Högskolan i Skövde

Vevaxeldeformation studeras i samband med uppspänning i en virvelfräsmaskin inför en skärande process. Syftet är att öka förståelse om deformationsbeteendet av vevaxelns viktiga funktionsytor genom analysering med Finita elementmetoden (FEM). Volvo Cars i Skövde hanterar i dagsläget oönskad vevaxeldeformation genom tidskrävande fysiska tester. Därför önskar företaget ta stöd av virtuell analysering. Detta arbete leder även till ett fastställande om FEM är ett tillämpbart verktyg att utgå ifrån för att upprätthålla snäva vevaxeltoleranser. Användning av virtuell analysering istället för fysiska tester skulle medföra tidsbesparing och ha positiv inverkan på miljön. 

Programvaran Abaqus används för genomförande av deformationsanalyser vilka också utvärderas mot fysiska mätningar i en dragprovmaskin (Instron) för att därigenom säkerställa pålitligheten av använd FE modell.  Analyser genomförs huvudsakligen för deformationsuppkomst av vevaxeln i samband med uppspänning. Två olika typer av vevaxlar analyseras. Till respektive vevaxel skapas en FE modell med ansatta randvillkor och belastningsförhållanden utgående från en genomförd mekanisk analys av vevaxeln.

Erhållna resultat visar att bricksidorna av vevaxeln deformeras med i storleksordningen  mm då vevaxeln belastas i samband med uppspänning med en hoptryckning på 0,2 mm. Denna deformation anses medföra risk att ett bearbetningsfel kan förorsakas. Analyserna visar även vilka ytor som deformeras mest/minst. Utvärdering mot dragprovning indikerar att riktning på vevaxeldeformation stämmer överens med analyserna, men att avvikelser på deformationsstorleken förekommer. Skillnaden kan möjligen förklaras med att E-modulen varierar inom den testade vevaxeln medan den definierade E-modulen i Abaqus antar ett konstant värde. Dessutom kan eventuella felkällor från dragprovningen ha inverkan på resultatutfallet av de fysiska mätningarna. 

Genomförda analyser tyder på att FEM är tillämpbar för analysering av vevaxeldeformation och rekommendationer om en lämplig FE modell tillhandahålls. En potentiell lösning till deformationsproblemet anses vara beräkning av optimal klämkraft vid uppspänning.

Crankshaft deformation is studied in connection with clamping conditions in a whirl milling machine before a cutting process. The purpose of the project is to increase knowledge about the deformation behaviour of the crankshaft and its important functional surfaces by performing analyses using the finite element method (FEM). Volvo Cars in Skövde, Sweden is currently managing unwanted crankshaft deformation occurrence by using time consuming physical testing methods. Therefore, the company wish to use virtual analyses instead of physical tests. This work also leads to a determination if FEM is an applicable tool in order to maintain narrow tolerances of the crankshaft. Using virtual analyses instead of physical tests would be time saving and would also have a positive impact on the environment.

The computer software Abaqus is used to implement the deformation analyses that are also evaluated against physical measurements done with a tensile testing machine (Instron) and thereby be able to ensure the reliability of the used FE model. FE analyses are mainly performed to evaluate the deformation of the crankshaft associated with clamping. Two different crankshaft types are being analysed. A FE model is created for each crankshaft along with applied boundary and load conditions according to performed mechanical analysis of the crankshaft.

Obtained results show that the thrust bearing sides of the crank pins on the crankshaft deform in the range of  mm when the crankshaft is compressed during clamping with 0.2 mm. This deformation is considered to entail a risk for a processing error to occur. At the same time the analyses show which surfaces are most/least deformed. Evaluation according to the tensile testing indicates that the direction of the crankshaft deformation corresponds to the analysis but slight deviation of the deformation magnitude is present. The deviations can be explained by variations of the E-module within the crankshaft while the defined E-module in Abaqus has a constant value. Furthermore, there is a possibility that sources of error from the tensile tests can have an influence on the obtained results from the physical measurements.

Conducted analyses indicates that FEM is applicable for crankshaft deformation analyses and recommendations of a suitable FE model are provided. A potential solution of the deformation problem is considered to be the calculation of optimal clamping force.