Academic literature on the topic 'Planetväxel'

I den här rapporten presenteras en ny typ av planetväxel. Rapporten är en fortsättning på föregående års kandidatarbete Planetväxelinnovation – En studie i hur omkonstruktion av planetväxlar medför effektivare tillverkning (Allvar, Engel, & Karlsson Öhrvall, 2010). Arbetet grundar sig i att konventionella planetväxlars ytterringar är dyra att tillverka, delvis på grund av att de måste härdas efter formgivning. Härdningen gör att ringen blir skev och att den i vissa fall behöver efterbehandlas. Föregående års kandidatarbete hittade två potentiella lösningar till detta problem varav den ena, som vi valt att gå vidare med, var att ha cylindriska kuggar i en ytterring med enklare geometri för härdning. Denna potentiella lösning utreds vidare i denna rapport där formgivning och geometrier för planetväxeln tagits fram i sin helhet.Resultatet i rapporten är en planetväxel med kedjeväxel. Ytterringen har alltså bytts ut till en fixerad stel kedja med cirkulär form, en slags metallring med rullar i. Planethjulen har vidare fått formen av kedjekugghjul samtidigt som solhjulet kan liknas vid ett hamsterhjul, alltså liknande ytterringen fast med kuggingreppet på utsidan av ringen. Rapporten beskriver hur formerna för planetväxeln tagits fram analytiskt och med hjälp av operationer i MATLAB. Illustrationer och animeringar i MATLAB och CAD hjälper också till att beskriva den framtagna planetväxelns beteende.
This report investigates a new type of planetary gear that was initiated by last year's candidate's work, Planetary gear innovation – A study of how redesigning planetary gears leads to more efficient manufacturing (Allvar, Engel, & Karlsson Öhrvall, 2010). Instead of using gear teeth rollers are used for the internal ring wheel. The investigation is based on the fact that the outer ring is expensive to produce due to form changes after hardening, which means that further operations is needed in order to reduce the deformations. Allvar et al. concluded that the outer ring supporting the rollers does not need to be hardened, which can be advantageous for reducing form variations. This was investigated further and a new planetary gear set has been developed.This work has resulted in a planetary gear with chain drive. The outer ring has been replaced by a chain of rigid rollers mounted in metal rings. The planetary gear profile has received the profile by using the outer ring as tool. The sun gear has the same appearance as the outer ring and can be seen as a hamster wheel. In this report the method and simplifications used for designing this new type of planetary gear is described in detail.

Kraven på planetväxlars prestation blir allt högre samtidigt som tillverkningen ska ske snabbare och på ett allt mer effektivt sätt. Vid tillverkning av planet-, sol-och ringhjul så kan inte exakt diameter erhållas, detta samt andra brister leder till ojämn lastfördelning när fler än tre planethjul används. Målet med arbetet var att ta fram ett koncept på en förinställning för planethjul i en planetväxel med koniska kugghjul, samt kostnadsuppskattning och monteringsanvisning för konceptet. Studien resulterade i att det kan finnas en lönsamhet för konceptet, vilket medför att vidare simulering och tester anses varar aktuellt.

Arbetets syfte är att undersöka hur en planetväxel kan optimeras med avseende på kostnad och momentöverföringskapacitet då det konceptuella balanseringssystemet skapat av Swepart Transmission AB appliceras på en planetväxel. Arbetet undersöker även huruvida höghållfasta stål kan användas för att optimera en planetväxel ytterligare. Planetväxlarna i detta arbete genererades i programvaran KISSsoft och 3D-modeller av dessa planetväxlar skapades i SolidWorks. Olika tillverkningsfel introducerades i en planetväxel och dess inverkan på lastfördelningen mellan planethjulen samt balanseringsystemets förmåga att reducera dessa fel undersöktes med hjälp av programvaran MSC Adams. Resultatet från undersökningarna i MSC Adams användes sedan för att optimera planetväxlarna. För planetväxlarna utfördes slutligen en mass- och kostnadsjämförelse för att undersöka hur konkurrenskraftig en planetväxel med Sweparts balanseringssystemet är jämfört med dagens konventionella planetväxlar.

