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
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.
(Johannesson, Persson, & Pettersson, 2013)
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.
(Johannesson, Persson, & Pettersson, 2013)
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)
Koncept 4 – Version 1
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)
Koncept 2 – Version 2
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
Koncept 4 – 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
Koncept 2 – Version 2
Att köra en FEM-analys på denna version av koncept 2 blir mycket svårare än de tidigare
FEM-analyserna som gjorts. Detta p.g.a. av att två separata fall inträffar, ett då hålet måste
beräknas och ett där splinesen måste beräknas för att se om hållfastheten påverkas. Även
krafterna som påverkar är svåra att beräkna och därigenom få ett någorlunda korrekt lastfall.
Det som dock kan göras är att först beräkna var sitt fall för sig och sedan göra en utförlig FEM-
analys för att se hur resultatet blir. En metod som kallas för ”Failure prediction” genomförs
separat på de två fallen. Denna metod innebär att en procentsats för hur stor chans att ändringen
fallerar under ett visst antal timmar fås fram. Genom detta kan beslutet göras om det är
lämpligt att gå vidare med en ordentlig FEM-analys.
Failure prediction (splines)
En djupgående förklaring till hur denna metod genomfördes kan ej beskrivas eftersom metoden
är sekretessbelagd av Volvo. Det som metoden gav var dock att denna ändring kommer klara
av maskinlivslängden som Volvo satt. Det är alltså en väldigt liten risk att denna ändring
fallerar och detta ger att ändringen inte kommer påverka hållfastheten betydligt mycket. Detta
resultat är under kravet som Volvo satt och kan därför godkännas som ändring. Svaret är
baserat på att 25% av splinesen inte används och ett vridmoment som lagts på.
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.
Figur 42: FEM-analys av koncept 2 – Version 2
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.
Figur 43: FEM-analys av koncept 2 – Version 2
Resultat
När både Von-Mises spänningen och huvudspänningen hade analyserats kan slutsatsen dras att
när en kraftfullare simulering när fullt lastutfall användes har en annan bild av konceptet
uppstått. När resultatet sammanfattats dras slutsatsen att detta koncept inte kommer påverka
konstruktionen och är därför lämplig för ändring på den befintliga artikeln.
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
Top Related