Optimering av balansaxel till Mirka DEROS – Uppdelning av konstruktion

Abstract

Detta examensarbetes uppdragsgivare är Mirka Ab. Arbetet har gått ut på att hitta en lämplig lösning att dela upp motoraxeln i Mirka DEROS-slipmaskiner för att reducera tillverkningskostnaden utan att påverka komponentens funktionalitet. Maskinerna är oscillerande och behöver därför balanseras upp för att reducera vibrationer. Varje DEROS-modell är balanserade olika och har därför en skild motoraxel för varje modell. Balansdelens form och hur excentrisk slipplattan är till rotationscentrumet är de två saker som avviker för modellerna. En modulär lösning möjliggör att kunna tillverka de olika balansdelarna skilt och att en och samma axeldel sedan kan monteras ihop med alla olika balansdelar.

Arbetet har främst gått ut på att ta fram olika koncept för att dela upp motoraxeln, koncepten har modellerats och tagits fram med hjälp av CAD-program. Vissa saker har redigerats på motoraxeln för att möjliggöra vissa koncept. Uträkningar och finita element analyser har använts för att avgöra möjligheten av koncepten med avseende på materialets hållfasthet och förbandets tillförlitlighet. Bearbetbarheten på de olika koncepten har också varit en avgörande faktor. De potentiella koncepten har sedan jämförts för att hitta den lämpligaste lösningen. När den lämpligaste lösningen hittades, gjordes ritningar på delarna för prototyptillverkning. Axelprototypen monterades ihop till en hel slipmaskin och testades. Under testningen säkerställdes att funktionaliteten inte försämrats i maskinen och att vibrationsnivån är acceptabel.

Tämän opinnäytetyön toimeksiantaja on Mirka Oy. Työn tarkoituksena oli löytää sopiva ratkaisu moottorin akselin jakamiseen Mirka DEROS-hiomakoneissa valmistuskustannusten pienentämiseksi vaikuttamatta komponentin toimivuuteen. Koneet ovat värähteleviä ja siksi ne on tasapainotettava tärinän vähentämiseksi. Kukin DEROS-malli tasapainotetaan eri tavalla, ja sen vuoksi kussakin mallissa on erillinen moottorin akseli. Mallit eroavat toisistaan tasapainottimen muodon ja sen perusteella, kuinka eksentrinen hiomalevy on pyörimisnavan keskipisteeseen nähden. Modulaarisen ratkaisun ansiosta eri tasapainotusosat voidaan valmistaa erikseen, ja yksi ja sama akseliosa voidaan sitten koota yhteen kaikkien eri tasapainotusosien kanssa.

Työ on koostunut pääasiassa erilaisten konseptien kehittämisestä moottorin akselin jakamiseksi, ja konseptit on mallinnettu ja kehitetty tietokoneella CAD-ohjelmien avulla. Moottorin akseliin on muokattu joitakin asioita tiettyjen konseptien mahdollistamiseksi. Laskelmia ja äärellisten elementtien analyysejä on käytetty konseptien toteutettavuuden määrittämiseksi materiaalin lujuuden ja liitoksen luotettavuuden kannalta. Myös eri konseptien työstettävyys on ollut ratkaiseva tekijä. Mahdollisia konsepteja on sitten verrattu sopivimman ratkaisun löytämiseksi. Kun sopivin ratkaisu oli löydetty, osista tehtiin piirustukset prototyyppien valmistusta varten. Prototyyppiakseli koottiin täydelliseksi hiomakoneeksi ja testattiin. Testauksen aikana varmistettiin, että koneen toimivuus ei heikentynyt ja että tärinätaso on kunnossa.

The client of this thesis is Mirka Ltd. The mission has been to find a suitable solution to split the motor shaft used in Mirka DEROS sanding machines and make them modular to reduce the manufacturing cost without affecting the functionality of the component. The machines are oscillating and therefore need to be balanced to reduce vibrations. Each DEROS model is balanced differently and therefore has a separate motor shaft for each model. The shape of the balance part of the shaft and the size of the oscillation for the sanding pad are the two things that differ from one another. A modular solution would make it possible to manufacture all the different balancing parts separately and one type of shaft that can be assembled into all the balancing parts to make a complete balancing shaft.

The work has mainly consisted of developing different concepts for dividing the motor shaft, where the concepts have been modeled in CAD-program. Some things have been edited on the balance shaft to enable certain concepts. Calculations and finite element analysis have been used to determine the feasibility of the concepts in terms of material strength and joint reliability. Machinability has also been a big factor in the process of making the concepts. The potential concepts were then compared to find the most suitable solution. Once the most suitable solution was found, drawings of the parts were made for prototyping. The shaft prototype was assembled into a complete sanding machine to be tested. During testing, it was ensured that the functionality of the machine was not impaired, and that the vibration level was acceptable.