Paketleme makinesi için yeni bir kam meknizmasının katı cisim dinamik analizi
Rigid body dynamic analysis of a new cam mechanism for a packaging machine
Yazar: EMRE ÇOBANBAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERKAN ZEREN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Kam, hareketi bir uzuvdan diğerine iletmek için kullanılan kinematik bir çifttir. Genellikle bir kam, başka bir sert gövde ile temas halinde olan eğri bir yüzeye sahip olan rijit bir gövdedir. Takipçi adı verilen ikinci gövde genellikle basit bir şekildir. Kam mekanizmaları, tasarımdaki sadelikleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Yaygın olarak kullanılan bu sistemler, yüksek hızlar, kapasite geliştirme ve dayanıklılık koşulları için uygundur. Kam mekanizmaları, paketleme makinelerinde yüksek üretim limitleri, hızlar ve düzensiz hareketler altındaki kararsızlığı en aza indirmek için sıklıkla kullanılır. Bu nedenle kam mekanizmaları paketleme makinesi endüstrisinde araştırma ve geliştirme projelerinde öne çıkan konulardandır. Bir dakikada üretilen ürün sayısı, performans kriteri olarak bu makineler için hedef koşuldur. Paketleme makinelerinde uygun çalışma koşulları ve hareket serbestliği nedeniyle kam mekanizmaları tercih edilmektedir.
Bu çalışmada, yeni bir paketleme makinesi için yeni bir kam mekanizması tasarlanmıştır. Bu amaçla yeni kam tasarımının 70 parça/dakika üretim hızıyla titreşimsiz olarak çalışması hedeflenmiştir. Çünkü titreşim hem hızı hem de ürün limitlerini etkileyen bir olgudur. Çalışmanın ilk adımı, hareket girişinde kullanılan altı adet kam mekanizmasını tasarlamak ve ticari bir programda katı cisim hareketini analiz etmektir. Bu analizler şunları içerir: Belirli koşullar altında her takipçinin hızı ve ivmesi ile takipçileri üzerindeki temas kuvvetleri, katı-katı temas modeli kullanılarak bulunmuştur.
Mevcut 40 parça/dakika kam mekanizmasının referansında yapılan çalışmalarda geliştirilmiş sonuçlar ile tasarlanan yeni mekanizmanın hesaplanan hız, ivme ve yer değiştirme değerleri yardımıyla sistemin optimum çalışma koşulunu 70 dev/dakika olduğu görülmüştür. Ayrıca 70 parça/dakika üretim limiti de bu gelişmiş devir seviyesinin bir sonucudur.
Diğer bir analiz ise ana şaft üzerindeki kuvvetlerin bulunmasıdır. Bu kuvvetler gelecekteki çalışmalar için kullanılacaktır. Bu kuvvetler, paketleme makinesinin geçici durum analizleri için kullanılacak olan Sonlu Elemanlar Modelinin (SEM) giriş ana verileri olacaktır. 
Son olarak elde edilen 70 parça/dakika verisini sağlayan mekanizma referans alınan mekanizmanın titreşimsiz ve daha rijit halini ortaya koymuştur. Bu kanıya yapılan analizler ve denemeler ile varılmıştır. Yapılan dinamik analizler Adams programı ile gerçekleştirilmiştir. Tasarım kısmında bulunan analizler inventör programları ile yapılmıştır.

Abstract:
Cam is a kinematic pair that is used to transmit motion from one link to another. Usually, a cam is a rigid body that possesses a curved surface that is in contact with another rigid body. The second body called a follower is generally a simple shape. Cam mechanisms are used widely for their simplicity in design. These widely used systems are eligible for high speeds, capacity enhancement, and robust durability conditions.  Research and development phases of Cam mechanisms are hot topics in the packaging machine industry to minimize the instability under the high production limits, speeds and irregular motions in packaging machines. The number of products produced in a minute is a target condition for these machines as the performance criteria. Cam mechanisms are preferred in packaging machines because of the feasible work conditions and motion freedom. 
In this study, a new CAM mechanism is designed for a new packaging machine. For this purpose, the new design is strengthened through a production speed of 70 pieces/minute without vibration. Because vibration is a fact that affects both speed and the product limits. First step of the study is designing six-input CAMs and analyzing the rigid body motion in a commercial program. These analyses include: each followers' velocity and acceleration under the given conditions and solid to solid contacts are used to focus on the contact of the followers.   
With the computed velocity, acceleration and displacement values the optimum working conditions of the system are finalized as 70 rpm. Also, the production limit 70 pieces/minute is a result of this enhanced rpm level. 
The mechanism providing the last 70 pieces/minute data revealed the vibration-free and more rigid state of the reference mechanism. This conclusion has been reached through analyzes and trials. The dynamic analyzes were carried out with the Adams program. The analyzes in the design part were made with inventor programs.