När ett ställdon får som krav att kunna överföra höga krafter i relativt höga hastigheter med en dessutom väldigt hög precision är elektromekaniska ställdon oftast att föredra. En traditionell pinjong-kuggstång-uppställning uppfyller vissa av de kraven, men om kraften ska ökas behövs det fler än ett pinjongpar. Begränsningar på tillverkningsprecisionen för dessa kugghjul gör att deras ansättning på kuggstången blir omöjlig för uppsättningar med fyra eller åtta pinjongpar eftersom ett sådant ställdon blir statiskt överbestämt och på grund av tillverkningstoleranser kan det bli svårt att erhålla jämn lastfördelning mellan pinjongerna. Därför utvecklade företaget Cascade Drives innovativa kugghjul (cdGear) med s.k. Flex Units som har en självinställningsfunktion i själva kugghjulen vilken tillgodogör för tillverkningstoleranser och spelet som ska undvikas. Flex Units består av bl.a. av gummielement som förutom att tillåta enstaka pinjongers rotation för inställning även har en mycket bra dämpningsförmåga, särskilt vad det gäller plötsliga stötlaster. Stötbelastningar förekommer ofta vid drift av arbetsmaskiner där Cascade Drives-ställdonet har hittat sin största användning. Plötsliga och höga stötbelastningar, som t.ex. när en grävmaskin kör in i ett gupp eller en snöröjare kör på en kantsten kan påverka maskinkomponenternas livslängd betydligt. Ett eventuellt maskinhaveri riskerar skador på både fordonet, föraren och omgivningen. Rapporten redogör för hur en teoretisk modell byggdes upp för att matematiskt beskriva dessa stötbelastningar och metoder som användes i datorprogrammet MATLAB för att beskriva det dynamiska förloppet i ställdonet under stötbelastningens inverkan. Ytterligare redogörs avgränsningar som görs på modellen och tills slut ges förslag på möjliga förbättringar för vidare arbete med modellen. Projektets syfte är inte att utvärdera hela Cascade Drives-ställdonet utan endast skapa en modell som kan tillämpas på alla möjliga scenarion av stötmoment. Rapporten innehåller några exempel på stötbelastningar och redogör för hur de påverkar olika kugghjul som ingår i ställdonet och hur det påverkar maskinen i sin helhet. För de scenarion som MATLAB-koden testades för noteras en mycket god dämpningsförmåga även vid förhållandevis höga laster (flera ton av last). Detta tack vore de patenterade flexenheterna och gummikutsarna, som kan dimensioneras och väljas för material beroende på tillämpningsområde och det tillåtna monteringsutrymmet i ställdonet. Denna modell baseras på dimensioner och materialdata tillförda av uppdragsgivaren för det aktuella ställdonet. Mer noggranna värden och en bättre kännedom om tillämpningsområdet skulle ge möjligheter för omdimensionering av flexenheterna och en mer optimal dämpnings- och momentöverföringsfunktion i ställdonet. / When requirements for an actuator include big momentum, fast transfer of the forces with a very high positioning precision, electro-mechanical actuators are often the constructor's first choice. A traditional rack-pinion setup answers to some of the requirements, but if the goal is to increase the forces which the rack undergoes, more than one pair of pinions is necessary. Production limitations, inevitable tolerances and gaps as a result make it almost impossible to have setups of four or eight pinion-pairs on one single rack because a such actuator would be statically overdetermined and out of manufacturing costs it can be difficult to procure equal load distribution between the pinions. Overcoming this challenge helped the company called Cascade Drives based in Stockholm, Sweden, to patent a new type of gear they call cdGear. CdGear give pinion the ability to position itself to the rack automatically, due to the rubber parts inside the gear that also work as shock load-absorbers for the whole actuator. Shock loads are very frequent in the type of work where these actuators found their biggest application. Heavy-duty machines are often exposed to sudden and high loads on their moving parts, i.e. when an excavator drives over a bump or a snow-plowing machine drives into a curbstone. The sudden impact on the working parts will cause a greater stress on the equipment, shorten its lifespan and a machine part's failure can even cause serious damage on workers, machine, and the environment. This thesis describes a theoretical model created for the purpose of calculating the effects of shock loads on the actuator based on the mathematical description of gear behaviour during the impact. It also includes the methods used to create a model in MATLAB that simulates the dynamical forces, model's limitations, and suggestions on how to improve its accuracy. This project does not aim to improve the overall performance of the Cascade Drives-actuator, but rather deliver a sufficient virtual model that works for the most shock load scenarios, that in the end will give the commissioner useful data and clues on how to improve their product. The thesis does include a few different shock load scenarios that prove the code's functionality and give answers to how some shock loads affect gears inside the actuator and performance of the machine itself. For the virtual tests done Cascade Drives-actuator performs very good in damping the shock loads, even when the loads reach a corresponding force of a few tons. CdGear and elasticity inside its rubber parts are the main reason why the actuator performs so well, and the rubber parts inside the gear can be changed in respect to the application and the mounting space allowed. The model described in the report includes dimensions and material's data provided by the commissioner for the actuator in question. More exact and relevant results can be acquired if the input values are more precise, and the area of usage is described in more detail. More optimal rubber parts inside the CdGear would result in a better performing actuator that besides being able to transfer huge torque also could absorb the inevitable shock loads in a very satisfactory manner.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-300158 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Güler, Kenan, Andelkovic, Milan |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2021:357 |
Page generated in 0.0033 seconds