Binek, hafif ve orta sınıf ticari araç yedek tekerlek vinç mekanizmalarında elektrikli tahrik için tasarım optimizasyonu ve prototip imalatı
Design optimization and prototyping of electrical drive spare wheel winch mechanism for passenger, light and medium commercial vehicles
Yazar: KERİM BERKE ERCAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET UÇAR
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Ticari araçlar = Commercial vehicles ; Vinç = Crane ; Yedek parçalar = Spare parts

Özet:
Bu çalışmada binek, hafif ve orta sınıf ticari araçlarda işlevselliğini yitiren aktif lastiklerin değiştirilmesinde kullanılan, aynı zamanda güvenlik gereklerine uygun şekilde kaza anında yedek tekerleği kendine ayrılan alanda tutma işlevini yerine getiren yedek tekerlek vinç mekanizmasının tahrikinde elektrik motoru kullanılırken, mekanizmanın karşılaşacağı ortam şartları ile güvenlik gerekleri dikkate alınarak araçların bagaj ve yükleme faydalı alanlarının işgal edilmemesi açısından mekanizmanın yerleşimi ve boyutları için tasarım optimizasyonu yapılmıştır. 
Çalışmada öncelikle her ikisi de olumlu sonuç veren teknik yapılabilirlik analizi ve gerçekleşme ve risk değerlendirmesi yapılmıştır.
Son müşteri kullanım kolaylığı, optimum yerleşim ve sınır boyutların belirlenebilmesi amaçlı araştırmada, ondört farklı mekanizma ve iki farklı araç üreticisinin beş farklı araç gövdesi üç boyutlu model ve fiziksel olarak incelenmiştir.   
Teknik beklenti ve gereklere dayanılarak yapılan planet dişli takımı tercihi sonrası üç farklı çevrim oranlı mekanizma hesaplamaları yapılmış, tasarımda Solidworks programı kullanılmıştır. Tasarımla eşzamanlı Ansys programı kullanılmış, sonlu elemanlar analizi yöntemi ile üçüncü tasarımın optimizasyonu ve malzeme seçimleri birlikte yürütülürken, elektrik motoru özellikleri ise yapılan hesaplamalarla belirlenmiştir. 
Fiziksel tasarım doğrulama çalışması hızlı prototip mekanizma ve elektrik motoru birleşimi ürün prototipi ile teknik beklenti ve gerekleri yansıtan testlere göre yapılmıştır. 
Bu çalışmada tasarım optimizasyonu ile alternatiflerine oranla sistem verimi yaklaşık %20 iyileştirilmiş, elektrik tahrikli, esnek yapıda, optimum boyut ve ağırlıkta, hırsızlığa dayanıklı ve son kullanıcı dostu bir yedek tekerlek vinç mekanizması tasarımı ve prototip ürün elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Stepne Vinç Mekanizması, Yedek Lastik, Yedek Lastik Vinç Mekanizması, Yedek Tekerlek, Yedek Tekerlek Vinç Mekanizması.

Abstract:
In this study, a design optimization was investigated for a spare wheel winch mechanism of passenger, light and medium commercial vehicles which is used to replace a damaged active wheel and to keep the spare wheel in its place in case of a crash according to safety requirements. This study considers environmental conditions, safety requirements and electrical drive for mechanism including optimized lay-out and packaging to prevent the occupation of vehicle's available payload area.
Initially two positively resulted assessments as Technical Feasibility Analysis and Project Realization and Risk Evaluation were conducted.
The benchmarks, both physical and 3D models, were performed by fourteen different spare wheel winch mechanisms and five different vehicle bodies of two vehicle manufacturers to define optimized lay-out and available limit margin dimensions also considering an end-user friendly application.
Following the selection of planetary gear box among others based on technical requirements and expectations, the calculations of three different ratios were conducted simultaneously with their designs by Solidworks and design optimization by finite element analysis via Ansys including raw material selection. The technical specifications of electric motor were defined accordingly.
The physical design validation was performed by the prototype product consisting of choisen electric motor and 3D quick prototype mechanism regarding representative tests for technical requirements and expectations. 
In this study, the design, and its prototype product for an end-user friendly, flexible, antitheft protected, electrical drive spare wheel winch mechanism at optimum weight and size was achieved with approximatively 20% improved system efficiency compared to alternatives.

Keywords: Stepney Winch Mechanism, Spare Tire, Spare Tire Winch Mechanism, Spare Wheel, Spare Wheel Winch Mechanism.