Förbättring av oljecirkulationen i AHW- axlar1111788/...AHW Articulated Hauler Wet Brake, En typ av axel som användes under arbetet CAD Computer Aided Design, Program för att hantera/skapa

Volvo CE Eskilstuna

Akademin för Innovation, Design och Teknik

Förbättring av oljecirkulationen i AHW-

axlar

Examensarbete

Grund nivå,15 hp

Produkt- och processutveckling

Tony Franzén

Rapport nr:

Handledare, företag: Torbjörn Ängered

Handledare, Mälardalens högskola: Jan Frohm

Examinator: Ragnar Tengstrand

http://www.google.se/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiIj6mhxenSAhXFKJoKHT-xDUIQjRwIBw&url=http://compactequip.com/tag/volvo-construction-equipment/&psig=AFQjCNEu2LS9RWNCK1Rb4YV-qRwDFesi1g&ust=1490252468807564

ABSTRACT

The work carried out has been performed as a development project at Volvo Construction

equipment (Volvo CE) in Eskilstuna. The task was to improve the oil circulation between the

central gear and the hub reduction including the hub bearings in Articulated Hauler Wet Brake

(AHW) axels. An increase oil circulation will reduce the contamination in the oil reduction

when the load on the axle increases. The change that was needed has to be simple and easy to

apply to today´s axels to get reduced development costs.

To undergo a development of the given axel the design process as described in the book “The

mechanical design process” was used. The steps that the book describes were used to get such

useful result as possible. Computer Aided Design (CAD) models and finite element method

(FEM) analysis was created to best illustrate and compute the stress distribution on the

concepts that were developed. According to the function of each concepts and the FEM

analysis best suited concept was chosen to a future testing in a test rig.

The target of the work early setts to make changes on an article called “spindle”. An

observation that has been created was that this article has the most impact on the oil circulation

and was therefore needed to be modified. The changes that were made were simple and crucial

for the oil circulation and its path from the central gear to the hub reduction.

The result after the development process that was used was a new version of the article

“spindle”. The changes consisted of milling away a spline, inserting a hole in order to optimise

the flow of the oil and also a modification at the end of the article. The changes were made so

the oil flow got a new path which in theory created a better circulation of the oil between the

central gear and the hub reduction. After the modification the article underwent a few FEM

analyses to see if these changes affected the structural strength. The result was that these

changes did not affect the strength and the modified article could now move on to a future

physical testing.

The conclusions which were taken after this work was that physical testing on the chosen

concept was needed to be carried out next to prove that the concept also works in practice.

SAMMANFATTNING

Arbetet som genomförts har utförts som ett utvecklingsarbete på Volvo CE i Eskilstuna.

Uppdraget var att förbättra oljecirkulationen mellan centrumväxeln och navreduktionen, med

navlagren inkluderade, i dagens AHW-axlar. En ökad oljecirkulation gör att mängden

smutspartiklar minskar i navreduktionen och kan därmed göra att livslängden på maskinella

delar bibehålls då axellasten ökar. Utvecklingen som skulle göras behövde vara simpel och lätt

att applicera på dagens axlar för att hålla utvecklingskostnaderna på en låg nivå.

För att genomgå en utveckling av axeln tilldelades utvecklingsprocessen som beskrivs i boken

”The mechanical design process”. Stegen som där beskrivs används under arbetets gång för att

få fram ett så bra resultat som möjligt. CAD-modeller samt FEM-analyser skapades för att bäst

illustrera samt beräkna spänningsfördelningen på de koncepten som togs fram. Utefter detta

valdes bäst lämpade koncept fram till en framtida testning i en provrigg.

Arbetet riktade tidigt in sig på att göra ändringar på en artikel som kallas för ”spindeln”, detta

eftersom enligt de observationer som togs påverkade denna artikeln oljecirkulationen mest.

Ändringarna som gjordes var simpla och avgörande för oljecirkulationen samt dess väg från

centrumväxeln fram till navreduktionen.

Resultatet som blev efter utvecklingsprocessen som genomfördes var en ny version av artikeln

”spindeln”. Ändringarna bestod av en bortfräst spline, ett hål för att optimera oljeflödet samt en

utveckling av ena änden på artikeln. Ändringarna gjorde så att oljeflödet fick en ny väg vilket i

teorin skapar en bättre cirkulation av oljan mellan centrumväxeln och navreduktionen. Artikeln

genomgick FEM-analyser för att se om dessa ändringar påverkade konstruktionens hållfasthet.

Resultatet blev att ändringarna ej påverkade hållfastheten och de kunde gå vidare till en

framtida testning.

Slutsatserna som togs efter detta arbete var att fysiska testningar på konceptet som valts

behövdes genomföras härnäst för att bevisa att konceptet även funkar i praktiken.

FÖRORD

Jag skulle först och främst vilja tack avdelningen och de personer som har vart involverade i

mitt examensarbete på Volvo CE i Eskilstuna. De personer som varit mest involverade inom

företaget är, Ralf Nordström, Åse Löfstrand och Torbjörn Ängered. De är dessa personer som

jag har haft nära kontakt med under arbetet. Kompetenser som dessa har delat med sig av har

vart avgörande för examensarbetet. Även ett stort tack till Stefan Semmelhack som har haft

ansvar för avdelningen och gjort så att jag fått tillgång till de medel som behövts under arbetets

gång.

Jag vill även tacka Magnus Hellberg och Joakim Johansson som varit experthjälp på

simuleringar respektive splines. Kunskaper jag fått av dom har vart avgörande för

beräkningarna och ritningen av splinesen som jag var tvungen att modellera upp.

Sist vill jag även tacka min handledare på MDH, Jan Frohm för support och rekommendationer

som han har delgivit mig under arbetets gång.

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

INLEDNING .................................................................................................................................................... 1 1.

1.1. BAKGRUND ............................................................................................................................................... 1 1.2. PROBLEMFORMULERING............................................................................................................................ 1 1.3. SYFTE OCH FRÅGESTÄLLNINGAR ............................................................................................................... 1 1.4. AVGRÄNSNINGAR ...................................................................................................................................... 2

ANSATS OCH METOD ................................................................................................................................. 4 2.

2.1. DESIGN/UTVECKLINGSPROCESSEN ............................................................................................................ 4 2.1.1. PROJEKTPLANERING .............................................................................................................................. 5 2.1.2. PROBLEMDEFINIERING .......................................................................................................................... 5 2.1.3. KONCEPTUTVECKLING .......................................................................................................................... 8 2.1.4. PRODUKTIONSANPASSNING ................................................................................................................... 9

TEORETISK REFERENSRAM .................................................................................................................. 10 3.

3.1. PATENT SCANIA ...................................................................................................................................... 10 3.2. AXEL MED NAVREDUKTION (ÖVERBLICK) ............................................................................................... 11 3.3. NAVREDUKTION ...................................................................................................................................... 11 3.4. CENTRUMVÄXEL (SPIRAL BEVEL) ............................................................................................................ 12 3.5. SMÖRJOLJA ............................................................................................................................................. 12 3.6. NAVLAGER .............................................................................................................................................. 12

GENOMFÖRANDE ...................................................................................................................................... 13 4.

4.1. PROJEKTPLANERING ................................................................................................................................ 13 4.1.1. GANTT-SCHEMA .................................................................................................................................. 13 4.1.2. PLANERINGSMÖTEN ............................................................................................................................ 13 4.2. PROBLEMDEFINIERING ............................................................................................................................ 13 4.2.1. ÖPPEN DIALOG .................................................................................................................................... 13 4.2.2. NULÄGESANALYS ............................................................................................................................... 14 4.2.2.1. OLJEFLÖDE AXELKÅPA ....................................................................................................................... 14 4.2.2.2. OLJEFLÖDE NAVREDUKTION ............................................................................................................... 14 4.2.3. OBSERVATIONER................................................................................................................................. 15 4.2.4. KUNDBEHOV ....................................................................................................................................... 16 4.2.5. KONKURRENTANALYS ........................................................................................................................ 16 4.2.6. KRAVSPECIFIKATION .......................................................................................................................... 17 4.3. KONCEPTUTVECKLING ............................................................................................................................ 18 4.3.1. BRAINSTORMING ................................................................................................................................. 18 4.3.2. PUGHS MATRIS .................................................................................................................................... 20 4.4. PRODUKTIONSANPASSNING ..................................................................................................................... 21 4.4.1. CAD ................................................................................................................................................... 21 4.4.2. FEM ................................................................................................................................................... 24

RESULTAT (EMPIRI) ................................................................................................................................. 28 5.

5.1. KONCEPT A – VERSION 1 ........................................................................................................................ 28 5.2. KONCEPT A – VERSION 2 ........................................................................................................................ 29 5.3. FUNKTION AV KONCEPT A I AHW-AXELN ............................................................................................... 29

ANALYS ........................................................................................................................................................ 31 6.

SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER ...................................................................................... 32 7.

7.1. SLUTSATSER ............................................................................................................................................ 32 7.2. REKOMMENDATIONER ............................................................................................................................. 33

KÄLLFÖRTECKNING ............................................................................................................................... 34 8.

FIGURFÖRTECKNING

Figur 1: Konstruktions upplägg ................................................................................................................................. 1 Figur 2: Utveckling/designprocess ............................................................................................................................. 4 Figur 3: Kvalitetshuset ............................................................................................................................................... 7 Figur 4: Patent (överblick)…….................................................................................................................................. 9

Figur 5: Patent (hylsa) .............................................................................................................................................. 10 Figur 6: Spiralliknande pumpelement ...................................................................................................................... 10 Figur 7: Överblick bakaxel med navreduktion ......................................................................................................... 11 Figur 8: Navreduktion .............................................................................................................................................. 11 Figur 9: Centrumväxeln ........................................................................................................................................... 12 Figur 10: Koniska rullager ....................................................................................................................................... 12 Figur 11: Utvecklingsprocess samt dess delar ......................................................................................................... 13 Figur 12: Oljeflöde första anblick ............................................................................................................................ 14 Figur 13: Oljeflöde axelkåpa .................................................................................................................................... 14 Figur 14: Oljeflöde navreduktion………………….................................................................................................. 14

Figur 15: Tilltäppning av kanal................................................................................................................................. 14 Figur 16: Fyra spår.................................................................................................................................................... 14

Figur 17: Bricka........................................................................................................................................................ 14

Figur 18: Utrymme mellan brickor .......................................................................................................................... 15 Figur 19: Oljenivå .................................................................................................................................................... 16 Figur 20: Bild av rotation, gul = roterande, röd = roterar ej..................................................................................... 16

Figur 21: Avstånd mellan drivaxel och spindel........................................................................................................ 17 Figur 22: Helhetsbild av koncept 1........................................................................................................................... 17

Figur 23: Fräst helix i drivaxeln koncept 1 .............................................................................................................. 18 Figur 24: Helhetsbild av koncept 2........................................................................................................................... 17

Figur 25: Hål i spindeln koncept 2 ........................................................................................................................... 18 Figur 26: Överblick koncept 3 ................................................................................................................................. 19 Figur 27: Drivaxeln koncept 3 ................................................................................................................................. 19 Figur 28: Detaljbild över spåren .............................................................................................................................. 19 Figur 29: Överblick koncept 4.................................................................................................................................. 19

