Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • 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
Property Optimization of PM-gearing
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2017 (English)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
Egenskapsoptimering av PM-kugghjul (Swedish)
Abstract [en]

The purpose of this bachelor thesis is to design and optimize a powder metal gear through FEM-analyzes. The moment of inertia and weight of the gear shall be reduced at the same time as the demands on tension and bending stiffness are met. The gear that is used as reference and will be optimized is the standard gear in the FZG-rig at the department of Machine Design at KTH.

The work is initiated with a literary study. After that a CAD-model of the gear and its pinion is created in Solid Edge. Then the reference gear is analyzed in the FEM-program Ansys and control calculations are made according to standards and handbooks. Thereafter different geometry and density variations are made and tested. The tests are then compared to the reference gear.

By varying the density of the gear and varying the geometry of the waist of the gear several different optimization proposals could be made. By cutting material off the waist of the gear the weight can be reduced by 6 % with an increase in bending stress of 1 %. If a bigger increase in bending stress is allowed more material can be removed. If the bending stress increase is allowed to be 5 % a decrease in weight and moment of inertia of 14 % is obtained. With an increase in deformation of 5 % a decrease of 11 % in weight and moment of inertia was obtained. The different tested geometries behave relatively equal up to a 3 % decrease in weight with respect to deformation but begins to vary considerably if the weight is further decreased.

Removal of material should be symmetric around every gear tooth to avoid transmission failure which also leads to increased noise. The results show that it is better to remove material under each gear tooth rather than under the root. It is also advantageous to remove material close to the flange. Further work is required to analyze and optimize the gears even more. Fatigue tests as well as different load cases should be analyzed.

Abstract [sv]

Syftet med kanditatexamensarbetet är att ta fram och egenskapsoptimera ett pulvermetallurgiskt kugghjul med hjälp av FEM-analyser. Tröghetsmomentet och vikten på kugghjulet ska minimeras samtidigt som kraven på spänningar och böjstyvhet uppfylls. Det kugghjul som används som referens och ska optimeras är standardkugghjulet i FZG-riggen på institutionen för maskinkonstruktion på KTH.

Arbetet inleds med att en litteraturstudie görs. Sedan tas en CAD-modell för kugghjulet och dess tillhörande drev fram i Solid Edge. Därefter analyseras referenskugghjulet i FEM-programmet Ansys och kontrollberäkningar görs enligt standarder och handböcker. Därefter konstrueras och analyseras olika geometrier och densitetsvariationer och jämförs med referenskugghjulet.

Genom att variera densiteten på kugghjulet och variera geometrin på kugghjulets liv kunde flertalet optimeringsförslag tas fram. Genom att göra en utskärning i livet kan vikten minskas med 6 % utan att böjspänningen påverkas mer än 1 %. Om en större ökning i böjspänning tillåts kan ytterligare material avlägsnas. Om böjspänningsökningen tillåts vara ca 5 % kan en viktminskning och tröghetsmomentsminskning på ca 14 % åstadkommas. Vid en deformationsökning på 5 % erhölls en viktminskning och tröghetsmomentsminskning på ca 11 %. De olika geometrier som testas beter sig relativt lika upp till 3 % viktminskning med avseende på deformation och börjar därefter variera kraftigt.

Borttagning av material måste ske symmetriskt kring varje kuggtand för att transmissionsfel och därmed ökat buller ska undvikas. Det visar sig att ta bort material under kuggen är bättre än att ta bort material under kuggroten. Det gynnsamt att göra geometriska förändringar närmast flänsen på kugghjulet. Vidare arbete krävs för att analysera och optimera kugghjulen ytterligare. Utmattningstester och fler lastfall bör analyseras.

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , p. 45
Series
MMK 2017:41 MKNB 095
Keywords [en]
Gear, Powder Metallurgy, Property optimization
Keywords [sv]
Egenskapsoptimering, Kugghjul, Pulvermetallurgi
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-209549OAI: oai:DiVA.org:kth-209549DiVA, id: diva2:1112617
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-06-20 Created: 2017-06-20 Last updated: 2017-06-20Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2673 kB)85 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2673 kBChecksum SHA-512
dc97b29061a9e987091d86fa63dfd4ec416a9f20273a6589a2490e1539a9b7e12a05c699b06418c7d9a75eb4cd8a4cc6124e3cf098db51755092d5ca13dab482
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 85 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: 64 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • 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