Vibration and strength analysis of a gearbox housing

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
2004
Major/Subject
Koneensuunnitteluoppi
Mcode
Kon-41
Degree programme
Language
fi
Pages
92 s. liitt.
Series
Abstract
In this thesis, a D1PSF60 gearbox is examined, comparing the strength and vibration qualities of lamellar cast iron and spherical cast iron as gearbox housing material, and comparing each of these housings with the welded steel Duetto design. This thesis also serves as documentation describing these qualities for developing future gearbox designs. Calculation, measurement and testing facilities in Metso Drives, Ltd. are also identified by this thesis. Three companies, Valmet Power Transmission, Ltd., Parkano Gears, Ltd. and Santasalo Gears, Ltd., merged to form Metso Drives, Ltd. These companies aimed to unify their gearbox series by unifying product features to achieve the most cost-efficient solutions. The one-stage gearbox series Duetto from Valmet Power Transmission used welded steel gearbox housing. In the Santasalo-l C-series, the housing was composed of GJL-2S0-lamellar cast iron. For a new D1PSF gearbox series, Metso Drives, Ltd. aimed to find an efficient combination. It is generally stated that lamellar cast iron possesses better vibration qualities and yields a lower noise level than steel. When testing a gearbox made of lamellar cast iron, however, its noise level was significantly higher than the same product composed of steel. In this thesis, a strength and vibration analysis was done by an I-deas program in which stresses, deformations and natural frequencies of the D1PSF60 gearbox were identified. Frequency Response Function measurement and noise and vibration measurements were also made on the D1PSF60 gearbox in the testing field. Results were compared with those generated by the I-deas program. Natural frequencies of the D1PSF60 gearbox were obtained by the I-deas program for housing materials lamellar cast iron, spherical cast iron and steel. Natural frequencies of the D1PSF60 gearbox itself were obtained using Frequency Response Function measurements. The lamellar cast iron had the highest level of noise, the second was spherical cast iron and the lowest level of noise had welded steel as a gearbox material.

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia Metso Drives Oy:n uuden D1PSF60-vaihteen lujuus- ja värähtelyominaisuuksia pallo- ja suomugrafiittivaluraudoilla sekä verrata niitä teräksiseen Duetto-vaihteeseen. Tavoitteena oli tehdä dokumentti, jossa todetaan vaihteiden ominaisuudet ja saadaan materiaalia jatkokehitykseen ja selvitetään Metso Drives Oy:n laskenta-, mittaus- ja testausmahdollisuuksia. Valmet Power Transmission, Parkano Gearsin ja Santasalon yhdistyessä Metso Drives Oy:ksi vaihdesarjoja yhdistettiin tuotepiirteitä yhdistämällä tarkoituksena saada mahdollisimman kustannustehokkaita ratkaisuja. Valmetin yksiportaisessa Duetto-vaihdesarjassa käytettiin hitsattua teräskoteloa. Santasalon 1C-sarjassa kotelon materiaalina puolestaan oli GJL-250-suomugrafiittivalurauta. Metso Drives Oy:n uudessa D1PSF-vaihdesarjassa haluttiin yhdistää näiden vaihdesarjojen ominaisuudet kustannustehokkaasti. Yleinen käsitys koneenrakennuksessa on ollut, että suomugrafiittivaluraudalla on paremmat värähtelyominaisuudet ja myös matalammat melutasot. Vaihteiden koeajossa on kuitenkin huomattu, että suomugrafiittivalurautaisen kotelon melutaso muodostui huomattavasti korkeammaksi kuin teräksisen kotelon. Tarkastelussa tehtiin D1PSF60-vaihteelle I-deasilla lujuus- ja värähtelyanalyysi, jossa selvitettiin jännitykset ja muodonmuutokset sekä ominaistaajuudet. Vaihteelle tehtiin taajuusvastefunktiomittaus sekä melu- ja tärinämittaukset koeajokentällä. Tuloksia verrattiin I-deasilla saatuihin arvoihin. Tuloksena saatiin I-deas-ohjelmistolla D1PSF60-vaihteen ominaistaajuudet suomu- ja pallografiittivaluraudalle sekä teräskotelolle. Lisäksi taajuusvastefunktiomittauksella saatiin ominaistaajuudet D1PSF60-vaihteelle. Kotelon materiaaleista meluisimmaksi osoittautui suomugrafiittivalurauta, seuraavana pallografiittimateriaali ja äänettömin kolmesta oli teräskotelo.
Description
Supervisor
Kuosmanen, Petri
Thesis advisor
Pusa, Jukka
Keywords
Other note
Citation