Kompozit diyafram yayların tasarımı ve analizi
Design and analysis of composite diaphragm springs
Yazar: MUSTAFA MERT DENİZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKÇE MEHMET GENÇER
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmadaki amaç, debriyajlarda kullanılan ve regresif yay karakteristiği gösteren çelik diyafram yayların yerini alabilecek kompozit malzemeden diyafram yay tasarlayıp, davranışlarını sonlu elemanlar yöntemiyle incelemektir. Böylelikle otomobil üreticilerinin enerji tasarrufu ve dolayısıyla daha düşük emisyon hedefleri için temel yaklaşım olarak ele aldığı ağırlık azaltılma gereksinimi sağlama planlanmıştır.
 
Tasarlanan kompozit diyafram yayın, kullanılan çelik yayın yerini alabilmesi planlandığından yay boyutlarının araç üzerindeki konstrüksiyonu bozmaması için seçilen çelik diyafram yayın boyutları ile aynı olmasına dikkat edilmiştir. Çelik diyafram yayın karakteristiğinin sağlanması esas amaç olup bunu sağlayabilmek için kalınlık parametrik olarak alınmış, farklı dizilim gruplarına ayrılmış katmanlar, farklı kalınlıklar elde edilecek şekilde yerleştirilmiştir. Çalışmalarda, çelik yaylar modellenerek kuvvet altındaki davranışları analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, referans alınan çelik yayların deneysel olarak elde edilmiş yay karakteristiği sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır ve kurulan modelin doğruluğu kontrol edilmiştir. Ardından tasarlanan kompozit yayların aynı şartlar altındaki davranışları sonlu elemanlar analizleri ile belirlenmiştir. Farklı kompozit malzemelerden uygun karakteristikli, istenilen baskı kuvvetini üretebilecek ve debriyaj mekanizması içine sığacak modeller belirlenerek gerilme ve yorulma analizleri, farklı malzemeler ve dizilimler kullanılarak yapılmıştır. Aynı zamanda elde edilen tasarımların ağırlıkları çelik eşlenikleri ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
The aim of this study is to design and improve diaphragm springs, which shows degressive spring characteristic and are used in automobile clutches, with composite materials and study their behaviour using finite elements analysis. With this conversion, weight reduction is achieved, which essential for lower carbon emissions in the automotive industry. 
 
In order for the composite diaphragm spring to readily replace the steel spring present within the clutch assembly, it is considered that the main dimensions of the spring has to be changed minimally. Main comparison parameter between the contemporary spring and the one that is discussed within this study is the spring charateristic, which will be approximated by the thickness of the designed spring and the orientation/stack up of the plies that compose it. During the studies, steel springs were modelled and their behaviour under forces were analysed. The results were compared to the spring characteristics which were obtained experimentally, thus measuring the accuracy of the modelling. Then, the behaviour of the designs made by using composite materials under the same conditions were obtained using finite elements analyses. Designs with compatible spring characteristics and dimensions that can fit within the rest of the assembly have also underwent additional considerations such as their strain and life. Weights of the resultant designs were also compared to the contemporary models in hand.