Bachelor's Thesis

Optimization of the Planetary Gear Design for Formula Student

Final Thesis 4.37 MB

Author of thesis: Jiří Felgr

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Aleš Prokop, Ph.D.

Reviewer: Ing. Kamil Řehák, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis focuses on the comprehensive design of a planetary gearbox for the TU Brno Racing team’s ED7 single seater. Following an initial review of transmission mechanisms used in Formula Student, a load spectrum is defined based on the electric motor’s parameters. This serves as the starting point for a detailed macrogeometry design that takes into account the specified spatial requirements, manufacturing capabilities, and assembly conditions. This is seamlessly followed by the design of the microgeometry, utilizing sensitivity analysis to compare the effects of various profile modifications. The conclusion is devoted to component integration and areal mass optimization. The result is a highly compact and lightweight transmission system that maximizes the reduction of unsprung rotating mass while maintaining the required operational safety.

Keywords:

planetary gearbox, gear wheel, gear tooth microgeometry, optimization, Formula Student

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval zkušební komisi svou závěrečnou práci a zodpověděl otázky oponenta. Otázky oponenta: 1) Jak jste postupoval při stanovování silových účinků a okrajových podmínek při výkonu numerických pevnostních analýz? Uveďte na konkrétním příkladu. Hodnocení: Zodpovězeno. 2) Jakým způsobem by bylo možné experimentálně ověřit správnost navržené mikrogeometrie ozubení? Hodnocení: Zodpovězeno. Následně odpovídal na otázky členů zkušební komise: 1) Jak bude Váš návrh použit ve vozidle ED7? Hodnocení: Zodpovězeno. 2) Jak se dělí výkon na přední a zadní nápravu? Hodnocení: Zodpovězeno. 3) Proč je zadní náprava více zatížená? Hodnocení: Nezodpovězeno. 4) Čím je dáno přenesení hnací síly na vozovku? Hodnocení: Částečně zodpovězeno. 5) Jakou hmotnost má neodpružená hmota vozidla? Hodnocení: Zodpovězeno. 6) Kolik váží celé vozidlo? Hodnocení: Zodpovězeno. 7) Proč je maximum otáček jiné v práci a v prezentaci? Hodnocení: Zodpovězeno. 8) Na základě jakých údajů byl volen převodový poměr? Hodnocení: Zodpovězeno. 9) Byla kontrolována bezpečnost na dotyk? Bylo navrhováno tepelné zpracování materiálu? Hodnocení: Zodpovězeno. 10) Co vidíme na grafu na slidu č. 7 v prezentaci? Hodnocení: Zodpovězeno. 11) Když nevyužíváte celý rozsah výkonu motoru, proč nepoužít menší? Hodnocení: Zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Automotive Engineering

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Porteš, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Kaplan, CSc. (místopředseda)
Ing. Jan Fojtášek, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Hejtmánek, Ph.D. (člen)
Ing. Lubor Zháňal, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Aleš Prokop, Ph.D.

Bakalářská práce pana Felgra se zabývá návrhem ozubení stálého planetového převodu pohonu předních kol pro studentskou formuli, kde hlavním záměrem je optimalizace tohoto funkčního celku z pohledu kinematických i silových parametrů, jež budou uzpůsobeny vozidlu ED7. Student vycházel z předem dané koncepční zástavby planetového převodu a fyzických parametrů vozidla a elektromotoru. Pozitivně hodnotím logičnost volby jednotlivých kroků a osvojení softwaru KISSsoft, v němž byl návrh ozubení vyhotoven. Student pracoval průběžně a samostatně, konzultace byly využívány spíše zřídka. Oceňuji zejména jeho přístup při řešení konstrukčních kompromisů a schopnost reagovat na dílčí technické problémy vznikající během návrhu. Problematika optimalizace neodpružených rotačních hmot je vzhledem k aplikaci ve vozidle Formula Student velmi aktuální a pozitivně hodnotím i snahu o propojení pevnostních, výrobních a hmotnostních požadavků při návrhu převodového ústrojí. Jisté rezervy vidím v nedostatečně komplexním popisu dílčích výstupů práce, například interpretace grafů na obr. 18 - 21 a zhodnocení dopadu na další kroky.
Práce je psána čtivou formou bez výrazných pravopisných chyb či překlepů. Cíle byly splněny, práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Kamil Řehák, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá návrhem a optimalizací planetového převodu pohonu předních kol elektrické formule student ED7 týmu TU Brno Racing. Práci lze rozdělit na část rešeršní, obsaženou na 12 stranách a zahrnující základní informace o soutěži Formula Student, dále problematiku planetových převodů a principy návrhu ozubení včetně mikrogeometrických úprav. Výše zmíněné kapitoly jsou zpracovány v rozsahu odpovídajícím zaměření bakalářské práce.

Praktická část začíná stanovením zátěžového spektra na základě parametrů elektromotoru a provozních požadavků monopostu. Následuje návrh makrogeometrie převodu a detailní návrh ozubení pomocí softwaru KISSsoft, včetně posouzení mikrogeometrických úprav a jejich vlivu na výsledné parametry převodu. Pozitivně hodnotím logičnost volby jednotlivých kroků návrhu a snahu o propojení pevnostních, výrobních a zástavbových požadavků. Oceňuji rovněž realizaci citlivostní analýzy profilových modifikací a zohlednění problematiky neodpružených rotačních hmot, která je pro vozidla Formula Student velmi významná.

Za slabší považuji interpretaci některých dosažených výsledků. Chybí mi zejména hlubší odůvodnění zvolených finálních parametrů makrogeometrie v tab. 5, dále diskuse fyzikálních souvislostí ovlivňujících změny parametrů PPTE a detailnější zdůvodnění volby okrajových podmínek MKP analýz. V části věnované hmotnostní optimalizaci by bylo vhodné podrobněji prezentovat výchozí stav a detailněji diskutovat vliv jednotlivých konstrukčních úprav na výsledné parametry komponent.

Práce je psána čtivou formou, bez výrazných pravopisných chyb. Grafická úroveň práce je celkově dobrá, obrázky z výpočtových analýz by však mohly být zpracovány přehledněji a ve vyšší kvalitě. Použité informační zdroje odpovídají zaměření práce.

Cíle práce byly splněny, práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Jakým způsobem by bylo možné experimentálně ověřit správnost navržené mikrogeometrie ozubení?
  2. Jak jste postupoval při stanovování silových účinků a okrajových podmínek při výkonu numerických pevnostních analýz? Uveďte na konkrétním příkladu.

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová