Product development process using double diamond model : a case study of hammermill shredder tie bolts

Abstract

The aim of this research is to conduct product development of hammermill shredder tie bolts using interviews, sample studies, analyses and principles of Double Diamond process methodology. The Double Diamond is two phased process model which is used to identify and define the most problematic areas for improvement and to guide the development of solutions along with literature sources. During initial phase of the research fatigue was discovered as a likely cause for failures in normal conditions and in the second phase possible solutions for improving fatigue life and overall reliability of tie bolts were developed with guideline from VDI 2230 standard by considering changes to tie bolt design, rotor design and bolt material choice.

Proposed solutions included design change in rotor and thread geometry. A prototype tie bolt head was manufactured with a thread larger root radius and it along with rotor design changes were studied using Finite Element Analysis, which suggest that the location of the tie bolts and design change in rotor geometry can offer notable improvement to overall stiffness of the rotor which results in lowered overall stresses in tie bolts. Thread analyses suggest that larger root radius lowered principal stresses at thread root but had limited effect on shear stresses.

The proposed solutions can be considered promising preliminary results in the overall process of product development tie bolt. More information is still required on the causes of breaks as there are possibly many contributing factors such as corrosion. With the available data obtained during the research the totality of their effect on tie bolt failures couldn’t be judged with certainty.

Tämän tutkimus keskittyi vasaramurskan roottorin sideruuvien tuotekehitykseen käyttäen haastatteluja, näytetutkimuksia, analyysejä ja Double Diamond -mallin periaatteita. Double Diamond on kaksiosainen prosessimalli, jota käytettiin kehityskohteiden määrittelyyn ja ohjaamaan tuotekehitystä kirjallisuuslähteiden mukana. Ensimmäisessä tutkimusvaiheessa väsyminen osoittautui todennäköiseksi vauriomekaniikaksi normaalissa käytössä ja toisessa tutkimusvaiheessa mahdollisia ratkaisuja väsymiskestävyyden ja sideruuviliitoksen luotettavuuden lisäämiseen kehitettiin VDI 2230 standardin ohjeiden mukaisesti tutkimalla mahdollisuuksia muutoksiin sideruuvien ja roottorin rakenteessa sekä mahdollisissa materiaalivaihtoehdoissa.

Ehdotetut ratkaisut liittyvät kierteeseen ja roottorin rakenteeseen. Tutkimuksen aikana prototyyppi isomman kierteen pohjan omaavasta kierteestä valmistettiin ja sen sekä roottorirakenteen muutoksien vaikutusta tutkittiin elementtimenetelmän analyysein. Tutkimus osoitti roottorirakenteen muutoksen lisäävän roottorin jäykkyyttä, joka alensi sideruuvien jännityksiä kuormituksessa. Kierteen pohjan analyysi osoitti, että suurempi pohjasäde alensi pääjännityksiä kierteen pohjalla, mutta vaikutus oli rajallinen leikkausjännitysten osalta.

Ehdotettuja ratkaisuja voidaan pitää lupaavina alustavina tuloksina sideruuvien tuotekehityksessä. Lisää tietoa kuitenkin tarvitaan muista negatiivisesti vaikuttavista tekijöistä kuten korroosiosta, joiden vaikutusta sideruuvien rikkoihin ei tutkimuksen aikana saadulla tiedolla voitu riittävän tarkkaan määritellä.