Man vill på Scania korta utvecklingstiden på sina produkter för att fortsatt kunna vara en av de främsta tillverkarna av lastbilar i världen. För att lyckas med detta måste man hitta nya hjälpmedel och vägar för att öka kunskapen och snabba på utvecklingsarbetet. Oljeflödet i växellådan är ett sådant område där man nu undersökt möjligheterna till att öka kunskaperna genom datorsimuleringar. I detta examensarbete har en modell för datorsimuleringar av oljeflödet genom axlarna i växellådan tagits fram i GT-Suite, som är ett modulbaserat simuleringsprogram i 1D. Modellen kan simulera flödet från oljepumpen, ända bak till solhjulet i planetväxeln och däremellan flödet till lager och synkar. Tanken är att den ska kunna användas vid vidareutveckling av dagens växellådor och i framtiden utvecklingen av nya växellådor. Simuleringarna har validerats mot mätningar som genomförts där flödet till solhjulet har mätts för olika varvtal och uppställningar av växellådan. Simuleringarna har kunnat efterlikna mätningarna på ett tillfredsställande sätt. Det finns goda möjligheter att simulera flödet i GT-Suite och använda programmet som referens vid förändringar och nyutveckling av växellådor. Simuleringar har även för vissa delkomponenter validerats mot CFD-simuleringar i 3D. Fördelen med CFD-simuleringar är att mer kunskap om flödet kan utvinnas även för komplicerade geometrier. Nackdelen är att komplexiteten vid simulering av hela systemet blir för stor varför mestadels delsystem måste studeras. I framtiden kommer säkerligen arbete i form av nya mätningar och simuleringar i CFD-program behövas för att ytterligare förbättra och utveckla modellen. Men redan nu har resultat från simuleringar kunnat öka kunskapen om flödet i växellådan. Detta har i sin tur kunnat hjälpa konstruktörer att lösa utmaningar man haft, samt upptäcka nya som skulle kunna lösas genom att simulera och undersöka vilka förändringar som krävs. / At Scania they want to shorten the development time on their products in order to continue being one of the top manufacturers of trucks in the world. To do this they have find new ways and new tools to increase the knowledge and speed up the development of new products. The oil flow in the gearbox is such an area in which they have examined the possibilities to increase the knowledge with the aid of computer simulations. In this thesis work a model for computer simulations of the oil flow through the shafts of the gearbox has been developed in GT-Suite, a module based simulation program in 1D. The model can simulate the flow of oil from the oil pump in the front of the gearbox, all the way back to the sun wheel in the planetary gear and in between the flow to bearings and synchronizers. The aim is to be able to use the model during further development of todays gearboxes and in the future development of new gearboxes. The simulations have been validated against measurements which have been performed in which the oil flow to the sun wheel have been measured for various speeds an configurations of the gearbox. The simulations have been able to replicate the measurements in many ways adequately. GT-Suite is well suited for simulations and to use as a reference when making adjustments to the gearbox and in the future when developing new gearboxes. The result from simulations in GT-Suite have also been validate against CFD-simulations in 3D for some specific components. The advantage of CFD-simulations is that more knowledge of the flow can be obtained even for complicated geometries. The disadvantage is that the complexity when simulating the entire system makes it almost impossible, so mostly subsystems must be studied. In the future more work in form of new measurements and simulations in CFD-programs will be necessary to further improve the model. But already now the results of simulations have been able to increase the knowledge of the oil flow in the gearbox. And this in turn have helped designers to solve some challenges they have had, but also discovered new ones that could be solved by simulations and examine what changes are required.

The task of constructing a transmission has been provided to us by Digital Engineering, which is a company located in Hovmantorp. After meeting with Digital Engineering we started immediately with the brainstorming to find different ideas with pen and paper. After having presented a number of concepts for the company, we had finally chosen a winner. For the gearbox to be able to work in a good way the tension must never exceed the strain limit of the material. A prototype of the gearbox was produced by TKB Modell. Standard components that are available have been purchased from Sverull AB in Växjö.

