Offshore oil production presents major challenges due to extreme environmental conditions. With present state of the art robotics, precision mechanics and automation it is now possible to provide solutions to those working conditions. The present work is part of a solution to the problem of the unblocking a subsea oil pipeline of small diameter and extensive length by designing and manufacturing a robot capable of moving inside the pipeline. Based on the previous study of an interdisciplinary group, the implementation of an umbilical cable was defined with the purpose of assuring the supply of electrical power for the robot’s energy requirements, control signals and a mechanical link to avoid the possibility of getting stuck. Similarly, the robot's movement strategy was defined based on a high reliability mechanism, capable of overcoming the great tension resulting from the interaction of the long umbilical cable with the inside of the pipe. In this work, the mechanical design is performed to implement a robot capable of overcoming big cable tensions with small components, integrating commercial components and others custom made. A solution was implemented to convert the electric power received through the cable to the mechanical power in the form required by the displacement mechanism. For this, a detailed engineering design is presented that integrates a high performance electric motor, a two-stage planetary gear transmission for high reduction ratio, a power split transmission driven by disc clutches and a mechanical power distribution stage required by the mechanism responsible for the displacement. / La producción de petróleo offshore presenta grandes desafíos por las condiciones en que se lleva a cabo, actualmente es posible darle solución con la ayuda de la robótica, la mecánica de precisión y la automatización. El presente trabajo es parte de una solución al problema de la desobstrucción en una tubería de petróleo submarina de pequeño diámetro y largo tendido mediante el diseño y la construcción de un robot capaz de trasladarse por el interior de la misma. En base al estudio previo de un grupo interdisciplinario se definió la implementación de un cable umbilical con el propósito de asegurar el suministro de potencia eléctrica para los requerimientos de energía de robot, el enlace de señales destinadas al control y un vínculo mecánico para proveer seguridad ante un eventual desperfecto. Similarmente se definió la estrategia de movimiento del robot en base a un mecanismo de alta confiabilidad, capaz de vencer una gran tensión producto de la interacción del largo cable umbilical con el interior de la tubería. En este trabajo se realiza el diseño mecánico para implementar un robot capaz de realizar grandes esfuerzos con componentes de tamaño reducido, integrando componentes comerciales y otros hechos a medida. Para ello, se implementó una solución para convertir la potencia eléctrica recibida a través del cable a la potencia mecánica en la forma requerida por el mecanismo que da lugar al movimiento. Para dicha solución se presenta un diseño detallado que integra un motor eléctrico de alto desempeño, una transmisión planetaria reductora de dos etapas, una transmisión inversora accionada por embragues de discos y una etapa de distribución de potencia mecánica requerida por el mecanismo responsable del movimiento.

Offshore oil production presents major challenges due to extreme environmental conditions. With present state of the art robotics, precision mechanics and automation it is now possible to provide solutions to those working conditions. The present work is part of a solution to the problem of the unblocking a subsea oil pipeline of small diameter and extensive length by designing and manufacturing a robot capable of moving inside the pipeline. Based on the previous study of an interdisciplinary group, the implementation of an umbilical cable was defined with the purpose of assuring the supply of electrical power for the robot’s energy requirements, control signals and a mechanical link to avoid the possibility of getting stuck. Similarly, the robot's movement strategy was defined based on a high reliability mechanism, capable of overcoming the great tension resulting from the interaction of the long umbilical cable with the inside of the pipe. In this work, the mechanical design is performed to implement a robot capable of overcoming big cable tensions with small components, integrating commercial components and others custom made. A solution was implemented to convert the electric power received through the cable to the mechanical power in the form required by the displacement mechanism. For this, a detailed engineering design is presented that integrates a high performance electric motor, a two-stage planetary gear transmission for high reduction ratio, a power split transmission driven by disc clutches and a mechanical power distribution stage required by the mechanism responsible for the displacement. / La producción de petróleo offshore presenta grandes desafíos por las condiciones en que se lleva a cabo, actualmente es posible darle solución con la ayuda de la robótica, la mecánica de precisión y la automatización. El presente trabajo es parte de una solución al problema de la desobstrucción en una tubería de petróleo submarina de pequeño diámetro y largo tendido mediante el diseño y la construcción de un robot capaz de trasladarse por el interior de la misma. En base al estudio previo de un grupo interdisciplinario se definió la implementación de un cable umbilical con el propósito de asegurar el suministro de potencia eléctrica para los requerimientos de energía de robot, el enlace de señales destinadas al control y un vínculo mecánico para proveer seguridad ante un eventual desperfecto. Similarmente se definió la estrategia de movimiento del robot en base a un mecanismo de alta confiabilidad, capaz de vencer una gran tensión producto de la interacción del largo cable umbilical con el interior de la tubería. En este trabajo se realiza el diseño mecánico para implementar un robot capaz de realizar grandes esfuerzos con componentes de tamaño reducido, integrando componentes comerciales y otros hechos a medida. Para ello, se implementó una solución para convertir la potencia eléctrica recibida a través del cable a la potencia mecánica en la forma requerida por el mecanismo que da lugar al movimiento. Para dicha solución se presenta un diseño detallado que integra un motor eléctrico de alto desempeño, una transmisión planetaria reductora de dos etapas, una transmisión inversora accionada por embragues de discos y una etapa de distribución de potencia mecánica requerida por el mecanismo responsable del movimiento.

