Dış düz dişli pompa gövdesinin parametrik tasarımı ve boyut optimizasyonu

Abstract

Bu araştırmada dıştan düz dişli tip hidrolik pompalarda, pompa gövdesinin cidar kalınlığı optimizasyonu üzerine ileri düzey bilgisayar destekli tasarım, mühendislik ve yapısal optimizasyon tekniklerini referans alan bir uygulama algoritması geliştirilmiş ve örnek bir dişli pompa gövdesi üzerinde uygulamaya koyulmuştur. Bu kapsamda pompa gövdesinin girişten çıkışa doğru maruz kaldığı iç basınç dağılımı ve yapısal gerilme dağılımı deneysel olarak incelenmiştir. Deneysel olarak elde edilen pompanın içindeki akışkanın basınç dağılım değerleri analiz edilmiştir ve pompa gövdesinin girişten çıkışa doğru maruz kaldığı basınç değerlerinin hesaplanmasında kullanılmak üzere ilgili literatürde verilen Pi = Pmaks β/π eşitliğine alternatif, örneğe özgün ampirik bir eşitlik elde edilmiştir. Örnek pompa SolidWorks parametrik CAD yazılımı kullanılarak 3 Boyutlu olarak bilgisayar ortamında modellenmiştir. Elde edilen amprik eşitlikle hesaplanan basınç değerleri SolidWorks Simulation FEA yazılımı içerisinde sınır şartı olarak tanımlanmış ve gerçekleştirilen FEA analizi sonucu gerilme dağılımlarına ait sayısal ve görsel çıktılar elde edilmiştir. Deneysel tasarım doğrulama sürecinde, deneysel ve sonlu elemanlar analizinde elde edilen gerilme değerleri karşılaştırılmış ve değerlerin kabul edilebilir ölçüde örtüştüğü görülmüştür. Takip eden adımda, pompa gövdesinin tasarımı ve cidar kalınlığı optimizasyonu süreçlerinde kullanılmak üzere SolidWorks CAD / Simulation uygulamaları ile entegre çalışan özgün bir masa üstü uygulaması geliştirilmiştir. Bu uygulama ile pompa tasarımında kullanılan temel hidrolik ve geometrik parametreler kullanılarak pompa gövdesinin CAD modeli otomatik bir şekilde oluşturulabilmekte ve tanımlanan tasarım sınırlarına göre gövde optimizasyonu gerçekleştirilebilmektedir. Sonuç olarak dişli pompa imalatçı firmalarının farklı debilere ve çıkış basınçlarına sahip optimum pompa modellerini hızlı bir şekilde oluşturmasına olanak sağlayacak bir algoritma ve masa üstü uygulaması ortaya konmuştur.

In this study, an optimization and design algorithm has been developed to obtain appropriate wall thickness of external spur gear pumps' housing using computer-aided design, engineering and structural optimization techniques. A sample of this algorithm has been implemented on a pump housing. In this scope, internal pressure distribution from inlet to outlet and structural stress distribution were investigated experimentally. Obtained pressure distribution values of the fluid within the pump were analyzed and an alternative distinctive empirical equation was obtained to the usual (Pi = Pmaks β/π) pressure distribution on the inner surface of the pump housing in the literature. A sample pump was modeled using SolidWorks CAD software. The calculated pressure values using empirical equations have defined as boundary condition in SolidWorks Simulation FEA software. Hence numerical and visual plots obtained from FEA analysis. During experimental design validation process, the experimental and finite element stress values obtained from the analysis were compared and seen that values in the range of acceptable error rate. In subsequent step, a specific desktop application which is integrated SolidWorks CAD/Simulation software has been developed to design of pump housing and optimization process of wall thickness. The CAD model of pump housing can be automatically created with this application and optimization of pump housing can be done according to defined design constraints by using geometric and hydraulic pump design parameters. Consequently, an algorithm and desktop application which allows to quickly create optimum pump models at different flow rate and output pressure is put forward for producers.