The topic of this thesis is the designing of two load bearing surfaces in a modern high-speed steam expander. One of the surfaces is a synchronizing gear structure and the other a conical surface. The goal besides the design is to calculate the contact pressure these surfaces experience during operation. This is achieved by using a machine element design software called KISSsoft for the gear’s more complex geometry. The design process for the conical surfaces is based on analytical calculations that utilizes Hertzian contact theory and the contact pressures the designs amount to is investigated by the use of FEA. The designing process used for the surfaces with regards to placement and geometry resulted in two different concepts. The main difference between the two resulting concepts were how the surfaces were located relative to each other. The gear structure for both concepts were so-called spiral bevel gears, which are conical gears with spiral teeth. The conical surfaces of each concept utilizes crowing of one of the surfaces. The crowing was deemed as a necessary design detail and the magnitude of the crowning radius was used to control the resulting contact pressure. / Ämnet för denna avhandling är utformningen av två lastbärande ytor i en högvarvig modern ångmotor. En av ytorna är en synkroniserande kuggkonstruktion och den andra en konisk yta. Målet förutom utformningen är att beräkna det kontakttryck som dessa ytor upplever under drift. Detta uppnås genom att använda en mjukvara som är specialiserat på design av maskinelement som heter KISSsoft för kuggkonstruktionens mer komplexa geometri. Designprocessen för de koniska ytorna är baserad på analytiska beräkningar som använder Hertz kontaktteori och kontakttrycken i dessa ytor undersöks närmare med hjälp av FEA. Designprocessen som användes for placeringen av ytorna men också deras geometri resulterade i två vinnande koncept. Den största skillnaden mellan dessa koncept var hur ytorna är placerade relativt till varandra. Kuggkonstruktionen var för båda koncepten koniska kuggväxlar med spiralformade tänder. De koniska ytorna for båda koncepten använde bombering av en av ytorna. Bomberingen ansågs som ett nödvändigt detalj i utformningen and dess krökningsradie kunde användas för att kontrollera kontakttrycket mellan ytorna.

This thesis aims to investigate the coefficient of friction between steel on steel contacts with the addition of solid lubricants such as h-BN, WS2, MoS2 in powder form, in dry conditions and wet conditions. More specifically, the purpose is to enhance the sliding between the piston rings and cylinder block in a modern high temperature steam engine developed by RANOTOR. The friction test was carried out as a linear sliding test with determined loads and sliding speed. Hertzian contact theory was deployed to calculate contact pressure and shear stresses to make sure the contact was elastic, alternatively plastic. It was found that WS2 and  MoS2 lowered the coefficient of friction quite heavily in dry conditions, acting as a thin protective-lubricating film. h-BN performed rather poorly, increasing the coefficient of friction. In a water slurry, none of the powders managed to decrease the COF due to the particles not interacting with the surfaces.The solid lubricants tested should be further tested as coatings since they acted like it in dry conditions. / Denna rapport syftar till att undersöka friktionskoefficienten i stålkontakter med tillsats av fasta smörjmedel som  h-BN, WS2, MoS2 i pulverform, under torra och våta förhållanden. Mer specifikt är syftet att förbättra glidningen mellan kolvringarna och insidan av cylindern i en modern högtemperatur-ångmotor utvecklad av RANOTOR. Friktionstestet genomfördes som ett linjärt glidtest med bestämda belastningar och glidhastighet. Hertzian-kontaktteorin användes för att beräkna kontakttryck och skjuvspänningar för att säkerställa att kontakten var elastisk alternativt plastisk. Det visade sig att WS2och MoS2 kraftigt sänkte friktionskoefficienten under torra förhållanden genom att agera som en tunn skyddande-smörjfilm. h-BN presterade dåligt och ökade friktionskoefficienten. I vattenblandning lyckades inget av pulverna minska friktionskoefficienten eftersom partiklarna inte interagerade med ytorna. De testade fasta smörjmedlen bör vidare testas som beläggningar eftersom de fungerade som dessa under torra förhållanden.