The number of flights have increased by 80% between 1990 and 2014, and the demand for air travel continues to increase. Even though the aviation sector contributes to economical and social benefits, it still affects the climate change [1]. A first step to minimize the environmental impact is to develop more electric aircraft (MEA), where the idea is to maximize the use of electricity and improve the overall energy effciency [2]. In most of today's aircraft, large mechanical transmission shafts with a lot of components are driven by central power units, termed centralized drive systems. By the use of electromechanical actuators (EMAs), a distributed drive systems can be used instead, which increases functionality, reduces mass, maintenance and energy consumption, as well as improves manufacturing and assembly [3].  When designing electromechanical actuators, one must take into account a lot of parameters that affect each other in various ways. It is often a time-consuming job to find the most optimal choice of architecture. Parameters such as temperature, load, lifetime and effciency to mention a few. This master thesis offers a new analytical tool for EMAs of primary and secondary flight control systems for Saab Avionics Systems. The aim of the analytical tool is to characterize the parts of the system and identify important parameters in order to find the most optimal choice of architecture. The tool focus on the main mechanical components such as the three-phase synchronous permanent magnet motor, power-off brake, two-stage planetary gearbox and ball screw. The tool developed in this project generates an initial design of the EMA with optimized dimensions in order to minimize both mass and energy consumption. It functions by identifying three main groups of parameters: The input parameters: fixed values defined by the customer demands The design parameters: variables that the user can change to find the optimal choice of architecture The output parameters: resulting values of either performance or dimensions By defining few design parameters for each component, and implementing multidisciplinary design optimization (MDO), the analytical tool can find an optimized solution for each specific project in a time-efficient way. The final values of the parameters characterize the performance of the EMA.

This thesis deals with the design of a spark-ignition internal combustion engine with extended expansion. It explains the principle of extended expansion using the Atkinson or Miller cycle and the possibilities of achieving it. In addition, a design study and engine cycle is carried out. Subsequently, the course of the kinematic quantities and forces in the mechanism is determined. At the end, the strength analysis of the connecting rod of the designed mechanism is performed.

This diploma thesis deals with projection and general design of rotary indexing table for dedicated machine tools. The major attention is given to substitution of hydraulic drive table by table driven by servomotor, namely double axis its positions in vertical and horizontal directions. The total configuration of rotary table is solved as a construction kit, user can used any servomotor and additive gearbox. The work is concentrated to the optimization of table construction for this new designed conception. The positioning and fixing of table plate is solved by couple of Hirth couplings with central hydraulic motor. The computational part of work includes calculations of dynamic of rotary motion of the table and hydraulic system. All important screw connection, gear wheels and Hirth couplings were verified by calculations. Also working lifetime of bearings and strength deformation of major constructional sections of rotary table verification were controlled. Inherent part of work is security analysis, economics analysis, patent search and analysis of construction identity. Presented work contains three-dimensional model, drawing documentation of both variants of configurations and production drawing of major section parts of rotary table.