Figur 30: Överblick spindeln ................................................................................................................................... 20 Figur 31: Koncept 2 – Version 1 .............................................................................................................................. 21 Figur 32: Koncept 4 – Version 1 : Sex spår.............................................................................................................. 21

Figur 33: Koncept 4 – Version 1 : Åtta spår ............................................................................................................ 22 Figur 34: Mått för beräkning av koncept 4 (utgående area)..................................................................................... 21

Figur 35: Mått för beräkning av koncept 4 (ingående area) ..................................................................................... 22 Figur 36: Koncept 2 - Version 2 .............................................................................................................................. 23 Figur 37: Koncept 4 – Version 2 : Sex spår.............................................................................................................. 22

Figur 38: Koncept 4 – Version 2 : Åtta spår ............................................................................................................ 24 Figur 39: FEM-analys av koncept 2 – Version 1 ..................................................................................................... 24 Figur 40: FEM-analys av spindelns ände.................................................................................................................. 24

Figur 41: FEM-analys av bricka .............................................................................................................................. 25 Figur 42: FEM-analys av koncept 2 – Version 2 ..................................................................................................... 26 Figur 43: FEM-analys av koncept 2 – Version 2 ..................................................................................................... 27 Figur 44: Koncept A – Version 1 ............................................................................................................................. 28 Figur 45: Koncept A - Version 2 .............................................................................................................................. 29 Figur 46: AHW-axeln med nya spindeln ................................................................................................................. 30

TABELLFÖRTECKNING

Tabell 1: Kundbehov ................................................................................................................................................ 16 Tabell 2: Kravspecifikation ...................................................................................................................................... 17 Tabell 3: Uppfyllda krav baserat på kravspecifikationen ......................................................................................... 32

BILAGOR

Bilaga 1. Gantt schema

Bilaga 2. QFD

Bilaga 3. Pughs matris

Bilaga 4. Faktablad 1

Bilaga 5. Faktablad 2

Bilaga 6. Brainstorming möte 2017-02-16

Bilaga 7. Öppning av navet (ände på spindel)

Bilaga 8. FEM koncept 2 – Version 1

Bilaga 9. FEM koncept 4

Bilaga 10. FEM koncept 2 – Version 2

Bilaga 11. Utrymme mellan brickor

FÖRKORTNINGAR

AHW Articulated Hauler Wet Brake, En typ av axel som användes under arbetet

CAD Computer Aided Design, Program för att hantera/skapa 3D - modeller

FEM Finite Element Method, Analys av 3D-modeller för uppfattning av ex. spänningar

QFD Quality Function Deployment, Metod för att ta fram kravspecifikationer

Spline Även kallad bomförband

Volvo CE Volvo Construction Equipment, Företaget där arbetet genomförs

1 (34)

INLEDNING 1.

1.1. Bakgrund

Axlar av typen AHW sitter i entreprenadmaskiner som t.ex. hjullastare till dumprar och är

tillämpade arbete som kräver det yttersta utav prestandan av en maskin. AHW-axlarna består

översiktligt av en axelkåpa, en centrumväxel, två navreduktioner, broms och retarderfunktion.

Axeln är fylld med smörjolja i ett så kallat smörjmedelsbad. Smörjmedelsbadet sträcker sig

ifrån växelhuset längs med axeln ut till navreduktionen som finns längst ut på båda ändarna

utav axeln. Smörjmedlet har som funktion att minska friktionen och nötning mellan de rörliga

delar som finns. Även en annan funktion är att leda bort värme. Centrumväxeln är sedan

kopplad till navreduktionen med hjälp av en drivaxel som har som uppgift att överföra

vridmoment från centrumväxeln ut till navreduktionen. Axelkåpans och spindelns utformning

gör så att avståndet mellan drivaxeln och axelkåpan smalnar av närmare navreduktionen. Detta

gör så att ett utrymme bildas där smörjolja kan transportera sig ut till navreduktionen där den

behövs. En viss cirkulation av smörjoljan uppstår när kronhjulet i centrumväxeln roterar vilket

delvis hjälper till att transportera smörjolja ut till navet.

Figur 1: Konstruktions upplägg - (Nordström, 2017)

1.2. Problemformulering

Problemet som uppstår när smörjoljan ska transportera sig ut till navet är att cirkulationen

mellan centrumväxeln och navreduktionen inte är optimal. Detta gör så att smörjoljan i princip

blir stående ute i navreduktionen vilket inte är att föredra. Cirkulationen hjälper oljan att

cirkulera runt i axeln och transportera runt smuts och dylikt så att smutsen inte blir stående och

nöter på vissa maskinella delar under en längre tid. Påverkningar av detta i dagens läge kan

vara att navlagren som sitter ute i navet blir utsatta och vissa slitage kan uppstå. Troligtvis har

detta uppstått eftersom smuts har blivit stående en längre tid vid lagren vilket påverkar

livslängden. Konstruktionen av oljeflödet ut till navreduktionen är inte optimal eftersom en

liten kanal mellan drivaxeln och spindeln ska fungera för både in och utflöde av smörjolja.

1.3. Syfte och frågeställningar

Syftet med detta examensarbete är att ge förslag på hur cirkulationen av smörjolja kan

förbättras i axlar av typen AHW. Detta skall helst uppnås med så små förändringar som möjligt

för att få en liten kostnadsökning som möjligt. CAD-modeller i CATIA skall skapas för att

kunna ge en visuell bild av de lösningsförslag som har hittats och även FEM-analyser skall

genereras.

1. Hur kan oljecirkulationen förbättras så att ett större utbyte av olja fås?

2. Vad är det som påverkar oljecirkulationen?

2 (34)

1.4. Avgränsningar

Avgränsningarna för detta examensarbete sätts till att endast utveckla axlar av typen AHW.

Koncepten som tas fram skall vara genomförbara för företaget och lätta att applicera på dagens

axlar. Kostnaderna för koncepten skall hållas så låga som möjligt och kvalitén skall vara så hög

som möjligt. Det kommer även inte göras några fysiska testningar utan endast FEM-analyser

skall genomföras för att värdera koncepten.

3 (34)

1.5. Direktiv

Direktivet som fåtts ifrån uppdragsgivaren som i detta fall är Volvo CE i Eskilstuna är att titta

närmare på oljecirkulationen i AHW-axlar. Uppdraget går ut på att förbättra oljecirkulationen

mellan centrumväxeln och navreduktionen på ett innovativt och nyanserat sätt. Arbetet kommer

utföras av Tony Franzén som studerar på Mälardalens Högskola inom programmet ”Innovation

och produktdesign”. Examensarbetet kommer utföras på en grundläggande nivå omfattande 15

hp. Arbetet skall genomföras på ett vetenskapligt sätt där kunskaper tillämpas som fåtts under

utbildningens gång. Arbetet avser 20 veckors halvtidsstudier.

4 (34)

ANSATS OCH METOD 2.

Under följande avsnitt kommer det att gå igenom vilka metoder som har utgåtts efter när detta

arbete byggts upp. Ett stort fokus läggs på att använda utvecklingsprocessen som beskrivs i

boken ”The mechanical design process”. (Ullman, 2010)

Detta fokus läggs eftersom denna utvecklingsprocess är en väldigt beskrivande och bra metod

att utgå ifrån eftersom alla delar som behövs för att utveckla en produkt beskrivs tydligt.

Användandet av denna metod förenklar arbetet betydligt och gör så att inga viktiga delar

missas.

2.1. Design/utvecklingsprocessen

Denna process som beskrivs i figur 2 är en förfinad förklaring av en produkts livscykel. Detta

innebär att processen går igenom hur en produkt utvecklas utefter ett behov till att kunna bli en

produktionsklar produkt. Processen som beskrivs kan appliceras på alla typer av

utvecklingsprojekt, processen innehåller sex olika steg som beskrivs i figur 2. (Ullman, 2010)

Figur 2: Utveckling/designprocess

Under den första fasen, produkt upptäckt, undersöks först om det finns ett behov av att utveckla

eller konstruera en ny produkt. Det finns tre olika primära källor som genomgås i ett

designprojekt. Dessa är, teknologi, marknad och ändring. En ofta förekommande aktivitet hos

dagens företag är att de skapar en lista av potentiella projekt som har uppstått och måste tas itu

med. Dessa projekt måste sedan rangordnas för att se vilket som måste prioriteras och vilka

projekt som måste sållas bort. (Ullman, 2010) Denna fas har inte använts under detta projekt

eftersom arbetet utgår efter ett redan känt problem på Volvo CE som måste lösas.

Den andra fasen i denna process innebär att en övergripande projektplanering över projektet

måste göras. Detta innebär att resursbehovet samt tillgängliga resurser måste ses över för att se

om projektet kan genomföras. Det är otroligt viktigt att definiera målet med projektet, vad skall

detta projekt ge och hur skall detta hjälpa. För att klargöra detta ställs olika delproblem upp och

aktivtiter som måste genomföras för att uppnå själva målet. (Ullman, 2010)

Målet under fasen som tar upp problemdefiniering är att förstå problemet som har lagt grunden

för projektet. Även planering av fortsatt arbete under designutvecklingsprocessen skall göras

under denna fas. Det är viktigt att kunna definiera problemet på ett bra och tydligt sätt eftersom

om en viss osäkerhet uppstår på vad problemet är kan detta leda till missförstånd. Detta är även

viktigt eftersom alla inblandade skall kunna utveckla efter samma behov och krav som satts av

kunden. (Ullman, 2010)

Produkt upptäckt Projektplanering Problemdefiniering

Konceptutveckling Produktionsanpassning Produktstöd

5 (34)

Utefter de resultat som framkommit från projektplaneringen och problemdefinieringen tas nu

olika lösningar fram, detta genomförs i den fjärde fasen, konceptutveckling. Lösningarna

utvecklas sedan till koncept, antingen genom att utveckla lösningarna eller kombinera olika

lösningar med varandra. När koncepten genereras står kundens krav främst, det är dessa krav

som utgör grunden i koncepten och måste följas. När koncepten har genererats skall en

utvärdering av dessa koncept göras. Målet är att jämföra kraven som skapades under

problemdefinieringen med de koncept som genererats och sedan göra de val som krävs.

(Ullman, 2010)

Under den femte fasen, produktionsanpassning, väljs de bästa koncepten ut och utvecklas för

att kunna bli produktionsklara. Detta innebär att de skall utvecklas så pass mycket att de skall

kunna bli tillverkade. För att de skall kunna uppnå detta krävs att de har alla de tekniska

dokumentationerna som krävs såsom sammanställningar och kvalitets kontroller. (Ullman,

2010)

Den sista fasen i denna process är produktstöd. Oftast finns det ett behov av stöd, stöd som kan

vara att hjälpa säljare att introducera produkten till potentiella kunder. Ytterligare kan det även

uppstå ett behov av utveckling och omdesign av produkten. Detta är ett scenario som kan

drabba en konstruktör och som skall genomföras under denna fas. (Ullman, 2010) Denna fas

som beskrivits har inte utförts under detta projekt eftersom uppgiften var enbart att tillverka

koncept med gemensamma CAD-filer samt ritningar.

