book.indb

תמליל

1 גמר לבתי ספר לטכנאים ולהנדסאים סוג הבחינה: מדינת ישראל אביב תש"ע, 2010 מועד הבחינה: משרד החינוך סמל השאלון: א. משך הבחינה: ארבע שעות. נספחים: א. מפה פסיכרומטרית ב. נוסחאות בתרמודינמיקה ג. הדיאגרמה של מודי ד. Appendix D )לשאלה )9 מכניקה הנדסית להנדסאים הוראות לנבחן ב. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה חמישה פרקים, ובהם תשע שאלות. עליך לענות על שאלה אחת מכל אחד מארבעת הפרקים הראשונים, ועל שאלה אחת נוספת, על פי בחירתך, מכל השאלון. בסך הכול עליך לענות על חמש שאלות. לכל שאלה 20 נקודות, ובסך הכול 100 נקודות. ג. חומר עזר מותר לשימוש: כל חומר עזר, כלי סרטוט ומחשבון. ד. הוראות מיוחדות: 1. בטרם תתחיל לענות על השאלות, קרא בעיון את כל השאלון וודא שההנחיות בדף השער מובנות לך היטב. 2. ענה על השאלון על פי הסדר הנראה לך. 3. ענה על מספר השאלות הנדרש בשאלון. המעריך יקרא ויעריך את מספר התשובות הנדרש בלבד, לפי סדר כתיבתן במחברתך, ולא יתייחס לתשובות נוספות. 4. בכל שאלה ניתנו הנתונים לפתרונה. אם לדעתך חסר נתון, הוסף אותו על פי שיקול דעתך ופתור בעזרתו את השאלה. ציין בתשובתך את הנתון שהוספת. 5. בתשובה לשאלה חישובית, עליך להציג את שלבי הפתרון באופן מפורט ולהסבירם בקצרה. קבלת מרב הנקודות מותנית במילוי דרישה זו. 6. המידות בסרטוטים נתונות במ"מ, אלא אם כן צוין אחרת. הוראות למשגיח: בתום הבחינה יש לוודא כי התלמידים צירפו את הנספחים א' ו ד' למחברת הבחינה שלהם. בשאלון זה 11 עמודים ו 4 עמודי נספחים. ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. בהצלחה!

2 - 2 - השאלות בשאלון זה חמישה פרקים, ובהם תשע שאלות. עליך לענות על שאלה אחת מכל אחד מארבעת הפרקים הראשונים, ועל שאלה אחת נוספת, לפי בחירתך, מכל השאלון. בסך הכול עליך לענות על חמש שאלות. לכל שאלה 20 נקודות, ובסך הכול 100 נקודות. פרק ראשון: קינמטיקה ודינמיקה שאלה )20 1 נקודות( במנגנון המתואר באיור לשאלה 1 הארכובה AB סובבת סביב הציר A במהירות זוויתית: rad. ω AB = 2 s גלגל השיניים הקטן, המחובר לארכובה באמצעות הציר, B מתגלגל על החישוק של גלגל השיניים הגדול שהוא מקובע. המוט CD מחובר לגלגל הקטן בנקודה, C והמוטות CD ו DE מחוברים ביניהם. החיבורים D, C ו E הם ציריים. במצב המתואר באיור, המוט CD אופקי והארכובה AB אנכית B C D A ω AB E איור לשאלה 1 המשך בעמוד 3

3 - 3 - במצב המתואר באיור, חשב את: ערכה של המהירות של הנקודה C ואת כיוונה? א. ערכה של המהירות הזוויתית של המוט. CD ב. ערכה של המהירות הזוויתית של המוט. DE ג. שאלה 2 באיור לשאלה 2 מתואר גלגל שעל טבורו תלויה משקולת. המסה של המשקולת. 100 kg הרדיוס של הטבור הוא. 400 mm מומנט ההתמד של הגלגל כולו:. J z = 15 kgm 2 במצב, 1 המשקולת נעה כלפי מטה במהירות. 2 m s עקב חיכוך במסב שלאורך ציר Z פועל על הגלגל מומנט. M f = 80 Nm המשקולת ממשיכה לנוע כלפי מטה וכעבור זמן מסוים עוברת את מצב, 2 שבו היא נמוכה ב m 1.2 ממקומה במצב. 1 Y 400 mm Z X מצב m m = 100 kg מצב 2 איור לשאלה 2 חשב את: א. האנרגיות הקינטיות של הגלגל ושל המשקולת במצב. 1 ב. האנרגיות הקינטיות של הגלגל ושל המשקולת במצב 2 ואת מהירות המשקולת במצב. 2 המשך בעמוד 4

4 - 4 - פרק שני: חלקי מכונות שאלה )20 3 נקודות( באיור לשאלה 3 מתוארת ממסרה בעלת רצועות טריזיות. הממסרה מעבירה הספק של 20 kw ביחס תמסורת של. 1 : 2.6 מנוע הממסרה והמכלול של הגלגל המניע מורכבים על גררה שיכולה לנוע לאורך מסילה. מתיחות הרצועות מתקבלת באמצעות הבורג שלוחץ על גררת המנוע בכוח. Q s D A חתך רצועה h 2 γ d מנוע שטח החתך: גובה החתך: זווית הטריז: a = 1.2 cm 2 h = 10 mm 2 γ = 38 בורג גררה Q s מסילה µ 0 נתוני הממסרה: הקוטר של הגלגל המניע: המרחק בין צירי הגלגלים: מהירות הסיבוב של הגלגל המניע: משקל המנוע עם מכלול הגלגל המניע: מקדם החיכוך בין הגררה למסילה: d = 160 mm איור לשאלה 3 מקדם החיכוך בין הרצועות לגלגלים: המאמץ המותר ברצועות: מודול האלסטיות של הרצועות: m = 0.33 [s] = 5.5 MPa E = 40 MPa A = 550 mm n in = 1500 rpm W = 1500 N צפיפות חומר הרצועות: g ρ = cm m 0 = 0.2 א. חשב את מספר הרצועות הדרוש כדי להעביר את ההספק של. 20 kw ב. חשב את ערכו המזערי של הכוח הצירי Q s שהבורג צריך להפעיל על הגררה כדי להבטיח עבודה ללא החלקה בין הרצועות לגלגלים. המשך בעמוד 5

5 - 5 - שאלה )20 4 נקודות( באיור א' לשאלה 4 מתואר מפחת סיבובים דו שלבי. Z 1 ו Z 2 הם גלגלי שיניים בעלי שיניים ישרות; Z 3 ו Z 4 הם גלגלי שיניים בעלי שיניים משופעות Z 4 Z 4 c c P out E F E Z 3 F F a 208 b Z 2 איור ב' לשאלה 4 C D 148 a Z 1 n in A B נתונים: איור א' לשאלה 4 ההספק ביציאה מהמפחת: P out = 15 kw זווית השילוב )הלחץ(: = 20 a מהירות הסיבוב בכניסה למפחת: n in = 3,000 rpm זווית השיפוע של מספרי השיניים של הגלגלים בשלב Z 1 = 19, Z 2 = 55 : I השיניים המשופעות: = b מספרי השיניים של הגלגלים בשלב Z 3 = 15, Z 4 = 62 : II א. חשב את המודול של גלגלי השיניים Z 1 ו Z 2 ואת המודול הנורמלי של גלגלי השיניים. Z 4 ו Z 3 ב. חשב את כוח התגובה בסמכים A ו B של גל הכניסה של המפחת. ג. חשב את כוח התגובה בסמך E של גל היציאה של המפחת. הרכיב הצירי,, F a של כוח השילוב פועל על הגלגל,, Z 4 בכיוון המסומן באיור ב'. המשך בעמוד 6

