Välkomna till Gear Technology Center. 1

Välkomna till Gear Technology Center www.geartechnologycentre.se 1

Vilka är ni och vad förväntar ni er av kursen? www.geartechnologycentre.se 2

Redan de gamla grekerna www.geartechnologycentre.se 3

Redan innan de gamla grekerna. Den 2 mm långa insekten använder kugghjul för att skjuta iväg bakbenen vid ett hopp Ny Teknik 2013-09-25 www.geartechnologycentre.se 4

Forna tiders höjdpunkt Antikytheramekanismen www.geartechnologycentre.se 5

Mörkret faller över kuggtekniken www.geartechnologycentre.se 6

Kuggtekniken kommer igen www.geartechnologycentre.se 7

Industriella revolutionen www.geartechnologycentre.se 8

Första industriella revolutionen 1760-1840 www.geartechnologycentre.se 9

Andra industriella revolutionen 1840-1870 www.geartechnologycentre.se 10

Den moderna kuggtekniken kommer till www.geartechnologycentre.se 11

Exempel på moderna kuggapplikationer www.geartechnologycentre.se 12

Drivlina www.geartechnologycentre.se 13

Vad kräver vi av en drivlina? www.geartechnologycentre.se 14

Drivlina Film www.geartechnologycentre.se 15

Utväxlingar R r Allt handlar om hävstänger Det man vinner i kraft Förlorar man i väg F mindre än 100 N Utväxling = R/r 100 N L 1 L 2 F n = varvtal z = tänder M = moment Utväxling = z ut /z in Kugghjul arbetar alltid i par z ut /z in = M ut /M in = n in /n ut (z 2 :z 1 = n 1 :n 2 = M 2 :M 1 ) www.geartechnologycentre.se 16

Vi kan i princip erhålla vilken kraft vi vill med hjälp av en hävarm men vi förlorar i väg. För att hissa upp den röda hinken måste vi veva fler varv men med ett mindre moment. Detta beror på lägre utväxling! www.geartechnologycentre.se 17

Drivlina www.geartechnologycentre.se 18

www.geartechnologycentre.se 19

Ingångsdata för drivlinan Utnyttjat motorvarvtal = 800 3200 rpm Hastighet högsta växel ~ 90 km/h vid 2800 rpm Hastighet lägsta växel ~ 24 km/h vid 2800 rpm Rullomkrets hjul = 2500 mm Antal växlar i växellådan = 4 Utväxling axelväxel 4,7:1 1:a växel =? 2:a växel =? 3:e växel =? 4:e växel =? www.geartechnologycentre.se 20

rpm 3000 2000 1000 10 50 90 km/h www.geartechnologycentre.se 21

Beräkning av utväxling r Rullomkrets hjul = 2500 mm 90 km/h vid 2800 rpm Antal växlar i växellådan = 4 Utväxling axelväxel = 4,7:1 S = sträckan hjulet rullar på ett varv = 2,5 m 90 km/h = 90*1000/60 = 1500 m/min Varvtal motor vid 90 km/h = 2800 rpm Varvtal däck vid 90 km/h = 1500/2,5 ~ 600 rpm n in :n ut = z ut :z in = M ut :M in Krävd utväxling = 2800 / 600 = 4,67:1 Utväxling axelväxel = 4,7:1 Utväxling högsta växel ~ 1:1 www.geartechnologycentre.se 22

rpm 3000 2000 1000 10 50 90 km/h www.geartechnologycentre.se 23

Beräkning utväxling växel 1, 2 och 3 Växel 1 Hastighet vid motorvarvtal 2800 rpm = 24 km/h = 24*1000/60 = 400 m/min Rotation hjul vid 24 km/h = 400 m/min / 2,5 m = 160 rpm => utväxling = 2800:160*4,7 = 3,72:1 Z ut = 56 och Z in = 15 ger utväxling 3,73:1 Växel 2 Hastighet vid motorvarvtal 2800 rpm = 40 km/h = 40*1000/60 = 667 m/min Rotation hjul vid 40 km/h = 667 m/min / 2,5 m = 267 rpm => utväxling = 2800:267*4,7 = 2,23:1 Z ut = 40 och Z in = 18 ger utväxling 2,22:1 Växel 3 Hastighet vid motorvarvtal 2800 rpm = 60 km/h = 60*1000/60 = 1000 m/min Rotation hjul vid 60 km/h = 1000 m/min / 2,5 m = 400 rpm => utväxling = 2800:400*4,7 = 1,49:1 Z ut = 30 och Z in = 20 ger utväxling 1,5:1 www.geartechnologycentre.se 24

