Search

Dişli çarklar modern endüstride güç ve hareket iletmek için kullanılan temel makine elemanlarıdır. Dişli çarkların sağlık durumlarının izlenmesi ise (1) güvenilir operasyonlar sağlamak, (2) plansız duruşları önlemek ve (3) insan kayıplarını en aza indirmek için son derece kritiktir. Bu bakış açısından hareketle, mevcut tez çalışması standart (simetrik) ve asimetrik evolvent düz diş dişli çark çiftlerinde meydana gelen diş dibi çatlağı hasarlarını teşhis etmek için bir tek boyutlu evrişimsel sinir ağları modeli önermiştir. Mevcut tez çalışması dâhilinde sağlıklı ve çatlaklı standart (20°/20°) ve asimetrik (20°/25° ve 20°/30°) düz dişli çiftlerinin titreşim cevabını simüle etmek için tek kademeli bir düz dişli çark mekanizmasının altı serbestlik dereceli dinamik modeli oluşturulmuştur. Erken hata teşhisi görevini karmaşık hale getirmek için elde edilen titreşim verilerine üç farklı seviyede sinyal-gürültü oranı eklenmiştir. Bu tez çalışmasının ana düşüncesi; asimetrik dişlilerin dinamik özelliklerinin incelenmesinin yanı sıra diş asimetrisinin darbe direnci, eğilme mukavemeti ve yorulma ömrü bakımından sağladığı iyileştirmelere ek olarak diş dibi çatlaklarını derin öğrenme temelli bir yaklaşım ile daha kolay tespit etmede bir avantaj sağlayıp sağlamayacağını araştırmaktır. Tez çalışması kapsamında aynı zamanda değişken çalışma koşullarının ve diş dibi çatlağı hasarının düz dişli çark çiftlerinin titreşim cevabı üzerindeki etkilerini değerlendirmek için özgün bir dişli hata tespiti deney düzeneği kurgulanmış ve üretilmiştir. Deney düzeneği (1) bir elektrik motoru, (2) iki adet torkmetre, (3) bir dişli kutusu, (4) iki adet üç eksenli ivmeölçer ve (5) bir fren ünitesinden oluşmaktadır. Bu kapsamda, geliştirilen derin öğrenme temelli algoritmanın etkinliği fiziksel bir test düzeneği aracılığı ile toplanan titreşim verileri üzerinde test edilmeden önce (1) Case Western Reserve University ve (2) Paderborn University açık erişim veri setleri üzerinde koşturulmuştur. Elde edilen bulguların diş asimetrisinin dişli dinamik özellikleri ve erken hata teşhisi üzerindeki etkilerinin daha iyi anlaşılması için önemli çıktılar sağlaması hedeflenmiştir. Gears are fundamental components used to transmit power and motion in modern industry. Their health condition monitoring is crucial to ensure reliable operations, prevent unscheduled shutdowns, and minimize human casualties. From this standpoint, the present study proposed a one-dimensional convolutional neural network model to diagnose tooth-root cracks for standard and asymmetric involute spur gears. A six-degree-of-freedom dynamic model of a one-stage spur gear transmission was established to simulate vibration responses of healthy and cracked (25%-50%-75%- 100%) standard (20°/20°) and asymmetric (20°/25° and 20°/30°) spur gear pairs. Three levels of signal-to-noise ratios were added to the vibration data to complicate the early fault diagnosis task. The primary consideration of the present study is to investigate the asymmetric gears’ dynamic characteristics and whether tooth asymmetry would yield an advantage in detecting tooth cracks easier to add to the improvements it affords in terms of impact resistance, bending strength, and fatigue life. A unique gear early fault diagnosis test rig was also designed and manufactured to evaluate the influence of variable operating conditions and tooth root cracks (50%-100%) on spur gear pairs’ vibration response within the scope of the present research work. The test rig consists of (1) an electric motor, (2) two torque meters, (3) a gearbox, (4) two tri-axial accelerometers, and (5) a brake unit. The performance of the developed deep learning-based approach was evaluated through prominent benchmark datasets: (1) Case Western Reserve University and (2) Paderborn University datasets. The findings could provide significant outputs for a better understanding of the influence of tooth asymmetry on the gear dynamics characteristics and early fault diagnosis. Yükseköğretim Kurulu (YÖK) - 100/2000