2.1.1. Projektplanering

Gantt-schema

Gantt-schemat är en väldigt enkel metod och kan ritas upp i ett helt vanligt koordinatsystem.

Vid X-axeln skrivs tiden det tar att genomföra aktiviteten och vid Y-axeln skrivs själva

aktiviteten. Varje aktivitet som skapas får en horisontell linje som sträcker sig i

koordinatsystemet, längden på linjen motsvarar den tid det tar att genomföra aktiviteten. Denna

metod är exceptionell när en snabb förståelse och inblick av projektets tidsåtgång skall fås.

Metoden är även att föredra eftersom en viss tidsuppfattning för varje aktivitet skapas och kan

utnyttjas vid planeringen. Metoden har självklart vissa brister och kan inte användas för

uppföljning och styrning utav ett projekt utan används främst vid ett tidigt skede utav projektet.

(Johannesson, Persson, & Pettersson, 2013)

Planeringsmöten

Den främsta formella kommunikationen i ett projektteam är möten, hur ofta mötena genomförs

varierar men oftast är det minst en gång i veckan. Den tid som läggs på mötena är tid som är

viktigt för att förmedla information som resterande gruppmedlemmar kan behöva. Denna tid

läggs enbart på att förmedla information angående pågående aktivitet och inte på andra

aktiviteter inom projektet. (Ulrisch & Eppinger, 2014) Under detta projekt som genomförts

handlade de flesta mötena om planering och upplägg för nästkommande dagar/veckor.

2.1.2. Problemdefiniering

Kundbehov

De uttalanden som samlats in från resultatet av kundens tolkning av rådata uttrycks i olika

kundbehov. Eftersom resultatet av behoven kan tolkas annorlunda beroende på vem personen i

frågan är, är det mycket lämpligt att ha mer än en teammedlem som sköter denna process. Fem

riktlinjer har skapats för att kunna formulera kundbehoven på bästa möjliga sätt och dessa är

följande enligt Ulrisch och Eppinger. (Ulrisch & Eppinger, 2014)

6 (34)

Uttryck behoven i termer av vad produkten ska göra, inte hur den kan göra det.

Uttryck behoven lika specifikt som rådata.

Använd positiva formuleringar, inte negativa.

Uttryck behovet som en egenskap hos produkten.

Undvik orden måste och ska.

Öppen dialog(diskussionsmetoden)

Metoden som lägger stor vikt på en ständig och kreativ diskussion kallas för

”diskussionsmetoden”. Denna metod genomförs i grupp där en ledare utgör den centrala delen

vilket innebär att ledaren skall fungera demokratiskt, icke-manipulativt och icke-auktoritärt.

Ledaren har som uppgift att presentera ett problem och inte hjälpa till att ge förslag på hur

problemet kan lösas, detta skall resterande gruppmedlemmar göra. Ledaren hjälper sedan

gruppen att komma fram till den bästa problemlösningen utifrån de lösningar som varje

gruppmedlem genererat. (Johannesson, Persson, & Pettersson, 2013)

Nulägesanalys (analys av oljeflöde)

Analys innebär att olika metoder används för att ta fram egenskaper och beteenden hos ett

existerande tekniskt system. Metoderna kan vara t.ex. beräkningar, provningar eller även

datorsimuleringar. Det tekniska systemet som undersöks kan både vara verkligt eller virtuellt

dvs. en datormodell. Om ett behov hittas och analyseras tidigt ger detta ett stort stöd i

utvecklingsprocessen, det blir även lättare att finna lösningar på det öppna problem som finns.


Konkurrent analys(benchmarking)

När koncept genereras innebär benchmarking att undersökningar på befintliga produkter görs.

Undersökningarna inriktar sig på produkter som har en liknande funktion till den produkt som

är under utveckling. Inriktningar på hur dessa produkter har löst olika problem kan även göras,

detta för att få ett nytänk och kunna komma igång med konceptgenereringen. Fördelen med

detta är att en bättre förståelse på hur olika konkurrenter kunnat lösa ett problem som t.ex.

uppstått i det befintliga arbetet. Även för och nackdelar kan ses över och förbättras till nya

koncept som kan konkurrera med den befintliga produkten. Att kunna söka externt är en metod

som är viktigt för att samla in så många konceptlösningar som möjligt. Att söka externt menas

att demontering av konkurrerande produkter görs, detta för att få en förståelse över vilka

koncept som produkterna grundar sig på. (Ulrisch & Eppinger, 2014)

För att få information med detaljerade skisser och förklaringar på hur olika delar fungerar kan

det vara lämpligt att kolla på olika patent. En stor nackdel när patent granskas är att vissa patent

kan vara skyddade, detta innebär att en kostnad för att få använda informationen från patentet

kan komma att uppstå. Fördelen med att granska olika patent är att en uppfattning av vilka

koncept som redan är skyddade fås. Detta underlättar när nya koncept ska genereras så att de

inte påverkas av vissa patentskydd och liknande. (Ulrisch & Eppinger, 2014)

Kravspecifikation

När marknadens och användarens krav på en produkt fastställts måste de nu tolkas till

specifikationer och tekniska krav som utgås efter när en produkt utvecklas. Det som strävas

efter är att få mätbara konstruktions mål som kan användas för att hitta och identifiera olika

konstruktionsparametrar som kan utnyttjas under arbetet.

Ett verktyg som kan vara väldigt användbart är Quality Function Deployment (QFD) som

översatt till svenska kallas för kundcentrerad planering. Användningsområdet för QFD riktar

7 (34)

sig främst emot vidareutvecklingar av konceptlösningar och mindre emot nyutvecklingar. Ett

område som denna metod ständigt används är bilindustrin med dess ständiga förbättringar av

olika komponenter så som strålkastare, backspeglar och dörrar. QFD används inte bara till detta

ändamål utan innehåller även en konkurrent analys som kan vara väldigt användbart eftersom

en utvärdering av konkurrenter genomförs.

Fyra steg används för att genomföra en QFD och dessa beskrivs nedan enligt Johannesson,

Persson och Pettersson. (Johannesson, Persson, & Pettersson, 2013)

1. Marknadsundersökning, att fastställa mål baserat på kundbehov/krav och

förväntningar.

2. Konkurrent analys, hur konkurrenterna möter kundens krav och önskemål.

3. Identifiering av egna prioriterade utvecklingsinsatser för förbättring av

marknadsacceptansen.

4. Översättning av kundkrav/önskemål till kvantifierade tekniska specifikationer för

konstruktion och tillverkning.

En matris används sedan för att kunna strukturera och genomföra denna metod på ett korrekt

sätt. Av sitt utseende kallas denna matris oftast för kvalitetshuset och syns på figur 3.


Figur 3: Kvalitetshuset - (Johannesson, Persson, & Pettersson, 2013)

8 (34)

2.1.3. Konceptutveckling

Brainstorming

En sökning som kallas för brainstorming innebär att utnyttjanden av personlig kunskap men

även kunskap inom ett team används för att generera konceptlösningar. Detta är en intern

sökning och med detta menas att idéerna som skapas kommer enbart ifrån kunskaper som

teamet har inom området. Brainstorming brukar definieras som den mest förutsättningslösa och

kreativa uppgiften under faserna som ett utvecklingsteam går igenom.

Det finns fyra riktlinjer som brukar vara i fokus när en brainstorming genomförs för att

förbättra både den individuella och gruppens sökning och dessa är följande enligt Ulrisch och

Eppinger. (Ulrisch & Eppinger, 2014)

Skjuta fram beslut

Generera många idéer

Välkomna idéer som verkar omöjliga

Använda grafisk och fysisk media

Pughs matris

Pughs matris används för att på ett snabbt sätt kunna ha möjligheten att sålla bort koncept och

även förbättra dom. Denna metod innebär att arbetet genomförs efter sex olika steg och dessa

är följande enligt Ulrisch och Eppinger.

1. Förbereda konceptvalsmatrisen

2. Betygsätta koncepten

3. Rangordna koncepten

4. Kombinera och förbättra koncepten

5. Välja ett eller flera koncept

6. Reflektera över resultaten och processen

Alla koncept och kriterier förs först in i matrisen, det spelar alltså ingen roll om koncepten har

genererats av olika individer, de skall ändå presenteras med samma detaljnivå. Koncepten som

får flest punkter väljs sedan ut för konceptsållning. Ett av koncepten skall vara ett

referenskoncept, det är detta koncept som de andra koncepten jämförs med när betygsättningen

genomförs. Betygsättning av koncepten förs sedan in bestående av betygen ”bättre än” (+),

”likvärdig med” (0) och ”sämre än” (-). När betygsättningen har genomförts kan nu en

rangordning skapas som summerar antalet ”bättre än”, ”likvärdig med” och ”sämre än”. När

detta steg har genomförts kontrolleras sedan om dessa resultat är rimliga och utvärderingar

skapas som granskar om dessa koncept kan kombineras eller förbättras. När en förståelse över

varje koncept skapats väljer nu teamet ett eller flera koncept som går vidare till ytterligare

analyser och vidareutvecklingar. Det sista steget som denna metod innehåller innebär att alla

teammedlemmar ska reflektera över resultatet och processen för att kunna utvärdera resultatet

på bästa sätt. (Ulrisch & Eppinger, 2014)

9 (34)

2.1.4. Produktionsanpassning

CAD (Computer Aided Design)

CAD-systemet är ett datorbaserat system som har tagit och ersatt den klassiska ritbrädan som

användes förr för att skapa tvådimensionella ritningar. Med hjälp av detta system kunde

ändringar och skapande av geometrier göras mycket enklare. Administreringar kunde göras på

ett effektivare sätt tack vare ritningsbiblioteksfunktionen. Med tidens gång utvecklades CAD-

systemet till att även hantera tredimensionella geometrier. Ett problem som tidigt uppstod var

datorernas begränsande kapacitet, detta gjorde att tredimensionella trådmodeller med hjälp av

programmet endast kunde genereras. Men i dagens läge har datorerna utvecklats och detta

medför att denna begränsning inte finns längre. Nu kan fullständiga tredimensionella

geometrier bestående av ytmodeller och solidmodeller även skapas vilket underlättar den

tredimensionella förståelsen av en geometri. (Johannesson, Persson, & Pettersson, 2013)

Ritningsdokumentation

För att beskriva former och detaljer har ritningar används inom den industriella verksamheten,

detta för att få en bra bild av en fysisk produkt samt få ett underlag för tillverkning. I dagens

läge genomförs inga ritningar för hand, vilket var den dominerande metoden innan CAD-

systemet kom. Konstruktören ritar och modellerar istället direkt i 3D eller i 2D-CAD vilket

medför ett flertal fördelar. Inom 3D-CAD-systemet kan ritningar enkelt skapas utifrån en

modell som arbetas med, ritningarna skapas med hjälp av projektioner och snitt. (Johannesson,

Persson, & Pettersson, 2013) Rittekniken som används kan delas in ett flertal områden och

dessa är följande: Standard, Textning, Linjer, Vyer, Snitt, Måttsättning, Skalor, Förenklat

ritsätt, Toleranser och passningar, Ytstruktur, Form och lägestoleranser. (Taavola & ATHENA

lär AB, 2011)

FEM (Finita Element Metoden)

Analyser som är datorbaserade utgår oftast ifrån modeller som är skapade i 3D-CAD. En s.k.

