Standardiluvut suunnitteluun

Standard Numbers for Design

Pythagoras määritti aikanaan sävelasteikon lukusuhteet musiikkiin, joka toimii johdantona samaa tarkoittavaan suhdelaskentaan. Tekninen lujuuslaskenta tuotesuunnitteluun perustuu "koneenrakennuksen sävelasteikkoon", josta käytetään nimitystä standardilukujen perussarjat. Standardilukujen perussarjojen porrastuksen periaate on Arkhimedeen kultaisessa säännössä mainittu vipuvarren pituus. Mitä kauempana jokin on pienemmästä, sitä suurempiarvoinen tämän arvo on pienempään verrattuna.

Seuraavassa on kaksi määritelmää standardiluvuista, joista toinen on SFS -standardin mukainen ja toinen DIN -standardin mukainen. Kyse on samasta.  Välissä on aikaa kulunut noin 2 500 vuotta Pythagoraan ajoista.

SFS 2964 standardi 1973

"Standardilukujen tarkoitus on yhtenäistää ja helpottaa suureiden vapaasti valittavien lukuarvojen valintaa. Standardiluvut soveltuvat mille tahansa suureelle ja niitä käytetään myös muualla kuin standardiosissa. Muita lukuja käytettäköön vain, kun erityiset syyt  niin vaativat."

Edellä on yksiselitteinen ohje noudattaa standardilukuja. Olemmeko ohittaneet ohjeen huomioimatta sitä? Olemmeko kenties tietämättämme käyttäneet suhdelukuja? Näin tapahtuu mm. teräsprofiilien ja erilaisten komponenttien kohdalla, jotka perustuvat mitoiltaan standardilukuihin.

Esimerkki HEA-poikkileikkauksesta

                1   -   1,25   -   1,6   -   2   -   2,5  -   3,15  -   4   -   5   -   6,3   -   8   -   10

HEA       100     120        160      200    240     300     400   500    600

Samoin muiden terästen poikkileikkausten yhteydessä.

Hihnakuljettimen hihnan leveydet (mm)

                1   -   1,25   -   1,6   -   2   -   2,5  -   3,15  -   4   -   5   -   6,3   -   8   -   10

                                                                        300     400    500    650     800   1000

                        1200     1600    2000

Metriset ruuvit (mm)

                 1   -   1,25   -  1,6   -   2   -   2,5  -   3,15  -   4   -   5   -   6,3   -   8   -   10

                         M1,2     M1,6    M2     M2,5    M3      M4     M5     M6      M8     M10

                          M12     M16    M20   (M24)   M32    M42

DIN 323, DIN 3

"Normaalilukuja käytetään kone- ja kojesarjojen valinnassa, määrättäessä paineiden, kierroksien, kehänopeuksien, tehojen ym. suureiden lukuarvoja sekä koneenosien mitoituksessa pituusmittoina." Yleisohjeena mittojen tulee noudattaa perussarjoja, jotka kappaleen teknillistä tarkoituksenmukaisuutta vaarantamatta tai raaka-ainetta tuhlaamatta ovat mahdollisia.

Perussarja R 5

Standardiluvut ovat pyöristettyjä arvoja geometristen sarjojen peräkkäisistä termeistä. Sarjoiksi valitaan viides juuri kymmenestä (1,6 = R 5), kymmenes juuri kymmenestä (1,25 = R 10), kahdeskymmenes juuri kymmenestä (1,12 = R 20) ja neljäskymmenes juuri kymmenestä (1,06 = R 40).