Mechatronics is a rapidly growing field that combines elements of mechanical, electrical, and software engineering to design and develop intelligent systems. One area where mechatronics still has the potential to have a significant impact is personal appliances and aids for people with disabilities, which this report aims to explore. This bachelor thesis focuses on the design and development of a mechatronic lid opener. The main objective of this project is to explore the feasibility of creating a functional prototype that can automatically open jar lids with minimal user intervention. A secondary objective is to explore the market potential for such a product. In order to achieve the main objective, a prototype was designed, constructed, and tested. Further, a brief supplementing market analysis was conducted. The result showed that the construction was durable enough to withstand the pressure it put on the jar, and the function of the planetary gearing works as intended. Although, from the tests, it is concluded that the prototype’s functionality is not developed enough to reach the goal. This is derived from the limitations of construction on the gripping arms and lack of inertia leading to premature rotation. The result also showed that the market for automated or motorized home appliances is small, with identified target groups generally having low purchasing power. Low effort is recognized to achieve what this project aimed to do, which is why future studies from this project are of high interest. / Mekatronik är ett snabbt växande område som kombinerar element av mekanik, elektronik och mjukvaruteknik för att designa och utveckla intelligenta system. Ett område där mekatronik fortfarande har potential att ha en betydande inverkan är personliga applikationer och hjälpmedel förpersoner med funktionsvariation, som denna rapport syftar till att utforska. Denna kandidatuppsats fokuserar på design och utveckling av en mekatronisk burköppnare. Huvudsyftet med detta projekt är att utforska möjligheten att skapa en funktionell prototyp som automatiskt kan öppna burklock med minimalt krav på inverkar från användaren. Ett sekundärt mål är att utforska marknadspotentialen för en sådan produkt. För att uppnå detta huvudsyfte designades, konstruerades och testades en prototyp. Vidare genomfördes en kort kompletterande marknadsanalys. Resultatet visade att konstruktionen var tillräckligt tålig för att klara trycket den satte på burken och planetväxelns funktion fungerar som planerat. Däremot dras slutsaten utifrån testerna att prototypens funktionalitet inte är tillräckligt utvecklad för att nå målet. Detta härrör från begränsningarna av konstruktionen av griparmarna och bristen på tröghet som leder till för tidig rotation. Resultatet visade också att marknaden för automatiserade eller motoriserade hushållsapparater är liten, där identifierade målgrupper generellt har låg köpkraft. Liten ansträngning anses nödvändigt för att uppnå vad detta projekt syftade till, varför framtida studier från detta projekt är av stort intresse.

Planetengetriebe zeichnen sich aufgrund der Leistungsverzweigung durch eine hohe Leistungsdichte und kompakte Bauweise bei koaxialer Drehmomentweiterführung aus. Ihre Anwendung überspannt verschiedene Einsatzgebiete, so zum Beispiel hochpräzise Roboterantriebe, Leistungsindustriegetriebe, Windenergieanlagen sowie sicherheitsrelevante mechatronische Module im Antriebsstrang der Luft- und Raumfahrttechnik. Eine sichere Berechnungsgrundlage ist deshalb zur Prozesssicherheit, Wettbewerbsfähigkeit und Ressourcenschonung von hoher Bedeutung. Planetenräder, welche direkt auf dem Planetenbolzen gelagert sind, können als Zahnkranz ausgeführt werden. In Abhängigkeit von Kranzdicke und -durchmesser ändert sich die Kranzelastizität und damit verbunden auch die Zahnfußbeanspruchung. Folglich können Zahnkränze nicht zwangsläufig mit den gleichen Vorschriften wie Vollräder berechnet werden. In einigen internationalen und nationalen Arbeiten sind schon theoretische