Teollisuuspystyvaihteen liitosrajapintojen ja tuennan lujuustarkastelu

Abstract

Tämä diplomityö tehtiin Moventas Santasalo Oy:lle. Työn tarkoituksena oli tutkia teollisuuspystyvaihteen liitosrajapintoja ja tuentaa lujuusopillisin keinoin. Tarkoituksena oli selvittää, mitä tapoja vaihteen toisioakselin ja käyttölaitteen akselin liittämiseen on olemassa, sekä mitkä näistä tavoista soveltuvat parhaiten tutkitun pystyvaihteen tapaukseen. Vaihteen tuennan tutkimisen tavoitteena oli määrittää, minkälainen tuentatapa seitsemästä erilaisesta tuentakonfiguraatiosta on soveltuvin lähtötietojen asettamaan tilanteeseen.

Akseleiden liitostavoissa keskityttiin korkean vääntömomentinvälityskyvyn omaaviin menetelmiin. Liitostapoja, jotka soveltuivat tutkitun vaihteen luomiin rajoituksiin, tutkittiin joko analyyttisesti tai elementtimenetelmällä tai näiden tapojen yhdistelmällä. Analyyttiset laskentamallit luotiin teoriaosuuden pohjalta pulttiliitokselle sekä sokka-pulttiliitokselle, ja kyseisiä mitoitusohjeita voidaan käyttää jatkossakin muodoltaan pyöreiden liitosten esimitoitukseen. Elementtimenetelmällä tutkittuja liitostapoja olivat sokka-pulttiliitos sekä puristuskiekkoliitos.

Tuentakonfiguraatioiden käyttäytymistä tutkittiin kahdessa erillisessä kuormitustilanteessa elementtimenetelmällä. Vertailtavia ominaisuuksia olivat vaihteen kotelon kuormittuminen, kotelon tukivoimat sekä laakereihin aiheutuvat reaktiovoimat.

Tulosten analysointiin pohjautuen työssä esiteltiin akselien liittämistekniikka sekä vaihteen tuentatapa, joilla pystyttiin vastaamaan vaadittuihin kriteereihin.

This Master's thesis was carried out on behalf of Moventas Santasalo Ltd. The main emphasis was on researching connection interfaces and the mounting methods of a vertically supported industrial gear by means of Mechanics of Materials. The purpose was to find out what kind of jointing methods where best for the investigated problem. Another key objective was to determine which of the seven alternative mounting configurations is the most suitable for defined operation criteria.

The studying of shaft connections was carried out by the analytical method and finite element method. Analytical methods were created for bolt connection and pin-bolt connection based on the theoretical framework presented in section 3. These methods can be used for pre-design purposes also in the future. Pin-bolt and shrink disk connections were analyzed by using the finite element method.

The behavior of the mounting configurations were researched under two different load cases. The configurations were compared according to the stress distribution of the gear housing, support forces and reaction forces of the bearings.

Based on the analysis of the results, the implementation suggestions for the shaft jointing and gear mounting methods are presented.