Viktoptimering av apparatskåp Bilagor Examensarbete 15 hp

Transkript

1 Maskiningenjörsprogrammet 180 hp Konstruktion & Design Viktoptimering av apparatskåp Bilagor Examensarbete 15 hp Utfört av: Fredrik Eriksson Lars Dahlstedt Examinator: Aron Chibba Handledare: Håkan Petersson Patrik Rivas Jan Rydén Högskolan i Halmstad Högskolan i Halmstad Saab Microwave Systems Saab Microwave Systems Ett examensarbete utfört enligt kraven för Högskolan i Halmstad för en Högskoleingenjörsexamen inom maskinteknik

2 Examensarbete 15 hp Maskiningenjörsprogrammet Konstruktion & Design Innehåll sida A. Projektbeskrivning III B. Gantt-schema VI C. Beräkning av hålkanttryck VII D. Matris på resultatet m.a.p. viktminskningen X E. Bilder på analysen E.1. Vänster gavel XI E.2. Mittengavel XIII E.3. Höger gavel XVI E.4. Ovandel XIX E.5. Kylarfäste XXII Sida II Maskiningenjörsprogrammet, Högskolan i Halmstad Fredrik Eriksson freeri06@student.hh.se +46 (0) Lars Dahlstedt larhil06@student.hh.se +46 (0)

3 Examensarbete 15hp, Högskolan i Halmstad Projektbeskrivning Viktoptimering av apparatskåp Fredrik Eriksson Lars Dahlstedt freeri06@student.hh.se larhil06@student.hh.se fredrik.y.eriksson@saabgroup.com lars.dahlstedt@saabgroup.com Uppdragsgivare: Saab Microwave Systems Patrik Rivas Jan Rydén patrik.rivas@saabgroup.com jan.ryden@saabgroup.com , Anders Zachrisson anders.zachrisson@saabgroup.com Syfte: Minimera vikt med bibehållen hållfasthet hos konstruktionen. Önskad viktminskning är 20-30%, apparatskåpets startvik är 42kg inklusive utrustning. Metodologi: FE-analyser i ProMechanica och CATIA V5. (förmodad) Kravspecifikation Digitala modeller FE-analyser Digitala modeller Slutligt resultat Relevant litteratur: Ritteknik Bo Lundkvist 1997 Formel och Tabellsamling Karl Björk Materiallära (Karleboserien) Erik Ullman Hjälpmedel: ProEngineer och ProMechanica CATIA V5 Mathematica Microsoft Word, Excel och Power Point Fredrik Eriksson Lars Dahlstedt Maskiningenjörsprogrammet Högskolan i Halmstad

4 Projekt: Examensarbetet kommer att göras med Saab Microwave Systems som uppdragsgivare. Det kommer att innefatta optimering av konstruktionen på ett apparatskåp monterat i en container/ hydda till artillerilokaliseringsradarn ARTHUR. Konstruktionen på apparatskåpet ska fortfarande se och upplevs som robust, vilket är mycket viktig om produkterna ska sälja. Som leverantör till olika länders försvarsmakter finns det hårda material- och kvalitetskrav att följa, exempelvis temperaturområden med stort spann som konstruktionen skall klara av, damm, vibrationer, stötar och annan yttre påverkan. Syftet med att få ner vikten på konstruktionen är att transport av utrustningen också ska klaras av med helikopter. Därmed blir det viss viktbegränsning. Att tillverkningskostnaderna hålls nere är också en viktig del i projektet, därför måste hänsyn tagas till även detta. Punkter att arbeta med är strukturen i SDU Signal and Data processing Unit, för mark- och sjösystem samt TRU Transmitter receiver Unit, för mark- och sjösystem. Struktur och materialval i stomme/gavlar kan ses över. Simuleringar, beräkningar och liknande kommer att utföras i huvudsak med ProEngineer och ProMechanica. Resultatet kommer antagligen att behöva justeras under projektets gång för att även uppfylla krav på till exempel kylning, storlek, invändiga mått, åtkomlighet av komponenter, användarvänlighet med mera. Enklare FE-analyser beräknas också i CATIA V5 för att få en referens till resultatet hos ProMechanica. Startdatum för examensarbete: Fredrik Eriksson Lars Hildingsson Dahlstedt Examinator: Aron Chibba Högskolan i Halmstad Handledare: Håkan Petersson Högskolan i Halmstad Patrik Rivas Saab Microwave Systems Jan Rydén Saab Microwave Systems Anders Zachrisson Saab Microwave Systems Fredrik Eriksson Lars Dahlstedt Maskiningenjörsprogrammet Högskolan i Halmstad

