1)Neden planet redüktör kullanmalıyız?
Planet dişli çark mekanizmaları, güneş dişli adı verilen bir dişli çarkın tahriki ile etrafına yerleştirilmiş planet dişlilerin çember dişli içerisinde dönmesi ve bunları birleştiren taşıyıcı kafes yardımıyla, yüksek hızda giren giriş gücünü tahvil oranı kadar, düşük devirde yüksek tork aktarımı sağlar. Planet dişliler genellikle alan, ağırlık sorun olduğunda ve yüksek tork elde edilmek istendiğinde kullanılır. Geleneksel helisel tip redüktörlere kıyasla, planet redüktörler ile daha düşük ebatlarda daha yüksek torklar elde edilebilmektedir. Resim 2’de yapılan kıyaslamada 1 no’lu planet redüktörün çıkış torku ile helisel redüktörün çıkış torkları aynıdır. Helis redüktörün ağırlığı 1 no’lu planet redüktöre göre 8,3 kat daha ağırdır. Aşağıdaki görselde de ebat farkı görülmektedir. 2 no’lu planet redüktör çıkış torku helis redüktörün çıkış torkundan 1,7 kat fazla olmasına rağmen ağırlık olarak ¼ oranı kadardır.
2) Planet dişlileri hangi sektörlerde kullanılır?
Planet dişliler endüstride birçok uygulamada kullanılır. Havacılık, otomotiv, tarım, ev aletleri, konveyörler, sondaj makineleri, vinçler, kimya sektörü, madencilik, geri dönüşüm, tıbbi uygulamalar, robotik, servo uygulamalar, denizcilik, rüzgâr türbinleri ve enerji sektörü gibi birçok sektörde karşımıza çıkmaktadır.
3) Planet mekanizmaların avantaj ve dezavantajları
3.1. Avantajlar
Planet mekanizmaları, aynı enerjiyi nakledecek alın dişli mekanizmalarına nazaran daha küçük hacim işgal ederler. Bunun belli başlı sebepleri vardır. Standart dişli mekanizmasında bir dişli, bir eş ile çalışır. Yani bütün enerji bir tek kavrama bölgesinden intikal eder. Halbuki planet mekanizmalarında çok defa üç veya daha fazla planet çarkı vardır. Böylece enerji, üç veya daha fazla parçaya bölündüğünden diş modülü ve dolayısıyla dişli çapı daha küçük alınabilir.
Planet mekanizmasının hacmini küçülten diğer faktör kendi kinematik özelliğidir. Örneğin Z1 ve Z2 diş sayılı çark ile standart dişli mekanizmasında elde edilebilecek çevrim oranı i=Z2/Z1’dir. Planet mekanizmasında (çember dişli sabit olma durumunda) 
formülüdür. Dolayısıyla aynı çevrim oranı için planet mekanizmasında daha küçük diş sayıları yeterlidir. Aynı malzemeden yapılmış ve aynı devir sayılarında aynı gücü taşıyacak standart dişli mekanizmaları ile planet mekanizmaların ağırlıkları arasında bir mukayese yapıldığında genellikle planet mekanizmaları standart diş mekanizmasından daha hafif çıkmıştır. Çevrim oranı yükseldikçe planet mekanizması lehine, fark daha da artmaktadır. i=2 için ortalama standart dişli mekanizmasının ağırlığı, planet mekanizmasının ağırlığının yaklaşık 1,5 katı kadar iken; i=8 için bu oran 3,3’e kadar yükselmektedir. İki sistem arasında mukayesede ortalama alınırsa kabaca, standart dişli mekanizmasının ağırlığı planet mekanizmasının ağırlığının iki katı olarak bulunur.
Planet mekanizmalarında döndüren ve döndürülen millerin eksenleri üst üste düştüğünden mekanizmanın yerleştirileceği yer, daha küçük alınabilir.
