Dişli İmalatı: Düz, Helisel ve Özel Ölçü Dişliler

Dişli geometrisi, üretim ve ısıl işlem rehberi

Bir dişlinin görevi hareketi ve torku karşı parçaya aktarmaktır. Bunu hangi devirde, ne kadar sessiz, hangi ömür beklentisiyle ve ne büyüklükte bir gövde içinde yapacağı tasarım kararlarını değiştirir. Tezgâhta üretilebilen bir diş formu, mevcut mekanizmaya mutlaka uygun değildir. Geometri, malzeme, yataklama, yağlama ve montaj aynı sistemin parçalarıdır.

Bu rehber, teknik resim hazırlayan ve dişli siparişi veren ekipler için kavramları birbirine bağlar. Buradaki işlem seçenekleri genel teknik açıklamalardır; belirli bir tezgâhın, ısıl işlem tesisinin veya her tür dişli için üretim kapasitesinin işletmemizde bulunduğu anlamına gelmez. İşin kapsamı parça bazında değerlendirilir.

Dişli türlerinin geometrik farkları

Düz dişlide diş doğrultusu mil eksenine paraleldir. Paralel miller arasındaki aktarımda kullanılır. İdeal düz dişli kavramasında helisten kaynaklanan eksenel kuvvet oluşmaz; çevresel ve radyal yükler yine yataklara aktarılır. Üretim ve geometrik kontrolün görece yalın olması bir avantajdır. Yüksek hızda ses ve titreşim değerlendirilirken diş doğruluğu, temas ve gövde rijitliği ayrıca önem kazanır.

Helisel dişlide dişler eksene belirli bir açıyla uzanır. Temas diş genişliği boyunca kademeli ilerler. Bu özellik, uygun tasarımda yük aktarımını daha düzgün hale getirebilir; karşılığında eksenel kuvvetin de karşılanması gerekir. Paralel eksenli dış dişli çiftinde uygun eşleşme için helis yönleri karşıt seçilir. Helis açısı ile normal modülün doğru tanımlanması şarttır.

Çift helisel ve ok dişliler, karşıt yönlü helis bölgeleriyle eksenel kuvvetleri dengelemeyi amaçlar. İki yarının yükü nasıl paylaştığı, orta bölgenin geometrisi ve işleme erişimi önemlidir. Bunları yalnızca yan yana iki helisel dişli gibi ölçülendirmek yeterli değildir. İmalat yöntemi ve takım çıkış alanı tasarım sırasında değerlendirilir.

Konik dişlilerde dişlerin üzerinde düşünüldüğü referans yüzey koniktir; genellikle kesişen eksenler arasında aktarım sağlanır. Düz konik ve spiral konik tasarımlar aynı geometri veya aynı üretim yöntemi değildir. Montaj mesafeleri ve eksen ilişkisi, temas izinin diş yüzeyindeki yerini etkiler. Hipoid aktarımda ise eksenler arasında kaçıklık bulunur; bu ayrım sıradan konik dişli siparişinden farklı tasarım ve yağlama gerektirir.

Sonsuz vida–çark çiftinde vida benzeri eleman çarkla çalışır. Eksenler kesişmeden açılı konumlanabilir; yaygın yerleşim birbirine diktir. Kayma hareketi yağlama ve ısınmayı önemli hale getirir. Bu sistemlerin tümünü kendiliğinden kilitlenen mekanizma saymak yanlıştır: geri sürülebilirlik geometriye, sürtünmeye ve çalışma şartlarına bağlıdır. Yük tutma gereken bir uygulamada sadece bu varsayıma dayanılmaz.

Kremayer ve pinyon, dönme hareketiyle doğrusal hareket arasında dönüşüm sağlar. Kremayerin bağlandığı yüzeyin doğruluğu, dişliden bağımsız bir ayrıntı değildir. İç dişlilerde dişler halkanın iç yüzeyindedir; takım erişimi ve girişim kontrolü dış dişliden farklıdır. Planet düzenek ise tek bir diş şekli değil; güneş, gezegen ve çoğunlukla iç dişli halkadan oluşan bir mekanizma düzenidir. Yük paylaşımı ve taşıyıcı geometrisi de incelenmelidir.

Modül, basınç açısı ve involüt neyi değiştirir?

Modül diş büyüklüğünü tanımlar. Diş sayısı z, modül m ve referans çapı d arasında düz dişli için d = m × z ilişkisi vardır. Örneğin m = 4 mm, z = 30 ise referans çapı 120 mm olur. Standart, profil kaydırmasız ve alışılmış tam diş yüksekliği kabulündeki dış düz dişlide tepe çapı yaklaşık m × (z + 2), yani 128 mm çıkar. Bu ikinci bağıntı her özel diş formuna veya aşınmış numuneye doğrudan uygulanmaz.

