Influence of material selection on gearwheel strength calculation accuracy
Koivumaa, Harri (2021)
Diplomityö
2021
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021120759332
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021120759332
Tiivistelmä
The thesis has two parts. Gear strength calculation to limited lifetime with different case carburizing steels and design changes to existing testbench to test gearwheels. Selecting the best steel for gearwheels is critical and calculation accuracy has a large impact on the achieved quality.
Gear strength calculations were made with KISSsys software, which is based on the standard SFS-ISO 6336. The existing and tested gearbox model was used as starting point where one gearwheel pair was redesigned for a limited lifetime, approximately 10h. Physical tests are performed outside the thesis and suitable equipment is designed in the thesis.
Comparison between gear strength calculation with different case carburizing steel was made with identical geometry. The final design of gearwheels for full lifetime tests was made by adjusting face width to achieve desired calculated lifetime. Testbench design was made modular for using existing fixtures.
Previous calculations indicate that KISSsys gear strength calculation does not necessarily consider all variables. It seemed that results are dependent on material tensile strength and hardenability does not affect calculation results. New calculated gearwheels and testbench design made it possible to test the theory in practice. Gear strength was calculated to limited lifetime to make full lifetime tests possible in a reasonable time. Opinnäytetyö on kaksiosainen. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia kuinka hiiletyskarkaisuteräksen laadun valinta vaikuttaa hammaspyöräparin lujuuden laskennan tarkkuuteen, sekä suunnitella tarvittavat muutokset testipenkkiin suunniteltujen hammaspyörien testausta varten. Parhaan teräslaadun valinta on kriittinen vaihe ja hammaspyörien lujuuslaskennan tarkkuudella on valtava merkitys lopulliseen laatuun.
Hammaspyörien lujuuslaskenta suoritettiin KISSsys ohjelmistoa hyödyntäen. Laskelman perusteena käytettiin SFS-ISO 6336 standardia. Pohjana käytettiin olemassa olevan ja testatun vaihteen mallia, johon laskettiin uudelleen yksi hammaspyöräpari noin 10 tunnin laskennalliselle kestoiälle. Varsinainen testaus suoritetaan opinnäytetyön ulkopuolella, tarvittavat laitteet suunnitellaan opinnäytetyön yhteydessä.
Vertailu eri hiiletyskarkaisuteräksillä suoritettujen lujuuslaskujen välillä tehtiin geometrisesti identtisillä hammaspyörillä. Lopulliset testauksessa käytettävät hammaspyörät eroavat toisistaan hampaan leveyden osalta. Testipenkki suunniteltiin modulaariseksi, jotta myös olemassa olevia kiinnittimiä voidaan käyttää.
Aiemmat laskelmat KISSsys ohjelmistossa antavat viitteitä, että laskenta ei ota kaikkia tarvittavia muuttujia huomioon. Vaikuttaisi siltä, että materiaalin murtolujuus olisi vaikuttava tekijä eikä karkenevuus vaikuttaisi lopputuloksiin. Opinnäytetyössä suunnitellut hammaspyörät sekä testipenkit muutokset mahdollistavat käytännön testauksen. Hammaspyörien lujuuslaskenta tehtiin rajoitetulle käyttöiälle, jotta täyden käyttöiän testaus voidaan tehdä järkevän ajan puitteissa.
Gear strength calculations were made with KISSsys software, which is based on the standard SFS-ISO 6336. The existing and tested gearbox model was used as starting point where one gearwheel pair was redesigned for a limited lifetime, approximately 10h. Physical tests are performed outside the thesis and suitable equipment is designed in the thesis.
Comparison between gear strength calculation with different case carburizing steel was made with identical geometry. The final design of gearwheels for full lifetime tests was made by adjusting face width to achieve desired calculated lifetime. Testbench design was made modular for using existing fixtures.
Previous calculations indicate that KISSsys gear strength calculation does not necessarily consider all variables. It seemed that results are dependent on material tensile strength and hardenability does not affect calculation results. New calculated gearwheels and testbench design made it possible to test the theory in practice. Gear strength was calculated to limited lifetime to make full lifetime tests possible in a reasonable time.
Hammaspyörien lujuuslaskenta suoritettiin KISSsys ohjelmistoa hyödyntäen. Laskelman perusteena käytettiin SFS-ISO 6336 standardia. Pohjana käytettiin olemassa olevan ja testatun vaihteen mallia, johon laskettiin uudelleen yksi hammaspyöräpari noin 10 tunnin laskennalliselle kestoiälle. Varsinainen testaus suoritetaan opinnäytetyön ulkopuolella, tarvittavat laitteet suunnitellaan opinnäytetyön yhteydessä.
Vertailu eri hiiletyskarkaisuteräksillä suoritettujen lujuuslaskujen välillä tehtiin geometrisesti identtisillä hammaspyörillä. Lopulliset testauksessa käytettävät hammaspyörät eroavat toisistaan hampaan leveyden osalta. Testipenkki suunniteltiin modulaariseksi, jotta myös olemassa olevia kiinnittimiä voidaan käyttää.
Aiemmat laskelmat KISSsys ohjelmistossa antavat viitteitä, että laskenta ei ota kaikkia tarvittavia muuttujia huomioon. Vaikuttaisi siltä, että materiaalin murtolujuus olisi vaikuttava tekijä eikä karkenevuus vaikuttaisi lopputuloksiin. Opinnäytetyössä suunnitellut hammaspyörät sekä testipenkit muutokset mahdollistavat käytännön testauksen. Hammaspyörien lujuuslaskenta tehtiin rajoitetulle käyttöiälle, jotta täyden käyttöiän testaus voidaan tehdä järkevän ajan puitteissa.