Grundlagenuntersuchungen zur Beanspruchungscharakteristik elastischer Außenverzahnungen durchgeführt worden. Unter Umständen kann es zu einer Verlagerung des Zugspannungsmaximums in einen Bereich außerhalb des betrachteten Zahneingriffs kommen. Die Betrachtungen zur Zahnfußbeanspruchung können also nicht auf die Lastzähne beschränkt bleiben, sondern müssen analog zur Innenverzahnung mit elastischem Kranz am gesamten Umfang betrachtet werden. Der als Zahnkranz ausgeführte Planet erfährt neben den Belastungen durch die Zahnkräfte auch Zwänge durch Umgebungsgeometrie und Drehbewegung. Die Anteile der einzelnen Einflüsse aus Kraft- und Momenteneinleitungen an den Lastzähnen, der Lastreaktionen aus der Lagerung sowie Lasteinleitungen durch Fliehkräfte sind stark abhängig von der Elastizität des Kranzes und der Getriebekinematik. Ziel der theoretischen Untersuchungen der vorliegenden Arbeit ist die Erstellung eines detaillierten, analytischen und geschlossen lösbaren Berechnungsganges bezüglich der Zahnfußtragfähigkeit. Des Weiteren wird eine Berechnungsmethode, basierend auf numerisch ermittelten Kerbspannungen, entwickelt. Mittels ausgewählter experimenteller Untersuchungen durch Dauerfestigkeitsversuche und quasistatische Messversuche mit Dehnungsmessstreifen in der Zahnfußausrundung soll der ermittelte Berechnungsgang praxisnah überprüft werden.:Formelzeichenverzeichnis XI 1. Einleitung und Problemstellung 1 2. Stand des Wissens 3 2.1. Grundlagen zu Zahnradgetrieben 3 2.1.1. Historischer Abriss 3 2.1.2. Typische Verzahnungsschäden im Betrieb 5 2.1.3. Historische Entwicklung der Berechnung der Zahnfußtragfähigkeit 9 2.2. Normative Berechnungsverfahren zur Zahnfußtragfähigkeit von außenverzahnten Stirnradgetrieben 12 2.3. Historie des Forschungsstandes zu elastischen Verzahnungen 14 3. Analyse des Systems elastisches Planetenrad 21 3.1. Belastung und Beanspruchung im Zahnfuß 21 3.2. Planetenlagerreaktion 23 3.3. Fliehkrafteinfluss 26 4. Entwicklung eines angepassten Tragfähigkeitsnachweises 31 4.1. Beanspruchungsermittlung unter Nutzung numerischer Methoden 31 4.1.1. Beschreibung der Zahngeometrie 32 4.1.2. Lasten und Randbedingungen 43 4.1.3. Besondere Anforderungen an das FE-Modell 46 4.1.4. Sensitivitätsanalyse 47 4.1.5. Auswertung der ermittelten Beanspruchungen 49 4.1.6. Berechnung der Doppelamplituden und Mittelspannung der Zahnfußbeanspruchung 51 4.2. Beanspruchungsermittlung unter Nutzung analytischer Methoden 51 4.2.1. Bestimmung der Zahnbiegenennspannung 52 4.2.2. Bestimmung der Kranznennspannung infolge der angreifenden Zahnkräfte 52 4.2.3. Bestimmung der Kranznennspannung infolge der Fliehkräfte 57 4.2.4. Lösung der statisch unbestimmten Größen 59 4.2.5. Analytische Berechnung der Ringdeformation 62 4.2.6. Ermittlung des versteifenden Einflusses der Verzahnung 63 4.2.7. Spannungskorrekturfaktoren 64 4.2.8. Berechnung der Doppelamplitude und Mittelspannung der Zahnfußbeanspruchung 67 4.3. Beanspruchbarkeitsermittlung 71 4.3.1. Ermittlung der Dauerfestigkeit bei allgemein wechselnder Beanspruchung 71 4.3.2. Ermittlung der zulässigen Zahnfußspannung 73 4.4. Berechnung der Tragfähigkeit 74 4.4.1. Grenzen und Einschränkungen 75 4.4.2. Lokaler Nachweis 75 4.4.3. Nennspannungsnachweis 76 5. Methodenträger 79 6. Experimentelle Untersuchungen 83 6.1. Versuche zur lokalen Zahnfußbeanspruchung 83 6.1.1. Prüfstandsaufbau 83 6.1.2. Versuchsdurchführung 87 6.1.3. Auswertung der Messergebnisse 90 6.1.4. Vergleich mit FE-Resultaten 96 6.2. Versuche zur Tragfähigkeitsberechnung 99 6.2.1. Prüfstandsaufbau 99 6.2.2. Angewandte Verfahren zur Durchführung und Auswertung der Ermüdungsversuche 103 6.2.3. Ermittlung von grundlegenden Versuchsparametern 103 6.2.4. Versuchsdurchführung und Dokumentation 105 6.2.5. Auswertung der Versuchsergebnisse 108 7. Zusammenfassung und Ausblick 117 Abbildungsverzeichnis 121 Tabellenverzeichnis 124 Literaturverzeichnis 127 A. Anhang 135 A.1. Berechnungsbeispiel erweiterte Zahnfußtragfähigkeitsberechnung 137 A.2. Alternative Berechnung der