Inleiding

Als ik zeg bureaulamp, zeg jij ikea. En dat klopt, want de bureaulampen van ikea zijn overal bekend. Wij hebben echter geconstateerd dat als je een dergelijke lamp koopt, je bedrogen uitkomt. Waar je verwacht dat deze in elke stand opereerbaar is, is deze dat niet. Wij, groepje 69, hebben de lekker moeilijke taak op ons genomen om dit probleem te verhelpen.

 

Probleemstelling

Een aantal weken geleden hebben we een paar testjes gedaan, waaruit bleek dat de lamp niet in elke stand in evenwicht was. De lamp bewoog zich vanuit een willekeurige stand naar een bepaalde evenwichtsstand toe.

 

Ontwerpeisen

Ons doel is om een ontwerpverbetering te maken waarbij de lamp in elke positie blijft staan, zonder terug te veren naar een evenwichtsstand. Daarbij moest onze lamp ook nog aan enkele andere eisen voldoen. De eisen zijn dus als volgt:

  • De lamp moet in evenwicht zijn in elke positie;
  • De lamp moet makkelijk te verplaatsen/mobiel zijn;
  • De lamp moet compact/opvouwbaar zijn.

 

Oplossingen in de vorm van een ontwerp

We hebben het ontwerp van de lamp verdeeld in 2 verschillende deelontwerpen. Als eerste hebben we gekeken hoe we de lamp in elke stand kunnen plaatsten zonder te veel moeite. Daarnaast hebben we apart gekeken naar de voet van de nieuwe bureaulamp.

 

Evenwicht in elke positie(bovenkant)

Ontwerp 1.1: Met een klem drukken we de scharnierpunten op elkaar. Hiermee kunnen we de wrijving in die punten zo groot maken dat het moment, opgewekt door de zwaartekracht van de reflector, wordt opgeheven. Met behulp van de hendel bevestigd aan een remkabel kunnen we de klem loshalen om de lamp te kunnen verplaatsen.

Ontwerp 1.2: We bevestigen twee extra stangen aan het geheel tussen de proximale en distale stangen. Deze stangen drukken we op elkaar met trekveren, waardoor de stangen niet meer t.o.v. elkaar kunnen bewegen en de contructie vast staat. Weer met een remkabel halen we de stangen van elkaar en is de lamp weer vrij te bewegen.

Ontwerp 1.3:

Het proximale gedeelte van de lamp laten we hetzelfde. Het distale systeem vervangen we door een enkele stang met daaraan een reflector en een contra gewicht. Volgens de momentenstelling zal de lamp in iedere stand in evenwicht zijn.

 

Voet van de lamp

Ontwerp 2.1: We maken een buizencontructie, bestaande uit een 6-tal alluminium stangen. Het idee is dat we een driepoot maken, waarbij we de poten nog aan de onderkant aan elkaar bevestigen Het geheel zal waarschijnlijk niet zwaar genoeg zijn om het moment op te heffen, maar tussen de stangen is nog plaats voor een contra gewicht.

Ontwerp 2.2: We maken een zware ronde voet, waardoor het moment van de lamp wordt gecompenseerd.

Ontwerp 2.3: We bevestigen een zuignap aan de onderkant met dezelfde functie als het gewicht  van ontwerp 2.2.Nu gebruiken we de zuigkracht, veroorzaakt door vacuüm,om het gewicht te compenseren in plaats van het gewicht om het moment te compenseren

 

Het kiezen van een ontwerp

Om een ontwerp te kiezen, moeten we de ontwerpen beoordelen. Daarbij kijken we welk ontwerp het beste aan alle eisen die we gesteld hebben voldoet. Daarbij hebben we gelet op een aantal criteria. We hebben bij elk ontwerp per criteria een aantal punten toegekend. Het ontwerp met de meeste punten zal het uiteindelijke ontwerp worden. We hebben naar de volgende criteria gekeken.

  • Bouwbaarheid (is het te bouwen met de beschikbare tools en grondstoffen);
  • Voordehandliggendheid;
  • Makkelijk te bedienen/makkelijk verplaatsbaar;
  • Compact;
  • Licht.

Criteria bovenkant

Criterium Weging Ontwerp1 Cijfer Ontwerp2 Cijfer Ontwerp3 Cijfer
Bouwbaarheid 4 7 28 7 28 8 32
Originalteit 2 8 16 9 18 17 14
Makkelijk te bedienen 5 7 35 8 40 7 35
Compact 3 8 24 7 21 7 21
Licht 3 7 21 7 21 8 24
Totaal 124 128 126

 

Criteria voet

Criterium Weging Ontwerp1 Cijfer Ontwerp2 Cijfer Ontwerp3 Cijfer
Bouwbaarheid 4 6 24 8 32 8 32
Originalteit 2 9 18 4 8 7 14
Makkelijk te bedienen 5 8 40 8 40 7 35
Compact 3 8 24 6 18 7 21
Licht 3 9 27 4 12 8 24
Totaal 133 110 126

Aangezien bij de keuze van ontwerp 1 de uitslagen dicht bij elkaar lagen, hebben we nog verder nagedacht en de voor- en nadelen van elk ontwerp bekeken. Bij ontwerp 1.2 kunnen we met één handeling de hele constructie vast kunnen zetten. Bij ontwerp 1.1 is dat niet zo. Daar moeten we bij elk van de scharnierpunten een mechanisme bevestigen om de contructie vast te zetten. Dus deze valt af. Ook vonden we originaliteit belangrijk. Het contra-gewicht vonden wij niet origineel genoeg, dus deze valt ook af. Als bovenstuk hebben we dus voor ontwerp 1.2 gekozen. Omdat we een redelijk uitgebreidt kopstuk hebben, kozen we bij ontwerp 2 voor een zo compact mogelijke voet. Ontwerp 2.1 had het hoogste cijfer bij compactheid en we vonden het allemaal heel origineel. Conclusie: We passen de lamp als volgt aan: De voet bestaat uit een driepoot met uitklapbare segmenten. Aan de lamp worden twee stangen bevestigd die tegen de constructie drukken. Dit wordt gedaan door veerkracht. Als de twee stangen uit elkaar worden getrokken, door een kabel, staat er geen wrijving op de lamp. De lamp is nu in iedere positie te zetten. Op het moment dat de twee stangen de constructie klem zetten, veranderd de constructie in een constructie met nul graden van vrijheid.

 

Analyse uiteindelijk systeem

Stand waarin de lamp in de ongecorrigeerde situatie (situatie zonder remsysteem) het meest ongebalanceerd is.(klik op de afbeelding voor vergroting)

Grafiek van de energieën van alle elementen (zie legenda) en de totale potentiële energie. De energie zou constant moeten zijn bij een perfecte balans.(klik op de afbeelding voor vergroting)

De afgeleide van de totale energie. De waarden zijn gelijk aan de totale balanceerfout. De grafiek geeft dus het koppeltekort weer.(klik op de afbeelding voor vergroting)

De afgeleide van de totale balanceerfout. De grafiek geeft het totale krachttekort weer. Aangezien de wrijving het maximale krachttekort moet kunnen compenseren, is de benodigde wrijvingstekort gelijk aan het maximum van de grafiek.(klik op de afbeelding voor vergroting)

 

Beschrijving uiteindelijk ontwerp/systeem

Wij hebben onze lamp op verschillende manieren verbeterd. Als eerste hebben wij een systeem ontwikkeld, waardoor de lamp altijd in één vaste positie staat. Dit komt, omdat het systeem wrijving genereerd.

Dit gebeurd door middel van twee stangen die tegen twee andere stangen met rubber aangedrukt worden (zie A) door een viertal veren. (zie B) Als de lamp verplaatst moet worden, moet deze wrijving echter opgeheven worden. Dit kan door middel van de hendel. (zie C) Als deze gebruikt wordt, worden de stangen uit elkaar getrokken en is er geen wrijving meer. Dit gebeurd door middel van een binnen buitenkabel die iedereen wel kent als de remkabel van zijn fiets. De kracht die hier ontstaat is groter dan de kracht van de vier veren, waardoor de stangen vrij kunnen bewegen en de lamp versteld kan worden. Als de hendel dan weer losgelaten wordt, drukken de veren de stangen weer tegen elkaar en kan de lamp niet meer versteld worden.

De bodem van onze constructie bestaat uit een driepoot, die allen weer samenkomen in het midden. Hierdoor blijft onze lamp gewoon staan en is hij makkelijk verplaatsbaar. De poten zijn zo gemaakt, dat ze opklapbaar zijn, waardoor er ruimte bespaard wordt. Verder hebben we een contragewicht aan de achterkant gemaakt, om de lamp in balans te houden. Dit hebben we gedaan door middel van 6 gewichtjes, met daarin schroefdraad, waardoor de gewichtjes zeer makkelijk vast en los te draaien zijn. Hierdoor is ons contragewicht verplaatsbaar en kan het moment hiervan zeer makkelijk vergroot of verkleind worden.

Laten we iets dieper ingaan op het stangensysteem. Op het moment dat het handvat (C) ingedrukt is, worden de stangen niet tegen de constructie gedrukt, en zijn ze op te vatten als aanhangsels van de constructie. De constuctie heeft dan zeven lichamen en acht scharnierpunten. Volgens de formule 3(n-1) – 2g heeft de bureaulamp twee graden van vrijheid. De lamp kan namelijk in de x- en y-richting verplaatst worden. Zie figuur rechts.


Op het moment dat het handvat wordt losgelaten, drukken de stangen tegen de constructie aan en maken ze dus deel uit van de constructie. Doordat de vier veren genoeg kracht leveren, mag de verbinding tussen de stangen en de constuctie gezien worden als een vaste verbinding. Hierdoor vormen de oppervlaktes 1,2 en 3 (figuur rechts) een driehoek of parallelogram met nul graden van vrijheid. Ze worden een vaste vorm.


Het vrijlichaamsschema dat je overhoudt is te zien in (figuur boven). Het nieuwe lichaam bestaat uit drie stangen en drie scharnieren. Volgens de formule 3(n-1) – 2g heeft de bureaulamp nu nul graden van vrijheid.


Ons systeem is dus ontworpen om het aantal graden van vrijheid te veranderen waardoor de lamp het ene moment heel goed verplaatsbaar is, en het andere moment helemaal stil staat. Hierbij maken we gebruik van de wrijving tussen de stangen die door de veren op de stukjes rubber op de constructie gedrukt worden. (figuur rechts)

 

Video Uiteindelijk Ontwerp

 

Groep 69

Wij zijn groep 69, ookal draai je ons om, wij blijven groep 69!
  • Maarten Kwakkenbos - 4217462
  • Bas Oude Luttighuis - 4239458
  • Lucas Pijnacker Hordijk - 4243307
  • Jeroen Postma - 4232038
  • Hubald Verzijl - 4257936