Music

25 views

ASIMETRIK EVOLVENT DISE SAHIP DÜZ DISLI ÇARKLARIN BILGISAYAR DESTEKLI PARAMETRIK ANALIZI

ASIMETRIK EVOLVENT DISE SAHIP DÜZ DISLI ÇARKLARIN BILGISAYAR DESTEKLI PARAMETRIK ANALIZI
of 11
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Share
Tags
Transcript
  TIMAK-Tasarim Imalat Analiz Kongresi   26-28 Nisan 2006 – BALIKESIR   ASIMETRIK EVOLVENT DISE SAHIP DÜZ DISLI ÇARKLARINBILGISAYAR DESTEKLI PARAMETRIK ANALIZI Fatih KARPAT 1 , Kadir ÇAVDAR  2 , Fatih Cengiz BABALIK  3 1 Uludag Üniversitesi, Makine Mühendisligi Bölümü, Bursakarpat@uludag.edu.tr  2 Uludag Üniversitesi, Makine Mühendisligi Bölümü, Bursacavdar@uludag.edu.tr  3 Uludag Üniversitesi, Makine Mühendisligi Bölümü, Bursababalik@uludag.edu.tr  Özet Bu bildiride asimetrik dis profiline sahip evolvent alin disli çarklar incelenmektedir. Asimetrik dislilerde dis profilinin iki tarafinda farkli kavrama açilari vardir. Asimetrik disin amaciyük tasima kapasitesinin arttirilmasi, gürültü ve titresim azalmasini saglayabilmektir.Parametrik çalisma için Matlab 6.5 kullanilarak statik ve dinamik analizler için programlargelistirilmistir. Farkli dis parametrelerinin dis dibi gerilmesine ve dinamik yüke etkileriincelenmistir. Örnek sonuçlar ve sayisal örnekler grafiklerle sunulmustur.  Anahtar Terimler: Asimetrik dis, düz disli çarklar, Parametrik analiz  Abstract In this paper, involute spur gears with asymmetric teeth are investigated. Theasymmetry means that pressure angles are different for the drive and coast sides. The aim of the asymmetric tooth design is to improve the performance of gears such as increasing the loadcarrying capacity or reducing noise and vibration.In this study, some computer programs are developed for static and dynamic analysisdepending on gear parameters. It is written by using MatLab 6.5. The effects of different gearparameters are investigated. The sample results, which were obtained by using the developedcomputer programs, are illustrated with numerical examples. Key Words: Asymmetric tooth, spur gears, parametric analysis Semboller ve Indisler α Asimetrik profilli dise sahip evolventdüz disli çarklar için kavrama açisi ( ° ) ε α d Asimetrik dise sahip disli çarklardanolusan mekanizmanin kavrama orani σ F0 Düz disli çarklarda maksimum nominaldis dibi gerilmesi(N/mm 2 ) ρ fP Kremayer kesici takimin dis basiradyusu (mm)a d Hesaplanan eksenler arasi mesafesi(mm)b Disli çark genisligi (mm)r Taksimat dairesi yariçapi (mm)r a Dis basi dairesi yariçapi (mm)r b Temel dairesi yariçapi (mm)r f  Dis dibi dairesi yariçapi (mm)r form Form dairesi çapi (mm)r L Limit dairesi yariçapi (mm)s a Dis basi dairesindeki dis kalinligi(mm)s r Evolvent diste dis kalinligi (mm)   Biçimlendirilmis: Türkçe  F D Normal disli kuvveti (N)   h aP Kesici takimin dis dibi derinligi (mm)h Fa Kuvvetin dis eksenini kestigi noktaninkritik kesite uzakligi (mm)h fP Kesici takimin dis basi yüksekligi (mm)m n Normal modül (mm)m Çark kütleleri(kg)x Profil kaydirma faktörüz Dis sayisi AGMA Amerikan Disli Üreticileri DernegiDIN Alman Standartlari Enstitüsü c Disin arka yüzeyi d Disin arka yüzeyi   1. GIRIS Çok genis kullanim alani olan disli çarklar kolumuza taktigimiz saatten, ulasimdakullandigimiz tüm kara, hava, deniz tasitlarina kadar bir çok