The project was performed in collaboration with Husqvarna, one of the world’s leading manufacturer in the market of electric outdoor products. The report is a thesis work of a bachelor mechanical engineer program, in the field product development and design. The project is a study of the development opportunities within drive belt for a gear driven gearbox to one of Husqvarnas petrol powered hedge trimmers. A big part of the project was also to find combinations of materials for all components in the gearbox, to reduce weight and maintain or improve the performance of the system. Belt drive was of interest to investigate as an alternative solution to the current design that can reduce wear on the system at a performance test performed in the company before the product is released to market. Direct surface contact as a result of gear drive causes a great wear on the gear teeth in the performance test. Reducing weight was also of interest because it is a major competitive advantage in the market. The work began with a pilot study within and outside the company to increase vision field and get a better understanding of the product. The project was carried out in the company, with continuous guidance and advice on the authors' concept generation and work. In this report, readers can get access to how the work was done from start to the final concept that has been modeled in the CAD program CATIA. In the design process and the results, readers can take part in the construction of the new design, the material selection of each component, a comparison of the conceptual and ordinary gearbox weight and also comments on performance test with belt drive.

No description available.

No description available.

Fordonsindustrin strävar efter ständiga förbättringar på transmissionssystem inom exempelvis hållfasthet och viktminskning. För att reducera vikten på växellådshuset (VE15) har alternativ till det befintliga skruvförbandet granskats. Målet med examensarbetet var att välja två olika fogningsmetoder, en inom svetsning och en inom limning. De valda fogningsmetoderna jämfördes med det befintliga skruvförbandet utifrån bland annat viktminskningspotential och hållfasthet. Information inom svetsning, limning, skruvförband och aluminium införskaffades med hjälp av kvalificerade databaser, vetenskapliga artiklar samt rådfrågning av sakkunniga inom respektive område. Utifrån de valda fogningsmetoderna, friktionsomrörningssvetsning (FSW) och epoxi, idégenererades utformning av flänsen. Vid användning av FSW som fogningsmetod reducerades vikten på VE15 med 13,7 % och med epoxi var viktminskningen 25,5 %, i jämförelse med skruvförbandet. Då mekaniken i växellådan genererar krafter på flänsen är hållfasthetsegenskaper hos fogningsmetoderna viktiga. Epoxi, FSW och skruvförbandet klarar belastningarna med god marginal. Med avseende på bland annat hållfasthet, vikt och miljö/hälsopåverkan valdes FSW som potentiell ersättare av skruvförbandet på VE15. Valet utfördes med en konceptvägningsmatris.

För att öka köreffektivitet och säkerhet samt minska bromsarnas slitage är de flesta av Scanias lastbilar och bussar utrustade med en hjälpbroms, så kallad retarder. En retarder arbetar generellt sett enligt någon av följande två principer. Dels en elektromagnetisk variant av retarder som bromsar bilens kardanaxel, drivaxlar eller växellåda genom att utnyttja elektromagnetisk induktion, eller som i Scanias fall där man använder sig av en hydrodynamisk tillsatsbroms som bromsar bilens kardanaxel genom att slunga vätska inom ett skovelsystem. Bromsenergin övergår då till värmeenergi som i sin tur kyls bort av bilens ordinarie vattenkylsystem. Bromsmomentet styrs via trycket som råder mellan skovelbladen. Som mest överträffar retardern den effekt som bilens motor kan leverera. Då retardern inte används är skovelsystemet trycklöst. Men även då skapas det dock ett litet släpmoment i retardern eftersom den fortfarande roterar med växellådan. Detta släpförlustmoment är en bråkdel jämfört med det moment som skapas vid bromsning men ur bränslebesparingssynpunkt är det ändå viktigt att det hålls på minimal nivå. Detta examensarbete syftar till att utreda hur dessa släpförluster kan minimeras genom att via konceptstudier ta fram den bäst lämpade släpförlustreduceringsmetoden för Scanias retarder. En studie på konkurrenter och andra applikationer där inspiration skulle kunna inhämtas genomfördes och ett antal koncept togs fram. Därefter genomfördes en provkörning av en konkurrentretarder för ytterligare fördjupade kunskaper om problemet. Där samtidigt ett av koncepten med en bländarskiva mellan rotor och stator provades, dock med ett resultat som inte kunde anses tillräckligt. Efter detta kunde det konstateras att den bäst lämpade släpförlustreduceringsmetoden för Scania bör vara att helt frikoppla retardern från växellådan vid avaktivering då ett flertal av de största förlusterna som mättes upp kunde härledas in diverse tätningar och lager och inte till själva retardern. Denna frikoppling bör förslagsvis ske genom någon form av synkroniseringsinkoppling för att minimera vikt, storlek och kostnad. Slutligen kan det konstateras att kunskapen om vad som exakt sker i en retarder är begränsad och att det är ett komplext område. Vidare bör simuleringsmodeller användas för att minimera utvecklingsarbetet och ytterligare studier på hur en effektiv frikoppling kan användas bör genomföras. Nyckelord: retarder, släpförluster, växellåda / In order to increase the drive efficiency and safety as well as to minimize the brake wear, most Scania trucks and busses are equipped with a complementary brake system, also known as a retarder. A retarder generally works under one of the following two principles. An electromagnetic retarder that brakes the propeller shaft, drive axles or the gearbox using electromagnetic induction or as in Scania's case using a hydrodynamic brake that brakes the propeller shaft by pumping a fluid thru a rotating turbine shaped system. The braking energy then turns to heat which then cools off by the engine’s cooling system. The brake power is controlled by the fluid pressure in the retarder. At its maximum, the brake power exceeds the power of the engine. When the retarder is deactivated, the system is not pressurized. But even then, it creates a small slip loss, because the retarder is still rotating with the gearbox. This slip loss is a fraction compared to the braking torque than can be used, but from a fuel efficiency standpoint it is still important that it is kept at a minimum. The goal of this master thesis is to investigate how to minimize these losses. To find out which the best suited solution for Scania would be, different concept studies has been carried out. A study of competitors and other applications where further inspiration could be obtained was conducted and a number of concepts were developed. Thereafter a test run of a retarder from a competitor for further in-depth knowledge was conducted. At the same time one of the concepts with an aperture plate between the rotor and stator was tested on the competitor retarder. With a result that could not be considered sufficient. After this it was found that the most appropriate slip reduction method should be to completely disengage the retarder from the gearbox at deactivation since most of the losses that was measured could be traced to various seals and bearings and not to the retarder itself. The decoupling should be done through some kind of synchronization unit to minimize weight, size and cost. Finally it was observed that the knowledge about what’s exactly happening in the retarder is limited and that it is a complex area. Furthermore should the use of simulation models enhance to minimize the development work and further studies about how to disengage the retarder in the most effective way should be worked out Keywords: losses, retarder, slip

