Machine Design I Project Proposal

Document Sample
Machine Design I Project Proposal Powered By Docstoc
					ME314                                       Machine Design I: Project Proposal                                  19‐JAN‐2010 

Overview: 
Mechanical Engineering students are required to complete a project for Machine Design I. More specifically, 
students are required to thoroughly research an existing mechanical device or element designed by engineers, 
and  analyze  the  existing  design  using  currently  available  analysis  methods  and  techniques  garnered  during 
undergraduate training. Hopefully, students may find alternatives and/or modifications to the existing design 
to improve functionality, cost, weight, etc. Issues such as intellectual property protection and patent proposals 
may  be  associated  with  these  designs.  The  project  topic  is  fairly  flexible,  but  largely  limited  to  mechanical 
devices  and  elements  analyzed  in  Machine  Design  I  (shafts,  springs,  permanent  joints,  gears,  bearings, 
clutches,  brakes,  flywheels,  belts,  transmissions).  Mechanical  elements  specific  to  fluid  mechanics  (pressure 
vessels,  hydraulic  cylinder),  biomechanics  (implants),  and  other  ‘mechanical’  subspecialties  will  also  be 
considered.  Ideally,  the  mechanical  device  or  element  would  be  physically  accessible  for  inspection  and 
analysis.  In  a  nutshell,  this  is  an  opportunity  for  students  to  conduct  an  in‐depth  analysis  of  a  mechanical 
device or element which they are personally interested in to determine how the device was built/designed.  
 
Purpose: 
Beyond  learning  about  something  that  you  are  genuinely  interested  in,  the  purpose  of  this  project  is  to 
provide  an  opportunity  for  you  to  demonstrate  your  grasp  of  course  material  and  design  ability.  It  is  an 
opportunity  to  develop  research  and  teamwork  skills.  It  is  an  opportunity  to  ‘read  ahead’  and  provide 
comments and insight during scheduled lectures. Finally, it is an opportunity to demonstrate your ingenuity.  
 
Feasibility: 
The  scope  of  the  project  should  be  large  enough  to  be  considered  substantial,  but  not  too  substantial  that 
completion  is  doubtful  before  the  end  of  term.  I  estimate  that  each  student  should  spend  between  40‐50 
hours  of  effort.  Anything  larger  than  this  will  not  receive  approval.  I  recommend  starting  simple  (single 
mechanical  element,  simple  loading  scenarios,  static  failure),  and  adding  complexity  with  time.  A  well‐done 
simple project is better than a poorly executed complex project.  
 
Suitability: 
The  project  should  be  novel  –  reusing  old  projects  is  unacceptable.  A  project  can  be  an  extension  of  other 
work (USST, ME495 Design, SAE), but the extension needs to be clearly separate from ongoing work (i.e., you 
cannot  submit  the  same  ME495  project  for  this  project,  but  a  small  portion  of  the  bigger  design  can  be 
analyzed in greater depth for the purposes of this project). The project is limited to mechanical devices and 
elements  analyzed  in  Machine  Design  I  (shafts,  springs,  permanent  joints,  gears,  bearings,  clutches,  brakes, 
flywheels,  belts,  transmissions)  or  specific  to  ‘mechanical’  subspecialties  (hip  implant  design,  hydraulic 
cylinder design). 
 
Depth: 
The project forms 15% of the course grade, which is equivalent to your Assignment mark: 
Project Proposal:         1/2 page                                  1% 
Progress Report:          1/2 page                                  1% 
Project Report:           7.5 pages max (~2300 words)               13% 
 
Projects are to be done in groups of two or three. This will help build inter‐personal and communication skills 
essential  for  engineering  team  work.  Groups  may  work  together  in  a  large  team  and  divide  a  larger  project 
(i.e., complete transmission) into separate analyses of individual components (shaft, gears, etc).  
 
ME314                                      Machine Design I: Project Proposal                               19‐JAN‐2010 

        Groups  are  required  to  submit  a  1/2‐page  Project  Proposal  to  obtain  approval  for  the  project.  The 
         grounds for approval include (1) feasibility, (2) suitability, and (3) depth. In the advent that groups are 
         working together on a larger project, the proposal must clearly show the division of components and 
         how  they  will  be  combined  together.  Include  2‐3  available  times  for  meeting  with  the  advisor 
         (Johnston) through the term. 
        Students are required to submit a 1/2‐page Progress Report. This report will outline progress to date, 
         design calculations selected for analyses, and possible alternative design considerations.  
        Students  are  required  to  submit  a  7.5‐page  (Introduction  to  Conclusions)  Project  Report.  The  report 
         should include the following topics: 
 
         1. Introduction 
                a. Background of mechanical device or element 
                b. Description of how the mechanical device functions 
         2. Analysis Techniques 
                a. Outline engineering methods used to understand how this device functions 
         3. Results 
                a. Demonstrate effects of altering dimensions, material properties, etc on failure mechanisms 
                    (stress, deflection, etc) 
                b. Possibly propose alternative design(s) 
         4. Conclusions 
                a. Make conclusions on why the design was designed the way it is 
                b. Make conclusions on what you may do to improve this design  
         5. Bibliography 
         6. Appendices 
                a. Detailed engineering drawings of the component, either found or constructed using reverse 
                    engineering. 
                b. Hand Calculations 
                c. Finite Element Analyses (Optional) 
                d. Matlab Codes (Optional) 
 
All  submitted  materials  should  use  12pt  Times  New  Roman  (or  equivalent  font)  and  be  single‐spaced. 
Engineering equations and figures should be largely reserved for Appendices. The report should be proof‐read 
to correct English errors. Each report should be accompanied by a covering letter (i.e., letter of transmittal) 
which indicates the proportion of the work done by each group member. 
 