önemli makinede güç aktarmaelemani olarak yer almaktadir. Farkli yerlerde, farkli amaçlar için çalisan disli çarklarin boyutlari,malzemeleri, sekilleri de farklidir.Tüm disli çarklarin genel kullanimi göz önüne alindiginda silindirik ve evolvent profillidislere sahip disli çarklar halen en büyük kullanim alanina sahiptirler. Bunun sebebi ise disliçarklardan beklenen sabit hiz çevrim orani, kaymadan yuvarlanma, düzgün hareket iletimi gibibazi genel özelliklerin her disli çark ve dis geometrisi tarafindan saglanamamasidir. Genelkullanim alani disinda farkli özelliklerin yüksek performanslarin istendigi güç mekanizmalarindafarkli boyut ve geometrilere sahip özel disli çarklara da ihtiyaç duyulmaktadir. Dairesel kesitesahip olmayan eliptik disli çarklar, dairesel yay profiline sahip Navikov, Wildhaber, Circarc gibiçesitli isimlerle anilan disli çarklar bu özel disli çarklara birer örnektir.Bu çalismada incelenen evolvent asimetrik dise sahip düz disli çarklar da standartolmayan özel disli çarklara bir örnektir. Disli çarklarda ön ve arka dis yüzeyleri fonksiyon veçalisma sartlari açisindan farklidir. Genelde arka dis yüzeyine herhangi bir kuvvet gelmez. Busebeple iki yüzeyi de birbirinin ayni, yani simetrik yapmak bir zorunluluk degil, üretim seklininbir sonucudur. Bu yüzden profilin simetrikligi performansi arttirmak amaciyla bozulabilir.Sertlestirilmis hypoid dislilerde dis dibi mukavemetini arttirmak amaciyla ilk kez 1970’liyillarda bulunan bu dis formu daha sonra silindirik düz disli çarklar için düsünülmüstür.Literatürde asimetrik evolvent dise sahip çok az sayida çalisma bulunmaktadir. Bu çalismasirasinda bu çalismalarin yayinlandigi bilimsel makalelerin büyük çogunlugu elde edilmistir. Asimetrik dise sahip evolvent düz disli çarklar, [2,3,4,5,6,7,11,12,13,18,19,22,23,24] tarafindanyapilmis teorik ve deneysel çalismalarda incelenmistir. Asimetrik evolvent dise sahip düz disli çarklarin konu oldugu yayinlar incelendigindegenellikle özel bir uygulamaya yönelik çalismalarin yapildigi görülmektedir. Dis dibi mukavemetiüzerine yapilan incelemelerinin bir metot olusturmaktan uzak olmasinin yani sira, sadecekavrama açisinin degisiminin etkilerinin incelenmis olmasi da bu konudaki eksikligigöstermektedir. Bu çalismada kavrama açisinin yani sira farkli disli parametreleri (dis sayisi,takim radyusu) de göz önüne alinmistir. Asimetrik dis için uyarlanan bir metot ve sonluelemanlar analizleri sayesinde dis dibi gerilmeleri parametrik olarak incelenmistir. Yine dis dibimukavemetini yükseltmek için yaygin olarak kullanilan profil kaydirmali dislilerden olusan düzdisli çark mekanizmalari, asimetrik evolvent dise sahip düz disli çark mekanizmalari ile dis dibigerilmeleri açisindan karsilastirilmistir. 2. ASIMETRIK DISE SAHIP EVOLVENT DÜZ DISLI ÇARKLAR   Asimetrik disli geometrisinin simetrik olan standart dislilere göre en önemli farki, disinher iki yüzeyindeki (ön -temasin oldugu yüzey- ve arka yüzey) farkli iki evolvent profil için aynimerkeze sahip iki farkli temel daire bulunmasidir.Imalat yöntemleri standart düz disli çarklarla aynidir. Yalnizca kesici takimin yanyüzeylerindeki profil açisi birbirlerinden farklidir (Sekil 1).   