Nowadays, wind turbines are one of the main subjects of the designers due to the everincreasing interest in renewable energy sources. Due to dynamic loads that effect the gear system, cracks may observe on the gear teeth. These cracks may proceed along either the tooth or the rim. In similar cases, if the crack proceeds along with the tooth, crack classified as benign. If the crack proceeds along with the rim direction, the cracks can be classified as catastrophic cracks. In this study, the effects of crack initialization angle and backup ratio on the crack propagation path are investigated numerically for spur gears. The maximum stress location at the gear root is defined as the crack starting point. The initial cracks are opened with 0° - 45° - and 90° crack initialization angles. Also, five different backup ratios are used for crack propagation analysis. The analyses are performed in ANSYS Workbench, SMART Crack Growth module. The crack propagation paths are evaluated for fifteen analyses. As a result, if the rim thickness is high, the crack initialization angle has no effects on the crack paths. It has an influence on the crack propagation paths for the special rim thickness. Günümüzde, rüzgar türbinleri, yenilenebilir enerji kaynaklarına gittikçe artan ilgi nedeniyle dişli tasarımcılarının ana konularından birisi haline gelmiştir. Dişli sistemine etki eden dinamik yükler nedeniyle, dişli dişlerinde çatlaklar oluşabilir. Bu çatlaklar diş veya rim boyunca ilerleyebilir. Benzer durumlarda; çatlak diş boyunca ilerliyorsa, çatlak iyi huylu olarak sınıflandırılır. Çatlak rim boyunca ilerliyor ise; bu tip çatlaklar yıkıcı çatlaklar olarak sınıflandırılabilir. Bu çalışmada, düz dişli çarklarda çatlak başlangıç açısı ve rim oranının çatlak ilerleme yolu üzerindeki etkileri nümerik olarak incelenmiştir. Diş kökündeki maksimum gerilme yeri, çatlak başlangıç noktası olarak tanımlanmıştır. İlk çatlaklar, 0 ° - 45 ° - ve 90 ° çatlak başlangıç açıları ile açılmıştır. Ayrıca, çatlak ilerleme analizi için beş farklı rim oranı kullanılmıştır. Çatlak ilerleme analizleri ANSYS Workbench, SMART Crack Growth modülünde gerçekleştirilmiştir. Çatlak ilerleme yolları on beş analiz ile değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, rim kalınlığı büyük ise, çatlak başlangıç açısının çatlak ilerleme yolları üzerinde bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Çatlak başlangıç açısının özel bir rim kalınlığı için çatlak ilerleme yolları üzerinde bir etkisi olduğu tespit edilmiştir.

Günümüzde dişli kutuları ve aktarma organları hayatın ve endüstrinin her alanına girmiştir. Dişli kutularının ana elemanları olan dişlilerde diş kırılmaları bu sistemlerin çalışmasını doğrudan etkileyebilir veya düzensiz ve verimsiz çalışmasına neden olabilir. Bu tip dişlilerdeki olası diş kırılma problemlerini tespit edebilmek ve yüksek fiziksel test maliyetlerinden kazanç sağlanabilmek adına günümüzde nümerik ve sonlu analiz yöntemlerine başvurulmaya başlanmıştır.Bu tez kapsamında farklı geometrilere sahip dişlilerde diş dibinde oluşturulan başlangıç çatlaklarının ilerleme yönleri sonlu elemanlar yöntemi ve numerik yöntemler kullanılarak doğrusal kırılma mekaniği teorisi çerçevesinde incelenmiştir. Diş basınç açısı ve diş dibi çatlak pozisyonları değiştirilerek gerilme şiddet faktörleri değişimleri ayrı ayrı incelenmiş ve bu değişkenlerin çıktıları birbiri ile karşılaştırılımıştır.Dişli diblerindeki çatlakların ilerleme analizleri sırasında gerilme şiddet faktörü hesaplanması için ANSYS analiz programı ve çatlak ilerleme açısının belirlenmesi sırasında Paris-Erdoğan çatlak yönü belirleme teorisi denklemleri kullanılmıştır.Tez kapsamında elde edilen sonuçların, diş dibi çatlak ilerlemesinin önceden tahmin edilmesi ya da engellenmesi ve dişli basınç açısının ve/veya diş dibi çatlak pozisyonun gerilme şiddet faktörüne etkisinin değerlendirilmesinde kullanılması amaçlanmıştır.Analizlerde başlangıç çentiği θ açısı 90o, 45o,0o olarak belirlendi ve 20o-20o ve 20o-30o derece dişli basınç açılı diş profilleri kullanıldı. Bu girdiler doğrultusunda yapılan hesaplamalarda başlangıç çentik açısı arttıkça gerilme şiddet faktörünün arttığı ve 20o-30o derece basınç açılı dişli profillerinin diş dibinde daha düşük değerli gerilme şiddet faktörü oluştuğu tespit edildi. Bu bilgiler doğrultusunda dişli boyutlarını değiştirmeden diş profilini asimetrik seçerek dişlilerin daha yüksek gerilmeler altında kullanılabileceği tespit edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Kırılma Mekaniği, Dişli çarklar, Dişli kırılması, Gerilme şiddet faktörü, çatlak, FEM, Ansys Nowadays, gear box, power transmission units are widely used in every division of our life and industry. Failure of gear, as one of the main part of gear boxes, may directly affect the operation of these systems or may cause irregular and inefficient operation. In order to be able to detect possible gear breakage failures and avoid high cost physical test runs, numerical and finite element methods (FEM) have begun to be used today.With the scope of this thesis, crack propagation in the tooth foot of spur gears with various geometries by using finite element methot (FEM) and numerical methot within framework of linear fracture mechanics theory was examined. Variations in stress intensity factors were examined separately by changing the tooth pressure angle and the position of the initial cracks in the tooth foot and results were compared with each other.During crack propagation analysis in the tooth foot of spur gears, ANSYS analysis program were used to calculate the stress intensity factor and during prediction of angle of crack direction Paris-Erdoğan crack direction determination equation theory were used.The results obtained within the scope of the thesis are aimed at predicting/preventing crack propagation and is intended to be used in assessing the effect of pressure angle and/or initial crack position on stress intensity factors.In the analyzes, the initial angle of crack was determined as 90o, 45o,0o and 20o-20o , 20o-30o gear pressure angle were used. Calculations, regarding to inputs, shows that as the initial crack angle increases, the stress intensity factor increases as well and it was found that the gear profiles with 20o-30o pressure angle had a lower stress intensity factor comparing to gear profiles with 20o-20o pressure angle. As conclusion, it has been observed that gear teeth can be used under higher stresses by choosing asymmetrical tooth profile without changing gear dimensions in the direction of this informationKey Words: Fracture mechanics, Gear box, Gear Crack, Stress intensity factor, Fracture, FEM, Ansys 80

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2005, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2005, Dişli çarklar makine imalatında en çok kullanılan güç ve hareket aktarma elemanlarıdır. Dişli çarkların boyutsal kontrolünün yapılması kalite kontrol süreçlerinin en önemli parçasını oluşturmaktadır. Bu amaçla birçok ölçüm yöntemi geliştirilmiştir. Bu ölçüm yöntemleri dişli çarkların kalitelerine, dişli çark tipine ve ölçüm işleminin süresine göre belirlenir. Gelişen yeni teknolojiler sayesinde daha hassas, daha hızlı ölçüm yapılabilmektedir. Bilgisayar ve kontrol alanındaki yenilikler görüntü işleme çözümlerinin bu amaçla kullanılmasını mümkün kılmaktadır. Görüntü işleme ile parçaların boyutlarının tespiti sanayide gün geçtikçe daha sık uygulama alanı bulmaktadır. İşlem hızı, kullanım kolaylığı, yüksek ölçüm hassasiyeti bu sistemlerin en önemli avantajları olarak sayılabilir. İki ve üç boyutlu ölçüm işlemleri görüntü işleme teknolojisi sayesinde gerçekleştirilebilmektedir. Dişli çarkların boyutsal kontrolü de bu sistemlerin özel bir uygulaması olarak sunulmaktadır. Bu çalışmada düz alın dişli çarkların görüntü işleme tekniklerini kullanarak boyutsal kalite kontrolünü gerçekleştirecek yazılım geliştirilmiştir. Dişli çarkların gerek üretim esnasında gerekse çalışma sırasında oluşacak boyutsal deformasyonları geliştirilen yazılım ile tespit edilebilmektedir. Geliştirilen yazılım ölçüm işlemini farklı dişli çarklar için seri olarak yapabilecek şekilde geliştirilmiştir. Farklı