<p>Volvo Powertrain i Köping tillverkar växellådor till tunga fordon, som lastbilar och bussar. Varje tillverkad växellåda provkörs innan den levereras till kund, det vill säga till något av de bolag inom koncernen som slutmonterar växellådan i fordonet.</p><p>Provkörningen innehåller ett antal olika automatiserade funktionstester, exempelvis test av oljetryck och test av mjukvaran i växellådans styrbox. Förutom dessa genomförs även ett manuellt kvalitetstest. Den person som provkör växellådan försöker höra eventuella missljud. Ett typiskt fel som upptäcks på detta sätt är ojämnheter på kugghjulen, exempelvis att en av kuggarna har blivit skadad under tillverkningen. En nackdel med att manuellt lyssna efter fel är att nivån för vad som är acceptabelt blir subjektiv. Det är dessutom svårt att på detta sätt avgöra exakt var i växellådan felet sitter, vilket kan leda till att fel komponent byts ut och kasseras vid justering. Efter varje justering krävs en ny provkörning och växellådan kan inte godkännas förrän rätt komponenten är utbytt.</p><p>Målet med examensarbetet har varit att utveckla ett system som kan detektera fel automatiskt genom att mäta ljud och vibrationer i växellådan. Det är också önskvärt att direkt kunna isolera felkällan till en specifik del av växellådan. Genom att veta på vilket kugghjul felet sitter underlättas justeringen av växellådan, vilket både sparar tid och minskar kassationskostnader.</p><p>Arbetet har delats in tre huvuddelar: analys, utveckling av mjukvara och utveckling av mätsystem. Första delen var en matematisk analys av hur bidraget från olika rörliga delar i växellådan kan isoleras ur ljud- och vibrationssignaler. För att åstadkomma detta beräknas ett antal tidsmedelvärden på sensorsignalen.</p><p>Andra delen innebar att utveckla den programvara som sköter felanalysen och validera den. Den tredje delen var att bygga och testa själva mätsystemet och ta fram programvara som styr mätningen och kommunicera med växellådans datorsystem. Feldetekteringssystemet behöver vara snabbt och kunna diagnostisera fel från korta mätserier. Det innebär en extra utmaning eftersom långa mätserier är att föredra speciellt om felen som ska detekteras är små.</p><p>Resultaten från försöken är lovande och möjligheterna för att utveckla ett komplett system är goda. I undersökningen har felaktiga lådor detekterats och en god felisolering har uppnåtts. I det nuvarande utvecklingsfasen detekterar och isolerar diagnosprogrammet kuggfel på alla axlar.</p><p>Ytterligare provkörning av växellådor med samma typ av fel behövs dock för att verifiera metoden. Analysprogrammet bör också byggas ut till att omfatta fler typer av fel än de som hittills varit möjligt att arbeta med. Även lagerfel kan detekteras med den utvecklade metoden men det har inte kunnat utvärderas på grund av bristande data.</p><p>Vi rekommenderar att företaget färdigställer testsystemet då utsikterna för att kunna införa ett automatiskt, kostnadseffektivt och väl fungerande kvalitetskontrollsystem är mycket goda.</p> / <p>Volvo Powertrain in Köping, Sweden produces gearboxes for heavy vehicles such as trucks and busses. Each produced gearbox is tested before delivery. The test run includes a variety of automated function tests, i.e. test of oil pressure. Besides the automated tests a manual quality test is performed. The test person is listening, in order to detect jarring sounds. A typical fault that is detected in this test is gear defects. A disadvantage with manual defect detection is that the acceptance level is subjective. It is also hard to determine which gear that is damaged, sometimes resulting in the wrong gear being replaced and rejected. After a disassembly the gearbox needs to be tested and it can not pass until the damaged gear is replaced.</p><p>The goal of this thesis work has been to develop a system that can detect defects automatic through sound and vibration measurements of the gearbox. It is also desirable to be able to isolate the source of a defect to a specific gear. With the knowledge of which gear is defective, the reparation of the gearbox is facilitated. This would save time and reduce the defective work expense.</p><p>The work has been divided into three main parts: analysis, software development and development of measurement system. The first part was a mathematical analysis of how to isolate the contribution from each moving part from the sound or vibration signal respectively. In order to achieve this, a number of time averages is calculated from the sensor signals.</p><p>The second part was to develop the software that handles the signal processing and diagnosis. The third part was to build and test the measurement system and develop programs which control the measurements and communicate with the gearbox control system. The defect detection system needs to be fast and able to diagnose defects on short series of measurement. The results from the experiments are promising and the potential to develop a complete system is good. The current defect detection system detects and isolates gear defects on all shafts in the gearbox. Additional test runs of gearboxes with similar defects are needed in order to validate the method. Defective bearings are also detectable with the method presented, but this has not been evaluated since appropriate data has been unavailable.</p>