Sekil 1. Asimetrik profilli dise sahip disli çark için takim profiliTaksimat dairesi çapindan farkli bir d r çapinda dis kalinligi: (Sekil 2)      +−++= )invinv()invinv( z2ds rdrcdc rr αααα π (1)bagintisiyla hesaplanir.Sekil 2. Herhangi d r çapinda dis kalinligiDisli mekanizmalarinda kesintisiz, sürekli bir hareketin saglanabilmesi için kavrama oranininmutlaka 1,1 degerinden büyük olmasi istenir. Evolvent düz disli çarklarda kavrama açisininbüyümesi ile kavrama uzunlugu azalmakta dolayisiyla mekanizmanin kavrama oranidüsmektedir. Bu durum asimetrik dise sahip düz disli çark mekanizmasinin sakincali bir yönüdür.Ön yüzey kavrama açisinin seçiminde kavrama orani önemli bir kisittir. Asimetrik disli mekanizmasinda kavrama orani : dd22b22a21b21ad cospsinarrrr ααε α ⋅⋅−−+− = (2)bagintisiyla hesaplanir.Kavrama orani 1-2 arasinda bulunan düsük kavrama oranli disli çarklarda kavrama süreciboyunca temas halinde bulunan dis çifti sayisi 1 ya da 2 olmaktadir (Sekil 3).   Sekil 3. Asimetrik dislere sahip bir disli çark mekanizmasi için kavrama dogrusu ve kavramadaönemli noktalar (  A: Incelenen dis için kavramanin baslamasi, önceki dis halen temas halinde, B: Önceki dis temas halindençikiyor, D noktasina kadar tek disli çifti temas halinde, D: Sonraki dis de temasa basliyor, D-E arasi yine ikidisli çifti temasi var, E: Incelenen disin temas halinde oldugu son nokta)  Asimetrik dislere sahip düz disli çark mekanizmasinda kavrama uzunlugu: dd2d2b22a2d1b21a sinarrrr AE α ⋅−−+−= (3)bagintisiyla tek dis çiftinin temasta bulundugu kavrama uzunlugu ise: ⋅⋅−−+−−⋅+= d2d2b22a2d1b21add2bd1b cosp2rrrrtg)rr(BD αα (4)bagintisiyla elde edilebilir. 3. ASIMETRIK DISE SAHIP EVOLVENT DÜZ DISLI ÇARKLARIN DISDIBI MUKAVEMETI AÇISINDAN INCELENMESI Disli çarklarda, özellikle de sertlestirilmis disli çarklarda en önemli hasar türü dis dibikirilmasidir. Dis dibi mukavemetini, disli çark boyutlari, dis sekilleri, tam dis yükünün etkidigi enyüksek nokta ve dis dibi bölgesinin geometrisi etkilemektedir [3]. Yapilan teorik ve deneysel çalismalar sonucunda dis dibi gerilmelerinin hesaplanabilmesiiçin birçok metot gelistirilmistir. Alman standardi DIN 3390’da ve Amerikan standardi AGMA218.1 de verilen metotlarin yani sira ünlü arastirmaci Niemann tarafindan gelistirilen metot enfazla kullanilan metotlardir. Bu metotlarda nominal dis dibi gerilmeleri, birçok etkiyi içeren vedeneysel sonuçlara dayanan birçok faktörün çarpimiyla elde edilmektedir. Ancak bu metotlarintamami konvensiyonel standart disli çarklar ile sinirlidir. Bu çalisma içerisinde DIN 3990 Metot Ctercih edilip uygulanmistir. Bu metoda göre hatasiz kabul edilen bir dis için teorik maksimumnominal dis dibi gerilmesi su sekilde hesaplanmaktadir: βε σ  Y  Y  Y  Y  mbF SFant0F ⋅⋅⋅⋅= (5)F t dis kuvvetinin tegetsel bileseni, Y  Fa disi form faktörü, Y  S gerilme düzeltme faktörü, Y  ε   kavrama faktörü, Y  β helis faktörü olup düz disliler için “1” dir. Asimetrik profilli dise sahip disli çarklarin gerilme degerlerinin yaklasik olarak belirlenmesi ve simetrik profilli dise sahip standart disli çarklarla karsilastirilmasi amaciyla Matlab6.5 programlama diliyle bir program gelistirildi. Bu program sayesinde kavrama açisi, dis sayisi,takim radyusu gibi önemli parametrelerin dis dibi gerilmelerine etkileri ayrintili olarak ortayaçikarilabilmektedir. Programin çalistirilmasi ile bulunan sonuçlar grafiksel ve yazili olarak eldeedilmektedir. 