dişli çarkların tipini belirleyip standart ölçülerini hesaplar ve kullanıcının her dişli için ayrı ayrı bu verileri girmesine gerek kalmaz. İki numune dişli üzerinde yazılım çalıştırılmış ve ölçüm sonuçları elde edilmiştir. Servo kontrollü bir sistem kullanılarak üzerinde çalışılan dişli çark numunelerinin görüntüleri alınmış, geliştirilen yazılım bu görüntü üzerinde çalıştırılıp elde edilen sonuçlar koordinat ölçüm makinasında elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Son olarak görüntü işleme teknolojilerinin dişli çarkların boyut ölçümünde kullanılmasının alternatif yöntemlere göre avantaj ve dezavantajları belirlenmiştir., Gears are most commonly used machine elements used for power and motion transmission. Dimensional control of gears is the most important part of quality control processes. For this purpose many measurement techiques are developed. These measurement techniques are determined considering gear quality, gear type and measurment time. With the help of newly developing technologies, more accurate, faster measurements can be performed. Technological progress in computer and control sciences enables the use of image processing solutions for this purpose. Meausuring pieces by using image processing methods is being more widely used in industry day after day. Process speed, ease of use, high measuring accuracy are the most important advantages of these systems. Two or three dimensional measurments can be performed by image processing technologies. Dimensional control of gears is an extra benefit of these systems. In this study, a Matlab code that performs dimensional quality control of gears using image processing methods is developed. Advantages and disadvantages are determined by comparing with other methods. The deformations of gears occur during manufacturing or working, can be established by the help of this code. The code can perform measurment process for different gears. It specifies gear type and calculate standart dimensions so user does not have to input these values for each gear. For two sample pieces, the code have been executed and the results have been obtained. The images of the sample gears are captured with a servo controlled system, these images are then analysed using the developed code and then the results obtained are compared with the results obtained from coordinate measuring machine. Lastly, advantages and disadvantages of using image processing techniques in measuring the dimensional quality of gears are determined., Yüksek Lisans, M.Sc.

Bu çalışmada, düz dişli çarkların diş profili üzerinde tek diş ve çift diş kavrama durumlarında oluşan yük dağılım farklılığının aşınmaya olan etkisi incelenmiştir. Bu yük dağılımının etkisini ortadan kaldırmak için düz dişli çarklarda diş genişlik modifikasyonu yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda, pirinç malzemeden imal edilmiş modifiye edilmiş düz dişli çarklar ve modifiye edilmemiş düz dişli çarkların aşınması değişik yük kademelerinde incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, modifiye edilmemiş dişli çarklarda modifiye edilmiş dişli çarklara göre çok daha fazla miktarda aşınma gerçekleşmektedir. Bunun yanısıra modifiye edilmemiş dişin profili deney sonunda ilk şekline göre farklılık gösterirken modifiye edilmiş dişin profilinde fazla bir değişiklik olmamaktadır., In this study the effect of the load variations on wear has been investigated over tooth profile in case of single tooth engagement, and double tooth engagement conditions. For removing this effect of load distribution, tooth width modification has been done at spur gears. At the experimental studies, the wear of modified spur gears, and un-modified spur gears which are made of brass have examined on different load steps. According to the results of experiments the wear on un-modified spur gears are greater than that of modified spur gears. And also the tooth profile of un modified spur gear has been changed according to the beginning conditions. But the tooth profile of modified spur gear has not been changed much.

