Design of a gear reducer of a lifting machinery according to loading history

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2009
Major/Subject
Lujuusoppi
Mcode
Kul-49
Degree programme
Language
fi
Pages
119
Series
Abstract
Nostovaihteen mitoituksen ensisijainen kriteeri on väsyminen, ja tässä työssä tarkasteltiin vaihteen mitoitusta vaihteen hammaspyörien, akselien ja laakerien väsymisen perusteella. Työn tavoitteena oli luoda menetelmät, joiden avulla nosturin käyttö- ja kuormitustietojen perusteella voidaan mahdollisimman tarkasti määrittää nostovaihteen hammaspyörien ja akselien jännitysten jakautumat sekä laakerien mitoituskuorma. Kullekin vaihteenosalle esitettiin sen jännitys- tai kuormitushistorian laskenta olettaen, että mittauksiin, simulointeihin tai standardiin perustuen tunnetaan nostokoneistoa kuormittava voima sekä jokin vaihteenosien asennon määräävä suure ajan funktiona nosturin tyypillisen työjakson aikana. Hammaspyörille etsittiin nostokoneiston kuormitushistoriasta voimat, jotka kuormittavat nostokoneistoa tarkasteltavan hammaspyörän hammaskosketushetkillä. Nämä kuormat luokiteltiin hammaspyörän kuormitusjakautumaksi. Akseleissa vaikuttavat, väsymisen kannalta karakteristiset jännitysamplitudit ja keskijännitykset etsittiin kunkin jännityskomponentin jännityshistoriasta käyttäen Rainflow-laskentaa. Jännitysamplitudit muunnettiin vastaamaan 0-keskijännitystä, jonka jälkeen ne luokiteltiin akselien jännitysjakautumaksi. Laakereille määritettiin kuormitusspektrikerroin nosturin työjakson ajalta. Tieto hammaspyörien kuormitusjakautumista, akselien jännitysten jakautumista ja laakerien kuormitusspektrikertoimesta yhdistettiin tietoon nosturin nostamien bruttokuormien jakautumasta, minkä avulla saatiin hammaspyörien ja akselien eri jännityskomponenttien kokonaisjakautumat sekä laakeria kuormittava ekvivalentti voima tarkasteluajanjakson aikana. Näiden tietojen perusteella voidaan tehdä arvio kunkin komponentin eliniästä Wöhler-käyriin ja Palmgren-Minerin kumulatiivisen vaurion sääntöön pohjautuen, ja verrata sitä komponentille asetettuihin kriteereihin. Työssä luotiin myös katsaus siihen, miten vaihteita luokitellaan FEM-nosturistandardin mukaan, sekä esiteltiin uuden EN-nosturistandardin luokitusperusteita, jotka voisivat soveltua vaihteiden luokitukseen FEM:n luokitusperusteita paremmin. Työssä esitettyjä menetelmiä sovellettiin kahmarinosturiin, jonka käytöstä oli saatavilla mittausdataa. Laskelmien perusteella huomattiin mm., että nosturin kuormituksessa esiintyvät pitkäkestoiset sysäykset ovat merkittäviä erityisesti vaihteen nopeasti pyörivillä hammaspyörillä ja akseleilla, koska ne ehtivät kuormitussysäyksen aikana kokea useita suuria jännityssyklejä. Akselien leikkausjännityksiä tarkasteltaessa huomattiin, että taivutusleikkausjännitykset on syytä ottaa huomioon akselien mitoituksessa. Lisäksi huomattiin, että akselien väsyminen leikkausjännitysten suhteen on riippuvainen lähinnä nostojen lukumäärästä. FEM- ja EN-nosturistandardien vertailun, sekä esimerkkilaskelmien perusteella tehtiin myös johtopäätös, että vaihteiden väsymisluokituksessa tulisi siirtyä FEM-standardista EN-standardiin.
Description
Supervisor
Tuhkuri, Jukka
Thesis advisor
Riikonen, Ilkka
Keywords
gear reducer, nostovaihde, fatigue, väsyminen, stress history, jännityshistoria, Wöhler curve, Wöhler-käyrä, cumulative damage, kumulatiivinen vaurio
Other note
Citation