FEM-analys skapas därefter som t.ex. beräknar värmeflöde, spänningsfördelningen och

dynamisk rörelse hos en kropp. Detta system underlättar förståelsen av hur kroppen blir

påverkad under olika fall. Ett sådant fall kan vara om en kraft påverkar kroppen vilket gör att

en spänning och deformation uppstår. (Ulrisch & Eppinger, 2014)

Failure Prediction

En metod som kallas för ”failure prediction” användes under vissa steg i detta arbete för att

säkerställa att de förändrade artiklarna i axeln uppfyller Volvo CE:s livslängdskrav. Metoden

utgick ifrån att ett Excel dokument användes där det redan fanns färdiga formler och

uträkningar. Det enda som gjordes var att skriva in de indata som fanns för just den artikeln

som skulle analyseras. Resultatet som erhölls när denna analys var klar var en procentsats på

hur stor andel av artikeln som bedöms haverera innan x antal timmar, detta visades i en graf.

Metoden är sekretessbelagd av Volvo och en djupgående beskrivning av hur metoden

genomfördes kan ej beskrivas utförligt.

10 (34)

TEORETISK REFERENSRAM 3.

3.1. Patent Scania

Scania har patenterat en lösning på hur oljecirkulationen kan förbättras mellan centrumväxeln

och navreduktionen. Denna lösning grundar sig på att ett oljerör fångar upp olja i

centrumväxeln och transporterar den via röret längs med drivaxeln ut till en hylsa som sitter vid

axeltappen. Detta illustreras i figur 4. Denna hylsa som syns på figur 5 har som funktion att

dela upp utrymmet mellan drivaxeln och spindeln i två utrymmen (P2, P3). Det första

utrymmet (P3) är utrymmet inuti hylsan, det är detta utrymme som oljan kommer till efter att

det transporterats längs med röret. Här kan oljan sedan sprida sig ut till navreduktionen och

smörja/kyla ned de maskinella dela som är i behov utav detta. När oljan sedan skall cirkulera

tillbaka till centrumväxeln stryks den först av från insidan av den roterande kåpan med hjälp av

en avstrykare. Oljan transporterar sig sedan genom en passage (272) som skapats för detta

ändamål till det andra utrymmet som hylsan skapat (P2). Nu har oljan fri väg att kunna

transportera sig tillbaka till centrumväxeln där den sedan kan vända om och gå samma väg

tillbaka ut till navet igen. (Meijer & Strömbom, 2009)

Figur 4: Patent (överblick) - (Meijer & Strömbom, 2009) Figur 5: Scania patent (hylsa) - (Meijer & Strömbom, 2009)

Ett underkrav till patentansökan är att anordna ett spiralliknande pumpelement på drivaxeln i

utrymme (P3), detta visas på figur 6 nedan. Detta ökar oljecirkulationen till en viss del

eftersom spiralen är lindad runt drivaxeln som roterar vilket gör att en pumpeffekt skapas.

(Meijer & Strömbom, 2009)

Figur 6: Spiralliknande pumpelement - (Meijer & Strömbom, 2009)

11 (34)

3.2. Axel med navreduktion (överblick)

En axel med navreduktion består först och främst utav en axelkåpa, alltså själva skalet till

axeln. Axelkåpan är gjuten i exempelvis segjärn, detta ger den en väldigt kompakt

konstruktion. Axelkåpan tar även upp all yttre belastning vilket innebär att endast

vridmomentet överförs ut till navet där navreduktionen sitter. En axel består sedan av två

navreduktioner, en på varje ände utav axelkåpan. Det är på hjulnavet i navreduktionerna som

själva fälgen från maskinen fästs och kopplar samman hjulet och axeln till en enhet. Centrerat

på axeln sitter centrumväxeln. Centrumväxeln är sedan ihopkopplad med navreduktionerna,

ihop-kopplingen sker med hjälp av drivaxeln som sedan driver navreduktionen. (Volvotrucks,

2014)

Figur 7: Överblick bakaxel med navreduktion - (Volvotrucks, 2014)

3.3. Navreduktion

Navreduktionen i dessa bakaxlar består av en cylindrisk planetväxel. Solhjulet från

planetväxeln är fäst i drivaxeln som i sin tur överför drivkraften till tre/fyra planethjul som är

sammankopplade med hjulnavet. När planethjulen roterar sker en nedväxling av varvtalet

eftersom rotationen sker mot ringhjulet som är fäst i axelkåpan. En axel med navreduktion

innebär att nedväxlingen sker i två steg. Vridmomentet delas därför upp och gör så att

belastningarna som uppstår på drivaxlarna och centrumväxeln blir betydligt lägre. Fördelen

med detta är att själva konstruktionen blir betydligt driftsäkrare när höga effektuttag och

hastigheter krävs. (Volvotrucks, 2009)

Figur 8: Navreduktion - (Volvotrucks, 2009)

Navreduktion

Centrumväxel

Axelkåpa

Planetväxel

Solhjul

Planethjul Navlager

Drivaxel (stickaxel)

12 (34)

3.4. Centrumväxel (spiral bevel)

En s.k. spiral bevel växel är en centrumväxel som ofta används i axlar som framförallt utnyttjar

navreduktionen för nedväxling och där en liten reduktion sker i centrumväxeln. På grund av

detta är denna konstruktion enkel och väldigt driftsäker. Det drivande momentet som bildas

överförs i växeln vid den roterande pinjongen till kronhjulet. Materialet som använd för

tillverkning av både pinjong och kronhjul är av ett specialstål som är sätthärdat för maximal

hållfasthet. Kärnan blir även seg och elastisk som utnyttjas för att ta upp chockbelastningar.

(Volvotrucks, 2009)

Figur 9: Centrumväxeln - (Nordström, 2017)

3.5. Smörjolja

Smörjoljans främsta funktion är att minska friktion som bildas när rörliga delar roterar mot

varandra men även hjälper smörjoljan till att förhindra slitage som kan uppstå. Det är ypperst

viktigt att välja rätt smörjolja till rätt applikation, därför ska noggrann undersökning av vad

tillverkaren rekommenderar göras. Att stor vikt läggs på att välja rätt smörjmedel är en

självklarhet eftersom detta hjälper till att höja livslängden och prestandan på utrustningen.

(ChemTech)

3.6. Navlager

AHW-axeln består av två stycken koniska rullager som sitter mellan spindeln och navet och

brukar därav benämnas för navlager. Koniska rullager består av en ytterring och en innerring

med en massiv konstruktion. I dessa ringar finns det koniska löpbanor med respektive rullar

och hållare. Det speciella med dessa lager är att innerringen med dess hållare och rullar är skilt

ifrån ytterringen, detta innebär att dessa två komponenter monteras separat. Belastningarna som

tas upp ifrån dessa lager är höga radiella och ensidigt axiella belastningar. (Kullager)

Figur 10: Koniska rullager - (Sagro)

a

Pinjong

Kronhjul

13 (34)

GENOMFÖRANDE 4.

4.1. Projektplanering

Nedan kommer det att listas olika metoder som användes för att planera och genomföra detta

projekt. Metoderna som har använts under projektet beskrevs i avsnitt 2. Ansats och Metod.

Enligt figur 11 kan alla delar som varje fas innehåller synas och även vilken ordning dessa skall

arbetas med för att kunna få ett så bra resultat som möjligt.

Figur 11: Utvecklingsprocess samt dess delar

4.1.1. Gantt-schema

Ett Gantt-schema skapades utefter den givna tidsramen som var angivet. Sedan skapas olika

aktiviteter som skulle fullföljas under projektets gång. Varje aktivitet fick en tilldelad

tidsperiod som det troligtvis skulle ta att genomföra aktiviteten. Detta för att få en bättre bild

över vilka aktiviteter som troligtvis skulle ta längst tid, samt för att få ett visuellt

planeringsdokument som kunde följas så att alla aktiviteter genomförs till fullo. (Bilaga 1)

4.1.2. Planeringsmöten

Planeringsmöten genomfördes minst en gång i veckan med handledaren samt några

konstruktörer inom företaget. Detta för att kunna se vad som gjorts under veckan samt vad som

skall göras nästkommande vecka. Problem som hade uppstått av egna reflektioner under

veckan skrevs ned och togs upp på mötet för att få en bättre bild över situationen som uppstått

och även hur lösningar på problemen kunde se ut. Under varje planeringsmöte antecknades

stödord som användes när upplägget av projektet uppdaterades för att passa in bland de beslut

som togs under mötena.

4.2. Problemdefiniering

4.2.1. Öppen dialog

En öppen dialog med företaget fanns ständigt med under projektets gång. Detta gjorde att

information som påverkade projektet och framförallt problemet som fanns alltid diskuterades.

Eftersom det var angeläget för företaget att få fram en bra lösning med vissa egenskaper, var

det särskilt viktigt att kunna ha en öppen dialog. Under dialogerna diskuterades olika

situationer som orsakade problemet men även själva funktionen av de komponenter som AHW-

axeln består av, detta genomfördes i grupp.

Projektplanering

•Gantt-schema

•Planeringsmöten

Problemdefiniering

•Öppen dialog

•Nulägesanalys

•Observationer

•Kundbehov

•Konkurrentanalys

•Kravspecifikation

Konceptutveckling

•Brainstorming

•Pughs matris

Produktionsanpassning

•CAD

•FEM

•(Failure Prediction)

14 (34)

4.2.2. Nulägesanalys

Oljeflödet i dagens AHW-axlar är som tidigare berättats inte optimalt. Detta gör så att vissa

delar i axeln kan bli utsatta för slitage. Det är främst navlagren som drabbas av slitage eftersom

en viss mängd smuts blir stående och nöter på lagren. Figur 12 beskriver hur en första anblick

av oljeflödet skall se ut. Smörjoljan ligger i ett så kallat smörjmedelsbad centrerat på axeln, vid

centrumväxeln. Oljan transporterar sig sedan längs med drivaxeln, mellan drivaxeln och

spindeln ut till navreduktionen. I navreduktionen fördelas oljan ut till olika maskinella

komponenter såsom lager, planethjul och solhjulet. Sedan är det tänkt att smörjoljan skall

transportera sig tillbaka samma väg den kom, alltså längs med drivaxeln tillbaka till

centrumväxeln.

Figur 12: Oljeflöde första anblick

4.2.2.1. Oljeflöde axelkåpa

Nedan i figur 13 beskrivs hur oljan transporterar sig från axelkåpan ut till navreduktionen där

den fördelas mellan olika komponenter. Oljan återfinns i smörjmedelsbadet centrerat på axeln,

där samlas oljan upp och har som uppgift att smörja kronhjulet som roterar. Rotationen från

kronhjulet gör så att oljan får en viss cirkulation vilket gör att oljan vill fortsätta ut till

navreduktionen. Eftersom kuggarna på kronhjulet är riktat åt ett håll vill oljan helst fortsätta

cirkulera åt samma håll vilket gör att det blir en viss obalans i axeln på olja. Bilden nedan visar

endast en halv bakaxel, symmetri finns självklart då den andra halvan ser likadan ut.

