Hammaskosketusanalyysi kaarevahampaisten kartiohammaspyörien suunnittelutyökaluna
Rontu, Jesse (2010)
2010
Konetekniikan koulutusohjelma
Automaatio-, kone- ja materiaalitekniikan tiedekunta - Faculty of Automation, Mechanical and Materials Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2010-06-02
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201802201292
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201802201292
Tiivistelmä
Hammasvaihteisiin kohdistuvien vaatimusten kasvaessa tarvitaan komponenttien suunnittelussa tarkempia laskentamenetelmiä. Kaarevahampaisten kartiohammaspyörien tapauksessa tarkkaan kolmiulotteiseen geometriaan perustuva hammaskosketusanalyysi on yksi tärkeimmistä tällaisista laskentatyökaluista.
ATA Gears Oy:ssä hammaskosketusanalyysiin käytetään muiden muassa Becal ohjelmaa. Numeerisista menetelmistä poiketen Becal ei edellytä suurta laskentakapasiteettia, koska sen laskentamenetelmät perustuvat valtaosin analyyttisiin teorioihin. Lisäksi ohjelma sisältää toiminnallisuuksia, jotka automatisoivat useita analyysiin liittyviä laskentavaiheita, tehden ohjelman käytöstä helposti omaksuttavaa ja ennen kaikkea nopeaa. Näin ollen Becal soveltuu potentiaalisesti hyvin käytännön suunnittelutyöhön. Ohjelman käyttöön ja tulosten luotettavuuteen liittyy kuitenkin edelleen epävarmuutta, jonka vuoksi ohjelman soveltuvuus suunnittelutyökaluksi on vielä joiltakin osin kyseenalainen.
Diplomityön tarkoituksena oli arvioida Becalin soveltuvuutta käytännön suunnittelutyöhön. Soveltuvuus määritellään luotettavuuden ja käytettävyyden yhdistelmänä. Käytettävyys liittyy siihen, miten vaativaa, virhealtista ja aikaavievää riittävän luotettaviin tuloksiin johtavan analyysin tekeminen käytännössä on.
Työn tavoitteet pyrittiin saavuttamaan analysoimalla Becalilla kaksi todellista esimerkkitapausta. Ne olivat merikäyttöön tarkoitettuja potkurilaitevaihteita. Laskennallisia kosketuskuvioita verrattiin vaihteiden kokoonpanossa (kuormittamaton tilanne) sekä täyden kuorman testissä (kuormitettu tilanne) dokumentoituihin todellisiin kosketuskuvioihin. Valmistuksen aikana kartiopyörät mitattiin koordinaattimittakoneella. Kartiopyörien suhteelliset siirtymät kuorman alla määritettiin mallintamalla laskennallisesti vaihteessa kuorman alla tapahtuvat muodonmuutokset ja siirtymät. Näitä tuloksia käytettiin lähtötietoina Becalissa. Pääajatus oli, että tarjoamalla laskentaan mahdollisimman tarkat lähtötiedot, saadaan vertailun kautta esille se tarkkuus, joka Becalilla on parhaimmillaan saavutettavissa. Samalla voitiin arvioida analyysiprosessia sen käytettävyyden kannalta.
Vertailun perusteella Becalin katsottiin kykenevän tarjoamaan tuloksia, jotka ovat tarkkuudeltaan riittäviä käytännön tapauksiin. Analyysin käytettävyyden todettiin määräytyvän suoraan edellä mainittujen lähtötietojen selvittämiseen liittyvän työmäärän kautta. Koska lähtötietojen tarkkuuden merkitys riippuu voimakkaasti tapauksesta, on myös Becalin käytettävyys tapauskohtaista. Yleispätevämpien johtopäätösten tekemisen katsottiin edellyttävän useampien erilaisten esimerkkitapausten analysointia ja tässä tutkimuksessa jäljelle jääneiden epävarmuustekijöiden eliminointia.
ATA Gears Oy:ssä hammaskosketusanalyysiin käytetään muiden muassa Becal ohjelmaa. Numeerisista menetelmistä poiketen Becal ei edellytä suurta laskentakapasiteettia, koska sen laskentamenetelmät perustuvat valtaosin analyyttisiin teorioihin. Lisäksi ohjelma sisältää toiminnallisuuksia, jotka automatisoivat useita analyysiin liittyviä laskentavaiheita, tehden ohjelman käytöstä helposti omaksuttavaa ja ennen kaikkea nopeaa. Näin ollen Becal soveltuu potentiaalisesti hyvin käytännön suunnittelutyöhön. Ohjelman käyttöön ja tulosten luotettavuuteen liittyy kuitenkin edelleen epävarmuutta, jonka vuoksi ohjelman soveltuvuus suunnittelutyökaluksi on vielä joiltakin osin kyseenalainen.
Diplomityön tarkoituksena oli arvioida Becalin soveltuvuutta käytännön suunnittelutyöhön. Soveltuvuus määritellään luotettavuuden ja käytettävyyden yhdistelmänä. Käytettävyys liittyy siihen, miten vaativaa, virhealtista ja aikaavievää riittävän luotettaviin tuloksiin johtavan analyysin tekeminen käytännössä on.
Työn tavoitteet pyrittiin saavuttamaan analysoimalla Becalilla kaksi todellista esimerkkitapausta. Ne olivat merikäyttöön tarkoitettuja potkurilaitevaihteita. Laskennallisia kosketuskuvioita verrattiin vaihteiden kokoonpanossa (kuormittamaton tilanne) sekä täyden kuorman testissä (kuormitettu tilanne) dokumentoituihin todellisiin kosketuskuvioihin. Valmistuksen aikana kartiopyörät mitattiin koordinaattimittakoneella. Kartiopyörien suhteelliset siirtymät kuorman alla määritettiin mallintamalla laskennallisesti vaihteessa kuorman alla tapahtuvat muodonmuutokset ja siirtymät. Näitä tuloksia käytettiin lähtötietoina Becalissa. Pääajatus oli, että tarjoamalla laskentaan mahdollisimman tarkat lähtötiedot, saadaan vertailun kautta esille se tarkkuus, joka Becalilla on parhaimmillaan saavutettavissa. Samalla voitiin arvioida analyysiprosessia sen käytettävyyden kannalta.
Vertailun perusteella Becalin katsottiin kykenevän tarjoamaan tuloksia, jotka ovat tarkkuudeltaan riittäviä käytännön tapauksiin. Analyysin käytettävyyden todettiin määräytyvän suoraan edellä mainittujen lähtötietojen selvittämiseen liittyvän työmäärän kautta. Koska lähtötietojen tarkkuuden merkitys riippuu voimakkaasti tapauksesta, on myös Becalin käytettävyys tapauskohtaista. Yleispätevämpien johtopäätösten tekemisen katsottiin edellyttävän useampien erilaisten esimerkkitapausten analysointia ja tässä tutkimuksessa jäljelle jääneiden epävarmuustekijöiden eliminointia.