The project has worked with the function and structure of epicyclical automatic transmissions. The goal of the project has been to find a mathematical way of representing the transmissions setup and possible power flows. Furthermore the project has included the generation of all theoretically possible matrix representations of two simple planetary gear sets in MATLAB as the base for a future optimization model. The result of the project is a large quantity of matrix representations of the two planetary gear sets and their connections and shafts. The result from the MATLAB program has been verified by comparing the structure and the number of solutions to all manually derived setups. The result from the program can be considered to be complete for two planetary gears but to extend the analysis to more complex planetary gears and gearboxes with more than two sets, another method is suggested. The generation process in this project has been rather complex and time consuming. The conclusions drawn from this project is that it is possible to represent many epicyclical automatic transmissions in matrix form. An optimization program based on this type of matrix would simplify the design of new, more complex and more efficient epicyclical transmissions leading to more efficient vehicles. Key words: automatic transmission, planetary gear, matrix representation
Projektet har behandlat epicykliska automatväxellådor och dess uppbyggnad och funktion. Idén med projektet har varit att ta fram ett sätt för att på ett matematiskt sätt representera växellådans struktur och dess möjliga effektflöden. Utöver detta har arbetet inneburit att alla teoretiskt möjliga matrisrepresentationer för två enkla sammankopplade planetväxlar har tagits fram i MATLAB som underlag för en framtida optimeringsmodell. Resultatet av arbetet är en stor mängd uppställningar av dessa två planetväxlar och dessas sammankopplingar. Resultatet från MATLAB har jämförts och verifierats genom manuell beräkning av antalet variationer och dessas utseende. Resultatet från programmet kan anses som komplett men för en utökad analys av epicykliska automatväxellådor med fler än två planetväxlar och andra typer än den enklaste formen av planetväxel, rekommenderas en annan typ av framställning av alla möjliga variationer. Den metoden för att generera sammankopplingar som har använts i detta projekt är för komplex och tidskrävande. Slutsatsen av projektet är att det finns möjlighet att generera och representera många epicykliska automatväxellådor på matrisform. Ett optimeringsprogram baserat på denna typ av matris kan förenkla utvecklingen av nya mer avancerade och mer effektiva epicykliska automatväxelådor vilket leder till mer effektiva fordon. Nyckelord: automatisk växellåda, planetväxel, matrisrepresentation

Företaget SwePart i Liatorp har tagit fram en prototyp på en planetväxel utan glapp vilken kan gynna bl.a. robotindustrin. Problematiseringen är att växeln låter illa vid rotation vilket är vad som ska studeras i detta arbete.Syftet med det här arbetet är att studera reaktionskrafter mellan kuggarna samt kuggformens inverkan på jämnheten i växelns gång. Dessa studier kan leda till kunskap om orsaken till missljud vid interaktion mellan kuggar på planetväxlar. Målet är att få en större inblick i hur kuggarna påverkar varandra vid kontakt och momentöverföring.Studierna utförs genom simuleringar med hjälp av programmet MSC Adams, där SweParts prototypväxel analyseras genom att ta fram kontaktkrafter mellan ett planethjul och ringhjulet.Simuleringarna visar på stora hopp i amplituden under simuleringens tidsintervall vilket kan vara orsaken till missljud. Detta beror bl.a. på kuggarnas form.

Lately the discussion on how big impact vehicles has on the environment has grown bigger and bigger. The vehicle manufacturers are building cars, trucks, and wheel loaders etc. that are getting more and more fuel efficient for every year. But where do the engineers at the companies make the improvements? The drive train is one area of the vehicle where many different sources of losses are found. The gearbox is one example, where the losses are both dependent and independent on the torque transferred by the gear pairs. The gearbox consists of several components that all of them contribute to the total system power loss. It is therefore of great interest to understand the magnitude of the losses in the gears, for different operating conditions, and also to be able to determine how they change with, for instance, rotational speed, oil viscosity. The goal of the master thesis was to make a study about the oil churning losses in a 6 speed automatic gearbox. This model makes use of calculations which were based on scientific experiments. This makes the loss calculations more advanced and accurate than the generalized formulas in most commercial software’s. This model takes into account only the oil churning and oil pocketing losses and shall not hold account for the windage losses or the other losses such as losses occurring due to bearings, seals, pumps etc. Due to time constraint a user friendly programme could not be written but the generated programme can be modified to make it easier for the user to input the data and produce results. All gears are modelled in simple modules built using MATLAB m-codes. Assumptions are made in the code when it came to choosing the oil viscosity.
På senare år har diskussionen om fordonens miljöpåverkan blivit allt mer intensiv. Fordonstillverkarna bygger bilar, lastbilar, hjullastare, etc., vars bränsleeffektivitet årligen når nya höjder. Var finns utrymme för förbättringar? Drivlinan är en del av fordonet där många olika förlustkällor påträffas; t.ex. växellådan, där förlusterna både är beroende och oberoende av det vridmoment som överförs av kugghjulsparen. Växellådan består av ett flertal komponenter som bidrar till systemets totala effektförlust. Det är därför av stort intresse att förstå omfattningen av förlusterna i kugghjulen, för olika driftsförhållanden, och att kunna bestämma hur förlusterna är relaterade till t.ex. rotationshastighet och oljeviskositet. Målet med examensarbetet var att göra en undersökning om oljeskvalpförluster (”oil churning losses”) i en 6-växlad automatlåda. Modellen använder beräkningar baserade på vetenskapliga experiment. Detta gör förlustberäkningarna mer avancerade och exakta än de allmänna formler som de flesta kommersiella programvaror nyttjar. Modellen tar endast hänsyn till oljeskvalpförluster och oljeficksförluster (”oil pocketing losses”) och tar icke hänsyn till vindförluster eller andra förluster såsom lagerförluster, friktion i tätningar, pumpförluster, etc. På grund av projektets tidsramar har förfiningen av programmets användargränssnitt prioriterats lågt; vid behov kan detta åtgärdas för att förenkla input och output av data. Alla kugghjul modelleras i enkla moduler som byggts som MATLAB-skript. Antaganden görs i koden när det gäller oljans viskositet .

