Yük altındaki düz alın dişlilerde farklı profil tepe kesme modifikasyonlarının dişli çalışma frekansına etkisinin incelenmesi ve optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, yük altında çalışan düz alın dişlilerde uygulanan farklı profil tepe modifikasyonlarının, dişli iletim hatası ve çalışma frekans genlikleri üzerindeki etkileri hem analitik hem de deneysel yöntemlerle incelenmiştir. Analitik hesaplama yöntemleri kullanılarak iletim hatası belirlenmiş, deneysel testler aracılığıyla ise dişli çalışma frekans genlikleri ölçülmüştür. Çalışma kapsamında, farklı tepe kesme modifikasyon uzunluklarına sahip dişli çiftleri, modifikasyon uygulanmamış referans dişli çifti ile karşılaştırılmış ve elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Araştırmanın temel amacı, yük altındaki gerçek çalışma koşullarında oluşan deformasyonların dişli temasına etkilerini analiz ederek, uygulanan tepe kesme modifikasyonlarının iletim hatası ve titreşim genliklerini nasıl değiştirdiğini ortaya koymaktır. Bu sayede, farklı yük tipleri için dişli titreşim genliğini en aza indirecek en uygun tepe kesme modifikasyon uzunluğu belirlenmiştir. Çalışmada üç farklı redüktör prototipi tasarlanarak test edilmiştir. Bu prototipler sırasıyla; modifikasyonsuz (referans), orta tepe kesme modifikasyonu uygulanmış ve uzun tepe kesme modifikasyonu uygulanmış düz alın dişli çiftlerinden oluşmaktadır. Deneysel testlerde kullanılan dişliler aynı modül, diş sayısı ve malzeme özelliklerine sahip olup sadece profil tepe kesme modifikasyon uzunluğunda değişiklik yapılmıştır. Böylece, dişlilerin diğer parametrelerden bağımsız sadece tepe kesme modifikasyon uzunluğunun incelenmesi hedeflenmiştir. Analitik hesaplamalarda, dişli çiftlerinin yük altındaki iletim hataları hesaplanmıştır. İletim hatası, ideal dişli dönüşü ile gerçek dönüş arasındaki açısal sapma olarak tanımlanır ve genellikle dişli kavraması sırasında oluşan elastik deformasyonlar, üretim toleransları ve montaj hatalarından kaynaklanır. Yük altında meydana gelen iletim hatası, titreşim seviyesini doğrudan etkileyerek redüktör performansında kritik bir rol oynar. Bu nedenle, farklı profil tepe modifikasyonlarının iletim hatasını nasıl etkilediği detaylı şekilde analiz edilmiştir. Dişli çiftinin rijitlikleri, analitik olarak Weber-Banaschek metoduna göre belirlenmiştir. Bu yöntem, dişli kavramasında meydana gelen toplam elastik deformasyonu üç temel bileşene ayırarak inceler. Bunlar diş profilinin elastik deformasyonu, dişli gövdesi deformasyonu ve diş yüzeyleri arasındaki temas bölgesinde oluşan Hertz tipi temas deformasyonlarıdır. Böylece, dişli sisteminin toplam rijitliği, yük altında oluşan bu üç deformasyonun toplamı ile belirlenebilir. Yöntem, temas hattı boyunca değişen yük dağılımını ve temas geometrisini de dikkate alır. Bu yaklaşım, hem dişli sistemlerinin dinamik analizinde kullanılmak üzere etkili bir modelleme sağlar hem de iletim hatası ve titreşim gibi parametrelerin hassas şekilde öngörülmesine olanak tanır. Profil tepe kesme modifikasyonlarının geometrik parametreleri, H. Sigg tarafından geliştirilen SIGG metodu kullanılarak belirlenmiştir. Bu yöntem, dişli giriş ve çıkış bölgesinde meydana gelebilecek erken temasları önlemek ve yük aktarımını daha düzgün hale getirmek amacıyla diş tepesinden kontrollü bir malzeme kaldırılmasını esas alır. SIGG metodu, modifikasyonun başlangıç noktası, uzunluğu ve kaldırılacak maksimum malzeme miktarını, hedeflenen çalışma yükündeki diş esnemelerine karşılık gelecek şekilde optimize eder. Böylece kavrama başlangıç ve sonunda oluşan yüksek iletim hataları azaltılır, yük dağılımı dengelenir ve dinamik zorlanmalar en aza indirilir. Bu çalışmada, söz konusu modifikasyon parametreleri ileri düzey mühendislik analizlerine imkân tanıyan FVA Workbench yazılımı kullanılarak hesaplanmıştır. Hem analitik hem deneysel testler %100, %80, %60 ve %40 olmak üzere dört farklı yük seviyesinde uygulanmıştır. Deneysel süreçte, modifikasyonsuz, orta tepe kesme modifikasyonuna ve uzun tepe kesme modifikasyonu sahip üç farklı tek kademe düz dişlilere sahip yatık tip redüktörler hazırlanmıştır. Yük altında çalışan redüktörlerin gövdesi üzerine monte edilen ivmeölçerler aracılığıyla canlı titreşim ölçümleri alınmış ve elde edilen sinyaller hız(mm/s) ve frekans(Hz) alanlarında analiz edilmiştir. Dişli çalışma frekanslarına karşılık gelen titreşim genlikleri, sistemin dinamik tepkisini ortaya koymak amacıyla değerlendirilmiştir. Analiz sonuçlarına göre, modifikasyonsuz sistemde yüksek genlikli dişli çalışma frekansları gözlemlenmiş; bu durum, yük altında iletim hatasının arttığını ve sistemin düzensiz tork iletimine maruz kaldığını göstermiştir. Orta tepe kesme modifikasyonu uygulanan sistemde, analitik hesaplamalarla deneysel verilerin yüksek oranda örtüştüğü, dolayısıyla bu modifikasyonun dişli kavrama başlangıcı ve sonunda ani tork artışlarını azaltarak titreşim seviyelerini azalttığı saptanmıştır. Buna karşın, uzun tepe kesme modifikasyonu uygulanan redüktörde, analitik hesaplanan iletim hatası verileri ile test sonuçları uyum göstermemiştir. Bu farklılığın uzun tepe kesme modifikasyonun kavrama boyunu aşırı derecede düşürerek tork aktarım dengesini bozmasından kaynaklanmış olabileceği düşünülmektedir. Sonuç olarak, bu çalışma farklı profil modifikasyonları ve yükleme şartlarının dişli titreşim genlikleri üzerindeki etkilerini hem analitik hem deneysel olarak karşılaştırmalı biçimde ortaya koymuş, yükleme tipine göre optimum modifikasyon tipinin belirlenmesine yönelik önemli bulgular sağlamıştır.