KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi / 2026 / Cilt: 16 Sayı: 1

Bir Eliptik Dişli Hidrolik Pompanın Tasarımı, Modal Analizi, Katmanlı Üretimi ve Akış Performansı

Design, Modal Analysis, Additive Manufacturing, and Flow Performance of An Elliptical Gear Hydraulic Pump

Mehmet Yazar(CANAKKALE ONSEKIZ MART UNIVERSITY, CANAKKALE VOCATIONAL SCHOOL)0000-0003-3999-3233
Mithat Yanıkören(BILECIK SEYH EDEBALI UNIVERSITY, VOCATIONAL SCHOOL)0000-0003-1075-313X
İbrahim Pazarkaya(AFYON KOCATEPE UNIVERSITY, AFYON VOCATIONAL SCHOOL)0000-0002-7046-2572
Sayfa
270–282
Yayın Tarihi
2026-03-01
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Bu bulgular, eliptik dişli geometrisinin pompa performansını artırmada yaklaşık dört kat etkili olduğunu göstermektedir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışmada, eliptik ve düz dişli profiline sahip hidrolik pompaların tasarımı, üretimi, modal analizi ve akış performansları deneysel olarak karşılaştırılmıştır.
📊
Temel Bulgular & Veri:ABS, PC, PETG ve PLA olmak üzere dört farklı termoplastik malzeme üzerinde yapılan modal analizler sonucunda, yüksek frekans dayanımı ve üretim uygunluğu nedeniyle PLA malzemesi tercih edilmiştir.
💡
Sonuç & Katkı:Bu bulgular, eliptik dişli geometrisinin pompa performansını artırmada yaklaşık dört kat etkili olduğunu göstermektedir.
🔬Tür:Modelleme & Sayısal Simülasyon
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Eliptik dişli · Modal analiz · Eklemeli imalat

Özet

Bu çalışmada, eliptik ve düz dişli profiline sahip hidrolik pompaların tasarımı, üretimi, modal analizi ve akış performansları deneysel olarak karşılaştırılmıştır. Öncelikle, her iki dişli tipi bilgisayar destekli tasarım (CAD) ortamında modellenmiş ve sonlu elemanlar yöntemi (FEM) kullanılarak doğal frekans ve mod şekilleri incelenmiştir. ABS, PC, PETG ve PLA olmak üzere dört farklı termoplastik malzeme üzerinde yapılan modal analizler sonucunda, yüksek frekans dayanımı ve üretim uygunluğu nedeniyle PLA malzemesi tercih edilmiştir. Seçilen geometri ve malzeme doğrultusunda dişli çiftleri, eklemeli imalat (3D yazıcı) yöntemiyle üretilmiş ve prototip pompaların montajı gerçekleştirilmiştir. Her iki pompa sistemi, 1000 ila 3000 rpm arası farklı devirlerde test edilerek hacimsel debi performansları ölçülmüştür. Deneysel sonuçlara göre, eliptik dişli pompa tüm devirlerde düz dişli pompaya kıyasla daha yüksek ve daha kararlı bir debi sağlamıştır. Deneysel çalışmada en yüksek devir olan 3000 rpm'de eliptik dişli pompa 23,6 L/dk ortalama debi ile çalışırken, düz dişli pompa sadece 4.9 L/dk debi sağlamıştır. Benzer şekilde, deneysel çalışmada en düşük devir olan 1500 rpm'de ise eliptik dişli pompa 8.29 L/dk, düz dişli pompa ise 2,05 L/dk debi üretmiştir. Bu bulgular, eliptik dişli geometrisinin pompa performansını artırmada yaklaşık dört kat etkili olduğunu göstermektedir. Eliptik dişli pompanın kompakt ve yüksek verimli hidrolik sistemler için umut vadeden bir alternatif sunduğunu ortaya koymaktadır.

Abstract

In this study, the design, manufacturing, modal analysis and flow performance of hydraulic pumps with elliptical and spur gear profiles are compared experimentally. Firstly, both gear types are modeled in a computer-aided design (CAD) environment and their natural frequencies and mode shapes are analyzed using the finite element method (FEM). As a result of modal analyses performed on four different thermoplastic materials, ABS, PC, PETG and PLA, PLA material is preferred due to its high frequency resistance and production suitability. In line with the selected geometry and material, gear pairs were produced by additive manufacturing (3D printing) method and prototype pumps are assembled. Both pump systems are tested at rotational speeds ranging from 1000 to 3000 rpm to measure volumetric flow performance. Experimental results showed that, at all speeds, the elliptical gear pump delivered a higher and more stable flow rate compared to the spur gear pump. At the highest test speed of 3000 rpm, the elliptical gear pump achieved an average flow rate of 23.6 L/min, whereas the spur gear pump produced only 4.9 L/min. Similarly, at the lowest test speed of 1500 rpm, the elliptical gear pump generated 8.29 L/min, while the spur gear pump delivered 2.05 L/min. These findings indicate that the elliptical gear geometry can improve pump performance by approximately fourfold, offering a compact and highly efficient alternative for hydraulic systems.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Yazar, M., Yanıkören, M., Pazarkaya, İ. (2026). Bir Eliptik Dişli Hidrolik Pompanın Tasarımı, Modal Analizi, Katmanlı Üretimi ve Akış Performansı. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Cilt: 16 Sayı: 1, 270–282. https://doi.org/10.21597/jist.1743431

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (29)

