Product development of a turning device : case Wärtsilä

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoitus oli kehittää Wärtsilä Finland Oy:lle uusi konsepti monipolttoainemoottorin pyörityslaitteelle keskittyen parantamaan nykyisen ratkaisun värähtelyherkkyyttä ja rakenteellista kestävyyttä. Työn tavoite oli nostaa laitteen alinta ominaistaajuutta vähintään 30 % ja vähentää hammasvoimien aiheuttamaa siirtymää.

Työssä käytettiin iteratiivista suunnitteluprosessia yhdessä elementtimenetelmän kanssa. Erilaisia suunnitteluratkaisuja luotiin, joista sopivinta lähdettiin jalostamaan lopulliseksi konseptiksi. Jokaista geometrian muutosta seurasi simulaatio, jossa sen vaikutusta keskeisiin värähtelyominaisuuksiin ja rakenteelliseen käyttäytymiseen arvioitiin. Simulaatioissa käytettiin idealisoituja reunaehtoja ja tuloksia käytettiin ohjaamaan suunnitteluprosessia oikeaan suuntaan.

Lopputuloksena syntynyt konsepti saavutti 71 % nousun alimmassa ominaistaajuudessa sen noustessa alkuperäisen laitteen 159 Hz:stä 272 Hz:iin, sekä 35 % vähennyksen hammasvoimien aiheuttamassa siirtymässä. Työn tulokset osoittivat, että uusi konsepti ratkaisi onnistuneesti havaitut ongelmat ja tarjosi kestävän ratkaisun sovelluksiin, joissa värähtelyherkkyys ja rakenteellinen jäykkyys ovat kriittisiä.

The purpose of this thesis was to develop a new concept for a multi-fuel engine turning device for Wärtsilä Finland Oy, focusing on improving the vibration sensitivity and mechanical strength of the current solution. The objective was to increase the lowest natural frequency of the device by at least 30% and to reduce the displacement caused by gear forces.

An iterative design process was applied together with the finite element method. Various design configurations were created, and the most suitable one was refined into the final concept. Each geometric modification was followed by a simulation to evaluate its impact on the mechanical vibration properties and structural behavior. The simulations were conducted using idealized boundary conditions, and the results were used to guide the design process in the right direction.

The resulting concept achieved a 71% increase in the lowest natural frequency, rising from 159 Hz of the original device to 272 Hz, as well as a 35% reduction in displacement caused by gear forces. The results of this study demonstrated that the new concept successfully addressed the identified issues and provided a robust solution for applications where vibration sensitivity and structural stiffness are critical.