FEM Koncept 2 – Version

En förenklad FEM-analys genomfördes för att kunna se hur spindeln och dess hål påverkades under ett lastfall (figur 39). FEM-analyserna som genomförts har ej beskrivits utförligt eftersom detta inkräktar på Volvos sekretess. För en mer detaljerad beskrivning hänvisas det till Volvos exemplar av rapporten. Utifrån FEM-analysen som gjorts placerades hålet sedan i det område som hade lägst spänning och som gjorde konceptet optimalt, alltså där det skulle utnyttjas till fullo. Resultatet av maximal spänning var egentligen inte relevant eftersom endast en uppskattning av kraften gjordes. Det enda som genomfördes med maximal spänning var att placera hålet där den maximala spänningen blev lägst. Figur 39 beskriver hur spänningsfördelningen såg ut i spindeln när en kraft lades på i radiell riktning. Till slut visade beräkningsingenjörens simulering att spänningarna skulle bli allt för stora, detta innebär att ett nytt tankesätt om konceptet måste göras.

Koncept 4

För att se om koncept 4 gick att genomföra gjordes en enklare FEM-analys där brickan och änden på spindeln jämfördes med varandra för att se vilken av dessa två komponenter som går sönder först. Spindeln med åtta hål användes för denna beräkning. Det optimala skulle vara om brickan gick sönder före spindeln, då kan slutsatsen dras att denna förändring inte kommer påverka dagens konstruktion av spindeln. En gemensam FEM-analys genomfördes där först spindeln analyserades när ett moment trycktes från brickan på en yta av spindeln, detta skulle simulera hur spindeln beter sig under ett moment (figur 40). Ett vridmoment lades sedan på. Sedan gjordes en liknande analys där ett lika stort moment användes. Men nu analyserades brickan när ett moment tryckte på en yta från spindeln, detta skulle simulera hur brickan beter sig under ett moment (figur 41). Resultatet blev att spänningarna i spindeln kom upp i ca 720Mpa och i brickan 1500Mpa. Detta visar att spänningarna i brickan blev betydligt högre än i själva spindeln.

Brottgränsen för spindeln och brickan ligger mellan 900-1050/mm² respektive 1250-1400/mm². Eftersom skillnaden är väldigt stor på spänningen mellan de två komponenterna och brottgränsen inte skiljer sig lika mycket kan slutsatsen tas att brickan kommer tåla minst. Resultatet blir att brickan kommer gå sönder före spindeln.

Figur 40: FEM-analys av spindelns ände Figur 41: FEM-analys av bricka

Koncept 2 – Version 2

Att köra en FEM-analys på denna version av koncept 2 blir mycket svårare än de tidigare FEM-analyserna som gjorts. Detta p.g.a. av att två separata fall inträffar, ett då hålet måste beräknas och ett där splinesen måste beräknas för att se om hållfastheten påverkas. Även krafterna som påverkar är svåra att beräkna och därigenom få ett någorlunda korrekt lastfall. Det som dock kan göras är att först beräkna var sitt fall för sig och sedan göra en utförlig FEM- analys för att se hur resultatet blir. En metod som kallas för ”Failure prediction” genomförs separat på de två fallen. Denna metod innebär att en procentsats för hur stor chans att ändringen fallerar under ett visst antal timmar fås fram. Genom detta kan beslutet göras om det är lämpligt att gå vidare med en ordentlig FEM-analys.

Failure prediction (splines)

En djupgående förklaring till hur denna metod genomfördes kan ej beskrivas eftersom metoden är sekretessbelagd av Volvo. Det som metoden gav var dock att denna ändring kommer klara av maskinlivslängden som Volvo satt. Det är alltså en väldigt liten risk att denna ändring fallerar och detta ger att ändringen inte kommer påverka hållfastheten betydligt mycket. Detta resultat är under kravet som Volvo satt och kan därför godkännas som ändring. Svaret är baserat på att 25% av splinesen inte används och ett vridmoment som lagts på.

