Yıl 2018, Cilt 30 , Sayı 4, Sayfalar 388 - 397 2018-12-31

Reliability Analysis of the Static Bending Strength of Cylindrical Hardened Gears
Sertleştirilmiş Silindirik Düz Dişli Çarkın Statik Eğilme Dayanımının Güvenirlik Analizi

Mehmet BOZCA [1]


The target of this study is to investigate the static bending strength of teeth in cylindrical hardened gears based on reliability analysis. The effect of hardness on the static bending strength of the tooth of the cylindrical gear was investigated in the static loading conditions. The gears were carburized with low-pressure in a 4 mbar acetylene atmosphere and cooled with gas. In order to obtain different hardness values, different cooling rates were applied using different gases and gas-pressures. For this objective, shot-peened and unshot-peened gears having different core and surface hardness values are tested on a pulsator test machine providing a quasi-static loading condition.  Shot peening treatment was performed according to Atmen A and Atmen N method. Material used for gear samples is 20MnCr5 steel and samples have the same geometry. The quasi-static load for tooth fracture is monitored and measured. The bending stresses for applied load which causes fracture is calculated. Tooth-root failures starting from the surface are experimentally observed. The shot-peening treatment is found to have no positive effect on the bending strength of the tooth under static loading conditions, although the shot peening treatment is effective in improving the dynamic bending strength of the gears. The increase in the hardness value results in an increase in the static bending strength of the gears. A high static bending strength value was obtained for high-rigidity gears heat-treated in a 20 bar Helium (He) atmosphere. The hardness of the core has been shown to have no significant effect on the determination of the static bending strength of the gears since the damage occurred from the surface. The appearance of the damage surfaces for gears is typical static loading damage from the surface, depending on the maximum tensile stress of the crack. Reliability involves the damage behavior of a product and is therefore an important criterion for product assessment. Gears are the most important machine elements in many mechanical power transmission systems and therefore the reliability of the gears is very important. Reliability analysis is required to determine the possible strength values ​​of the gears to meet the strength values ​​foreseen in the literature. Reliability analyses of the static bending strength of the tooth in cylindrical hardened gears are conducted. The mean values, standard deviations and standard variables of the static bending strength are calculated. It is concluded that the reliability levels of the static bending strength satisfy the required strength values given in the literature.

Özet

Bu çalışmanın amacı sertleştirilmiş silindirik düz dişli çarkın statik eğilme dayanımını güvenirlik analizi temelinde incelemektir. Bu amaç için, bilya-püskürtülmüş ve bilya-püskürtülmemiş farklı yüzey sertliği değerlerine sahip dişli çarklar bir yarı-statik yükleme koşulu sağlayan bir pulsator test makinasında test edilmiştir. Test edilen tüm dişli çark numunesi malzemeleri 20MnCr5 çeliğidir ve aynı geometriye sahiptir. Diş kırılması için yarı-statik yükleme durumu gözlemlenmiş ve ölçülmüştür. Hasara sebep olan uygulanan yük için eğilme gerilmeleri hesaplanmıştır. Yüzeyden başlayan diş-dibi hasarları deneysel olarak gözlemlenmiştir. Bilya-püskürtme işleminin statik yükleme koşullarında dişin eğilme dayanımı üzerinde hiç olumlu etkisinin olmadığı belirlenmiştir. Sertleştirilmiş silindirik düz dişli çarkın statik eğilme dayanımı güvenirlik analizi gerçekleştirilmiştir. Statik eğilme dayanımının ortalama değerleri, standart sapmalar ve standart değişkenleri hesaplanmıştır. Statik eğilme dayanımının güvenirlik seviyelerinin literatürde verilen istenilen dayanımı sağladığı sonucuna varılmıştır.