Schnittreaktionen für die Lagerreaktion als Einzellasten 149 A.3. Gleichungen zur analytischen Berechnung der Kranzdeformation 151 A.4. Unterlagen quasistatischer Planetengetriebeprüfstand 155 A.4.1. Verzahnungsdaten Prüfstand 155 A.4.2. Datenblatt DMS-Ketten Zahnfuß 156 A.4.3. Konturscans Zahnlücke 157 A.4.4. Zusammenbauzeichnung Prüfstand 161 A.4.5. Zeichnungen Planetenräder 162 A.5. Unterlagen Zwischenradprüfstand 171 A.5.1. Verzahnungsdaten Prüfstand 171 A.5.2. Konturscans Zahnlücke 172 A.5.3. Versuchsdaten 174 A.5.4. Ermittlung der Werkstoffkennwerte 181 A.5.5. Werkstoffuntersuchungen 182 A.5.6. Zusammenbauzeichnung Prüfstand 186 A.5.7. Schnittdarstellung Prüfgetriebe 187 A.5.8. Schnittdarstellung Rückgetriebe 188 A.5.9. Zeichnungen Prüfritzel 189 A.5.10. Zeichnungen Gegenräder 193 / Due to the power split, planetary gearboxes are characterised by a high power density and compact design at coaxial torque transmission. Their application ranges across various fields of use, such as high-precision robot drives, industrial gearboxes, wind turbines, and safetyrelevant mechatronic modules in the drive trains of aerospace systems. A reliable calculation method is therefore of great importance for process reliability, competitiveness and resource efficiency. Planet gears that are beared directly on the planet carrier pin can be designed as a gear rim. Depending on the rim thickness and diameter, the rim elasticity and the tooth root stress changes. Therefore, rims cannot be calculated with the same standards as solid gears. Theoretical research on the stress characteristics of elastic external gears has already been conducted in several international and national papers. Under certain circumstances, a shift of the tensile stress maximum to a region outside the considered tooth meshing is possible. The evaluation of the tooth root stress can therefore not be limited to the loaded teeth but must be expanded to the entire circumference analogous to the internal gearing with elastic rim. The planet designed as a gear rim experiences constraints due to surrounding geometry and rotational movement in addition to the tooth loads. The proportions of the individual influences from force and moment inputs at the load teeth, the load reactions from the bearing as well as load inputs through centrifugal forces are strongly dependent on the elasticity of the ring and the kinematics of the gear. The purpose of the theoretical investigations of the thesis at hand is the creation of a detailed, analytical and closed solvable calculation procedure regarding the tooth root loadcarrying capacity. Furthermore, a calculation method based on numerically determined tooth root stresses is developed. By means of selected experimental investigations through fatigue strength tests and quasi-static measurement tests with strain gauges in the tooth root fillet, the determined calculation procedure is to be verified in a practically oriented manner.:Formelzeichenverzeichnis XI 1. Einleitung und Problemstellung 1 2. Stand des Wissens 3 2.1. Grundlagen zu Zahnradgetrieben 3 2.1.1. Historischer Abriss 3 2.1.2. Typische Verzahnungsschäden im Betrieb 5 2.1.3. Historische Entwicklung der Berechnung der Zahnfußtragfähigkeit 9 2.2. Normative Berechnungsverfahren zur Zahnfußtragfähigkeit von außenverzahnten Stirnradgetrieben 12 2.3. Historie des Forschungsstandes zu elastischen Verzahnungen 14 3. Analyse des Systems elastisches Planetenrad 21 3.1. Belastung und Beanspruchung im Zahnfuß 21 3.2. Planetenlagerreaktion 23 3.3. Fliehkrafteinfluss 26 4. Entwicklung eines angepassten Tragfähigkeitsnachweises 31 4.1. Beanspruchungsermittlung unter Nutzung numerischer Methoden 31 4.1.1. Beschreibung der Zahngeometrie 32 4.1.2. Lasten und Randbedingungen 43 4.1.3. Besondere Anforderungen an das FE-Modell 46 4.1.4. Sensitivitätsanalyse 47 4.1.5. Auswertung der ermittelten Beanspruchungen 49 4.1.6. Berechnung der Doppelamplituden und Mittelspannung der Zahnfußbeanspruchung 51 4.2. Beanspruchungsermittlung unter Nutzung