Helisel dişli gruplarının optimum tasarımı
Optimum design of helical gear groups
Yazar: EZGİ KUBİLAY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERPİL KARAKUŞ
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Diş dibi gerilmeleri = Gear tooth stresses ; Helisel dişli = Helical gear ; Kavrama = Clutch ; Optimizasyon = Optimization

Özet:
Günümüz teknolojisinde ve özellikle de makine sektöründe dişliler, güç aktarma sistemlerinde sıklıkla kullanılmaktadır. Bu çalışmada dişli çark sistemlerinde önemli bir yeri olan helis dişli tasarımları incelenmiştir. Bu alanda karşılaşılan en büyük sorunlardan birisi de büyük hacimli ve kütleli mekanizmalar ile yüksek üretim maliyetleri gerektiren sistemler ile istenilen çıktıların yakalanabilmesidir. Bu sebeple, bir vites kutusunda kullanılan dişli çifti temel alınarak dişli tasarım parametreleri değiştirilip kütle ve hacmi azaltmaya yönelik bir çalışma yapılmıştır. Bu çalışmadaki amaç; dişli grubunun kütle ve hacminden tasarruf edip başlangıç tasarımı ile aynı devir, tork ve güç değerlerini sağlayabilmektir. Bu doğrultuda kütle ve hacmi etkileyen parametreler belirlenip değişken ve sabit parametreler tayin edilmiştir. Dişlinin kütle ve hacminden tasarruf edilmesi için yapılan optimizasyonlarda diş dibi gerilmeleri ve dişli temas yüzeyi gerilmelerinin sınır değerleri içerisinde kalması şartı uygulanmıştır. Belirlenen başlangıç dişli grubunun çizimi AUTODESK INVENTOR programında gerçekleştirilmiştir. INVENTOR programı İçerisindeki DESIGN komutu ile dişlinin gerekli temas kuvvetleri, sınır şartlarını sağlayan gerilme faktörleri ve katsayıları hesaplanmıştır. Dişli optimizasyonunda güç,
devir ve diş sayısı başlangıç tasarımı ile sabit tutulup, diş genişliği, kavrama açısı, helis açısı ve modül parametreleri değiştirilerek kütle ve hacmin azaltılması sağlanmaya çalışılmıştır.  Yapılan optimizasyonlar sonucunda elde edilen uygun tasarımlar kritik gerilme noktalarının görülmesi ve başlangıç tasarımından olan değişimlerin gözlenmesi amacıyla ANSYS WORKBENCH programında statik analize tabi tutulmuştur. Bu çalışma ile dişlilerde kavrama açısı, helis açısı, diş genişliği ve modül parametrelerinin dişlilerin kütle ve hacimlerini doğru orantılı olarak değiştirdiği sonucuna ulaşılmıştır. Kütle ve hacim değişiminde modül esas belirleyici parametre olarak gözlemlenmiştir. Kavrama açısı ve helis açısı daha hassas bir kütle - hacim değişimi gerçekleştirirken, diş genişliği ile büyük tasarruf elde edilse bile aynı modül ile küçük diş genişliklerinin sınır gerilme şartlarını sağlamadığı görülmektedir. Helis dişli sistemlerinde değişken parametreler için uygun aralıklar ve sınır değerler elde edilip alana katkı sağlanması amaçlanmıştır.

Abstract:
Gears are frequently used in power transmission systems in today's technology and especially in the machinery industry. In this study, helical gear designs, which have an important place in gear wheel systems, are examined. One of the biggest problems encountered in this field is that the desired outputs can be achieved with large volume and mass mechanisms and systems that require high production costs. For this reason, a study was conducted to change the gear design parameters and reduce mass and volume based on the gear pair used in the gearbox. The aim of this study is to save the mass and volume of the gear group and to provide the same rpm, torque and power values as the initial design. In this direction, parameters affecting the mass and volume were determined and variable and constant parameters were determined. In order to save the mass and volume of the gear, the requirement that the gear root stresses and gear contact surface stresses remain within the limit values was applied in the optimizations made. The drawing of the specified starting gear group was carried out in the AUTODESK INVENTOR program. With the DESIGN command in the 
 INVENTOR program, the necessary contact forces of the gear, the stress factors and coefficients that provide the boundary conditions are calculated. Dişli optimizasyonunda güç, devir ve diş sayısı başlangıç tasarımı ile sabit tutulup, diş genişliği, kavrama açısı, helis açısı ve modül parametreleri değiştirilerek kütle ve hacmin azaltılması sağlanmaya çalışılmıştır. The appropriate designs obtained as a result of the optimizations were subjected to static analysis in the ANSYS WORKBENCH program in order to see the critical stress points and to observe the changes from the initial design. In this study, it was concluded that the coupling angle, helix angle, tooth width and module parameters of the gears change the mass and volume of the gears in direct proportion. The modulus has been observed as the main determining parameter in the change of mass and volume. While the coupling angle and helix angle perform a more precise mass - volume change, it seems that small tooth widths with the same modulus do not provide boundary stress conditions, even if large savings are achieved with tooth width. It is aimed to obtain appropriate range limit values for variable parameters in helical gear systems and to contribute to the field.