Dişli çarklarda kullanılan diş profilleri, mekanik güç iletim sistemlerinin verimliliğini, sessizliğini ve ömrünü doğrudan etkileyen temel unsurlardandır. Dişli çarkların birbirine düzgün şekilde kenetlenebilmesi ve hareket aktarımı sırasında istenilen performansın sağlanabilmesi için diş yüzeylerinin belirli geometrik kurallara göre tasarlanması gerekir. Bu geometrik yapı, “diş profili” olarak adlandırılır. Diş profili, bir dişlinin tek bir dişinin yan yüzeyini tanımlar ve bu yüzeyin şekli, iki dişlinin teması sırasında oluşan hareket karakterini belirler.

Dişli profilleri tarihsel süreçte çeşitli biçimlerde geliştirilmiş; farklı uygulama alanlarında, farklı yük ve hız koşullarına göre optimize edilmiştir. Günümüzde en yaygın kullanılan diş profili evolvent profil olmakla birlikte, sikloid, Wildhaber-Novikov ve özel uygulamalara özgü profiller de çeşitli mekanizmalarda yer bulmaktadır. Her bir profilin avantajları, sınırlamaları ve kullanım alanları farklıdır. Bu çeşitlilik, hem tasarım mühendislerinin hem de bakım ve üretim birimlerinin diş profili seçimi konusunda dikkatli olmasını gerektirir.

Tarihsel Gelişim

Dişli çarkların tarihi, Antik Çağ’a kadar uzanır. Dişli sistemlerinin en eski örnekleri, Antik Yunan mühendislerinden Arşimet ve Heron tarafından geliştirilmiştir. Ancak, bu dönemlerde kullanılan dişliler, genellikle tahta veya bronz malzemeden yapılmış, kaba ve simetrik kare ya da üçgen biçimli dişlere sahipti. Diş profilleri henüz matematiksel olarak tanımlanmış değildi ve dişliler genellikle deneysel yollarla, zanaat temelli üretimle şekilleniyordu.

17. yüzyıl itibarıyla dişli tasarımında teorik yaklaşımlar gelişmeye başlamıştır. Fransız matematikçi René Descartes, 1630’larda düzlemsel eğrilerin tanımı üzerinde çalışarak bu alana zemin hazırlamıştır. Fakat modern anlamda diş profili teorisinin temelini atan kişi, İsveçli bilim insanı Christopher Polhem (1661–1751) olmuştur. Polhem, dişli üretiminde geometrik kuralların önemine dikkat çekmiş ve mekanik sistemlerde daha güvenilir güç aktarımı için ilk teorik modelleri önermiştir.

18. yüzyılda Fransız matematikçi Gaspard Monge ve İngiliz mühendis Robert Willis, dişlilerin hareket aktarımı prensiplerini daha sistemli biçimde ele almıştır. Ancak dişli profilleri açısından en büyük devrim, Leonhard Euler tarafından 18. yüzyılın sonlarına doğru tanımlanan evolvent eğrisiyle gerçekleşmiştir. Euler, iki dişlinin düzgün ve sabit hız oranıyla çalışabilmesi için evolvent eğrisinin ideal bir profil olduğunu göstermiştir.

19. yüzyılda, evolvent profilinin avantajları pratikte de kanıtlanmış ve bu profil hızla sanayi üretiminde standart haline gelmiştir. Joseph Whitworth gibi sanayi öncüsü mühendisler, evolvent profiline dayalı seri üretim teknikleri geliştirmiştir. Aynı yüzyılda, sikloid profil de özellikle saatçilikte ve düşük yük gerektiren hassas sistemlerde yaygın olarak kullanılmıştır. Sikloid profil, ilk olarak Christiaan Huygens tarafından 1673 yılında tanımlanmış ve daha sonra dişli uygulamalarına uyarlanmıştır.

20. yüzyılda, dişli profillerine dair uluslararası standartların oluşmasıyla birlikte, ISO (International Organization for Standardization) ve DIN (Deutsches Institut für Normung) gibi kuruluşlar, evolvent profilini birçok uygulama için temel standart olarak kabul etmiştir. Bununla birlikte, bazı özel uygulamalarda sikloid veya modifiye edilmiş evolvent profilleri de kullanılmaya devam etmektedir.

Diş Profillerinin Farklılıkları ve Kullanım Alanları

Dişli çarklarda kullanılan profiller, temelde dişin yan yüzeyinin şekline göre sınıflandırılır. Bu geometrik şekil, dişliler arasında hareketin nasıl aktarıldığını, temas karakterini ve yük taşıma kapasitesini belirler. Farklı profillerin kendilerine özgü avantajları ve sınırlamaları vardır; bu nedenle her biri belirli uygulamalara daha uygun hale gelir.

Evolvent Diş Profili

Evolvent profili, düz bir çizginin bir daire etrafında sarılmasıyla oluşan eğri temel alınarak tasarlanır. Dişlilerin düzgün ve sabit hız oranıyla çalışmasını sağlayan en temel profildir. En büyük avantajı, eksenler arasında küçük hizalama hatalarında dahi düzgün çalışabilmesidir. Ayrıca üretimi nispeten kolaydır ve takım tezgâhlarında standart olarak işlenebilir.

^{Evolvent diş profili (Yapay zeka tarafından oluşturulmuştur).}

Kullanım alanları:

• Otomotiv transmisyon sistemleri
• Endüstriyel makineler
• Robotik ve otomasyon sistemleri
• Enerji üretim üniteleri (örneğin rüzgar türbinleri)

Sikloid Diş Profili

Sikloid profil, bir daire üzerindeki noktanın başka bir daire etrafında yuvarlanmasıyla oluşur. Bu profil türü, genellikle daha az sürtünme ile çalıştığı ve yüksek hassasiyet sağladığı için tercih edilir. Ancak evolvent profile göre üretimi daha karmaşıktır ve hassas hizalama gerektirir.

^{Sikloid diş profili (Yapay zeka yardımıyla oluşturulmuştur.)}

Kullanım alanları:

• Saat mekanizmaları
• Mikromekanik sistemler
• Bazı robotik redüktör sistemleri (örneğin cycloidal drive mekanizmaları)

Wildhaber–Novikov Diş Profili

Wildhaber–Novikov profili, 1930’lu yıllarda Amerikalı mühendis Alfred Wildhaber ile Sovyet mühendisi Ivan Novikov tarafından geliştirilmiştir. Bu profilin karakteristik özelliği, dışbükey dişin içbükey bir yüzeyle temas etmesidir. Böylece yük taşıma yüzeyi genişler ve yüzey basıncı düşer. Bu da özellikle yüksek hızda çalışan ve yüksek tork taşıyan sistemlerde daha az aşınma ve sessiz çalışma sağlar. Diğer profillere kıyasla daha az kayma ve daha fazla verim sağlar. Ancak hassas üretim ve özel takım geometrileri gerektirir.

^{Wildhaber–Novikov diş profili (Yapay zeka yardımıyla oluşturulmuştur.)}

Kullanım alanları:

• Otomotiv diferansiyel sistemleri
• Havacılık ve savunma sanayi
• Yüksek hızlı transmisyon sistemleri
• Dişli test ekipmanları

Diğer Özel Profiller

Bazı durumlarda standart dışı diş profilleri kullanılır. Örneğin, modifiye edilmiş evolvent profiller, yük dağılımını iyileştirmek veya ses seviyesini azaltmak amacıyla tasarlanabilir. Ayrıca plastik dişlilerde kullanılan standart dışı profiller, malzeme esnekliği göz önünde bulundurularak özel olarak geliştirilir.