Teollisuusvaihdesarjan esisuunnittelu

Abstract

Insinöörityön tilaaja oli SEW Industrial Gears OY. Työn tavoitteena oli esisuunnitella teollisuusvaihdesarja meesauuneja pyörittäviin käyttöyksiköihin. Meesauuni on suurikokoinen, jopa sadan metrin pituinen pyörivä sylinteri, ja se on osa sulfaattisellun valmistusmenetelmää. Yrityksessä haluttiin muodostaa yhtenäistetty vaihdeyksikkösarja tilauskohtaisten muokkauksien sekä tarjottujen tuotteiden vaihtelun sijasta. Esisuunnittelulla pyritään yksinkertaistamaan prosessia muodostamalla vaihteet, joiden ominaisuudet sekä komponentit on esivalittu.

Meesauunin käyttölaitteistossa vaihdeyksikön tehtävänä on pyörittää sen toisioakselille asennetulla ulkoisella hammaspyörällä uuniin kiinnitettyä hammastettua kehää. Vaihteen lisävarusteiden tarkoitus on hallita meesauunin liikkeitä. Toisioakselin tuennan toteutustavasta riippuen hammaspyörän välittämästä vääntömomentista aiheutuvat hammasvoimat kohdistuvat taivutusmomentiksi vaihteen akselille, mikä ei ole toivottua pääasiallisesti vääntömomenttia välittäväksi suunnitelluilla vaihteilla. Työssä tarkastellaan toisioakselin rakenteen vahvistamista sekä meesauunin pyörittämisessä vaadittuja ominaisuuksia.

Insinöörityön tuloksena muodostettuun vaihdesarjaan valittiin vaihdekokoluokittain eri komponentit sekä akselin kuormitusrajat, joiden perusteella voidaan arvioida soveltuvaa kokoonpanoa ilman suunnitteluhenkilöstöä. Tiedoista koottiin katalogimalli uudelle vaihdesarjalle. Tarjousprosessia varten luotiin Excel-pohjainen työkalu, jonka avulla voidaan tarkastella meesauunin sekä hammaskehän ja hammaspyörän vaatimuksien vaikutuksia vaihdeyksikön suoritusarvoihin. Työkalun avulla voidaan valita vaihdeyksikkö sekä sille sopivia esivalittuja komponentteja.

Insinöörityön myötä yrityksessä saatiin alkuun prosessi, jonka lopullisena tavoitteena on kattavasti suunniteltu vaihdesarja meesauunikäyttöön. Tässä työssä esitelty suunnittelu toimii tulevan jatkokehityksen pohjana. Työn mahdollisesti tärkein lopputulos oli käynnistää keskustelu käytettävistä ratkaisuista ja niiden vaikutuksista tarjouksien sekä suunnittelun osalta.

This Bachelor’s thesis was commissioned by SEW Industrial Gears OY. The purpose of the thesis was to predesign a gear unit series for lime kiln applications used in chemical pulping. The client company had previously tailored gear units for these applications without a clear guideline or a specific starting point, resulting in a varying order base and delays in the design and offer processes. The goal was to assign an existing gear unit series that would be modified according to the specific needs of the lime kiln application. Future designs and offers would be based on this series and it would streamline the overall process and eliminate ambiguities about certain solutions.

The kiln is rotated by driving a ring gear that is fixed to the lime kiln with a pinion gear attached to the gear unit. Depending on the pinion’s supporting elements, the forces caused by the gear mesh have a significant impact on the gear unit’s axle shaft. Additionally, controlling the varying movements of the lime kiln requires capabilities that a standard gear unit does not have. Predesigning the gear unit series was based on determining the required modifications as well as calculating the components to support a large external pinion gear on the output shaft of the gear unit.

As a result of the thesis, a gear unit series was predesigned with the required components and modifications to support its use in the drive unit of a lime kiln. A drawing of the gear unit, and a catalogue of the selected components, values and dimensions were made. Additionally, an Excel-based tool was developed to guide the gear unit and component selection for sales offers and to determine the required performance figures according to the lime kiln requirements.

With the thesis, a process was started to determine a suitable range of gear units, components and modifications to meet the requirements of lime kiln applications. The design level of the gear units should be adequate for further development and the specifications of the final gear unit series. Possibly, the most significant result was to start the process of determining the required solutions for a fully designed gear unit series, which requires significantly more work than was possible within the scope of this thesis.