6 - 6 - פרק שלישי: תרמודינמיקה שאלה )20 5 נקודות( מנוע פועל לפי מחזור אוטו סטנדרטי. בתחילת תהליך הדחיסה הלחץ הוא: P 1 = 1 bar והטמפרטורה היא:. T 1 = 300 K הטמפרטורה המרבית במחזור היא: T 3 = 2,000 K ונצילות המנוע היא: = 56.9% o. h ניתן להניח כי האוויר מתנהג כגז משוכלל. נתוני האוויר: kj cp = החום הסגולי בלחץ קבוע: kg K kj cv = החום הסגולי בנפח קבוע: kg K kj R = קבוע הגז של האוויר: kg K היחס בין קיבולי החום הסגוליים: = 1.4 g א. תאר את המחזור על דיאגרמת P-v ועל דיאגרמת. T s ב. חשב את הטמפרטורה,, T 2 ואת הלחץ,, P 2 של האוויר בסוף תהליך הדחיסה. ג. חשב את כמות החום המושקעת ליחידת מסה,, q in בתהליך השריפה 3 2. מתכנני המנוע רוצים לבדוק את כדאיות השימוש במנוע הפועל לפי מחזור דיזל, שבו החום המושקע ליחידת מסה,, q in והטמפרטורה המרבית במחזור,, T 3 זהים לאלה שבמחזור המקורי )מחזור אוטו(. ד. תאר את המחזור החדש על דיאגרמת. P v ה. חשב את הטמפרטורה,, T 2D של האוויר במחזור החדש )מחזור דיזל( בסוף תהליך הדחיסה. ו. חשב את יחס הדחיסה,, r vd ואת יחס הקיטעון,, r c של המחזור החדש )מחזור דיזל(. ז. חשב את הנצילות התרמית של המחזור החדש,. h D האם יבחרו המתכננים להשתמש במנוע הפועל על פי המחזור החדש )מחזור דיזל( אם ממדי המנוע צריכים להישמר? נמק את תשובתך. המשך בעמוד 7

7 - 7 - שאלה 6 יחידת ייבוש וקירור אוויר מיועדת לשמור על תנאי סביבה מתאימים בחדר מחשבים. היחידה קולטת אוויר לח בטמפרטורה: T 1 = 35 C ולחות יחסית: = 70% 1. f על מנת לסלק את המים, מקררים את האוויר עד לטמפרטורה T 2 ומחממים אותו חזרה עד לטמפרטורה: T 3 = 24 C וללחות יחסית: = 40% 3. f נתונים: kg m air = s ספיקת המסה של האוויר היבש היא: p o = 10 5 P a הלחץ הברומטרי הוא: לצורך הפתרון, היעזר במפה הפסיכרומטרית שבנספח א'. א. סרטט על גבי המפה הפסיכרומטרית שבנספח א', באופן איכותי, את הגרף המתאר את התהליכים שתוארו לעיל. ב. מצא את הטמפרטורה T 2 שעד אליה מקררים את האוויר לשם ייבושו. ג. חשב את ספיקת המים,, m w המסולקים מהאוויר בתהליך הייבוש, ביחידות של. g hr ד. חשב את ספיקת החום )כמות חום ליחידת זמן(,, Q out המסולקת מהאוויר לשם ייבושו. ה. חשב את ספיקת החום )כמות חום ליחידת זמן(,, Qin הדרושה לחימום האוויר לטמפרטורה. T 3 הדבק את מדבקת הנבחן שלך במקום המיועד לכך בנספח א' וצרף את הנספח למחברתך. המשך בעמוד 8

8 - 8 - פרק רביעי: הידרוליקה שאלה 7 באיור לשאלה 7 מתוארת מערכת הידרולית המפעילה שתי בוכנות ( A ו ) B לצורך הרכבת מוצר. הבוכנה A מרימה חלק אחד של המוצר לגובה הרצוי ואז היא מפעילה את הבוכנה. B הבוכנה B דוחפת חלק שני של המוצר לתוך החלק הראשון. )המשך המחזור לא מתואר בשאלה.( B A M איור לשאלה 7 המשך בעמוד 9

9 - 9 - נתונים: הקוטר של בוכנה D 1 = 160 mm : A הקוטר של מוט הבוכנה d 1 = 100 mm : A הקוטר של בוכנה D 2 = 120 mm : B הקוטר של מוט הבוכנה d 2 = 90 mm : B הלחץ המרבי במערכת: P 1 = Pa Q = 100 min ספיקת המשאבה: משקל המוצר עם F = 70 kn משקל החלקים הנעים של הבוכנה: א. מצא את הלחץ הנגדי בבוכנה, A בצד של מוט הבוכנה. הזנח את החיכוך במערכת הבוכנה. ב. כוח הדחיפה הנדרש בבוכנה B הוא. 40 kn מצא את הלחץ הנגדי בבוכנה, B בצד של מוט הבוכנה. הזנח את החיכוך במערכת הבוכנה. ג. חשב את מהירות העלייה של הבוכנה A ואת מהירות התנועה של הבוכנה. B ד. אורך המהלך של שתי הבוכנות זהה וערכו הוא. 550 mm מצא את זמן העלייה של הבוכנה A ואת זמן התנועה של הבוכנה. B ה. נתון כי כוח החיכוך במערכת הבוכנה B הוא. 5 kn חשב את הלחץ הנגדי בבוכנה בצד של מוט הבוכנה. ו. רוצים להגביל את מהירות העלייה של הבוכנה. A באיזה רכיב הידרולי יש להשתמש והיכן יש למקם אותו? הצג ציור סכמתי של הרכיב. המשך בעמוד 10

10 שאלה 8 המערכת המתוארת באיור לשאלה 8 מעבירה מים ממאגר מים גדול,, A לפתח היציאה,. E פני המים במכל A ופתח היציאה E נמצאים באותו הגובה. קוטר הצינורות במערכת אחיד וערכו הוא. D = 75 mm האורך הכולל של הצינורות במערכת הוא. L = 20 m הצינורות עשויים מברזל יציקה ומידת החספוס בהם היא. e = 0.26 mm 3 m = 0 01 s ספיקת המים במערכת היא. ל m Q הפסד העומד,, L k בכל כיפוף לאורך הצנרת שווה A 5 m E B C P D נתונים: איור לשאלה 8 מקדם ההפסד ביציאה מהמכל לצינור: = 0.5 k הצמיגות הדינמית של המים: צפיפות המים: µ = 10 3 kg m s ρ = 1000 kg 3 m הלחץ הברומטרי: p o = 10 5 Pa m g = 10 s 2 תאוצת הכובד: א. היעזר בדיאגרמה של מודי שבנספח ג', וחשב את העומד שמספקת המשאבה למערכת. ב. נתון שאורך צנרת היניקה שווה לאורך צנרת הסניקה, ופני המים במכל A גבוהים ב m 5 מפתח היציאה מהמכל. B חשב את: 1. לחץ היתר בכניסה למשאבה. 2. לחץ היתר ביציאה מהמשאבה. המשך בעמוד 11