Planet mekanizma kutusu tam bir silindir, yuvarlak bir cisimdir. Standart dişli mekanizmalarında kutu yüzeyi çok defa birbirine dik birtakım düzlemlerden meydana gelir. Bunun sonucu olarak planetlerin gövdesi, standart dişli mekanizmalardakinden daha az gürültü yapar. Yapılan gürültü ölçümleri bu sonucu teyit etmiştir. Hatta bu özelliğinden dolayı, bazı standart dişli kutularını da yuvarlak yapmak yoluna gidildiği görülmüştür. Ancak bu, hacmi daha da arttırmak pahasına elde edilen bir avantaj olmaktadır. Planet mekanizmalarının bu avantajlarına bakarak, neden bütün işlerde planet mekanizması kullanılmadığı akla gelebilir. Bu avantajların sağlanması, bir takım konstrüktif güçlüklerin yenilmesine bağlıdır. Bu güçlükler dezavantaj olarak aşağıda belirtilmiştir.
3.2. Dezavantajlar
Enerjinin planet sayısı kadar parçalara bölünmesi ancak bütün planetlerin aynı değerde yük taşıması ile gerçekleşir. Yani planet dişlileri, iç ve dış dişlilerin her yerde aynı mükemmellikte kavramaları gerekir. Dişli imalatının hassas olması, yataklamada özel tedbirlerin alınmasını gerektirir.
Planetlerin eksenleri sabit olmadığından, özellikle yüksek hızlarda planet dişlilerinin meydana getirdikleri merkezkaç kuvvetler, konstrüktörü en çok uğraştıran bir konudur. Kafes ve planet dişli imalatının veya montajının hatalı olması durumunda, montaj sonrası rulman yatakları üzerinde dönmesi sırasında bu merkezkaç kuvvetler etkisi ile balans oluşur ve vibrasyona sebep olur. Bu durum sonucunda gürültü artar. Ayrıca merkezkaç etki ile yatakların gereği gibi yağlanması, hayli güç problemlerdir.
Küçük bir hacimde büyük bir enerji sıkıştırılmış olup sürtünmeden meydana gelen ısının dışarıya atılması, standart dişli mekanizmalarından daha zordur. Aynı zamanda soğumayı sağlayacak şekilde devridaim yapacak şekilde cebri bir yağ soğutma sistemi gerekmektedir.
Alınması gereken ek konstrüktif tedbirler maliyete yansımaktadır. Genellikle planet mekanizmaları, standart dişli mekanizmalarından daha pahalıdır.
Açıklamaya çalıştığımız bu ve buna benzer dezavantajları hafifletmek veya kısmen ortadan kaldırmak için birçok konstrüktif yollara gidilmiştir. Bunların hepsini makaleye sığdırmak mümkün olmadığından, en önemli birkaç konu üzerinde durmakla yetineceğiz.
4. Stoeckicht Planet Mekanizması
Dr. Stoeckicht’in tüm planet dişlilerin eşit şekilde yüklenmesini sağlamak için içten dişli halka dişliyi, dişli kutusunun merkezi etrafında salınabilmesi için gövdede bir yalpa çemberine bağladı. Stoeckicht bu yöntemi 1931’de otomobiller ve motorlu lokomotifler için Bayer tarafından geliştirilen bir aşırı hız şanzımanında uyguladı. Dr. Stoeckicht planet mekanizmaları üzerindeki ilk patenti bu tarihte almıştır. 1934’ten itibaren Argus, Fieseler, Hirth, Klemm ve Messerschmitt’in uçaklarına takıldı. 1937’de Kiel’deki “Deutsche Werke” tarafından Alman Reichsbahn için ekspres vagonlarında kullanıldı. Başlangıçta konik veya düz planet kademeli 100 hp’ye kadar motor çıkışları için tekne geri vitesleri ile gemi yapımında büyük miktarlar planet redüktör elde etti. Bunu, 5000 hp’ye kadar çıkışlar için 6 planet dişliye sahip denizaltı ve torpido dişli kutuları izledi. Çember dişlisini, mekanizma gövdesine yaylı ve kardan usulünde sabitleme ile başlamış, daha sonra dişli kaplinler ile bu işi görmüş ve nihayet 1949 Mayıs’ında tebliğ ettiği 814981 numaralı patentinde iç güneş dişlisini yataksız montaj etmiştir. Dr. Stoeckich planet dişli redüktör konstrüksiyonunun en önemli mucitlerinden ve tasarımcılarından biridir.
