SlideShare a Scribd company logo
1 of 38
Download to read offline
Design of an Intermediate Gearbox for the Trailing Edge 
Flaps in a High Lift System for the Airbus A350 
“Gearing up for Senior Capstone” 
 
Team #4 
Mech 310 
May 1, 2015 
Trent Hosokawa (Gear Analysis, Bearing Selection, Deflection Analysis) 
Joey Miyamoto (Shaft Analysis, 2D Drawings, Shear/Moment Diagrams) 
Sonja Feck (Shaft Analysis, 2D Drawings, Shaft CAD) 
Nina Lepp (Housing Design, CAD Assembly, FEA, Housing Analysis) 
Charlton Azuoma (Lubrication/Sealant Selection, Gasket Design, O­Ring  
Assembly) 
 
 
 
1 
ABSTRACT 
This report studies a gearbox used for the Airbus A350, specifically for the trailing edge 
flaps of a high lift system. The gearbox assembly is comprised of a sealed housing, an input and 
an output shaft, two spur gears, and four roller bearings. The gears within the assembly have a 
1:1 ratio and are used to simply change the direction of rotation.  Analysis was conducted to 
determine forces applied on the shaft from the spur gears as well as the reaction forces from the 
bearings. These forces were found using an operating speed of 650 rpm, an operating torque of 
1500 in­lb, a limit torque of 3500 in­lb and an ultimate torque of 5250 in­lb. The location of the 
critical stress point was identified to be at the shoulder of the shaft and analysis was conducted at 
this location, specifically in the keyway. Using Solidworks, these parts were designed and 
assembled as seen below in Figure 1. The gearbox design met all specified parameters, including 
requirements added throughout the design and analysis process. 
 
DESIGN REQUIREMENTS  
Through computational and theoretical analysis, the required parameters were determined 
and displayed below in Table 1. In this table, color­coding was used to specify the status of a 
requirement. Green shading is used for positive margins, yellow for margins near zero, and red 
for negative margins. All values in Table 1 are green, indicating that the values all have a 
positive margin which means all of the requirements were met. Some requirements had to be met 
exactly with no variation, such as the input and output length.  It can be seen in Table 1 that the 
gearbox assembly complied with these requirements and they have a positive margin. The 
overall length of the assembly is 5 in, and the height is 9.40 in. The input and output coupling 
diameter is 1.25 in, which results in a margin of 0.​ ​The basis of estimate “By Design” specifies 
that the value was found through computational and/or theoretical analysis, with the necessary 
equations which can be seen in the Analysis section of the report. In similar fashion, values 
found “By Analysis” were analyzed using the SolidWorks 3D design and program. All the 
values below in Table 1 meet the minimum requirements, with the smallest margin being at 0% 
for numerous requirements, and the largest margin of 16.3%, for the input and output coupling 
diameter, which allows for more than enough space between the design and the requirement.  
2 
Table 1. Technical Design Requirements of the Gearbox Assembly 
Length (in)  ≤ 5.0  5.0  By Design  0 % 
Height (in)  ≤ 10.0  9.4  By Design  6 % 
Input Length (in)  2.0  2.0  By Design  0 % 
Output Length (in)  4.0  4.0  By Design  0 % 
Input/Output Length (in)  4.0    4.0  By Design  0 % 
Input and Output Coupling Diameter (in)  ≤ 1.5  1.255  By Analysis  16.3 % 
Four ¼­28 UNF Mounting Bolts  Comply  Comply  By Design  N/A 
Speed (rpm)  650  Comply  By Design  N/A 
Operating Torque (in­lb)  1500  Comply  By Design  N/A 
Limit Torque­ Static Yield (in­lb)  3500  Comply  By Design  N/A 
Ultimate Torque ­ yield ok, but no fracture (in­lb)  5250  Comply  By Design  N/A 
1 Life Cycle (10​6​
 revs)  40  Infinite  By Analysis  N/A 
Fatigue Life Requirement  6  N/A  N/A  * 
Unit Must be Sealed  Comply  Comply  By Design  N/A 
Breakout Torque (in­lb)  < 10.0  8.727  By Design  12.73 % 
Temperature  Comply  Comply  By Design  N/A 
Surface Wear  Comply  Comply  By Design  N/A 
Vibration  Comply  No  By Design  ** 
Corrosion Resistant  Comply  Comply  By Design  N/A 
 
*This value was not necessary to calculate due to the assumption of infinite life. Infinite life is 
discussed in Section C of shaft analysis.  
3 
**The Vibration Testing could not be completed, because the version of Solidworks used for the 
simulation could not load properly to produce frequency results.  
 
COMPONENT CONFIGURATION 
Table 2. Gearbox Assembly Overview 
Assembly Overview 
General Description   ​This assembly is a gearbox assembly for an A350 high lift actuation 
system.  The gearbox is used to change the direction of the rotation of 
the shaft.  The gearbox is sealed and pressurized in order to ensure 
survival at a range of pressures and temperatures.  Torque transmitted 
to the assembly can potentially vary so it is important that the 
assembly is able to withstand high torque values. 
Basic Operation   ​The central hydraulic power control unit (PCU) of the A350 high lift 
actuation lift system supplies the necessary power to operate flap 
panels on each wing.  Mechanical power is transmitted through the 
mechanical transmission shaft to the rotary actuators, which move the 
flaps on the tracks of the wing.  The gearboxes in the system are 
necessary for larger direction changes for power transmission.​[1]
 
 
4 
 
Figure 1. Exploded View of Gearbox Assembly with Primary Component Callouts 
 
Table 3. Description of the Primary Gearbox Components 
ID 
# 
Primary 
Components 
Primary Function  Geometry  Positioning  Failure Modes 
1  Input Housing 
(Red) 
Protect gears from damage 
and keeps lubricant inside, 
contains bore hole for input 
shaft 
Has a length of 5 
in, height of 9.4 
in, and width of 
1.6 in. 
Held as a fixed 
part in the 
Assembly. 
Fracturing,  
deformation, 
loose  
connection from  
screws or dowel 
pins 
 
5 
2  Output 
Housing 
(Blue) 
Protect gears from damage 
and keeps lubricant inside, 
contains bore hole for output 
shaft 
Has a length of 5 
in, height of 9.4 
in, and width of 
1.6 in. 
Aligned to left 
housing using 
dowel pins, and 
fastened with six 
screws 
Fracturing,  
deformation, 
loose  
connection from  
screws or dowel 
pins 
 
3  Input Shaft 
(Yellow) 
Supplies initial drive to 
system from hydraulic 
power control unit 
Has a small 
diameter of 
1.245in, a large 
diameter of 
1.866in, and a 
length of 5in. 
Shaft inputted 
into the input 
housing and held 
in place with the 
bearings and 
retaining rings. 
Fracturing and 
bending. 
 
