Lineer keçelerde u-ring dudak geometrilerinin sürtünme kuvvetine olan etkisinin numerik analiz ile incelenmesi
Numerical investigation of effect of the linear u-ring lip seal geometry on friction force
Yazar: BERKEM KOŞMA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. VEDAT TEMİZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Sızdırmazlık elemanları endüstride çok fazla kullanılan ve gerekli makine elemanlarıdır. Kullanılan sızdırmazlık elemanları sayesinde istenen sızdırmazlık sağlanmaktadır. Yıllar geçtikçe makine tasarımının gelişim göstermesi, sızdırmazlık elemanları prensiplerini de çeşitlendirdi. Sistemde bulunan hareketin çeşidine göre sızdırmazlık elemanları farklılık gösterdi. Lineer harekete sahip sistemlerde kullanılmak üzere de lineer sızdırmazlık elemanları geliştirildi.
Bütün sızdırmazlık elemanları gibi lineer sızdırmazlık elemanları da pek çok parametre tarafından etkilenir. İlk akla gelenler temas olması sebebiyle yüzey pürüzlülüğü ve basınç; kullanılan yağlar sebebiyle de sıcaklık ve viskozitedir. Bu parametrelerden farklı olarak ise sızdırmazlık elemanı geometrisi de sızdırmazlık performansını etkileyen bir diğer faktördür.
Lineer sızdırmazlık elemanlarının gelişen tasarımları neticesinde dudak geometrileri büyük bir yere sahip oldu. İlk başlarda tasarlanan O-Ring'ler, daha sonrasında performans açısından yetersiz bulundu. Sonraki süreçte ise U-Ring, V-Ring ve T-Ring'ler üretildi ve böylece lineer sızdırmazlık elemanlarında dudak geometrileri vazgeçilmez bir noktaya ulaştı. Ancak zaman geçtikçe birbirinden farklı dudak geometrileri ortaya çıkmaya başladı. Yapılan bu çalışmada ise lineer sızdırmazlık elemanlarından en çok kullanılan U-Ring'lerin dudak geometrileri incelendi. Çalışmanın amacı ise farklı dudak geometrilerinin sızdırmazlık performansına etkilerini gözlemlemekti. Düşünülen farklı geometrilerde ilk belirlenen özellik, sızdırmazlık elemanı dudaklarının simetrik ve asimetrik farklılığı oldu. Bu sebeple 2 farklı simetrik ve 2 farklı asimetrik U-Ring tasarımları gerçekleştirildi. Sayısal modellemeler sayesinde analiz edilen bu tasarımlar daha sonrasında imal edildi ve deneysel çalışmada kullanıldı. Bu sayede soyut ortamda analiz edilen tasarımlar, somut olarak doğrulanmış oldu.

Abstract:
The sealing elements are the most used and necessary machine elements in the industry. Because of them the desired sealing is ensured. Over the years, the development of machine design has also diversified the working principles of sealing elements. Sealing elements differed according to the type of movement in the system. Linear seals have also been developed for use in linear motion systems.
Like all seals, linear seals are also affected by many parameters. The first thing that comes to mind is that due to the surface roughness and pressure; temperature and viscosity due to the oils used. Unlike these parameters, the sealing element geometry is another factor affecting the sealing performance.
Lip geometries have a big place as a result of the developing designs of linear seals. Initially designed O-rings were found to be insufficient in terms of performance. As the name of lip seals can be seen, the cross-sectional areas contain lip form. The reason for this is that more effective pressure is applied to the surfaces where the sealing is desired. Lip forms undergo more deformations due to increased pressure. This results in more compression and better sealing. It is also quite natural that the surfaces are in contact with more pressure and the frictional force increases due to linear motion. In fact, the friction force will increase to a certain pressure and will not be affected. This is due to the fact that the sealing elements with U cross-sectional area achieve maximum deformation. Another reason is the friction force and the formation of the oil film as the pressure increases. In the following process, U-Ring, V-Ring and T-rings were produced and thus the lip geometries in the linear sealing elements became an indispensable point. However, as time went on, different lip geometries began to emerge. In this study, the lip geometries of U-rings, which are the most commonly used of linear sealing elements, were investigated. The aim of the study was to observe the effects of different lip geometries on sealing performance. The first characteristic determined in the different geometries was the symmetrical and asymmetric difference of the sealing lips. For this reason, 2 different symmetrical and 2 different asymmetric U-Ring designs were realized. These designs, which were analyzed by numerical modeling, were then produced and used in experimental study. In this way, the designs analyzed in the abstract environment have been substantiated.