4. DIS DIBI GERILMELERININ BELIRLENMESINDE SAYISALMETOTLAR  Disli çarklarda gerilmelerin hesaplanmasinda deneysel verilere dayanan ampirik ifadeleriçeren genellestirilmis metotlarin yani sira sonlu elemanlar, sonlu farklar gibi sayisal metotlardayaygin olarak çok sayida çalismada kullanilmistir.  Bugüne kadar yapilan bir çok çalisma, sonlu elemanlar metodu ile elde edilen sonuçlarindeneysel sonuçlarla uyumlu oldugunu göstermistir.Tasarimda optimum çözüme ulasmakta parametrik analiz önemlidir. Parametrik analizdekullanilan diger sayisal yöntemlere göre kullanimi daha yaygin olan sonlu elemanlar metodu,deneysel yöntemlere göre hem maliyet ve hem de harcanan zaman açisindan daha üstündür.Günümüzde sonlu elemanlar metodunu kullanan çok sayida mühendislik paketprogramlari mevcuttur. Bu durum metodun yayginlasmasinda önemli bir etkendir. Bu çalismada ANSYS 8.0 sonlu elemanlar paket programi kullanilmistir. Analiz için gelistirilen 2 boyutlu dismodeli ve seçilen eleman Sekil 4’te görülmektedir. 5. SONLU ELEMANLAR METODUNDA PARAMETRIK ANALIZ IÇINBILGISAYAR PROGRAMI GELISTIRILMESI Disli çark mekanizmalarinda optimum tasarima ulasmak ya da farkli parametrelerinetkilerinin ayrintili incelenebilmesi için sonlu elemanlar analizinin zaman alici adimlarinin tekraredilmesi zorunludur.Disli çark mekanizmasinin sonlu elemanlar analizinde geometrik noktalarin bilinmesihalinde dahi bu islem adimlari tek bir dis için 35-45 dk. süre gerektirmektedir. Hem islem süresihem de islem adimlarinin tasarimciyi yormasi sebebiyle tüm bu adimlarin bilgisayarprogramlamasiyla entegrasyonu (otomasyonu) gereklidir.Bu çalismada otomasyonu saglamak için tüm sonlu elemanlar analizi adimlarini içerenbatch dosyasinin yazilmasi için bir bilgisayar programi gelistirildi. Program için Matlab 6.5’inprogramlama dili kullanilmistir. Program sayesinde bir dis modeli için analiz süresi yaklasik 3dk.’ya kadar indirilmistir. Bu sayede çok sayida disli çark mekanizmasinin parametrik analizigerçeklestirilmis olmaktadir. Gelistirilen program ile tüm standart ve standart olmayan profilkaydirilmis ve asimetrik profilli dislere sahip düz disli çarklar için dis dibi gerilmesi ve rijitlik analizleri gerçeklestirilebilmektedir.Sekil 4. Gelistirilen dis modeli ve 4 köse ve kullanilan 8 noktadan olusan 2 boyutlu Plane 82elemani 6. ASIMETRIK PROFILLI DISE SAHIP DISLI ÇARKLARINOLUSTURDUGU DÜZ DISLI ÇARK MEKANIZMALARININ PROFILKAYDIRILMIS DÜZ DISLI ÇARK MEKANIZMALARIYLAKARSILASTIRILMASI Disli çarklarin dis dibi mukavemetini arttiracak bir yöntemin de pozitif profil kaydirmaoldugu bilinmektedir. Profil kaydirma yöntemi, yalniz mukavemet arttirmak için degil kavramaoraninin arttirmak, disli çark mekanizmalarinda istenilen eksenler arasi mesafeyi saglayabilmek için de uygulanmaktadir. Profil kaydirma yönteminde önemli olan istenilen iyilestirmeye uygunprofil kaydirma miktarlarinin amaca uygun olarak (x 1 , x 2 ) belirlenmesidir. Mekanizmaboyutlarinin büyümemesi istendiginde ise x 1 = - x 2 > 0 profil kaydirma oranlarina göre yapilankaydirmali sifir mekanizmalar (K-0) önerilmekte ve kullanilmaktadir.
Advertisement
Related Documents
View more
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks