Tasarım ve uygulamaya bağlı olarak, dişli kutuları oldukça karmaşık sistemlerdir. İş güvenliği açısından kritik çalışma koşullarında tüm komponent ve parçaların güvenilirlik ve emniyet açısından hesaplanmasına özellikle dikkat edilir.
Bu aralar dişli kutusu tasarımında ve hesaplamasında genelde otomotiv dişli kutuları örnekleri daha fazla yer almaktadır. Bu yazımızda farklılık yaparak bir dökümhanede sıvı metal potalarının taşınmasında kullanılan bir vincin dişli kutusu örneği için; eAssistant/TBK ve SystemManager ile sistem uygulaması ile bileşenlerin ilgili modüllerle tek tek hesaplanması karşılaştırılmaktadır.
SystemManager; standart TBK/eAssistant yazılımlarındaki miller, rulman yataklar, dişliler vb. tek tek hesaplama modüllerinin komple dişli kutuları ve diğer çok milli konstrüksiyonların hesaplanması için genişletilmiş bir sistem çözümüdür. eAssistant web tabanlı, TBK ise bunun masaüstü offline versiyonu olan bir yazılımıdır. Şekil 1’de ağır hizmet kaldırma sistemindeki silindirik dişliler ve planet mekanizmasından oluşan bir dişli kutusu görülmektedir.
Burada SystemManager yardımıyla tüm konstrüksiyonun bir sistem olarak hesaplanması ile eAssistant veya TBK modülleri kullanılarak tek tek hesaplanmasını karşılaştıracağız. Prensip olarak aşağıdaki hesaplama kapsamı söz konusudur:
Modüllerle tek tek hesaplamalar Sistem hesaplaması
- Mil, dişli, rulman geometrisi • Mil, dişli, rulman geometrisi
- Kuvvet ve dönme yönlerinin tanımı • Güç akışının ve dış yükün tanımı
- Her yapı elemanı için yük hesabı • Yapı elemanlarının konumlandırılması
- 3B sistem tanımı üzerinden kontrol imkanı
Planet kademesi, sistem hesaplamasında koaksiyel mil sistemi (Şekil 2) olarak tasarlandı. Burada planet taşıyıcısı başlangıçta basit bir dönel simetrik bileşen olarak modellenmiştir. Daha ayrıntılı hesaplama gerekirse, CAD çalışmasına 3B elastik bileşen (FEM ağ modeli) olarak da girilebilir veya parametrik olarak kurulabilir (Şekil 3).
Millerin birbirlerine göre konumlandırılması ya konum verilerinin girilmesi ve dişli hesaplamasına aktarılmasıyla ya da konumlandırma kuralları vasıtasıyla, yani dişli verilerine göre konumların tanımlanması ile yapılabilir. Bu örnekte ikinci yöntem tercih edilmiştir.
Ayrıca mil devir sayıları ve döndürme momentleri için sınır koşulları da gereklidir. İki giriş devir sayısı n1, n2 ve dört (2 giriş ve 2 çıkış) döndürme momenti Tin1, Tin2, Tout1, Tout2 bilinmektedir. Sistem iki giriş reaksiyon torkunu Treac1, Treac2 hesaplar (Şekil 4).
Yük spektrumu hesaplama seçeneği kullanılarak, birçok yük durumu aynı anda hesaplanabilir (4 ve 2 motorlu işletme için). Ayrıca her bir yük durumu için herhangi bir frekans tanımlanmamış olsa bile, hesaplama “yük spektrumu” dikkate alınarak gerçekleştirilebilir. Daha sonra da münferit elemanların sonuçları görülebilir (Şekil 5).
Şimdi, komponentlerin tek tek hesaplanması ile genel sistem üzerinden hesaplama arasındaki iş yükünü karşılaştırırsak; tek tek hesaplamada 14 rulman, 12 mil ve 12 dişli çark için toplam 38 hesaplama dosyası oluşacaktır. Her yükleme durumu için 38 hesaplama dosyasının tümü uygun şekilde işlenecek ve güncellenecektir.
Sistem hesaplamasında ise, dört döndürme momenti ve iki devir sayısı bir dosya içinde ele alınacak ve sadece yük spektrumundaki yük durumları arasında geçişlerde değiştirilecektir.
Tek bir hesaplama dosyası başına beş dakikalık süre gerekirse toplamda 190 dakikalık bir süreye ihtiyaç duyulacaktır, yani bir yük durumu için yaklaşık 3 saat. Sistem hesaplamasında bu sadece yaklaşık 10 ila 20 saniye sürer. Tek tek hesaplamada her üç yük durumu da dikkate alınırsa teorik olarak dokuz saatlik bir süre gerekecek olmasına rağmen, gerçekte bu yük durumu başına yaklaşık altı ila dokuz saattir. Bu nedenle, her üç yük durumu için gerekli süre yaklaşık 22,5 saattir. Sistem hesaplaması bir gün hesap yapmak yerine sadece 0,5 ila 1 dakika sürer.
