Comparative study of two designs of an axle to a rollercoaster ride

Detta arbete genomförs på uppdrag av Skara Sommarland. Arbetet är till stor del baserat på att utföra en jämförande studie mellan två hjulaxlar till en åkattraktion. Den befintliga axeln består av tre delar, två axelpar och ett centerfäste, medan den nya designen av axeln enbart består av en del. Den befintliga axelns ändar som kopplas in i centerinfästningen utsätts för onödigt slitage. Arbetet belyser även orsaken som leder till nötningen samt möjligheter att minska nötningen. Den nydesignade axelns högre pris medför höga kostnader för företaget.I arbetet används Haigh-diagram för att undersöka om arbetspunkten för den nya axeln ligger under Haigh-diagram kurvan, som teoretiskt sett leder till oändlig livslängd. I arbetet utförs en FEM analys för att simulera båda axelkonstruktionerna och för att beräkna spänningarna i axeln under belastning.Resultatet av genomförda analyser visar att den befintliga axeln plasticerar medan den nya axeln inte når sträckgränsen för materialet. Varken den befintliga eller den nya axeln når brottgränsen. Eftersom brottgränsen inte nås finns ingen risk för sprickbildning enligt finite fracture mechanics. För den befintliga axeln visar resultatet att det uppstår en rörelse mellan axel och infäste som är tillräckligt stor för att klassificeras som en orsak för nötning.För att undvika eller minimera nötningen kan möjliga åtgärder genomföras vilka beskrivs i arbetet. Exempel på förbättringsförslag som skyddar mot korrosion och nötning ges som till exempel rengöring före ytbehandling och ökad korrosionshärdighet.This thesis is performed on behalf of the amusement park Skara Sommarland. The work is based on a comparative study of two different shafts for a rollercoaster. An already existing shaft in three parts, two shafts and one hub, while the new shaft design consists of one homogenous part machined from a solid bloc of material. The ends of the shafts for the current shaft design that are mounted in the hub are exposed to unnecessary wear. The thesis partly focuses on the causes of the fretting wear and possible actions to prevent or minimalize the damaged caused by fretting. The new shaft design leads to increased costs, which leads to monetary losses for the client compared to before.Haigh-diagrams are used to evaluate if the critical point of the design is in the safe area of the diagram, theoretical leading to an infinite lifespan of the shaft. Finite element analyses were performed in 3D CAD to simulate the shaft design and calculate the stresses in the design when under the maximum operational load.The result of the analyses shows that the current shaft suffers from plastic deformation while the new shaft design does not reach the yield strength of the material. Neither the current nor the new shaft design reach the ultimate tensile strength. Because the ultimate tensile strength is not reached there is no risk of crack initiation through finite fracture mechanics. For the current shaft design the results show that there occur movement between shaft and hub with high enough magnitude to be classified as one of the causes of the fretting.To avoid or minimize fretting several actions can be performed. Examples of pre-emptive actions are cleaning of surfaces before surface treatment for corrosion resistance