Maskiningenjörsprogrammet 180 hp
Konstruktion & Design
Viktoptimering av apparatskåp Bilagor
Examensarbete 15 hp
Utfört av: Fredrik Eriksson 840417-3612 Lars Dahlstedt 790705-3511
Examinator: Aron Chibba Högskolan i Halmstad
Handledare: Håkan Petersson Högskolan i Halmstad
Patrik Rivas Saab Microwave Systems
Jan Rydén Saab Microwave Systems
Examensarbete 15 hp
Maskiningenjörsprogrammet Konstruktion & Design
Maskiningenjörsprogrammet, Högskolan i Halmstad
Fredrik Eriksson freeri06@student.hh.se +46 (0)708 78 52 92
Sida | II
Innehåll sida
A. Projektbeskrivning III
B. Gantt-schema VI
C. Beräkning av hålkanttryck VII D. Matris på resultatet m.a.p. viktminskningen X E. Bilder på analysen
E.1. Vänster gavel XI
E.2. Mittengavel XIII E.3. Höger gavel XVI
E.4. Ovandel XIX
E.5. Kylarfäste XXII
Examensarbete 15hp, Högskolan i Halmstad Projektbeskrivning
Viktoptimering av apparatskåp
Fredrik Eriksson Lars Dahlstedt
840417-3612 790705-3511
freeri06@student.hh.se larhil06@student.hh.se
fredrik.y.eriksson@saabgroup.com lars.dahlstedt@saabgroup.com
0708-78 52 92 0702-34 93 86
Uppdragsgivare: Saab Microwave Systems
Patrik Rivas Jan Rydén
patrik.rivas@saabgroup.com jan.ryden@saabgroup.com 031-794 87 56, 0734-37 87 56 031-794 94 04
Anders Zachrisson
anders.zachrisson@saabgroup.com
Syfte: Minimera vikt med bibehållen hållfasthet hos konstruktionen. Önskad viktminskning är 20-30%, apparatskåpets startvik är 42kg inklusive utrustning.
Metodologi: FE-analyser i ProMechanica och CATIA V5.
(förmodad) Kravspecifikation → Digitala modeller → FE-analyser → Digitala modeller → Slutligt resultat
Relevant litteratur: Ritteknik Bo Lundkvist – 1997 Formel och Tabellsamling Karl Björk
Materiallära (Karleboserien) Erik Ullman - 2003
Hjälpmedel: ProEngineer och ProMechanica CATIA V5
Mathematica
Microsoft Word, Excel och Power Point
Fredrik Eriksson 840417-3612 Lars Dahlstedt 790705-3511 Maskiningenjörsprogrammet Högskolan i Halmstad
Projekt: Examensarbetet kommer att göras med Saab Microwave Systems som uppdragsgivare. Det kommer att innefatta optimering av konstruktionen på ett apparatskåp monterat i en container/”hydda” till artillerilokaliseringsradarn ARTHUR. Konstruktionen på apparatskåpet ska fortfarande se och upplevs som robust, vilket är mycket viktig om produkterna ska sälja. Som leverantör till olika länders försvarsmakter finns det hårda material- och kvalitetskrav att följa, exempelvis temperaturområden med stort spann som konstruktionen skall klara av, damm, vibrationer, stötar och annan yttre påverkan. Syftet med att få ner vikten på konstruktionen är att transport av utrustningen också ska klaras av med helikopter. Därmed blir det viss viktbegränsning.
Att tillverkningskostnaderna hålls nere är också en viktig del i projektet, därför måste hänsyn tagas till även detta.
Punkter att arbeta med är strukturen i SDU – Signal and Data processing Unit, för mark- och sjösystem samt TRU – Transmitter receiver Unit, för mark- och sjösystem. Struktur och materialval i stomme/gavlar kan ses över.
Simuleringar, beräkningar och liknande kommer att utföras i huvudsak med ProEngineer och ProMechanica. Resultatet kommer antagligen att behöva justeras under projektets gång för att även uppfylla krav på till exempel kylning, storlek, invändiga mått, åtkomlighet av komponenter, användarvänlighet med mera. Enklare FE-analyser beräknas också i CATIA V5 för att få en referens till resultatet hos ProMechanica.
Startdatum för examensarbete: 2009-01-19
Fredrik Eriksson Lars Hildingsson Dahlstedt
Examinator: Aron Chibba Högskolan i Halmstad
Handledare: Håkan Petersson Högskolan i Halmstad Patrik Rivas Saab Microwave Systems Jan Rydén Saab Microwave Systems Anders Zachrisson Saab Microwave Systems
Tidsplan: 12 januari Uppstart (kursstart 19 januari)
Projektbeskrivning ska godkännas tre veckor efter kursstart från HH’s sida. Hela vecka 4 befinner vi oss hos uppdragsgivaren för projektuppstart.