analytischer Methoden 51 4.2.1. Bestimmung der Zahnbiegenennspannung 52 4.2.2. Bestimmung der Kranznennspannung infolge der angreifenden Zahnkräfte 52 4.2.3. Bestimmung der Kranznennspannung infolge der Fliehkräfte 57 4.2.4. Lösung der statisch unbestimmten Größen 59 4.2.5. Analytische Berechnung der Ringdeformation 62 4.2.6. Ermittlung des versteifenden Einflusses der Verzahnung 63 4.2.7. Spannungskorrekturfaktoren 64 4.2.8. Berechnung der Doppelamplitude und Mittelspannung der Zahnfußbeanspruchung 67 4.3. Beanspruchbarkeitsermittlung 71 4.3.1. Ermittlung der Dauerfestigkeit bei allgemein wechselnder Beanspruchung 71 4.3.2. Ermittlung der zulässigen Zahnfußspannung 73 4.4. Berechnung der Tragfähigkeit 74 4.4.1. Grenzen und Einschränkungen 75 4.4.2. Lokaler Nachweis 75 4.4.3. Nennspannungsnachweis 76 5. Methodenträger 79 6. Experimentelle Untersuchungen 83 6.1. Versuche zur lokalen Zahnfußbeanspruchung 83 6.1.1. Prüfstandsaufbau 83 6.1.2. Versuchsdurchführung 87 6.1.3. Auswertung der Messergebnisse 90 6.1.4. Vergleich mit FE-Resultaten 96 6.2. Versuche zur Tragfähigkeitsberechnung 99 6.2.1. Prüfstandsaufbau 99 6.2.2. Angewandte Verfahren zur Durchführung und Auswertung der Ermüdungsversuche 103 6.2.3. Ermittlung von grundlegenden Versuchsparametern 103 6.2.4. Versuchsdurchführung und Dokumentation 105 6.2.5. Auswertung der Versuchsergebnisse 108 7. Zusammenfassung und Ausblick 117 Abbildungsverzeichnis 121 Tabellenverzeichnis 124 Literaturverzeichnis 127 A. Anhang 135 A.1. Berechnungsbeispiel erweiterte Zahnfußtragfähigkeitsberechnung 137 A.2. Alternative Berechnung der Schnittreaktionen für die Lagerreaktion als Einzellasten 149 A.3. Gleichungen zur analytischen Berechnung der Kranzdeformation 151 A.4. Unterlagen quasistatischer Planetengetriebeprüfstand 155 A.4.1. Verzahnungsdaten Prüfstand 155 A.4.2. Datenblatt DMS-Ketten Zahnfuß 156 A.4.3. Konturscans Zahnlücke 157 A.4.4. Zusammenbauzeichnung Prüfstand 161 A.4.5. Zeichnungen Planetenräder 162 A.5. Unterlagen Zwischenradprüfstand 171 A.5.1. Verzahnungsdaten Prüfstand 171 A.5.2. Konturscans Zahnlücke 172 A.5.3. Versuchsdaten 174 A.5.4. Ermittlung der Werkstoffkennwerte 181 A.5.5. Werkstoffuntersuchungen 182 A.5.6. Zusammenbauzeichnung Prüfstand 186 A.5.7. Schnittdarstellung Prüfgetriebe 187 A.5.8. Schnittdarstellung Rückgetriebe 188 A.5.9. Zeichnungen Prüfritzel 189 A.5.10. Zeichnungen Gegenräder 193

This thesis focuses on different methods to analyze power transmission systems with computer software to aid in detection of faulty or damaged systems. It is split into three sections. The first section involves utilizing finite element software to analyze gear stiffness and stresses. A quasi-static and dynamic analysis are done on two sets of fixed axis spur gears and a planetary gear system using ABAQUS to analyze the stress, strain and gear mesh stiffness variation. In the second section, the vibrational patterns produced by a simple bevel gear system are investigated by an experiment and by dynamic modeling in ADAMS. Using a Fast Fourier Transform (FFT) on the dynamic contact forces, a comprehensive frequency-domain analysis will reveal unique vibration spectra at distinct frequencies around the gear mesh frequencies, their super- and sub- harmonics, and their side-band modulations. ADAMS simulation results are then compared with the experimental results. Constraints, bearing resistant torques, and other key parameters are applied as closely as possible to real operating conditions. The third section looks closely at the dynamic contact forces of a practical two-stage planetary gear. Using the same FFT approach in the second section, a frequency-domain analysis will reveal distinct frequencies around both the first-stage and the second-stage gear mesh frequencies, and their harmonics. In addition, joint time-frequency analysis (JTFA) will be applied to damaged and undamaged planetary gear systems with transient start-up conditions to observe how the frequency contents of the contact force evolve over time.

