| Popis: |
Det här projektet har gått ut på att med hjälp av FEdatorprogram analysera hållfastheten hos ett ställdon utvecklat av företaget Cascade Drives. Ställdonet ska användas för att driva en vattenpump som utsätts för laster på upp till 30 ton. Det består av ett växelhus, en elmotor och ett kuggstång-pinionsystem. Motorn sitter direkt på växelhuset med ett motorfäste. De egenskaper som skulle studeras var dels växelhusets deformation och vilka spänningar som uppstod i detta, samt dess egenfrekvenser. Dessutom skulle motorfästes egenfrekvenser och egensvängningar undersökas speciellt för att säkerställa att ingen av de frekvenser som kunde tänkas exciteras vid drift skulle kunna få motorfästet i egensvängning. Motorfästet skulle också modelleras som både aluminium och stål, för att bestämma vilket materialval som var bäst lämpat. Alla delarna utom kuggstången och dess bussningar erhölls som CADmodeller från Cascade Drives, och analysen gjordes i FEprogrammet Ansys Academic Teaching Mechanical and CFD, 2020 R1, med modulerna Static Structural och Modal. Då licensen begränsade antalet noder som kunde användas i meshen för lösningen till max 256 000 noder, var en del av delarnas geometri tvungna att förenklas genom att ta bort hål, avrundningar och inre ihåligheter. Motorns inre geometri visade sig vara så komplicerad att en helt ny simplifierad modell av den togs fram. Likaså utvecklades enkla modeller av kuggstången och dess bussningar. Allt CADarbete utfördes i programmet Solid Edge 2019. För att spara noder modellerades inte rullagren eller stängerna som CADmodeller, utan ersattes av joints respektive beam connections i Ansys. Lagerkrafterna som förs över från axlarna till lagersätena modellerades som bearing forces i radiell led. Lagrens och kugghjulens massor simulerades som punktmassor. Inspänningsrandvillkoren sattes på flänsarnas undersidor för att simulera att ställdonet stod på en stålställning. Remote displacement, frictionless support och elastic support användes för detta. Resultaten visade att växelhuset med god marginal håller för påfrestningarna, och att ingen av dess egenfrekvenser direkt överlappar med excitationsfrekvenserna. Motorfästet görs med fördel av stål, då motorfästets resonansfrekvenser hamnade relativt nära motorfrekvenserna och stålfästets resonansfrekvenser låg högre i spektrumet än frekvenserna för fästet gjort i aluminium. The purpose of this project was to use FE computer software to analyse the durability of an actuator developed by the company Cascade Drives. The actuator will be used to drive a water pump subjected to loads of up to 30 tonnes. It consists of a gearbox, an electric motor and a rack and pinion system. The motor is directly mounted to the gear housing. The characteristics studied were the deformation of the gearbox, the generated stresses as well as its natural frequencies. Furthermore, the eigenfrequencies of the motor mount were to be investigated to ensure that none of the frequencies excited in the gear housing by the gears and motor risked inducing self-oscillation. The mount was also to be analysed as if made from steel or aluminium, in order to decide the most appropriate material. All parts except the rack and the bushings were obtained as CAD models from Cascade Drives. The analysis was done in the FE program Ansys Academic Teaching Mechanical and CFD, 2020 R1, with the modules Static Structural and Modal. As the license only allowed a maximum of 256 000 nodes in the mesh, some of the part’s geometries had to be simplified by removing holes, fillets, and cavities. The motor’s geometry was especially complex, and a completely new, simplified model was created, as well as a simple rack and bushing models. All CAD work was done in the software Solid Edge 2019 To further decrease the number of nodes used neither the bearings nor the bars were modelled as CAD models, but rather as joints and beam connections in Ansys. The feature ‘bearing forces’ was used to model the forces from the shafts on the bearing seats. The weight of the gears and bearings were simulated as point masses. In order to simulate the actuator as being mounted on a steel frame, the boundary conditions ‘remote displacement’, ‘frictionless support’ and ‘elastic support’ were added to the bottom of the flanges. The results showed that the gear housing can withstand the stresses with a good margin, and that none of the eigenfrequencies matched those excited. It also showed that the best material for the mount is steel, as the eigenfrequencies of the steel mount were higher than those of the aluminium mount, which is preferable since they then are further from the motor’s frequency. |
