Konik Dişlilerin Dayanım Analizinde Tredgold Yaklaşımının ANSYS ile Araştırılması

Year 2020, Volume: 11 Issue: 3, 1073 - 1080, 30.09.2020

Gürkan İrsel

https://doi.org/10.24012/dumf.669831

Abstract

Konik dişliler, mekanik güç iletimi için endüstriyel makinelerde oldukça yaygın kullanılan makine elemanlarıdır. Bir çift konik dişli genel anlamda, diş dibi eğilme gerilmesi ve yüzey temas gerilmesi olarak iki tür zorlanmaya maruz kalmaktadır. Bu zorlanmanın hesaplanması optimum tasarımın gerçekleştirilmesi için oldukça önemlidir. Dişlilerin hesaplarında halen analitik yöntemler kullanılmasına rağmen günümüzde analiz programları ile bu hesapların yapılması yaygınlaşmaktadır.
Bu çalışmada, bir konik dişli çiftinin diş dibi eğilme ve temas gerilmesi hesabı sonlu elemanlar yöntemi ile çözüm yapan ANSYS 2019R3 ile ve analitik olarak gerçekleştirilmiştir. Analitik hesapta DIN 3991 yöntemi uygulanmıştır. Konik dişlinin düz silindirik sanal dişlisi tredgold yaklaşımı ile oluşturulmuştur ve çözüm bu sanal dişli üzerinden gerçekleştirilmiştir. Analitk olarak sanal dişliler hesaplanmış ve bu sanal düz dişli çifti için çözüm yapılmıştır. Daha sonra konik dişlilerin katı modelleri CATIA V5 R20 ile oluşturulmuştur. Modeller ANSYS space claim modülüne aktarılmış ve düzenlenmiştir. ANSYS mechanical bölümünde malzeme, temas ve mafsal tanımları yapılmıştır. Mesh skewnees değeri gözetilerek mesh çalışması yapılmıştır. Dişli çifti için en zor koşul olan tek diş teması için non-lineer çözüm Newton Rapson metodu ile gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, tredgold yöntemi ile gerçekleştirilen çözüm ile ANSYS çözümü arasında % 3.2’lik fark olduğunu göstermiştir. Tredgold yöntemi ile gerçekleştirilen çözümün standart dişliler için oldukça pratik olduğu, modifiye ve özel dişlilerde ise sonlu elemanlar yönteminin kullanımının avantajlı olacağı tespit edilmiştir.

Keywords

Tredgold, Konik Dişli, ANSYS, DIN 3991, Diş dibi eğilme gerilmesi

References

• Bahrami Ghahnavieh, A., Akbarzadeh, S., & Mosaddegh, P. (2014). A numerical study on the performance of straight bevel gears operating under mixed lubrication regime. Mechanism and Machine Theory, 75, 27–40. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2014.01.005
• Childs, P. R. N. (2018). Spur and helical gear stressing. In Mechanical Design Engineering Handbook. https://doi.org/10.1016/b978-0-08-102367-9.00009-3
• Doğan, O., & Karpat, F. (2019). Crack detection for spur gears with asymmetric teeth based on the dynamic transmission error. Mechanism and Machine Theory, 133, 417–431. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.11.026
• Dolan, T. J., & Broghamer, E. L. (1942). A photoelastic study of stresses in gear tooth profiles. Bulletin, (335). Dooner, D. B., Vivet, M., & Mundo, D. (2016). Deproximating Tredgold’s Approximation. Mechanism and Machine Theory, 102, 36–54. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2016.03.004
• Jyothirmai, S., Ramesh, R., Swarnalatha, T., & Renuka, D. (2014). A Finite Element Approach to Bending, Contact and Fatigue Stress Distribution in Helical Gear Systems. Procedia Materials Science, 6(Icmpc), 907–918. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.07.159
• Lisle, T. J., Shaw, B. A., & Frazer, R. C. (2017). External spur gear root bending stress: A comparison of ISO 6336:2006, AGMA 2101-D04, ANSYS finite element analysis and strain gauge techniques. Mechanism and Machine Theory, 111, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.01.006
• Liu, X., Yang, Y., & Zhang, J. (2016). Investigation on coupling effects between surface wear and dynamics in a spur gear system. Tribology International, 101, 383–394. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2016.05.006
• Mehta, G., Somani, M., Narendiranath Babu, T., & Watts, T. (2018). Contact Stress Analysis on Composite Spur Gear using Finite Element Method. Materials Today: Proceedings, 5(5), 13585–13592. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.02.354
• Naik, K. N., & Dolas, D. (2014). Static Analysis Bending Stress on Gear Tooth Profile By Variation of Gear Parameters With The Help of FEA. 3(6), 132–137.
• Vivet, M., Mundo, D., Tamarozzi, T., & Desmet, W. (2018). An analytical model for accurate and numerically efficient tooth contact analysis under load, applied to face-milled spiral bevel gears. Mechanism and Machine Theory, 130, 137–156. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.08.016
• Zhan, J., & Fard, M. (2018). Effects of helix angle, mechanical errors, and coefficient of friction on the time-varying tooth-root stress of helical gears. Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, 118(January), 135–146. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.01.021
• Zheng, F., Zhang, M., Zhang, W., Tan, R., & Guo, X. (2019). On the deformed tooth contact analysis for forged bevel gear modification. Mechanism and Machine Theory, 135, 192–207. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2019.01.024