Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Optimering av sintrade kugghjul
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2012 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Optimization of Sintered Gears (English)
Abstract [en]

Powder Metal (PM) gears are machine element components which operate under the same principle as conventional gears, but, due to their intrinsic material characteristic need to be designed slightly different, and its manufacturing process offers advantages previously unobtainable by conventional steel gear manufacturing methods. The use of PM in similar applications, such as synchronous hubs, makes them a suitable candidate for production in such material. The current master thesis work focuses on gear design using PM by utilizing finite element method (FEM) to reduce weight and inertia taking into account root bending strength and tooth deflection.

First a topological optimization is used to determine feasible candidates for different web designs which have as objective to reduce volume, similar topologies were shown during different loading conditions; and hence, this topology was chosen as a suitable candidate. A shape optimization of the topological candidate was performed having as state variables root bending strength, independent for compressive and tensile side of the tooth loading; and tooth deflection, which in concept can be correlated to static transmission error (TE).

Another aspect in this thesis analysed is the possibility to incorporate non-trochoid root geometry, a trochoid root is always present when machining with a hob, into the gear root and hence reduce the stress concentration here. Due to the use of PM, a non-symmetric optimized root can be achieved and hence be optimizing compression and tension.

Results showed significantly lower inertia, for example certain results showed 40% reduced when compared to solid gear, with adverse effects as increase in tooth deformation and increase in maximum principal stress. Peak to peak transmission error results of proposed web showed 17% lower result when compared to solid steel. Finally, root optimization showed marginally reduced maximum principal stress, but demonstrations potential with other geometries.

Abstract [sv]

Pulvermetallurgiska (PM) kugghjul är maskinelement som används samma typ av applikationer som konventionella kugghjul av stål. På grund av PM-materialets speciella egenskaper behöv er dock PM-kugghjul dimensionera efter något annorlunda principer. Tillverkningsprocessen för PM-komponenter erbjuder också unika möjligheter jämfört med konventionella kugghjul av stål.

I detta examensarbete har utforming av kugghjul av metallpulver undersökts med hjälp av Finita Element Metoden (FEM). Fokus har legat på att minska kugghjulens vikt och tröghetsmoment samtidigt som kraven på tillåtna spänningar i kuggroten och kuggarnas böjstyvhet uppfylls.

Studien inleddes med en topologisk optimering för att hitta förslag på topologiska kandidater, dvs lämpliga principformer, på kugghjulets liv. Målet för denna optimering var att minska kugghjulets vikt. Efter analys av de topologiska kandidaterna utfördes sedan en formoptimering med målet att minimera vikten, samtidigt som kraven på högsta tillåtna drag- och tryckspänningar i kuggroten, samt största tillåtna deformation av kuggen uppfylldes. Kuggdeformationen kan relateras till det statiska transmissionsfelet, som är en faktor nära relaterad till ljudalstring.

Tillverkningsprocessen för traditionella kugghjul ger en trokoidformad kuggrot. Kugghjul tillverkade av metallpulver kan ges andra former. Med målet att optimera prestandan för kuggroten undersöktes möjligheten minska spänningskoncentrationerna med en icke-symmetrisk kuggrot.

Resulten visade på det är möjligt att uppnå ett signifikant lägre tröghetsmoment med ett PM-kugghjul. För vissa fall kunde masströghetsmomentet minskas med 40%, jämfört med homogena stålkugghjul, men med vissa negativa sidoeffekter som ökad kuggdeformation och en liten ökning av den största huvudspänningen. Det statiska transmissionsfelet var 17 % lägre för det föreslagna kugghjulet, jämfört med ett homogent stålhjul. Den optimerade kuggroten gav en marginellt minskad högsta huvudspänning, men indikationer fanns på förbättringsmöjligheter för andra gemetriförändringar.

Place, publisher, year, edition, pages
2012.
Series
MMK 2012:19 MKN 059
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-99261OAI: oai:DiVA.org:kth-99261DiVA: diva2:541723
External cooperation
Höganäs AB,Anders Flodin
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-07-23 Created: 2012-07-23 Last updated: 2012-07-24Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Mario Sosa(2972 kB)599 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2972 kBChecksum SHA-512
388ebc9a8204b37581cdc3db4b196774808ae14a9a3b423dfb60697642947b10dfda01a271f7ebc5c7981e1ef413cab81f16dc5f1b1280f8ec7032cb2eec4375
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 599 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 304 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf