Temel dişli tasarım parametrelerinin tek diş ve kavrama rijitliğine etkisinin sonlu elemanlar metodu ile incelenmesi

Abstract

Dişli tasarım parametrelerinin en önemlileri arasında tek diş rijitliği ve kavrama rijitliği gösterilebilir. Tek diş rijitliği ve kavrama rijitliği özellikle dişli dinamik yükleri üzerinde etkin rol oynar. Ayrıca, diş rijitliği temas halindeki dişliler arasındaki yük paylaşımını belirleyen en önemli parametredir. Bu çalışmada, tek diş rijitliği ve kavrama rijitliğinin hesaplanabilmesi için geliştirilen kapsamlı bir yöntem ele alınmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, tek diş rijitliğinin hesaplanabilmesi için sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Tek diş için elde edilen rijitlik eğrilerinin kullanılmasıyla dişli mekanizmaları için zamanla değişen kavrama rijitliği hesaplanmıştır. Hesaplanan rijitlik değerleri literatürdeki benzer çalışmalarla kıyaslanarak doğrulanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında, farklı temel dişli tasarım parametrelerinin tek diş rijitliği ve kavrama rijitliğine etkisi incelenmiştir. Beş farklı durum için, diş sayısı, basınç açısı, profil kaydırma faktörü, diş başı yüksekliği ve kesici takım uç yarıçapının, etkileri incelenmiştir. Ayrıca elde edilen sonuçların tasarımcılar tarafından hızlı bir şekilde değerlendirilebilmesi için MATLAB ortamında kullanıcı arayüzü oluşturulmuştur. Sonuç olarak, diş sayısı, basınç açısı, kesici takım uç yarıçapının, artması rijitlik değerlerinin artmasına, diş başı yüksekliğinin artmasının ise rijitliğin azalmasına yol açtığı görülmüştür. Ayrıca pozitif profil kaydırma işlemi sonucunda kavrama rijitliğinin artıp negatif profil kaydırma ile de azaldığı görülmüştür.

Single tooth stiffness and mesh stiffness are the one of the most important parameters of the gear design. They play an active role especially on dynamic loads of gears. Furthermore, gear stiffness is the most important parameter that determines the load sharing in the teeth in contact. In this study, a comprehensive method was developed to calculate single tooth stiffness and mesh stiffness. In the first part, a finite element model was created to calculate the single tooth stiffness. By using the stiffness curves obtained for one tooth, the time-varying mesh stiffness is calculated for the gear mechanisms. The calculated stiffness values were verified by comparing with similar studies in the literature. In the second phase, the effect of different basic gear design parameters on single tooth stiffness and mesh stiffness is investigated. The effects of number of teeth, pressure angle, profile shift factor, tooth addendum height and cutting tool tip radius were investigated. In addition, a user interface created in the MATLAB environment so that designers can quickly evaluate the results obtained. As a result when the number of teeth, the pressure angle, cutting tool tip radius are increase the stiffness values increase too. Increment in the tooth addendum height is led to a decreasement in tooth stiffness. Positive profile shifting operation is increased the stiffness and the negative profile shifting operation is decreased the stiffness of the gear.