  • [1] Mehmet Bozca, Influence of core hardness on bending strength of tooth in cylindrical gears under quasistatic loading conditions, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, Blachwell Publishing Ltd. 31, pp.902-910, 2008.
  • [2] William D. Callister, Jr., Materials Science and Engineering, An Introduction, John Wiley & Sohns, Inc. 2007.
  • [3] Karin Björkeborn, Uta Klement, Hans-Börje Oskarson, Study of microstructureal influences on machinability of case hardening steel, Int. J. of Advanced Manufacturing Technology, 49, pp.441-446, 2010.
  • [4] S. B. Mahagaonkar, P. K. Brahmankar, C. Y. Seemikeri, Effect of shot peening parameters on microhardness of AISI 1045 and 316L material: an analysis using design of experiment, Int. J. of Advanced Manufacturing Technology, 38, pp.563-564, 2008.
  • [5] VDI Guidelines 4001.
  • [6] ISO 6336-5, Calculation of load capacity of spur and helical gears-Part 5: Strength and quality of materials.
  • [7] ISO 6336-3, Calculation of load capacity of spur and helical gears-Part 3: Calculation of tooth bending strength.
  • [8] Bernd Bertsche, “Reliability in Automotive and Mechanical Engineering”, Springer, 2008.
Birincil Dil tr
Konular Mühendislik
Bölüm Araştırma Makaleleri
Yazarlar

Orcid: 0000-0002-2620-6053
Yazar: Mehmet BOZCA (Sorumlu Yazar)
Kurum: YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ, MAKİNE FAKÜLTESİ
Ülke: Turkey


Tarihler

Yayımlanma Tarihi : 31 Aralık 2018

Bibtex @araştırma makalesi { marufbd411425, journal = {Marmara Fen Bilimleri Dergisi}, issn = {}, eissn = {2146-5150}, address = {}, publisher = {Marmara Üniversitesi}, year = {2018}, volume = {30}, pages = {388 - 397}, doi = {10.7240/marufbd.411425}, title = {Sertleştirilmiş Silindirik Düz Dişli Çarkın Statik Eğilme Dayanımının Güvenirlik Analizi}, key = {cite}, author = {BOZCA, Mehmet} }
APA BOZCA, M . (2018). Sertleştirilmiş Silindirik Düz Dişli Çarkın Statik Eğilme Dayanımının Güvenirlik Analizi. Marmara Fen Bilimleri Dergisi , 30 (4) , 388-397 . DOI: 10.7240/marufbd.411425
MLA BOZCA, M . "Sertleştirilmiş Silindirik Düz Dişli Çarkın Statik Eğilme Dayanımının Güvenirlik Analizi". Marmara Fen Bilimleri Dergisi 30 (2018 ): 388-397 <https://dergipark.org.tr/tr/pub/marufbd/issue/40256/411425>
Chicago BOZCA, M . "Sertleştirilmiş Silindirik Düz Dişli Çarkın Statik Eğilme Dayanımının Güvenirlik Analizi". Marmara Fen Bilimleri Dergisi 30 (2018 ): 388-397
RIS TY - JOUR T1 - Sertleştirilmiş Silindirik Düz Dişli Çarkın Statik Eğilme Dayanımının Güvenirlik Analizi AU - Mehmet BOZCA Y1 - 2018 PY - 2018 N1 - doi: 10.7240/marufbd.411425 DO - 10.7240/marufbd.411425 T2 - Marmara Fen Bilimleri Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 388 EP - 397 VL - 30 IS - 4 SN - -2146-5150 M3 - doi: 10.7240/marufbd.411425 UR - https://doi.org/10.7240/marufbd.411425 Y2 - 2018 ER -
EndNote %0 Marmara Fen Bilimleri Dergisi Sertleştirilmiş Silindirik Düz Dişli Çarkın Statik Eğilme Dayanımının Güvenirlik Analizi %A Mehmet BOZCA %T Sertleştirilmiş Silindirik Düz Dişli Çarkın Statik Eğilme Dayanımının Güvenirlik Analizi %D 2018 %J Marmara Fen Bilimleri Dergisi %P -2146-5150 %V 30 %N 4 %R doi: 10.7240/marufbd.411425 %U 10.7240/marufbd.411425
ISNAD BOZCA, Mehmet . "Sertleştirilmiş Silindirik Düz Dişli Çarkın Statik Eğilme Dayanımının Güvenirlik Analizi". Marmara Fen Bilimleri Dergisi 30 / 4 (Aralık 2019): 388-397 . https://doi.org/10.7240/marufbd.411425
AMA BOZCA M . Sertleştirilmiş Silindirik Düz Dişli Çarkın Statik Eğilme Dayanımının Güvenirlik Analizi. MFBD. 2018; 30(4): 388-397.
Vancouver BOZCA M . Sertleştirilmiş Silindirik Düz Dişli Çarkın Statik Eğilme Dayanımının Güvenirlik Analizi. Marmara Fen Bilimleri Dergisi. 2018; 30(4): 397-388.