  1. Byrley, P., George, B. J., Boyes, W. K., & Rogers, K. (2019). Particle emissions from fused deposition modeling 3D printers: Evaluation and meta-analysis. Science of The Total Environment, 655, 395–407. doi:10.1016/j.scitotenv.2018.11.070
  2. Casoli, P., Vacca, A., & Franzoni, G. (2005). A numerical model for the simulation of external gear pumps. In Proceedings of the JFPS International Symposium on Fluid Power (Vol. 2005, pp. 705–710). The Japan Fluid Power System Society.
  3. Castilla, R., Gamez-Montero, P. J., Del Campo, D., Raush, G., Garcia-Vilchez, M., & Codina, E. (2015). Three-dimensional numerical simulation of an external gear pump with decompression slot and meshing contact point. Journal of Fluids Engineering, 137(4), 041105.
  4. Chen, C.-K., & Yang, S.-C. (2000). Geometric modelling for cylindrical and helical gear pumps with circular arc teeth. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 214(4), 599–607.
  5. Choi, T. H., Kim, M. S., Lee, G. S., Jung, S. Y., Bae, J. H., & Kim, C. (2012). Design of Rotor for Internal Gear Pump Using Cycloid and Circular-Arc Curves. Journal of Mechanical Design, 134(011005). doi:10.1115/1.4004423
  6. De Agostinis, M., Olmi, G., & Arcidiacono, G. (2021). Mechanical characterization of parts fabricated by additive manufacturing. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 235(10), 1701–1702. doi:10.1177/0954406220948759
  7. Dooner, D., Yoon, H. D., & Seireg, A. (1998). Kinematic considerations for reducing the circulating power effects in gear-type continuously variable transmissions. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 212(6), 463–478. Egorova, O. V., Barbashov, N. N., & Kiselev, R. M. (2022). Evolution History of Non-circular Gears. In International Symposium on History of Machines and Mechanisms (pp. 372–381). Springer.
  8. Erdemi̇r, F., & Ozkan, M. T. (2019). Plastik parçalarda bir esneyerek kilitlenen bağlantı modelinin modal analizi. Politeknik Dergisi, 22(4), 927–933. https://doi.org/10.2339/politeknik.499235
  9. Grammatikopoulos, A., Banks, J., & Temarel, P. (2020). Prediction of the vibratory properties of ship models with realistic structural configurations produced using additive manufacturing. Marine Structures, 73, 102801. doi:10.1016/j.marstruc.2020.102801
  10. Hsueh, M.-H., Lai, C.-J., Wang, S.-H., Zeng, Y.-S., Hsieh, C.-H., Pan, C.-Y., & Huang, W.-C. (2021). Effect of Printing Parameters on the Thermal and Mechanical Properties of 3D-Printed PLA and PETG, Using Fused Deposition Modeling. Polymers, 13(11), 1758. doi:10.3390/polym13111758
  11. Huang, K. J., Chen, C. C., & Chang, Y. Y. (2009). Geometric displacement optimization of external helical gear pumps. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 223(9), 2191–2199.
  12. Jiping, Z., Ming, J., & Yimin, L. (2000). Low flow pulse property of helical gear pump. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 36(12), 18–20.
  13. Kaihong, Z., Yunpeng, L., Congyi, W., & Cheng, L. (2015). Non-circular Gear Modal Analysis Based on ABAQUS. In 2015 8th International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation (ICICTA) (pp. 576–579). Nanchang, China: IEEE. doi:10.1109/ICICTA.2015.147
  14. Kannan, S., Manapaya, A., & Selvaraj, R. (2023). Frequency and deflection responses of 3D ‐printed carbon fiber reinforced polylactic acid composites: Theoretical and experimental verification. Polymer Composites, 44(7), 4095–4108. doi:10.1002/pc.27382
  15. Kapelevich, A. (2000). Geometry and design of involute spur gears with asymmetric teeth. Mechanism and Machine Theory, 35(1), 117–130.
  16. Kurbet, R., Doddaswamy, V., Amruth, C. M., Kerur, M. H., & Ghanaraja, S. (2022). Frequency response analysis of spur gear pair using FEA. Materials Today: Proceedings, 52, 2327–2338. doi:10.1016/j.matpr.2021.12.517
  17. Litvin, F. L., & Fuentes, A. (2004). Gear geometry and applied theory. Cambridge university press.
  18. Litvin, F. L., Gonzalez-Perez, I., Fuentes, A., & Hayasaka, K. (2008). Design and investigation of gear drives with non-circular gears applied for speed variation and generation of functions. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 197(45–48), 3783–3802.
  19. Liu, D., Gu, D., & Liu, Z. (2019). Coupled vibration modeling and dynamic characteristics of noncircular face gear drive system with time-varying instantaneous center excitation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 233(14), 4947–4959. doi:10.1177/0954406219841085
  20. Maraş, S., & Bolat, Ç. (2025). Free Vibration Analysis of 3D-printed ABS, PET-G and PLA Curved Beam: Effects of Opening Angle, Curvature Radius, and Part Thickness. Afyon Kocatepe University Journal of Sciences and Engineering, 25(1), 206–214. doi:10.35414/akufemubid.1519102
  21. Mitome, L., & Ishida, K. (1972). Eccentric gearing. Proceedings of the Mechanisms Conference and International Symposium Gearing and Transmissions, 1, 57.
  22. Pedersen, N. L. (2010). Improving bending stress in spur gears using asymmetric gears and shape optimization. Mechanism and Machine Theory, 45(11), 1707–1720.
  23. Stano, G., & Percoco, G. (2021). Additive manufacturing aimed to soft robots fabrication: A review. Extreme Mechanics Letters, 42, 101079. doi:10.1016/j.eml.2020.101079
  24. Vacca, A., & Guidetti, M. (2011). Modelling and experimental validation of external spur gear machines for fluid power applications. Simulation Modelling Practice and Theory, 19(9), 2007–2031.
  25. Yavuz, G. A., Kıral, B. G., Katre, S., & Atilla, D. (2021). Effects of topology and material on mechanical properties of structures produced by the additive manufacturing method. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 23(69), 755–765.
  26. Yazar, M. (2021). Design, Manufacturing and Operational Analysis of Elliptical Gears. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 22(8), 1441–1451. doi:10.1007/s12541-021-00549-3
  27. Yazar, M., & Yanikören, M. (2022). Spur gear design, manufacturing and noise analysis according to rolling method using complex numbers. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 12(1), 78–89. doi:10.17714/gumusfenbil.854411
  28. Zhao, X., & Vacca, A. (2017). Formulation and optimization of involute spur gear in external gear pump. Mechanism and Machine Theory, 117, 114–132. doi:10.1016/j.mechmachtheory.2017.06.020
  29. Zhou, Y., Hao, S., & Hao, M. (2017). A two-dimensional numerical analysis of a circular-arc gear pump operating at high pressures and high speeds. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, 231(3), 432–443.