Kurutma makinesi kapı kilidi tasarımı
Design of a dryer door lock
Yazar: EMRE AYAROĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. VEDAT TEMİZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kurutma makinelerinde kullanılan kapı kilitlerinin açma kapama kuvvetleri, kullanıcı ergonomisi, çalışma koşulları ve uluslararası standartlar çerçevesinde tayin edilen değerlerdir. Uluslararası standartlar ve kullanıcı konforunu etkileyen faktörler, kapı açma kuvvetini belli bir seviyenin altında tutarken, çevrim esnasında kapağın kendiliğinden açılmaması için kapı açma kuvveti üst değerlerde tutulmalıdır. Bütün bu kriterler dikkate alındığında, kapı açma kapama kuvvetinden sorumlu olan kapı kilitleri, dar bir kuvvet toleransı aralığının içinde tutulmak zorundadır.
Bu çalışmada, mevcut kapı kilitlerinde gözlemlenen kuvvet saçınıklığı ve zamana bağlı kuvvet düşüşünün sebepleri araştırılarak, bunları en düşük seviyeye indirecek tasarımı yapmak amaçlanmıştır. 
Öncelikle kilit kuvvetlerinde oluşan kuvvet düşüşünün sebepleri araştırılmıştır. Bu amaçla, zamana bağlı kuvvet düşüşüne uğrayan kilitlerin üç boyutlu tarama geometrisi, yeni gruplanmış parçalardan oluşan kilitler karşılaştırılmıştır. Buna paralel olarak, kilit yayları özel bir düzenekte, sevkiyat mesafesinde bekletilerek üzerlerinde oluşan kuvvet düşüşü zamana bağlı olarak belirlenmiştir. Yapılan değerlendirme sonucunda kilit kuvveti üzerinde oluşan zamana bağlı kuvvet düşüşünün temel sebebinin yaydaki gevşeme, ikincil sebebinin ise plastik parçalardaki sürünme olduğu tespit edilmiştir. 
Yaylarda montaj esnasında oluşan deformasyon miktarının, yay kuvveti saçınıklığını arttırabileceği belirlenmiştir. Durum değerlendirilerek, kilit kuvveti sabit kalacak şekilde, yay gevşemesini azaltmak için yay kuvvetini azaltacak parça tasarımı ve montaj esnasında kalıcı deformasyona uğramayacak yay tasarımı yapmak amaçlanmıştır.
Kilit mekanizmasına ait parametrelerin ve toleranslarının, yay kuvveti ve diğer tasarım öğelerini nasıl etkilediğini görmek amacıyla mekanizmanın matematik modeli oluşturulmuştur. Yapılan analizlerle her bir parametrenin yay kuvveti diğer kriterleri nasıl etkilediği grafik halinde ortaya konmuş ve parametre değişimlerinin faydaları analiz edilmiştir.
Analizlerden çıkan sonuçlar ışığında iki konsept üzerinde çalışılmış ve bu konseptlerin prototipleri üretilmiştir. Bu prototipler üzerinde zamana bağlı yay ve kilit kuvveti düşüşü miktarı, ve bunun yanında yayların plastik deformasyona uğrayıp uğramadığı araştırılmıştır. Mekanizma üzerindeki r parametresinin arttırılması ile oluşturulan konsept diğerine göre daha başarılı bulunmuştur. Mekanizma üzerindeki mevcut gövde geometrisi korunarak tasarlanan bu mekanizmada, kilit yayı montaj esnasında deformasyona uğramamaktadır. Zamana bağlı yay ve kilit kuvveti düşüşü konusunda yapılan analizde de belirgin bir şekilde fayda sağladığı görülmüştür. İlgili parçanın kalıplanabilir detay tasarımı tamamlanarak çalışma sonlandırılmıştır.

Abstract:
In dryer machines, door opening force values are determined by user ergonomy, working conditions and international standards. To improve customer comfort and accomplish standards, door opening force value needs to be kept lower. On the other side, for keeping the dryer door closed during cycle time the force value needs to be higher. Considering all these criteria, door lock opening force value which is correlated with door opening force, needs to be kept in a narrow tolerance interval.