4  Output Shaft 
(Gray) 
Accepts drive from the input 
shaft and transmits power to 
the rotary actuators of the 
wing. 
Has a small 
diameter of 
1.245in, a large 
diameter of 1.866, 
and a length of 
3.85in. 
Aligned parallel 
to the input shaft, 
and is held in 
place in the right 
housing using 
bearings and 
retaining rings. 
Fracturing and 
bending. 
5  Gear (x2) 
(Green) 
Transfers direction of power 
from the input shaft to the 
output shaft 
Has 16 teeth, a 
pressure angle of 
20​o​
, pitch 
diameter of 4in 
and width 
0.995in, and tooth 
height of 
0.5625in. 
Held onto Input 
or Output Shaft 
by Retaining 
Rings and a key. 
Improper 
alignment, tooth 
bending, and 
surface wear. 
6  SKF CRL 10A 
Bearings (x4) 
[2] 
(Dark Blue) 
Keeps shaft stationary, and 
prohibits movement between 
the housing and the shafts 
(both input and output shaft) 
Inner diameter of 
1.25in, outer 
diameter of 
2.75in, and bore 
of 0.6875in. 
In the housing, 
contains either 
input or output 
shaft. 
Loose fit, tight 
fit,  
misalignment,  
lubricant failure,  
fracturing 
corrosion 
7  Gasket 
(Black) 
Used as a sealant to 
pressurize the gearbox, keep 
lubrication inside the 
assembly, and keep debris 
out of the assembly. 
Made to fit the 
walls of both the 
input and output 
housings. 
Press fitted 
between the 
input and output 
housing. 
Improper sizing 
or fit in between 
the two 
housings. 
8  Key (x2) 
(Orange) 
Holds the gear to the shaft 
(one for input shaft and one 
for output shaft). 
Height and width 
of 0.345in and a 
length of 1 in 
Held in place by 
the shaft keyway 
and gear keyway. 
Improper fit to 
keyway of shaft 
or gear. 
9  O­Ring (x2)  Seals the input and output 
shaft.  Keeps lubrication 
inside the gearbox and keeps 
debris from entering the 
Thickness of 
0.01in, and 
diameter of 
1.247in. 
Press fitted 
between the 
coupling hole of 
either housing 
Improper sizing 
or fit between 
the shaft and 
6 
assembly through the shaft 
coupling hole. 
and the input and 
output shaft. 
coupling hole of 
the housing.  
ANALYSIS: 
Housing/Assembly (Nina) 
The housing was designed based on the gear housing from a similar mechanism. This 
shape was chosen due to its ease of manufacturing, light weight, and strength to maintain the 
shafts and gears under the ultimate torque of 5250 in­lb. The left housing and right housing have 
nearly identical designs; however the left housing, which contains the input shaft, has a 4­ ¼ 28 
UNF mounting bolt pattern, while the right housing has no holes in the side of the piece. With a 
sealant, the two housings are connected using six screws with a size of ¼” diameter. In order to 
keep the required pressure of 15 psi, the two housing parts are connected with a rubber gasket 
sealant, and there is a 1.25”  hole in the housing surrounding both the input and output shafts, 
sealed by an o­ring. This can be seen above in Figure 1.  
Many of the given requirements above left no room for variation and thus have a margin 
of difference of zero. The gearbox housing has a width of exactly 5.00 inches and a height of 
9.40 inches, both of which are less than or equal to the requirements of 5 and 10 inches 
respectively. These dimensions allow for efficient use of materials, while also keeping true to the 
requirements assigned by the customer, Airbus. The values for input length, output length, and 
the length between the input and output shafts were all specific dimensions, and these values 
were taken into consideration when conducting analysis, especially on the shaft design. 
Therefore, these values can be observed in the SolidWorks design. The input and output coupling 
diameter, assigned to be the diameter of the input and output shafts was found to be 1.25”, to 
meet the requirements of design. On the left side of the housing that contains the input shaft, 
there is a four bolt pattern, of ¼ inch diameter, with 28 threads/inch with a unified fine threading. 
This pattern can be observed by design in Part #1 in the Bill of Materials above. 
The Unit is sealed, both with a gasket between the left and right housing and also o­rings 
between the shafts and housings in order to both keep the lubricant in the housing and also keep 
foreign debris and other materials from entering the housing. The specified temperature 
requirement is met by the materials selected and also the lubricants, seals, and gaskets, to ensure 
that all materials will maintain their properties in the extended temperature range. The surface 
7 
wear requirement of selecting a lubricant compatible with the seal was taken into account when 
selecting the gasket, o­ring, and a lubricant.  
 
Corrosion Resistance/ Material Selection 
Category T requires that the housing should be resistant to corrosion that may occur when 
the aircraft is parked or hovering near the sea.​[2]​
 Therefore, cast iron was selected as the material 
for its resistance to salt corrosion. It also acts as a damper for vibrations and can save weight.  
Analysis was conducted using the Solidworks simulation software to better understand 
the effects of the force on the housing. It can be observed that the Factor of Safety is lowest 
closest to the area where the force is applied.  
 
 
Figure 2. FEA Analysis of Housing Factor of Safety 
 
Table 4 below, corresponds to the image of the Assembly in Figure 1, to show the overall 
assembly of the gearbox and also how each part is necessary for the system. It can be seen how 
the torque on the input shaft is transferred to the output shaft through the gears, maintaining the 
8 
revolutions per minute, and meeting all the specified requirements for both the housing part and 
the entire assembly.  
 
Table 4. Overall Housing Assembly Requirements 
Parameter  Requirement  Estimated 
Capability 
Basis of 
Estimate 
Margin of 
Difference  (%) 
Length (in)  ≤ 5.0  5.0  By Design  0 % 
Height (in)  ≤ 10.0  9.4  By Design  6 % 
Input Length (in)  2.0  2.0  By Design  0 % 
Output Length (in)  4.0  4.0  By Design  0 % 
Input/Output Length (in)  4.0    4.0  By Design  0 % 
Input and Output Coupling 
Diameter (in) 
≤ 1.5  1.255  By Analysis  16.3 % 
Four ¼­28 UNF Mounting 
Bolts 
Comply  Comply  By Design  N/A 
Unit Must be Sealed  Comply    By Design  N/A 
Breakout Torque (in­lb)  < 10.0  8.727  By Design  12.73 % 
Temperature  Comply  Comply  By Design  N/A 
Surface Wear  Comply  Comply  By Design  N/A 
Vibration  Comply  No (See 
Above) 
By Test?  **  
Corrosion Resistant  Comply  Comply  By Design  N/A 
9 
 
Shaft (Sonja/Joey) 
Applied Loads 
The input and output shafts were designed to be very similar, excluding the length of the 
shafts. Due to this and the gear ratio of 1, the forces and moments found in the input shaft are the 
same as those found in the output shaft in their respective locations, and consequently, analysis 
of only the input shaft is presented below. Important loads required to perform analysis on the 
shafts of the assembly were ultimate torque (5250 in­lb), limiting torque (3500 in­lb), and 
operating torque (1500 in­lb). Important forces for shaft analysis were the reaction forces of both 
bearings B and D, and the force applied to the gear W, which were found through analysis and 
can be seen in Table 5.  The ultimate torque was used to determine the minimum shaft diameter 
to be used in the gearbox assembly.  The ultimate torque was used to ensure that the shaft would 
survive at all torques which it may be subjected to.  Infinite life of the shaft was found using the 
operating torque because the shaft will be subjected to this torque for the majority of its life.  The 
yielding factor of safety was found at the ultimate, limiting, and operating torque to ensure that 
the shaft did not yield at any of these values.   
Table 5. Applied Forces to the Shaft 
 
Component  Ultimate Torque 
(5250 in­lb) 
Limiting Torque 
(3500 in­lb) 
Operating Torque 
(1500 in­lb) 
Bearing B (lbf)  1396.66  931.01  399.07 
Bearing D (lbf)  1396.66  931.01  399.07 
Gear (lbf)  2793.38  1862.32  798.14 
 
Theoretical Approach and Results: 
The results found through analysis of the shaft can be seen in Table 11​ ​at the end of this section.  
  
 
 
10 
A. Critical Stress Points and Factors of Safety for Yielding 
Forces B, D, and W were broken into components, where B and D are in both the y and z 
components and W is in both the radial and tangential components. These forces are represented 
in Figure 3. The shear and moment diagrams were then found and can be seen below in Figures 4 
and 5. Ultimate torque was considered for the shear and moment diagrams because this torque 
will determine value of factors of safety for yielding and the location of the factors of safety 
along the shaft regardless of the torque type. Limited torque is also calculated without shear and 
moment diagrams.  
 