Volvo Powertrain i Köping tillverkar växellådor till tunga fordon, som lastbilar och bussar. Varje tillverkad växellåda provkörs innan den levereras till kund, det vill säga till något av de bolag inom koncernen som slutmonterar växellådan i fordonet. Provkörningen innehåller ett antal olika automatiserade funktionstester, exempelvis test av oljetryck och test av mjukvaran i växellådans styrbox. Förutom dessa genomförs även ett manuellt kvalitetstest. Den person som provkör växellådan försöker höra eventuella missljud. Ett typiskt fel som upptäcks på detta sätt är ojämnheter på kugghjulen, exempelvis att en av kuggarna har blivit skadad under tillverkningen. En nackdel med att manuellt lyssna efter fel är att nivån för vad som är acceptabelt blir subjektiv. Det är dessutom svårt att på detta sätt avgöra exakt var i växellådan felet sitter, vilket kan leda till att fel komponent byts ut och kasseras vid justering. Efter varje justering krävs en ny provkörning och växellådan kan inte godkännas förrän rätt komponenten är utbytt. Målet med examensarbetet har varit att utveckla ett system som kan detektera fel automatiskt genom att mäta ljud och vibrationer i växellådan. Det är också önskvärt att direkt kunna isolera felkällan till en specifik del av växellådan. Genom att veta på vilket kugghjul felet sitter underlättas justeringen av växellådan, vilket både sparar tid och minskar kassationskostnader. Arbetet har delats in tre huvuddelar: analys, utveckling av mjukvara och utveckling av mätsystem. Första delen var en matematisk analys av hur bidraget från olika rörliga delar i växellådan kan isoleras ur ljud- och vibrationssignaler. För att åstadkomma detta beräknas ett antal tidsmedelvärden på sensorsignalen. Andra delen innebar att utveckla den programvara som sköter felanalysen och validera den. Den tredje delen var att bygga och testa själva mätsystemet och ta fram programvara som styr mätningen och kommunicera med växellådans datorsystem. Feldetekteringssystemet behöver vara snabbt och kunna diagnostisera fel från korta mätserier. Det innebär en extra utmaning eftersom långa mätserier är att föredra speciellt om felen som ska detekteras är små. Resultaten från försöken är lovande och möjligheterna för att utveckla ett komplett system är goda. I undersökningen har felaktiga lådor detekterats och en god felisolering har uppnåtts. I det nuvarande utvecklingsfasen detekterar och isolerar diagnosprogrammet kuggfel på alla axlar. Ytterligare provkörning av växellådor med samma typ av fel behövs dock för att verifiera metoden. Analysprogrammet bör också byggas ut till att omfatta fler typer av fel än de som hittills varit möjligt att arbeta med. Även lagerfel kan detekteras med den utvecklade metoden men det har inte kunnat utvärderas på grund av bristande data. Vi rekommenderar att företaget färdigställer testsystemet då utsikterna för att kunna införa ett automatiskt, kostnadseffektivt och väl fungerande kvalitetskontrollsystem är mycket goda. / Volvo Powertrain in Köping, Sweden produces gearboxes for heavy vehicles such as trucks and busses. Each produced gearbox is tested before delivery. The test run includes a variety of automated function tests, i.e. test of oil pressure. Besides the automated tests a manual quality test is performed. The test person is listening, in order to detect jarring sounds. A typical fault that is detected in this test is gear defects. A disadvantage with manual defect detection is that the acceptance level is subjective. It is also hard to determine which gear that is damaged, sometimes resulting in the wrong gear being replaced and rejected. After a disassembly the gearbox needs to be tested and it can not pass until the damaged gear is replaced. The goal of this thesis work has been to develop a system that can detect defects automatic through sound and vibration measurements of the gearbox. It is also desirable to be able to isolate the source of a defect to a specific gear. With the knowledge of which gear is defective, the reparation of the gearbox is facilitated. This would save time and reduce the defective work expense. The work has been divided into three main parts: analysis, software development and development of measurement system. The first part was a mathematical analysis of how to isolate the contribution from each moving part from the sound or vibration signal respectively. In order to achieve this, a number of time averages is calculated from the sensor signals. The second part was to develop the software that handles the signal processing and diagnosis. The third part was to build and test the measurement system and develop programs which control the measurements and communicate with the gearbox control system. The defect detection system needs to be fast and able to diagnose defects on short series of measurement. The results from the experiments are promising and the potential to develop a complete system is good. The current defect detection system detects and isolates gear defects on all shafts in the gearbox. Additional test runs of gearboxes with similar defects are needed in order to validate the method. Defective bearings are also detectable with the method presented, but this has not been evaluated since appropriate data has been unavailable.