Januari – maj Rapportering sker till uppdragsgivare och handledare på HH vid varje månadsskifte.
Under projektets gång befinner vi oss hos uppdragsgivaren cirka en gång per vecka, möjligtvis med undantag för tentavecka.
Ej fastställt Skriftlig deltidsrapport till handledare och examinator.
Ej fastställt Inlämning av preliminär utgåva till opponentgrupp.
15 maj Inlämning av examensarbete till examinator och opponentgrupp.
20 maj Redovisning av examensarbete.
28-30 maj Utställning på Utexpo i Halmstad.
Maj/juni Redovisning av resultat för företaget.
Justeringar kan ske då exakta datum ej ännu är fastställda från högskolans sida.
Bilaga B
Sida | VI
GANTTSCHEMA
Viktoptimering av apparatskåp
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Uppstart av projekt, inhämtning av meteriel Genomgång av Pro/Engineer och Pro/Mechanica Ge förslag på viktminskning för ingående delar Utföra FE-analyser
Justera detaljer efter resultat från FEM-analyser Rapportskrivning
Genomgång av rapport inför inlämning
Avstämningsmöte med handledare/uppdragsgivare, SMW Avstämningsmöte med handledare, HH
Rapport klar, lämnas 15/5-09 Muntlig redovisning HH, 20/5-09 Redovisning SMW (preliminärt) UTEXPO, 28-30/5-09
Januari Februari Mars April Maj
Examensarbete - Maskiningenjörsproggramet 2009
Bilaga C
Sida | VII
Hålkanttryck för skruvhålen till övre rackhylla
Tyngdpunkten ligger i X-led 201,1 mm från mittengavelns skruvhål och därmed 263,9 mm från högra gavelns skruvhål. Hålkanttrycket blir olika på de olika sidorna.
Därför sätts ett origo i X-led i skruvhålen i mittengaveln, alltså på rackhyllans vänstra sida. Håldiameter 4,2 mm, massa 11,1 kg, acceleration 30G, antal hål på respektive sida = 2, CC-mått mellan vänstra och högra hålen 465 mm.
t1= 10;
d1= 4.2;
m1= 11.09;
g = 9.82;
F0or= m1∗ g;
G = 30;
n1= 2;
lor= 201.1;
ltot = 465;
Sammanlagd last på de fyra skruvhålen.
F0or
108.904
Kraft som påverkar hålen i högra gaveln vid 1 G.
Foh= F0or∗ l ltot
47.098
Kraft som påverkar hålen i mittengaveln vid 1 G.
Fov= F0or− Fh
61.7634
Kraft som påverkar hålen i högra gaveln vid 30 G.
Foh30g= HFoh∗ GL n1
706.469
Kraft som påverkar hålen i vänstra gaveln vid 30 G.
Fov30g= HFov∗ GL n1
926.45
Hålkanttryck i MPa på skruvhålen i högra respektive vänstra gaveln.
Porh = Foh30g t1∗ d1 Porv = Fov30g t1∗ d1
16.8207 22.0583
Detta är väl inom gränsen, eftersom brottgränsen är 290 MPa.
Bilaga C
Sida | VIII
Hålkanttryck för skruvhålen till undre rackhylla
Tyngdpunkten ligger i X-led 229,3 mm från mittengavelns skruvhål och därmed 263,9 mm från högra gavelns skruvhål. Hålkanttrycket blir olika på de olika sidorna.
Därför sätts ett origo i X-led i skruvhålen i mittengaveln, alltså på rackhyllans vänstra sida. Håldiameter 4,2 mm, massa 11,1 kg, acceleration 30G, antal hål på respektive sida = 2, CC-mått mellan vänstra och högra hålen 465 mm.
t2= 10;
d2= 4.2;
m2= 10.53;
g = 9.82;
F0nr= m ∗ g;
G = 30;
n2= 2;
lnr= 229.3;
ltot = 465;
Sammanlagd last på de fyra skruvhålen.
F0nr
108.904
Kraft som påverkar hålen i högra gaveln vid 1 G.
Fnh= F0nr∗ lnr ltot
53.7025
Kraft som påverkar hålen i mittengaveln vid 1 G.
Fnv= F0nr− Fnh
55.2013
Kraft som påverkar hålen i högra gaveln vid 30 G.
Fnh30g= HFnh∗ GL n2
805.537
Kraft som påverkar hålen i vänstra gaveln vid 30 G.
Fnv30g= HFnv∗ GL n2
828.02
Hålkanttryck i MPa på skruvhålen i högra respektive vänstra gaveln.
Pnrh = Fnh30g t2∗ d2 Pnrv = Fnv30g t2∗ d2
19.1794 19.7148
Detta är väl inom gränsen, eftersom brottgränsen är 290 MPa.
Bilaga C
Sida | IX
Hålkanttryck för skruvhålen till kylenhet
t3= 6;
d3= 4.8;
m3= 10;
g = 9.82;
F0k= m3∗ g;
G = 30;
n3= 9;
F0k
98.2
Fk30g= HF0k∗ GL n3
327.333
Pk= Fk30g t3∗ d3
11.3657
Detta är väl inom gränsen, eftersom brottgränsen är 290 MPa.
Bilaga D
Sida | X
Detaljnamn Beskrivning Vikt före (g) Vikt efter (g) Viktbesparing Al (g) Viktbesparing (%)
SDD513184_1 Plåt bak. 3193 1597 1596 50,0
SEA91087_2 Vent.styrplåt. 2 st. Totalvikt anges. 1140 772 368 32,3
SDD5130481_1 Gavel hö. 2371 2051 320 13,5
SES901403_1 Stag. 3 st. Totalvikt anges. 693 414 279 40,3
SDD5130480_1 Gavel vä. 2062 1806 256 12,4
SDD513185_2 Gavel mitten 1479 1260 219 14,8
SDK109535_1 Tak 1976 1802 174 8,8
SEA91088_1 Plåt till kylenhet 1466 985 481 32,8
SXA1243252_3 Frontlucka 2541 2031 510 20,1
SXA1242970_5 Operatörslucka 627 428 199 31,7
SES901401_2 Fäste för luftstyrningsplåtar x 2 622 622
SES901402_2 Fäste för luftstyrningsplåtar x 2 854 854
SEF901190_1 Fäste för rackhyllor 304 304
SESM9010032_1 Väggfäste x 2 520 520
SDK109536 Golv. Ej ändrat pga. väloptimerat. 5193 5193
SXA1243613_2 Fräst alu -> bockad plåt. El.hylla. 2 st. Tot.vikt ang. 1600 1040 560 35,0
SXA1240205_1 Trekant. Elektr.hylla. 2 st. Tot.vikt anges 552 390 162 29,3
SXA1240202_5 Fräst alu -> bockat alu. Detalj till rackhylla. 1040 490 550 52,9
Apparatskåpets totalvikt utan elektronik enligt assembly Apparatskåpets totalvikt utan elektronik enligt assembly och med modifieringar på frästa delar till rackhyllan (g) och med modifieringar på frästa delar till rackhyllan (g)
Material EA AW 6082 Material ZK 60 A
Ursprungligt apparatskåp (g) 29751 Ursprungligt apparatskåp i aluminium (g) 29751
Modifierat apparatskåp med modifieringar på delar till rackhyllan (g) 24077 Modifierat apparatskåp med modifieringar på delar till rackhyllan (g) 16319
Viktbesparing enligt assembly (g) 5674 Viktbesparing enligt assembly (g) 13432
Viktbesparing enligt assembly (%) 19,07% Viktbesparing enligt assembly (%) 45,15%
Apparatskåpets totalvikt utan elektronik enligt assembly Apparatskåpets totalvikt utan elektronik enligt assembly och utan modifieringar på frästa delar till rackhyllan (g) och utan modifieringar på frästa delar till rackhyllan (g)
Material EA AW 6082 Material ZK 60 A
Ursprungligt apparatskåp (g) 29751 Ursprungligt apparatskåp (g) 29751
Modifierat apparatskåp utan modifieringar på delar till rackhyllan (g) 26058 Modifierat apparatskåp utan modifieringar på delar till rackhyllan (g) 17662
Viktbesparing enligt assembly (g) 3693 Viktbesparing enligt assembly (g) 12089
Viktbesparing enligt assembly (%) 12,41% Viktbesparing enligt assembly (%) 40,64%
Med utgång från att apparatskåpet väger 65 kg med all elektonik Med utgång från att apparatskåpet väger 65 kg med all elektonik
får vi en total viktbesparing på: får vi en total viktbesparing på:
8,73% 20,66%
Bilaga E1
Sida | XI
E.1. Vänster gavel
Z-led Vänster gavel sett framifrån och från insidan (1/5)
X-led Vänster gavel sett framifrån och från insidan (2/5)
Bilderna från analysen håller sig inom ramen för gränsvärdena för vad materialet klarar av. För att klara av buckling och fortfarande vara stabilt väljer vi att inte minska dimensionen på detaljerna ytterligare.
