1-Tanım ve Genel Özellikleri :

Konik dişli çarklar ekseksenlerinin kesişip kesişmemesine ve profiline göre çeşitli sınıflara ayrılır. Bu sınıfların şematik gösterimi aşağıdaki gibidir ;

Konik dişli çarklar

Eksenleri kesişen Eksenleri kesişmeyen

Düz Helisel Spiral Hypoid Spiroid

Şekildende görüldüğü gibi , eksenlerinin konumuna göre konik dişliler , eksen- leri kesişen ve kesişmeyen diye ikiye ayrılır. Eksenleri kesişen dişli çarklar dişelerin yönüne göre düz , helisel ve spiral (eğrisel) olabilirler. Eksenleri kesişmeyen konik dişlilerin diş yönleri eğriseldir ve bunlarda kendi aralarında Hypoid ve Spiroid olmak üzere ikiye ayrılır. Ancak mekanizmayı oluşturan her iki dişli (konik veya pinyon konik) sonsuz vida şeklinde olur.

Bizim imalat safhalarını hazırladığımız ayna-mahruti (pinyon) dişli çiftinin ayna dişlisi bu gruplardan eksenleri kesişen , spiral dişli çarklar sınıfına girmektedir. Bunlara spiral konik dişli çarklar denmektedir.

Spiral konik dişli çarklar büyük güçleri sessiz ve düzgün ilettiklerinden en çok tercih edilen dişli mekanizmalarındandır. Spiral dişli çarkların dişlileri hareket esnasında birbirleri ile yavaş yavaş temasa geçtiklerinden daha sessiz ve daha düzgün çalışırlar. Diş boyunca kayma olmadığından ve çok az bir profil boyunca kaymaya sahip olduğundan dişler arasında düşük bir kayma hızına sahiptir. Ayrıca aynı anda temasın iki veya daha çok dişli tarafından paylaşılması ve diş profil eğrilik çaplarının büyük olmasından dolayı temas alnı büyüktür. Diş yüzeyleri arasında düşük yüzey basıncı oluşur. Dişlerin teması sırasında , temas noktalarında basınç eliptik bir alana yayılır. Elipsin boyutlarını , temas noktasına gelen yükü malzeme özellikleri ve spiral diş yan yüzeyinin eğriliği belirler. Diş yan yüzeyi (spiral) boyunca diş temasının konumu kolayca kontrol edilebilir ve istenilen bölgede sağlanabilir. Genellikle diş yüzeyleri arasındaki temasın diş yan yüzeyi üzerindeki konumu , diş yan yüzeyinin ortasında ve küçük bir alan içinde gerçekleşecek şekilde tezgahın imalat ayarları ve dişlinin montajı yapılmaya çalışır. Diş yükü arttıkça dişin elastik deformasyonu sebebi ile temas alanı dişlerin tepelerine doğru yayılır.

2- Spiral Konik Dişli Çarkların Genel İmalat Sırası ve Açıklamaları

2.1- İmalat sırası:

 Projelendirme,

 Hammadde seçimi,

 Döküm,

 Kaba tornalama,

 Ham dişlinin malafaya alıştırılması,

 Hassa tornalama işlemi yapılması , vida delikleri delinmesi,

 Diş açma işlemi yapılması,

 Çapakların alınması,

 Sementasyon işlemi yapılması,

 Vida açılacak kısımların vidasının açılması,

 Su verme,

 Taşlanacak yerlerin taşlanması,

 Alıştırma yapılması.

2.2- İmalat sırasının açıklamaları :

2.2.a- Projelendirme : Dişli çarkın kullanılacağı yerdeki işlevine göre diş sayısı , diş profili , dişli malzemesi , ilettiği hareket , ilettiği kuvvet ve dişli üzerine gelen kuvvet genliği göz önüne alınarak dişli boyutlandırılır. Bu boyutlandırmaya göre dişlinin imlat resmi çizilir.