Figure 3: Free Body Diagram of Shaft and Gear (Charlton) 
11 
 
Figure 4. Shear Diagram of the Shaft at Ultimate Torque  
 
Figure 5. Moment Diagram of the Shaft at Ultimate Torque 
 
As found in the moment diagram, two potential critical stress points were discovered, one 
at the shoulder and the other at the keyway. The shoulder has a change in geometry that goes 
12 
from a larger diameter to a smaller diameter, where stress will concentrate. Meanwhile, the 
keyway also has a change in geometry, plus a higher moment than the shoulder, thus creating a 
critical stress point. To find the factors of safety for yielding, stress must first be calculated using 
the equation below [2]. 
( ) + ) ]σ ′ = [ πd3
k 32(M +M )t a m 2
( πd3
k 16(T +T )fs a m 2
1/2
               (1) 
is the stress, k​f​ is the fatigue concentration factor, k​fs​ is the fatigue concentration factor forσa  
shear, M​a​ is the alternating moment, M​m​ is the midrange moment, T​a​ is the alternating torque, T​m 
is the midrange torque and d is the diameter of the shaft. It is important to note that the diameters 
for the shoulder and keyway had been estimated in a previous iteration, and for simplicity, were 
used for this calculation. Because these diameters are related through a ratio of 1.5, the diameter 
value used for this calculation will not affect the determination of the lower factor of safety. 
Thus  
K​f​ and K​fs​ are found using the equation below [2]. 
(k )Kf = 1 + q t − 1    (k )Kfs = 1 + qsheer ts − 1           (2) 
where, q and q​shear​ are the notch sensitivities which are obtained from Figure 6­20 and Figure 
6­21​[2]​
 , and k​t​ and k​ts​ are the stress concentration factors which are obtained from Figure A­15­9 
and Figure A­15­8. Factor of safety is then found by using the equation below [2]. 
n = σ′
Sy
      (3) 
where n is the factor of safety, S​y​ is the yield strength of 4340 normalized steel (103 kpsi), and σ′ 
is the stress.  
The factor of safety found for the keyway was found to be 2.81, which was much less 
than the factor of safety for the shoulder, 2.96 as observed below in Table 6. Therefore the 
keyway was considered as the critical stress point of the shaft.This can be compared to the FEA 
analysis seen below in Figure 6, which demonstrates analysis on the input shaft. The results of 
this FEA yield similar results to the data calculated analytically above.  
13 
 
Figure 6. Factor of Safety FEA using Solidworks 
 
Table 6. A Table of Parameters for the Factor of Safety for Yielding of the Shaft 
  Ultimate Torque 
(Keyway) 
Ultimate Torque 
(Shoulder) 
Yield Torque 
(Shoulder) 
Yield Torque 
(Keyway) 
k​t  1.69  2.14  1.69  2.14 
k​ts  1.48  3.00  1.48  3.00 
q  0.82  0.50  0.82  0.50 
q​shear  0.83  0.20  0.83  0.20 
k​f  1.93  1.57  1.93  1.57 
k​f,s  2.66  1.40  2.66  1.40 
M​a​ (lb­in)  747.19  537.69  875  358.435 
T​m​ (in­lb)  5250  5250  3500  3500 
14 
(psi)σ ′   36595.63  34698.89  24397  32132.6 
S​y ​(psi)  102976.79  102976.79  102976.79  102976.79 
n  2.81  2.96  4.22  4.45 
 
Although the yielding factor of safety is very similar between the shoulder and the keyway the 
factor of safety for the keyway was always slightly smaller.  Since the factor of safety was 
always slightly smaller for the keyway the keyway was used as the critical stress point for further 
calculations.  
 
     B. Determining the Minimum Diameter of the Shaft: 
The minimum diameter of the shaft was determined using the ultimate torque and the 
forces of the bearings A and B at the ultimate torque.  The material selected for the shaft was 
4340 normalized steel which has an ultimate strength of 161 kpsi, and a yielding strength of 103 
kpsi.  In order to determine the minimum diameter of the shaft the roadmap in Chapter 7 of 
Shigley’s Mechanical Engineering Design ​was used [2].  
Equation 1 was used to determine the test specimen endurance limit: 
e  0.5SS′ =   ut   (4) 
Where S’e is the test specimen endurance limit and S​ut​ is the ultimate strength. 
 
After S’e is determined, various factors must also be found in order to solve for the endurance 
limit at the critical location of the shaft.  The equations used to determine the factors k​a​, k​b​, k​c​, k​d​, 
k​e​, and k​f​ can be seen below. 
Ska = a b
ut              (5) 
k​a​ is the surface modification factor, a and b are factors used for machined equipment, for this 
situation, a= 2.7, b= ­0.265. 
.879dkb = 0 −0.107
   (6) 
k​b​ is the size modification factor, and d is the smaller diameter of the shaft.  Initially the smaller 
diameter is assumed in order to complete the process.   
 
15 
The loading factor (k​c​) is dependent on the load applied to the shaft.  In this case the shaft was 
subjected to a completely reversing bending stress, for which k​c​=1. 
 
The temperature factor (k​d​) accounts for the effects of temperature variation on the shaft.  In this 
case the shaft must be able to survive being exposed to both extremely low and high 
temperatures.  The temperature requirement for the shaft was survival from ­101.2 ​o​
F to 230 ​o​
F. 
The equation to determine k​d​ can be seen below. 
     (7).975 .432(10 )T .115(10 )T .104(10 )T .595(10 )Tkd = 0 + 0 −3
F − 0 −5 2
F + 0 −8 3
F − 0 −12 4
F  
T​F​ is the highest temperature (in this case 230 ​o​
F).  The hottest temperature was used because 
yield strength drops as temperature increases.  It is also known that materials are also more 
susceptible to creep at higher operating temperatures. 
 
The reliability of the shaft was assumed to be 95% resulting in a reliability factor (k​e​) of 0.868. 
There were no miscellaneous effects to be considered so k​f​ (the miscellaneous­effects 
modification factor) can be considered to equal 1. 
 
After all the factors were determined, the endurance limit at the critical location (the keyway) 
could be calculated.  The equation used to determine the endurance limit (S​e​) can be seen below. 
k k k k k SSe = ka b c d e f ′e          (8) 
 
After the endurance limit is calculated, stress concentration factors must be determined before 
the minimum diameter can be calculated.  Since the critical stress point was found to be at the 
keyway, the critical stress factors for torsion (k​ts​) and bending (k​t​) were found using the geometry 
of the keyway.  For the first iteration of minimum diameter calculation, a k​t​ value of 2.14 and k​ts 
value of 3 were taken from Table 7­1.​[2]​
  Using the notch radius of the keyway and the ultimate 
strength of the shaft material, the notch sensitivity factors (q and q​ts​) can be determined using 
Figure 6­20 and 6­21 [2].  The values k​t​, k​ts​, q, and q​ts​ can be used to solve for the fatigue stress 
concentration factors (K​f​ and K​fs​) using the Equation 2.  Assuming a factor of safety (n) of 1.5, 
16 
the first trial can be done to determine the minimum shaft diameter, d.  The equation used to 
determine the minimum shaft diameter can be seen below: 
[4( ) ( ) ( ) ( ) ] }d = { π
16n
Se
K Mf a 2
+ 3 Se
K Tfs a 2
+ 4 Sy
K Mf m 2
+ 3 Sy
K Tfs m 2 1/2 1/3
  (9) 
However, T​a​ and M​m​ are 0 reducing Equation 9 to: 
                          [4( ) ( ) ] }d = { π
16n
Se
K Mf a 2
+ 3 Sy
K Tfs m 2 1/2 1/3
     
The minimum diameter found is then used to repeat the process in order to increase the accuracy 
of the result.  Each time the process was repeated the ratio of the large diameter and the small 
diameter (D/d) was always kept at 1.5.  After each trial, the minimum diameter that was found 
was used in the next trial.  Three trials were performed in order to determine an accurate value 
for the minimum diameter of the shaft, and these results can be observed below in Table 7, with 
a final value of 1.2303 inches for the diameter. 
Table 7. Endurance Limit Variable Values for Each Trial 
  Trial 1  Trial 2  Trial 3 
S​ut​(psi)  160991.89  160991.89  160991.89 
S​e​’ (psi)  80495.95  80495.95  80495.95 
k​a  0.702  0.702  0.702 
k​b  0.879  0.860  0.860 
k​c  1  1  1 
k​d  1.02  1.02  1.02 
k​e  0.868  0.868  0.868 
S​e ​(psi)  443193.77  43224.26  43221.75 
k​t  2.14  2.14  2.14 
k​ts  3.00  3.00  3.00 
q  0.82  0.82  0.82 
q​s  0.83  0.83  0.83 
k​f  1.93  1.93  1.93 
17 
k​fs  2.66  2.66  2.66 
Assumed FOS  1.5  1.5  1.5 
d (in)  1.23036  1.23103  1.2303 
 
After this process was completed a shaft diameter of 1.245in was used in order to decrease the 
shafts chance of failing. 1.245in was also chosen in order to find bearings which would closely 
fit around the shaft.  
 
