A numerical investigation on the stress-balanced spur gear pairs

Abstract

Involute spur gears are key machine elements for power transmission in various industrial sectors. During power transmission, the teeth are subjected to high stresses. Many design modifications are used to reduce these stresses, such as increasing the drive side pressure angle and profile shifting factor. These modifications change the contact ratio and center distance of the gear pair. Changing the tooth thickness is another solution to reduce stress. Because there is a difference in the number of teeth between the pinion and the gear, the pinion stress levels are higher than the gear for the same gear parameters. The tooth thickness value in the tooth thickness on the pitch circle is equal to 0.5xπm for both pinion and gear as standard. Stress compensation can be achieved by increasing this thickness at the pinion and decreasing it at the same rate at the gear. In this study, first of all, 3D designs of gears with non-standard thickness were created in CATIA and finite element analyzes were performed to obtain tooth thickness values that create equal root stresses for pinion and gear with various tooth numbers. According to preliminary results, tooth deformation and stress has a linear relationship with tooth thickness value, nearly.

Evolvent düz dişliler, çeşitli endüstriyel sektörlerde güç aktarımı için kilit makine elemanlarıdır. Güç aktarma esnasında dişler yüksek gerilmelere maruz kalır. Bu gerilmeleri azaltmak için, süren taraf kavrama açısını ve profil kaydırma faktörünü arttırma gibi birçok tasarım modifikasyonu kullanılmaktadır. Bu modifikasyonlar, dişli çiftinin kavrama oranını ve eksenler arası mesafesini değiştirir. Diş kalınlığını değiştirmek, gerilmeyi azaltmak için başka bir çözümdür. Pinyon ve dişli arasında diş sayısı farkı olduğundan, aynı dişli parametreleri için pinyon gerilme düzeyleri dişliden daha yüksektir. Taksimat dairesindeki diş kalınlığı değeri standart olarak hem pinyon hem de dişli için 0,5xπm'ye eşittir. Bu kalınlığı pinyonda artırmak ve aynı oranda dişlide azaltmak suretiyle gerilme dengelemesi yapılabilir. Bu çalışmada öncelikle standart olmayan kalınlığa sahip dişlilerin 3 boyutlu tasarımları CATIA da oluşturulmuş ve sonlu eleman analizleri yapılarak çeşitli diş sayıları ile pinyon ve dişli için eşit diş dibi gerilmeleri oluşturan diş kalınlık değerleri elde edilmiştir. Ön sonuçlara göre, diş gerilme ve deformasyonu, diş kalınlığı değeri ile hemen hemen doğrusal bir ilişkiye sahiptir.