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
F
100 N
L2
L1
Utväxling = R/r
n = varvtal
z = tänder
M = moment
Utväxling = zut/zin
Kugghjul arbetar alltid i par
zut/zin = Mut/Min= nin/nut
(z2:z1 = n1:n2 = M2:M1 )
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
nin:nut = zut:zin = Mut:Min
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
Zut = 56 och Zin = 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
Zut = 40 och Zin = 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
Zut = 30 och Zin = 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
www.geartechnologycentre.se · 32
www.geartechnologycentre.se · 33
www.geartechnologycentre.se · 34
www.geartechnologycentre.se · 35
www.geartechnologycentre.se · 36
www.geartechnologycentre.se · 37
www.geartechnologycentre.se · 38
www.geartechnologycentre.se · 39
www.geartechnologycentre.se · 40
www.geartechnologycentre.se · 41
www.geartechnologycentre.se · 42
www.geartechnologycentre.se · 43
www.geartechnologycentre.se · 44
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
Om A roterar med konstatnt
hastighet kommer även B
att göra det
B
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
www.geartechnologycentre.se · 50
www.geartechnologycentre.se · 51
Vilket fall ger den största belstningen på
kuggväxlarna?
www.geartechnologycentre.se · 52
www.geartechnologycentre.se · 53
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
Flygplanskrasch
Comet-planet
En spricka började
vid ett litet hål som
borrats i benet.
Sprickan växte och
gav haveri
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