Kuorma-auton sähkömoottorin kiinnitys

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena oli suunnitella sähköistettävään kuorma-autoon sähkömoottorin kiinnitys ja siihen vaadittavat rakenteet. Opinnäytetyö suoritetaan osana projektia, jossa tutkitaan Helsingin kaupungin liikelaitoksen kuorma-autojen muuttamista dieselkäyttöisestä sähkökäyttöiseksi.

Työ aloitettiin mittaamalla kuorma-auton rungon ja muiden apulaitteiden asettamat rajoitteet kiinnityksen rakenteelle. Tämän opinnäytetyön kanssa tehtiin rinnakkain toista opinnäytetyötä, jossa suunniteltiin sähkömoottorin liitos kuorma-auton alkuperäiseen vaihdelaatikkoon. Moottorikannakkeiden valmistusmenetelmä valittiin 3D-tulostamisen, koneistamisen ja levytyöstön väliltä ennen suunnittelun aloittamista. Menetelmäksi valittiin vertailun pohjalta levytyöstö kustannusten ja yksinkertaisen valmistuksen perusteella. Menetelmävalinnan rinnalla tehtiin myös materiaalivalinta, jossa päädyttiin rakenneteräslevyihin. Kuorma-auton rungosta oli aikaisemmin tehty 3D-malli, jonka perusteella suunnittelu aloitettiin, vaikka mallin jokainen mitta ei vastannutkaan todellisuutta. Kannakkeista suunniteltiin SolidWorksilla ensimmäisten mittausten jälkeen ensimmäinen versio, jota jouduttiin muuttamaan voimansiirron adapterien suunnittelun valmistumisen jälkeen.

Rakenteen lujuusanalyysi suoritettiin Ansys-ohjelmalla, jossa keskityttiin pääosin dynaamiseen kuormitukseen jarrutuksissa ja aurauskäytössä tapahtuvissa mahdollisissa törmäyksissä. Rakenteesta tehtiin myös staattisten lujuuksien analyysi, mutta se ei aiheuttanut muutoksia kannakkeen rakenteisiin. Lujuusanalyysin jälkeen muutettiin kappaleen ainevahvuudet optimaalisiksi ja todettiin kannakkeen rakenne tarpeeksi jäykäksi.

Kiinnikkeen runkokannake pultataan kuorma-auton runkoon ja moottorikannake pultataan runkokannakkeeseen. Värinänvaimennus toteutetaan kahdella irtopuslalla, jotka erottavat runkokannakkeen ja moottorikannakkeen toisistaan. Sähkömoottori kiinnitetään moottorikannakkeeseen pulteilla. Kannakkeessa on sama reikäjako kuin moottorin pulttijako.

Opinnäytetyössä suunniteltujen lujuusanalyysien, kokoonpanokuvien, mittakuvien ja valmiiden leiketiedostojen avulla pystytään valmistamaan kannake, joka pystytään asentamaan kuorma-autoon pulttaamalla.

The purpose of this thesis was to design an electric motor mounting and the needed structures for an electrified truck. The thesis is a part of a Helsinki public corporation project which investigate the possibilities of converting diesel trucks into electric engine trucks.

The thesis was started by measuring the truck’s frame and devices to find out how much leftover space there is. Simultaneously with this thesis, another study was done which focused on joining an electric motor to an original transmission. A manufacturing method was chosen between 3D-printing, machining and sheet metal working before designing was started. Sheet metal working was chosen for its cost efficiency and simple structure. Structural steel sheets were chosen as a material. The truck’s frame was modeled into 3D-format earlier. A large part of the model’s dimensions was incorrect but designing could be started. The first version of the mounting was designed by SolidWorks after first measurements. The first version was updated after motor and transmission joint structure was confirmed.

Strength analysis was done by ANSYS strength calculation program. Strength calculations concentrated on dynamic loads in braking and possible impacts in snow plowing. Strength calculation was done also for static loads but changes to structure were not needed. After strength calculation material thicknesses were changed to optimal values and structure was proven stiff enough.

The frame support is bolted to the truck’s frame and motor support is bolted to frame support. Damping of vibrations is done by two separate bushings which are located between frame support and motor support. The electric motor is bolted to the motor support. The motor support has a hole pattern that corresponds to the motor’s bolt pattern