2.2.b- Hammadde seçimi : Mukavemet koşullarına göre en ideal malzeme seçimi yapılır. Elimizdeki spiral dişli çark için en uygun malzeme %0.1 ~ %0.17 C oranına sahip 14NiCr14’tür.

2.2.c- Dökme : Seçilen malzeme istenilen parçanın boyutlarına göre hazırlanan yaş kum kalıbı içerisine dökülür. Yaş kum kalıbının seçilmesinin nedeni , seri üretime uygun olması ve basit oluşudur. Yaş kum kalıpta dökülen parçanın yüzeyi pürüzlüdür yani daha sonra tekrar işlenmesi gerekir bu nedenle parça kum kalıpta toleranslı bir şekilde dökülür. Genelde uygulanan yöntem , dökülmüş haldeki ham dişlinin herhangi bir döküm tesisine siparişle ürettirilmesidir.

2.2.ç - Kaba tornalama : Sıcak şekillendirmeden çıkan dişli malzemesi bir universal tornada , dişlinin gerçek ölçülerinden 0.5 ~ 1 mm arasında pay bırakarak kaba olarak şekillendrilir.

2.2.d- Ham dişlinin malafaya alıştırılması: Ortası delik olarak dökülen dişli malzemesi , kaba tornalama sırasında malzemenin üzerindeki curuflar alınıp , malafa ölçüsüne yakın bir delik ölçüsüne kadar işlenir. Dişli malzemesi daha sonra delik işleme aparatları takılmış universal tornada , diş açma tezgahının malafası ile kaygan geçme olacak şekilde alıştırılır.

2.2.e- Hassas tornalama : Kaba tornalamada bırakılan 0.5 ~ 1 mm arasındaki pay alınarak dişli malzemesi istenilen boyutlara getirilir. Spiral dişli çarkın arka yüzüne , çalışacağı yere sabitleyebilmek için radyal matkabın döner tablasına bağlanarak 36º aralıklarla Ø8 mm’lik delik matkap ile delinir.

2.2.f- Diş açma : Diş açma işlemi malzemenin çalışma ve dayanım koşullarına göre çeşitli yöntemler ile yapılır. Bu yöntemlerin başlıcaları Gleason İmalat Metodu , Oerlikon Spiromatik Metodu , Fiat İmalat Metodu , Gleason- Epicurve İmalat Metodu , Klingelnberg İmalat Metodu’dur. Bu yöntemler ileriki konularda ayrıntılı olarak açılacaktır.

2.2.g- Çapak alma : Diş açıldıktan sonra diş yüzeyinin kenarlarında ince metal artıkları oluşur , bu metal artıklarına çapak denir. Çapakların , parçanın çalışması esnasında arızalara ve/veya aksaklıklara neden olmaması için bunların titizlikle alınması gereklidir. Bu çapaklar diş kenarlarına ince pahlar kırılarak giderilir.

2.2.h- Sementasyon işlemi : Elimizdeki malzemenin karbon oranı %0.10 ~ %0.17 arasında olduğundan malzemeye sementasyon ile yüzey sertleştirme işlemi uygulanması gerekir. Karbürizasyon olarak da adlandırılan karbonca zenginleştirme , malzemeyi karbon verici sementasyon maddesinin içinde 880ºC ~ 980ºC arasındaki bir sıcaklıkta birkaç saat tavlamak sureti ile sağlanır. Böylece karbon, sertleştirilecek yüzey tabakasının içine emdirilmiş olur.

2.2.ı- Vida açma : Daha önce açılan vida deliklerine radyal matkap ile seri olarak M10 diş açılır.

2.2.i- Su verme : Elimizdeki malzemenin çalışma koşulları altında daha iyi bir performans gösterebilmesi için mekanik-teknolojik özelliklerinin iyileştirilmesi gerekir. Bu da su verme işlemi ile olur. Tavlama aşamasında erişilen yapı , aşırı doymuş hale gelen karışık kristal yapı meydana gelecek şekilde su ve yağ içinde sertleştirilmek sureti ile sabitleştirilir. İş parçasına su verilmez ve bilhakis yavaşça soğutulursa alışım elemanları (sertleştiriciler) tekrar kaba bir yapıya ayrılır. Bu nedenle su verme işlemi yapılır.

2.2.j- Taşlanacak yerlerin taşlanması : Dişlilerin sertleştirilmesi sırasındaki deformasyonlar nedeni ile diş profillerinde bazı hatalar meydana gelir. Bu hatalar kendilerini çalışma esnasında gürültü yapmak sureti ile belli ederler. Bu sebepten sertleştirmeden sonra dişliler yuvarlanma metodu ile taşlanır.

2.2.k- Alıştırma : Ayna dişliler kendileri ile eş çalışacak olan pinyon dişliler ile birlikte üretilirler. Alıştırma işlemi sırasında bu ayna ve pinyon dişliler beraber çalıştırılarak birbirlerine tam uyumlu olması sağlanır. Bu işlem sırasında belirli bir süre pinyon dişli ayna dişliyi , bir süre ise ayna dişli pinyon dişliyi çalıştırır. Alıştırma işleminden sonra beraber çalışan ayna ve pinyon dişlilere birer numara verilir. Bunun nedeni bir aynanın sadece kendisi ile beraber alıştırıldığı pinyon ile çalışabilmesidir.

3- Spiral Konik Dişli Çarklara Diş Açma metodları :

3.1- Gleason İmalat Metodu :

Gleason İmalat Metodu Hypoid ve Spiral Konik Çark imalatında dünyada en çok kullanılan metodlardan biridir. Takım dairesel formundadır ve bıçaklar takım yüzeyine dairesel olarak yerleştirilmiştir.

Kesme işlemini gerçekleştiren takım bıçaklarının yan yüzeyleri doğrudur ve takım , eksen etrafında dönerken bir koni yüzeyi meydana getirir. Bıçağın ve ham dişli çarkın hareketleri , ham dişli çark ile eş çalışan hayali plan çarkın dişinin yan yüzeyine temas eder. Diş profilinin generasyonla imalatı ham dişliye , takıma göre izafi bir hareket vererek elde edilir.

Gleason imalat metodunu şematik olarak gösterimi şu şekildedir (Şekil 3.1).

Şekil 3.1- Gleason İmalat Metodu

Dairesel formdaki takım , diş formunun orta noktasında istenilen spiral açısını sağlayacak şekilde , tezgah ana milinden uygun mesafedeki eksen etrafında döner.

Spiral konik çarkın helis açıları 15º ~ 35º arasında seçilir. Genellikle 30º ~ 35º olarak alınır. Bunun amacı ; dişlerin birbirleri üzerinde uygun bir şekilde oturmasını sağlamaktır. Dişlerin birbirleri üzerine %35 oranında binmesi sağlanarak tolerans sınırları içindeki spiral açı sapması , diş yüzeyleri arasındaki temas alanını azaltırken dişler arasında sürekli temas sağlanır ve gürültülü çalışması engellenir.

Takımın bıçakları takım gövdesindeki bıçaklar için hazırlanan yuvalara vidalanmıştır ve yerleri öyle ayarlanmıştır ki diş boşluğunun yan yüzeyi birbirini takip eden bıçaklar tarafından kesilir. İmalat sırasında takıma bir dönme hızı verilir ve iş parçasının malzemesine bağlı olarak bir paso derinliği ayarlanır. Bıçakla iş parçası birlikte döner ve istenilen diş derinliğinin tamamı alınır. Diş boşluğunun tamamı işlendiği zaman yani dişin bir yan yüzeyi işlendiği zaman , iş parçası ve takım birbirinden ayrılır. İş parçası , işlenme sırası gelen dişi işleyebilecek kadar döndürülür ve kesme işlemi devam eder.