The project has worked with the function and structure of epicyclical automatic transmissions. The goal of the project has been to find a mathematical way of representing the transmissions setup and possible power flows. Furthermore the project has included the generation of all theoretically possible matrix representations of two simple planetary gear sets in MATLAB as the base for a future optimization model. The result of the project is a large quantity of matrix representations of the two planetary gear sets and their connections and shafts. The result from the MATLAB program has been verified by comparing the structure and the number of solutions to all manually derived setups. The result from the program can be considered to be complete for two planetary gears but to extend the analysis to more complex planetary gears and gearboxes with more than two sets, another method is suggested. The generation process in this project has been rather complex and time consuming. The conclusions drawn from this project is that it is possible to represent many epicyclical automatic transmissions in matrix form. An optimization program based on this type of matrix would simplify the design of new, more complex and more efficient epicyclical transmissions leading to more efficient vehicles. Key words: automatic transmission, planetary gear, matrix representation / Projektet har behandlat epicykliska automatväxellådor och dess uppbyggnad och funktion. Idén med projektet har varit att ta fram ett sätt för att på ett matematiskt sätt representera växellådans struktur och dess möjliga effektflöden. Utöver detta har arbetet inneburit att alla teoretiskt möjliga matrisrepresentationer för två enkla sammankopplade planetväxlar har tagits fram i MATLAB som underlag för en framtida optimeringsmodell. Resultatet av arbetet är en stor mängd uppställningar av dessa två planetväxlar och dessas sammankopplingar. Resultatet från MATLAB har jämförts och verifierats genom manuell beräkning av antalet variationer och dessas utseende. Resultatet från programmet kan anses som komplett men för en utökad analys av epicykliska automatväxellådor med fler än två planetväxlar och andra typer än den enklaste formen av planetväxel, rekommenderas en annan typ av framställning av alla möjliga variationer. Den metoden för att generera sammankopplingar som har använts i detta projekt är för komplex och tidskrävande. Slutsatsen av projektet är att det finns möjlighet att generera och representera många epicykliska automatväxellådor på matrisform. Ett optimeringsprogram baserat på denna typ av matris kan förenkla utvecklingen av nya mer avancerade och mer effektiva epicykliska automatväxelådor vilket leder till mer effektiva fordon. Nyckelord: automatisk växellåda, planetväxel, matrisrepresentation