Master's Thesis

Computational modeling of oil behavior in a gearbox

Final Thesis 5.81 MB

Author of thesis: Bc. Róbert Silvester

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Radka Janečková

Reviewer: Ing. Václav Otipka, Ph.D.

Abstract:

Splash lubrication enables the distribution of oil inside a gearbox through the rotation of a
partially immersed gear without the need for an external pump. This thesis focuses on the
numerical modelling of the oil fill in transmission systems using the meshless MPS (Moving
Particle Simulation) method within the Particleworks® software environment. Attention is
given to the principles of the MPS method and its application in simulating the distribution of
lubricating oil in an experimental gearbox. Based on the simulation results, an experimental
device was designed for measuring the oil flow discharged from the gearbox by splash
lubrication. The proposed solution considers the requirements of the experimental setup and
establishes the foundation for future validation of numerical models through experimental
measurements.

Keywords:

CFD, MPS, Particleworks®, oil distribution, splash lubrication, gearbox, meshless methods, sensitivity analysis, flow meter, particle-based methods, experimental device

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student prezentoval zkušební komisi svou závěrečnou práci a zodpověděl otázky oponenta. Otázky oponenta: 1) Co bylo rozhodujícím kritériem pro volbu velikosti částic kromě časové náročnosti výpočtu? Je zvolená velikost částice již prokazatelně vhodná pro danou analýzu? Hodnocení: Zodpovězeno 2) Jak byste konkrétně postupoval v případě neshody výsledků získaných ze simulací a provedeného experimentu? Hodnocení: Zodpovězeno Následně odpovídal na otázky členů zkušební komise: 1) Vznikala diplomová práce ve spolupráci s průmyslovým parnterem? Hodnocení: Zodpovězeno 2) Byla provedena citlivostní analýza výpočtu? Hodnocení: Zodpovězeno 3) Vysvětlete podstatu použité metody, která byla použita při modelování. Hodnocení: Zodpovězeno 4) Uvažoval jste jiné varianty náustku na měřicí stěně? Hodnocení: Zodpovězeno 5) Jaký byl použitý HW pro výpočet? Hodnocení: Zodpovězeno 6) Jak byste vyráběl Vámi navrženou měřicí stěnu? Hodnocení: Zodpovězeno 7) Jaké informace byly získané rešerší? Hodnocení: Zodpovězeno 8) Jakým způsobem vznikal konstrukční návrh měřicí stěny? Hodnocení: Zodpovězeno 9) Proč jste řešil pouze skříň s jediným ozubeným kolem když většina prací řeší záběr ozubeného soukolí? Hodnocení: Zodpovězeno 10) Jakým způsobem se na popisovaném testovacím stavu mění ozubené kolo? Hodnocení: Zodpovězeno 11) Proč je ozubené kolo umístněno asymetricky? Hodnocení: Zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automotive and Material Handling Engineering (N-ADI-P)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Porteš, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. František Bauer, CSc. (místopředseda)
Ing. František Zapletal, Dr. (člen)
Ing. Lukáš Šopík (člen)
doc. Ing. Zdeněk Kaplan, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Radka Janečková

Diplomová práce pana Silvestra se zabývá výpočtovým modelováním olejové náplně v převodovém ústrojí pomocí metody MPS (Moving Particle Simulation). Práce obsahuje rešeršní část o délce 22 stran a praktickou o délce 28 stran.
Student během zpracování diplomové práce pravidelně konzultoval zejména praktickou část řešení. V průběhu práce splnil všechny požadované úkoly a nad rámec zadání vypracoval také komplexní návrh měřicího zařízení určeného pro budoucí validaci výpočtového modelu. Na druhou stranu je patrné, že závěrečnému zpracování textové části nebyla věnována dostatečná časová rezerva.
Rešeršní část je zpracována přehledně, logicky navazuje na cíle práce a poskytuje potřebný teoretický základ pro řešení praktické části. V textu se však objevují opakující se informace a místy také formulační nedostatky, které snižují jeho čtivost.
V práci byla využita metoda MPS pro simulaci proudění olejové náplně v převodovém ústrojí. Součástí řešení bylo vytvoření simulačního modelu, analýza získaných výsledků a návrh experimentálního zařízení pro budoucí validaci. Za významný vlastní přínos lze považovat zejména návrh měřicího zařízení, který přesahuje původní rozsah zadání.
Formální úroveň práce vykazuje řadu nedostatků. V textu se objevují stylisticky neobratné formulace, gramatické chyby, nepřesnosti v odborné terminologii a místy také tvrzení, která nejsou dostatečně podložena citovanými zdroji. Praktická část navíc obsahuje příliš podrobné popisy práce v softwarovém prostředí, které zbytečně rozšiřují rozsah textu bez významnější přidané odborné hodnoty.
Předložená diplomová práce splňuje požadavky kladené na tento typ závěrečných prací a naplňuje stanovené cíle. Odborná úroveň praktické části a rozsah realizovaných aktivit jsou na dobré úrovni, přičemž pozitivně hodnotím zejména návrh měřicího zařízení pro budoucí validaci modelu. Výsledný dojem však snižuje nedostatečně dotažené textové zpracování, ve kterém se vyskytují stylistické, gramatické i odborné nepřesnosti. Přes uvedené výhrady doporučuji práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Václav Otipka, Ph.D.