Bild 5/5 visar att spänningen ökar vid fästörat när analysen körts i Y-led. Det är en punkt i analysen som får avvikande högre spänning, detta går att bortse ifrån.
Bilaga E1
Sida | XII
X-led Vänster gavel sett framifrån och från utsidan (3/5)
Y-led Vänster gavel sett framifrån och från utsidan (4/5)
Y-led Vänster gavel sett vid fästörat (5/5)
Bilaga E2
Sida | XIII
E.2. Mittengavel
X-led Mittengavel sett framifrån (1/8)
X-led Mittengavel sett snett framifrån (2/8)
Bilaga E2
Sida | XIV
X-led Ökat värde vid ”ringen” där simuleringen för laster fästes, läs mer i avsnittet analyser. (3/8)
Y-led Mittengavel sett snett framifrån (4/8)
Y-led Ökat värde vid ”ringen” där simuleringen för laster fästes, läs mer i avsnittet analyser. (5/8)
Bilaga E2
Sida | XV
Y-led Ökat värde vid ”ringen” där simuleringen för laster fästes, läs mer i avsnittet analyser. (6/8)
Z-led Ökat värde vid ”ringen” där simuleringen för laster fästes, läs mer i avsnittet analyser. (7/8)
Z-led Ökat värde vid ”ringen” där simuleringen för laster fästes, läs mer i avsnittet analyser. (8/8)
Bilaga E3
Sida | XVI
E.3. Höger gavel
X-led Höger gavel sett framifrån och från insidan (1/7)
X-led Vänster gavel vid nedre kant, ökad spänning i punkt som inte är relevant. (2/7)
Y-led Höger gavel sett framifrån och från insidan. (3/7)
Bilaga E3
Sida | XVII
Y-led Vänster gavel vid nedre kant, ökad spänning i punkt som inte är relevant. (4/7)
Y-led Höger gavel sett framifrån och från insidan. (5/7)
Z-led Vänster gavel vid nedre kant, ökad spänning i punkt som inte är relevant. (6/7)
Bilaga E3
Sida | XVIII
Z-led Vänster gavel sett framifrån och inifrån. (7/7)
Högre belastning vid komponenthyllans fäste men inom gränsen för vad materialet klarar av
Bilaga E4
Sida | XIX
E.4. Ovandel
X-led Skåpet sett snett uppifrån och framifrån. (1/9)
X-led Skåpet sett snett uppifrån och framifrån. Högra hörnet framtill. (2/9)
X-led Skåpet sett snett uppifrån och framifrån. (3/9)
Bilaga E4
Sida | XX
Y-led Skåpet sett snett uppifrån och framifrån. (3/9)
Y-led Skåpet sett snett under ifrån och framifrån. (4/9)
Ökad belastning men acceptabel där stödet som mittersta gavel utgör.
Y-led Skåpet sett snett under ifrån och framifrån. (5/9)
Ökad belastning men acceptabel där stödet som mittersta gavel utgör.
Bilaga E4
Sida | XXI
Z-led Skåpet sett under ifrån vid vänstra sidan. (6/9)
Ökad belastning men acceptabel där stödet som mittersta gavel utgör.
Z-led Skåpet sett under ifrån. (7/9)
Ökad belastning men acceptabel där stödet som mittersta gavel utgör.
Z-led Skåpet sett under ifrån vid högra sidan framtill. (9/9)
Ökad belastning men acceptabel.
Bilaga E5
Sida | XXII
E.4. Kylarfäste
X-led Kylarfäste sett framifrån. (1/7)
Ökad belastning där täckplåten slutar, värdena är acceptabla vid områdena.
X-led Kylarfäste sett bakifrån. (2/7)
Bilaga E5
Sida | XXIII
X-led Kylarfäste sett bakifrån. (3/7)
Ökad belastning där täckplåten slutar, värdena är acceptabla vid områdena.
Y-led Kylarfäste sett bakifrån. (4/7)
Y-led Kylarfäste sett bakifrån. (5/7)
Bilaga E5
Sida | XXIV
Z-led Kylarfäste sett bakifrån. (6/7)
Ökad belastning där täckplåten slutar, värdena är acceptabla vid områdena.
X-led Kylarfäste sett bakifrån. (7/7)