5 Tidsplan: 12 januari Uppstart (kursstart 19 januari) Projektbeskrivning ska godkännas tre veckor efter kursstart från HH s sida. Hela vecka 4 befinner vi oss hos uppdragsgivaren för projektuppstart. Januari maj Ej fastställt Ej fastställt Rapportering sker till uppdragsgivare och handledare på HH vid varje månadsskifte. Under projektets gång befinner vi oss hos uppdragsgivaren cirka en gång per vecka, möjligtvis med undantag för tentavecka. Skriftlig deltidsrapport till handledare och examinator. Inlämning av preliminär utgåva till opponentgrupp. 15 maj Inlämning av examensarbete till examinator och opponentgrupp. 20 maj Redovisning av examensarbete maj Utställning på Utexpo i Halmstad. Maj/juni Redovisning av resultat för företaget. Justeringar kan ske då exakta datum ej ännu är fastställda från högskolans sida. Fredrik Eriksson Lars Dahlstedt Maskiningenjörsprogrammet Högskolan i Halmstad

6 GANTTSCHEMA Viktoptimering av apparatskåp Uppstart av projekt, inhämtning av meteriel Genomgång av Pro/Engineer och Pro/Mechanica Ge förslag på viktminskning för ingående delar Utföra FE-analyser Justera detaljer efter resultat från FEM-analyser Rapportskrivning Genomgång av rapport inför inlämning Avstämningsmöte med handledare/uppdragsgivare, SMW Avstämningsmöte med handledare, HH Rapport klar, lämnas 15/5-09 Muntlig redovisning HH, 20/5-09 Redovisning SMW (preliminärt) UTEXPO, 28-30/ Januari Februari Mars April Maj Examensarbete - Maskiningenjörsproggramet 2009 Bilaga B Sida VI

7 Bilaga C Hålkanttryck för skruvhålen till övre rackhylla Tyngdpunkten ligger i X-led 201,1 mm från mittengavelns skruvhål och därmed 263,9 mm från högra gavelns skruvhål. Hålkanttrycket blir olika på de olika sidorna. Därför sätts ett origo i X-led i skruvhålen i mittengaveln, alltså på rackhyllans vänstra sida. Håldiameter 4,2 mm, massa 11,1 kg, acceleration 30G, antal hål på respektive sida = 2, CC-mått mellan vänstra och högra hålen 465 mm. Sida VII t 1 = 10; d 1 = 4.2; m 1 = 11.09; g = 9.82; F 0 or = m 1 g; G = 30; n 1 = 2; l or = 201.1; l tot = 465; Sammanlagd last på de fyra skruvhålen. F 0 or Kraft som påverkar hålen i högra gaveln vid 1 G. F oh = F 0 or l l tot Kraft som påverkar hålen i mittengaveln vid 1 G. F ov = F 0 or F h Kraft som påverkar hålen i högra gaveln vid 30 G. F oh30g = HF oh GL n Kraft som påverkar hålen i vänstra gaveln vid 30 G. F ov30g = HF ov GL n Hålkanttryck i MPa på skruvhålen i högra respektive vänstra gaveln. F oh30g P orh = t 1 d 1 P orv = F ov30g t 1 d Detta är väl inom gränsen, eftersom brottgränsen är 290 MPa.

8 Bilaga C Hålkanttryck för skruvhålen till undre rackhylla Tyngdpunkten ligger i X-led 229,3 mm från mittengavelns skruvhål och därmed 263,9 mm från högra gavelns skruvhål. Hålkanttrycket blir olika på de olika sidorna. Därför sätts ett origo i X-led i skruvhålen i mittengaveln, alltså på rackhyllans vänstra sida. Håldiameter 4,2 mm, massa 11,1 kg, acceleration 30G, antal hål på respektive sida = 2, CC-mått mellan vänstra och högra hålen 465 mm. Sida VIII t 2 = 10; d 2 = 4.2; m 2 = 10.53; g = 9.82; F 0 nr = m g; G = 30; n 2 = 2; l nr = 229.3; l tot = 465; Sammanlagd last på de fyra skruvhålen. F 0 nr Kraft som påverkar hålen i högra gaveln vid 1 G. F nh = F 0 nr l nr l tot Kraft som påverkar hålen i mittengaveln vid 1 G. F nv = F 0 nr F nh Kraft som påverkar hålen i högra gaveln vid 30 G. F nh30g = HF nh GL n Kraft som påverkar hålen i vänstra gaveln vid 30 G. F nv30g = HF nv GL n Hålkanttryck i MPa på skruvhålen i högra respektive vänstra gaveln. F nh30g P nrh = t 2 d 2 P nrv = F nv30g t 2 d Detta är väl inom gränsen, eftersom brottgränsen är 290 MPa.

9 Bilaga C Hålkanttryck för skruvhålen till kylenhet t 3 = 6; d 3 = 4.8; m 3 = 10; g = 9.82; F 0 k = m 3 g; G = 30; n 3 = 9; Sida IX F 0 k 98.2 F k30g = HF 0 k GL n P k = F k30g t 3 d Detta är väl inom gränsen, eftersom brottgränsen är 290 MPa.

10 Bilaga D Detaljnamn Beskrivning Vikt före (g) Vikt efter (g) Viktbesparing Al (g) Viktbesparing (%) SDD513184_1 Plåt bak ,0 SEA91087_2 Vent.styrplåt. 2 st. Totalvikt anges ,3 SDD _1 Gavel hö ,5 SES901403_1 Stag. 3 st. Totalvikt anges ,3 SDD _1 Gavel vä ,4 SDD513185_2 Gavel mitten ,8 SDK109535_1 Tak ,8 SEA91088_1 Plåt till kylenhet ,8 SXA _3 Frontlucka ,1 SXA _5 Operatörslucka ,7 SES901401_2 Fäste för luftstyrningsplåtar x SES901402_2 Fäste för luftstyrningsplåtar x SEF901190_1 Fäste för rackhyllor SESM _1 Väggfäste x SDK Golv. Ej ändrat pga. väloptimerat SXA _2 Fräst alu -> bockad plåt. El.hylla. 2 st. Tot.vikt ang ,0 SXA _1 Trekant. Elektr.hylla. 2 st. Tot.vikt anges ,3 SXA _5 Fräst alu -> bockat alu. Detalj till rackhylla ,9 Sida X Apparatskåpets totalvikt utan elektronik enligt assembly Apparatskåpets totalvikt utan elektronik enligt assembly och med modifieringar på frästa delar till rackhyllan (g) och med modifieringar på frästa delar till rackhyllan (g) Material EA AW 6082 Material ZK 60 A Ursprungligt apparatskåp (g) Ursprungligt apparatskåp i aluminium (g) Modifierat apparatskåp med modifieringar på delar till rackhyllan (g) Modifierat apparatskåp med modifieringar på delar till rackhyllan (g) Viktbesparing enligt assembly (g) 5674 Viktbesparing enligt assembly (g) Viktbesparing enligt assembly (%) 19,07% Viktbesparing enligt assembly (%) 45,15% Apparatskåpets totalvikt utan elektronik enligt assembly Apparatskåpets totalvikt utan elektronik enligt assembly och utan modifieringar på frästa delar till rackhyllan (g) och utan modifieringar på frästa delar till rackhyllan (g) Material EA AW 6082 Material ZK 60 A Ursprungligt apparatskåp (g) Ursprungligt apparatskåp (g) Modifierat apparatskåp utan modifieringar på delar till rackhyllan (g) Modifierat apparatskåp utan modifieringar på delar till rackhyllan (g) Viktbesparing enligt assembly (g) 3693 Viktbesparing enligt assembly (g) Viktbesparing enligt assembly (%) 12,41% Viktbesparing enligt assembly (%) 40,64% Med utgång från att apparatskåpet väger 65 kg med all elektonik får vi en total viktbesparing på: Med utgång från att apparatskåpet väger 65 kg med all elektonik får vi en total viktbesparing på: 8,73% 20,66%

11 Bilaga E1 E.1. Vänster gavel Sida XI Z-led Vänster gavel sett framifrån och från insidan (1/5) X-led Vänster gavel sett framifrån och från insidan (2/5) Bilderna från analysen håller sig inom ramen för gränsvärdena för vad materialet klarar av. För att klara av buckling och fortfarande vara stabilt väljer vi att inte minska dimensionen på detaljerna ytterligare. Bild 5/5 visar att spänningen ökar vid fästörat när analysen körts i Y-led. Det är en punkt i analysen som får avvikande högre spänning, detta går att bortse ifrån.