Student Robert Silvester zpracoval diplomovou práci týkající se simulací proudění olejové náplně na zjednodušeném, experimentálním modelu převodového ústrojí. Prováděné citlivostní analýzy si kladou za cíl nalézt vhodný provozní stav a geometrii převodovky, při které bude dosaženo dostatečného průtoku oleje skrze takzvanou měřicí stěnu.

Práce je zpracovaná ve slovenském jazyce, je vhodně uspořádaná. Takřka polovina rozsahu textové části diplomové práce obsahuje rešerši v dané oblasti a druhá část je pak věnována samotné tvůrčí činnosti.

V rešeršní části jsou uvedeny především možné numerické přístupy pro simulace proudění tekutin doplněné o jejich reálné využití v rámci vědeckých publikací z oblasti převodových ústrojí. Následující kapitola se krátce věnuje zkušebním zařízením pro převodová ústrojí. Zde bych vzhledem k zaměření práce preferoval obsáhlejší rozbor měřicí techniky a metod využitelných při experimentální analýze proudění kapalin.

Praktická část práce je věnována především simulacím proudění pomocí softwaru Particleworks, který je založen na principu bezsíťové MPS metody. Až příliš velká část textu je věnována popisu víceméně obecného pracovního postupu a ovládání softwaru. Zde bych úsilí využil kupříkladu k vyvození závěrů a doporučení pro nastavení analýz, jelikož získané výsledky simulací vždy závisí od těchto nastavení. Student se analýzou některých parametrů evidentně přímo zabýval (např. velikost částic, parametr slip condition, apod.), ale jednoznačná doporučení v širším kontextu zde uvedena nejsou. Na základě získaných výsledků v rámci prvního analyzovaného designu měřicí stěny student dále navrhl celkově 3 optimalizované geometrie. Výsledky jsou však v práci z nejasného důvodu uvedeny pouze pro 2 tyto varianty. Samotné zhodnocení dosažených výsledků simulací lze považovat za adekvátní.

Oceňuji, že se v závěrečné části práce student věnuje návrhu zařízení pro měření průtoku měřicí stěnou, využitelného pro monitorování ustálených stavů při experimentální validaci výsledků získaných z předešlých analýz. Zařízení se jeví pro dané účely jako vhodně navržené a jeho návrh byl proveden nad rámec cílů práce.

Z grafického hlediska diplomová práce působí dobře, z pohledu stylistiky má práce rezervy. Je také třeba zmínit, že se v práci občas vyskytují nepřesná tvrzení, chyby v rámci formátování, nekonzistentní uvádění fyzikálních jednotek, nekompletní seznam symbolů a zkratek, překlepy apod. Ocenil bych také lepší provázanost obrázků spolu s textem práce.

Při vytváření diplomové práce použil student především zahraniční zdroje, většina z nich je pro daný typ práce vhodných, jsou zde zastoupeny i odborné články. V rámci citování a práce s literaturou mám však k práci nejzásadnější výtky. Za nepodstatné chyby lze považovat například v rámci práce se opakující shodné zdroje (č. 19 a 29) či nepoužití uvedených zdrojů (č. 5). Závažným pochybením je však doslovné přebírání, přímé citování některých skutečností, a to zcela bez uvedení zdrojů (např. texty str.15, tabulka 1, tabulka 2). V rámci některých přejatých skutečností byly alespoň částečně uvedeny zdroje (např. str. 23, 59, 60), avšak musí být jasné, že se jedná o přímou citaci a text rozlišit například kurzivou. Student využil v rámci své práce metod AI pro jazykovou korekturu a překlady cizojazyčné literatury bez přímého využití výstupů do své práce. Vzhledem k výše uvedenému toto tvrzení způsobuje jisté pochybnosti.

Cíle práce považuji za převážně splněné, ačkoliv v rešeršní části postrádám hlubší rozbor funkčních prvků převodových ústrojí pro distribuci oleje, což je součástí jednoho z cílů práce.

Práci i přes výše uvedené nedostatky doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením „D“.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii D
Logické uspořádání práce a formální náležitosti E
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací E
Topics for thesis defence:
  1. Co bylo rozhodujícím kritériem pro volbu velikosti částic kromě časové náročnosti výpočtu? Je zvolená velikost částice již prokazatelně vhodná pro danou analýzu?
  2. Jak byste konkrétně postupoval v případě neshody výsledků získaných ze simulací a provedeného experimentu?

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová