0 + k1h z + k 2 h 2 z 2 +.....+ k n h n z n + k n +1h n +1z n+1 +.... Ovaj se red nadalje treba zamijeniti u intervalu

[−1, 1] slijedećim polinomom

( k 0 + p 0 ) + ( k1h + p1 )z+......+( k n h n + p n ) z n gdje se

p 0 , p1 , .... p n pojavljuju kao odgovaraju će popravke. Ako se nadalje stavi da je P( z) = p 0 + p1z+....+ p n z n ,

tada se zadatak svodi na odre đivanje tog polinoma iz uvjeta da bi bila minimalna vrijednost max −1≤ z≤1

k n +1h n +1z n +1 + k n + 2 h n+ 2 z n + 2 +......− P( z) .

33

U ovakvom obliku zadatak postaje nerješivim. Meðutim, Čebišev ga niti ne rješava, već postavlja zadatak o nalaženju polinoma P ( z ) s to čnošću do zadane veli čine h, čime se zadatak svodi na slijede ći red:

k n +1h n +1z n +1 + k n + 2 h n + 2 z n + 2 +...... koji se prekida u članu k N h N z N , pa se tako traži P ( z ) n-tog stupnja iz uvjeta da je max −1≤ z ≤+1

k N h N z N +.....+ k n +1h n +1zn +1 − P( z)

minimalne vrijednosti. Čebišev je rješio ovaj zadatak za N = n + 1 i u tom je primjeru utvrdio da je P( z) = k n +1h n +1 {z n +1 − Tn +1 ( z )}

gdje je

Tm ( z) =

1 2m −1

cos m arc cos z ( m = 1, 2....)

ili Tm

z + z 2 − 1) ( ( z) =

m

− (z − z 2 − 1) 2

m

m

,

koji ima naziv Čebiševljeva polinoma s najmanjim odstupanjem od ništice. Istim postupkom Čebišev rješava i zadatak ako je N = n + z, a Čebišev je pokazao i put rješavanja za bilo koji N, ako su

k n+1 = 0. Štoviše

5.2.2 PARAMETARSKA METODA Za razliku od prethodne metode sinteze zadatak može imati i slijede ći oblik: Zadana je krivulja

f ( x, y, α) = 0 , gdje je α parametar. Mijenja li se taj parametar, slijedi skup krivulja, kako je prikazano na slici 5.3.

34

 y  f(x, α  + ∆α  )

 f(x, α  )  x

Slika 5.3 Ako se dvije krivulje razlikuju u parametru za ∆α tada su one vrlo sli čne, pa su tada i koordinate to čaka presjeka skupa krivulja definirane jednadžbama + i

f ( x , y ,α ) = 0 f ( x, y, α + ∆α ) − f ( x, y, α ) ∆α

koje kada ∆α → 0 postaju jednadžbe tzv. karakteristi čne točke, koja odgovara izabranom značenju parametra

f ( x ,y ,α ) = 0 i

∂ f ( x , y ,α ) = 0. ∂α

Znači, ako je ∆α relativno malen, tada je krivulja kojoj se približava stvarana putanja   približno slična, što u zavisnosti od mogu će veličine odstupanja zadovoljava ili ne zadovoljava.

5.3 PRIMJERI SINTEZE ŠTAPNIH MEHANIZAMA 5.3.1 Analitičko opisivanje gibanja mehanizama Zavisnosti s = f ( t ), v = f ( t ) i a = f ( t ) u na čelu se mogu definirati za svaki mehanizam. Međutim, za veliku većinu mehanizama njihovo je analiti čko opisivanje relativno složeno. Analiti čko opisivanje mehanizama ima prednost u odnosu na grafi čke   postupke u tome što je točnije, jer su netočnosti grafičkih metoda često vezane s   pogreškama koje nastaju crtanjem. Kao najjednostavniji primjer analitičkog opisivanja gibanja mehanizma razmotriti ćemo tzv. motorni mehanizam kakav je prikazana na slici 5.4.

35

Slika 5.4. Shema motornog mehanizma Iz slike slijedi da je s = OB 0 - OK - KB

gdje su

s - pređeni put kliza ča OB 0 = r + l , OK = r cos ϕ , KB = l cosβ .  pa imamo da je

s = r + l − r cos ϕ − l cos β .

Odnos između kuteva ϕ i r sin ϕ = l sin β , odnosno

β može se izraziti preko zajedni čke stranice trokuta AK =

r  sin β = sin ϕ l

ili 2 r  ⎛  ⎞ cos β = 1 − ⎜ sin ϕ⎟ ⎝ l  ⎠

 pa ćemo uvrštenjem ovog izraza u prethodni imati

36 2⎤ ⎡ r  ⎛  ⎞ s = r (1 − cos ϕ) + l ⎢1 − 1 − ⎜ sin ϕ⎟ ⎥ ⎝ l  ⎠ ⎥ ⎢⎣ ⎦

Razvijemo li nadalje izraz pod korijenom u odgovaraju ći red biti će 1 2⎤ 2

2 ⎡ ⎛ r 1 ⎛ r 1 ⎛ r  ⎞ ⎞ ⎞ ⎢1 − ⎜⎝  sin ϕ ⎠⎟ ⎥ = 1 − ⎜⎝  sin ϕ ⎠⎟ − ⎜⎝  sin ϕ ⎠⎟ 4......, 2 l 8 l l ⎢⎣ ⎥⎦

Ako se radi brze konvergencije reda ograni čimo samo na prva dva člana i ako odnos r / l oznaèimo s λ onda jednadžba puta , koja ima značenje pređenog puta klizača glasi 1 ⎞ s = r ⎛  ⎜⎝ 1 − cos ϕ + λ sin 2 ϕ ⎠⎟ . 2

U jednolikom gibanju pogonskog člana ( ručice mehanizma ) s kutnom brzinom  brzina će klizača biti određena izrazom

v=

ω = ϕ / t,

ds 1 ⎞ = ωr ⎛  ⎜⎝ sin ωt + λ sin 2 ωt ⎠⎟ , dt 2

a ubrzanje klizača

a =

dv = ω 2 r ( cos ωt + λ cos 2ωt) . dt

Slično ćemo imati i u drugom primjeru, gdje se pokazuje opisivanje gibanja tzv. kulisnog mehanizma, koji se primjerice pojavljuje kao mehanizam u blanjalicama. Na slici 5.5 je  prikazana odgovarajuća shema jednog kulisnog mehanizma . Iz slike 5.5 je vidljivo da je dužina CB CB = s B

= e cos ϕ + r cos ψ  .

Ako je u niže prikazanom mehanizmu pogonski član AB, tada brzinu i ubrzanje kliza ča možemo izraèunati postupnim derviranjem gornje jednadžbe, pa je ds B dϕ dψ . v = = − e sin ϕ − r sin ψ dt dt dt Kako je iz geometrije slike 5.5 e sin ϕ = r sin ψ

ili

37

sin ψ =

to će uz

e sin ϕ , r 

e = λ , vremenska derivacija biti uz r  sin ψ = λ sin ϕ

 biti dψ dϕ cos ψ = λ cos ϕ dt dt

Slika 5.5 Shema mehanizma blanjalice Ako nadalje stavimo da je ω 3 = dϕ / dt kutna brzina kulise, te uvrstimo da je ψ = α − ϕ , tada jednadžba za brzinu nakon nekih transformacija poprima oblik  v B = − e ω3

sin α , cos( α − ϕ)

dok će ubrzanje imati izraz

⎡ sin α cos 2 ϕ  ⎞ ⎤ . 2 ⎛  cos α ⎟⎟ ⎥ a B = − e ⎢ε 3 + ω 3 ⎜⎜ +λ 3 cos ϕ( α − ϕ ) ⎠ ⎥⎦ ⎝ cos( α − ϕ ) ⎢⎣ cos( α − ϕ)

38

Usporedimo li prvi primjer s drugim, opažamo da je izra čunavanje u drugom  primjeru složenije.

6. DINAMIKA ŠTAPNIH MEHANIZAMA 6.1. UVOD Temeljni je zadatak dinamike mehanizama prou čavanje vanjskih i unutarnjih sila što se pojavljuju u mehanizmima za vrijeme njihova rada. Istodobno je predmetom dinamike mehanizama i proučavanje mehaničkog rada tih sila što se pojavljuju u njihovim funkcionalnostima. Već prije, u kinematici i dinamici smo ustanovili temeljne zadatke dinamike, pa ćemo ih ovdje primjeniti na isti na čin. Naime, zadatke smo dinamike podijelili u dvije skupine, i to : i

1. Zadan je zakon gibanja, a treba odrediti uzro čne sile 2. Zadane su vanjske sile, a potrebno je odrediti gibanje.

Obadva zadatka uzimaju u obzir postojanje inercijskih sila. Me đutim ako se   promatraju neki sporohodni strojevi ili pak  članovi nekih mehanizama koji se gibaju   jednoliko, tada se sile tromosti mogu neuvažiti. Takav najjednostavniji način proučavanja sila možemo smatrati stati čkim. U statici mehanizama obi čno proučavamo uvjete ravnoteže vanjskih i reaktivnih sila, koji za ravnotežu ispunjavaju uvjete v

r

R = 0 i M = 0. Zadaci se statike mehanizama mogu podijeliti u tri razreda: sila;

1. Utvr đivanje ravnotežnog stanja mehanizma, kada na njega djeluje zadan skup 2. Određivanje uravnotežavajuæe sile (ili sprega sila) koja u zadanih hvatišta ili  pravaca djelovanja uravnotežava zadanu skupinu sila. 3. Određivanje sila što djeluju na svaki član mehanizma kao i u svakom zglobu mehanizma. Kod svih se zadataka statike mehanizma, problem se može svesti i na podjelu prema značajkama tijela, tj. na statiku krutih i statiku čvrstih tijela.

Ukoliko prouavamo nutarnje sile, deformacije ili naprezanja članova mehanizma, tada smatramo da su lanovi od realnog čvrstog materijala.

39

U primjerima prelaska mehanizma iz stanja mirovanja u gibanje ili pak u prelasku iz   jednolikog u ubrzano gibanje, tada se pojavljuju sile tromosti, pa onda u tim primjerima nam više ne vrijede stati čke jednadžbe. Primjenom tzv. D'Alembertova na čela, tj. dodavanjem inercijskih sila i spregova vanjskim silama što djeluju na mehanizam, svodi se zadatak dinamike ponovno na op ći zadatak statike. Ovakav se pristup prou čavanja mehanizama naziva kinetostatikom. 6.2 Podjela sila što djeluju u mehanizmima U radnom procesu strojeva i mehanizama na članove mehanizma djeluju zadane vanjske sile, kao što su primjerice: 1. Pogonske sile; 2. Sile tehnološkog otpora; 3. Težine članova mehanizma; 4. Sile mehanièkog otpora i 5. Sile tromosti.  Nepoznate su sile reakcije veza što djeluju na elemente kinematièkih parova. Pogonska sila F je ona sila koja proizvodi pozitivan rad, i uzimamo je kao pojam općenito. To znaèi, da se istodobno misli i na silu ili pak na spreg ili moment sila. Primjerice u motora s unutarnjim izgaranjem, pogonska je sila rezultat djelovanja  plinske smjese na klip motora, dok je to u elektromotora moment što djeluje na rotor nastao kao posljedica rotacijskog magnetskog polja. Sila tehnološkog otpora FQ je sila što djeluje na radni član mehanizma, koji je istodobno i razlogom radi kojega se mehanizam i proizvodi. Primjerice u preše je to sila  prešanja na klip preše. Rad sile tehnološkog otpora se uzima kao negativan. Sile vlastite težine članova mehanizma se obi čno uzimaju da djeluju u središtima masa svakog člana. U mnogim primjerima, a posebno u brzohodnih mehanizama vlastite se težine članova ne mogu zanemariti. Radovi sila vlastitih težina za zatvoren ciklus rada mehanizma jest jednak ništici, jer se težišta gibaju po zatvorenim krivuljama, a smjer se sile ne mijenja. Ovdje treba napomenuti, da ove sile bez obzira na njihovu zatvorenost, uzrokuju odgovarajuæe sile trenja koje se ne mogu zanemariti a stvaraju negativan rad. Sile mehaničkog otpora se susreću veæinom u obliku sila otpora pri relativnom gibanja elemenata kinemati čkih parova. To su već spomenuto trenje, zatim aerodinami čki otpori, krutost elasti čnih članova. Ove sile u pravilu vrše negativan rad. Sile se tromosti pojavljuju pri nejednolikom gibanju članova, a mogu se izra čunavati iz poznavanja raspodjela masa i položaja središta masa ostalih èlanova.

40

6.3 Određivanje sila tromosti Ako član mehanizma izvodi neko gibanje, onda se u primjerima promjena brzina  pojavljuju sile tromosti. Redukcijom sila na središte masa imamo u op ćem slučaju da su te sile i spreg Ftr = m aS i M tr = J S ε . Skladno s D'Alemebertovim na čelom sile su tromosti Ftr i moment tromosti M tr suprotnog smjera ubrzanju težišta aS i kutnom ubrzanju ε . Znači za izračunavanje je inercijskih sila i momenata potrebno poznavanje ubrzanje središta masa kao i kutno ubrzanja, te masu m i njezinu raspodjelu koja se odre đuje putem dinamikih momenta tromosti J. 6.4 Dinamičke značajke pri rotaciji tijela oko nepomi čne osi Za određivanje je dinamičkih znaèajki koje se pojavljuju u vrijeme rotacije nekog općeg tijela oko nepomi čne osi razmotriti ćemo primjer pokazan na slici 6.1. Na toj je slici nacrtano tijelo op ćeg oblika što je učvršćeno u točki O za nepomi čnu podlogu. Ako na tijelo djeluje kutna brzina ω i kutno ubrzanje ε , onda će uvjet ravnoteže biti slijede ći:

Slika 6.1 M 0 − ∫ (ε r dm ) r =  0

odnosno

m

M 0 − ε ∫ r 2 dm = 0. m

Gornji integral jest dinami čki moment tromosti s obzirom na to čku O, pa se može pisati da  je M 0 = J0 ε ,

 

41

a to je tzv. dinami čka jednadžba za gibanje tijele u primjeru rotacije tijela oko nepomi čne osi što je okomita na ravninu crteža a probodište joj je u to čki O. Iz gornje je jednadžbe očito, da će potrebni moment vanjskih sila biti ve ći ukoliko su mase ili ubrzanje ve ći. Ova jednadžba vrijedi potpuno analogno, kao što je to i u translaciji (II Newtonov zakon) tijela koje se giba pravocrtno, samo što se ova odnosi na rotaciju. Slijedi da : 1.Poznavajući funkciju M = M ( t ) možemo odrediti funkciju ϕ = ϕ ( t) , tj. zakon gibanja i kutnu brzinu ili 2. Poznavajući zakon gibanja ϕ = ϕ( t) moguće je odrediti vanjski moment M. U općem primjeru, ako tijelo rotira oko nepomi čne osi koja se ne nalazi u središtu masa, tada ćemo imati stanje prikazano na slici 6.2.