Helisel dişlide normal modül mn ile enine modül mt farklıdır: mt = mn / cos β, dolayısıyla d = z × mn / cos β. Burada β helis açısıdır. Normal modülü 4 mm, diş sayısı 30 ve helis açısı 20° olan örnekte referans çapı yaklaşık 127,7 mm olur. Düz dişlideki 120 mm değerini aynen kullanmak farklı bir geometriyi tarif eder. Bu hesaplar geometrik örnektir; dişlinin taşıyabileceği torku kanıtlamaz.

Basınç açısı, temas kuvvetinin doğrultusuyla ilişkili bir parametredir. Sadece modülün aynı olması eşleşme için yeterli değildir. Basınç açısı, helis sistemi ve karşı dişlinin bilgileri de gerekir. İnvolüt profil ise bir taban dairesinden türetilen eğridir; gözle çizilmiş bir yayla aynı şey değildir. Profil değişirse temasın ilerleyişi ve yük aktarımı da değişebilir.

Profil kaydırma, dişin yalnızca daha kalın çizilmesi anlamına gelmez. Takım ile taslak arasındaki göreli konum değişimi diş geometrisini etkiler. Diş dibi yapısı, tepe kalınlığı, girişim ve merkez mesafesi birlikte değerlendirilir. Özellikle az dişli pinyonda numuneden ölçülen tepe çapından doğrudan modül çıkarmak bu nedenle yanıltıcı olabilir.

Malzeme seçiminde sertlik tek başına yeterli mi?

Bir diş, yan yüzeyindeki temas yüküyle birlikte dip bölgesinde eğilme zorlanmasına da maruz kalır. Yüzeyin aşınmaya dirençli olması kadar çekirdeğin ve diş dibinin davranışı önemlidir. Darbeli çalışan yavaş bir mekanizmayla sürekli yüksek devirde çalışan aktarım için aynı malzeme ve işlem otomatik olarak seçilmez.

Seçimde yük çevrimi, yağlama, darbe, parça kesiti, istenen yüzey sertliği ve son işleme planı birlikte ele alınır. C45 benzeri orta karbonlu çeliklerle 16MnCr5 gibi sementasyon çeliklerinin aynı işlemlerden aynı sonucu vereceği varsayılmamalıdır. Malzeme belgesindeki kalite ve teslim durumu, ısıl işlem talebiyle uyuşmalıdır. Bir sertlik değeri bütün parçanın kimliğini açıklamaz.

Sementasyon dişliye ne sağlar?

Sementasyon, uygun düşük karbonlu çeliğin yüzeyini karbon bakımından zenginleştiren termokimyasal işlemdir. Ardından uygulanan sertleştirme ve temperleme ile sert yüzey ve daha tok çekirdek dengesi hedeflenir. Diş yanaklarında aşınma ve temas yorulmasına karşı dayanım ihtiyacı bulunan tasarımlarda değerlendirilir.

Karbonun yüzeye verilmesi ile istenen sertliğin elde edilmesi aynı aşama değildir. Bu nedenle siparişte sadece “sementasyon yapılacak” notu yerine malzeme, işlem görecek bölgeler, sertlik ve etkin sertleşme derinliği tanımlanmalıdır. Isıl işlemde şekil değişimi olabileceği için delik, alın ve diş yüzeylerinin son işleme sırası baştan planlanır. Gerekli taşlama payını sonradan eklemek mümkün olmayabilir.

İndüksiyonla diş sertleştirme nasıl farklıdır?

İndüksiyonda bobinin oluşturduğu değişken manyetik alan, uygun malzemenin belirli bölgesini ısıtır; ardından soğutmayla sertleşme sağlanır. Sementasyondan farklı olarak esas mekanizma yüzeye karbon katmak değildir. Malzemenin kendi bileşimi ve önceki durumu önem taşır. Dişlerin veya başka belirli yüzeylerin seçici sertleştirilmesinde kullanılabilir.

Bobin geometrisi, uygulama biçimi, frekans, güç, süre ve soğutma sertleşme desenini etkiler. Diş yanağında istenen sonuç elde edilmiş olması diş dibinin de aynı şekilde sertleştiğini göstermez. Teknik resimde sertleşecek bölge ve geçiş sınırları belirtilmeli; yalnızca tek noktadan sertlik ölçümüne dayanılmamalıdır. İndüksiyon da şekil değişimi ve çatlak riski açısından kontrol gerektirir.

Nitrasyon, ıslah ve gerilim giderme

Nitrasyon, uygun çeliklerde azotun yüzeye difüzyonu ve sert yüzey tabakasının oluşumuyla ilişkilidir. Sementasyondaki gibi sonradan su verme gerektirmeyen uygulamalar, boyutsal hareketin sınırlanmasının istendiği parçalarda değerlendirilebilir. Bununla birlikte “hiç ölçü değişmez” kabulü doğru değildir. Malzeme, tabaka yapısı ve son işlemlerin tabakaya etkisi kontrol edilmelidir.