Due Dates: 
Project Proposal:     Friday 29‐Jan‐2010 via email (jd.johnston@usask.ca) 
Progress Report:      Friday 5‐Mar‐2010 via email 
Project Report:       Friday 30‐Apr‐2010 (Last Day of Exams). The decision is up to you regarding submission 
                      date. If you want to be finished ASAP, Thursday 8‐Apr‐2010 (Last Day of Classes). If you 
                      wish to learn more about the device, Friday 30‐Apr‐2010 (Last Day of Exams). No curves 
                      will be used for grading.  
                      Note:  I  will  review  your  report  for  editing/revising  before  providing  a  final  mark, 
                      provided that I receive the reports before Friday 2‐Apr‐2010.  
 
AWARD: The book “The New Way Things Work” will be awarded to each member of the ‘Best’ Design Project.  
 
ME314                                      Machine Design I: Project Proposal                                 19‐JAN‐2010 

Suggested Topics: 
Students are encouraged to propose a topic that coincides with their personal interests. With this in mind, a 
wide variety of topics in Mechanical Engineering will be considered. 
          From your (or your buddies/parents) car: 
                 o Torsion bar, Gear system in Superchargers, Clutch 
          From your bicycle: 
                 o Hydraulics, Gear system (Chain & gears) 
          Biomedical implants 
                 o Total hip or knee replacement design 
 
Tips / Advice 
 Select a device / component which you can physically touch and measure.  
 Try  to  conduct  as  broad  an  analysis  as  possible  when  figuring  out  why  the  device  was  designed  in  this 
     manner, but try to focus your attention on 1 or 2 aspects of the design which could be modified/improved.  
 Start simple. Break the problem down; then add complexity to your analysis with time.  
 Don’t get stuck. Make an assumption and run with it. 
 Follow the basics of design (understand problem, answer Who/What/When/Where/Why/How) 
 Contact salvage or junk yards to find auto parts. Ask if you can take physical dimensions. 
 Contact SGI.. Ask if you can come out to check out the damaged vehicles. 
 If  you  are  stuck,  try  contacting  companies  and  design  teams.  Ask  a  few  specific,  detailed  questions.  No 
     designer will respond to general questions or a large list of questions. If no response within 10 days, make 
     educated assumptions.  
 Contact  faculty  and  technical  staff  around  campus  about  specific  devices,  materials,  etc.  Materials 
     engineers may be able to look at your part and tell you exactly what it is made of.  
 Conduct a patent and library search. Check online (auto section of HowStuffWorks.com). 
 Read ahead. Shigley’s text, along with Reserve Materials in the Engineering Library will outline pertinent 
     equations useful for analyzing your component. 
 Partake in optional tutorials on how to use ANSYS and SolidWorks (dates TBA).  
 
Example: 
I am very curious about the front drum brakes in my 1962 Vespa 150. I am curious about them because I think 
they are ineffective and could be optimized. So, I take my Vespa apart and figure out exactly how the brakes 
work. I then take physical dimensions of the brakes and drums, and use mechanical concepts from Shigley’s 
Chapter  16  (I  read  ahead)  to  better  understand  the  engineering  design  behind  these  brakes.  I  also  build  a 
model of the design with SolidWorks and ANSYS. I’m not totally sure ‘why’ the brakes were designed this way, 
so  I  contact  Vespa  and  ask  them  a  few  questions  about  the  existing  design,  hoping  to  speak  with  current 
designers.  I  also  research  brakes  on  more  current  Vespas  to  better  understand  why  the  old  ones  were 
modified.  I  also  check  out  patents  on  current  designs  for  some  hints  and  tips  about  improving  the  existing 
design. What I can’t find out from Vespa, I make educated assumptions and decisions. With  my mechanical 
background and knowledge of brakes (after reading ahead to Chapter 16, Shigley’s), I test influence of altered 
dimensions  and  materials  on  developed  stresses  and  deflections  using  Excel  spreadsheets,  Matlab  and/or 
ANSYS. I also conduct hand calculations to verify my computational analyses, to be included as an Appendix in 
my report. After conducting various analyses I realize that an altered design offers less material with similar 
braking  capacity.  I  then  summarize  my  results  and  findings  in  a  brief  7.5  page  (single‐spaced, ~2300  words) 
report, not including Appendices.