Ruoripotkurilaitteiden voimaliitosten mitoitus

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Kock, Juho
dc.contributor.author Huovinen, Heikki
dc.date.accessioned 2015-06-23T11:11:56Z
dc.date.available 2015-06-23T11:11:56Z
dc.date.issued 2015-06-08
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/16708
dc.description.abstract Ruuviliitos on tyypillinen tapa toteuttaa kuormituksia siirtävä liitos ruoripotkurilaitteissa. Ruuviliitosten mitoitus on monia ilmiöitä huomioon ottava prosessi, jonka lopputuloksena saadaan määritettyä esimerkiksi liitoksessa tarvittavien ruuvien määrä ja tarvittava esijännitysaste. Mitoitusprosessi on kriittinen turvallisuuden ja kustannusten kannalta. Tämän diplomityön tavoite onkin määrittää mitoituksessa käytettävien parametrien arvoja. Työ on rajattu käsittelemään ruuviliitosten elinkaaren alkuvaihetta. Pitkän ajan kuluessa tapahtuvat ilmiöt, kuten väsyminen, on rajattu työn ulkopuolelle. Monet ruuviliitosten mitoituksessa käytettävät parametrit ovat luonteeltaan sellaisia, että jos niiden arvo arvioidaan väärin, jokin ruuviliitoksen varmuuksista kärsii aina, huolimatta virhearvion suunnasta. Tämä tekee mitoituksesta haastavaa. Tässä työssä mitoitusprosessi jaettiin kolmeen vaiheeseen: kuormanjakautumislaskenta, kitkalaskenta ja esikiristyslaskenta. Kutakin näistä vaiheesta tutkittiin kokeellisesti. Kuormanjakautumislaskentaa tutkittiin epäkeskovetokokeella, kitkalaskentaa lepokitkakokeella ja esikiristyslaskentaa vääntökiristyskokeella. Kokeilla tutkittiin ruuviliitoksen vasteen laskentamenetelmiä, kappaleiden välisiä lepokitkakertoimia sekä kitkakertoimia ruuvin kierteessä ja kannan alla. Epäkeskovetokokeen perusteella epäkeskisesti kuormitetun ruuviliitoksen vastetta voi analysoida elementtimenetelmällä, mutta esimerkiksi ruuvin lisäaksiaalivoimassa voi tarkallakin mallilla laskettaessa olla noin 10 % virhe. Analyyttisen laskennan tarkkuus epäideaalisilla kappaleilla riittää lähinnä epälineaarisen vasteen rajavoimien suuruusluokan arviointiin. Ruuvien kitkakertoimien hajonta on yleisesti melko suurta. Jos ruuveista tai niillä kokoonpantavasta rakenteesta on tarkempaa tietoa, voidaan hajonnan joissakin tapauksissa olettaa pienemmäksi. Lepokitkakokeen tulosten perusteella teräs-teräs-materiaaliparin lepokitkakertoimelle voidaan käyttää arvoa 0,20 ja teräs-valurauta-parille 0,18. Myös koehypoteesien perusteella valuraudalla kitkakerroin on pienempi kuin teräksellä. Yleisesti monet ruuviliitosten mitoituksessa käytettävät parametrit ovat luonteeltaan sellaisia, niiden arvon virheellinen arviointi tai arvojen hajonta johtaa joidenkin liitoksen varmuuksien paranemiseen ja joidenkin varmuuksien huononemiseen. Tämän takia liitos pitäisikin mitoittaa kaksi kertaa käyttäen parametrien arvioituja ääriarvoja. Kokeiden perusteella hajonta voidaan joissakin tapauksissa olettaa yleistä tapausta pienemmäksi. Tällöin kuitenkin tarvitaan melko tarkkaakin lisätietoa, mikä johtaa tarpeeseen sisällyttää lisää parametreja laskentaprosessiin. fi
dc.description.abstract A bolted joint is a typical way to execute a load-carrying joint in a podded propulsion unit. Dimensioning process of such joints takes into account many different phenomena and as outcome for example number of bolts needed and their preload level is acquired. The Dimensioning process is important for safety and costs. The aim of this master’s thesis is to determine values for parameters used throughout the dimensioning process. The scope of this thesis is limited to the beginning of life cycle of a bolted joint. Therefore phenomena occurring at longer time intervals, such as fatigue, are not included in this thesis. Many of the parameters used in the dimensioning of bolted joints are such that if one estimates their value incorrectly, some of the many safety values associated with bolted joints always suffers, no matter if the value is overestimated or underestimated. This makes dimensioning challenging. In this thesis, the dimensioning process was divided into three phases: load distribution calculation, friction calculation and pretension calculation. Each of these phases was studied by experiments. Load distribution calculation was studied using eccentric loading test, friction calculation was studied with static friction test and pretension calculation was studied with torque tightening test. The experiments focused on calculation methods of response of a bolted joint, static coefficients of friction between components and coefficients of friction in the thread of a bolt and under the bolt head. Based on the eccentric loading test the response of an eccentrically loaded bolted joint can be analysed by using finite element method. However, even when using relatively detailed model, the additional axial bolt load may contain an error of up to 10 %. When the geometry of the components is non-ideal the analytical calculations are only good for approximating threshold values for the nonlinear response. Generally, a relatively wide scatter was present in the measured thread and bolt head coefficients of friction. If there is additional information available about the bolts or the structure, the scatter could be assumed to be smaller in some cases. Based on the measurements the static coefficient of friction between connected parts was 0,20 for a steel-steel material pair and 0,18 for a steel-cast iron pair. Also, based on the hypothesis, the coefficient of friction of a cast iron is lower than that of steel. Generally speaking, miscalculation or scatter of many of the parameters used for dimensioning a bolted joint have positive effect on some safety values and negative effect on some other safety values. That is why the joint should be dimensioned twice using the estimated extreme values. Based on the experiments in some cases the scatter may be assumed to be smaller than in a general case, but this requires more information and therefore more input parameters to the overall dimensioning process of the bolted joint. en
dc.format.extent 107 + 12
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso fi en
dc.title Ruoripotkurilaitteiden voimaliitosten mitoitus fi
dc.title Dimensioning of load-carrying joints in podded propulsion units en
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword ruuviliitos fi
dc.subject.keyword kitkakerroin fi
dc.subject.keyword kuormansiirtokerroin fi
dc.subject.keyword epälineaarinen vaste fi
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201506303300
dc.programme.major Teknillinen mekaniikka fi
dc.programme.mcode K3006 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Tuhkuri, Jukka
dc.programme Konetekniikan koulutusohjelma fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account