   C. Shaft Fatigue Factor of Safety 
The number of lives that the shaft can withstand can be found by determining the factor 
of safety for fatigue. If the value is greater than 1, than infinite life can be assumed. However if 
the value is less than 1,  finite life is assumed and further analysis can be done to find the number 
of cycles to failure. The forces and moments associated with the operating torque were used for 
this equation, since the shaft is most likely to experience operating torque a majority of the time. 
This factor of safety is found using the equation below. 
nf = Se
σa′
      (10) 
 is the factor of safety for fatigue, S​e​ is the endurance limit which is found from Equations 4,5,nf  
6 ,7, and 8, and  ’ is stress which is determined from Eq. 1 and 2.  The factor of safety foundσa  
from this equation is larger than 1, which concludes that the shaft has an infinite life at operating 
torque. 
 
Table 8. A Table of Parameters for the Factor of Safety for Yielding of the Shaft. 
S​e​’(psi)  80495.95 
k​a  0.702 
k​b  0.859 
k​c  1 
k​d  1.02 
k​e  0.868 
S​e​ (psi)  40316.5 
18 
M​a​(lb­in)  213.465 
k​f  1.935 
d (in)  1.235 
’ (psi)σa   2234.51 
n​f  19.25 
 
   D. Shaft Deflection Analysis 
In order to analyze the deflection and slope of the shaft from the applied loads, Equation 
11 was used. The part of the shaft between the bearings was analyzed and assumed to be 
symmetrical. The length between each bearing was 2.02 inches. The elastic modulus for AISI 
4340 normalized steel is ​29,732,736.22 psi. The mass moment of inertia was calculated for a cylinder 
of diameter 1.25 inches.  
  (4x l)  y = Fx2
48EI − 3   (11) 
The variable x is the distance from one bearing to where the maximum deflection would occur. 
This is at the middle of the section of the shaft being examined. The maximum deflection was 
calculated to be 0.0000115 inches which is within the requirements as a spur gear can have a 
maximum deflection of 0.010 in when the pitch diameter is 4 inches. By taking the derivative of 
Equation 11 with respect to x, the slope of the spur gear can be calculated. Equation 12 is the 
formula used and the maximum slope should occur in between the bearing and the point of 
maximum deflection (x divided by 2). The resulting slope was 0.000034 radians.  
  L − ( )θ =   − dx
dy
= L 4EI
Fx2
− 8EI
3FxL
              (12) 
The calculated slope is acceptable as the slope for an uncrowned spur gear must be less than 
0.0005 radians as defined by Table 7­2 [2].  
 
Table 9. A Table of Parameters for the Deflection of Analysis of the Shaft. 
L (in) distance between the bearings  2.018 
F (lbs)  955 
x at max deflection (in)  1.009 
19 
x at max slope (in)  0.504 
E (psi)  29732736.22 
I  0.1198 
y (in)  ­0.0000115 
(rad)θ   0.000034 
 
     E.  Key Factor of Safety 
The factor of safety for yielding of the key was found through the following relation. 
      n
Ssy
= F
tL/2                 (13) 
S​sy​ is the shear yield strength, which is 57.7% of the yield strength of 4340 normalized steel. The 
variable n is the factor of safety, F is the force from the applied torque, t is the thickness of the 
key, and L/2 is the  length of the key divided by two to account for the possibility of crushing. 
The values used for this equation were from the limit torque and the operating torque.  
 
Table 10. ​A Table of Parameters for the Factor of Safety for Yielding of the Shaft. 
S​sy​ (ksi)  59417 
F (at ultimate torque, lb­f)  5668 
F(at limiting torque, lb­f)  3242 
t (in)  0.810 
L(in)  0.346 
n (at ultimate torque)  1.47 
n (at yielding torque)  2.57 
 
 
Table 11. A Table of Parameters for the Shaft 
Parameter  Requirement  Estimated 
Capability 
Basis of Estimate  Margin of 
Difference (%) 
Factor of Safety 
for Yielding at 
Ultimate Torque 
1>  2.81  By Analysis  181% 
20 
Factor of Safety 
for Yielding at 
Limiting Torque 
1>  4.22  By Analysis  322% 
Diameter Size (in)  <1.5  1.25  By Analysis  16.7% 
Fatigue Life 
Factor of Safety 
(lives) 
6  Infinite  By Analysis  N/A 
Life cycle  40  N/A  By Analysis  * 
Deflection (in)  <0.003  0.0000115  By Analysis  99.62% 
Deflection 
(radians) 
<0.0005  0.00034  By Analysis  32% 
Key Factor of 
Safety at Ultimate 
>1  1.47  By Analysis  47% 
Key Factor of 
Safety at Limiting 
.1  2.57  By Analysis  157% 
 
 
Gear (Trent) 
Applied Loads 
Using the ultimate torque (​T=​5250 in­lb), the gear speed ( 650 rpm) and Equation 14,ω =  
the power required of the shaft was found to be about 54 hp which must be transmitted through 
the gear.  
  H = Tω
63025   (14) 
Equation 14 was then used to find the tangential force applied to the gear which was 2625 lbf. 
The pitch­line velocity, ​V​, was calculated using Equation 15 where ​n​ is the gear speed and ​d​ is 
the diametral pitch of the gear. 
  V = 12
πdn
  (15) 
  Wt
= V
33000H
  (16) 
A 20° degree pressure angle was assumed as it is a common pressure angle for commercial spur 
gears. Thus, the radial force was found to be about 955 lbf and the resultant force was about 
21 
2793 lbf. The same process was used to find the resultant force at the limit torque of 3500 in­lb 
and the operating torque of 1500 in­lb. The operating torque forces were found to be 750 lbf for 
the tangential force, 273 lbf for the radial force and 1838 lbf for the resultant force. The forces 
were assumed to be applied at the center of the gear teeth due to their point of contact. 
 
Theoretical Approach and Result 
A. Gear Design: 
In order to determine the minimum amount of teeth for the gear to avoid interference, 
Equation 17 was used where full­depth teeth, a one­to­one gear ratio change, and a 20° pressure 
angle were assumed. 
  (1 ) Np = 2k
3 sin ϕ2 + √1  sin ϕ+ 3 2
  (17) 
The number of teeth was designated to be 16 as it was a common value found in the tables. The 
input to output distance between the two shafts was required to be 4 in. so the diametral pitch of 
the gear was designated to be 4 in. Table 12 shows the key features of the first iteration of the 
gear that will be used later on.  
 