Slika 6.2  Neka je sila tromosti u točki S jednaka F tr  . Pomaknemo li tu silu paralelno samoj sebi u točku K i tamo je istodobno odmah i odbijemo, tada će u točki K djelovati ista takva sila F tr  i odgovarajući spreg sila (Ftr  - Ftr  ) odnosno M 'tr . Ubrzanje je središta masa a S sastavljeno od normalne i tangencijalne sastavnice ubrzanja, tj. od a Sn i a St . Iz slike slijedi da će udaljenost h tr  =

M tr  , Ftr 

a osim toga će biti i h tr  = k  cos α ,

42

 pa je a St a cos α M tr = J S ε = J S = J S S . r S r S

Imajući u vidu da je JS = m i 2

gdje je i polumjer tromosti, kao i to da je

Ftr = m a S imamo da je

k cos α =

a S cos α J aS r mS S

i odavde JS i2 k  = = . m r S r s

Ovaj posljednji izraz nam ukazuje na to, da je to čka K hvatište reducirane sile F reduciranom dužinom l red = rS + k , odnosno l red

tr 

s

i2 = r S + . r S

S druge pak strane a iz kinematike znamo, da je vrijeme kružne frekvencije određeno kao

T = 2π

J . m g r S

Ovdje je J moment tromosti tijela u odnosu na os rotacije, koji se odre đuje primjenom  pravila o paralelnom pomaku osi ( Steinerova pravila) a iznosi J = J S + m r S2 . Uvrštavanjem prethodnih izraza imamo

43

ρ 2 + r S2 1 ⎛  i2 ⎞ T = 2π = 2π ⎜ r S + ⎟ = 2π g rS g ⎝  rS ⎠

l red

g

.

Prema gornjem zamjena se sile tromosti i odgovaraju ćeg momenta vrši zamjenom s glavnom silom tromosti na slijede ći način: Ako tijelo rotira oko nepomi čne točke, koja se ne nalazi u središtu masa, te ako se smatra da je ukupna masa tijela skoncentrirana u središtu masa, tada nekom od metoda određujemo ubrzanje masišta, i u suprotnom smislu djelovanja odre đujemo silu Ftr1 , kao i moment M što će djelovati u suprotnom smislu od kutnog ubrzanja ε . Dodamo li nadalje sile Ftr1 i - Ftr1, koje su paralelne sa silom Ftr1 a na udaljenosti htr  koja je tako odabrana da spreg sila Ftr1 i - Ftr1 bude toliki da uravnoteži vanjski moment M. Ovakvim smo na činom zamjenili silu tromosti i moment samo s jednom silom. S obzirom da nam za dalje potrebe treba poznavanje gornjeg postupka, ali  proširenog na tijelo koje pored rotacije vrši još i ravninsku translaciju, tada se zadatak nešto mijenja. U tu ćemo svrhu prepostaviti da tijelo rotira oko to čke A a istodobno to čka A translatira po prikazanoj putanji.

Slika 6.3

44

Smatramo, da su nam poznata ubrzanja od translacije ( sve toèke tijela imaju ista translacijska ubrzanja), kao da nam je poznato i relativno ubrzanje to čke S u odnosu na točku A. Tada vrijedi r

r

r

aS = a A + aSA  pa će sila tromosti tada biti r

r

FS1 = m ( a A + a SA ) = m a S . Što se tiče određivanja položaja glavne sile tromosti tu se primjenjuje isti postupak  kako je prikazan u primjeru rotacije oko nepomi čne osi. U točki S povlačimo paralelu s   pravcem ubrzanja a A , a kroz točku K povlačimo paralelu s pravcem ubrzanja aSA . U  presjecištu ta dva pravca povući ćemo pravac paralelan s ubrzanjem aS Suprotnog smjera tako utvr đenog ubrzanja povalačimo silu FS . Udaljenost k odre đujemo iz izraza J i2 k  = = S . AS m AS

6.5 Kinetostatika mehanizama U jednu od glavnih zada ća dinamike mehanizma spada prou čavanje sila što djeluju na kinematičke parove mehanizama, jer je poznavanje tih sila potreno radi prora čunavanja čvrstoće, analize karaktera sila, trenja u ležajevima, uravnotežavanja itd. U sporohodnih je mehanizama mogu će zanemariti sile tromosti, pa se prora čun može obaviti na stati čki način. Međutim, u brzohodnih mehanizama i strojeva djelovanje sila tromosti to djelovanje sila tromosti može biti veoma zna čajno, npr. čak i nekoliko stotina puta mogu biti ve će sile tromosti od vlastite težine promatranog člana mehanizma,  pa ih u takvom primjeru ne možemo zanemariti. Ako dodamo svakom članu mehanizma na vanjske sile što djeluju na njega, još i sile tromosti, onda je u skladu s D'Alembertovim na čelom, moguće promatrati i cijeli mehanizam i njegove članove zasebno kao stati čki zadatak. Na taj na čin nepoznate sile možemo odrediti metodama statike. Utvr đivanje se sila na ovaj na čin naziva kinetostatikom mehanizama. Ovdje se pod pojmom uravnotežavajuæih sila uobi čajeno podrazumijevaju one uravnotežavaju će sile, koje zajedno s vanjskim silama zadovoljavaju uvjete ravnoteže u

45

  jednolikom gibanju pogonskog člana. Broj uravnotežavajuæih sila, koje se mogu dodati mehanizmu jednak je broju početnih članova mehanizma. Za zadani četverozglobni mehanizam, što je prikazan na slici 6.4, uz zadanu brzinu i ubrzanje člana OA, treba odrediti veli čine i mjesta sila tromosti!

Slika 6.4 Kao prvi korak se određuju brzine i ubrzanja to čaka A i B mehanizma, a potom   brzine i ubrzanja masišta članova S1, S 2 i S3 . Ovo je učinjeno grafičkim putem kako je  prikazano na slici 6.5. Za zadani su mehanizam zadani slijede ći podaci: l

- raspon između nepomičnih oslonaca mehanizma;

α - kut što ga zatvara pogonski član s horizontalom;

OA, O1B i AB - dužine štapova mehanizma; m1 , m 2 i m 3 - mase štapova mehanizma; ω , ε - kutna brzina i ubrzanje pogonskog člana Iz prikazanog su plana brzina i ubrzanja odre đena i ubrzanja masišta sva tri štapa. Pored toga su određena i relativna kuta ubrzanja, kako slijedi

a tBA ε2 = BA

a tB . i ε3 = O 1B

46

Slika 6.5 Odgovaraju će sile i spregovi sila su

FS1 = m1 aS1 ,

M1 = J1ε1 ,

FS2 = m 2 aS2 ,

M 2 = J 2ε 2 ,

FS3 = m 3 aS3 ,

M 3 = J 3ε 3 .

Sada se ove veličine mogu ucrtati u nacrt položaja mehanizma, a onda se za svaki štap zasebno postave odgovarajuće statičke jednadžbe. Na slici su 6.6 prikazane ucrtane sile i spregovi tromosti.

47

Slika 6.6 Kao nastavak ovakove analize, mogu će je još uključiti i trenje koje se može javljati u zglobovima a kao posljedica pogonskih i dinami čkih opterećenja. Ovakav se postupak  sastoji u utvr đivanju reakcija u zglobovima ne uzimaju ći u obzir prvi tren trenje. Nakon toga se određuje trenje na taj na čin da se računa sa

M ti = µ 0 r0 FRi i FTi = µ FN . Smjerovi i smisao utvr đenih veličina su pri tome suprotni od utvr đenog smisla gibanja. Praksa je međutim pokazala, da je za neke položaje mehanizama utjecaj sila trenja može biti velik i za male koeficijente trenja. Pa tako, ako se za takve položaje izra čunaju odgovarajuća ubrzanja i sile tromosti a da se pri tome zamenari trenje, mogu rezultati biti  potpuno pogrešni, premašavajući stvarne vrijednosi i preko 50%. Ovo se posebno javlja u onih mehanizama koji nemaju stacionarno cikli čko gibanje, ka što je to primjer s robotima. Za ovakove primjere prora čunavanja mehanizama postoje dvije metode, i to: - metoda reduciranih koeficijenata i - metoda određivanja jednadžbe gibanja mehanizma. a) Metoda reduciranih koeficijenata Ova je metoda utemeljena na utvr đivanju koeficijenata koji se mogu utvrditi za članove mehanizma. Ako cijeli mehanizam promatramo kao jedan mehani čki sustav, tada će kineti čka energija mehanizma biti:

48

1n 1n E kin = ∑ m i v i2 + ∑ J i ω i2 . 2 i=1 2 i=1 gdje su

m i - masa pojedinog člana mehanizma, J i - moment tromosti s obzirom na masište, v i - brzina masišta i-tog člana, ω i - kutna brzina i-tog člana.

Izabere li se jedna to čka mehanizma na koju će se izvršiti redukcija, tada je v brzina te točke. Nadalje, neka je brzina v ir  relativna brzina dviju odabranih to čaka i-tog člana mehanizma, tada su redukcijski koeficijenti definirani kao

ξi =

vi v

i

ζi =

l iω i

v

=

v ir . v

 

Tada će kinetička energija mehanizma biti

E kin

v2 = 2

n J ⎡n 2 i 2⎤ m ξ + ζ ⎥ ∑ ∑ i i ⎢ i =1 l i ⎣ i =1 ⎦

a izraz u uglatoj zagradi ćemo nazvati reduciranom masom mehanizma. Crtanjem planova  brzina i ubrzanja, za izabrane kuteve α i pogonskog člana mehanizma mogu se odrediti redukcijski faktori kao funkcije kuta α . Pomoću ovih veličina se može primjenom izraza za kinetičku energiju utvrditi i funkcija m red = m ( α ) .

Moguće je pokazati da je tangencijalna komponenta sile u to čki redukcije 1 dm red v 2 dv Ft = +m 2 dα 2 dt

ili Ft =

1 dm re an + m at , 2 dα

gdje su a n i a t komponente ubrzanja točke redukcije. U gornjem izrazu veli čine dm/dα određujemo grafičkim ili numeričkim deviranjem funkcije m red = m ( α) . Na slici su 6.7 prikazani izgledi funkcionalnih raspodjela redukcijskih koeficijenata nekog proizvoljnog

49

mehanizma u zavisnosti od kuta α . kao i zavisnost promjena reducirane mase s obzirom na neku izabranu toèku. Na slici je tako đer prikazana i zavisnost dm / dα .

Slika 6.7

Slika 6. 7

50

 b) Metoda utvr đivanja jednadžbi ravnoteže Ako mehanizam što je prikazan na slici 6.4 rastavimo na sastavne mu članove, tada imamo stanje djelovanja sila kako je prikazano na slici 6.8.

Slika 6.8. Točku A i u ovom primjeru smatramo redukcijskom to čkom. Za svaki se prikazani član može postaviti po tri jednadžbe ravnoteže, dakle njih devet. Svi promjenljivi parametri, koji ovise o položaju mehanizma (kutevi i dužine) odre đuju se crtanjem redoslijednih položaja mehanizma, te odre đivanjem odgovarajuæih brzina i ubrzanja. U po četku gibanja sve su normalne sastavnice ubrzanja jednake ništicama, jer je i brzina u tom trenutku ništica. Rješavanjem sustava od 9 jednadžbi, utvr đujemo tangencijalno ubrzanje toèke A, koje se obično razlikuje od vrijednosti ako se zanemari trenje. Utvr đivanjem granica zahtijevane to čnosti, postupak se ra čunanja ponavlja do trenutka kada se vrijednosti približe zahtijevanoj točnosti

ZAKLJUČAK  Znači, da je trajnost strojeva zavisna o trošenju njegovih elemenata. Normalna je reakcija na ovo upravo u povećanju tvrdoće i čvrstoće protiv habanja i to kroz izbor  odgovarajućeg materijala u tarnim parovima, a potom i u smanjenju specifi čnog tlaka na

51

takvim površinama, poboljšanjem površinske obrade i napokon u osiguranju ispravnog   podmazivanja. Uz ovo, ako to dizajn omogućuje, da se ostvari pretvorba nižih u više kinemati čke parove. Pouzdanost se stroja može teško formulirati kao jedinstven kriterij, jer ima previše činitelja koji utje ču na nju. Međutim, ipak treba istaknuti da pouzdanost u prvom redu zavisi o čvrstoći i krutosti oblika promatranog dijela. Pove ćanje je čvrstoće obično praćeno i s  povećanjem težine. A krutost se može pove ćavati ispravnim odre đivanjem oblika opterećenja iz čega proistječe i oblikovanje postolja itd. Navedeni je posao to čno ono što čini dizajner. Ovo sve što re čeno, rečeno je radi toga što postoji uvjerenje, da su pojmovi dizajner  a pogotovo industrijski dizajner, veoma često neshvaćeni. Ponjaviše je to radi toga, što su mnoga tumačenja kako pozvanih tako i nepozvanih tuma ča, različita a često (da se baš ne kaže, gotovo uvijek) i potpuno pogrešna. Pitanje o tome, da li je jasno što se pod pojmovima dizajner ili industrijski dizajner   podrazumijeva još uvijek ostaje ? Da li znamo što dizajn obuhva ća? Da li je to neka nova ili stara struka? Što uopće znači riječ: dizajn?

52

7. KONSTRUIRANJE i PROJEKTIRANJE ŠTO ZNAČI RIJEČ - DIZAJN? Kao prvo pogledajmo etiologiju te rije či, tražeći odmah i njen smisao. Evo kako je to u riječnicima u nas, Francuza, Anglosaksonaca i Rusa:

dizajn, (engl. - design); dizajner, crta č, pronalazač, umjetnik koji se bavi oblikovanjem motiva za industrijske proizvode (npr. desene i šare u tekstilnoj industriji); )Klaić, 1962. dessin v. desen (franc.) desen, ena, (franc.-dessin) crtež, šara, uzorak, “mustra”; design (di’zain) . plan, skica; namjera; uzor, mustra; r đava namjera, smišljeno.v. crtati, planirati, namjeravati, namijeniti, kaniti, odrediti; designer s. crta č, koji pravi nacrte, spletkar (Gruić- Engl.- SH). U ruskom prijevodu Jonesove knjige (14) o dizajnu, prevoditelj je naveo da rije č “design” ima u engleskom jeziku širok spektar zna čenja , od zamisli, plana, cilja ili namjere (čak i r đave namjere) do projekta, crteža, skice, konstrukcije, a tako đer i slike i uzora u kompoziciji; Evo što o tome nalazimo u Oxford Advanced Learner’s dictionary (1993):

de-sign /di’zain/ n 1(a) /C/ - (for sth) drawing or outline from which sth may be made:designs for a dress, a garden, an aircraft. (b) /U/ art of making such drawings, etc: study textile design o industrial design. 2 /U/ general arrangemant or planning (of a   building, book, machine, picture, etc): The building sets 2000 people, but it is of poor  design. o A machine of faulty design will not sell well. 3 /C/ arrangement of lines, shapes or  figures as decoration on a carpet, vase, etc; pattern: a bowl with a flower design. 4 /U,C/  purpose, intention: We don’t know if it was by accident or by design, ie deliberately. o His evil designs were frustrated. 5(idm) have designs on sb/sth intend to harm sb/sth for  oneself: She has designs on his money. o He has designs on her, eg waants to seduce her. design v 1(a) /I, Tn, Dn-n, Dn-pr/ - sth (for sb/sth) decide how sth will look, work, etc esp by making plans, drawings or models of it: Do the Italians really design better than we do? o design a car, a dress, a tool, an office. o They’ve designed us a superb studio.We design kitchens for a today’s cooks. (b) /Tn, Tn-pr / thinf of and plan ( a system, procedure, etc); devise: Can anyone design a better timetable? o We shall have to design a new curriculum for the third year. 2(idm) be designed for sb/sth; be designed as sth be designed to do sth be made or planned for a particular purpose or use: The glowes were designed for  extremely cold climates. o This course is designed as an introduction to the subject. o The route was designed to relieve traffic congestion.