Güç aktarım sektörüne son 100 yılda yön veren Dr. Stoeckich’in tarihe bıraktığı eserleri anlatarak başlamak istedim.
Burada iki tür sistem inceleyeceğiz. Bu sistemdeki dişli çarklar, çavuş dişli (ok dişli) olarak imal edilmişlerdir.
4.1) Çember dişlisi sabit / DSU Stoeckicht Planet Mekanizması
Diş helisinin, çark ekseni ile oluşturduğu açı = 25 ° 50′ 31″dir. Bu değer, cos =0,9 olarak yuvarlak bir rakam verdiği ve hesaplarda kolaylık sağladığı için Stoeckicht tarafından seçilmiştir. Diş profili, normal kesitte kavrama açısı αn=22° 30′ olan bir evolvent’tir. Diş köklerinin daha kuvvetli olması için αn=20°normundan kasıtlı olarak sapmasına müsaade edilmiştir. İç güneş dişlisi, döndürücü veya döndürülen makineye bir dişli kaplin ile bağlanmaktadır. Bu sebeple çark gövdesinin kapline geçecek ucuna 20° kavrama açılı düz evolvent dişler açılmıştır. Ancak diş yükseklikleri, standart değerden daha kısadır. Böylece kaplin erkek ve dişi her iki elemanında diş köklerinin aynı mukavemette olması sağlanır. Kaplin dişleri, çalışma esnasında, birbiri üzerinde sürtündüğünden yağlanması gerekmektedir. Çok etkili bir yağlama bu şekilde sağlanmıştır. İç güneş dişlinin içi boştur. Buraya eksenel olarak sokulmuş (Resim 3’te 114 numaralı) borudan sevk edilen yağ merkezkaç kuvvet etkisi ile delik çevresine ve oradan çepeçevre diş aralıklarında açılmış deliklerden diş aralıklarına gelir ve yağlama görevini yerine getirir. İç güneş dişlisinin bizzat kendi dişleri de aynı metotla yağlanmaktadır.
İç güneş dişlisi yataklanmış değildir; bu, Stoeckicht konstrüksiyonunun karakteristik bir özelliğini teşkil eder. İç güneş dişlisine bir yandan resim 3’teki 105 numaralı dişli kaplinin, diğer yandan çavuş dişli planetlerin uyguladıkları kuvvet ve momentler dengede bir sistem teşkil ettikleri takdirde, güneş dişlisinin yataklanmasına lüzum yoktur. Daha doğrusu, iç güneş dişlisi, planetler arasında yataklanıyor demektir. Teorik olarak, planetler eşit değerde yüklendikleri takdirde iç güneş dişlisine uygulanacak diş kuvvetlerinin bileşkesi sıfırdır. Bu kuvvetler yalnız bir moment teşkil ederler ki bu da dişli kaplinin tatbik ettiği moment ile dengelenir. Ancak pratikte, önüne geçilemeyen taksimat ve profil hataları sonucunda meydana gelen temas hatası dolayısıyla dengelenmemiş bir kuvvet bileşeni bulunabilir. Çavuş dişli üç (veya daha fazla) planet, iç güneş dişlisine 6 (veya daha fazla) bölgede temas eder. Bu temas bölgeleri, teorik olarak, ikişer ikişer simetrik doğrulardır. Bütün mesele, bu dişli kuvvetleri ile kaplin kuvvetinin denge teşkil etmesidir. Yataklanmamış olan iç güneş dişlisi, belirli sınırlar içinde, yani diş boşluklarının müsaadesi oranında, 6 serbestlik derecesine sahiptir. Bu sayede her an, denge için gerekli konuma kendi kendine gelebilir. Ancak bu hareketlerin kolay yapılabilmesi için çok iyi bir yağlama gereklidir.
4.2. Planet Taşıyıcısı sabit / DSF Stoeckicht Planet Mekanizması
Bu sistemde de iç güneş dişlisi gibi dişliler çavuş dişlidir. Ancak bu defa, montajı mümkün kılabilmek için çavuş dişlinin her yarısı ayrı bir halka halinde imal edilmiş olup (Resim 4’te 107 ve 108 numaralı çemberler) bu çemberler iç çevrelerine, planetler ile eş çalışacak dişler, dış çevrelerine ise kaplin dişleri açılmıştır.
İç güneş dişlisini dengede tutan planet dişlileri tamamıyla belirli bir konumda iken bunlar ile eş çalışacak olan çember dişlisinin her bir yarısı, kendisini bu konumlara uydurmak zorundadır. Bu sebepten, çember dişlisinin her bir yarısı ayrı ayrı, yani birbirinden bağımsız olarak ve yine belirli sınırlar içinde 6 serbestlik derecesine sahip olmak üzere dış çevredeki dişli kapline (şekil 3’te 109 numaralı kaplin) geçmiştir. Bu kaplin de ayrıca bir ikinci dişli kapline (şekil 3’te 110 numaralı kaplin) bağlıdır. Bu ikinci kaplin, DSU tipinde çember dişli sabittir ve mekanizma gövdesine, yine dişli olarak, bağlıdır. Dolayısıyla çember dişli mil ekseni etrafında dönmesini engeller. DSF tipinde yani temel düzende ise adı geçen son kaplin, mekanizmanın yavaş dönen miline dişli olarak bağlanmıştır.
Görülüyor ki, imalatta önüne geçilemez hatalar ve işletmede diş kuvvetlerinden doğan deformasyonlar sonunda kavramada meydana gelecek aksaklıkları bertaraf etmek için çember dişlisi, iç içe geçen üç sıra dişli kaplin ile gövdeye, oynak olarak tespit edilir.
Çember dişlisi iki ayrı dişli olarak imal edilince, çavuş dişli özelliğini kaybeder; yani eksenel kuvvet bileşenini kendi içinde dengeleyemez. Her bir yarıdaki eksenel kuvvet, aynen dişli kapline intikal eder. Bu eksenel kuvvetleri dengeleyebilmek için çember dişli halkalarını kavrayan kaplin dişleri de helisel olarak imal edilmiştir. Kaplin dişlerinin helis yönü, çark dişlerinin helis yönünün aynıdır. Ayrıca kinematik bakımdan da buna mecburiyeti vardır.
Resim 5’te iç güneş dişlisi, üç planet ve çember dişlisi bir arada görülmektedir.
Resim 6’da ise resim 3’te 109 numara ile gösterilen dişli kaplinden bir parça görülmektedir. Dış güneş dişlilerini kavrayan dişler helisel; üst tarafta gövde ile irtibatı sağlayan dişler ise düz olarak açılmıştır. Böylece bu kaplin, dış güneş dişlilerinin, kuvvet ayarı için yaptıkları birbirinden farklı dönme hareketlerine iştirak etmez.
Bütün dişli kaplinler de eksenel hareket serbestliği, yuvarlak tel çemberler ile sınırlanmıştır. Resim 6’da bu çemberlerin üçü takılmış, diğer üç kaplinin yanı başında takılmaya hazır durumda görülmektedir. Kaplin çevresindeki delikler, yağ delikleridir.
Referanslar
[1] Yüksek takatli planet mekanizmaları Ord. Prof. Dr. Hilmi İleri
[2] Konstrüksiyon ve tasarım Prof. Dr. İsfendiyar BAKŞİYEV
[3]https://www.bavarikon.de/object/bav:HKO-NDB-0000000SFZ127542
