Omkonstruktion av elektrisk testrigg

This report presents a thesis done at Husqvarna Groups component department. The purpose was to redesign an electrical test rig for a Husqvarna chainsaws so that it was robust enough to withstand tests for at least 50 hours at a speed of 14 000 rpm. The electrical test rig is driven by an electric motor that sets the rotating system in motion. The current test rig is designed to demonstrate that the relevant load conditions are achieved and the next step is to redesign the test rig so that it is robust enough to cope with component testing. So far, the tests has lasted for at most 1 minute and the coupling has been creating problems for the system since it opens up during tests because of the centrifugal forces. The choice of coupling is therefore to be reviewed. In previous tests the test rig was noted to vibrate more than expected during acceleration up to 14 000 rpm. The test rig is currently rigidly fixed onto a steel table during tests and this reduce the recreation of the chainsaw natural movement. The thesis therefore includes a review of the possibility of a vibration damping system. Background for the choice of the coupling and vibration damping system was based on a study containing analysis of current test rig and a previous thesis done on the test rig before its development. Theories and data collection was done through literature study of relevant articles about power of transmission and vibration. Interviews was carried through with knowledgeable persons from Husqvarna with experience of test rigs. The study then continued with the development of relevant calculations and by a concept study with creation of construction criteria lists. The concept study was finished off with a Pugh’s matrix with a comparison of the concepts. The result from the concept study for the coupling which was recommended was a coupling called flex shaft. This consists of a hard twisted spring and is beneficial for designs that require nonlinear transmission, are capable of tests at high speed and can transfer the desired torque. Flex shafts are specially ordered based on special criteria’s, making it suitable for structures with multiple and complex requirements. The vibration damping system recommended from calculations and the concept study consisted of four vibration damping elements of rubber. These should be attached under the aluminum plate that the test rig is fixated on. Each vibration damping element need to have a max stiffness of 20.55 N/mm and to be able to bear a weight of 6.55 kg. If the recommendations are followed to create a robust test rig with the flexible shaft coupling and the proposed vibration damping system testing of components and analyzes will be more easily implemented at Husqvarna. This will also help the research and development forward in both a cost and time effective manner.Denna rapport presenterar ett examensarbete utfört på Husqvarna Groups komponentavdelning. Syftet var att omkonstruera en elektrisk testrigg för en Husqvarnas motorsågar så att den blev tillräckligt robust för att klara av körningar i minst 50 timmar med ett varvtal på 14 000 rpm. Den elektriska testriggen drivs av en elmotor som sätter det roterande systemet i en motorsåg i rörelse. Nuvarande testrigg är framtagen för att påvisa att relevanta lastfall uppnås och nästa steg är att omkonstruera testriggen så att den blir robust nog för att klara komponentprovning. Hittills har tester i max 1 minut genomförts och den koppling som används skapar problem för systemet då klokopplingen öppnar sig vid körning på grund av centrifugallasterna. Valet av koppling önskades därför att ses över. Vid tidigare körningar märktes även att testriggen vibrerade mer än väntat vid accelerationen upp till 14 000 rpm. I nuläget är testriggen stumt fastmonterad i ett stålbord vid körningar och dessa begräsningar tros försämra återskapandet av motorsågens naturliga rörelsemönster. Examensarbetet innefattar därför även att se över möjligheten för ett avvibreringssystem och hur detta skulle kunna utformas. Bakgrund inför valet av koppling och avvibreringssystem baserades på en förstudie innehållande analys av nuvarande testrigg och ett tidigare examensarbete som utförts på testriggen innan dess uppkomst. Teorier och datainsamling gjordes genom litteraturstudie där relevanta artiklar om kraftöverföring och vibrationer studerades samt att intervjuer med insatta personer från Husqvarna med erfarenhet av testriggar genomfördes. Studien fortsatte sedan med framtagning av relevanta beräkningar och genom en konceptstudie där konstruktionskriterielistor skapades och koncepten sedan jämfördes genom Pugh’s matris. Resultatet som framkom från konceptstudien för koppling och rekommenderades var en koppling kallad flexaxel. Denna består av en hårt tvinnad fjäder och är fördelaktig vid konstruktioner som har ickelinjär kraftöverföring. Flexaxeln klarar även av körningar på höga varvtal samt att föra över det önskade vridmomentet. Denna typ av koppling specialbeställs utefter ställda kriterier, vilket gör den lämplig för konstruktioner som ställer flera och komplexa krav. Avvibreringsystemet som rekommenderades framkom från beräkningar samt konceptstudie och bestod av fyra stycken avvibreringselemnet i gummi. Dessa ska fästas under den aluminiumplatta testriggen är fastmonterad på och vardera avvibreringselement behöver ha en maxstyvhetet på 20,55 N/mm samt kunna bära en vikt på minst 6,55 kg. Om rekommendationerna följs för att skapa en robust testrigg med flexaxeln som koppling och det föreslagna avvibreringssystemet kommer tester av komponenter och analyser lättare kunna genomföras på Husqvarna. Detta kommer även kunna effektivisera forskningsarbete och utvecklingsprocesser framåt på ett både kostnads- och tidsmässigt sätt