Redüktör dişlilerinin anlık statik analizi

Abstract

Dişli çark sistemlerinden oluşan redüktörler, günümüzde otomotiv, demir-çelik, madencilik ve ağır sanayi sektörlerinden, küçük ve orta ölçekli üretim tesislerine, asansör sistemlerinden robotik uygulamalara, vinç mekanizmalarından otomasyon sistemlerine kadar geniş bir kullanım alanına sahiptir. Redüktörler, mekanik güç aktarımında kritik bir rol oynayarak torku artırırken çıkış hızını düşürmekte ve böylece sistemlerin verimli ve güvenilir çalışmasını sağlamaktadır. Bu çalışmada, özgün bir redüktör tasarımı gerçekleştirilmiş, gerekli mühendislik hesaplamaları yapılarak optimum dişli boyutları ve malzeme seçimi belirlenmiştir. Tasarım sürecinde, dişli oranları, dişli mukavemet ve motor özellikleri göz önünde bulundurulmuş, sistemin güvenilirliği ve performansı optimize edilmiştir. Analitik hesaplamalar doğrultusunda elde edilen model, sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile analiz edilmiştir. Redüktör dişlilerine etki eden gerilmeler belirlenmiş, dişli temas bölgelerinde oluşan maksimum gerilme noktaları ve yük dağılımları incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, tasarlanan redüktör sisteminin dayanım açısından uygunluğunu değerlendirmek ve tasarımın daha verimli hale getirilmesi için gerekli iyileştirmeleri belirlemek amacıyla yorumlanmıştır. Bu araştırma redüktör tasarım süreçlerinde anlık statik analiz uygulamalarının önemini vurgulamakta ve mühendislik hesaplamaları ile bilgisayar destekli simülasyonların birlikte kullanıldığı bir yaklaşımla sistematik bir inceleme sunmaktadır. Bu çalışmada dişli malzemesinin seçiminin önemi, sistemin tüm bileşenleri ile değerlendirilmesi gerektiği ve motor–dişli uyumunun kritikliği ortaya konulmaktadır.

Keywords

• Redüktör
• dişli çark
• tasarım
• anlık statik analiz
• sonlu elemanlar yöntemi
• motor seçimi

Instantaneous static analysis of reducer gears

Abstract

Gearboxes, which consist of gear wheel systems, have a wide range of applications from automotive, iron and steel, mining and heavy industry sectors to small and medium-sized production facilities, elevator systems, robotic applications, crane mechanisms and automation systems. Gearboxes play a critical role in mechanical power transmission, increasing torque while reducing output speed, thus ensuring efficient and reliable operation of the systems. In this study, a unique gearbox design has been realized and the optimum gear sizes and material selection have been determined by performing the necessary engineering calculations. In the design process, gear ratios, gear strength and motor characteristics were taken into consideration, and the reliability and performance of the system were optimized. The model obtained from the analytical calculations was analyzed by finite element method (FEM). The stresses acting on the gearbox gears were determined and the maximum stress points and load distributions in the gear contact areas were analyzed. The results obtained were interpreted to evaluate the suitability of the designed gearbox system in terms of strength and to determine the necessary improvements to make the design more efficient. This research emphasizes the importance of instantaneous static analysis applications in gearbox design processes and presents a systematic review with an approach that combines engineering calculations and computer-aided simulations. In this study, the importance of gear material selection, the need to evaluate the system with all its components and the criticality of motor-gear matching are revealed.

Keywords

• Gearbox
• gear wheel
• design
• instantaneous static analysis
• finite element method
• motor selection

References

1. [1] Prášil, L., & Mackerle, J. (2008). Finite element analyses and simulations of gears and gear drives: A bibliography (1997–2006). Engineering Computations, 25(2), 196–219. https://doi.org/10.1108/02644400810857056
2. [2] Shrinivas, V., Arumugam, T., Chandramouly, R., & Muthusamy, S. (2025). Failure analysis of gearbox used in twin screw extruders for polymer compounding. Engineering Failure Analysis, 179, 109722. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2025.109722
3. [3] Karthick, M., Siva Ramakrishna, C., Pugazhenthi, R., Gudadhe, N., Baskar, S., Renu, & Kumar, R. (2023). Contact stress analysis of xylon coated spur gear using ANSYS workbench. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.03.572
4. [4] Hou, Y., Liu, Z., He, X., Wang, S., Liu, Q., & Zhou, X. (2025). Gearbox noise and vibration control based on multiple-objective optimization of helical gear microgeometry. Applied Acoustics, 240, 110955. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2025.110955
5. [5] Magryta, P., & Pietrykowski, K. (2025). Failure analysis of transmission gear in aircraft opposed piston Diesel engine using FEM method. Engineering Failure Analysis, 175, 109569. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2025.109569
6. [6] Ding, H., Zhang, Y., Li, H., Rong, K., Tang, J., & Chen, S. (2021). Bending fatigue life oriented tooth flank dry-grinding tool modification for cleaner manufacturing of spiral bevel gear product. Journal of Cleaner Production, 328, 129566. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.129566
7. [7] Goswami, P., & Nandan Rai, R. (2023). A systematic review on failure modes and proposed methodology to artificially seed faults for promoting PHM studies in laboratory environment for an industrial gearbox. Engineering Failure Analysis, 146, 107076. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.107076
8. [8] Raptis, K. G., & Savaidis, A. A. (2018). Experimental investigation of spur gear strength using photoelasticity. Procedia Structural Integrity, 10, 33–40. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2018.09.006

9. [9] Srivastava, V., Singh, D., Rao, A. G., & Deshmukh, V. P. (2024). Root cause analysis of flywheel gear failure in a marine diesel engine. Engineering Failure Analysis, 156, 107729. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.107729
10. [10] Sciarra, G., Mottola, G., Pleguezuelos, M., Sánchez, M. B., Carricato, M., & Pedrero, J. I. (2025). Analysis of the contact stress of beveloid gears with straight teeth and parallel axes. Mechanism and Machine Theory, 214, 106156. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2025.106156
11. [11] Sarıtaş, M., Gölbol, Ö., & Yayla, P. (2021). Finite element stress analysis of three-stage gear box. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 10(2), 784-790. https://doi.org/10.28948/ngumuh.794874
12. [12] Giberti, H., Cinquemani, S. ve Legnani, G. (2011). A Practical Approach to the Selection of the Motor-Reducer Unit in Electric Drive Systems. Mechanics Based Design of Structures and Machines, 39 (3), 303–319. https://doi.org/10.1080/15397734.2011.543048
13. [13] Kurt, C. (2011). Özel redüktör tasarımı (Yüksek lisans tezi, Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü). Namık Kemal Üniversitesi Açık Erişim. https://www.scribd.com/document/492772455/OZEL-REDUKTOR-TASARIMI-Cahit-KURT-Yuksek-Lisans-Tezi-Makine-Muhendisli%C4%9Fi-Anabilim-Dal%C4%B1-Dan%C4%B1%C5%9Fman-Yrd-Doc-Dr-Nur%C5%9Fen-ONTURK-YEN%C4%B0C%C4%B0
14. [14] Makine Eğitimi. (t.y.). Dişli çark terimleri – dişli çark elemanları. Erişim adresi: https://www.makinaegitimi.com/disli-cark-terimleri-disli-cark-elemanlari/
15. [15] Shrinivas, V., Arumugam, T., Chandramouly, R., & Muthusamy, S. (2025). Failure analysis of gearbox used in twin screw extruders for polymer compounding. Engineering Failure Analysis, 171, 109722. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2025.109722
16. [16] Molaie, M., Zippo, A., & Pellicano, F. (2025). Neural network-based estimation of gear safety factors from ISO-based simulations. Symmetry, 17(8), 1312. https://doi.org/10.3390/sym17081312