Utväxlingar för drivlinan Utnyttjat motorvarvtal = 800 3200 rpm Hastighet ~ 90 km/h vid max 2800 rpm Hastighet ~ 24 km/h vid 2800 rpm Rullomkrets hjul = 2500 mm Antal växlar i växellådan = 4 Utväxling axelväxel 4,7:1 1:a växel = 3,73:1 (15:56) 24 km/h 2:a växel = 2,22:1 (18:40) 40 km/h 3:e växel = 1,5:1 (20:30) 60 km/h 4:e växel = 1:1 90 km/h www.geartechnologycentre.se 25

Utväxlingar för drivlinan Utnyttjat motorvarvtal = 800 3200 rpm Hastighet ~ 90 km/h vid max 2800 rpm Hastighet ~ 24 km/h vid 2800 rpm Rullomkrets hjul = 2500 mm Antal växlar i växellådan = 4 Utväxling axelväxel 4,7:1 (10:47) 1:a växel = 3,73:1 (15:56) 24 km/h 2:a växel = 2,22:1 (18:40) 40 km/h 3:e växel = 1,5:1 (20:30) 60 km/h 4:e växel = 1:1 90 km/h Fördelningslåda Hög 1,15:1 (20:23) Låg 2,35:1 (20:47) www.geartechnologycentre.se 26

Utväxlingar för drivlinan Utnyttjat motorvarvtal = 800 3200 rpm Hastighet ~ 90 km/h vid max 2800 rpm Hastighet ~ 24 km/h vid 2800 rpm Rullomkrets hjul = 2500 mm Antal växlar i växellådan = 4 Utväxling axelväxel 4,7:1 (10:47) 1:a växel = 3,73:1 (15:56) 24/12 km/h 2:a växel = 2,22:1 (18:40) 40/20 km/h 3:e växel = 1,5:1 (20:30) 60/29 km/h 4:e växel = 1:1 90/44 km/h Fördelningslåda Hög 1,15:1 (20:23) Låg 2,35:1 (20:47) www.geartechnologycentre.se 27

Motorns moment är begränsat men vi kan få betydligt högre moment på de drivande hjulen - men då går det långsammare Effekt = varvtal * moment Sänks varvtalet måste momentet öka för att effekten skall bibehållas www.geartechnologycentre.se 28

Olika typer av kugghjul www.geartechnologycentre.se 29

Cylindriska växlar Parallella axlar www.geartechnologycentre.se 30

Koniska växlar Korsande axlar www.geartechnologycentre.se 31

Kuggväxlar kan ha många uppgifter Moment- och hastighetsomvandling Byta rotationsriktning (mellanhjul) Byta axelns riktning (korsande axlar) Synkronisera rörelse (motorkugghjul) Skapa rörelse (kuggstång, styrning) www.geartechnologycentre.se 45

Kugg kan se ut på många olika sätt Men den kan inte se ut hur som helst Mart Öhr 2013-10-03 46

Vilken form skall kuggen ha? Jämn utväxling B Om A roterar med konstatnt hastighet kommer även B att göra det A Punkten rör sig med konstant hastighet. www.geartechnologycentre.se 47

Om vi tänker på trådrullarna så skall vi försöka konstruera kuggar så att vi får konstant utväxling www.geartechnologycentre.se 48

Evolventkurvan www.geartechnologycentre.se 49

Vilket fall ger den största belstningen på kuggväxlarna? www.geartechnologycentre.se 52

Vad är utmattning? Ett stort antal belastningsväxlingar ger upphov till en spricka som kan växa till brott trots att var och en av belastningarna ej resulterar i ett brott Göta kanal Många spadtag gav en hel kanal Spricktillväxt Många lastväxlingar ger spricka www.geartechnologycentre.se 54

Konsekvenser av utmattning Mer än 80% av alla haverier i världen tros vara utmattningshaverier Oljeplattformhaveri Alexander Kieland En spricka började vid ett litet hål som borrats i benet. Sprickan växte och gav haveri Flygplanskrasch Comet-planet En spricka började i en radie till ett fönster. Sprickan växte och gav haveri www.geartechnologycentre.se 55

Vad är viktigt vid tillverkning av kugg för att undvika haverier Profil Delning Yta www.geartechnologycentre.se 56