Table 12. Key Features of the Gear Used in the Gearbox 
Material  Steel Grade 3 carburized and hardened 
Pitch diameter,   (teeth/in)Pd   4 
Pressure Angle,   (degrees)ϕ   20 
Diametral pitch,  (in)dp   4 
Number of teeth  16 
Gear Speed ,  (rpm)ω   650 
Pitch­line velocity, ​V ​(m/s)  680.678  
Face Width (in)  0.995 
 
     B.  Bending Analysis: 
22 
The factor of safety for spur gear bending was found using Equation 18. The material 
chosen for the gear was a grade 3 carburized and hardened steel.  
  SF = σ
S Y /K Kt N t R
  (18) 
The bending stress was calculated first using several variables and assumptions. The geometry 
factor, ​J​, was found to be 0.27 from Figure​ ​14­6​ ​with 16 teeth in the gear design.​[2]​
  The overload 
factor, , was assumed to be 1 as the first iteration for the gear design was calculated at theKo  
ultimate torque so an overload adjustment was not necessary. The dynamic factor,  , wasKv  
found using Equation 19 where Equation 20 was used to solve for variables A and B with an 
assumption of 8 for the quality factor,  .Qv   
  Kv = ( )A
A+√V
B
  (19) 
  0 6(1 )A = 5 + 5 − B  
.25(12 )B = 0 − Qv
2/3
 
(20) 
The size factor,  , was found using Equation 21 where the Lewis form factor, ​Y,​ was 0.27 forKs  
16 teeth, ​F​ was the gear width of 1 in and ​P​ was the pitch diameter of 4 teeth per inch.  
  .192( )Ks = 1 P
F√Y
0.0535
  (21) 
The rim­thickness factor,  , was assumed to be 1 as the gear design did not have a rim. TheKB  
load distribution factor,  , was found using Equation 22.Km  
  (C C C )Km = 1 + Cmc pf pm + Cma e   (22) 
The gear has uncrowned teeth so   was 1.  was calculated to be ­0.00525 using the gearCmc Cpf  
width of 0.79 in and the diameter pitch of 4 in with Equation 23.  was assumed to be 1.1 asCpm  
the  value is half the gear width making the total distance between the two bearings on eachS1  
shaft about 2.83 inches; however, the shaft length will be less than 2 inches, thus, making the 
 value 1.1. Equation 24 and Table 14­9 was used to calculate  . The condition assumedCpm Cma  
for Table 14­9 was that it was a commercial, enclosed unit.  was assumed to be 1 “for all otherCe  
conditions” [2].  
  .025Cpf = F
10dp
− 0   (23) 
  F FCma = A + B + C 2 
  (24) 
23 
The bending stress that the gear experiences under the ultimate torque is about 100 ksi, 67 ksi at 
the limit torque and 29 ksi for operating torque.  Equation 25 was used to do this. 
  K K Kσ = Wt
o v s F
Pd
J
K Km B
  (25) 
Figure 14­14 was used to find the stress cycle factor,  , where ​N​ was 240 millionY N  
revolutions. The temperature factor,  , was designated as 1 due to the design parameterKT  
survival temperatures between ­74°C to 110°C, which is below 120°C. The reliability factor, KR  
was calculated using Equation 26, assuming a 99% reliability in order to use Table 14­3 for steel 
gears [2].  
  .5 .109ln(1 )KR = 0 − 0 − R   (26) 
The bending stress number,  , was found to be 75,000 psi for a steel grade 3 carburized andSt  
hardened material from Table 14­3. The bending factor of safety for the gear under the ultimate 
torque was calculated to yield at a value of 1.16. At the limit torque, the factor of safety was 
calculated to be 1.74. At operating torque the factor of safety for bending was calculated to be 
4.06. The gear will survive the operating torque and can withstand the ultimate torque without 
yielding. 
 
     C.  Surface Analysis: 
For the spur gear wear analysis, the gear contact stress was calculated using Equation 27.  
   σc = Cp
√W K K Kt
o v s
Km
d Fp I
Cf
  (27) 
The elastic coefficient,  , was found to be 2300  from Table 14­8 where the gear andCp  √psi  
pinion were made of steel.​[2]​
 The overload factor , the dynamic factor  , the size factorK )( o K )( v  
 and the load distribution factor  were the same values as the bending analysis.  wasK )( s K )( m Cf  
assumed to be 1 as given by the roadmap on page 759 [2]. Equation 26 for an external gear was 
used to calculate the surface­strength geometry factor, ​I​, where the pressure angle was 20° and 
the speed ratio,  , and the load­sharing ratio,  , were 1.mG mN   
  I = 2mN
cosϕsinϕ mG
m +1G
  (28) 
24 
The gear contact stress under the ultimate torque, limit torque and operating torque was 
calculated to be 251 ksi, 205 ksi and 134 ksi respectively.  
For the other variables in the spur gear wear factor of safety equation, Table 14­6 was 
used to find the repeated applied contact strength,  , at 275,000 psi for a steel grade 3Sc  
carburized and hardened material. The stress cycle factor for wear,  , was determined usingZn  
Figure 14­15 with 240 million revolutions.​[2]​
 The hardness­ratio factor,  was assumed to be 1,CH  
as the same material was used for both of the gears. The reliability factor,  , was determinedKR  
using Equation 26 with an assumed 99% reliability. The temperature factor,  , was the same asKT  
the spur gear bending value.  The spur gear wear factor of safety at the ultimate torque, limit 
torque and operating torque were 1.01, 1.51 and 3.52 respectively. The factors of safety for 
bending are higher than those of the surface wear, so when the gearbox undergoes the ultimate 
torque, the surface will have pits and wear before the gear yields. The material for the gear, steel 
grade 3 carburized and hardened, was chosen for its high bending and surface stress number. The 
gears will be sealed within the gearbox containing a lubricant. As long as the gearbox is correctly 
sealed, the gears will not be susceptible to corrosion. Further comparisons of the factors of safety 
can be found in Table 3 and in­depth calculations can be found in the appendix.  
 
Table 13. A table of parameters for the gear.  
Parameter  Requirement   Estimated 
Capability 
Basis of 
Estimate 
Margin of 
Difference (%) 
Factor of Safety 
for bending at 
ultimate torque 
(5250 in­lb) 
>1.00  1.16  By analysis  15.9 % 
Factor of safety 
for bending at 
limit torque 
(3500 in­lb) 
>1.00  1.75  By analysis  73.8 % 
Factor of safety 
for bending at 
operating torque 
(1500 in­lb) 
>1.00  4.07  By analysis  306 % 
25 
Factor of safety 
for wear at 
ultimate torque 
(5250 in­lb) 
>1.00  1.01  By analysis  0.90 % 
Factor of safety 
for wear at limit 
torque  
(3500 in­lb) 
>1.00  1.52  By analysis  51.4 % 
Factor of safety 
for wear at 
operating torque 
(1500 in­lb) 
>1.00  3.53  By analysis  252 % 
 
Sealants, Lubricants, Bearings (Charlton) 
A. Bearings: 
The selected bearing for the gearbox was an SKF CRL 10A cylindrical roller bearing. 
Based on Equation 29 below, the desired life hours for the bearing was calculated to be roughly 
6154 hours.  
  (N)( ) LD = 1
ω
1 hr
60 min   (29) 
A bore diameter for the bearing was specified based on the diameter of shaft, which was 1.25 
inches. The desired  rating was then calculated using Equation 30. These factors as well asC10  
the operating speed of 650 rpms was taken into account when selecting a bearing. Dimensions of 
the bearing can be found in Table 14.   
  ( )C10 = FD L n 60R R
L n 60D D
1/a
  30)(  
 
Table 14.​ ​Key features of the SKF CRL 10A roller bearing 
Face width (in)  0.6785 
Bore diameter (in)  1.25 
Outer diameter (in)  2.75 
Operating speed,  (rpm)Nr   19,000 
rating (lbf)C10   10,000 
 
The reliability of the bearing was then calculated using Equation 31, which was found to be 0.99. 
26 
 
  xp(− ) )R = e ( θ−x0
x ( ) −xD C10
a Ff D a
0 b
  (31) 
     B.  Sealants: 
Rubber Gasket  
The housing was sealed using a high­temperature silicone rubber gasket material found 
on McMaster­Carr’s website. The gasket was shaped on Solidworks to fit the housing, while also 
being careful to include holes for the screws and dowels were properly aligned. This material has 
an operating temperature range from ­80 degrees Fahrenheit to 450 degrees Fahrenheit and can 
also withstand pressures up to 1000 psi.  The breakout torque for the seal was 8.727 lb in and∙  
was calculated using the following equation:  
  65 diameter)  rpm) T = . * ( 2
* ( 1/3
  (32) 
 
