Konstruktion av kedjetransmission

Sammanfattning: Agilis är en av KTH:s tävlingsbilar som medverkar i tävlingen Shell Eco Marathon. Denna tävling går ut på att konstruera fordon som ska förbruka så lite bränsle som möjligt när dessa körs en given sträcka. I år (2009) är det Lausitz i östra Tyskland som är värd för evenemanget. För att ett fordon skall vara bränsleekonomiskt är det nödvändigt att verkningsgraden är hög. I dagsläget drivs Agilis av en rullkedjetransmission i två steg med den totala utväxlingen 1:15. Förluster finns i alla växlingssteg och därför ger ett system bestående av flera steg högre förluster än motsvarande växel med bara ett steg. Denna rapport beskriver projektet där det utretts om det, med avseende på hållfastheten, är möjligt att konstruera en rullkedjetransmission i ett steg med samma utväxling som tidigare. För att utreda detta har modeller av rullkedjan och kedjehjulet tagits fram i Solid Edge för att sedan exporteras till ANSYS. Detta är ett program som utför beräkningar enligt Finita Elementmetoden (FEM). I ANSYS beräknades flera olika modeller där den mest avancerade innehöll både kedja och kedjehjul. Kedjan applicerades på kedjehjulet där laster och randvillkor ansattes. Fördelen med modellen var att kontaktpunkterna mellan kedja och kedjehjul överförde krafter på rätt sätt. De resultat som framkommit efter beräkningar tyder på att kedjan och kedjehjulet klarar att drivas med vridmomentet på 1,25 Nm som motorn maximalt levererar. De spänningar som maximalt uppkom i kedjan och kedjehjulet till följd av motorns moment beräknades till 96 MPa respektive 20 MPa. Detta kan sättas i relation till sträckgränsen för stål av typen SS1650-01 som ligger på ca 310 MPa samt utmattningsgränsen för detta stål som är ca 200 MPa. Ytterligare en faktor som är viktig vid denna dimensionering är det yttryck som uppstår i kontakten mellan kedja och kedjehjul. Med den kontaktmodell som bäst representerar det verkliga fallet blev yttrycket 175 MPa. Med en säkerhetsfaktor på 2,0 innebär detta att materialet skall tåla yttryck på 350 MPa. Stål av typen SS1650-01 klarar yttryck upp till ca 550 MPa. Det som återstår att utreda innan denna lösning bör användas i Agilis är att fastställa verkningsgraden. Detta är mycket svårt att beräkna analytiskt eftersom många osäkra faktorer inverkar. Det kan däremot utföras mätningar på bränsleförbrukningen i en testrigg för att fastställa om verkningsgraden förbättras med den nya transmissionen.