Modellering och analys av kuggrigg

• Main Authors: Öun, Martin, Ericson, Peter, Larsson, Svante
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2012
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-183039

Denna rapport har skrivits som ett resultat av ett kandidatexamensarbete på uppdrag av Sveriges Transmissionskluster i samarbete med Institutionen för Maskinkonstruktion vid KTH. Rapporten beskriver modellering samt styvhets- och egensvängningsanalyser av en kuggrigg, FZG Standard Test Rig, som vid KTH skall användas vid tester av skvalpförluster i växellådor. Kuggriggen modellerades först mycket detaljerat i CAD-programmet Solid Edge. Därefter förenklades modellen i flera steg och överfördes till ANSYS. Där utfördes en styvhets- och egensvängningsanalys med hjälp av FEM. Kuggingreppen har beskrivits med glidande och rullande kontakt och de lager som har förenklats har uttryckts som solidkroppar med bestämd styvhet. Den maximala vriddeformationen i axlarna blev 4,5 grader då riggen var belastad med 1000Nm. Det visade sig att vridstyvheten i axlarna inte varierade linjärt och att deformationen i växellådorna inte ökade i proportion till belastningen. Den lägsta uppmätta frekvensen blev 136Hz, vilket motsvarar 8160rpm, detta då riggen är belastad med 50Nm. För frivibrationsanalysen som utfördes uppskattas frekvensen till 198Hz, 11885rpm. Egenfrekvenserna ligger båda långt utanför riggens arbetsområde men vad som inte undersökts är hur störningarna, som kuggingreppen ger upphov till, påverkar systemet. Vid maximal belastning uppgick den lägsta säkerheten mot plasticering till en faktor 4 och infaller då i den drivande växellådan.Modellen och analyserna baseras på en verklig kuggrigg som, då arbetet inleddes, mättes upp och fotograferades för att möjliggöra återskapandet av kuggriggen i Solid Edge. Analyserna baserar sig sedan på den återskapade modellen och inga verkliga försök har genomförts. Tillsammans med denna rapport är CAD-modellen, en demonstrationsfilm av riggens funktion och ANSYS-analysen resultatet av detta kandidatexamensarbete. === This technical report is a product of a bachelor thesis work for Sveriges Transmissionskluster in cooperation with the department of Machine Design at KTH. The report describes the procedure of modelling and analysing the stiffness and resonance of a gear rig, the FZG Standard Test Rig, which is to be utilized at KTH for testing hydrodynamic losses in gears. The gear rig was initially modeled to great detail in the CAD-software Solid Edge. The model was then simplified in several steps and analyzed in ANSYS with the Finite Element Method. The purpose of the analysis was to get the stiffness and resonance of the gear rig. The gear mesh was described according to a rolling sliding contact. The bearings contained in the structure were modeled as solid components with a calculated stiffness. The largest rotational deformation of the shafts was 4.5 degrees at a pre-tensioned load of 1000Nm. The stiffness in the shafts did not vary linearly and the deformation in the gear boxes did not increase in proportion to the load increase. The lowest resonance frequency obtained in the modal analysis was 136Hz which converts to 8160rpm and was attained at 50Nm. For the untensioned rig the resonance frequency was 197 which converts to 11885rpm. At maximal load, 1000Nm, the lowest calculated safety for plastic deformation was a factor of 4. The model and the analysis are based upon an existing rig that has been measured and photographed to enable the digital recreation of the rig in Solid Edge. The analysis is based upon this digital recreation and no live tests have been conducted. This report together with the CAD model, a demonstrational film of the rig’s function and the ANSYS analysis are the results of this bachelor’s thesis.