Dişli aşınmaları: Aşınma durumunun hesaplanması ve aşınmış diş yapılarına ilişkin tahminde bulunulması
Aşınma, özellikle kuruç alışan plastik dişliler açısından son derece önemli bir konudur. Yazarlar, dişli aşınmasorunlarını detaylı olarak araştırabilmek adına geçtiğimiz son birkaç yılda çoksayıda üretici ile yakından çalışmış ve birlikte, diş yüzeyinde ne zaman venerede aşınma meydana geleceğini tahmin etmede kullanılabilen bir hesaplamayöntemi geliştirdiler. Çalışmaları sonucunda elde ettikleri bu bulgular, VDI2736’nın son versiyonunda da yayınlanmıştır.
Aşınma teorisi ve aşınma katsayısı
“Aşınma”terimi, mekanik ve/veya kimyasal etkileşimler nedeniyle yüzey malzemesininzamanla tahriş olmasını ifade eder. DIN 50320 kapsamında tanımlanan dört temelaşınma şekli bulunmaktadır: yapışma, sürtünme, yüzey parçalanması ve sürtünmelikimyasal tepkime.
Aşınma düzeyini ölçmeninen basit yolu, dönen bir halka üzerine aynı malzemeden yapılmış bir uçla baskı uygulamaktır.
(Şekil 1). Plastik endüstrisinde bu yöntem “pin and disk testrig (uç ve disk)” testi olarak bilinmektedir. Plastikler üzerinde araştırma yaparken, bu halkanın daima düşük yüzey pürüzlülüğüne sahip (Rz)bir metalden üretilmiş olması gerekmektedir.
Uç ve disk test donanımıkullanılarak elde edilen aşınma katsayısı kw (Şekil 2) – aşağıdaki şekilde tanımlanmaktadır:
W = kw . p . v . t
Bu formül, dişlinin diştemas yüzeylerindeki her bir noktada meydana gelen bölgesel aşınma düzeylerininbelirlenmesini sağlamaktadır. Yazarların önerisi doğrultusunda, bu formül VDI2736’da [1] yer almıştır. Feulner’in [2] yaptığı ölçümlerde aynı formülü eldeetmesi, formülün etkinliğini bir kez daha doğrulamıştır.
Aşınma oluşumunun belirlenmesi
Dişli temas analizisırasında yanak kısımlarında meydana gelen bölgesel aşınmalar için kullanılanformül (2) uygulanarak aşınma özellikleri hesaplanabilir. Bu şekilde, diş yanakkısımlarının aşınma şekillerini belirlemek mümkündür. Başlangıçta, hiç aşınmayauğramamış bir diş şekliyle çalışmaya başlanarak aşınma düzeyi tek bir hesaplamaadımında belirlenmeye çalışıldığından, bu yaklaşımla kullanılabilir hiçbir sonuçelde edilememiştir. Aşınma özellikleriadım adım hesaplanmalıdır; çünkü dişler aşındıkça yapıları değişmektedir vedolayısıyla kavrama üzerindeki yük dağılımı farklılık göstermektedir. Yeterlisayıda ve küçük oranda artış sağlanarak gerçekleştirilen hesaplamalarsayesinde, artık son derece kullanışlı sonuçlar elde edilebilmektedir.Yinelemeli aşınma durumunun hesaplanabilmesi için, her adımda izin verilenmaksimum aşınma düzeyi önceden tanımlanmalıdır. Önceden tanımlanan bu değergerçekçi sonuçlara ulaşılması bakımından son derece önemlidir. Son zamanlardageliştirilen bu hesaplama yöntemi, teste ve sonrasında 3 boyutlu ölçüme tabitutulan dişliler arasında kıyaslama yapılabilmesi için kullanılmaktadır.
Şekil 3’te, aşırı düzeydeaşınmış bir plastik dişli (PBT) kullanılarak gerçekleştirilen bu tür birkıyaslama gösterilmektedir. Yinelemeli hesaplama yönteminin kullanıldığı vekullanılmadığı uygulamalarda oluşan aritmetik tahminler arasındaki fark,yinelemesiz uygulamalarda yanak kısımlarında görülen aşınma özelliklerininkullanılamayacağını açıkça göstermekte ve ölçülen aşınma oluşumlarına yönelikoldukça farklı bir eğilim sergilemektedir. Yinelemeli her adımda, yinelemelihesaplama yoluyla yapılan tahminde maksimum 1μm aşınma aralığı belirlenmiştir.Böylesi bir durumda, 146 yineleme adımı kullanılarak hesaplama yapılmıştır(Intel Core i7-3770 işlemci kullanılarak gerçekleştirilen hesaplama 2.5 dakikasürmüştür). Sonuçların, ölçümlerle oldukça uyumlu olduğu görülmüştür.