Figure 7: High­Temperature Silicone Rubber Gasket 
O­Ring 
For the shaft, an o­ring seal was used because of its many advantages. They are very easy 
to maintain because there are no bolts to tighten or adjust. They also are advantageous as they do 
not require any additional adhesives or alternative application methods. In the housing, the 
diameter for the hole where both the input and output shafts are located is 1.25 inches while both 
the shafts themselves have 1.24 inch diameters at that same point. This meant that the o­ring had 
to have an outer diameter slightly larger than 1.25 inches so that it could be press­fit into the 
housing. For this report and design, a McMaster­Carr’s Extreme Chemical 
27 
polytetrafluoroethylene (PTFE) #24 o­ring was used. These o­rings have exceptional temperature 
resistance as it can withstand a range of ­100 degrees Fahrenheit to 500 degrees Fahrenheit. The 
outer diameter of the o­ring is 1.254 inches and has a thickness of 0.070 inches. It can observed 
in the assembly in Figure 1 that there is no specific o­ring part installed in the housing. This is 
because of the properties of Solidworks and the tight tolerances that the o­ring contains. In the 
true assembly, the o­ring would be press­fit into this space, allowing for a tight pressure to be 
maintained, but also allowing for movement of the shafts and thus the gears. 
Lubricant 
Parker Super O­Lube is an all­purpose lubricant that operates at the required temperature 
range of ­65.2 degrees Fahrenheit to 399.2 degrees Fahrenheit. Although it is an­purpose 
lubricant, this material has the capacity to function as a high viscosity silicone oil, which makes 
it a good choice as a seal lubricant. This lubricant is also compatible with the PTFE as well as 
silicone, which is the material the o­ring and gasket sealant are made of, respectively. Below, 
Table 15 shows the properties of these materials for the gasket, o­ring, and lubricant, and to 
show how these properties meet the temperature range requirement.  
 
Table 15.​ ​Properties of Materials to be used in Assembly 
Item  Brand  Temperature Range 
Rubber Gasket Sealant  High­Temperature Rubber 
Gasket Sealant 
(McMaster­Carr) 
­80 deg F to 450 deg F 
O­Ring  Extreme Chemical O­Ring 
#024 (McMaster­Carr) 
­100 deg F to 500 deg F 
Lubricant  Parker Super O­Lube    ­65.2 deg F to 399.2 deg F 
 
 
 
 
 
 
2D DRAWINGS (Sonja/Joey) 
28 
 
Figure 8: Input Shaft Solidworks Drawing 
29 
 
Figure 9: Output Shaft Solidworks Drawing 
30 
 
Figure 10: Input Gearbox Solidworks Drawing 
31 
 
Figure 11: Output Gearbox Solidworks Drawing 
32 
 
Figure 12: Gear Solidworks Drawing 
33 
REFERENCES 
[1]  Recksiek, M. (2009). Advanced high lift system architecture with distributed electrical flap
 actuation. ​Proceedings of the 2nd International Workshop on Aircraft System Technologies​,
 49­59. 
 
[2] ​Experimental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment​. Thesis. RTCA D0­160F,
 2007. N.p.: n.p., n.d. Print. 
 
[3] Budynas, Richard G., J. Keith. Nisbett, and Joseph Edward. Shigley. ​Shigley's Mechanical
 Engineering Design​. 10th ed. N.p.: n.p., 2014. Print. 
 
[4]​ ISSF. "The Salt Spray Test and Its Use in Ranking Stainless Steel." (2008): n. pag. Web. 
 
 
APPENDIX 
 
Sample Calculations:  
 
Power & Torque: 
250 in bsτ = 5 ∙ l  
50 rpmω = 6 = n  
57, 56 lb n/sH = 3 3 ∙ i  
 e = product of driven tooth numbers
product of driving tooth mumbers
= 1   
 
32Np =    
 teeth/inPd = 8  
/P 2/8  indp = Np d = 3 = 4  
/N /32 125m = d p = 4 = .  
(m) 393pn = π = .  
80.678 ft/minV = 12
πdn
= 12
π(4)(650)
= 6  
 
Force Analysis at Ultimate Torque: 
(10)4.14 horsepowerH = Tω
63025 = 63025
5250in∙lbs 650 rpm*
= 5  
80.678 feet/minV = 12
πdn
= 12
π(4in)(650rpm)
= 6  
624.77 lbf 625 lbfWt
= V
33000H
= 680.678 ft/min
33000 H (54.14 horsepower)
= 2 = 2  
34 
625 lbf  an(20 ) 55 lbfWr
= 2 * t ° = 9  
 
Yielding Factor of Safety for Shaft Analysis: 
At the Keyway of the Shaft: 
Eq. 2:  = =1.93(k )Kf = 1 + q t − 1 .82(2.14 )1 + 0 − 1  
=  =2.66(k )Kfs = 1 + qsheer ts − 1 .83(3 )1 + 0 − 1  
Eq. 1:  =( ) + ) ]σa′ = [ πd3
k 32(M +M )t a m 2
( πd3
k 16(T +T )fs a m 2
1/2
( ) + ) ][ π 1.235in*
3
1.93 32(747in−lbs)* 2
( π 1.235in*
3
2.66 16(5250in−lbs)* 2 1/2
   
=36.5kpsi 
Eq. 3: n = σ′
Sy
=  = 2.81103kpsi
36.5kpsi  
At the Shoulder of the Shaft: 
Eq. 2:  = =1.57(k )Kf = 1 + q t − 1 .82(1.69 )1 + 0 − 1  
=  =1.40(k )Kfs = 1 + qsheer ts − 1 .83(1.48 )1 + 0 − 1  
Eq. 1:  =( ) + ) ]σa′ = [ πd3
k 32(M +M )t a m 2
( πd3
k 16(T +T )fs a m 2
1/2
( ) + ) ][ π 1.235in*
3
1.57 32(747in−lbs)* 2
( π 1.235in*
3
1.40 16(5250in−lbs)* 2 1/2
   
=34.7kpsi 
Eq. 3: n = σ′
Sy
=  = 2.96103kpsi
34.7kpsi  
 
Determining the Minimum Diameter of the Shaft: 
These sample calculations show the process using the numbers from the first trial where d was 
assumed to be 1in and D was assumed to be 1.5in. 
Eq. 4:  =0.5*161kpsi = 80.5kpsie  0.5SS′ =   ut  
Eq. 5:  =2.7* ​(­0.265)​
 = 0.702Ska = a b
ut 161kpsi)(  
Eq. 6:  = =0.879.879dkb = 0 −0.107
.879 in0 * 1 −0.107
 
k​c​=1 (for bending) 
Eq. 7:  .975 .432(10 )T .115(10 )T .104(10 )T .595(10 )Tkd = 0 + 0 −3
F − 0 −5 2
F + 0 −8 3
F − 0 −12 4
F  
=  =1.02.975 .432(10 )230 .115(10 )230 .104(10 )230 .595(10 )2300 + 0 −3
− 0 −5
 
2
+ 0 −8
 
3
− 0 −12
 
4
 
k​e​=0.868 (for a reliability of 95%) 
k​f​=1 (there were no miscellaneous factors to be considered) 
Eq. 8:  = = 44.2kpsik k k k k SSe = ka b c d e f ′e .702 .879 .02 .868 0.5kpsi0 * 0 * 1 * 1 * 0 * 1 * 8  
35 
K​f ​= 1.93 (found previously in yielding factor of safety section) 
K​fs ​= 2.66 (found previously in yielding factor of safety section) 
n = 1.5 (was used as the minimum factor of safety) 
Eq. 9:  =[4( ) ( ) ] }d = { π
16n
Se
K Mf a 2
+ 3 Sy
K Tfs m 2 1/2 1/3
 
= 1.23in[4( ) ( ) ] }{ π
16 1.5*
44.2kpsi
1.93 747in−lbs* 2
+ 3 103kpsi
2.66 5250in−lbs* 2 1/2 1/3
 
 
Shaft Fatigue Factor of Safety: 
The values of the different factors and the endurance limit from the final trial of the minimum 
shaft diameter calculations can also be used to determine the fatigue factor of safety. 
Eq. 10:  =  = 26.7 (only bending stress was accounted for as specified in thenf = Se
σa′
43kpsi
1.6kpsi
 requirements) 
 
