Pyörivien koneiden ruuviliitosten mitoitus ja mitoitusohjelman laadinta standardien mukaisesti
Pulkkinen, Kari-Tapio (2015)
Diplomityö
2015
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201504212756
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201504212756
Tiivistelmä
Työn tarkoituksena oli löytää pyörivien koneiden ruuviliitosten mitoittamiseen parhaiten soveltuva ja kansainvälisesti tunnettu laskentamenetelmä. Tavoitteena oli laatia luotettava mitoitusohjelma, jota käyttämällä suunnittelijoiden työ nopeutuu ja tulokset ovat yhtenäisiä.
Työssä vertaillaan pääasiassa standardien EN 1993-1-8 ja VDI 2230 mukaisia ruuviliitosten mitoitusmenetelmiä. Vertailun perusteella standardin VDI 2230 mukainen systemaattinen laskentamenetelmä soveltuu sähkökoneiden vääntöä välittävien ruuviliitosten mitoittamiseen analyyttisistä menetelmistä parhaiten.
Laadittu mitoitusohjelma mitoittaa yksittäisen ruuviliitoksen standardin VDI 2230 mukaisesti, antaen tulokseksi lujuustarkasteluraportin. Lujuustarkasteluraportista käy ilmi projektin tiedot, mitoituksen lähtötiedot, lujuustarkastelut, esikiristysmomentti ja kierteen toiminnallisen osan vähimmäispituus. Kehitetty mitoitusohjelma antaa johdonmukaisia tuloksia, mutta ruuvin nimellisulkohalkaisijan automaattinen valinta ei aina mitoita ruuvia riittävän suureksi, jolloin ruuvin nimellisulkohalkaisija on määritettävä manuaalisesti. Ohjelman käyttäminen on suoraviivaista ja nopeaa kun mitoitetaan pyörähdyssymmetrisiä laippaliitoksia, joihin vaikuttaa ainoastaan vääntömomentti. Jos liitokseen vaikuttaa ruuvien pituusakselien suuntainen voima, on liitoksen pelkistäminen yksittäisestä ruuvista koostuvaksi liitokseksi vaikeampaa ja pelkistämiseen saatetaan tarvita elementti-menetelmää. The meaning of this thesis was to find an internationally known strength calculation procedure that is most suitable for dimensioning bolted joints of rotating electrical machines. The target was to develope reliable software that speeds up the calculations and makes the results consistent between designers.
The calculation procedures that are mainly compared in this thesis are based on standards EN 1993-1-8 and VDI 2230. According to the comparsion, the calculation procedure of standard VDI 2230 is most suitable analytical method for dimensioning bolted joints of rotating electrical machines that convey torque.
The developed software checks the strength of a single bolted joint according to VDI 2230 and prints a strength calculation report as a result. The strength calculation report includes project information, initial conditions, strength calculations, pre tightening torque and the minimum length of engagement of the thread. The results of the software are consistent, but the automatical definition of bolt size does not always work and the bolt size needs to be determined manually. The use of the software is straightforward and fast in a case of a rotationally symmetrical flange joint which conveys only torque. Releasing a single bolted join from a multi bolted joint is difficult if a force parallel to bolt axis is affecting on the joint and a finite element method may be needed.
Työssä vertaillaan pääasiassa standardien EN 1993-1-8 ja VDI 2230 mukaisia ruuviliitosten mitoitusmenetelmiä. Vertailun perusteella standardin VDI 2230 mukainen systemaattinen laskentamenetelmä soveltuu sähkökoneiden vääntöä välittävien ruuviliitosten mitoittamiseen analyyttisistä menetelmistä parhaiten.
Laadittu mitoitusohjelma mitoittaa yksittäisen ruuviliitoksen standardin VDI 2230 mukaisesti, antaen tulokseksi lujuustarkasteluraportin. Lujuustarkasteluraportista käy ilmi projektin tiedot, mitoituksen lähtötiedot, lujuustarkastelut, esikiristysmomentti ja kierteen toiminnallisen osan vähimmäispituus. Kehitetty mitoitusohjelma antaa johdonmukaisia tuloksia, mutta ruuvin nimellisulkohalkaisijan automaattinen valinta ei aina mitoita ruuvia riittävän suureksi, jolloin ruuvin nimellisulkohalkaisija on määritettävä manuaalisesti. Ohjelman käyttäminen on suoraviivaista ja nopeaa kun mitoitetaan pyörähdyssymmetrisiä laippaliitoksia, joihin vaikuttaa ainoastaan vääntömomentti. Jos liitokseen vaikuttaa ruuvien pituusakselien suuntainen voima, on liitoksen pelkistäminen yksittäisestä ruuvista koostuvaksi liitokseksi vaikeampaa ja pelkistämiseen saatetaan tarvita elementti-menetelmää.
The calculation procedures that are mainly compared in this thesis are based on standards EN 1993-1-8 and VDI 2230. According to the comparsion, the calculation procedure of standard VDI 2230 is most suitable analytical method for dimensioning bolted joints of rotating electrical machines that convey torque.
The developed software checks the strength of a single bolted joint according to VDI 2230 and prints a strength calculation report as a result. The strength calculation report includes project information, initial conditions, strength calculations, pre tightening torque and the minimum length of engagement of the thread. The results of the software are consistent, but the automatical definition of bolt size does not always work and the bolt size needs to be determined manually. The use of the software is straightforward and fast in a case of a rotationally symmetrical flange joint which conveys only torque. Releasing a single bolted join from a multi bolted joint is difficult if a force parallel to bolt axis is affecting on the joint and a finite element method may be needed.