Auslegung und Optimierung eines Planetengetriebes für die Raumfahrt

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Auslegung eines bereits existierenden Getriebes der Industrie und hat das Ziel und den Anspruch dieses Getriebe hinsichtlich seines Gewichtes zu optimieren. Die verfasste Arbeit entstand in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Wien und einem Luft- und Raumfahrtunternehmen.Zur erfolgreichen Bearbeitung des Themas ist die technische Ausbildung an der Technischen Universität im Studium Wirtschaftsingenieurwesen grundlegend. Sowohl die konstruktive Auslegung und Berechnung als auch die Auswertung der Daten passen zur maschinenbaulichen Ausrichtung des Studiums des Autors. Die Diplomarbeit beinhaltet methodisches und analytisches Vorgehen bei der Auslegung eines Getriebes und dessen Konstruktion, sowie Informationen zu Leichtbau und Techniken zur Optimierung von Maschinenelementen. Die Arbeit ist damit sowohl für Studierende geeignet, die Zugang zum Thema Leichtbau und Optimierungsmethoden suchen, als auch für Ingenieure, die eine ähnliche Problemstellung l ̈osen wollen. Zu Beginn der Arbeit wurde der Ist-Zustand analysiert, die Getriebegeometrie vermessen und einzelne Komponenten gewogen. In Gesprächen mit Professoren der Technischen Universität, Experten der Raumfahrtfirma und der Firma Airbus Helicopters wurden die möglichen Optimierungen diskutiert und die vielversprechendsten Optimierungen ausgewählt. Mit Hilfe von Berechnungsprogrammen,basierend unter anderem auf einer Finiten Elemente Methode, wurden die Kraftflüsse in den Getriebekomponenten dargestellt und die Festigkeit der optimierten Versionen nachgewiesen.

The present master thesis deals with the design of an existing gear box used for industrial applications and pursues the goal of optimizing the subject gear box in terms of mass, as it is supposed to be used for space applications. This thesis was developed in cooperation with the Technical University of Vienna and an aerospace company.Fundamental for successful work on this subject is the education obtained during the study course of “Industrial Engineering and Management” at the Technical University. Design and calculation as well as the simulation of results match the specialization of engineering during the studies of the author.This master thesis includes a methodical and analytical approach for the constructive computer aided design of the gears, the gearbox component calculation as well as information regarding light weight construction techniques. Therefore this thesis might be helpful for students accessing the sector lightweight materials and methods for optimization, and for engineers solving similar problems. At the beginning of the project the current state of the gear box was analyzed. The drive geometry was measured and several parts were weighed.Conversation with professors from the Technical University, experts of the aerospace company and the company Airbus Helicopters led to potential optimizations, while the choice of high potential options was followed by selection of the most promising ones. With the assistance of calculation programs based on finite element method in structural mechanics the distribution of forces was made visible. The reliability of optimized versions has been proven.