Failure prediction (hål)

En djupgående förklaring till hur denna metod genomfördes kan ej beskrivas eftersom metoden är sekretsbelagd av Volvo. När metoden användes på hålet blev svaret att denna ändring inte kommer klara av maskinlivlängden som Volvo satt. Resultatet ligger alltså över gränsen som Volvo satt för att bli godkänd som ändring. Dock är detta räknat på ett medelvärde av vridmomentet, det exakta vridmomentet vid hålet är okänt och detta kommer påverka resultatet. Eftersom denna beräkning inte tar till vara på hålets placering och därmed inte tar till vara på vridmomentet vid hålet är en FEM-analys ändå att rekommendera för att sedan kunna dra en slutsats.

FEM Von-Mises spänningar (hål)

När metoden ”failure prediction” genomförts och det framkommit att en ordentligare FEM- analys skall genomföras skapas därför en analys av en sammanställning av spindeln där både hålet och splinesen används vid korrekt lastfall. Ett flertal analyser genomförs där hålets placering justeras för att hamna på ett optimalt avstånd från änden där spänningen blir lägst. En sammanställning skapas eftersom splinesen skall användas till fullo och då behövs artikeln som ska passa ihop med splinesen, i detta fall en kuggringshållare som ska sitta på splinesen. Detta gör att ett mer troligt scenario sker då spindeln med dess hål och splines utsätts för laster respektive moment. Både spänning och utmattning undersöks i detta fall för att få en så bred bild av händelseförloppet när en kraft och ett moment läggs på.

I figur 42 har ett böjmoment och ett vridmoment lagts på för att simulera troligt fullt lastutfall som spindeln utsätts för. Det som analyserats är om spänningarna kring hålet är lägre än spänningarna vid den största radien på spindeln. Om resultatet skulle visa detta skulle ett antagande göras att hålet inte kommer påverka hållfastheten eftersom spänningarna är lägre i hålet än vid en annan del av spindeln. Resultatet som framkommit är att kring hålet kommer spänningarna bli ca 544Mpa och vid radien ca 611Mpa. Detta visar att hålet inte kommer påverka hållfastheten. Maxspänningarna kring splinesen som uppstått har bortsetts ifrån eftersom dessa spänningar har uppstått vid kontakten som satts med kuggringshållaren.

Detta är dock endast grundat på von-Mises spänningen i spindeln, för att kunna dra en slutsats om påverkningarna av hålet måste även huvudspänningen granskas.

FEM huvudspänning (hål)

Som beskrivits tidigare kan ej endast Von-Mises spänningen beräknas utan en beräkning av huvudspänningen behövs även göras för att få en klar bild av vad som händer när ett böjmoment och vridmoment läggs på. Enligt figur 43 nedan har endast ett böjmoment och vridmoment lagts på, spänningen i hålet blev 405Mpa och vid den största radien 652Mpa. Detta innebär att spänningen i hålet är lägre än spänningen i den största radien och slutsatsen kan därför dras att hålet inte kommer påverka konstruktionen vid utmattning. Maxspänningen kommer uppstå i mutterhålen och kan därför bortses ifrån eftersom de uppstår vid inspänning av artikeln.

Figur 43: FEM-analys av koncept 2 – Version 2

Resultat

När både Von-Mises spänningen och huvudspänningen hade analyserats kan slutsatsen dras att när en kraftfullare simulering när fullt lastutfall användes har en annan bild av konceptet uppstått. När resultatet sammanfattats dras slutsatsen att detta koncept inte kommer påverka konstruktionen och är därför lämplig för ändring på den befintliga artikeln.

RESULTAT (Empiri) 5.

Resultatet som har framkommit under analyserna och beräkningarna som gjorts är två olika versioner av ett koncept på en lösning på hur oljecirkulationen i en AHW-axel kan förbättras. Versionerna är likvärdiga och endast en liten detalj skiljer dessa åt, beroende på vilken tillverkningsmetod som används väljs lämpligt koncept ut. Beräkningsmässigt och funktionsmässigt skiljer ej dessa koncept åt. Utefter antaganden som gjorts har slutsatsen tagits att det är artikeln som kallas för ”spindel” som har störst påverkan på oljecirkulationen och det är denna artikel som har valts att utveckla och konstruera på ett sådant sätt så att oljecirkulationen gynnas.