Mekanizma tasarımında kinematik sentez ile bütünleşik yazılım geliştirilmesi
Integrated software development with kinematic synthesis in mechanism design
Yazar: ÖMER OĞUZ TEMEL
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN MUTLU
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Makine tasarımı alanında en önemli adımlardan birini, bir makine ve alette çoğu zaman birden fazla sayıda bulunan mekanizmaların tasarımı oluşturmaktadır. Bu çalışma kapsamında imalat, otomotiv, mekanik ölçüm cihazları vb. çok geniş bir alanda uygulama alanına sahip çeşitli mekanizma tiplerinin tasarımı için matematiksel yöntemler açıklanmış ve bu yöntemler modül adı verilen birer bilgisayar programı haline getirilerek sonuçların kullanıcıya metin tabanlı, animasyon ve çeşitli CAD programlarında açılabilen dosya tiplerinde verilmesi sağlanmıştır.
Kam mekanizması modülü kapsamında, kamın 1 turda 4 hareket değişimiyle kısıtlandığı ve sikloid hareket eğrisi kullanılarak iç ve/veya dıştan temaslı kam tasarımı yapan program geliştirilmiştir. Modül; mekanizma hareketini, yer değiştirme ve basınç açısı grafiklerini animasyon şeklinde sunmakla birlikte kam profili ise xlsx, dxf ve step dosya türlerinde kaydedilebilmektedir.
Fonksiyon sentezi modülü kapsamında geliştirilen program ile dört çubuk mekanizmasının 5 parametreli kapalı çözümü, Kesin Nokta, Altbölge ve Galerkin yöntemleri ile hesaplanmış, mevcut tüm çözümlere ulaşılmıştır. Elde edilen sonuçlar elenerek metin tabanlı dosya ve animasyon şeklinde kullanıcıya sunulmuştur.
Dört çubuk mekanizmasının bir tipi olan kol sarkaç mekanizması modülü kapsamında geliştirilen program ile kol-sarkaç mekanizması tasarımında etkili parametrelerin 8 farklı durumda kullanılması ile tasarım gerçekleştirilmiş, sonuçlar elenerek animasyon, metin tabanlı ve CAD programlarında açılabilir dosya olarak kullanıcıya sunulmuştur.
Dört çubuk mekanizmasının yörünge sentezi modülü kapsamında geliştirilen program ile 9 noktada istenen yörüngeyi sağlayan mekanizma tasarımının öncelikle 5 parametreli kapalı çözümünün tüm çözümleri elde edilmiştir. Ardından mekanizmanın dokuz boyutsal parametresine bağlı biyel eğrisinin cebirsel ifadesine ulaşılmıştır. Birinci aşamada elde edilen sonuçların başlangıç değeri olarak kullanılması ile dokuz parametreli optimizasyon yapılarak istenen yörünge ile gerçek yörünge arasındaki hatanın azaltılması sağlanmıştır.
Özgün bir döngüsel kompresör yapısının geometrik modellenmesi modülü kapsamında ise üç rotora sahip bir kompresör yapısının geometrik tasarımı için gerekli parametrik eğri ailesi ve zarf eğrilerinin elde edilmesi için bir matematiksel model geliştirilmiş ve kompresör tasarımında sonraki hesaplamalı akışkanlar dinamiği, verim, performans vb. çalışmalarında yapılacak geometrik iyileştirmeler için kullanılacaktır.
Açıklanan çözüm yöntemleri ve geliştirilen bilgisayar programlarının etkinliği çeşitli sayısal uygulamalar yapılarak örneklenmiştir.

Abstract:
One of the most important steps in the field of machine design is the design of mechanisms, which are often found in multiple numbers in a machine or tool. Within the scope of this study, mathematical methods for the design of various types of mechanisms, which have applications in a wide range of fields such as manufacturing, automotive, mechanical measurement devices, etc., have been explained. These methods have been transformed into computer programs called modules, allowing results to be presented to the user in text-based formats, animations, and file types that can be opened in various CAD programs.
In the cam mechanism module, a program has been developed to design a cam with internal and/or external contact using a cycloid motion curve in which the cam is constrained by four motion changes per revolution. The module presents the mechanism's motion, displacement, and pressure angle graphs as animations, and saves the cam profile in xlsx, dxf, and step file formats.
The program developed within the function synthesis module provides the 5-parameter closed solution of the four-bar mechanism, calculated using the precision point, subdomain, and Galerkin methods, reaching all existing solutions. The obtained results were sifted and presented to the user in the form of text-based files and animations.
Within the module for a type of four-bar mechanism known as the crank-rocker mechanism, a program was developed that designs the crank-rocker mechanism using the effective parameters in 8 different cases. The results are filtered and presented to the user as animations, text-based files, and files that can be opened in CAD programs.
With the program developed within the path synthesis module of the four-bar mechanism, initially, all solutions of the 5-parameter closed solution of the mechanism design that provides the desired path  at nine points were obtained. Then, the algebraic expression of the coupler curve dependent on the nine dimensional parameters of the mechanism was derived. By using the results obtained in the first stage as initial values, a nine-parameter optimization was performed to reduce the error between the desired trajectory and the actual trajectory.
In the module for the geometric modeling of a novel rotary type compressor structure, a mathematical model has been developed to obtain the parametric curve family and envelope curves required for the geometric design of a compressor structure with three rotors and will be used for geometric improvements to be made in future computational fluid dynamics, efficiency, performance, etc. studies in compressor design.
The effectiveness of the solution methods described and the computer programs developed are demonstrated through various numerical applications.