12 Bilaga E1 Sida XII X-led Vänster gavel sett framifrån och från utsidan (3/5) Y-led Vänster gavel sett framifrån och från utsidan (4/5) Y-led Vänster gavel sett vid fästörat (5/5)

13 Bilaga E2 E.2. Mittengavel Sida XIII X-led Mittengavel sett framifrån (1/8) X-led Mittengavel sett snett framifrån (2/8)

14 Bilaga E2 Sida XIV X-led Ökat värde vid ringen där simuleringen för laster fästes, läs mer i avsnittet analyser. (3/8) Y-led Mittengavel sett snett framifrån (4/8) Y-led Ökat värde vid ringen där simuleringen för laster fästes, läs mer i avsnittet analyser. (5/8)

15 Bilaga E2 Sida XV Y-led Ökat värde vid ringen där simuleringen för laster fästes, läs mer i avsnittet analyser. (6/8) Z-led Ökat värde vid ringen där simuleringen för laster fästes, läs mer i avsnittet analyser. (7/8) Z-led Ökat värde vid ringen där simuleringen för laster fästes, läs mer i avsnittet analyser. (8/8)

16 Bilaga E3 E.3. Höger gavel Sida XVI X-led Höger gavel sett framifrån och från insidan (1/7) X-led Vänster gavel vid nedre kant, ökad spänning i punkt som inte är relevant. (2/7) Y-led Höger gavel sett framifrån och från insidan. (3/7)

17 Bilaga E3 Sida XVII Y-led Vänster gavel vid nedre kant, ökad spänning i punkt som inte är relevant. (4/7) Y-led Höger gavel sett framifrån och från insidan. (5/7) Z-led Vänster gavel vid nedre kant, ökad spänning i punkt som inte är relevant. (6/7)

18 Bilaga E3 Sida XVIII Z-led Vänster gavel sett framifrån och inifrån. (7/7) Högre belastning vid komponenthyllans fäste men inom gränsen för vad materialet klarar av

19 Bilaga E4 E.4. Ovandel Sida XIX X-led Skåpet sett snett uppifrån och framifrån. (1/9) X-led Skåpet sett snett uppifrån och framifrån. Högra hörnet framtill. (2/9) X-led Skåpet sett snett uppifrån och framifrån. (3/9)

20 Bilaga E4 Sida XX Y-led Skåpet sett snett uppifrån och framifrån. (3/9) Y-led Skåpet sett snett under ifrån och framifrån. (4/9) Ökad belastning men acceptabel där stödet som mittersta gavel utgör. Y-led Skåpet sett snett under ifrån och framifrån. (5/9) Ökad belastning men acceptabel där stödet som mittersta gavel utgör.

21 Bilaga E4 Sida XXI Z-led Skåpet sett under ifrån vid vänstra sidan. (6/9) Ökad belastning men acceptabel där stödet som mittersta gavel utgör. Z-led Skåpet sett under ifrån. (7/9) Ökad belastning men acceptabel där stödet som mittersta gavel utgör. Z-led Skåpet sett under ifrån vid högra sidan framtill. (9/9) Ökad belastning men acceptabel.

22 Bilaga E5 E.4. Kylarfäste Sida XXII X-led Kylarfäste sett framifrån. (1/7) Ökad belastning där täckplåten slutar, värdena är acceptabla vid områdena. X-led Kylarfäste sett bakifrån. (2/7)

23 Bilaga E5 Sida XXIII X-led Kylarfäste sett bakifrån. (3/7) Ökad belastning där täckplåten slutar, värdena är acceptabla vid områdena. Y-led Kylarfäste sett bakifrån. (4/7) Y-led Kylarfäste sett bakifrån. (5/7)

24 Bilaga E5 Sida XXIV Z-led Kylarfäste sett bakifrån. (6/7) Ökad belastning där täckplåten slutar, värdena är acceptabla vid områdena. X-led Kylarfäste sett bakifrån. (7/7)