Standardilukujen perussarjoilla R 5 ja R 10 on suuri vaikutus tuotesuunnitteluun. Standardilukujen perussarjan kertoimen voi tarkistaa kertomalla luvun 1,6 viisi kertaa peräkkäin:

1,6⁵ = 10 

        1,25¹⁰ = 10 

                    1,12²⁰ = 10 

                               1,06⁴⁰ = 10

                                         (1,03⁸⁰ = 10)

Perussarja R 10

Yhdellä tai kahdella standardilukujen perussarjalla koneenrakennuksen suunnittelua ei voi selittää tai käytännössä toteuttaa, mutta sitä voi mallintaa niiden avulla. Standardilukujen perussarja R 5 on kuitenkin porrastukseltaan liian harva tuotesuunnitteluun.

Tämän vuoksi perussarjaa R5 täydennetään standardilukujen perussarjalla R 10, sisältäen kertoimen 1,25, jolla edellinen luku kerrotaan. Porrastus vastaa useita tuotteita. Myös lujuuslaskennan sekä koneiden vanhenemisessa, kerroin 1,25 on merkittävä, josta esimerkkien myötä saamme tietoa.

1,00 – 1,25 – 1,60 – 2,00 – 2,50 – 3,15 – 4,00 – 5,00 – 6,30 – 8,00 – 10,00

Perussarja R 20

1,00 – 1,12 – 1,25 – 1,40 – 1,60 – 1,80 – 2,00 – 2,24 – 2,50 – 2,80 – 3,15 – 3,55 – 4,00 – 450 – 5,00 – 5,60 – 6,30 – 7,10 – 8,00 – 9,00 10,00

Standardilukujen perussarja R20 on liian tiuha tuotesuunnitteluun, tuotevariaatioiden määrän kasvaessa suureksi sarjan mukaisesti mitoittaen, mutta sopii erinomaisesti tuotteille, kuten putkille jne.

Perussarja R 40

Lukusarjaa valittaessa asetetaan R 5-sarja etusijalle R 10-sarjaan nähden, tämä edelleen R 20-sarjaan nähden jne. Alla esitettävä perussarja on, kuten edellinen R 20-sarja,  jota ei käytetä suhdelaskentaan. Tuotesuunnittelijan on hyvä tiedostaa standardilukujen perussarjat, sillä suhdelaskenta perustuu suurelta osin standardilukujen käyttöön.

1,00 – 1,06 – 1,12 – 1,18 – 1,25 – 1,32 – 1,40 – 1,50 – 1,60 – 1,70 – 1,80 – 1,90 – 2,00 – 2,12 – 2,24 – 2,50 – 2,65 – 2,80 – 3,00 – 3,15 – 3,35 – 3,55 – 3,75 – 4,00 – 4,25 – 4,50 – 4,75 – 5,00 – 5,30 – 5,60 – 6,30 – 7,10 – 8,00 – 9,00 – 10,00

(Esimerkiksi putket ja niiden ulkohalkaisijat)

Perussarjojen käyttö

Standardilukujen perussarjan R 5 muotosuhde 1,6 on sopusuhtainen, jonka voi tarkistaa mittaamalla jonkun huonetilan pituus ja leveys. Myös kasvojen korkeuden ja leveyden suhdetta 1,6 pidetään miellyttävänä. Mittaa pään leveys ja korkeus havaitaksesi suhteen.

Sarja R10 täydentää muotoa, joka tulee esille lujuuslaskennassa. Suunnittelija tekee työtä lujuuden ja muodonmuutosten parissa, lisäksi suunniteltavan kohteen kestämiseksi korroosiota ja väsymistä vastaan. Tuotesuunnittelijan olematta muotoilija, oikein mitoitettu on usein samalla miellyttävä silmälle.

Suunnittele mittalukusuhteen 1,618 (kultainen leikkaus) avulla ja yleisesti kokonaisuuksia 1,25 – 1,6 mittasuhteessa. Tutustu myös tuoteluetteloihin havaitsemalla terästen ja komponenttien sisältävän ko. mittasuhteen. Näin teräsprofiilit ja komponentit ohjaavat mittasuhteita suunnitteluun.

17.7.2015*08:30 (342 - 986)
www.karikolehmainen.com
epcalculation@gmail.com