In this study, the reasons of the variation and time depending decreasing on existing door lock forces are investigated and executing the optimum design that improves the existing condition is intended. 
There is two types of variation for dryer machine loor lock forces. First one is controllable tolerances inspected before grouping, such as spring force tolerances and plastic part?s dimention tolerances. Secondly, there are some other grouping and post-grouping conditions sourced variations such as plastic deformation occurance on springs during grouping action and time depending lock force reduction during the period after grouping action. This variation sources needed to be meticulously investigated. On the other side, gaps in the lock base and measurement setup variations causes measurement flaws and variations. In this study, not only the variation sources evaluated broadly but also focused on the solution of time depending force reduction and plastic deformation on springs.
The results of potential reasons of lock force reduction is investigated. Firstly, the failed and the recently grouped lock geometries are compared under three dimentional optical scanner to determine the time depending deformation of plastic parts. In parallel, the lock springs are set to shipping length on a special apparatus to evaluate time depending relaxation an them. As a result of these analysis, it is seen that spring relaxation has a major effect, and plastic parts deformation has a minor effect on time depending force reduction of door lock forces. Plastic deformation can affect both working spring length and moment distance for rotating hook housing.
In the literature survay about spring relaxation, it is said that springs are not easily relax under room conditions unless there is high stress on them. The reasons of relaxation are summarized as a result of three factors; temperature, mechanical stress and time. Since temperature and time factors are unchangeable, the stress value on the lock spring can be played by changing the lock design.
As a factor that has an effect on initial variations of the lock force, the plastic deformation the lock spring is recognised during assembly operation. This deformation pulls the spring forces down depending on the pulling lenght which is a result ot the trajectory of the assembly apparatus. This lenght is very sensitive to the operation parameters. It is intended to eliminate the plastic deformation on springs during grouping operation.
The mathematic model of the mechanism is set to determine which parameters of the mechanism and their tolerances affect lock and spring forces. While the lock force is kept constant, each parameter change has an effect on spring force, hook stroke and spring constant. As a result of processing the mathematic model in the computer based calculating program, the output of effects graphs is obtained. Results are evaluated by some criteria: It is known that spring force is related with spring stress and reducing stress also reduces spring relaxation. So the spring force is needed to be pulled down to reduce relaxation. The lock hook is not tended to be changed so the hook strokes is needed to be constant. Lastly, spring constant is needed to be kept low, since the variations on plastic part dimentions and the dimentional changes as a result of the creep on the plastic parts affect spring lenght and forces.
Two different main concepts are handled in this study. First concept is about reducing spring deformation as a result of different assembly procedure and a special spring design. In this design, the special spring having an extra loop on the spring wire is pulled from the spring hook, after pulling up to a convenient lenght a metal pin is driven through the loop of spring to the holes on the lock base. So the unnecessary plastic deformation on the spring is eliminated but the spring force is still same. For the verification of the design, a prototype lock is made by modifying the existing lock base and by manufacturing the special spring. The lock springs are set to shipping length on the special apparatus and the time depending force reduction is tracked. At the same time the time depending lock force reduction is also tracked. As a result of analysis, there is not any significant progress on spring relaxation, but the lock force reduction is slightly got better.
Second concept is about increasing moment lenght of the spring by changing the hook housing desing. The r parameter on the mechanism is defined as the distance between rotating axis and spring hook girder on the hook axis. While increasing this parameter, the moment lenght of the spring is getting longer. After grouping the prototypes of this concept, the time depending spring and lock force tests are made. A significant progress is made on both spring and lock force reduction. The tests of the spring deformation are also made about this concept and it is understood that this new spring has no plastic deformation during grouping action. Finally, the moldable detail desing is made for the hook housing by keeping the lock base unchanged.
The new design has three main benefits: By reducing spring forces the spring relaxation is also reduced, the creep on the plastic parts are reduced, the plastic deformation on the spring is eliminated so the variations caused by spring force change are removed.