53

Da bi se i dalje naglasile razlike navode se neke formulacije vezane uz pojam dizajna što su nađene u literaturi a odnose se na proces projektiranja: “........ nekih komponenata fizičke strukture.” (Alexander, 14); “....

usmjerena djelatnost za rješavanje zadatka.”;

“........ donošenje rješenja u uvjetima  primjeru greške. (Azimov ,14 )

neopredjeljenosti s teškim posljedicama u

“........modeliranje pretpostavljenih djelovanja do njihovih ostvarenja, ponavljano toliko puta, sve dok se ne stvori uvjerenje o kona čnom rezultatu.” (14); “Ostvarivanje veoma složenog akta intuicije......” (Jones 14); Iz gornjeg se vidi da je zna čenje riječi dizajn vezano uz mnoštvo pojmova i na čina njezine primjene. O čito je, radi toga da se za ispravno razumijevanje rije či dizajn, koje mnogi misle da je jedino vezano uz oblikovanje, treba razumjeti i brojna druga zna čenja. Istodobno treba poznavati i zna čenja riječi na koje se to može odnositi. U sličnoj se situaciji nalazimo kada pokušavamo provjeriti razumijevanje nekih drugih riječi, koje su na nekakav način vezene uz dizajan. Tako primjerice na postavljeno  pitanje : “Što je po vašem mišljenju stroj ili strojarstvo?” Pismeni odgovori na gornje pitanje, se je nalazilo u okviru nekih definicija, kao npr.: “Stroj je sistem ljudskog ovladavanja prirodom.” ili “Stroj je skup mehani čkih elemenata s kojim se vrši pretvorba energije u rad.” “Strojarstvo je znanstvena disciplina koja obuhva ća  područ ja vezana uz proizvodnju putem strojeva.” itd.itd.   Niti jedan od onih koji su odgovarali (a bili su strojarski inženjeri) nije bio zadovoljan sa svojim odgovorom, opravdavaju ći se da oni nikada nisu u čili nešto o strojarstvu na taj način. Iza toga ispitanici bili upitani , da li razlikuju konstruiranje od projektiranja? I odgovori na ovo pitanje su bili dosta šturi pa čak i proturječni.

ŠTO JE TO KONSTRUIRANJE, A ŠTO PROJEKTIRANJE ? U svakodnevnom govoru se često ne prave razlike izme đu ova dva pojma, i čini se dovoljnim da se zna da su oba pojma vezana uz zanimanje arhitekata i inženjera kada oni izrađuju crteže i nacrte za svoje klijente sa ciljem neke gradnje ili proizvodnje. I zaista, kada želimo na primjer sagraditi jedan klima ure đaj u nekom prostoru, onda

54

kažemo da to projektiramo, a nacrti, prora čuni i kojekvi drugi papiri uvezani u jednu zajedničku knjigu nizavaju se projektom. Ovaj se postupak, zavisno od razine razrade, može  podijeliti u tri oblika, pa tako imamo tri razli čita i po značenju i po opsegu projekta.To su: idejni projekt (ili kako se često kaže, idejno rješenje), te glavni i napokon izvedbeni projekt. Treba naglasiti, da su glavni i izvedbeni projekti za ove vrste konstrukcija jedan te isti  projekt. Što sadrži npr. glavni projekt jednog klima ure đaja? Prije svega neke formalne zakonom odre đene stranice o pravima i odgovornostima za projektiranje, uz koje se mora nalaziti i “projektni zadatak”. U spomenutom “projektnom zadatku” treba potanko pisati što sve treba obuhvatiti projekt, te za kakve uvjete klimatiziranja treba prora čunati cijeli ure đaj. Nadalje slijedi, tzv. “tehni čki opis uređaja” koji opisuje izgled i rad cjelokupne instalacije. Iza toga, obi čno slijedi “proračun gubitaka i dotoka topline, zavisno od grani čnih godišnjih doba za područ  je gdje se taj uređaj treba nalaziti.Iza toga slijedi prora čun tzv. mreže cjevovda (kanala), otpora te prora čuni klima komore i slično. Tekst projekta obično završava popisom potrebnog materijala i opreme, uključivo i opis radova koje treba u činiti kao i prijevoz robe. U ovom se popisu obi čno ( ili   barem u jednom primjerku od njih pet ili šest) upisuju i cijene koštanja svake pojedine “pozicije” popisa, pa se taj dio radi toga naziva “troškovnikom”. Na kraju uz ovo još idu i nacrti, koji su u primjeru glavnog projekta klimatizacije obi čno arhitektonski nacrti zgrade (karakteristi čni presjeci i tlocrti), ogoljeni od detalja, i u mjerilu 1:50 u koje se nešto debljim crtama ucrtavaju elementi klima ure đaja (klima komora, cjevovodi, izlazni otvori itd.). U nacrtima su posebno ozna čene i veze između klima uređaja s ostalim ure đajima, kao što su  primjerice izvori energije, vode i električne struje. U nacrtima se katkada nalaze i potrebni detlji klima komora ili razvodnih kanala, kao i mogu ća shema regulacije uređaja. Iz gornjeg je očito, da je izrada ovakovih projekata rutinska inženjersko   projektantska aktivnost, u kojoj je vrlo strogo (standardima) definiran proces mišljenja a  potom i rada, s rekao bih malim mogunostima vlastite kreativnosti projektanta. Što se ti če opreme, koju projektnat mora temeljito poznavati, ali obi čno samo u smislu korištenja tu su različiti grijači, dogrijači, ventilatori, kompresori, izlazne rešetke anemostati itd. Projektant takve podatke nalazi u razli čitim prospektima proizvo đača takve opreme. Drugim rije čima,   projektant slaže svoj uređaj od pretežno već gotove opreme, varirajući njihove dimenzije zavisno od proračuna uređaja. Nešto što gotovo uvijek podliježe volji projektanta jesu limeni kanali za zrak, koje on oblikuje na taj na čin da iskoristi na najumjereniji na čin  prostor kuda oni trebaju proći. Zanimljivo je napomenuti, da je ovaj jedini kreativni posao često i razlogom nesuglasica s arhitektima, koji uvijek žele što manje kanale, a brzina strujanja obično teži ka ve ćim kanalima. Ako pogledamo u riječnik stranih rije či (Klaić), vidjeti ćemo da riječ projektirati znači i sačinjavanju plana ili nacrta, zatim se odnosi i na zasnivanje, planiranje smišljanje ili zamišljanje. I zaista navedeno se zna čenje dosta podudara s poslom koji je gore opisan kao projektiranje. Osvrnimo se još s par kriti čkih misli vezanih uz pojam “projektni zadatak”. Iz vlastitog iskustva (preko 60 projekata) niti jedanput nisam od naru čitelja dobio “projektni zadatak”, već sam ga kod potpunjavanja dokumentacije morao izraditi sam. Na ovakav način zadatak je poprimio formalno zna čenje, da bi se udovoljio Zakon, jer se isho đenje građevinskih dozvola i slično on mora nalaziti u dokumentaciji.

55

Zašto naručitelj ne izdaje “projektni zadatak”? Odgovor je, da on to obi čno ne zna, a ako ga želi imati mora nekome to platiti. Stvar  se završi na tome, da projektant to sam napiše i za to mu se posebno ne pla ća.  Na ovome se ruši dignitet svakog takvog projekta. Konstruiranje je jedan sasvim druga čiji posao, premda ima mnogo zajedni čkog s  projektiranjem.

Konstruirati, struiram lat. (construare - sagraditi, sazdati, stvoriti) sastaviti, složiti, izumiti, urediti, projektirati, izmisliti, izra đivati plan nečega, praviti mehanizme, strojeve, građevine s izrađivanjem njihovih projekata i prora čuna. Poznato nam je da se navedeni smisao potpuno podudara s onim što se i smatra tim  pojmom. Usporedimo li sada rije či projektiranje i konstruiranje i napokon i rije č dizajn, očito   je da se u mnogome ovi izrazi isprepliću, i niti jednom od njih ne treba davati bilo kakvu   prednost, premda u različitim prilikama svaka od tih rije či može imati svoje posebno i različito značenje. Gregori ( 14 ) , daje riječima “tehničko konstruiranje” slijede ći smisao: “Tehničko je konstruiranje ostvarivanje znanstvenih na čela, tehničkih informacija i stručnih spoznaja potrebnih za odre đivanje mehaničke strukture stroja ili sistema, namijenjenog ispunjavanju prethodno zadanih funkcija s najboljom ekonomi čnošću i djelotvornoš ću. Riznik (14) pak smatra, da je konstruiranje “Kreativna djelatnost, koja oživljava nešto novo i korisno, čega prethodno nije bilo.” Razlika je izme đu gornjih ( a i brojnih drugih koje nisu navedene) definicija o čita, iz čega se može zaklju čiti da postoji mnoštvo razli čitih procesa konstruiranja ili  projektiranja. Da bi se uočila međudjelovanja između procesa konstruiranja ili projektiranja zanimljivo je to prikazati grafi čkim putem. Na shemi u slici 1 su prikazani svi op ći utjecaji, koji međusobnim djelovanjem sadrže kao posljedicu, što na gore izre čene misli o  projektiranju ili konstruiranju mogu utjecati.

56

Zgrade

Proizvodi Prodajno tržište Utemeljenja

Procesi Gradovi

Sredstva Proizvodnje

Postavljanje načela promjena u umjetnom okolišu

Zakonodavstvo

Promet

Razonoda

Odmor

životne usluge

Javno mijenje

Sistem veza

Slika 7. 1. Iz gornjeg slijedi, da je projektiranje i konstruiranje preraslo umije će risanja, i to radi toga što su proizvo đači sada u situaciji da grade svoju djelatnost na sasvim drugoj osnovi, koja proistječe iz središnjeg pitanja strojarstva (važi i za ostale djelatnosti) a posebno za tako zvani

SISTEM

LJUDI - STROJEVA – OKOLIŠA (4).

Sasvim je jasno da nisu navedeni svi mogu ći utjecaji, jer ih može biti i zna čajno više. Konzervativizam koji u nama postoji, pogotovo ako treba po četi mijenjati pristupe i u radu i u visokoškolskom obrazovanju glede razvitka, sigurno da je zna čajna kočnica, u  prihvaćanju drugačijih pristupa. Kao najilustrativniji primjer jeste pitanje: “Da li trebaju danas ostati u nastavnom planu tehni čkih fakulteta predmeti, kao što su tehni čko crtanje, nacrtna geometrija ili pak elementi strojeva?” Odgovori se, nas koji smo konzervativni, neargumentirano svode na neke pojmove prostornog zora i nužnosti poznavanja elemenata. Da li inženjeri zanaju prostoru čno crtati?

ŠTO TO ZNAČI INDUSTRIJSKI DIZAJN ? Da bi razumjeli ovu rije č, prije svega treba znati što u dosadašnjoj praksi ima slogan »industrijski dizajn» i što sve obuhva ća.

57

Industrijski dizajn, ili kako se tako đer može reći “industrijska umjetnost” jest skup djelatnosti, koja se može podijeliti u slijede će skupine: (1) Industrijski dizajn i (2) Komercijalna umjetnost.

INDUSTRIJSKI DIZAJN Industrijski dizajn uklju čuje u sebi industrijske proizvode, i to kako se kaže od igle do slona. Ovdje se misli na brodove, zrakoplove, automobile, ali isto tko i roba široke potrošnje kao što su stolne lampe, automatski strojevi, vage, roboti ili igra čke. Radi svoje raznolikosti industrijski se dizajn može nadalje podijeliti u mnoštvo podskupina, pa ih  je tako moguće podijeliti u slijede će podskupine: (a) Dizajn kojega produkti imaju funkciju proizvedenog proizvoda, kao npr. radio ili televizor, kuhinjske potrepštine ili četkica za zube. (b) Proizvodi, koji imaju gotov oblik sa stati čkom ili dinamičkom funkcijom, kao npr. motorno vozilo, usisavač, pisaći stroj ili ra čunalo. (c) Proizvodi u kojih je primaran vanjski izgled i koji tako mogu biti okarakterizirani kao industrijski dekorativni predmeti, kao što su npr.stakleni kuhinjski predmeti (zdjele i sl.), tekstil ili zidne tapete TABLICA 1

(1) INDUSTRIJSKI DIZAJN

UKRASNI PREDMETI

Općenito

Tepisi Pokrivači Stakleno posuđe (tanjuri, zdjele itd.) Zavjese Tekstil za namještaj Linoleum Vaze Zidne tapete Rasvjetna tijela

Kupaonski namještaj Upaljači Vješalice za odijela Kuhala: plinska, uljna i elektri čna Pribor za kuhanje  Noževi Pokućstvo Elektri čne peći Pegle  Nalivpera Sprej za insekte Kuhinjska oprema Kovčezi Uredski namještaj Radio aparati Televizori Radijatori Grijači za vodu Četke

(2) KOMERCIJALNA UMJETNOST Dvodimenzijski komadi Omotači za knjige Katalozi Knjige

58

Proizvodi sa stati čkom ili dinamičkom namjenom Registarske kase Satovi Aparat za kavu Vrtni strojevi Strojevi za mljevenje Dječ ja kolica Šivaći strojevi Stroj za pranje rublja Kolica Usisavači Vage

Oznake Posteri

Plakati Slike Tiskana ljepiva folija

Trodimenzijski komadi Boce Vaze Spremnici Kutije

ESTETIČKA VRIJEDNOST OBJEKTA Prije nego iznesu neke misli o estetici i esteti čkoj vrijednosti predmeta, smatra se potrebnim spomenuti, nekoliko filozofskih ideja, koji se odnose na spoznaju. Posebna je pozornost bila usmjerena na Croceovu “Estetiku” (5) smatraju ći njegovu knjigu dobro sistematiziranom, a i misaono relativno jednostavnom. Prema njemu, i to odmah na  početku knjige, opisuju se dvije vrste spoznaje, i to: intuitivna ili logi čka spoznaja i spoznaja putem mašte ili putem intelekta. Ovdje se odmah (a i kasnije kada su vi đena neka njegova tumačenja) javlja neslaganje s tim, barem ne u prakti čkom smislu. Naime, premda se razlikuje intuitivna od intelektualne spoznaje, ipak se može misliti da je rije č o jednom te istom pojmu, do kojega se u uporabnom smislu dolazi na razli čite načine učenja svijeta (ne misleći pri tome na školovanje). Bolje re čeno, one se mogu razlikovati i razlikuju se u razdoblju sazrijevanja čovjeka, koje s različitim vremenskim razdobljima, na kraju postaju  jedno te isto. Naravno, da se nekome može desiti, da to nikada i ne doživi. Spoznaja nastaje djelatnošću funkcije razuma. Razum ne tvori znanje iz sebe nego ga stvara “iz materijala” do kojeg dolazi transcendetalna estetika. Rodno je mjesto   pojmova razum. Transcendentalna estetika pruža duhu mnoštvo raznovrsnog čulnog materijala, predodžbi, putem svojih oblika, prostora i vremena. Dakle, ako duh ho će da dođe do znanja, da nešto spozna, a on to ho će jer mu je bi će spoznaja, onda on mora na nekakav način razvrstati tj. srediti čulni sadržaj spoznaje, predodžbe, kojima raspolaže. Ovu je djelatnost duha Kant nazivao razumom, a samo “sre đivanje” naziva sintezom ili sastavljanjem. Pod sintezom on podrazumijeva akciju duha kojom se razne predodžbe dodaju jedna drugoj i kojim se njihova raznovrsnost shva ća u jednom saznanju. Znači, sastavljanjem razum ujedinjuje čulni sadržaj u jednu cjelinu. Rezultat su rada sastavljanja   pojmovi, što se zbiva na način da se više predodžbi svodi pod jedan zajedni čki pojam. Odavle slijedi, da postoji onliko vrsti pojmova, koliko ima vrsti funkcija razuma, sudova ili sastavljanja, koje se još od Aristotelova doba nazivaju kategorijama. Čiste suštine svijesti  jesu carstvo misli.