Figur 13: Oljeflöde axelkåpa

4.2.2.2. Oljeflöde navreduktion

Oljan får en viss cirkulation från centrumväxeln och är nu på väg ut till navreduktionen. Mellan

drivaxeln och spindeln transporteras oljan som syns på figur 14. Kanalen som bildas mellan

drivaxeln och spindeln är ytterst liten. Där är det tänkt att oljan både ska kunna transportera sig

in till navreduktionen och även från navreduktionen. När oljan kommer ut till navreduktionen

går den först igenom ett flertal brickor och sedan fördelas den på de maskinella delarna som är

i behov av detta t.ex. navlagren och planetväxeln. Eftersom drivaxeln rör sig horisontellt

innebär detta att solhjulet även rör sig, detta gör att i ett visst läge täpper solhjulet till den kanal

som bildas där oljan ska transportera sig. Detta illustreras i figur 15. Även montering av både

Centrumväxeln Längs med drivaxeln

Navreduktionen

15 (34)

spindeln och brickorna gör så att antingen hela kanalen blir igentäppt eller gör så att ett litet

utrymme på spindeln lämnas över till flödet. Väl inne i navreduktionen är det tänk att oljan

skall kunna cirkulera runt och smörja de delar som är i behov av detta. Oljan skall sedan kunna

cirkulera tillbaka samma väg den kom, vilket i dagsläget inte fungerar optimalt och gör så att

en del av oljan blir stående.

Figur 14: Oljeflöde navreduktion Figur 15: Tilltäppning av kanal

4.2.3. Observationer

De observationer som tagits när en djupare undersökning utav oljeflödet gjorts är att oljeflödet

delvis blir igentäppt när solhjulet i planetväxeln ligger i ett visst läge. Solhjulet sitter fast på

drivaxeln som kan röra sig horisontellt, alltså längs med själva axelkåpan. Detta gör att när

solhjulet ligger emot de brickor som finns för att stoppa upp solhjulet täpper solhjulet till den

kanal som finns för att transportera oljan ut till navet. Utrymmet som finns kvar för att leda

oljan är fyra utfrästa spår i spindeln som syns på figur 16, eftersom spindeln kan monteras på

olika sätt och är rotationssymmetriskt gör detta att spåren kan hamna i olika lägen. En bricka

sitter alltid emot spindeln, syns i figur 17. Denna bricka blockerar ett av fyra spår vilket leder

till att endast tre av dessa spår kan utnyttjas för att leda oljan. Det sitter även två till låsbrickor

som reducerar arean av utrymmena som uppstår. I värsta tänkbara fall kan spåren vara placerad

på ett sånt sätt så att endast två av dessa används till fullo för att transportera oljan. Detta kan

leda till att det blir en strypning och gör så att oljan inte kan cirkulera optimalt. För beräkning

används spårets bredd som är 20mm och den kanal som bildas mellan bricka och spindel som

är 3,8mm. Även måtten 61mm och 55mm används för beräkning av ingående tvärsnittsarea.

Figur 16: Fyra spår Figur 17: Bricka Figur 18: Utrymme mellan brickor (bilaga 11)

Uppskattad beräkning utav arean för två av dessa spår när alla brickor är monterade är 𝐴 =(3,8 𝑥 20) x 2 = 152mm²

Uppskattning av tvärsnittsarean av oljeflödet som är ingående i utrymmet mellan drivaxeln och

spindeln är 𝐴 = (𝜋×61²

4) − (

𝜋×55²

4 ) ≈ 547mm²

16 (34)

En första observation säger att om ett värsta tänkbart scenario sker när solhjulet täpper till hela

kanalen och endast två spår i spindeln utnyttjas leder detta till att den ingående oljans

tvärsnittsarea är nästan fyra gånger så stort som den utgående i navet. Detta leder till att

oljeflödet kommer bromsas upp drastiskt.

En annan observation som togs var att själva oljenivån i axeln vid stillastående var ytterst låg.

Oljenivån ligger ungefär på 20mm ifrån centrum på axelkåpan. Detta visas i figur 19.

Figur 19: Oljenivå

4.2.4. Kundbehov

Eftersom det finns ett behov av att utveckla konstruktionen av dagens AHW-axlar är

kundkraven som uppstått kopplade till problemet som först måste lösas. Kunden som köper

dessa axlar vill ha en pålitlig konstruktion med lång livslängd. Genom att utvärdera kundens

behov, problemformuleringen och nulägesanalysen som gjorts fastställs några önskemål som

redovisas nedan.

Tabell 1:Kundbehov

Nummer Önskemål

1 Hög oljecirkulation

2 Längre oljebytesintervaller

3 Bra kvalitet, lång livslängd

4 Längre serviceintervall

4.2.5. Konkurrentanalys

En konkurrentanalys av en befintlig lösning på problemet som skall lösas har gjorts. Det visade

sig att Scania tagit ett patent som ökar oljecirkulationen i axlar. Patentet som tittats närmare på

har beskrivits under avsnittet 3. Teoretisk referensramar. Patentet innefattade en lösning där

oljecirkulationen ökade med hjälp av ett rör och en hylsa som är kopplad mellan centrumväxeln

och navreduktionen. Röret som används går mellan drivaxeln och spindeln, detta innebär att ett

rimligt avstånd måste finnas så att röret får plats. I dagens AHW-axlar som skall utvecklas är

avståndet mellan drivaxeln och spindeln ca 3mm, detta syns på bild 21. Detta gör att det i

princip är omöjligt att applicera denna lösning på en AHW-axel eftersom en förstoring av

utrymmet inte är aktuellt i dagens läge. Detta gör att nya tankebanor måste tas upp.

17 (34)

Underkravet som Scania har innebär att ett spiralliknande pumpelement appliceras på drivaxeln

skulle i detta fall kunna vara användbart. En mer djupgående undersökning om detta underkrav

måste i så fall göras för att inte riskera att inkräkta på patentet.

Efter en diskussion med patentansvarig på Volvo har antaganden gjort att denna lösning skulle

kunna gå att använda eftersom lösningen inte nämns i patentkrav 1, vilket är det krav som ger

bredast skydd. Dock måste fortsatt undersökning i så fall göras så att inga andra företag tagit

patent på denna lösning, i nuläget har endast Scanias patent granskats.

Figur 20: Bild av rotation, gul = roterande, röd = roterar ej Figur 21: Avstånd mellan drivaxel och spindel

4.2.6. Kravspecifikation

En axel i ett motorfordon har en väldigt komplicerad konstruktion, detta gör att ändringar på

vissa komponenter kan få förödande konsekvenser för hela funktionen på en axel. Det är därför

väldigt viktigt att sätta upp vissa krav som behövs för att kunna omkonstruera de delar som är i

behov av detta för att oljecirkulationen ska öka. De krav som har satts upp grundar sig på

kundbehoven men även på en QFD som genomförts (bilaga 2). Nedan i tabell 2 syns de

viktigaste kraven som skall uppfyllas för att få ett så bra resultat som möjligt. Resultatet visar

att det är utformningen och oljecirkulationen som är de viktigaste kraven när detta projekt ska

genomföras. Båda dessa krav går hand i hand vilket innebär för ökning av oljecirkulationen

behövs det en bra utformning och konstruktion av en axel.

Tabell 2: Kravspecifikation

Krav nr Teknisk specifikation

Målvärde Kravbeskrivning

1 Passa dagens konstruktion

Lätt att montera Eftersom lösningen skall vara lätt att montera på dagens AHW-axlar behöver lösningen innebära en så liten ändring på dagens konstruktion som möjligt.

2 Hög oljecirkulation Betydlig förbättring Genom att öka oljecirkulationen på dagens AHW-axlar medför detta att oljebytesintervallen och serviceintervallen blir längre vilket medför en lägre kostnad för kund.

3 Materialkvalitet Tåla de krafter som uppstår

Eftersom stora krafter kommer uppstå är det viktig att konstruktionen inte blir försvagad.

4 Enkel design Enkel utformning Eftersom det finns en strävan efter att inte ha för stora ändringar på dagens konstruktion är det viktigt att ha en enkel design.

Drivaxel

Spindel

18 (34)

4.3. Konceptutveckling

När problemet hade definierats och kravspecifikationen tagits fram kunde nu en brainstorming

genomföras där idéer på lösningar skapades. Brainstormingen skapades både genom

självständigt arbete men även i grupp där olika koncept kunde genereras och sedan formuleras i

både skrift och bild. Utefter de tidigare moment som genomförts kunde nu trovärdiga och

relevanta koncept på hur oljecirkulationen kan öka skapas.

4.3.1. Brainstorming

Koncept 1

Det första konceptet som genererades utgick ifrån att ett spår i drivaxeln som bestod av en helix

skulle skapas. Detta innebär att ett spiralliknande spår fräses ut i drivaxeln som gör så att en

pumpeffekt bildades som pumpar ut mer olja ut till navet. Pumpeffekten skapas eftersom

drivaxeln snurrar och när ett spiralliknande spår snurrar kommer detta göra så att cirkulationen

ökar och medföra att mer olja kommer ut till navet. (Figur 22,23)

Figur 22: Helhetsbild av koncept 1 Figur 23: Fräst helix i drivaxeln koncept 1

Koncept 2

Det andra konceptet som genererades utgick ifrån att två hål skulle borras ut i spindeln på ett

lämpligt ställe. Hålen har som funktion att när oljan är på väg ut till navet kommer den ta den

enklaste vägen, alltså genom hålen ner till utrymmet under spindeln. Där kan den sedan

transporteras vidare ut till planetväxeln med hjälp av det yttre koniska navlagrets pumpande

funktion. Detta koncept riktade in sig på att öka oljeflödet ut till navet. För att få en

cirkulerande effekt vilket skulle öka oljecirkulationen behövs detta koncept kombineras med

andra lösningar. (Figur 24,25)

Figur 24: Helhetsbild av koncept 2 Figur 25: Hål i spindeln koncept 2

Hål

Hål

19 (34)

Koncept 3

Det tredje konceptet som genererades utgick ifrån att ett hål igenom drivaxeln skulle skapas.

Detta kunde uppnås antingen genom att borra ett hål i drivaxeln eller så kunde en ihålig

drivaxel köpas in från en leverantör. Eftersom innanmätet på en drivaxel inte tar upp någon

kraft är det material som finns där egentligen onödigt eftersom det ökar massan på axeln, så en

ihålig drivaxel skulle vara att föredra. Tanken med detta koncept är att oljeflödet skall först gå

mellan drivaxeln och spindeln, ut till navet. Sedan skall oljan gå ifrån navet genom drivaxeln ut

till centrumväxeln igen, där oljebadet ligger. Frästa spår skall skapas på ena änden utav

drivaxeln vilket skapar en pumpeffekt och gör så att oljan har ett inlopp till ”hålet” genom

drivaxeln där oljan sedan kan transportera sig fram till centrumväxeln. (Figur 26,27,28)

Figur 26: Överblick koncept 3

Figur 27: Drivaxeln koncept 3

Figur 28: Detaljbild över spåren

Sex stycken

frästa spår

20 (34)

Koncept 4

Det fjärde konceptet grundar sig på den observation som tagits upp och som beskrevs under

avsnittet 4.2.3 Observationer. Konceptet innebär att en modifiering av spindeln skulle göra så

att utrymmet mellan solhjulet och spindeln ökar. Detta skulle göra att den kanal som finns ut

till navet inte täpps igen när solhjulet ligger i ett sånt läge så den täpper till kanalen.