11 פרק חמישי: אנגלית Read the article "Flexible Automation Systems" and answer the questions on appendix D. Flexible Automation Systems שאלה 9 Go through this text quickly to get a general impression of its contents. Look at Figures a and b they will show you how one programmable robot can perform three different tasks. Robots are an integral part of flexible manufacturing systems. A flexible automation system is one which is readily convertible to alternate tasks through programming. The system's operation can be altered by changing only the software, and not the machinery. Replacing the three manipulators (Figure a) with one programmable robot arm (Figure b) will result in a flexible assembly system. Figure b shows an arrangement in which one robot performs all three assembly operations. The assembly line has been changed into an assembly cell. The conveyors, the parts feeder, and the area for completed parts have been rearranged to acommodate the limits of the robot's reach. This arrangement exploits the versatility of the robot, and reduces cost by replacing three arms with just one. However, it also reduces the production rate by a third, since one arm performs all three operations in sequence, and the conveyors must be slowed down to a third of their original speed to allow the robot time to complete the assembly task. Conveyor A Arm C Plate Cylinder Arm B Arm A Conveyor A Robot Conveyor B Bowl feeder Conveyor B Bowl feeder Figure a Ring Figure b The use of three manipulators The use of one programmable robot arm איור לשאלה 9 הדבק את מדבקת הנבחן שלך במקום המיועד לכך בנספח ד' וצרף את הנספח למחברתך. בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך.

12 נספח א': מפה פסיכרומטרית לשאלון , אביב תש"ע מקום למדבקת נבחן

13 נספח ב': נוסחאות בתרמודינמיקה לשאלון , אביב תש"ע תהליכים הפיכים בגז משוכלל, pv = RT תהליך אפיון עבודה, W חום, q שינוי באנרגיה פנימית, Δu איזוברי const. c v ΔT c p ΔT p Δv = R ΔT p = v 0 RT In 2 p RT In 1 v = p איזותרמי const. T = 1 2 c v ΔT = w 0 ( p1 v1 p2 v2 ) ( γ 1) אדיאבטי = 0 q איזוכורי const. c v ΔT 0 v = מחזור אוטו ומחזור דיזל: 1 ηotto נצילות מחזור אוטו: 1 = γ 1 r v נצילות מחזור דיזל: ( ) γ rc 1 ηdiesel = 1 γ 1 γ rv ( rc 1 ) W לחץ אפקטיבי ממוצע: mep = net v1 v2 תהליך אדיאבטי הפיך )איזנטרופי(: γ γ p v p v = const =. 1 p 2 v 2 1 γ γ p p T 1 = const. 1 p2 γ T1 1 = γ T2 1 T1 v T v = const = γ 1 γ 2. T 2 v1 מערכות קירור: ספיקה נפחית של מדחס: d V tc = π d2 L z n קוטר צילינדר 4 L אורך צילינדר z מספר צילינדר rpm מהירות סיבוב, n V ac = V tc η v m N ac = ac h η oc הספק של מדחס: קירור תפוקת קירור: Q = m ac h Q קירור COP = N ac מקדם ביצוע:

14 זרימה קריטית זרימה למינרית Re < f = 64 Re זרימה טורבולנטית > 4000 Re זרימה טורבולנטית מחוספסת זרימת מעבר טורבולנטית זרימה טורבולנטית חלקה זרימה למינרית, חספוס שקול יחסי מקדם חיכוך, f y = f L V 2 מתוך: ( D 2 g ) ( ) Re = VD ν נספח ג': הדיאגרמה של מודי לשאלון , אביב תש"ע מספר ריינולדס e ( D )

15 Appendix D נספח ד' )לשאלה 9( לשאלון , אביב תש"ע מקום למדבקת נבחן הדבק את מדבקת הנבחן שלך במקום המיועד לכך והדק את הנספח למחברת הבחינה שלך. A. Circle true or false and support your answer with a quote. 1. In order to alter a system's operation, you must change the machinery. True / False " " 2. If programming is changed in a flexible automation system, the tasks can be changed. True / False " " B. Fill in the correct answer. 1. The advantage of replacing three manipulators of the robot (Figure a) with one programmable robot arm (figure b) is that 2. The disadvantage of replacing three manipulators of the robot (Figure a) with one programmable robot arm (Figure b) is that C. Answer the following questions. 1. What is the role of Arm B in Figure a? 2. What is the order of the robot's operations in Figure b? (fill in the missing words or letters) The robot takes the cylinder from Conveyor B, puts it on the plate on, then takes the from the bowl feeder and puts it on the on conveyor.