59 Čovjek kao egzistencija za sebe pokazuje da se njegovo tijelo ne može shvatiti

kao mehanički objekt, kao što se ne može reducirati niti kao fiziološko – biokemijsko elektromagnetski sustav. Ljudsko je tijelo subjekt koji svjesno uvi đa svoju situaciju i sebe u njoj. Ovdje treba dodati da je bolesnikovo tijelo samo fizionomika. Ono ne postoji istinski ljudski u svijetu, ono je samo svijet po sebi, pa u tom primjeru čovjek bolesnik ne stvara svoj prostor, ve ć je određen tuđim. Odnos mišljenja i govora. Onaj koji govori ne prenosi svoju misao iz glave u glavu onog koji sluša, kao onaj što sluša samog sebe dok govori, jer ne iznosi misli izvan svojih rije či koje rabi, nego onaj koji govori govori rije či, a onaj koji sluša dobiva smisao od rije či preuzimajući tako dio misli onog koji govori. Ako uspoređujemo čovjeka s antropomorfnim robotom, onda ni za trenutak ne   pomišljamo da su specifični fizikalni, kemijski ili duševni procesi života koji poznajemo isti kao i kod strojeva (robota) koji oponašaju život. Oni i jedni i drugi jesu lokalni antentropijski procesi, koji se vjerojatno mogu ispoljiti i u mnogim drugim oblicima, a koje ne možemo označiti niti kao biološke niti kao mehani čke. Prenošenje impulsa ide putem živ čanih tkiva ili neurona, a ovaj proces jest   pojava koja se u računarskom smislu može definirati izrazom “sve ili ništa”. Drugim riječima, ako nadražaj dosegne stupanj ili prag iza kojega može da putuje duž živ čanog vlakna a da se ne izgubi na relativno kratkom putu, onda u čin koji nadražaj proizvede u relativno udaljenoj to čki živčanog vlakna praktično je nezavisna od njegove po četne  jakosti. Ovi impulsi putuju od vlakna do vlakna preko spojeva koje nazivamo sinapsama i u kojima jedno ulazno vlakno dolazi u doticaj s više izlaznih vlakanaca, a jedno izlazno s više ulaznih vlakanaca. Treba napomenuti da impuls što ga prenese jedno ulazno vlakno često nije dovoljan da u ovim sinapsama proizvede djelotvoran izlazni impuls. U op ćem   primjeru, ako su impulsi koji stižu do izlaznog vlakna preko ulaznih sinaptičkih veza malobrojni, izlazno se vlakno ne će odazvati. Prethodna riječ malobrojni, ne podrazumijeva da sva ulazna vlakna djeluju na isti na čin. Pored toga neka ulazna vlakna umjesto da   proizvedu nadražaj u izlaznim vlaknima, s kojima su u doticaju, teže da ometu prijam novih nadražaja u ovim vlaknima. O čevidno je problem prenošenja impulsa preko skupa sinaptičkih veza zavisan od vrlo složenog spleta odziva, gdje se neke kombinacije ulaznih vlakana, djelujući u određenom oganičenom vremenu, omogućuju da se poruka prenosi dalje, dok se neke druge kombinacije onemogu ćuju.Štoviše, ove kombinacije nisu utvr đene   jednom za uvijek, a niti su zavisne od ranije povijesti poruka što su bile primljene u taj sinaptički sloj. Naime, poznato je da se one mijenjau s temperaturom, a mogu se mijenjati radi mnogih drugih razloga. Očevidna je istina pripisivati sinapti čke procese kemijskim pojavama. U stvari, kod djelovanja živaca nemogu će je razdvojiti kemijske potencijale od elektri čnih, pa radi toga tvrdnja da je neko svojstvo kemijske naravi nema skoro nikakvog smisla. No ipak, ne   bi bila suprotnost općenito usvojenim idejama pretpostaviti da je barem jedan uzrok ili   pratilac sinaptičke promjene neka kemijska promjena koja se manifestira lokalno, bez obzira kakvo je njeno stvarno podrijetlo. Vjerojatno je da je nazo čnost takve promjene zavisna od p okretačkih signala koji se prenose živcima. Isto je tako zamislivo da ovakove   promjene mogu zavisiti od kemijskih promjena, koje se najčešće prenose kroz krv, a ne  posredovanjem živaca.

60

Razumljivo je da se poruke “svima zainteresiranim” prenose putem živaca i da se lokalno pojavljuju u obliku kemijskog djelovanja koje prati sinapti čke promjene. Međutim, s inženjerskog motrišta, čini se da poruke “svima zainteresiranim” mogu djelotvornije   prenositi putem krvi za razliku od prenošenja putem živaca. No ova pomisao nema nikakvih dokaza. Ako primjerice promatramo brzinu kojom uvjetni refleks reagira na nadražaj ne može se zaklju čiti da se proces uvjetovanja refleksa odvija približno istom   brzinom. Stoga bi bilo logično pretpostaviti da poruku koju uzrokuje takvo uvjetovanje   prenosi “spori” ali prodorni utjecaj krvnooptočnog sustava. Ovaj nepoznati utjecaj koji se   prenosi krvnožilnim opticajem, čini sasvim vjerojatnim da krv u sebi nosi supstance koje mogu izravno ili posredno da izmjene djelovanje živaca i da ovu mogu ćnost nagoviještava djelovanje nekih hormona i produkata žlijezda s nutarnjim lu čenjem. Primjerice ako razmatramo glad kao uvjetni refleks, bilo bi pretjerano taj uvjetni refleks povezivati s  poticajnim djelovanjem živčanog sustava. Pogledajmo nakon ovog par misli o ljepoti! Izvor sveukupnog života i zanimanja u umjetnosti jest želja da se prona đu nove stvari koje treba reći i k tome novi na čini da se one kažu. Ako pođemo, uvjetno, od toga da se putem izraza «ljepota» podrazumijeva  prethodno opisani sklop osjetilnih doživljaja koji će u nama izazvati osjećaj ugode, onda to zasigurno ima i svoj intenzitet. Ljepota se, kao i red, javlja na mnogim mjestima u svijetu, ali samo kao lokalna i privremena borba protiv bujice entropije koja raste. Nitko nema monopol nad ljepotom. Sli čno je i s pojmom “ružnog”. Pretpostavlja ći da postoji slaganje o tome, da postoje predmeti čija je ljepota trajna, kao i predmeti čija se ljepota mijenja! Iz ovoga možemo izvesti zaklju čak, da za ove   posljednje objekte, njihova vremenska promjenljivost trajanja vrijednosti ljepote   promatranog estetičkog predmeta upućuje nas na zaključak, da ljepotu možemo smatrati relativnom. Gledano sasvim grani čno, jednom će objekt imati neku esteti čku vrijednost, a u drugoj krajnjosti može biti sasvim bezvrijedan. Ako je estetička vrijednost, dakle, recimo ljepota relativan pojam, onda je svakako i   prihvatljiva mogućnost kvantifikacije ljepote promatranog predmeta. Ovo se pitanje može izreći i tako, da se pitamo, da li je kriterij ljepote mogu će brojčano definirati? Prije se je mislilo da će ovaj pokušaj biti unaprijed osu đen na propast. Međutim, ako se pođe od pretpostavke, da ako postoji ljepota (što je aksiomati čki nesporno) koja se može uspoređivati (što se op ćenito i radi), mora postojati i kriterij tog uspore đivanja. Harmonija. Naravno, ona može biti jedan od kriterija. Kriteriji, koji su nezavisni od ljudske subjektivnosti, jesu upravo harmonijski odnosi, i to kako oblika, tako i dimenzija i  boja i pokreta i svega. Prema tome, ako se slažemo, ljepota odnosno esteti čka vrijednost postoji nezavisno od promatrača, i ona može ostavljati svoj dojam na promatra ča kroz njegovo iskustvo koje  je u njegovom sjećanju i uspoređivanju. Drugim rije čima, osjećaj se za ljepotu uči i svjesno i nesvjesno. Ovo sve vrijedi za obje krajnosti i ljepotu i ružno ću. To istodobno znači, da je  pitanje uspoređivanja i pitanje kulturne razine promatra ča.

61

ŠTO JE TO HARMONIJA? Ako smatramo harmoniju kombinacijom dijelova u lijepom i urednom odnosu sa cjelinom, ili pak sli čnu skladnost u osje ćanjima, tada je najo čitije da ih prikazujemo  brojevima, koji naravno trebaju imati nekakav smisao. S obzirom, da brojne prirodne tvorevine, nadalje mnoštvo razli čitih građevina i umjetni čkih djela sadrže u sebi odnose dužina koji imaju sasvim odre đenu zakonitost, moguće je reći da su u harmonijskom odnosu. Poznat je i veoma uporabljiv tzv. “zlatni rez”, kao i Platonove geometrijske forme. Ta geometrijska nastojanja su se često koristila u smislu kanona. Tako je u razli čitim povijesnim razdobljima čovjekovo tijelo rastavljano u višekratnike srednjeg prsta ruke, ili pak u dekadsku podjelu ili pak u tzv. “kanon osam visina glava”. Uz sve ove pokušaje, veoma je zanimljiv Zederbaeurov (58) geometrijski pristup, koji je  početkom stoljeća uveo pojam «Harmonijske kružnice».

62

63

8. RASČLANJIVANJE PROCESA DIZAJNA 8. 1 UVOD Opstojanje velikog broja metoda dizajna o čito rezultira raspadanjem tradicionalnih metoda dizajna. Iz toga proistje če sadašnji zadatak teoreti čara, da to sve sjedine u jedan novi proces, koji nužno mora zadovoljavati u svakoj razini op ćenitosti a isto tako i u potankostima. Izmisliti jednu takovu cjelinu nije nimalo jednostavno. Kada je gore spominjano raspadanje, onda o čito neke stvari moraju is čeznuti. Obzirom, da se u značenju same riječi dizajn nalazi i pojam crtanja, prva je pomisao, da se upitamo, da li će crtež u mjerilu ostati kao osnovni instrument konstruiranja? Zasigurno ne može potpuno isčeznuti, ali će mu se značajno smanjiti uloga. Novi na čin dizajna, na razini sustava pretpostavlja radikalnu izmjenu ne samo nekih sastavnica, ve ć i njihovih oblika izrade. Iz ovog jasno proistje če, da se i oblici misaonih djelatnosti moraju objektivizirati, da se u to uključi što veći broj zainteresiranih ljudi uklju čujući pored dizajnera i korisnike dizajna, kako bi mogli svi na nekakav na čin utjecati na sisteme dizajna u svim njegovim razinama. Objektivizacija je mišljenja važna za automatizaciju procesa dizajna, tj. za ubrzavanje procesa proizovodnje upravljane ra čunalima. Kako će se kasnije vidjeti nove metode dizajna obiluju grafi čkim prikazima unutarnjih veza u sistemu. Ovdje treba naglasiti da se te unutarnje veze u sistemima smatraju suštinskim, daleko više i od mišljenja i crteža u mjerilu, a pogotovo kada se misli na ostvarivanje ideja na razini sistema. Ovim se vezama, koje nažalost često nisu ni vidljive a ni jasne, zna čajno  proširuje tzv. “polje predočavanja”. Da bi mogli praviti usporedbe izme đu “starog” i “novog”, podsjetiti ćemo se na to, kako se rješavaju složeni zadaci u tradicionalnom konstruiranju. U tradicionalnom je konstruiranju crtanje glavnim instrumentom posla, koje u odnosu na obrtničku proizvodnju, posjeduje djelotvorno “polje predodžbi” izvo đenog objekta. U tom na činu konstruiranju postoji mogu ćnost promjene oblika proizvoda, dok u obrtničkom proizvođenju treba zamjeniti jedan ili nekoliko komada konstrukcije. Odatle slijedi, da je metodom crtanja u činak mogućih promjena brži i djelotvorniji, a time i vremenski i materijalno povoljniji. Ako primjerice konstrukter treba da izradi nacrt jednog sklopa od deset dijelova, s tim da svaki detalj može razraditi na deset na čina, biti će tada opći broj varijanti 10 na 10 (deset milijardi). Vo đen, obično iskustvom konstrukter može nacrtom u mjerilu značajno smanjiti gubitke u vremenu u izboru prihvatljive varijante iz mnoštva mogućih alternativa.To je znanje. Zanimljivo se je uz ovaj primjer nasloniti djelomi čno na neka filozofijska razmišljanja vezana uz Huserlova prou čavanja stava , koja su se odnosila na njegove ranije a  potom kasnije ideje o feneomenologiji, koji je i on svodio na razinu metode putem koje on

64

otvara jedan novi put. On je naime smatrao, da treba imati smisao prikazivanja onog što je shvatio i mislio. A oni ostali, koji žele to isto shvatiti moraju do ći na taj smisao opažanja na isti način, bez obzira što je on prvi to vidio. Husrel je u po četku mislio, da on kroz feneomenologiju utemeljuje jednu novu znanost. On je razlikovao prirodni stav od fenomenologijskog stava, koji je za njega bio izrazito filozofijski. Teorija dizajna treba svakako biti utemeljena na analizi procesa mišljenja, pa time zahtijeva i dobro poznavanje tog procesa. Nažalost u postoje ćoj dostupnoj literaturi nismo pronašli niti jedan rad koji bi imao nekakve rezultate vezane uz proces mišljenja i dizajna. Radi toga se čini, da upravo taj proces mišljenja, spada u temeljna pitanja teorije dizajna. To je razlogom, slobode da s ovim pitanjima i na ovom mjestu posvetimo malo više  pozornosti, nego što čini da treba. Husrel odbacuje konstruktivizam, kojega je smisao u odbacivanju oponašanja   prirode, tražeći obrazloženje sveukupnosti našeg prirodnog iskustva svijeta. I upravo iz ovog stajališta je proizašlo njegovo kasnije zna čenje ideje fenomenologije, u čemu je nesporno zadugo imao vodeću ulogu. Ostavljaju ći Husrela, kao filozofa mišljenja o mišljenju, postavljamo si pitanje: “Kako shvatiti njegovu fenomenologiju? Kao metodu ili filozofiju ?” Ovo postaje nejasnijim, ako se pod pojmom fenomenološke metode podrazumijeva i deskriptivna psihološka metoda; odakle je putem metode redukcije i sagledavanja suštine, ona postala i metodom transcendentalne redukcije i konstrukcije ( a to je mašta). O ovim Husrelovim stajalištima ćemo kasnije podrobnije raspravljati, kada ćemo se baviti s ocjenjivanjem ljepote.