Shaft Deflection Analysis: 
Eq. 11:  = )= ­1.15E(­5)(4x l) y = Fx2
48EI − 3 (4 .0088in .0175in955lbf 1.0088in*
2
48 29.7Msi 0.119* * * 1 − 3 * 2  
Eq. 12:  − L )L .0175in( )θ = dx
dy
=   − (4EI
Fx2
− 8EI
3Fxl =   − 2 4 29.7Msi 0.119* *
955lbf 1.0088in*
2
− 8 29.7Msi 0.119* *
3 955lbf 1.0088in 2.0175in* * *  
= 2.44E(­4)rad 
 
Key Factor of Safety Analysis: 
Eq. 13:  =  = 1.8n = 2 F*
S t Lsy* *
2 5.6kip*
59.4kpsi 0.346in 1in* *
 
 
Spur Gear Bending Analysis 
Figure 14­6   .37J = 0  
Assume  ,  , Ko = 1 KB = 1  T FKT = 1 < 250°  
Eq. 14­27  .21874Kv = ( )A
A+√V
B
= 1  
Eq. 14­28  0 6(1 ) 0 6(1 .629961) 0.7222A = 5 + 5 − B = 5 + 5 − 0 = 7  
     .25(12 ) .629961B = 0 − Qv
2/3
= 0  
AssumingQv = 8  
.192( ) .192( ) .0713Ks = 1 P
F√Y
0.0535
= 1 4 teeth/in
1 in√0.27
0.0535
= 1  
36 
where the Lewis Form Factor, Y=0.27 
(C C C ) .15598Km = 1 + Cmc pf pm + Cma e = 1  
where   uncrowned teethCmc = 1  
.025  Cpf = F
10dp
− 0 = 0  
F F .127 .0158(1) .930(10 )(1) .142707Cma = A + B + C 2 
= 0 + 0 − 0 −4 2
= 0  
all other conditionsCe = 1  
K K K 8016.88 psi 8 ksiσ = Wt
o v s F
Pd
J
K Km B
= 5 = 5  
Assuming Steel carburized and hardened grade 3 
40 0 )6 .4 0 revolutionsN = ( * 1 6
= 2 * 1 8
 
.6831(N) .902462Y N = 1 −0.0323
= 0  
Assuming a reliability factor of 0.99  
.5 .109ln(1 ) .002 KR = 0 − 0 − R = 1  
S 5000 psit = 7    
.1579 .16SF = σ
S Y /K Kt N t R
= 1 = 1  
Spur gear wear analysis 
Force at Operating Torque 
35714.5 psi (14 6) σc = Cp
√W K K Kt
o v s
Km
d Fp I
Cf
= 1 − 1  
where 3, 00 3, 00 50 lbfWt
= 3 0 V
H
= 3 0 15.4701 hp
680.678 ft/min = 7  
300   Cp = 2 √psi 
Cf = 1 
.080348 (14 3) external gearsI = 2mN
cosϕsinϕ mG
m +1G
= 2(1)
cos20°sin20° 1
1+1 = 0 − 2  
 in   F  in dp = 4 = 1  
.53 (14 2)SH = σc
S Z C /K Kc n H T R
= 3 − 4  
where  for carburized and hardened grade 3 steel75, 00 psiSc = 2 0  
Figure 14­15.4488(2.4 ) .92953Zn = 1 * 108 −0.023
= 0  
     as  .2CH = 1 HBG
HBP
= 1 < 1  
     as T 50°FKT = 1 < 2  
37 
for 99% reliability.5 .109ln(1 ) .002 KR = 0 − 0 − R = 1   
 
Bearing Reliability 
(N)( ) (2.4 )( ) 153.85 hoursLD = 1
ω
1 hr
60 min = 1
650 * 108 1 hr
60 min = 6  
( ) 55.42( ) 946.13 lbfC10 = FD L n 60R R
L n 60D D
1/a
= 9 106
6153.85 650 60* * 3/10
= 4  
40xD = LR
L N 60D D
= 10 rev6
6153.85 hours 650 rpm 60* *
= 2  
xp(− ) ) .99R = e ( θ−x0
x ( ) −xD C10
a Ff D a
0 b
= 0  
where  ,  ,  ,  ,  , .2af = 1 a = 3
10
0, 00 lbfC10 = 1 0 .459θ = 4 .02x0 = 0 .483b = 1  
 
Sealants 
65 diameter)  rpm)  65 1.245 in)  650 rpm) .727 lb nT = . * ( 2
* ( 1/3
= . * ( 2
* ( 1/3
= 8 ∙ i  
 
38 

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Design & Analysis of Spur Gears
Design & Analysis of Spur GearsDesign & Analysis of Spur Gears
Design & Analysis of Spur Gears
 
Design of springs
Design of springsDesign of springs
Design of springs
 
Clutches
ClutchesClutches
Clutches
 
Bearing
BearingBearing
Bearing
 
ME6601 - DESIGN OF TRANSMISSION SYSTEM NOTES AND QUESTION BANK
ME6601 - DESIGN OF TRANSMISSION SYSTEM NOTES AND QUESTION BANK ME6601 - DESIGN OF TRANSMISSION SYSTEM NOTES AND QUESTION BANK
ME6601 - DESIGN OF TRANSMISSION SYSTEM NOTES AND QUESTION BANK
 
Bearing
BearingBearing
Bearing
 
DESIGN OF MACHINE ELEMENTS QUESTION BANK
DESIGN OF MACHINE ELEMENTS QUESTION BANKDESIGN OF MACHINE ELEMENTS QUESTION BANK
DESIGN OF MACHINE ELEMENTS QUESTION BANK
 
e-Baja Design Report
e-Baja Design Reporte-Baja Design Report
e-Baja Design Report
 
Connecting rod-presentation-1
Connecting rod-presentation-1Connecting rod-presentation-1
Connecting rod-presentation-1
 
Spur gear and design of spur gear
Spur gear and design of spur gearSpur gear and design of spur gear
Spur gear and design of spur gear
 
Sliding contact bearing
Sliding contact bearing Sliding contact bearing
Sliding contact bearing
 
Propeller shaft
Propeller shaftPropeller shaft
Propeller shaft
 
U3 design of connecting rod
U3 design of connecting rodU3 design of connecting rod
U3 design of connecting rod
 
Unit 2 Design Of Shafts Keys and Couplings
Unit 2 Design Of Shafts Keys and CouplingsUnit 2 Design Of Shafts Keys and Couplings
Unit 2 Design Of Shafts Keys and Couplings
 
ME6503 - DESIGN OF MACHINE ELEMENTS UNIT - IV NOTES
ME6503 - DESIGN OF MACHINE ELEMENTS UNIT - IV NOTESME6503 - DESIGN OF MACHINE ELEMENTS UNIT - IV NOTES
ME6503 - DESIGN OF MACHINE ELEMENTS UNIT - IV NOTES
 
1.2 bearing life
1.2 bearing life1.2 bearing life
1.2 bearing life
 
Chapter10 clutches and_brakes
Chapter10 clutches and_brakesChapter10 clutches and_brakes
Chapter10 clutches and_brakes
 
Unit 2.3 Design of Coupling
Unit 2.3 Design of CouplingUnit 2.3 Design of Coupling
Unit 2.3 Design of Coupling
 
Springs - DESIGN OF MACHINE ELEMENTS-II
Springs - DESIGN OF MACHINE ELEMENTS-IISprings - DESIGN OF MACHINE ELEMENTS-II
Springs - DESIGN OF MACHINE ELEMENTS-II
 
Design of transmission systems by A.Vinoth Jebaraj
Design of transmission systems by A.Vinoth JebarajDesign of transmission systems by A.Vinoth Jebaraj
Design of transmission systems by A.Vinoth Jebaraj
 

Viewers also liked

Design and fabrication_of_gear_box
Design and fabrication_of_gear_boxDesign and fabrication_of_gear_box
Design and fabrication_of_gear_box
Kushal Khadakkar
 
GEAR BOX PPT by -vadiyaR
GEAR BOX PPT by -vadiyaRGEAR BOX PPT by -vadiyaR
GEAR BOX PPT by -vadiyaR
kapilvadiyar
 