Islah, sertleştirme ile ardından uygun temperlemenin birlikte ele alındığı bir süreçtir; parçanın genel mekanik özelliklerini düzenlemeye yöneliktir. Gerilim giderme ise ayrı bir amaç taşır ve sert yüzey elde etmenin yerine geçmez. Hangi işlemin neden istendiği açık değilse teklif de kontrol planı da belirsiz kalır.

Diş açma ve imalat sonrası işlemler

Azdırma, uygun dış dişlilerde takım ve parçanın koordineli hareketiyle profil üreten yöntemlerden biridir. Vargelleme, profil frezeleme, broşlama ve uygun kesim yöntemlerinin kullanım alanları farklıdır. İç dişli, omuzlu parça veya takım çıkış mesafesi kısıtlı bir geometri için yöntem, yalnızca diş sayısına bakılarak seçilmez. Geçişli bir konturun tel erozyonla kesilebilmesi de istenen bütün dişli doğruluk ve yüzey şartlarının kendiliğinden karşılandığını göstermez.

Isıl işlemden sonra diş taşlama, uygun honlama veya başka son işlemler gerekebilir. Taşlama, sadece yüzeyi parlatmak için yapılmaz; gerekli profil ve diş doğrultusu şartlarının sağlanmasına katkı verebilir. Ancak taşlama yanığı, fazla talaş kaldırılması ve sert tabakanın incelmesi kontrol edilmelidir. Sementasyon derinliğiyle taşlama payı birbirinden bağımsız seçilemez.

Çapak alma, kenar düzenleme, yıkama ve korozyondan koruma da teslimin parçasıdır. Diş kenarındaki çapak montajı ve teması etkileyebilir. Kontrollü bilyalı dövme gibi yüzey iyileştirmeleri ise sıradan kumlama veya temizlik işlemiyle eş tutulmamalı; isteniyorsa ayrı proses ve kabul şartıyla tanımlanmalıdır.

Dişli kabulünde hangi ölçüler kontrol edilir?

Delik çapının ve dış çapın tutması tek başına dişli kabulü değildir. Hatve sapmaları, profil ve diş doğrultusu, diş kalınlığı, radyal salgı ve montaj referansları işin gerektirdiği kapsamda değerlendirilir. Karşılık dişliyle temas izi ve çalışma boşluğu yararlı bilgiler verir; ancak bunlar bütün geometrik ölçümlerin yerine geçmez.

Çalışma boşluğu, sıfıra indirilmesi gereken rastgele bir kusur değildir. Yağlama, sıcaklık ve montaj şartlarıyla birlikte tasarlanır. Aşırı boşluk kadar yetersiz boşluk da sorun oluşturabilir. Ölçümün hangi merkez mesafesinde ve hangi koşulda yapılacağı kayıtlı olmalıdır. Numuneden dişli yenilerken aşınmış karşı parçanın durumu bu nedenle önemlidir.

Örnek bir kabul dosyasında resim revizyonu, malzeme kimliği, ısıl işlem kaydı, kararlaştırılmış geometrik kontroller ve teslim işaretlemesi birbirine bağlanır. İstenen rapor türünü ve ölçüm kapsamını teklif aşamasında belirtmek, bitmiş dişli hazır olduğunda eksik belge aramaktan daha sağlıklıdır.

Hasar izinden hemen malzeme kararı çıkarmayın

Yanaktaki çukurcuklanma, çizilme, diş dibi çatlağı ve kenar teması aynı sorun değildir. Görsel inceleme ilk ipucunu verir; yağlama, yük geçmişi, hizalama ve ölçümlerle desteklenmelidir. “Daha sert yapalım” önerisi, yanlış temas veya yetersiz yağlamayı tek başına düzeltmez. Kırık dişlinin yanında karşılık dişlinin ve yatakların bilgisi de değerlendirmeye alınmalıdır.

Şaftlı pinyonlarda yatak ve diş referansları için mil imalatı sayfamızı, eş çalışan göbek ve kovanlarda kaplin imalatını inceleyebilirsiniz. Çizimi bulunmayan parçalarda süreç tersine mühendislik ile başlar. Büyük helisel dişliye özgü satın alma ayrıntıları teknik şartname yazısında ayrıca ele alınır.

Teknik kaynaklar

• KHK: dişli türleri ve terminoloji
• KHK: dişli boyutlarının hesabı
• KHK: profil kaydırma
• Bodycote: atmosferik sementasyon
• Bodycote: indüksiyonla sertleştirme
• Bodycote: gaz nitrasyon