Modifieringen innebär att de fyra utfrästa spår i spindelns ände skulle utökas till ca sex-åtta

spår beroende på hållfastheten. Även en fas skulle läggas till på insidan av spåren vilket öppnar

upp kanalen ytterligare. Denna ändring skulle öka oljeflödet ut till navet. När en viss oljenivå

finns i navet vill oljan transportera sig och då kommer den ta den smidigaste vägen tillbaka till

centrumväxeln. Eftersom centrumväxeln inte pumpar olja när maskinen är avstängd kommer

den ta samma väg tillbaka som den gjorde när den pumpade, alltså via drivaxeln och spindeln.

Konceptet innebär att eftersom oljeflödet ut till navet ökar skulle detta medföra att även

oljecirkulationen skulle öka med en viss kombination av fler koncept. (Figur 29,30)

Figur 29: Överblick koncept 4 Figur 30: Överblick spindeln

4.3.2. Pughs matris

En så kallad Pughs matris genomfördes för att få en uppfattning om hur dessa fyra koncept

ställer sig mot kundbehoven som satts. Ett referensobjekt valdes och i detta fall blev det den

ursprungliga AHW-axeln utan förbättring för att öka oljecirkulationen. I bilaga 3 visas det

slutgiltiga resultatet och även vilka koncept som skall gå vidare för vidareutveckling till nästa

steg när metoden hade genomförts.

Resultatet av denna metod som genomförts är att koncept två och fyra har utvecklingspotential

och kan kombineras för att få bäst resultat. Det är dessa två koncept som väljs för

vidareutveckling och det skapas även ett flertal FEM-analyser. Detta för att se hur dessa

koncept klarar sig vid belastning och användning. Vidareutvecklingar kommer ske löpande och

mera detaljerade CAD-modeller skapas för båda koncepten där mått och utformning är mer

korrekta.

Två av åtta spår som syns Två av åtta faser som syns

Ett av åtta spår

En av åtta faser

21 (34)

4.4. Produktionsanpassning

En kombination av både CAD och FEM genomfördes sedan på de två koncept som skall

vidareutvecklas. Det är viktigt att ha en ständig koll på FEM-analyserna som genomfördes för

att se hur krafterna beter sig och var det uppstår högst spänningar. Enklare FEM-analyser

genomfördes själv inom CATIA V5 men för att få en mer utförlig analys av ett mer realistiskt

lastfall genomfördes även analyser av en beräkningsingenjör på företaget. Även programmet

ANSYS användes för mera korrekta analyser med rätt lastfall o.s.v.

4.4.1. CAD

Koncept 2 – Version 1

För att hål i spindeln skulle vara aktuellt fattades tidigt beslutet om att en omkonstruktion av

spindeln behövdes göras. Dagens spindel genomgick redan en omkonstruktion eftersom

företaget ville byta ut ena navlagret så att de kunde använda likadana navlager på de två ställen

som behövdes. Detta innebar att en förtjockning av spindeln behövdes genomföras eftersom det

nya lagret var större än det tidigare. En utveckling av konstruktionen var därför inga problem.

Den första tanken var att ha två hål på sidan av spindeln men detta ändrades sedan eftersom

oljenivån i spindeln är några millimeter under centrum. Detta innebär att om hålen skulle vara

som tänkt skulle dessa inte utnyttjas eftersom oljan inte kommer upp till den nivån. Ett hål

placerades därför i radiell riktning, alltså rakt under centrum på spindeln med ett lämpligt

avstånd från faser och radier. Spindelns tjocka del förlängdes för att den skulle bli styvare och

även för att optimera hålet. Lägst spänningar i hålet uppstår om hålet befinner sig så långt emot

navet som möjligt på den tjocka delen, dock inte inom de områden som

spänningskoncentrationen blir som högst, detta beskrivs sedan under avsnittet. 4.4.2. FEM.

En begränsning som fanns vara att ”splinsen” som inte syns på figur 31 var tvungna att

anpassas till, ”splinsen” sitter på den tunnare delen av spindeln.

Figur 31 beskriver hur den modifierade spindeln ser ut, vissa mått har ändrats så att den skall

bli styvare och så att ett hål skall passa vid det område där det är optimalt.

Figur 31: Koncept 2 – Version 1

22 (34)


Detta koncept innebär även det en ändring i konstruktionen av spindeln som beskrivits tidigare.

Eftersom spindeln är under konstruktion skulle dessa ändringar som konceptet grundar sig på

inte vara några problem. Konceptet innebär att en öppning av den delvis igentäppta kanal som

bildas mellan spindeln och drivaxeln skall skapas som grundar sig på observationen under

avsnitt 4.2.3 Observationer. En utökning av de fyra frästa spår skall utökas till antingen sex

eller åtta spår. Detta för att bilda nya kanaler som oljan kan transportera sig igenom. Även en

fas skall läggas på, detta för att ytterligare öppna upp så att arean blir större. Målet med detta

koncept är att öppna upp så att den ingående tvärsnittsarean för oljan skall vara lika stor som

den utgående arean. Detta för att minska risken för strypning vilket leder till att oljeflödet och

cirkulationen minskar. (Figur 32,33)

Figur 32: Koncept 4 – Version 1 : Sex spår Figur 33: Koncept 4 – Version 1 : Åtta spår

Beräkningar koncept 4 i värsta tänkbart scenario

Totalt sex spår (Fyra används för olja) (6,5 × 20) × 4 = 520𝑚𝑚²

Totalt åtta spår (Fem används för olja) (6,5 × 20) × 5 = 650𝑚𝑚²

Total ingående area (𝜋×61²

4) − (

𝜋×55²

4 ) ≈ 547mm²

Eftersom det är väldigt svårt att veta hur oljenivån ligger i spindeln, det vill säga hur många

frästa spår som utnyttjas är detta ett förslagsvis tänkt scenario. Beräkningen ger att det

självklart blir störst area om åtta spår används. Dock kommer detta kanske påverka

hållfastheten, detta skall kontrolleras under kommande avsnitt 4.4.2. FEM.

Figur 34: Mått för beräkning av koncept 4 (utgående area) Figur 35: Mått för beräkning av koncept 4 ( ingående area)

23 (34)


En beräkningsingenjör på företaget bekräftade att om hålet skulle sitta i den position det var

tänkt skulle väldigt höga spänningar uppstå som troligtvis leder till brott. Eftersom kvalitén är

en väldigt viktig parameter måste detta koncept utvecklas ytterligare. En undersökning på både

den simpla FEM-analysen och den med fullt lastutfall som en beräkningsingenjör genomförde

gjordes. Det visade sig att spänningen blev betydligt lägre längre ut mot änden av spindeln.

Problemet var att där ute finns det splines som inte är utritade från början. Därför fick en

omkonstruktion göras på den befintliga spindeln där dessa splines ritades ut. Splinesen har en

viss begränsning och kan inte ändras på hur som helst. Men det som kan göras är att ta bort en

splines, detta skulle göra plats för ett hål. Det som dock måste göras är att räkna på om detta

påverkar konstruktionens hållfasthet. Det kommer sedan att göras under avsnittet 4.4.2. FEM.

Tanken med denna version av koncept 4 är att ta bort en splines och sätta dit ett hål. Detta

skulle göra att oljan som är på väg ut till navet skulle åka ner genom hålet, transportera sig

längs med artikeln som sitter på splinesen, ut till utrymmet mellan lagren. Liknande lösning

som den första versionen var tänkt, men denna version lär få mindre spänningar i hålet

eftersom hålet sitter vid en position där spänningarna är lägre. Men detta skall även bekräftas

under avsnittet 4.4.2. FEM. Figur 36 beskriver grafiskt hur denna version av koncept 4 skall se

ut.

Figur 36: Koncept 2 - Version 2


Det fanns en efterfrågan att byta ut fasen eller ta bort fasen helt som lades till på insidan av

spindeln. Detta för att denna tillverkningsprocess skulle kunna bli för dyr beroende på vilken

tillverkningsmetod som används för att tillverka denna spindel. På grund av detta gjordes ett

alternativt koncept för denna lösning där fasen byttes ut mot en liten klack som kan tillverkas

om verktyg körs ner lite extra vid fräsningen. Detta illustreras i figur 37 och 38. Denna version

bygger på att det är en pinnfräs som används vid utfräsning av spåren. Rent beräkningsmässigt

kommer denna version av koncept 4 se ut som beräkningen som gjordes under koncept 2 –

version 1. Därför kommer inte en ny beräkning genomföras.

24 (34)

Figur 37: Koncept 4 – Version 2 : sex spår Figur 38: Koncept 4 – Version 2 : åtta spår

4.4.2. FEM

Koncept 2 – Version 1 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.

Figur 39: FEM-analys av koncept 2 – Version 1

25 (34)

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


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.

26 (34)

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.


27 (34)

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.


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.

28 (34)

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.

5.1. Koncept A – Version 1

Det som har ändrats på den befintliga spindeln är att en spline frästs bort, ett hål har lagts till,

en fas har även lagts till och en utökning av de fyra frästa spår som finns på änden av spindeln

har utökats till åtta spår. (Figur 44) Bortfräsningen av splinen har vart nödvändigt eftersom

hålet ska få en plan yta vilket underlättar både vid tillverkningen av hålet och även vid

funktionen där hålet ska fungera som oljekanal. Hålet fungerar som sagt som oljekanal och gör

så att oljan transporteras vidare och tar en snabbare väg ner till t.ex. navlagren som troligtvis

blivit utsatta för smuts. Detta gör även så att en cirkulerande effekt skapas i teorin och detta är

betydligt viktigt för oljeflödet eftersom smutsen kan transporteras runt och ej ligga och nöta på

maskinella delar. Utökningen av de frästa spår gör så att tilltäppningen som beskrivits i princip

försvinner och en mer öppen kanal för oljan fås. Tanken med den cirkulerande effekten är att

oljan skall rinna ner i hålet, transporteras vidare via lager ut till planetväxeln. Där kommer

oljan slungas runt och med hjälp av de åtta spår lättare komma in i spindeln igen.

Figur 44: Koncept A – Version 1

29 (34)

5.2. Koncept A – Version 2

Denna version av konceptet är som sagts tidigare likvärdig med version 1. Det är endast en

detalj som skiljer dessa koncept åt och det är den fas som ligger på ena änden av spindeln.

(Figur 45) Fasen kan tillverkas lätt om det är en skivfräs som används vid tillverkningen men

om det är en pinnfräs som används blir det svårt att få en perfekt fas vid änden av spindeln.

Därför har en alternativ lösning på detta gjorts när fasen byts ut mot en ”klack” alltså en ner

fräsning av pinnfräsen i materialet så att samma funktion uppstår som fasen hade.

