Auslegung und Optimierung eines Planetengetriebes für die Raumfahrt

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Auslegung eines bereits existierendenGetriebes der Industrie und hat das Ziel und den Anspruch dieses Getriebe hinsichtlichseines Gewichtes zu optimieren. Die verfasste Arbeit entstand in Zusammenarbeit mit derTechnischen Universit ̈at Wien und einem Luft- und Raumfahrtunternehmen.Zur erfolgreichen Bearbeitung des Themas ist die technische Ausbildung an der TechnischenUniversit ̈at im Studium Wirtschaftsingenieurwesen grundlegend. Sowohl die konstruktiveAuslegung und Berechnung als auch die Auswertung der Daten passen zur maschinenbaulichenAusrichtung des Studiums des Autors.Die Diplomarbeit beinhaltet methodisches und analytisches Vorgehen bei der Auslegungeines Getriebes und dessen Konstruktion, sowie Informationen zu Leichtbau und Technikenzur Optimierung von Maschinenelementen. Die Arbeit ist damit sowohl f ̈ur Studierendegeeignet, die Zugang zum Thema Leichtbau und Optimierungsmethoden suchen, als auchf ̈ur Ingenieure, die eine ̈ahnliche Problemstellung l ̈osen wollen. Zu Beginn der Arbeit wurdeder Ist-Zustand analysiert, die Getriebegeometrie vermessen und einzelne Komponentengewogen. In Gespr ̈achen mit Professoren der Technischen Universit ̈at, Experten derRaumfahrtfirma und der Firma Airbus Helicopters wurden die m ̈oglichen Optimierungendiskutiert und die vielversprechendsten Optimierungen ausgew ̈ahlt. Mit Hilfe von Berechnungsprogrammen,basierend unter anderem auf einer Finiten Elemente Methode, wurdendie Kraftfl ̈usse in den Getriebekomponenten dargestellt und die Festigkeit der optimiertenVersionen nachgewiesen.

The present master thesis deals with the design of an existing gear box used for industrialapplications and pursues the goal of optimizing the subject gear box in terms of mass, asit is supposed to be used for space applications. This thesis was developed in cooperationwith the Technical University of Vienna and an aerospace company.Fundamental for successful work on this subject is the education obtained during the studycourse of “Industrial Engineering and Management” at the Technical University. Designand calculation as well as the simulation of results match the specialization of engineeringduring the studies of the author.This master thesis includes a methodical and analytical approach for the constructive computeraided design of the gears, the gearbox component calculation as well as informationregarding light weight construction techniques. Therefore this thesis might be helpful forstudents accessing the sector lightweight materials and methods for optimization, and forengineers solving similar problems. At the beginning of the project the current state of thegear box was analyzed. The drive geometry was measured and several parts were weighed.Conversation with professors from the Technical University, experts of the aerospace companyand the company Airbus Helicopters led to potential optimizations, while the choiceof high potential options was followed by selection of the most promising ones. With theassistance of calculation programs based on finite element method in structural mechanicsthe distribution of forces was made visible. The reliability of optimized versions has beenproven.