Bu tezin, veri tabanı üzerinden yayınlanma izni bulunmamaktadır. Yayınlanma izni olmayan tezlerin basılı kopyalarına Üniversite kütüphaneniz aracılığıyla (TÜBESS üzerinden) erişebilirsiniz. ÖZET Anahtar Kelimeler: Dişli çarklar, Sonlu Elemanlar Metodu Sonlu Elemanlar metodu mühendislerin karşılaştığı karmaşık ve zor problemleri kabul edilebilir bir yaklaşıkla çözebilen ve en fazla kullanılan sayısal metoddur. Eski yöntemlerden biri olan deney ile çözüme ulaşmaya çalışmak uzun zaman alan ve pahalı bir yöntemdir. Bu nedenle mühendislik tasarımlarında daha hızlı ve etkin bir şekilde uygulanması şart olmuş ve bununla beraber mühendislik problemlerinin analizinde sayısal yöntemlerin kullanımı yaygınlaşmış Sonlu Eleman Metodu ile çalışan ve bilgisayar ortamında geliştirilen yazılımlar epey popüler hale gelmiştir En kısa süreç içerisinde bu yazılımların geliştirilmesi ve yaygın olarak kullanım alanlarının bulunmasına destek olacak bilimsel çalışmaların ülkemiz ve tüm dünyaya büyük faydalar ve kolaylıklar getireceğini ümit etmekteyim. Bilim adamları ve mühendisler analitik metotlarda çözümü çok zor fiziksel problemlerle sık sık karşılaşırlar. Endüstride karşılaşılan problemlerin basitleştirilerek çözümlenmesini amaçlayan yöntemler bazı durumlarda doğruluklarını ve güvenilirliklerini önemli ölçüde yitirebilirler. Günlük hayatta en geniş kullanılma alanına sahip olan bir makine elemanı olarak, güç iletiminde kullanılan dişli çarkların muhtelif şartlarda davranışları bir çok araştırmaya konu olmuştur. Bu çalışma silindirik düz çarklarda diş profılindeki gerilmeler klasik yöntemlere de değinilerek dişli çarklarda diş dibi gerilme analizleri Sonlu Elemanlar Metodu ANYSYS ile incelendi. Model olarak kavrama açısı a = 20°, diş sayısı z = 22, diş dibi kavisi rk = 0.9 mm, diş derinliği t = 3.75 mm, diş çıkıntısı s = 3 mm olan düz dişli çark analiz edilmiştir. xıı ANALYSES of SPUR GEAR TEETH; USE of FINITE ELEMENTS TECHNIQUE SUMMARY Keywords: Gears, Finite Elements Method The Finite Elements Method can solve the hard and complex problems, which engineers faced, with acceptable approximations. And this is the most used method. One of the oldest methods that trying to solve the problems with experiment takes lots of time and an expensive method. That's why the programs that were improved in computer and uses Finite Element Method must apply to engineering design quickly and effectively and becomes popular. I hope, the scientific researches that improve these programs in short time and its common usage bring our country and the world some advantages and comforts. Scientists and engineers are faced with problems that can be hardness in solving frequently. The methods, which have got an aim of connecting the problems that are faced in industries, can loose their truths and confidences. In daily times, gears have using areas as machine elements and their behaviors in various conditions become subjects to lots of researches. In this research, the stresses at the profile of tooth in cylindrical spur gears have been examined by using Finite Elements Method ANSYS with touching classical methods. A spur gear which has coupling angle a = 20°, number of teeth z = 22, tooth bottom bow rk = 0.9 mm, tooth depth t = 3.75 mm, tooth protrusion s = 3 mm as the model.

ÖZET Dişli çarklar makina elemanları arasında önemli bir yere sahiptir. Güç aktarma elemanları en fazla kullamlanlarıdır. Dişli çarkların hesaplamaları karmaşık ve zaman alıcı, zor bir iş olduğundan, bilgisayar desteğine ihtiyaç vardır. Bu amaçla geçmişte yazılmış bazı programlar bulunmaktadır. Günümüzde de, bilgisayar dünyasındaki gelişmelere paralel olarak bu tür çalışmalar artarak devam etmektedir. Yazılan programlarla dişli çark hesaplarının zorluğu ve süresi azaltılmaya çalışılmaktadır. Bu çalışma da, bu tür çalışmalara bir örnektir. Microsoft Excel programında hazırlanan programla helisel dişli çark mekanizmalarının boyutlandırılması kısa sürede yapılmaktadır. PASCAL programlama dilinde hazırlanan diğer bir yardımcı programla da ANS YS Cad/Cam programında modelleme yapılması kolaylaştrnlmaktadır. ANAHTAR KELİMELER: Dişli Çarklar, Helisel Dişli Çarklar, Bilgisayar Destekli Modelleme, Dişlilerin Boyutiandırılması, Sonlu Elemanlar Metodu ile Dişli Analizi ABSTRACT Within the machine elements, gears have an important position. Power transmission elements are the most used ones. Since the calculation of gears is a complex and a time taking hard work, the probability of making mistakes is too much. To reduce the ratio of errors in calculation, computer programs must be used. There are some computer programs which have been written in the past for this purpose, and today these studies are increasing parallel to the developments in the computer world. The aims of these computer programs can be listed as ; - to reduce the difficulties of calculations. - to decrease the time needed for calculations. This work is an example of this kind of studies. By using the program, written in Microsoft Excel, the dimensions of the helical gear mechanisms are calculated in a short time. And the modelling in ANSYS is simplified by using another program, which is written with PASCAL programming language. KEYWORDS: Gears, Helical Gears, Computer Aided Modelling, Three Dimensional Modelling, Stress Analysis of Gear 87