Figur 45: Koncept A - Version 2

5.3. Funktion av koncept A i AHW-axeln

För att lättast beskriva funktionen av den utvecklade spindeln har en figur skapats där oljan är

utritad med både färg och pilar för att lättast kunna simulera hur oljecirkulationen ser ut och

hur den är tänkt att fungera som beskrivits. Figuren är skapad som en genomskärning av ett nav

till en AHW-axel. Snittet är uppbyggt som om vyn är ifrån sidan på ett nav.

Enligt figur 46 kommer först oljan ifrån centrumväxeln och skall transporteras ut till navet. När

den kommer in i spindeln (1) åker den mellan spindeln och stickaxeln (2) tills den kommer

fram till hålet (3). Där kommer den största delen av oljan åka ner i hålet, transporteras i detta

fall både till höger och till vänster, dock tar oljan stopp åt höger eftersom en mutter sitter där.

Därför kommer oljan transporteras åt höger via den bortfrästa splinen ut till ett utrymme mellan

spindeln och hjulnavet. Där kan smörjoljan lätt hitta vidare till navlagren (4), transporteras

vidare via lagren ut till planetväxeln (5) där den smörjer planethjul och solhjulet. Ute i

planetväxeln kommer oljan cirkulera runt med tanke på cirkulationen av planetväxeln.

Eftersom oljan kommer vara överallt runt planetväxeln kommer den sedan hitta tillbaka via de

frästa spår till spindeln. Där kommer oljan både kunna åka tillbaka till centrumväxeln men

även ner till lagren igen tack vare hålet. När cirkulationen upphör, när maskinen stannar

kommer oljan hitta vägen tillbaka till centrumväxeln eftersom oljenivån i navet är betydligt

högre än stillastående när olja tryckts ut till centrumväxeln av cirkulationen.

30 (34)

Figur 46: AHW-axeln med nya spindeln

1

2

3

4

5

31 (34)

ANALYS 6.

Det som har framkommit utav mitt arbete som genomförts och presenterats är att det finns ett

mycket stort intresse och behov av att förbättra oljecirkulationen i en AHW-axel. En förbättring

av oljecirkulationen bidrar inte bara till en ökad cirkulation utan gör även så att

förhoppningsvis oljebytesintervallen ökar och slitage minskas på utsatta komponenter. Dessa

parametrar är något som strävas efter eftersom kunden sätts alltid i fokus och kvaliteten på

produkterna är betydligt viktiga både för företaget och för kunderna.

Konceptet som tagits fram som beskrivits under avsnittet 5. Resultat innebär en ändring på en

artikel som ingår i en AHW-axel. Artikeln har modifierats så att oljeflödet ska få en ny väg ut

till navet vilket skulle innebära att en cirkulerande effekt uppnås och gör så att förhoppningsvis

cirkulationen ökar. Problemet som uppstått att både in och utflöde av smörjolja transporterats

mellan en liten kanal har utvecklats så att oljan ska få en ny väg ut till navet. Vägen har skapats

med hjälp av ett hål som applicerats på spindeln och detta har medfört att en spline frästs bort.

Även en förbättring av den tilltäppning som bildats som beskrivits under avsnittet 4.2.3

Observationer har utvecklats. Dessa ändringar skall göra så att detta problem minskas, dock

kommer problemet inte försvinna helt eftersom en del av den kanal som fanns från början

kommer fortfarande finnas för både in och utflöde av smörjolja. Tankesättet finns dock att när

oljan är i en cirkulerande fas kommer modifieringen hjälpa till att transportera ut olja till navet.

När cirkulationen avbryts (alltså när maskinen står still) kommer oljan finna en väg tillbaka till

centrumväxeln. Detta uppnås eftersom oljan kommer alltid ta den smidigaste och snabbaste

vägen, när cirkulationen avtar kommer oljan hitta en väg tillbaka i teorin. Detta gör att ett

utbyte av olja mellan centrumväxeln och navet kommer uppstå vilket strävas efter, detta

eftersom om ett utbyte finns kommer även en cirkulation finnas vilket inte var optimalt i den

befintliga AHW-axeln.

Oljecirkulationen ska finnas eftersom ett utbyte av smörjolja mellan centrumväxeln och navet

gör så att smuts och dylikt transporteras runt i axeln och inte blir stående och nöter på vissa

maskinella delar vilket skulle göra att slitage på vissa komponenter skulle uppstå.

Oljecirkulationen i detta fall skall förbättras eftersom uppgifter fåtts att cirkulationen inte är

optimal men även eftersom observationen som tagits gör så att oljeflöde bromsas upp på vägen

ut till centrumväxeln. Det finns därför ett stort intresse av att öka oljecirkulationen mellan

centrumväxeln och navet.

Oljecirkulationen kan förbättras på flera olika sätt, främst genom ändringar på artiklar men

även tillägg av nya artiklar. Arbetet har riktat in sig på att främst göra ändringar på befintliga

artiklar eftersom detta skulle vara lättast tillverkningsmässigt eftersom ändringar på

tillverkningen av artiklarna endast behövs göras. Artikeln som kallas för ”spindel” har arbetet

riktat in sig på eftersom den påverkar främst oljecirkulationen, det är denna artikel ändringarna

har gjorts för att oljecirkulationen skall öka.

32 (34)

SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER 7.

7.1. Slutsatser

Resultatet som har framkommit efter detta arbete är som beskrivits en ändring på en artikel,

ändringen skall förhoppningsvis leda till en ökad oljecirkulation. Resultatet är inte beprövat på

något vis eftersom resurserna och tiden inte fanns till detta. Det är därför väldigt oklart hur bra

konceptet ställer sig i praktiken mot uppdraget som fanns från början. Testning utav konceptet

är ett måste för fortsatta studier eftersom en bekräftelse på att konceptet funkar som tänkt måste

fås.

Det finns redan tankebanor på hur testning utav konceptet skall gå till, detta innebär att en

ändring hos leverantören till den omkonstruerade artikeln måste göras vilket är nästa steg i

utvecklingen. När den ändrade artikeln har tillverkats kan den bytas ut mot den befintliga

artikeln som sitter i dagens AHW-axlar. Axeln körs sedan i en provrigg där mätningar görs på

hur ren oljan är samt hur stor oljevolymen är ute i navet. Även temperaturmätningar skall göras

eftersom höga förluster skall undvikas och detta fås då temperaturen ute i navet är låg. Om

värdena ser bra ut och att problemet som ställts tyckas lösas är detta koncept en bra bit på väg

att bli en ändring i dagens konstruktion.

Tabell 3: Uppfyllda krav baserat på kravspecifikationen

Krav nr

Teknisk specifikation

Målvärde Kravbeskrivning Resultat

1 Passa dagens konstruktion

Lätt att montera

Eftersom lösningen skall vara lätt att montera på dagens AHW-axlar behöver lösningen innebära en så liten ändring på dagens konstruktion som möjligt.

Uppfyllt

2 Hög oljecirkulation

Betydlig förbättring

Genom att öka oljecirkulationen på dagens AHW-axlar medför detta att oljebytesintervallen och serviceintervallen blir längre vilket medför en billigare kostnad för kund.

Uppfyllt i teorin, praktisk testning behövs genomföras härnäst

3 Materialkvalité Tåla de krafter som uppstår

Eftersom stora krafter kommer uppstå är det viktig att konstruktionen inte blir försvagad.

Uppfyllt

4 Enkel design Enkel utformning

Eftersom det finns en strävan efter att inte ha för stora ändringar på dagens konstruktion är det viktigt att ha en enkel design.

Uppfyllt

33 (34)

7.2. Rekommendationer

Eftersom konceptet som tagits fram inte helt löser problemet att både in och utflöde av olja till

navet går genom samma kanal är en rekommendation att försöka titta närmare på detta. Det

kanske inte är det som är problemet till att smuts och dylikt nöter på vissa maskinella delar.

Kanske skulle ett oljefilter lösa detta problem, ett filter som renar oljan så att smutsen inte blir

ett problem. Även en oljepump skulle kunna appliceras så att en större cirkulation på oljan fås.

Under mitt arbete har jag bortsett från en ny artikel utan velat skapa en integrerad pumpeffekt

av rörliga delar i axeln, men att applicera något externt eller liknande är även ett förslag.

Testningen som beskrivits måste göras härnäst och detta är en stor prioritet i fortsatt arbete med

konceptet som valts. Förslagsvis på hur testningen skall gå till har beskrivits.

När testningen genomförs kan en uppdelning av konceptet göras. Först kan en första testning

göras utan hålet med bara utökandet av de åtta frästa spår samt nerfräsningen. Sedan kan en full

testning göras då hela konceptet körs. Detta för att se om hålet kommer göra skillnad i

praktiken. Om det inte skulle bli någon skillnad är en rekommendation att ta bort hålet och

endast använda den första förbättringen. Detta eftersom hålet och bortfräsningen av splinen är

en kostnad som skulle kunna tas bort om konceptet inte utnyttjats till fullo.

Ett tillägg så att hålet på spindeln hamnar rakt ner behövs även göras. Detta kan uppnås

förslagsvis genom att skapa någon form av ”klack”. Även ett styrstift skulle kunna appliceras

så att hålet hamnar rakt ner vid montering. Hålpositionerna på spindelns ände kan även

utvecklas så att spindeln endast kan monteras på ett specifikt sätt då den nu är

rotationssymmetrisk och kan monteras på olika sätt. Det lättaste skulle vara att göra en tydlig

beskrivning till monteringen, att hålet skall peka rakt neråt. Om detta räcker är dock svårt att

svara på, det som absolut inte får hända är felmonterade produkter.

En fråga som uppstår i slutet av arbetet är ”Kan detta koncept utnyttjas på andra axlar?” Om så

är fallet skulle en förbättring på flertalet axlar som har samma problem kunna göras. Detta

förutsätter att konceptet som tagits fram funkar som tänkt i praktiken och en större cirkulation

fås.

34 (34)

KÄLLFÖRTECKNING 8.

Litteratur

Johannesson, H., Persson, J.-G., & Pettersson, D. (2013). Produktutveckling - Effektiva

metoder för konstruktion och design.

Taavola, K., & ATHENA lär AB. (2011). Ritteknik 2000 faktabok. Athena lär.

Ullman, D. G. (2010). The Mechanical Design Process.

Ulrisch, K., & Eppinger, S. (2014). Produktutveckling - Konstruktion och design.

Internetkällor

Meijer, L., & Strömbom, V. (2009). Patent No. 0950647-8. Sverige.

ChemTech, G. A. (n.d.). Smörjmedel. Retrieved mars 18, 2017, from Galindberg:

https://www.galindberg.se/sv/produkter/smorjmedel/1001

Kullager. (n.d.). Koniska rullager. Retrieved mars 18, 2017, from Kullager:

https://www.kullager.se/category.html/koniska-rullager

Volvotrucks. (2009, Mars 6). Retrieved 02 22, 2017, from www.volvotrucks.com:

http://productinfo.vtc.volvo.se/files/pdf/lo/RS1370HV_Swe_03_616888.pdf

Volvotrucks. (2014, 03 10). Retrieved 02 22, 2017, from www.volvotrucks.com:

http://segotn12827.rds.volvo.com/STPIFiles/Volvo/FactSheet/RTH3312_Swe_02_1875332.pdf

Figurkällor

Figur 1: Nordström, R. (2017). Axles for WL and AH. Eskilstuna: Volvo CE.