Bir diğer konu da, bazen bireysel hesaplamalar ile sistem hesaplaması arasında farklı sonuçlar elde edilmesidir. Başka bir deyişle, tek tek hesaplamalarda ara millerin devir sayısı yönlerindeki bazı hatalarla karşılaşılmakta ve bu da rulman ömrü üzerinde küçük etkilere neden olabilmektedir. Ayrıca aşırı yataklanmış (2 yerden fazla yataklanma durumu) bir tahrik milinde statik yatak emniyeti % 13, mil faturalarında yorulma mukavemetinde % 26 fark bulunabiliyor. Bunun nedeni rijit ve elastik rulmanlar arasındaki farktır ve SystemManager‘in otomatik olarak doğrusal olmayan rulman rijitliğini hesapladığıdır. Bu etki, eAssistant/TBK modülü ile yapılan tek tek hesaplamada dikkate alınmamaktadır, başka bir deyişle burada hesaplama katı, yani sonsuz rijit rulman kabulü ile yapılmaktadır.
Sistem hesaplamasının avantajları
Bir kaldırma vinci dişli kutusu örneği üzerinde; tek tek yapılan hesaplama ile sistem hesaplaması arasında yapılan karşılaştırmalarda, bir sistem hesaplamasının avantajları aşağıda sıralanmaktadır:
- Proje geliştirme sürelerinde çok önemli düşüşler.
- Proje öncesi planlama ve teklif aşamasında, daha sonra ayrıntılı optimizasyona kadar kullanılabilecek bir sistem hesaplaması.
- Tüm geometri bilgileri bir dosyada saklanır. Bu netliği artırır ve hataları önler.
- Devir sayıları ve döndürme momentleri sadece giriş ve çıkış mili için tanımlanır, diğerleri hesaplanır. Zaman kazanmanın yanı sıra, bu bir hata kaynağını ortadan kaldırır.
- Arakesit büyüklüklerini bir hesaplamadan ikinci bir hesaplamaya aktarmak gerekli değildir.
- Tek bir hesaplamada miller, dişliler ve rulmanlar için mukavemet hesabı yapılabilir.
- Tüm sistemdeki sonuçlara genel bakış; kritik elemanlar hızlı bir şekilde tanımlanabilir.
- 3B-grafik olarak genel görünüş, girilen verilerin doğru olup olmadığını hızlı bir şekilde kontrol etme imkanı sağlar.
eAssistant/TBK ve SystemManager birlikte arka planda doğrusal olmayan bağlantı elemanlarına (dişli çarklar) sahip gerçek bir çok milli FEM sistemi olduğundan; bu uygulamalar genel sistemin doğal frekanslarının hesaplanması veya dişli yanaklarındaki modifikasyonları vb. genişletilmiş hesaplamalar ve detaylı optimazasyonları yapma imkanı sunar.
Uzman ellerden size
Merkezi Almanya Braunschweig’da bulunan GWJ Technology GmbH, makina üretiminde hesaplama ve yazılım geliştirmede uzun yıllara dayanan deneyimlere sahiptir.
Tüm yazılımlarımız kapsamlı uzmanlık bilgisi ve yüksek kalite düzeyinin bütünleştiği ürünlerdir.
İhtiyaç halinde şirketimiz size mühendislik hizmetleri veya eğitim programlarıyla uzmanlık bilgileri de sunmaktadır.
Pratik ve yetenekli üçlü olarak nitelendirilen “eAssistant/TBK+SystemManager+CAD Arayüz” yazılım paket veya modülleri; Türkiye ekonomisinin küçüldüğü ve bir de Covit-19 salgını nedeniyle uzaktan çalışmanın ağırlık kazandığı dönemde satın almak yerine 1-3-6-12 aylık sürelerle kiralanabilmekte ve ayrıca bakım sözleşmesi ve ücretlerine de gerek kalmamaktadır.
Bu uygulamanın; makine üretimi sektöründeki, özellikle ihracata yönelik tasarım ve üretim yapan işletmelerin ihtiyaçlarını ertelemeden gerçekleştirebilecekleri bir fırsat olacağını düşünüyoruz.
Türkiye Temsilcisi – KAPEM Endüstriyel Danışmanlık ve Dış Tic. Ltd. Şti.-İstanbul
Dr. Müh. Ender Önöz
Tel: 0216-225 84 58 ; 0216-465 16 77 ; GSM: 0532-311 48 59
www.kapem.com; info@kapem.com