The objective of this thesis work was to develop a method to detect early damage on small planetary gear sets that are installed in Atlas Copco nutrunners. The project has gone through several stages of product development, from idea to working product and signal analysis. Currently, Atlas Copco have a test rig for testing these planetary gears, this rig has been proven to be insufficient at detecting faults during an ongoing test. A new tailored test rig was therefore designed and manufactured. Low noise and low amount of vibration was of interest when designing the rig. Four concepts was thought of and evaluated through simulations using Matlab and Simulink. Most of the components of the rig were manufactured in the workshop at Atlas Copco in Nacka. Methods fo rmeasuring torsional, transverse and acoustic vibration was implemented and analyzed. There are many different parameters considering fault of fixed shaft gears. However, these are not easily applicable on a planetary gear because of the nature of its design. Therefore, special techniques are required. Two “new” parameters were tested (NSDS,FRMS [Lei. et al.]) with positive results. Pitting of individual gear members could befound.

Moderne Kraftfahrzeuge werden mit einer Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen ausgestattet um die Sicherheit, die Traktion, die Energieeffzienz, die Agilität und den Komfort noch weiter zu verbessern. Diese Ziele können zu einem Großteil mit einer aktiven Drehmomentverteilung, auch Torque Vectoring genannt, erreicht werden. Dafür sind jedoch Getriebesysteme erforderlich, welche unabhängig vom Fahrzustand und vom Antriebsmoment eine nahezu beliebige Drehmomentverteilung ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst Grundlagen zu Getriebesystemen, insbesondere zu Planetengetrieben, und zur Fahrzeugdynamik erläutert. Anschließend wird der Stand der Technik anhand einer Systematik zur Einteilung von aktiven Differenzialgetrieben dargelegt sowie einige Vor- und Nachteile aufgezeigt. Das folgende Kapitel stellt ein Verfahren zur Ermittlung der mechanischen Belastung des aktiven Differenzialgetriebes für beliebige Fahrzeuge und Strecken vor. Damit erfolgt eine Bewertung der bisher bekannten Systeme hinsichtlich Gesamtwirkungsgrad, konstruktiver Aufwand und regelungstechnische Eigenschaften. Im Anschluss wird ein Verfahren zur rechnergestützten Synthese neuer Getriebesysteme beschrieben. Abschließend werden die positiven Auswirkungen der aktiven Drehmomentverteilung auf die Fahrdynamik herausgestellt. Das Ergebnis der Arbeit zeigt drei neue Getriebestrukturen, welche anhand der deffinierten Vergleichskriterien besser sind als alle bekannten Systeme. / Actual passenger cars are equipped with a lot of driver assistant systems to increase safety, traction, efficiency, agility and comfort. These aims can be achieved by a controlled transmission of the engine torque to each driven wheel (active torque distribution, Torque Vectoring). Therefore special gear systems are necessary. In this document firstly the basics on gear systems (planetary gears) and vehicle dynamics are explained. Furthermore the state of the art is shown based on a classification of active differentials and the advantages and disadvantages are envinced. The next chapter describes a method for determining the mechanic load of the active differential for any car and road track. This is used for an evaluation of every differential gear system in view of efficiency, mechanic effort and control properties. The result reveals significant differences between the gear structures. Subsequent a method for a computer synthesis of new gear systems is developped and applied to the demands of a front driven vehicle application. The last chapter points out the positive effects of an active torque distribution on the driving dynamics. As a result of this work three new gear structures are shown which are much better than all existing gear systems in terms of the evaluation properties.