8. 2 STUPNJEVI DIZAJNA Misaoni se i organizacijski procesi u proizvodnim djelatnostima, koje obi čno nazivamo zajedničkim imenom dizajn, temelje se na razli čitim oblicima iskustva, koja možemo jednostavnije ili složenije svrstati u naizgled, (a i sadržajno) u skupine spoznaja koje očevidno imaju svaka za sebe posebne značajke. Ovo se pitanje dizajna, a u čemu se slažu brojni autori, jest shva ćanje da se dizajn sastoji od tri temeljna stupnja i to:

- stupnja analize - stupnja sinteze i - stupnja ocjene. Drugačije rečeno, dizajn se može odrediti kao ras članjivanje zadatka na dijelove i nakon toga sastavljanje članova po novom smislu i napokon utvr đivanje posljedica prakti čnog značenja tog novog ustrojstva. Valja naglasiti, da se ve ćina teoretičara dizajna slažu u tome, da se ti stupnjevi zbivaju s višekratnim ponavljanjem, a neki od njih smatraju da se svaki naredni ciklus dizajna razlikuje od prethodnog s ve ćim brojem pojedinosti a time i s manjom općenitošću. Tri navedena stupnja ne čine uvijek jednu univerzalnu vještinu djelovanja, jer se ona u svojem nastavku sastoji od niza još nižih stupnjeva.

65

Uz ovo treba napomenuti da je potreban oprez u razgrani čavanju stupnjeva višeg reda, jer se može desiti da se nižerazredni stupnjevi pomješaju s višerazrednim, pa to onda može izazvati zbrku. Tri se navedena stupnja nalaze u literaturi i pod slijede ćim nazivima: - divergencija - transformacija i - konvergencija. Ovdje se koriste ovi izrazi, jer oni pokazuju izraženiju vezu s novim zadacima  povezanim s dizajniranjem sistema, nego što to ima s tradicijskim metodama konstruiranja. Treba naglasiti, da ovi stupnjevi tvore temeljne pretpostavke za unošenje metodoloških izmjena u svim stupnjevima dizajna i radi toga ih je potrebno uklju čivati u jedinstven proces koji bi obuhvaćao sve razine sistema.

8. 3 OPIS SADRŽAJA STUPNJEVA DIZAJNA DIVERGENCIJA Ovaj stupanj dizajna sadrži raširenje njegova stanja, kojega je glavni cilj osiguranje dovoljno širokog i plodotvornog prostora za odre đivanje rješenja. Zanimljivo je primjetiti da se najveći broj dosada razvijenih metoda procesa dizajna odnosi upravo na ovaj stupanj. Glavne značajke divergencijskog stupnja su slijede će: - Ciljevi su nestabilni i neodre đeni; - Ocjena i sve što se može odnositi na rješenje ostavlja se za kasnije; - Sve se uvažava i pamti, s čime se izbjegavaju proturje č ja; - Tehnički se zadaci, i oni se tako đer odgađaju za završno razdoblje, no pri tome se smatra, da se zadaci mogu podvrgnuti promjenama i razvoju u “hodu” divergencijskog traženja; - Zadatak se dizajnera sastoji u proširenju i uve ćanju vlastitih saznanja, kao i u osloba đanju od ranije izvedenih rješenja, te u izmjeni vlstite vještine djelovanja ( uz ovo se napominje, da je to veoma teško) i misaonog procesa (ovo je još teže), a sve se zamišlja da bude na temelju mnoštva podataka, koji se mogu odnositi i na sam zadatak. Teško je biti dizajner! -Jedan je od ciljeva istraživanja u ovom stupnju dizajniranja i utvr đivanje reagiranja naručioca, potrošaća, tržišta, proizvodnje itd., a sve radi odre đivanja pravaca i opsega stupnja. Za ovo treba re ći, da pravac ovih istraživanja uvelike ovisi od nesuglasja i  proturječ ja, koja se mogu pojaviti.

66

 Nadalje, divergencijsko se traženje može razmatrati i kao provjera stabilnosti svega onoga što se odnosi na rješenje zadatka, kako bi se utvrdila hijerarhija socijalnih vrijednosti, sistema, izrade i detalja koji se mogu mijenjati, što se obi čno smatra čvrstim točkama granica. Treba naglasiti da se i stabilne i nestabilne to čke podjednako susreću na svim razinama promatranog stupnja. Rad u ovom stupnju dizajna uklju čuje pored logike i intuicijsko djelovanje što obično za posljedicu ima i više lutanja, nego razmišljanja u naslonaja ču. Zanimljivo je napomenuti jednu karakteristi čnu pogrešku koja se u ovom stupnju dešava mladim i još neiskusnim dizajnerima.Oni se usmjeravaju prema spektakularnim razmišljanjima, misle ći da su u stanju presko čiti prethodne jednostavne činjenice koje su potrebne za rješenje, a čijom bi im spoznajom bilo lakše da shvate što žele. Zanimljivo je i to, da se navikama radu u tom preddizajnerskom razdoblju bolje prilago đuju ljudi koji imaju iskustvo u novinarstvu, znanstveno-istraživa čkom radu ili statisti čkoj analizi, nego ljudi sa specijaliziranim znanjima nižeg stupnja obrazovanja, kao što su inženjeri, umjetnici-konstrukteri (ovo se misli na neobrazovane dizajnere) i sli čni. Gore spomenuta lutanja mogu za posljedice imati štete (katkada i velike štete). Da se izbjegnu štete, kao i gubici u vremenu i radu, treba što realnije procijeniti samostalnost mogućih početnika. Izgleda, da je najbolji indikator za to, da se prosude postavljanja nepravilnih pitanja koja dolaze od po četnika.

8. 4 STANJE TRANSFORMACIJE Ovo je stanje dizajna stanje utvr đivanja načela i načina razmatranja. To je stanje stvaranja i kreacije koje čini radost rada u dizajnu. Istodbno je to stanje najodgovornijeg razdoblja kada se mogu pojaviti i krupne greške, kada kroz neobuzdanost optimizma ili pak  kroz uskogrudnost mišljenja dizajnera, kroz skupe i nedovoljno promišljene pokuse, dizajner može uzrokovati ozbiljne troškove. Ovo je tako đer stanje, kada se procjenjuju vrijednosti rješenja koja se trebaju objediniti u kona čnom rješenju. Iz ovih razmatranja treba  proisteći opća shema koncepcije objekta koji se dizajnira, što je razlogom, da se rješenje treba preispitati kako s ekonomskog tako i s društvenog stajališta. Uz ovo treba re ći, da je opća poteškoća kod ocjenjivanja upravo u tome, da se optimalno rješenje ne može nikada  postići, nego je moguće samo provesti optimalno traženje. Tako đer nije moguće ostvariti i  potpuno uvjerenje što će se na kraju pojaviti kao "najbolje". I ovo se stanje pojavljuje u mnoštvu razvijenih metoda dizajna, a posebno je istaknuto, kako će se kasnije i vidjeti u tzv. "metodi traženja ideja" i "metodi traženja strukture zadatka". Suštinski je cilj ove metode, da se na rezultatima divergencijskog stanja prona|e   povoljna shema neke koncepcije, koja je dovoljno točna da se nadoveže na nju, te da se usmjeri u jednom jedinom projektu prema konvergencijskom stanju. Tvorba je koncepcijske sheme kreacijski dio pretvorbe složene zada će u što jasniji oblik rješenja s  posebnim isticanjem onoga što treba prihvatiti ili odbaciti.

67

 Na ovoj se razini stanja učvršćuju ciljevi, tehni čki zadaci i ograni čenja, proučavaju se mogućnosti i po potrebi se vrše ocjenjivanja. Ovo posljednje radi toga što se u primjeru izbjegavanja konvergencijskog stanja ovdje vrši i ocjena. Svakako treba naglasiti, da se važnim uvjetima ovog stanja kao uspješnost transformacije   javlja sloboda promjene podciljeva, ostvaruju se izbjegavanja ozbiljnih gubitaka, zatim se izravno procjenjuju mogućnosti promjene podcilja što je u stvari na čelni prijelaz prema drugom projektu. Ako za trenutak to usporedimo s konvencionalnim tradicijskim na činom, onda se uočava razlika koja se sastoji u tome, da se u tradicijskom na činu to dešavalo promjenom skice ili crteža, a ovdje budu ći da se radi o sistemu to se ne može tako ocijeniti, jer se transformacija vrši jezi čnim i matematičkim putem. Radi toga ovdje klju čnu ulogu ima , nazovimo to glavni dizajner, koji razumije prostor manevriranja s cijelim sistemom. Štoviše, ovakve se procjene i odluke najbolje ostvaruju razgovorima s ostalim timom dizajnera.

Slika 8. 1 . Grafička predodžba konvergencijskog procesa

8. 5 STANJE KONVERGENCIJE Posljednje od tri stanja, jest stanje konvergencije. Ovo se je stanje primjenom automatizacije dizajna jednostavno po čelo djelomično ignorirati. No pošto sve nije u automatizaciji treba ga poznavati. Ovo stanje dolazi u trenutku kada je zadatak odre đen, kada su pronađene promjene i utemeljeni ciljevi. U ovom stanju dizajner treba korak po korak riješiti proturje č ja drugog stupnja i to sve dotle, dok iz mogu ćih raspoloživih rješenja ne ostane samo jedno - konačno rješenje.  Na ovo se stanje dizajna posebno vežu slijedeće funkcionalne dizajnerske metode o kojima će kasnije biti rije či: - Metoda gotove strategije - Metoda usporedbenog traženja i - Metoda nagomilavajuće strategije. Značajke su spomenutih metoda, da su one logi čkog tipa tzv. "providne kutije", koje su

68

načelno automacijske. Ovdje treba upozoriti na to, da su smetnje u ovom stanju u tome što   pri konvergenciji nekih od podzadaća nije moguće zadatak riješiti bez promjene ranije utvr đenih rješenja pa se pojavljuje cikli čnost. Da se izbjegne ta petlja cikli čnosti, treba ustanoviti poredak rješenja da ne do đe do cikličnosti, a on je nažalost u pravilu nelogi čan. To je jedna od najtežih zada ća u ovom stupnju dizajna. Radi gornjega modeli u stanju konvergencije trebaju biti što manje apstraktni i što više dovedeni do svojih potankosti. Ostvarivanje se stanja konvergencije može u pravilu rješavati s dvije dijametralno suprotne strategije. Jedna je od njih po zna čajkama eksterna a druga je interna, tj. u prvoj se   pristupa ciljevima izvana prema unutra, a u drugoj iz unutra prema napolju. Kao najilustrativniji primjer su za to: - Arhitekt odre đuje vanjski izgled zgrade , a odatle slijedi unutarnji izgled; - Graditelj tvornice - strojar odre đuje nutarnji izgled, a odatle proistje če vanjski oblik. Cilj je konvergencije skra ćivanje polja mogućih varijanti izabranog projekta s minimalnim gubicima vremena i sredstava. Konvergencijsko je stanje o čit neprijatelj originalnosti radi svoje neelasti čnosti i sklonosti podlijeganju drugih utjecaja. Ako se želi izre ći sažeto, konvergencijsko je stanje pretvorba složenih zadataka u što jednostavnije. Kao ilustracija o tome što se radi u razdoblju ovoga stanja, najbolje nam može poslužiti grafi čka predodžba na slici 3.

8. 6 POJAM CRNE I OSTALIH KUTIJA U dizajnerskoj se literaturi često javlja pojam kutija, a posebno “crne kutije”,  pa je radi toga potrebno re ći i riječ dvije o značenju tih pojmova. Pojam se “crne kutije”, a iza toga i “bijele kutije” i napokon “prozra čne kutije” javio ve ć kod Jonesa ( 17 ), a poslije i kod Rodenackera i mnogih drugih, gdje ima gotovo magično značenje. Opisi su često dosta nejasni, i oslanjaju se na nekakvu nerazumljivu složenost ( a može biti i da su jednostavni?!) pa ih se teško razumije. Čini se, katkada, da su ovi pojmovi uvedeni radi prikrivanja našeg neznanja o ne čemu. Primjerice Jones ( 17 ) govori o projektantu kao o “crnoj kutiji”, gdje zapravo žele ći da kaže da svaki projektant ima

69

Slika 8. 2 Shematizirani prikaz crne kutije svoj način razmišljanja koji čak ni sam projektant ne umije opisati, stvara mogu ćnost ulaska različitih informacija u projektanta i napokon izlaska rješenja iz njega. Prelaskom na shematizirani prikaz procesa mišljenja u dizajniranju, o čito se pred nas  prije početka rješavanja javlja spoznaja o po četnim podacima i o onome što bi smo željeli na kraju polučiti. Stanje je tada slijede će: znamo ulazne podatke i izlazne podatke, a ne znamo kako i na koji način ćemo ih razriješiti i ostvariti. Ovakva shema stanja je prikazana na slici 8. 2.

Slika 8. 3 . Shema dopunske funkcije crne kutije   Naše općenito neznanje kako i na koji na čin ćemo to riješiti jest tehni čki zadatak, koji označavamo “crnom kutijom”. Kasnije, kada proces djelovanja nad materijom ras članjujemo u korake koje ta  proizvodnja zahtijeva, pretvaramo crnu kutiju u nove sisteme kutija, primjerice u providnu kutiju, koji nam zna če određene operacije. U koncepciji “crne kutije” mogu će je promatrati metodu Sinektike, kao predaju ulaznog signala u “crnu kutiju” po petlji obrnutog djelovanja u odnosu na njegov ponovni ulaz, kod čega se za pretvorbu izlaznog signala koriste odgovaraju će analogije kako je  prikazano na slici 8. 3.

70

U ovome je moguće pretpostaviti, da primjena analogije, u kojoj sudjeluju svi članovi sinektičke skupine, omogućuje u nekoj mjeri podjelu i transformaciju proturje č  ja strukture ulaznih signala i to sve do tada, dok se u njima ne na đe takva struktura, koja nije  proturječna i koja omogućuje nekonfliktno rješenje. Ovaj se postupak zasniva na biološkoj i anatomskoj analogiji, navode ći nas na pomisao da cilj tog dijela živčanog sustava koji upravlja primjerice gibanjem tijela, obi čno ne upravlja saznanjem. U takvom primjeru shema koja prikazuje takav način mišljenja je prikazana slici 8. 4.

CRNA KUTIJA

1

5 2

3

4

PROZRAČNA KUTIJA Slika 8. 4 Crna kutija s prozra čnom kutijom Skraćeno rečeno, cilj je divergentnog traženja u prestrojavanju ili rušenju prve varijante rješenja tehni čkog zadatka ispoljavaju ći pri tome stanje dizajna, koje dopušta moguće izmjene na objektu. Istodobno, provoditi divergentno traženje, zna či također i utrošak najkraćeg vremena za proučavanje novog pokusa uz minimalne troškove, koji je dovoljan da se djeluje protiv svih pogrešnih stavova, iz kojih su prije nas izlazili brojni  projektanti, konstruktori i dizajneri a i njihovi potroša ći.

8. 7 OBLICI STRATEGIJA U strukturalnom smislu razmišljnja u dizajnu, razlikujemo nekoliko oblika strategije. Prema literaturnim podacima ima ih pet a to su: 1. Linearni tip strategije u koje se ide iz etape u etapu serijskim putem, kako je  prikazano na slici 8. 5:

71

ETAPA 1

ETAPA 2

ETAPA 3

Slika 8. 5 Očito je da svako djelovanje etape zavisi od izlaznih rezultata prethodne etape, a ne zavisi od rezultata pojedina čnih djelovanja. 2. Ciklički tip strategije, jest onaj u kojega se za razliku od prethodnog tipa, u nekim djelovanjima pojavljuju zavisnosti posljedi čnih djelovanja na prethodna rješenja. Shema je prikazana na slici 8. 6:

ETAPA 1

ETAPA 2

Dalje ili natrag

ETAPA 3

Slika 8. 6 3. Razgranati tip strategije, koji u odnosu na dvije prethodne ima u paralelnom spoju podetape kako je prikazano na crtežu slike 8.7. ETAPA 2A ETAPA 1

ETAPA 2B

ETAPA 4 ETAPA 3

4 ili 5

ETAPA 2C

ETAPA 6 ETAPA 5

Slika 8. 7. 4. Adaptivna se strategija odlikuje time što od samog po četka određuje samo prvo djelovanje, a kasniji izbor svakog djelovanja zavisi od prethodnih djelovanja. Po logici stvari se čini da je ovo najrazumnija strategija, ukoliko se sheme temelji na najpotpunijoj informaciji, kako je pokazano na slici 8. 8. TEHNIČKI ZADATAK

Riješiti što treba raditi u II etapi

Riješiti što treba raditi u III etapi

72

Riješiti što treba raditi u I etapi Ispuniti II etapu

Ispuniti

Zadovoljiti uvjete I etape Slika 8. 8 5. Poseban je oblik strategije traženja tzv. strategija prirasta, koja se temelji na tradicionalnom dizajniranju, gdje se na uobi čajene metode dodaju nove spoznaje. Na slici 13 prikazana shema strategije prirasta.

TEHNIČKI ZADATAK  Ponovno ocjeniti  postojeće rješenje

Prilagoditi postoje će rješenje s izmjenom

REZULTAT

Učiniti nekoliko   jednostavnih izmjena Slika 8. 9. Shema strategije prirasta Po izgledu ove strategije se vidi da je ona relativno primitivna, jer se teško osloba đa noviteta u dizajniranju. 6. Pored gornjih strategija postoje još neke od kojih bi samo spomenuli nazive dviju, i to: strategija slu čajnog traženja i napokon strategija upravljanja strategijom. Kako je iz dosadašnjih strategija prikazano, u pojedine se cjeline postavljaju odgovarajuće etape, koje same po sebi sadrže odgovaraju će potrebe za razmišljanjima a time i znanjima, i koji se međusobno povezuju, pri čemu neke više ili manje zahtijevaju odgovarajuću memoriju i vještinu.

8. 9 KLASIFIKACIJA POSTOJE ĆI  H POZNATIJIH  METODA DIZAJNA

Prema literturi, danas opstoji oko pedeset poznatijih metoda dizajna, za koje se može reći da se po nečemu razlikuju. Upravo ovakav broj metoda nas izazovno usmjerava na njihovu klasifikaciju, koja se prema svojim zana čajkama može provesti na više načina. Mi smo se naprosto odlu čili za, po nama malo modificiranu, Jones-ovu

73

klasifikaciju ( 17 ), premda i ona posjeduje neke nejasno će. Prikazana se klasifikacija radi sažetosti u nekim mjestima svodi samo na naslove. Metode su dizajna podijeljene ovdje u pet skupina.

I Metode temeljen ne gotovoj strategiji 1. Metode temeljene na gotovoj strategiji konvergiraju ćeg tipa 1. 1 Metoda utvr đivajućeg traženja. Ova se metoda temelji na primjeni Teorije rješenja. Cilj je metode u rješavanju dizajnerskih zadataka s posebnim uvažavanjem logi čke  pouzdanosti. 1. 2 Metoda vrijednosne analize. Ova se metoda temelji na ubrzanom traženju puteva sniženja cijene koštanja proizvoda u proizvodnom procesu dizajna. 1. 3 Metoda usklađivanja. Ova se metoda usmjerava na traženje veza uskladivosti me đu elementima sistema s vanjskim elementima i okolišem. 1. 4 Metoda “Sistem čovjek-stroj-okoliš”. Cilj je ove metode u iznalaženju veza izme đu ljudskih i strojnih komponenata i njihovom slaganju s okolišem u kojem sistem djeluje. 1. 5 Metoda traženja granica. Ova se metoda često naziva i “Grani čna metoda”. Cilj je ove metode u iznalaženju granica unutar kojih leže prihvatljiva rješenja. 1. 6 Metoda kumulativne strategije. Cilje da se dizajn ostvari analizom i ocjenom, a ne da se dizajner postepeno uči radeći sve bolje i bolje projekte. Ova je metoda poznata i kao Peidge-ova metoda. 1. 7 Metoda strategije kolektivne razrade. Ova se metoda odnosi posebno na arhitekturu   pod nazivom CASA - Collaborative Strategy for Adaptable Architecture. Cilj je ove metode da se svakome, tko je u bilo kakvoj vezi povezan s projektiranjem zgrade dade mogućnost da može utjecati na rješenje. Funkcionalizam. 1. 8 Hubkin proces konstruiranja putem sistema strojeva. Ova se metoda temelji na shvaćanju strojeva kao sveukupnog sustava na koji se vežu ljudi i okoliš.

II Metode temeljene na upravljanju strategijom

74

2. 1 Metoda komutacije strategija. Cilj je ove metode da se spontanim mišljenjem utje če na organizirano mišljenje i obratno. 2. 2 Matchettova metoda projektiranja. Cilj je obrazovanje projektanata do razine shva ćanja i upravljanja valastitog na čina projektiranja, s izraženim stajalištima prema projektnoj situaciji.

III Metode divergencijskog tipa

3. 1 Metoda divergencije, cilj joj je da se okarakteriziraju vanjski uvjeti, koji objektu mogu dati odgovore. 3. 2 Metoda traženja literature. Obrazovanje do razine shvaćanja, kroz odgovarajuće najnovije podatke iz literature za budu ća rješenja. Ova se utvr đuju pravodobno i bez ikakvih gubitaka. 3. 3 Metoda utvr đivanja vizuelnih neskladnosti. Cilj je metode u odre đivanju pravaca u kojima treba tražiti idealizirana umjetni čko-konstrukcijska rješenja. 3. 4 Metoda razgovora s korisnikom. Ova se metoda sastoji u sabiranju informacija koje su poznate samo korisnicima datog proizvoda ili sustava. 3. 5 Metoda anketnog saslušavanja. Ova metoda koja je sli čna prethodnoj ali se razlikuje u tome, da se informacije sabiru u velikim naseljenim grupacijama. 3. 6 Metoda istraživanja ponašanja korisnika.Ovoj je metodi cilj u utvr đivanju ponašanja korisnika prema novom proizvodu s pretskazivanjem njihovih grani čnih značajki. 3. 7 Metoda sistemskih istraživanja. U ovoj se metodi vrši odre đivanje djelovanja i sposobnosti, kako bi se mogle izvršiti promjene u složenoj dizajnerskoj situaciji. 3. 8 Metoda izbora mjerne ljestvice. U ovoj se metodi vrše računanja i mjerenja, a zatim se utvr đuju nagomilane greške što se onda uspore đuje sa zadaćama projekta. 3. 9 Metoda sakupljanja i ograni čavanja podataka. Cilj je ove metode u slaganju i  predočavanju u vizuelnom obliku modela ponašanje čovjeka, od čega ovise kritična  projektna rješenja.

  e divergencije i transformacije IV Metode zajedni čk

75

4. 1 Sintetička metoda. Cilj je ove metode, da se ostvari spontana djelatnost mozga i živčanog sustava u istraživanju i preformuliranju projektnog zadataka. Tu se koriste izravne analogije, simbolike i fantasti čne analogije. 4. 2 Metoda odbacivanja bezizlaznih situacija. Cilje je ove metode u traženju novih  pravaca istraživanja, u onim primjerima, gdje je očevidno područ  je prethodnog traženja dalo negativne rezultate. 4. 3 Metoda morfologijskih tablica. Ova je metoda poznata i pod nazivom Zwickyeva metoda, a smisao joj je u traženju svih mogu ćih rješenja što proistje ču iz skupine   pretpostavljenih razreda proučavanog objekta. U tom se traženju prou čavaju i razrađuju i  poznate i nepoznate varijante, koje se ina če u sputanoj analizi vjerojatno ne bi zapazile. Cilj  je, dakle, ulaženje u područ ja što leže izvan uobi čajenih granica.

V Skupina transformacijekih metoda

5. 1 Matrična metoda uzajamnog djelovanja. Metoda se sastoji u sustavnom traženju uzajamnih djelovanja u okvirima zadanog zadatka. 5. 2 Metoda mreže uzajamnog djelovanja. Ova se metoda sastoji u risanju mreže (rešetke, tablice) međusobnih veza iz kojih se onda vizuelno traže najpodobiji oblici tih veza. 5. 3 Analiza područ  ja uzajamnih veza. Ova se metoda sastoji u prikazu i ocjeni svih nazočnih djelomičnih rješenja koja dolaze u obzir za sklapanje u cjelinu.

76

77

9.

TEMELJI TEHNOLŠKI ISPRAVNOG OBLKOVANJA

9. 1

UVOD

Za ispravno se oblikovanje kao osnova može uzeti tzv. «teorija oblika» ili kako se to  još često naziva «Gestalttheroie» koja potje če iz kraja prošlog stolje ća i koja je kako izgleda  jedna od prvih, koja se bavi prou čavanjem odnošaja između podražaja i percepcije. Ona je, kako kažu, psihologija cjeline koja je uo čljiva i naročito se dobro pamti. Teoreti čari su oblika, od početka ovog stoljeća pa do danas, utemeljili pet osnovnih zakona, i to: 1. Zakona transpozicije, 2. Zakon lika i njegove pozadine, 3. Zakon percepcijskog grupiranja, 4. Zakon dobrog oblika i 5. Zakon hijerarhije. U okviru ovog poglavlja za nas je od posebnog zna čenja gore spomenuti četvrti zakon o dobrim oblicima. Uz njega se može dodati da je on istodobno bio i poticajem za tvorbu tzv. temeljnog dizajna. U ovom je temeljnom dizajnu jedan od najzna čajnijih  pristupa istraživanje oblika. Ovo istraživanje podrazumijeva istraživanja vezana za strukturu materijala i istraživanja njezinih mehani čkih svojstava i stanja, kao što su naprezanja, deformacije, opterećenja, pretvorba i promjena oblika. Nadalje, polaze ći od motrišta da je industrijski dizajn sinteza oblika i funkcije na razini industrijskih predmeta, odbacuju ći istodobno shvaćanje da je estetika element koji se samo dodaje proizvodu; jednostavno se dolazi do toga da je u okviru industrijskog dizajna glavna težnja, pomak rješenja prema  jednoznačnosti oblika kao stupnja jasno će. Skladno s time kao prvi korak u oblikovanju se javlja postavljanje koncepcije zadatka, nakon čega slijedi projektiranje odnosno konstruktivno oblikovanje cjeline i dijelova. Ovaj je dio kao ideja opisan u poglavlju 8. Ovdje još treba samo dodati nešto o smjernicama za izbor materijala. Izbor je materijala u svakom konstruiranju tipi čan tehničko gospodarski problem. Sadržaj je ovog dijela zadatka uvjetovan putem utjecajnih faktora na slijedeći način: 1. Zahtjevi što se odnose na uporabu konstrukcije; 2. Zahtjevi uvjetovani postupkom oblikovanja, 3. Zahtjevi koji se odnose na izradu i obradu i 4. Gospodarski zahtjevi. Mehaničke se veličine određuju odgovarajućim metodama mehanike, odakle izravno dolazimo do pronalaženja i izbora materijala. S druge pak strane izabrani materijali čine odlučujući utjecaj na - dimenzije predmeta; - vrstu i oblik tehnologije za ostvarivanje oblika; - obradivost i kakvoću površinske obrade; - Način povezivanja elemenata i napokon - razdoblje trajanja predmeta, uvjetovano trenjem, trošenjem i otporom na koroziju.

78

Odabrani materijali, pored nabavnih troškova sadrže još troškove izrade i zaštite. često količina potrebnog materijala uz izbor najpovoljnijeg materijala, čine najznačajnije korake za postizavanje najboljeg tehni čko gospodarstvenog učina u procesu konstruiranja i izrade. U želji da se postigne tehnološki ispravno konstrukcijsko oblikovanje strojnih dijelova, potrebno je znati mnoštvo pojmova i podataka. Po čam od normi, tolerancija i značajki čvrstoće s kojom su oblikovano odre đeni brojni elementi vezani za tvorbu sklopova i dijelova pa i cijele konstrukcije, pa do mogu ćnosti možebitnih zamjena nekih dijelova u slučaju kvara ili nečeg sličnoga. Pitanje zamjene ili tzv. izmjenljivosti nekog dijela, pored  pričuvnog smisla mora udovoljavati još i u smislu potrebnih mehani čkih značajki.  Normizacija i tipizacija su djelatnosti čiji se cilj definira kao sustavno nastojanje za uklanjanje raznolikosti me đu pojedinim predmetima koji su ina če predviđeni za istu svrhu. Tehnička je normizacija zbroj tehni čkih, praktičnih i gospodarskih iskustava a rezultat je znanstvenih istraživanja, čiji cilj u traženju najboljeg tehni čkog rješenja. Tehničku normizaciju u Hrvatskoj provodi odgovaraju ći Zavod za normizaciju, koji izdaje odgovarajuće Hrvatske norme (HN) i koje su u skladu s Me đunarodnom organizacijom za standardizaciju (ISO). na podru č ju elemenata konstrukcija (ili strojeva) normizacija je tako razvijena, da su gotovo svi oblici elemenata strojeva normirani. One norme, koje još nisu utvr đene mogu se koristiti iz normi drugih zemalja. U nas je posebna veza ostvarena s Njema čkim industrijskim normama (DIN).  Normizacija posebnog tipa su tzv. tolerancije. Podru č je u kojem se nalaze vrijednosti dopuštenih odstupanja mjera (protega) naziva se tolerancijskim podru č jem, a ovisno je  prvenstveno od namjene promatranog sklopa, zatim od njegove funkcije, na činu izrade,  broju komada koji se proizvode, potom o mogu ćnostima i točnosti alatnih strojeva, alata,  pripremaka i naprava za stezanje. Međunarodna je organizacija za standardizaciju (ISO) izradila tzv. ISO sustav tolerancija, koji sadrži na čela za određivanje dopuštenih odstupanja od propisanih dimenzija. Smatraju ći vezu između dva elementa u me đusobnom odnošaju dosjedom, koja osigurava stupanj me đusobne prisnosti, može se definirati da postoje: Labavi, prijelazni i čvrsti dosjedi, što se odre đuje sa zračnošću. Nazivna je mjera dijela ona koja je označena na nacrtu kao dimenzija na tom mjestu. Uz ovu postoji još donja i gornja granična mjera, koje su najve će odnosno najmanje vrijednosti te mjere. Tolerancija jest opseg dopuštenih odstupanja. U primjeru konstrukcije vratila i njegova ležaja postoje različite normama propisane dimenzijske mogu ćnosti, koje nam omogu ćuju da ostvarimo nesmetano ulaganje vratila u željeni provrt na više na čina- Kada je najveća zračnost među elementima kažemo da je rije č o labavom spoju, ako se pak pojavi najmanja razlika izme đu vratila i stvarnog otvora tada se radi o tzv. preklopu. Ako veli čina osovine premaši tzv. nultu crtu onda spoj postaje čvrstim. Tolerirana se mjera ozna čava brojčanom oznakom nazivne mjere i slovom koje ozna čuje položaj u polju tolerancije i napokon brojem koji označava kakvoću obrade. primjerice za vratilo 60 h6, a za provrt 60 H7.

9.2

TEHNOLOŠKE MOGUĆ NOSTI OBLIKOVANJA Oblikovanje se predmeta, tj. elemenata strojeva može obavljati na više na čina, i to:

79

- lijevanjem, - zavarivanjem, - kovanjem, - oblikovanjem lima, - oblikovanje odvajanjem čestica. Izbor tehnološkog procesa zavisi o brojnim okolnostima vezanim uz deformacije i naprezanja i napokon namjenu. kako bi se sažeto prikazale mogu ćnosti oblikovanja ovdje će se skraćeno prikazati neke od zna čajki svakog gore spomenutog na čina. 9.2.1 Oblikovanje lijevanjem Lijevanje jest u tehnološkom smislu najkra ći put tvorbe od sirovine do gotovog izratka. S obzirom na njezine zna čajke, tehnologija lijevanjem ima najizrazitiju slobodu oblikovanja. Posebna je značajka lijevanih dijelova u odnošaju na pune materijale što njima treba najmanje dopunske obrade čime se značajno smanjuju troškovi proizvodnje. Materijali su za lijevanje slijede ći: sivi lijev, nodularni lijev, temperirani lijev, čelični lijev, obojeni metali, lake kovine i plasti čni materijali. Zajedno s tehnologijom konstrukter donosi odluku o izboru materijala za lijevanje. U ovome je odabiru, prvenstveno  polazište u načinu opterećenja kojem će lijevani dio biti izložen u pogonu. Lijevanje se može vršiti na razli čite načine, i to: lijevanje u pijesku, kokilno lijevanje, centrifugalno lijevanje i tla čno lijevanje. lijevanjem se mogu izvoditi jednostavni i složeni oblici. Veli čine odljevaka mogu biti od najmanjih (mase od nekoliko grama pa do 100 grama) pa do najve ćijh (mase od 100 tona), tš je prvenstveno ovisno od veli čine kupolne peći. Metoda tlačnog i kokilnog lijeva omogu ćuje visoku točnost mjera i nisku hrapavost površina. Odljevci se primjenjuju za razli čite strojne dijelove, po čam od kućišta strojeva,  postolja strojeva, raznovrsnih ručica ili kolotura itd. Odljevci se često koriste u spojevima s čeličnim dijelovima ili dijelovima od drugih materijala, Neki se od lijevanih dijelova mogu i zavarivati, pa se tako mogu izra đivati lijevani i čelični međusobno zavareni strojni dijelovi. Od nabrojenih se materijala najviše rabi sivi lijev. Postupak se lijevanja vrši na nekoliko na čina. U onim primjerima, kada je broj odljevaka malen, kalupljenje se vrši ru čno u pijesku pomoću drvenog modela. Za ve će se  proizvodnje kalupljenje vrši strojno. Na slici 9.1. je prikazan shematski postupak kalupljenja užnice u pijesku, gdje su naznačeni izgled modela, zatim odljevka i tzv. vanjskih jezgri i  jezgre za provrt. Pored toga je prikazana dvostruka izvedba tzv. izgubljene glave ili ulaznog otvora za ulijevanje ljeva. Vezano uz kalup treba spomenuti da se modeli bilo drveni ili metalni moraju izra đivati tako, da se mogu skidati i vaditi iz pijeska.

80

Slika 9.1. Prikaz kalupljenja s jezgrama. Na desnoj strani su prikazana dva oblika izvedbe  premalo i dobro izvedene izgubljene glave (otvora za ulijevanje ljeva). U dobrom dimenzioniranju usahline nastaju samo u izgubljenoj glavi. Postupak lijevanja u kokili, a posebice tzv. tla čnog lijevanja je prikazan na slici 9.2. U kokilnog se lijevanja umjesto pješ čanog kalupa rabi kokilni kalup, u kojega se s lakše topljivim metalima može izraditi neograni čen broj odljevaka. U ovakvom se postupku obično koriste mjed, bronca, crveni lijev i aluminijske slitine.

Slika 9.2. Shema postupka tla čnog lijeva. prikazan je izgled izratka i izgled zatvorenog kalupa s odgovarajućom sapnicom. U tlačnog se lijeva materijal tla či u kokile od vatrostalnog materijala. U ovakvim su modelima i jezgre tako đer od metala. Modeli i jezgre, bez obzira na na čin lijevanja, trebaju biti što jednostavniji. Složeni modeli poskupljuju proizvod. Formiranje kontura i veza izme đu elemenata izratka treba se vršiti sa što jednostavnijim pravcima, lukovima i zaokruženjima. Za izradu dobrih odljevaka, bez neželjenih šupljina i usahlina potrebno se je pridržavati odre đenih smjernica, koje se pretežno odnose na usklađivanje potrebnih dimenzija. Tako primjerice kao op ća se

81

 primjedbe može naglasiti da pri oblikovanju odljevka treba izbjegavati nagomilavanje materijala. na slici 9.3. je prikazan jedan tipi čan primjer izbjegavanja nagomilavanja materijala.

Slika 9.3. Izbjegavanje gomilanja materijala s pravilnim oblikovanjem izratka. Posebna se pozornost pri oblikovanju treba usredoto čiti na stvaranje mogu ćnosti izlaska nemetalnih uklju čaka, plinova i zraka iz kalupa a u procesu ulijevanja metala. Ovo je razlogom da se trebaju izbjegavati velike vodoravne površine. Na slici 9.4 su prikazani neki  primjeri koji osiguravaju izlazak zraka.  Nadalje, potrebno je naglasiti i to, da se oblikovanje mora provoditi tako, da kasnija strojna obrada bude olakšana. Pored toga, potrebno je u oblikovanju voditi ra čuna da se na   pojavljuju nagle promjene presjeka, jer se u procesu hlađenja tamo mogu pojaviti tzv. zaostala naprezanja, koja kasnije mogu uzrokovati lom na tom mjestu. Drugim rije čima,  potrebno je izradom modela ostvariti jednake uvjete hla đenja modela.

Slika 9.4. Načini oblikovanja izratka u kojih je osiguran izlazak plinova, zraka i uklju čaka.

82

9.2.2. Oblikovanje dijelova zavarivanjem Metoda zavarivanja kao vrsta oblikovanja jest metoda stalnog spajanja dvaju ili više dijelova metala u jednu cjelinu koriste ći pri tome obi čno toplinu. Ovaj je oblik oblikovanja veoma raširen. Zavarivanje se koristi u proizvodnji mnogih proizvoda kao što su primjerice automobili, ku ćanski aparati, namještaj i sli čno. Graditelji koriste zavarivanje za gra đenje mostova, zgrada i sli čnih konstrukcija. U   proizvodnji se elektroničke opreme tzv. mikro čipovi izrađuju primjenom sofisticirane metode mikrozavarivajućeg procesa. Međutim, za zavarivanje odmah treba napomenuti, da su zavarene konstrukcije bilo kao samostoje će čelične konstrukcije, tlačne posude i slično  podvrgnute u sojem oblikovanju i proizvodnji odre đenim propisima i zakonima. Industrijski će dizajner malo kada mo ći izvesti zavarenu konstrukciju optimalno. Za to je potrebno opsežno znanje iz područ  ja tehnologije zavarivanja i materijala. To je razlogom nužne suradnje dizajnera s inženjerom za zavarivanje, koji će u razdoblju konstruiranja, naravno ako je potrebno, predložiti potrebne izmjene za tehnološki pravilno oblikovanje. Postoji više od šezdeset razli čitih metoda tj. proces zavarivanja. Svaki od tih procesa  potpada u jednu od glavnih skupina, i to: a) Zavarivanje rastaljivanjem metala,  b) Spajanje u čvrstom stanju i c) Spajanje pomoću nekog sredstva. Za ovu posljednju skupinu, neki metalurzi smatraju da ona ne spaja u metodu zavarivanja. Zavarivanje rastaljivanjem jest najraširenija metoda zavarivanja. Ova metoda koristi toplinu za lokalno taljenje površine metala na mjestu koje treba me đusobno spojiti. Kada se rub rastaljenog metala u procesu zavarivanja ohladi i kada o čvrsne, kažemo da su ta dva dijela spojena zavarenim spojem, koji može biti toliko čvrst kao i bilo koji drugi dio spojenih metala. Većina se procesa metodom rastaljivanja metala koriste tako đer i primjenom dodavanja metala za ispunu vara. Ovaj se materijal izra đuje u obliku štapa, koji je u   primjeru elektrozavarivanja elektroda. Toplina procesa zavarivanja ujedno rastaljuje i taj dodatni materijal, pa se on tako miješa s temeljnim materijalom. Ovaj metal za ispunu dopunjava prostor zavarenog spoja i istodobno ga o čvršćuje. Rub se ohlađenog i ujedno očvrsnutog materijala zajedno s temeljnim materijalom naziva zonom zavarenog spoja. U većini zavarenih spojeva ovog tipa zagrijani metali moraju biti zašti ćeni od vodika, dušika i kisika koji se nalaze u atmosferi, jer ako metali koje zavarujemo upiju te  plinove onda zavareni spoj može biti ili mekan ili pak krhak. Zaštita se podru č  ja zavrenog spoja može provesti na nekoliko na čina. Jedan je oblik zaštite putem izravnog puhanja mlaza nekog neaktivnog plina, kao što je primjerice argon, uglji čni dioksid ili pak helij. Druga je metoda namazivanja tankog sloja posebne vrste nemetalnog namaza na prostor  zavarivanja. Treći je način zaštite površine zavarivanja, zavarivanje u vakuumu. Kako je već rečeno postoji više na čina zavarivanja, pa ćemo ovdje sada istaknuti samo neke za koje se smatra da su najrašireniji.

83

Elektrolu čno zavarivanje je proces zavarivanja, koji za rastaljivanje metala koristi toplinu što nastaje u elektro luku. Zavariva č koriste ći držač elektrode u kojem se nalazi štapić za ispunu (elektroda) i koji je spojen elektri čnim vodom s generatorom koji proizvodi električnu struju, zatvara kruži strujni tok, jer je i metal koji se zavaruje, drugim vodom spojen na generator. Tako se tvori elektro luk izme đu metala i zaštitno prekrivene elektrode  pri čemu se stvara odgovaraju ća toplina koja rastaljuje metal i elektrodu i namaz. U metodi ispod površinskog elektrolu čnog zavarivanja elektri čni je luk prekriven   puderastim sloje,, koji se stvara stalnim nagomilavanjem pudera iz spremnika što je  pričvršćen na alatu za zavarivanje. Elektri čni se luk stvara između metala i potrošne ži čane elektrode koja ujedno služi za ispunu spoja. Ova se ži čana elektroda dopunjuje kontinuirano kroz alat za zavarivanje, a nalazi se namotana na odgovaraju ćem bubnju. U tzv. plazma postupku zavarivanja argon ili sli čni plinovi se elektri čki zagrijavaju sve dok se na stvori jedan tip ioniziranog plina koji se naziva plazmom. Luk se plazme usmjeri prema metalu na mjestu gdje se žali zavar, a ispunski se materijal dodaje zasebno. Luk plazme istodobno zašti ćuje površine metala koji se zavaruju. Luk plazme stvara veoma visoke temperature pa se radi toga ovaj postupak koristi za zavarivanje metala koji se teško zavaruju. Otporničko zavarivanje spaja metale pomo ću topline proizvedena otporom električne struje. U ovom se postupku ne koriste nikakve ispune ili zaštitni namazi.   Naprosto se metalni elementi stave jedan uz drugog na mjestu gdje se želi zavar, te se između predmeta još ostvari i odgovaraju ći tlak putem uređaja na kojem se nalaze odgovarajuće elektrode. Dok struja te če stvara se odgovaraju ći električni otpor i istodobno se pojavljuje odgovaraju ća toplina. Rezultirajuća toplina rastapa materijal na mjestu gdje su metali spojeni. Ako su površine zavarivanja male, onda se taj postupak naziva i to čkastim elektrootporni čkim zavarivanjem. Plinsko zavarivanje koristi toplinu iz plinova koji izgaraju na mjestu gdje se želi ostvariti zavareni spoj. Naj češće se kao plin javlja acetilen koji se miješa putem odgovarajućeg «pištolja» s kisikom. Ako se u zavarenom spoju zahtijeva još i ispuna, tada zavariva č ubacuje na mjesto zavarivanja odgovaraju ći zavarivački štapić u rastaljene metale. U ovom se postupku može koristiti odgovaraju ći namaz kojim se mjesto zavarivanja   premaže prije zavarivanja. Ostali procesi zavarivanja uključuju korištenje elektronskih zraka ili lasera da stvore energiju potrebnu za rastaljivanje spojenih metala. Ovi postupci zahtijevaju posebnu i dosta sofisticiranu specijaliziranu opremu. Tehnika zavarivanja Prema načinu kako se ostvaruju zavareni spojevi, tj. da se u nekom lokalnom mjestu dvaju ili više dijelova koji se me đusobno spajaju koristi toplina za lokalno rastaljivanje metala, posljedično se javljaju i promjene u temperaturnom polju konstrukcije, koje nakon hlađenja mogu imati posljedi čne deformacije i zaostala naprezanja. I upravo je ova činjenica razlogom, da se o tim deformacijama i naprezanjima mora voditi posebna spoznaja o mogućim pojavama deformacija i naprezanja naglasi posebno zna čajnom i za ovu vrstu oblikovanja. Sveobuhvatni prikaz raznovrsnih mogu ćnosti bi zahtijevao nekoliko posebnih knjiga. Radi opsega koji ovdje teži s sažetosti, navest ćemo samo nekoliko primjera iz tehnike zavarivanja. Kada se konstrukcija sastavlja od razli čitih tzv. profilnih elemenata ili

84

cijevi, tada se obi čno prije zavarivanja takvi dijelovi prethodno izrade i to obi čno tzv. hladnim oblikovanjem (npr. savijanjem). Na slici 9.5 je prikazan jedan primjer hladno oblikovanih elemenata koje treba spojiti u jedan dio

α

Slika 9.5 Udaljenost zavara od hladno oblikovanih dijelova U ovakvim primjerima posebnu pozornost treba usredoto čiti na to, da se zavari nalaze na odgovarajućoj udaljenosti od onih mjesta konstrukcije, koji su u pripremnom dijelu doživjeli trajne plasti čne deformacije. Pravilo je u takvim primjerima, da se udaljenost zavara od hladno oblikovanih mjesta najmanje za dvostruku družinu dimenzije  presjeka. U brojnim se primjerima zavarenih konstrukcija javljaju relativno velike ravne plohe limova ili cijevi. U takvim je primjerima i radi stabilnosti tih ploha a i radi nužnog  povećanja krutosti potrebno postaviti odgovaraju ća rebrasta ukrućenja. Na slici 9.6 su  prikazani neki primjeri takvih ukru ćujućih rebara i njihova izvedba.

Slika 9.6 Primjeri rebara za ukru ćivanje

85

Iz mnoštva primjera, navedeni su samo neki koji nam ukazuju na širinu pristupa u   postupku zavarivanja. Iz ovih, a naravni i brojnih drugih moguće je utvrditi i nekoliko zaključaka, za koje posebno naglašavamo da to nisu svi mogu ći zaključci.  Najbolja je zavarena konstrukcija ona na kojoj je najmanje zavara. Nadalje, u izboru vrste i oblik zavara, treba uvijek pokušati ostvariti povoljan tok sila i što kra ća vremena izrade zavarene konstrukcije. Kad je spomenut tok sila, tu se je mislilo na deformacije i naprezanja u širem smislu. Tako na primjer uvijek treba izbjegavati vla čna opterećenja zavara dajući prednost smičnim opterećenjima, kako je pokazano na slici 9.7.

Slika 9.7 Vlačno i smično opterećenja točke zavara od posebnog je značenja u zavarenih konstrukcija pravilno izabiranje materijala. U ovom smislu se uvijek preporu čuje savjetovanje sa stru čnjacima za zavarivanje. Izuzetno je važno u konstrukciji izbjegavati nagomilavanje zavara, koji se posebno često javljaju kao mogu ćnost u spajanju kosih priklju čaka. U takvom se primjeru  preporučuje izbjegavanje na način prikazan na slici 9.8.

Slika 9.8 Nagomilavanje zavara i način izbjegavanja nagomilavanja

86

Kao posebno važan podatak, treba spomenuti da je u oblikovanju zavarene konstrukcije uvijek misliti na osiguranje pristupa čnosti mjesta na kojem će se postaviti zavar. Na slici 9.9 su prikazani primjeri nepristupa čnih zavara koje treba izbjegavati.

Slika 9.9 Nepristupačni zavari i primjer poboljšane konstrukcije Ako se u zavarenoj konstrukciji predvi đa, da se neke od površina poslije toga obrađuju, onda je to svakako potrebno uzeti u obzir. Drugim rije čima na radne se površine ne treba postavljati zavare. Pored toga, kako je pokazano na slici 9.10, ako se treba obrađivati neka površina, onda je treba konstruktivno tako postaviti, da se pri obradi ne dotiče zavar.

Slika 9.10 Zavar postavljen na obra đivanu površinu i izbjegavanje takvog rješenja.

87

9.2.3 Oblikovanje dijelova kovanjem Oblikovanje konstrukcijskih dijelova kovanjem je postupak u kojega se obra đivani komad stavlja izme đu nakovnja i čekića, pri čemu je obično temperatura predmeta koji se oblikuje iznad temperature rekristalizacije. Razlikujemo tri na čina postupka obrade kovanjem, i to su: slobodno kovanje, kovanje u ukovnju i hladno te čenje (ekstruzija materijala). Odmah u početku treba naglasiti da su troškovi alata i strojeva za ovu vrstu tehnologije veoma skupi. Slobodno je kovanje postupak u kojega se obra đivani komad, koji se nalazi izme đu čekića i nakovnja može slobodno gibati u stranu. U ostalim se oblicima materijal tla či u kalup ili se tlači pomoću kalupa. Slobodno se kovanje obavlja strojno, pomo ću kovačkih čekića. Danas se slobodno kuju samo veliki izradci, primjerice pretkovanje koljenastih vratila, U područ  ju tehnologije plastične obrade materijala ubraja se pored slobodnog kovanja i kovanje u ukovnju i istiskivanje (ekstruzija) profila. U procesu kovanja, ako je izvo đen u skladu s tokom strukture materijala, posljedi čno dolazi do poboljšanja strukture materijala i mehani čkih svojstava izratka. Što se pak ti če oblika otkovaka, oni se trebaju izra đivati tako da se izbjegavaju širi prijelazi kao i velike razlike površina presjeka a i složeni oblici. Razlog je tome da se manje površine veže haldne  pa tkao dolazi do temperaturnih zaostalih naprezanja u materijalu, koje mogu rezultirati ili neželjenim deformacijama pa čak i pojavom pukotina ili lomom. U oblikovanju je potrebno obratiti pozornost i na neke posebnosti tehnologije kovanjem. Tako su na primjer na slici 9.11 prikazani primjeri nepodobnog oblika za kovanje, zatim podobnog i napokon oblika koji daje mogu ćnost pojeftinjenja izrade.

Slika 9.11. Oblikovanje slobodno kovane ru čice; a) kovački nepodoban oblik; b) kova čki  podobniji oblik i c) oblik kojim se može posti ći pojeftinjenje izratka.

88

 Na slici 9.12. su prikazani primjeri ispravno i neispravno izabrani oblici oka na dvokrakoj ručici. Kovanje u ukovnjima Ovaj se oblik kovanja primjenjuje samo u onim primjerima, kada se kuje velik broj komada i ako se otkovak može primijeniti kao gotov izradak i sa što je mogu će manjom strojnom doradom. Ovaj se oblik kovanja primjenjuje za dijelove koji imaju u porabi izražen dinamički karakter. I u ovom se postupku moraju izbjegavati oštri bridovi, nagli  prijelazi presjeke, nagomilavanje materijala i napokon složenost izratka. Gornji i donji dio ukovnja tvore tzv. razdjelnu rešku. Ova se podjela u konstruiranju treba postaviti tako da ju  je nakon izrade moguće lagano skinuti.

Slika 9.13 Izgled ojnice motora kovane u ukovnju. Sve površine moraju biti izvedene skošeno, kako bi se otkivci kasnije mogli lagano izvaditi iz ukovnja. Treba uvijek nastojati da se strukturni pravci približno podudaraju sa smjerom vlačnih naprezanja.

89

Oblikovanje ekstruzijom Ekstruzija je tla čno oblikovanje u kojega se materijal isprešava u smjeru ili suprotno smjera gibanja žiga. Postupak se ekstruzije može vršiti na hladno (ispod) ili na toplo (iznad temperature rekristalizacije materijala). Da se stvori odgovarajuća predodžba o mogućnostima izrade dijelova kovanjem, ovdje je dat niz primjera izra đenih otkovaka.

Slika 9.14 Rotacioni otkovci za zup čanike, remenice, glav čina za kotače i prijenosne mehanizme  Na prethodnoj su slici 9.14 prikazani neki tipični primjeri otkovaka kružnih oblika.  Na slici 9.15 nešto složeniji kružni oblici, koji imaju nekružne nadgradnje na sebi.

90

Slika 9.15. Otkovci klipova i ventila crpki, te elementi ku ćišta zapornih ventila.

Otkovci za cijevne prirubnice, koljena i razvodne grane, te ku ćišta zapornih ili  propusnih ventila spadaju u red onih elemenata koji se izra đuju prema odgovarajućim normama a pretežno se koriste za ve će radne tlakove, pa je to razlogom da se izra đuju

91

kovanjem, jer je u tom na činu oblikovanja uvažena i ve ća sigurnost primjene proizvoda. na slici su 9.16 prikazani neki primjeri spomenutih otkovaka.

Slika 9.16. Otkovci za cjevne prirubnice, koljena i kućišta zapornih i propusnih ventila. Posebnu skupinu otkovaka čine elementi za povezivanje, kao što su poluge, spone ili   pak vratila ili osovine. U ovih se elemenata pored česte složenosti oblika postavljaju i relativno visoki dinami čki zahtjevi. Na slici 9.17 su prikazani takvi elementi koji se koriste u automobilskoj ili traktorskoj proizvodnji.

Slika 9.17 Otkovci za automobile ili traktore.

92

Oblikovanje ekstruzijom Ekstruzija je tlačno oblikovanje u kojega se materijal isprešava u smjeru ili suprotno smjera gibanja žiga. Postupak se ekstruzije može vršiti na hladno (ispod) ili na toplo (iznad temperature rekristalizacije materijala). Valja naglasiti da se mehani čka svojstva materijala u ekstruzijskom postupku mijenjaju radi odgovaraju ćeg očvršćavanja. Na taj na čin prekidna se čvrstoća povećava od 30 do 120%, a granica te čenja od 80 čak do 200%. I tvrdoća se značajno mijenja od 4 do 120%. Pored toga treba naglasiti da se mehani čka svojstva toplom ekstruzijom tek neznatno mijenjaju. Ekstruzijom se obi čno proizvode manji dijelovi čija je proizvodnja brojna, te koji su rotacijsko simetri čnog oblika. U oblikovanju izzradaka proizvedenih ekstruzijom potrebno je obratiti posebnu  pozornost na: 1. U ekstruzijskih izradaka op ćenito treba izbjegavati kosine obrisa kako s nutarnje tako i s vanjske strane elementa. Iznimku u ovoj vrsti oblikovanja čine dugački dijelovi s nejednakim debljinama stijenki.

Slika 9.18 Kosine na izratku nisu potrebne. 2. Dijelovi u kojih je materijal nesimetri čno nagomilan ne mogu se izraditi ekstruzijom. U onim primjerima kada nam treba rotacijska asimetrija, dio se izradi prvo simetri čno, a potom se strojno obradi.

Slika 9.19 Oblikovanje se vrši simetri čno a potom se obradom dobiva asimetrija.

93

3. Ekstruzijom se ne mogu ostvariti utori ni s vanjske ni s nutarnje strane. Takvi se utori mogu ostvariti naknadnom strojnom obradom.

Slika 9.20. Oblikuje se bez utora.

Slika 9.21. Oblici ostvareni ekstruzijom.

94

9.2.4. Oblikovanje dijelova od lima Izrada dijelova od lima ima po četni materijal kao limene plo če ili limene trake od čelika ili od obojenih metala (aluminij, bakar i razli čite slitine). Prema debljini razlikujemo čelične limove srednje debljine do 4,75 mm i debele čelične limove debljine iznad 4,75 mm. U izradi dijelova od lima kao prvo dolazi u obzir tehnologije rezanja a potom oblikovanja. Tehnologije rezanja obuhvaća: Rezanje ili odrezivanje koje jest odvajanje duž crte koja nije zatvorena, dok se pod izrezivanjem smatra odvajanje duž zatvorene konture, kako je pokazano a slici 9.22 Traka Linija odvajanja Izradak

Izrezivanje

Izradak  Traka Linije odvajanja  Izradak 

Slika 9.22 Primjeri rezanja i izrezivanja lima. Probijanje je lima odvajanje proizvoljnog nutarnje oblika, dok je probijanje s izvlačenjem postupak koji pred probijanja tvori i odgovaraju ći ovratnik za možebitno urezivanje navoja ili za oja čavanje provrta.

Slika 9.23 Urezivanje, probijanje i  probijanje s izvla čenjem Kao i u drugim na činima oblikovanja, tako i u oblikovanju limenih plo ča i traka opstoje odgovarajuća pravila.

95

- Oblik izratka treba biti što jednostavniji, jer to uvelike snižava cijenu koštanja izrade alata. Na slici 9.24 su prikazana dva primjera izratka i odnošaj njihovih troškova izrade.

Slika 9.24 Jednostavnost oblika smanjuje troškove alata. - Potrebno je izbjegavati naknadnu obradu izratka. To zna či da treba oblikovati tako, da limeni dio nakon prvog oblikovanja bude završen. - Uske se tolerancije dimenzija treba propisivati samo za ona mjesta gdje je to neizostavno. - Kada se radi o ve ćim dimenzijama limenih dijelova tada se treba posebno voditi računa o tzv. normalnim dimenzijama limova, kako debljine tako i gabaritnih dimenzija. - Oblikovanje rezanjem treba tako prirediti da se, naro čito ako se radi o većem broju komada, postigne što je mogu će veća ušteda u materijalu. - U manjih dijelova koji se oblikuju može se izvršiti i tzv. predoblikovanje, kako je  prikazano na slici 9.25, gdje su ukrućenja limova ostvarena užljebljenjem, dorubljivanjem i izbočenjem.

Slika 9.25 Postupci predoblikovanja na manjem dijelu. - Posebno se pogodni rezultati u pove ćanju krutosti elementa ostvaruju s užljebljivanjem. Na slici 9.26 su prikazani utjecaji oblika ožljebljenja na pove ćanje specifi čne krutosti dva tipa žlijebova, izražene putem momenta otpora. Ovdje je rije č o limenom pojasu kojega je širina 62 mm a debljina je lima 1 mm, u koji su užlijebljena dva tipa žljebova i po obliku (I i II) i po visini h. Što se ti če veličine momenta otpora u oštrobridnog i zaobljenog presjeka on se razlikuje veoma malo, dok je razlika u težini izrade veoma velika.

96

Slika: 9.26 Momenti otpora užlijebljenih profila.

Slika 9.27 Prikaz nepovoljno i povoljno razmještenih žljebova. 9.2.4 Oblikovanje savijanjem u ukovnju Oblikovanje savijanjem u ukovnju je poseban na čin oblikovanja. Prigodom deformacije dijela koji se oblikuje čestice se materijala nastoje proširiti na mjestu

97

deformacije prema napolju, pa se na taj na čin, kako je pokazano na slici 9.28, širina b na gornjem pojasu proširuje u širinu b u dok se u donjem pojasu sužava na širinu b v. Radi velikih, dakle očitih deformacija na mjestu savijanja se mogu pojaviti inicijalne pukotine, koje mogu prouzrokovati kasnije lomove. Štoviše opasnost se od pukotina može pove ćati od oštrih zareza.

Slika 9.28 Primjer jednostavnog ukovnja za savijanje; 1. gornji žig, 2. donji žig, 3. graničnik, 4. savijeni dio s prikazom deformacija pri savijanju. Savijanja koja se mogu ostvariti ovom metodom oblikovanja su ograni čena  polumjerima zakrivljenosti, zatim duljinom kraka koji se savija, a istodobno i radi povratne elasti čne deformacije je potrebno rau čnati i s odstupanjima u kutu savijanja. Kod dijelova koji se savijaju su tolerancije održivih mjera jedna održive, a posebno ako se radi o dijelovima koje treba saviti više puta.

9.2.5 Oblikovanje dubokim izvla čenjem Ova je tehnologije oblikovanja prirezanog lima u lon časte i sandučaste oblike koje se izvodi pomoću prstena za izvlačenje i žiga upotrebom drža ča lima. Najpovoljniji je oblik  ove metode ako se dio može izraditi jednim izvla čenjem. Svaki dodatni stupanj izvla čenja stvara pored novih troškova alata i troškove rada. Dubokim se izvla čenjem mogu proizvesti  bilo kakvi presjeci.

98

Slika 9.29. Načelo rad u metodi dubokog izvla čenja.

 Na slici 9.29 suprikazana dva tipična primjera dubokog izvla čenja, dok su u slici 9.30 date i neke smjernice za oblikovanje dubokim izvla čenjem. Za duboko izvlačenje se posebna pozornost treba usmjeriti na izbor materijala koji se koristi. Iskustvo nas u či da su za duboko izvla čenje najpodobniji slijede ći materijali: aluminij, lim za duboko izvla čenje, čisti bakar i mjed za tla čenje.

Najveća debljina mm

Polumjer izratka mm

odmjere mm

Aluminij

8,0

<600

0,4 do 0,8

Bakar, mjed, lim

5,0

600 do 1200

0,8 do 1,6

 Ner đajući čelik

3,0

1200 do 3000

1,6 do 3,2

Materijal