Dişler daima kaba olarak işlenir. Son kademe olan hassas işleme ve son (kesin) boyutlara getirme iki kademede tamamlanır. Çok miktarda imal edilecek dişli çark varsa bir tezgahta kaba ve diğer tezgahta ise hassas işleme yapılır. Büyük çapta imalatta tezgah grupları kullanılır ve kaba imalat generasyon kullanmadan yapılır. Generasyon hassas imalatta yapılır. Yüksek kaliteye sahip olması istenilen pinyon ve çarklar kaba ve hassas işlemde generasyonla imal edilirler.

Gleason firması hassas imalat için özel tezgahlar geliştirmiştir. Hassas işleme tezgahlarının takımlarında iki kademeli bıçak seti bulunur. Birinci kademe bıçak seti , diş derinliğini arttırıp diş profilini ideal profile yaklaştırır. İkinci kademede tam diş derinliğine ulaşıp , ideal profil elde edilir.

Hassas işleme metodları aşağıda verilmiştir.

a) Tek yüzey işleme metodu :

Bu metodda ilk önce bütün dişlerin sadece bir yan yüzeyi işlendikten sonra , dişli çark ve takım yeniden ayarlanarak diğer diş yan yüzeyi işlenir.

b) İki tezgah ile işleme metodu :

Metodda dişin her yan yüzeyi için bir takım kullanılır. Birinci takım sadece iç yan yüzeyi işleyebilecek bıçaklara ikinci takım ise sadece dış yan yüzeyi işleyebilecek bıçaklara sahiptir.

c) İki yüzey işleme metodu :

İsmini takımın formundan alır. Takımın bıçakları öyle düzenlenmiştir ki iç ve dış bıçak yan yüzeyleri aynı anda her iki yan yüzeyinide işler. Bu metodda dişli çark bir defada işlenir.

İmkan varsa spiral konik çarklar işletme esnasında yük altında iken kontrol edilmelidir. Böylece çalışmadaki durum ve diş temas bölgesinin konumuna göre tezgah ayarları ve montaj parametreleri düzenlenir , daha iyi tamas koşulları sağlanır.

Gleason Metodu ile imal edilen pinyon ve çarkların diş yüzeylerinin eş olmaması nedeni ile hareket iletimi düzgün değildir ve düzgünsüzlük her dişin kavramaya girmesi esnasında tekrarlandığından yüksek hızlarda ve büyük yükler altında güç iletimi esnasında titreşimlere ve gürültülü çalışmaya neden olur.

Pinyon ve çark profilinin eş olmamasının yukarıda açıklanan dezavantajları yanında avantajlarıda vardır. İmalat ve montaj hataları , diş yüzeyi hatalarında dolayı diş formu başında ve sonunda temas kilitlenmesi sebebi ile oluşan yüksek gerilmeler ancak profillerin eş olmaması ile dengelenir.

Bu hatalar spiral konik çarkların hepsinde mevcuttur ve tezgah ayarları düzeltilerek temas alanının yeri ve şekli değiştirilerek iletim hatalarının görülmediği optimum tezgah ayarları bulunabilir.

3.2- Oerlikon Spiromatik Metodu :

Bu metod Dr. B. Mammano tarafından 1936 yılında geliştirilmiştir. Bu metodda takım bıçakları takım ekseni etrafında radyal olarak yerleştirildiğinden ve diş boşluğunun karşılıklı yüzeyleri birbirini takip eden bıçaklar tarafından kesildiğinden Gleason Metodu ile benzerliği vardır (Şekil 3.2). Bununla beraber Gleason Metodundan farklılıklarıda vardır

Şekil 3.2- Oerlikon Spiromatik İmalat Metodu

Genel olarak spiral konik çark genarasyonunu gerçekleştiren bütün metodlarda takımın , ham dişli ve tezgah ana mili öyle hareket eder ki , takım pinyonla eş çalışan hayali plan konik dişlinin yan yüzeyi ile çalışır. Spiral açıları 30º ~ 40º arasında değişir ve uygun diş bindirmesi için 35º ~ 40º arasında seçilir. Sessiz çalışma istenildiği zaman daha büyük spiral açıları alınır.

Gleason metodu ile karşılaştırıldığı zaman en büyük farklılık , Oerlikon Spiromatik Metodunda sürekli olarak işleme yapılır, yani bir diş boşluğu işlenildiği zaman takım otomatik olarak diğer diş boşluğunu işlemeye devam eder ve çarkın işlenmesi bitene kadar bu işlem sürer. Generasyonla diş profili imal edilme sürecinde , takım miline yavaş bir dönme hareketi verilirken , iş parçasınada diş profilinin daire evolventi olarak imalatı sağlanacak şekilde bir dönme hızı verilir. Bütün dişler sırayla generasyon metodu ile işlenir. Bu metodda imalat sırasında iç gerilme oluşmadığından sertleştirme esnasında meydana gelen distorsiyonun kontrolü yapılabilir. Gleason metodunun aksine Oerlikon metodunda diş boyunca sabit diş derinliği elde edilir ve ayrıca sabit diş boşluğu sağlanır.

3.3- Fiat İmalat Metodu

Bu metodda takım üzerinde bıçakların dizilişi Arşimet Spirali şeklindedir ve Oerlikon Metodunda olduğu gibi sürekli işleme vardır. (Şekil 3.3)

Şekil 3.3- Fiat İmalat Metodu

Generasyonla dişlilerin imalatı Oerlikon metodunda olduğu gibidir ve imal edilen dişlerin derinliği sabittir.

3.4- Gleason Epicurve İmalat Metodu

Bu imalat metodu Gleason Spiral Konik Çark İmalat Metodlarının arasına yeni katılmıştır ve imal edilen çark birçok yönden diğer metodlarla imal edilen çarklardan farklıdır. İmal edilen dişin derinliği sabittir.

Diğer metodlarda kullanılan dairesel takımlardan daha küçük çaplı takımlar kullanılır. Temas alanı dikdörtgen şeklindedir ve yük altında sabittir. Temas alanı diş formu başlangıcından diş formunun %90’ını kaplar. Büyük yükler altında temas alanı diş dibinden diş başına doğru ilerler. Diğer spiral konik çarklarda olduğu gibi tezgah ayarları ile oynayarak ısıl işlemin yarattığı distorsiyon ve montaj hataları azaltılabilir.

3.5- Klingelnberg İmalat Metodu

Bu imalat metodunda spiral eğrileri , konik azdırmanın ham dişli üzerinde koni ekseni tarafından yuvarlanması sonucunda evolvent spiral olarak imal edilir (Şekil 3.4). Bütün diş boşluğu imal edilene kadar konik azdırma ve ham dişli birbirlerinin üzerinde döndürülerek yavaş yavaş kesme işlemi yapılır. Diş derinliği bütün diş formu boyunca sabittir. Azdırma , imalat sırasında diş formu boyunca diş profillerinin generasyonunu aynı anda gerçekleştirir. Kesme işlemi konik azdırmanın tabanında başlar ve konik azdırmanın tepesinde biter. İmalat sırasında sabit hız elde etmek için kesme işlemi giderek hızlandırılır. Tahrik eden çarkın temas alanının diş formu boyunca konumu diş formunun ortasında bulunurken , tahrik edilen çarkın temas alanı diş formunun sonundadır. Yük altında iken tahrik eden çarkın temas alanının konumu değişmezken , tahrik edilen çarkın temas alanının konumu diş formunun başına doğru kayar. Temas alanının konumu Gleason metodlarındaki gibi eksenel montaj hatalarından etkilenmez ve montaj kolaylığı sağlar. Azdırma tasarımı ve imalatı oldukça zor olduğundan metodun fazla uygulama alanı yoktur.