İşleme burulma yayının katılığına ait parametrelerin sayısal ve deneysel yöntemlerle belirlenmesi
Determination of the stiffness parameters of machined torsional springs by numerical and experimental methods
Yazar: OĞUZ DEMİRTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. BARIŞ SABUNCUOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Helisel yaylar, makina tasarımlarında sıklıkla kullanılan mekanik parçalardır. Geleneksel olarak tel malzemenin sarımıyla elde edilirler. Son dönemlerde, geleneksel tipte üretilen yaylara alternatif olarak helisel işleme yaylar geliştirilmiştir. Helisel işleme yaylar, geleneksel tipteki yaylara göre daha yüksek performans, daha yüksek direngenlik verirler. Saf moment davranışı bakımından performansları yüksektir. Kullanılacakları yere uygun bağlantı arayüzü ile bir bütün halinde olmaları nedeniyle karmaşık tasarımları basitleştirme özelliklerine sahiplerdir. Havacılık ve Uzay Sanayi, Savunma Sanayi ve Medikal Sektör gibi özel uygulamaların yapıldığı kritik alanlarda sıklıkla kullanılırlar. İşleme yayların son dönemlerde ortaya çıkması nedeniyle, literatürdeki bilgi birikiminin nadir olduğu görülmüştür. Bu noktadan yola çıkarak, helisel işleme yaylarının açısal deplasman altındaki moment yüklerini belirleyebilmek ve yay tasarım parametrelerinin yaydaki moment ve gerilmeleri üzerindeki etkisini incelemek için bir çalışma yapılmıştır.
Bu yüksek lisans tezi, deneysel ve sayısal çalışmalar olmak üzere iki ana bölümden oluşmaktadır. Deneysel çalışmalar bölümünde yapılan test düzeneği ile işleme yay test numunelerinin açısal deplasman altındaki burulma momentleri belirlenmiştir. Sayısal çalışmalar kısmında, deneysel çalışmalarda kullanılan test numuneleri için sonlu eleman yöntemiyle analiz modelleri oluşturulmuştur. Analiz modellerinden elde edilen sonuçlar, deneysel sonuçlarla doğrulanmıştır. Analiz modellerinden elde edilen burulma yay sabiti değerinin deneysel sonuçlardan elde edilen burulma yay sabitlerine, ortalama %2.125 hata miktarıyla yaklaştığı görülmüştür. Daha sonra, işleme yay ebatlarını belirleyen boyutsal parametrelerin burulma momenti üzerindeki etki şiddetleri korelasyon tekniği ile araştırılmıştır. Bu bölüm sonucunda; işleme yay boyutlarını belirleyen radyal et kalınlığı (𝑡), eksenel et kalınlığı (𝑏), helis boyu (𝐿), ortalama çap (𝑑𝑚), slot çapı (𝑑𝑟), kanal boşluğu (𝑝) gibi parametrelerin burulma yay sabiti değeri üzerindeki etki şiddetleri 𝑡 >𝑏>𝐿> 𝑑𝑚 > 𝑑𝑟 >𝑝 olarak elde edilmiştir. Bundan sonraki kısımda ise, 720 farklı işleme yay için parametrik analiz çalışması yapılmıştır. Parametrik analiz çalışmalarından elde edilen sonuçlar kullanılarak, burulma yay sabiti tahmini yapan yapay sinir ağı geliştirilmiştir.

Abstract:
Helical Springs are mechanical parts which are frequently used for designing of machines. Conventionally, they are obtained by turning of wire materials Lately, helical machined springs are improved as an alternative to conventional springs. Helical machined springs have higher efficiency and higher inexorability compared to conventional type springs. In terms of pure moment behaviour, the performance of helical springs are high. They have property of simplifying complicated designs as they are a whole with convenient connecting interface. They are used frequently in critical areas; such as Aviation and Aerospace Industry, Defence Industry and Medical Sector; where specific applications are made. Because machined springs appeared latterly, it is seen that knowledge in the literature is poor. Based on from this point, a study has been conducted to determine moment loads of helical machined springs under angular displacement. In order to determine torsional spring constant of helical machined springs, which are used in specific mechanisms for aviation sector, in a rapid and correct way artificial neural network is improved.
This master thesis consists of two main parts namely; experimental and numerical studies. In the experimental studies part; with test setup, torsional moments of machined spring test specimen under angular displacement are determined. In the numerical studies part; finite element methods are generated for the test specimens which are used in experimental studies. Result obtained from analysis model are verified with experimental results. Torsional spring constant value obtained from analysis model is converged to torsional spring constant value obtained from experimental results with average 2.125% error. Later, effect intensities on torsional moment of machined spring dimensions which are determined by dimensional parameters are investigated with correlation technique. At the end of this section, effect intensity on torsional spring constant value of parameters such as radial thickness (𝑡), axial thickness (𝑏), helix lenght (𝐿), mean diameter (𝑑𝑚), slot diameter (𝑑𝑟), gap (𝑝); which determine machined spring dimensions; are obtained as 𝑡 >𝑏>𝐿> 𝑑𝑚 > 𝑑𝑟 >𝑝. In the next section, for 720 different machined springs parametric analysis studies are performed. With using the results obtained from parametric analysis studies, artificial neural network that estimates torsional spring constant is improved.