Eklem boşluklu mekanizmalar için gürbüz tasarım yaklaşımları
Robust design approaches for mechanisms with joint clearance
Yazar: SELÇUK ERKAYA
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM UZMAY
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dinamik analiz = Dynamic analysis ; Gürbüz tasarım = Robust design ; Gürültü = Noise ; Kinematik analiz = Kinematic analysis ; Titreşim = Vibration

Özet:
Bu çalışmada, mekanizma uzuvlarının bağ noktalarındaki boşlukların, mekanizmanın kinematiğine ve dinamiğine etkileri araştırılmıştır. Eklem boşluğu; kütlesiz, sanal bir uzuv olarak modellenmiştir. Bu sanal uzvun sisteme getirdiği ilave serbestlikler, Lagrange denklemi ile tanımlanmıştır. Model olarak düzlemsel krank-biyel ve dört-çubuk mekanizmaları kullanılmış, teorik ve deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deneysel sistemde kullanılan mekanizmaların iki ekleminde yapay boşluklar oluşturulmuştur. Mekanizmaların farklı çalışma hızında sergiledikleri titreşim ve gürültü karakteristikleri, mekanizma üzerinde farklı noktalardan elde edilmiştir. Boşluklu eklem bölgesindeki mil ve yatak arasında sürekli temas kabulü yapılarak, eklem boşluğunun mekanizmanın kinematik iyilik derecesinin göstergesi olan iletim açısı üzerine etkileri belirlenmiştir. Ayrıca, mekanizmaların dinamik karakterini tanımlayan sarsma kuvveti ve momentinin, eklem boşluğundan nasıl etkilendiği araştırılmıştır. Böylece; eklem boşluğundan kaynaklanan olumsuzlukların bir nevi durum tespiti yapılmıştır. Bu olumsuzlukların azaltılması için, literatürdeki çalışmalara ilaveten; mekanizmaların kinematik ve dinamik iyilik derecesinin göstergesi olan değerlere dayalı hedef fonksiyonları belirlenmiş, uygun tasarım parametreleri ve kısıtlayıcılar tanımlanmıştır. Böylece mevcut durum, optimizasyon problemine dönüştürülmüş ve Genetik Algoritma tekniği ile bu problemin çözümü gerçekleştirilmiştir. Sonuçta; eklem boşluğunun mekanizmaların kinematiğini ve dinamiğini önemli oranda etkilediği, ve uygun tasarım parametreleri ve kısıtlayıcılar ile mekanizmaların kinematik ve dinamik değerlerindeki olumsuzlukların belirli oranda azaltılabileceği görülmüştür.

Abstract:
In this study, effects of joint clearances on kinematics and dynamics of mechanism are investigated. Joint clearance is modelled as a virtual massless link, and the Lagrange's equation is used to define the additional motion freedoms arising from that clearance. Considering planar slider-crank and four-bar mechanisms as model mechanisms, theoretical and experimental investigations are implemented. Artificial clearances at two joints of model mechanisms are constituted for the experimental test rig. For the case of different running speeds, vibration and noise characteristics are obtained from different points on mechanisms. Assuming continuous contact mode at the joint with clearance, the effects of joint clearances on mechanism transmission angle, which plays a crucial role on kinematic efficiency, are defined. It is also explained how the joint clearances affect the shaking force and its moment at the model mechanism. In addition to the similar studies in literature, objective functions based on the kinematic and dynamic qualities of mechanisms are defined to decrease the undesired effects of joint clearance. By using suitable design parameters and related constraints, a Genetic Algorithm is implemented to solve the optimization problem. The results show that the joint clearance influences the kinematics and dynamics of mechanism. The undesired deviations on kinematic and dynamic characteristics of the model mechanisms can also be decreased at considerable values by using the design parameters and constraints.