Bir güç aktarım şaftını kombine yüklemeler altında test edebilecek modüler test düzeneği tasarımı
Design of modular test rig to test a power transmission shaft under combined loads
Yazar: MEHMET OĞUZ
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET FATİH AYCAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, bir güç aktarım şaftının tekil ve kombine yüklemeler altında yapısal testlerini yapabilecek bir test düzeneğinin tasarım, analiz ve doğrulama çalışmalarını ortaya koymaktır. Güç aktarım organları, çalışma koşullarına uygun olarak yüksek performans ve dayanıklılık sağlamak için karmaşık ve pahalı bir tasarım sürecine tabidirler. Bu organlardan biri olan şaftın tasarımı ve üretimi kadar testleri de hayati önem taşımaktadır. Havacılık, otomotiv, denizcilik gibi sektörlerde güç aktarım sistemlerinin bir parçası olan şaftlar, ticari veya sertifikasyon amaçlı olarak yapısal testlere maruz bırakılırlar. Bu testler tek eksenli veya çok eksenli statik ve yorulma testleridir. Bu testleri gerçekleştirmek için uygun bir test düzeneği kurulması gerekmektedir. Bu çalışmada, test numunesini tekil ve kombine yüklemeler altında test edilebilirliğine imkân sağlayabilecek bir test düzeneğinin tasarımı, analizi ve imalatı yapılmıştır. Ayrıca, bir taklit şaft test numunesi bu test düzeneğine yerleştirilerek numunenin hem tek yönlü hem de çok eksenli kombine yüklemeler altında test edilebilirliği araştırılmıştır. Bu araştırma, taklit şaft test numunesine gerinim pulları ve gerinim köprüleri yerleştirerek yapılmıştır. Taklit şaft test numunesinin 3 boyutlu tasarım modeli bilgisayar ortamında oluşturulacak ticari bir sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak FEM modellemesi yapılmış ve FEM modeline uygulanan girdi yükleri modelden alınan sonuç çıktısı gerinim değerleri ile gerçek ortamda test düzeneğinde hidrolik ekipman ve yük hücreleri vasıtasıyla uygulanan aynı girdi yükleri sonucu sensörlerden okunan gerinim değerleri karşılaştırılmıştır. Test sonuçları ile sonlu elemanlar analizleri sonuçları kıyaslandığında 4,1% ile 20,3% oranları arasında değişkenlik gösteren farklar gözlemlenmiştir. Test düzeneği arayüz detaylarının montajında oluşabilecek tolerans yığılmaları ve pozisyon kaçıklıkları, ekipman ve sensörlerin hata oranları, gürültü ve sıcaklık gibi çevresel faktörlerin de oluşturabileceği sapmaların alınan sonuçlar üzerindeki hata oranlarına etkisi düşünüldüğünde tasarlanan bu test düzeneğinin performansı maksimum 20,3% hata oranıyla doğrulanmıştır. Bu çalışma ile şaft ve benzeri yük aktarma yapısal parçalarının çeşitli yükleme koşulları altında nasıl davrandığını test edecek bir düzenek tasarımı çalışmasıyla bu alanda çalışanlara bir rehberlik sağlaması ve literatüre katkı vermesi hedeflenmiştir.

Abstract:
The purpose of this thesis is to present the design, analysis, and validation studies of a test setup that can perform structural tests on a power transmission shaft under singular and combined loadings. Power transmission components are subject to a complex and expensive design process to provide high performance and durability according to the working conditions. The tests of the shaft, which is one of these components, are also vital as well as its design and production. Shafts, which are part of the power transmission systems in industries such as aviation, automotive, maritime, are exposed to various structural tests for commercial or certification purposes. These tests are single or multi axis static and fatigue tests. A suitable test setup is required to perform these tests. In this study, the design, analysis and manufacturing of a test setup that can enable the test specimen to be tested under single and combined loads were performed. In addition, a mock shaft test specimen was placed in this test setup and its testability under both unidirectional and multi-axial combined loads was investigated. This research was done by placing strain gauges and strain bridges on the mock shaft test specimen. The 3D design model of the mock shaft test specimen was created in the computer environment and FEM modeling was done using a commercial finite element software. The input loads applied to the FEM model and the output strain values obtained from the model were compared with the strain values read from the sensors as a result of the same input loads applied by hydraulic equipment and load cells in the real environment test setup. When comparing the test results with the finite element analysis results, differences varying between 4.1% and 20.3% were observed. Considering the effects of potential tolerance accumulations and positional deviations during the assembly of the test setup interface details, error rates of equipment and sensors, and deviations that environmental factors such as noise and temperature could cause, the performance of this designed test setup has been verified with a maximum error rate of 20.3%. The aim of this study is to provide guidance to researchers working in this field and to make contribute to the literature by designing a test bench that will test how shafts and similar load transfer structural parts behave under different load conditions.