I en tid med ökande användning av allt dyrare fossila bränslen blir låg användning av dessa ett allt viktigare konkurrensmedel för biltillverkare. Toyota har länge legat i ledningen för forskning kring och produktion av hybridbilar. År 1997 lanserades för första gången deras hybridmodell Prius som sedan dess har uppgraderats vid två tillfällen, dels genom att komponenterna i hybridsystemet förbättrats, dels genom att bilen fått en sportigare design för att locka ett bredare spektrum av köpare. Hybridsystemet består av en förbränningsmotor och två elmotorer som genom en planetväxel samverkar för att ge bra prestanda med låg bränsleförbrukning. I rapporten har planetväxeln analyserats med avseende på funktion, ingående delar samt dess roll i systemet. Avslutningsvis har även en övergripande jämförelse av ekonomin relativt en prestandamässigt likartad standardbil gjorts. Genom att modellera planetväxeln i CAD har dess funktion enklare kunnat analyseras och visas i bilder och animationer för att förklara dess funktion enkelt även för den som inte har en teknisk bakgrund. I den ekonomiska jämförelsen har Toyota Prius jämförts med Ford Focus 1.6 som har en 109 hästkrafters förbränningsmotor, vilket ungefärligen motsvarar den prestanda som hybridsystemet levererar. Genom att använda sig av elmotorer som har starkt moment vid lägre varvtal, i kombination med en förbränningsmotor som har bra moment först vid högre varvtal, kombineras det bästa från båda motorerna och ger låg bränsleförbrukning med en prestanda motsvarande en 110 hästkrafters förbränningsmotor från den endast 76 hästkrafter starka förbränningsmotorn. Trots den avancerade funktionen är planetväxeln och övriga delar av växellådan relativt mekaniskt okomplicerade. Komplexiteten ligger istället i det elektroniska systemet som för varje liten ändring av driftförutsättningarna beräknar den optimala kombinationen av drivningen och styr motorerna därefter. Den ekonomiska jämförelsen visar att konsumenten måste använda Toyota Prius i en region med subventioner för miljöbilar då inköpspriset annars gör att totalkostnaden över de första tio åren blir högre trots den lägre förbrukningen. Utvecklingen på hybridmarknaden går starkt framåt och flera tillverkare lanserar nya hybridmodeller sedan Toyota visat att det finns en marknad för denna typ av bilar.
As the world’s usage of fossil fuels are increasing, generating a rapidly increasing oil price, lowering the fuel economy of standard vehicles have become a key issue in the competition for the customers. Toyota has for a long time been in the lead concerning research and development of hybrid vehicles. In 1997 Toyota for the first time launched the until now best selling hybrid vehicle Prius, which has since then been upgraded two times with better engines, motors and batteries, but also with a more sporty look to attract a wider spectra of customers. The hybrid system consists of an internal combustion engine combined with two electric motors that cooperate through a planetary gear to optimize the performance with a lowered usage of fuel. In the following report the planetary gear’s function, parts and behavior with the hybrid system have been analyzed. Finally an economical comparison between the Prius and a standard vehicle with equal performance has been done. By modulating the planetary gear using CAD its function has been easier to analyze and also, due to the possibility to create explaining pictures and animations, making it easier to visualize. Furthermore have the use of a 3D model simplified the analysis of the planetary gear’s different operations and the understanding for each part’s purpose in the system. For the economical comparison the Ford Focus 1.6 with its 109 hp have been chosen as an, to the Prius, equal standard car to compare with. By using electric motors that have good torque at low revolution speed combined with a combustion engine with the best torque at higher revolution speed the best characteristics of the two types are combined giving the Prius containing a combustion engine with 76 hp the performance as if it had an engine with 110 hp. Although the function of the planetary gear is complicated the mechanical construction of the planetary gear and the rest of the gearbox are relatively simple. The complexity of the system lies instead in the electronic control system that continuously calculates the optimal way to combine the motors and the engine and directs them thereafter. The economical comparison shows that the consumer must use the Toyota Prius in an area with subsidies for environmentally friendly cars as the much higher purchase cost otherwise makes the total cost over time during the first ten years higher for the Prius despite the lower fuel usage. The development in the hybrid car area is on a strong march forward. Since Toyota with its Prius model has shown that such a market exists, several other car producers have followed.