“Aktarım Hatası“üzerindeki etkisi
Diş şekli artık dahadoğru bir şekilde tahmin edilebildiğinden; aşınma nedeniyle meydana gelen yükdağılımındaki değişimler veya aktarım hatasındaki artış miktarları gibi dahadetaylı analizler gerçekleştirilebilmektedir. Uzun bir süre kavrama üzerindekititreşimin arttırılması dayanma sınırını düşürebilir. Bu durum, zımparalama(frosting) etkisi olarak bilinir ve dişlilerin kullanımda olduğu uygulamalardaendişe yaratır. Bu nedenle, aktarım hatası oluşumunun önceden tahminedilebilmesi son derece ilginç bir sonuçtur.
Farklı dişli çiftleriüzerinde gerçekleştirilen ilk doğrulama işlemleri, aktarım hatasının aşınmanınilk aşamasında azalma eğiliminde olduğunu (rodaj aşaması); ancak aşınma miktarıarttıkça, bu hata oranının da büyük oranda artarak 2 ila 3 kat daha yüksekdeğerlere ulaştığını göstermektedir.
Şekil 5’te, çelik/PBTdişli çifti kullanılarak hesaplanan sonuçlar gösterilmektedir (Şekil 3). Aşınmameydana gelmişken, yenilenen aşınma döngüleri ile hesaplanan diş yanağı temasanalizi ile doğrulandığında, Peak-to-Peak Transmission Error (PPTE) (Uçtan ucaaktarım hatası) çok daha büyüktür. İşletim süresince gerçekleşen aktarımhataları daha yakından incelendiğinde, aktarım davranışında ilk aşamadaiyileşme sağlandığı görülmektedir. Genel olarak, düzgün şekilde çalışan dişlibirimlerinin daha iyi bir yük kapasitesine sahip olduğu kabul edilmektedir;çünkü yük dağılımı alıştırma süresince iyileşme eğilimi göstermektedir. Bu”alıştırma etkisi” de açıkça aktarım hatasına neden olmaktadır.
Ancak, aşınma düzeyiarttıkça, aktarım hatası da düz noktaya ulaşıncaya kadar ani şekilde artmaktadır.Aktarım hatasının daha sonra artmaması ve yüksek bir seviyede sabit şekildekalması şu şekilde açılanabilir: diş kalınlığının azalmaya devam ettiği ancakdiş şeklinde çok fazla bir değişiklik yaşanmadığı noktada belirli bir dengedüzeyine ulaşılır. Bu durum Şekil 5’te aşınmış yanak kısımları ilegösterilmektedir.: yeşil diş şekli (çalışma süresi yaklaşık 200 h) sonrasında,diğer diş şekilleri de kalınlığın sabit bir şekilde azaldığı noktada benzeroluşumlar sergilemektedir.
Özet
Aşınmanın hesaplanmasındakullanılan iki hesaplama yöntemi mevcuttur: Birincisi dişli sistemlerinin [1,4] tasarımı sırasında ortalama aşınma miktarının belirlenmesinde basitformüller kullanan analitik bir yöntemdir. Daha karmaşık olan ikinci yöntem isetemas analizi ile birlikte değerlendirilmekte ve aşınma oranının tespitedilmesinde kullanılmaktadır.
Bu hesaplama yöntemleritest donanımları (plastik ve metal) kullanılarak yapılan ölçümlerle ve gerçekdurumlardan elde edilen sonuçlarla karşılaştırıldığında, söz konusu yöntemlerinoldukça kullanışlı ve gerçekçi sonuçlar ortaya koyduğu görülebilir. Bu sayede,aşınmış diş yapısının yük dağılımı ve aktarım hatasına etkisi artıköngörülebilmektedir.
Kaynak
Dr. Müh. ETH UlrichKissling, KISSsoft AG
Yük. Müh. ETH Sandro Hauri,KISSsoft AG