Figur 3: Johannesson, H., Persson, J.-G., & Pettersson, D. (2013). Produktutveckling - Effektiva

metoder för konstruktion och design.

Figur 4,5,6: Meijer, L., & Strömbom, V. (2009). Patent No. 0950647-8. Sverige.

Figur 7: Volvotrucks. (2014, 03 10). Retrieved 02 22, 2017, from www.volvotrucks.com:

http://segotn12827.rds.volvo.com/STPIFiles/Volvo/FactSheet/RTH3312_Swe_02_1875332.pdf

Figur 8: Volvotrucks. (2009, Mars 6). Retrieved 02 22, 2017, from www.volvotrucks.com:

http://productinfo.vtc.volvo.se/files/pdf/lo/RS1370HV_Swe_03_616888.pdf

Figur 9: Nordstöm, R. (2017). Axles for WL and AH. Eskilstuna: Volvo CE.

Figur 10: Sagro. (n.d.). Retrieved may 17, 2017, from Sagro:

https://www.sagro.se/sv/artiklar/lager-l44643_l44610.html

I

Bilaga 1 – Gantt schema

#A

kti

vit

et

Be

roe

nd

e

34

56

78

910

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

A1

Sta

rt a

v E

xjo

bb

A2

Uppsta

rt a

v pro

gra

m

A3

Pla

neringsra

pport

A4

Inlä

rnin

g a

v C

atia

A2

M1

Mils

tolp

e 1

A5

Påbörjande a

v pro

ble

mlö

snin

gA

4

A6

Fors

knin

g a

v ve

tenskaplig

info

rmation

M2

Mils

tolp

e 2

A7

Rapport

skrivn

ing

A5

M3

Mils

tople

3

GA

NT

T-s

ch

em

a

[Fö

rbättra

olje

cirkula

tio

ne

n i a

xla

r]

Ve

cka

II

Bilaga 2 – QFD

Ide

al f

örä

nd

ring

sri

ktn

ing

P

rod

ukte

ge

nska

pe

r (H

ur?

)

Fyl

l i s

tyrk

an p

å s

am

ba

nd

et

me

d s

iffr

a. E

xem

pe

lvis

1, 3

, 9

.

Ko

nkurr

entjä

mfö

rels

e

Ma

rkna

dskra

v (V

ad

?).

Fyl

l i

kra

vvik

ten e

nlig

t ska

lan 1

-5Viktning krav

Egen gammal

Konkurrent 1

Säkerh

et

Hållb

art

59

94

4

Lätt

att

monte

ra3

99

13

Längre

olje

byte

sin

terv

alle

r5

99

15

Enkel desig

n3

93

94

4

Passa

bakaxla

r till

dum

pra

r4

13

95

5

Låg k

ostn

ad

23

31

3

Egen g

am

mal

41

11

3

Konkurr

ent

14

45

33

Egenskapsvi

kt

55

90

126

36

54

Målv

ärd

e,

egenskaper

Tåla viss kraft

Passa dagens konstruktion

JA betydligt

Enkel

3

Funktion

Konstr

uktion

Minimalt antal delar (st)

Teknisk jämförelse

Fyll

i hur

väl egna

och k

onkurr

ente

rs

pro

dukte

r uppfy

ller

kra

ven.

Skala

1-5

Fyll

i hur

väl egna o

ch

konkurr

ente

rs p

rodukte

r

uppfy

ller

pro

dukte

genskapern

a.

Skala

1-5

Materialkvalite

Utformning

Hög oljecirkulation

Monteringsbarhet

0123456

12

34

56

Uppfyllelsenivå

Kra

vp

un

kte

r

Ko

nk

urr

en

tjä

mfö

rels

e m

ark

na

d

Eg

en

ga

mm

al

Ko

nku

rre

nt 1

0123456

13

5

Uppfyllelsenivå

Eg

en

ska

pe

r

Ko

nk

urr

en

tjä

mfö

rels

e t

ek

nik

Eg

em

ga

mm

al

Ko

nku

rre

nt 1

III

Bilaga 3 – Pughs matris

KO

NC

EP

TV

ÄR

DE

RIN

G

Pro

jek

t

Ko

nce

pt

för

att

öka

olje

cirku

latio

ne

n t

ill d

ag

en

s A

HW

-axl

ar

Kra

v-K

on

ce

pt

Kra

vvi

kt

Re

f (b

efin

tlig

axe

l)1

23

4

Pa

ssa

da

ge

ns k

on

str

uktio

n3

0+

1+

1+

1+

1

Öka

r o

ljecirku

latio

ne

n5

0+

10

+1

0

Ma

teria

lkva

lite

40

-1-1

-1+

1

En

ke

l de

sig

n o

ch

utf

orm

nin

g4

00

+1

-1+

1

Re

lativt

bill

igt

att

ap

plic

era

30

-1+

1-1

+1

An

tal

+0

23

24

An

tal

-0

21

30

Su

mm

a0

0+

2-1

+4

Vik

tad

su

mm

a0

16

-31

4

Ko

mm

en

tare

r

Da

ge

ns A

HW

-

axe

l uta

n

ap

plic

era

d

förb

ätt

rin

g f

ör

att

öka

olje

cirku

latio

ne

n

Öka

r tr

olig

tvis

olje

cirku

latio

ne

n

fra

m t

ill b

ricko

rna

,

tar

dä

r sto

pp

. K

an

äve

n t

rän

ga

in p

å

Sca

nia

s p

ate

nt

vilk

et

inte

är

oke

j

En

ke

l och

bill

ig

lösn

ing

, b

eh

övs

gö

ras

fle

r te

ste

r fö

r a

tt s

e s

å

att

sp

ind

eln

hå

ller.

Öka

r o

ljevo

lym

en

ut

till

na

vet,

be

hö

vs

ko

mb

ine

ras f

ör

att

öka

olje

cirku

latio

ne

n

Ko

mp

lice

rad

lösn

ing

vilk

et

sku

lle

ta lå

ng

tid

att

te

sta

och

ap

plic

era

på

da

ge

ns a

xla

r

En

ke

l lö

sn

ing

vilk

et

sku

lle ö

ka

olje

voly

me

n

ut

till

na

vet.

Pro

ble

me

t

är

att

cirku

latio

ne

n

tro

ligtv

is in

te ö

ka

r,

be

hö

vs k

om

bin

era

s f

ör

bä

st

resu

lta

t

Vid

are

utv

ec

klin

gT

rolig

tvis

inte

Tro

ligtv

is k

om

bin

era

sT

rolig

tvis

inte

Tro

ligtv

is k

om

bin

era

s

Up

prä

tta

d a

v: T

on

y

Fra

nzé

nD

atu

m: 2

01

7 0

3 1

4

IV

Bilaga 4 – Faktablad 1

V

VI

Bilaga 5 – Faktablad 2

VII

VIII

Bilaga 6 – Brainstorming möte 2017-02-16

Förs

lag

till

fö

rbät

trai

ng

Förd

ela

rN

ackd

ela

r

Sörr

e n

ivås

kill

nad

i sp

ind

eln

. Bo

rra

hål

i sp

ind

eln

ut

me

llan

nav

lagr

en

Enke

l väg

so

m o

ljan

kan

tra

nsp

ort

era

sig

Svår

t at

t b

orr

a i s

pin

de

ln, m

ycke

t at

t tä

nka

på

Ihål

ig s

tick

axe

l, f

räst

a sp

år i

änd

en

på

stic

kaxe

lnEn

kel v

äg s

om

olj

an k

an t

ran

spo

rte

ra s

igSv

årt

me

d f

räst

a sp

år p

å n

ågo

t so

m r

ote

rar,

dyr

lösn

ing

Hål

i sp

ind

eln

fö

r at

t le

da

till

bak

a o

ljan

til

l axe

lkåp

anO

mvä

nt

från

fö

rsta

fö

rsla

get,

hål

län

gre

ne

r p

å sp

ind

eln

Svår

t at

t b

orr

a i s

pin

de

ln, m

ycke

t at

t tä

nka

på

Spir

al p

å in

sid

an a

v sp

ind

eln

fö

r p

um

p..

vän

ste

r/h

öge

r n

avÖ

knin

g av

olj

efl

öd

e in

til

l nav

et

Pro

ble

m o

m s

olh

jule

t tr

ycke

r m

ot

spin

de

ln

Sätt

a ih

op

sti

ckax

lar

i dif

fen

, kan

där

me

d t

a b

ort

vis

sa b

rick

or

Stö

rre

pas

sage

fö

r o

lje

flö

de

t, s

amm

a ar

ea

som

ingå

en

de

Ko

mp

lika

tio

ne

r vi

d ih

op

sätt

nin

g av

sti

ckax

lar

Ihål

ig s

tick

axe

l, h

op

kop

pla

d m

ed

an

dra

sti

ckax

eln

så

att

olj

an k

an t

ran

spo

rte

ras

till

an

dra

nav

et

Får

ett

cir

kule

ran

de

olj

esy

ste

m, k

lock

rota

tio

nD

yrt

och

mån

ga m

om

en

t so

m m

åste

ap

pli

cera

s

Öp

pn

ingn

vid

lage

rbri

cka

ell

er

spin

de

ln, f

ör

att

få e

n s

törr

e ö

pp

nin

gSt

örr

e p

assa

ge f

ör

olj

efl

öd

et,

sam

ma

are

a so

m in

gåe

nd

eÄ

r d

ett

a ti

llrä

ckli

gt f

ör

att

öka

olj

efl

öd

et?

Spir

alli

knan

de

fö

rem

ål s

om

öka

r ci

rku

lati

on

en

ut

till

nav

et

Öka

d c

irku

lati

on

åt

ett

hål

l ut

till

nav

et

Är

de

tta

pat

en

tera

t?

Att

tän

ka p

å

Mo

nte

rin

g av

sp

ind

eln

, be

roe

nd

e p

å h

ur

de

n m

on

tera

s o

ch ä

ven

hu

r "r

eta

inin

g ri

ng"

mo

nte

ras

gör

de

tta

att

olj

efl

öd

et

tro

ligt

vis

bli

r p

åve

rkat

. Täp

pe

r ti

ll 1

av

4 ge

no

mgå

nga

r i s

pin

de

ln.

IX

Bilaga 7 – Öppning av navet (ände på spindel)

X

XI

XII

Bilaga 8 – FEM koncept 2 – Version 1

XIII

Bilaga 9 – FEM koncept 4

XIV

XV

Bilaga 10 – FEM koncept 2 – Version 2

XVI

XVII

Bilaga 11 – Utrymme mellan brickor

Documents

Förbättring av oljecirkulationen i AHW- axlar1111788/...AHW Articulated Hauler Wet Brake, En typ av axel som användes under arbetet CAD Computer Aided Design, Program för att hantera/skapa