Gearbox in automobile
Gearbox  in automobile Gearbox  in automobile
Gearbox in automobile
sgrsoni45
 

Viewers also liked (19)

Creative journey SAE Car Gearbox Housing
Creative journey SAE Car Gearbox HousingCreative journey SAE Car Gearbox Housing
Creative journey SAE Car Gearbox Housing
 
Creative journal
Creative journalCreative journal
Creative journal
 
Creative Journey Gearbox
Creative Journey GearboxCreative Journey Gearbox
Creative Journey Gearbox
 
Gear we are week 4 presentation
Gear we are  week 4 presentationGear we are  week 4 presentation
Gear we are week 4 presentation
 
Mee30003 Machine Design Presentation: Luke Briffa, Daniel Perez, Mark Morrison
Mee30003 Machine Design Presentation: Luke Briffa, Daniel Perez, Mark MorrisonMee30003 Machine Design Presentation: Luke Briffa, Daniel Perez, Mark Morrison
Mee30003 Machine Design Presentation: Luke Briffa, Daniel Perez, Mark Morrison
 
Realinitial slideshow xyzfinal1
Realinitial slideshow xyzfinal1Realinitial slideshow xyzfinal1
Realinitial slideshow xyzfinal1
 
Ijk gearbox hectos
Ijk gearbox   hectosIjk gearbox   hectos
Ijk gearbox hectos
 
Gearbox Project Creativity Journey
Gearbox Project Creativity JourneyGearbox Project Creativity Journey
Gearbox Project Creativity Journey
 
Creative jouney
Creative jouneyCreative jouney
Creative jouney
 
Creativity Journey Presentation
Creativity Journey Presentation Creativity Journey Presentation
Creativity Journey Presentation
 
Acrylic gearbox creative journey
Acrylic gearbox creative journeyAcrylic gearbox creative journey
Acrylic gearbox creative journey
 
Two speed gear box mini project
Two speed gear box mini projectTwo speed gear box mini project
Two speed gear box mini project
 
Gearbox presentation
Gearbox presentationGearbox presentation
Gearbox presentation
 
Design and fabrication_of_gear_box
Design and fabrication_of_gear_boxDesign and fabrication_of_gear_box
Design and fabrication_of_gear_box
 
GEAR BOX PPT by -vadiyaR
GEAR BOX PPT by -vadiyaRGEAR BOX PPT by -vadiyaR
GEAR BOX PPT by -vadiyaR
 
Gear box –industrial applications
Gear box –industrial applicationsGear box –industrial applications
Gear box –industrial applications
 
Gearbox
GearboxGearbox
Gearbox
 
Gearbox in automobile
Gearbox  in automobile Gearbox  in automobile
Gearbox in automobile
 
How to Become a Thought Leader in Your Niche
How to Become a Thought Leader in Your NicheHow to Become a Thought Leader in Your Niche
How to Become a Thought Leader in Your Niche
 

Similar to Gearbox Design Team1-4_Project4

2015 UTSA Baja SAE Design Report
2015 UTSA Baja SAE Design Report2015 UTSA Baja SAE Design Report
2015 UTSA Baja SAE Design Report
Chase Jaffray
 
Robinson Helicopter Private Lesson 1
Robinson Helicopter Private Lesson 1Robinson Helicopter Private Lesson 1
Robinson Helicopter Private Lesson 1
Heather Howley
 

Similar to Gearbox Design Team1-4_Project4 (20)

Design & Analysis of Composite Shaft of Passenger Vehicle
Design & Analysis of Composite Shaft of Passenger VehicleDesign & Analysis of Composite Shaft of Passenger Vehicle
Design & Analysis of Composite Shaft of Passenger Vehicle
 
Romax Transmission Gearbox Design
Romax Transmission Gearbox DesignRomax Transmission Gearbox Design
Romax Transmission Gearbox Design
 
IRJET- Torsional Behaviour of a Propeller Shaft Material and its Optimiza...
IRJET-  	  Torsional Behaviour of a Propeller Shaft Material and its Optimiza...IRJET-  	  Torsional Behaviour of a Propeller Shaft Material and its Optimiza...
IRJET- Torsional Behaviour of a Propeller Shaft Material and its Optimiza...
 
Propeller shaft &amp; universal joint
Propeller shaft &amp; universal jointPropeller shaft &amp; universal joint
Propeller shaft &amp; universal joint
 
2015 UTSA Baja SAE Design Report
2015 UTSA Baja SAE Design Report2015 UTSA Baja SAE Design Report
2015 UTSA Baja SAE Design Report
 
DESIGN AND ANALYSIS OF DOUBLE WISHBONE SUSPENSION SYSTEM USING FINITE ELEMENT...
DESIGN AND ANALYSIS OF DOUBLE WISHBONE SUSPENSION SYSTEM USING FINITE ELEMENT...DESIGN AND ANALYSIS OF DOUBLE WISHBONE SUSPENSION SYSTEM USING FINITE ELEMENT...
DESIGN AND ANALYSIS OF DOUBLE WISHBONE SUSPENSION SYSTEM USING FINITE ELEMENT...
 
Modeling and Analysis of Car Wheel
Modeling and Analysis of Car WheelModeling and Analysis of Car Wheel
Modeling and Analysis of Car Wheel
 
Analysis of a Drive Shaft for Automobile Applications
Analysis of a Drive Shaft for Automobile ApplicationsAnalysis of a Drive Shaft for Automobile Applications
Analysis of a Drive Shaft for Automobile Applications
 
IRJET- Dynamic Analysis of the Front and Rear Suspension System of an All...
IRJET-  	  Dynamic Analysis of the Front and Rear Suspension System of an All...IRJET-  	  Dynamic Analysis of the Front and Rear Suspension System of an All...
IRJET- Dynamic Analysis of the Front and Rear Suspension System of an All...
 
A Review Design of Effective Braking and Efficient Transmission System
A Review Design of Effective Braking and Efficient Transmission SystemA Review Design of Effective Braking and Efficient Transmission System
A Review Design of Effective Braking and Efficient Transmission System
 
Material optimization and analysis of Composite propeller shaft and its behav...
Material optimization and analysis of Composite propeller shaft and its behav...Material optimization and analysis of Composite propeller shaft and its behav...
Material optimization and analysis of Composite propeller shaft and its behav...
 
Material optimization and analysis of Composite propeller shaft and its behav...
Material optimization and analysis of Composite propeller shaft and its behav...Material optimization and analysis of Composite propeller shaft and its behav...
Material optimization and analysis of Composite propeller shaft and its behav...
 
Robinson Helicopter Private Lesson 1
Robinson Helicopter Private Lesson 1Robinson Helicopter Private Lesson 1
Robinson Helicopter Private Lesson 1
 
Structural Analysis of Ladder Chassis Frame for Jeep Using Ansys
Structural Analysis of Ladder Chassis Frame for Jeep Using  Ansys Structural Analysis of Ladder Chassis Frame for Jeep Using  Ansys
Structural Analysis of Ladder Chassis Frame for Jeep Using Ansys
 
Transmission system
Transmission systemTransmission system
Transmission system
 
suspinsion system.pdf
suspinsion system.pdfsuspinsion system.pdf
suspinsion system.pdf
 
PROJECT REPORT
PROJECT REPORTPROJECT REPORT
PROJECT REPORT
 
IRJET- Design Optimization and Analysis of a One Piece Composite Drive Shaft ...
IRJET- Design Optimization and Analysis of a One Piece Composite Drive Shaft ...IRJET- Design Optimization and Analysis of a One Piece Composite Drive Shaft ...
IRJET- Design Optimization and Analysis of a One Piece Composite Drive Shaft ...
 
Composite Leaf Spring
Composite Leaf SpringComposite Leaf Spring
Composite Leaf Spring
 
Investigation and Optimization of two cylinder crankshaft by FE Analysis
Investigation and Optimization of two cylinder crankshaft by FE AnalysisInvestigation and Optimization of two cylinder crankshaft by FE Analysis
Investigation and Optimization of two cylinder crankshaft by FE Analysis
 

Gearbox Design Team1-4_Project4