LEE- Konstrüksiyon-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Altınkaynak, Atakan" ile LEE- Konstrüksiyon-Yüksek Lisans'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeAdaptive balancing system for low speed rotating systems(Institute of Science and Technology, 2020-07) Karakaya, Gürkan ; Altınkaynak, Atakan ; 633599 ; Mechanical Design ProgrammeExtra weights, which is not placed on the rotation axis of shafts, create various of problems. In the meantime, unbalanced weights cause additional unwanted moments on systems. Those moments make difficulties on electrical motor against rotating shaft properly. Furthermore, additional moments cause excessive power consumption. On the other hand, shaft position control is getting harder with extra moment on the system. Moreover, when the required moment is increased, the electrical motor can not be utilized directly on the system. Additional power trains, such as gear, belt systems have to be added to the system to create enough moment by electrical motor. These added power trains come up with a bulky system. Furthermore, as the power transmission path is getting longer and longer, the precise of the system is getting lower and lower. Hence, the center of mass of the shaft is tried to be set on the rotation axis of the shaft with the help of counter weights. Traditionally adding counter weights is the common way to balance the shaft. If the shaft and counter balance weights are considered as a system, the system gets bulky with added extra counter weights. On the other hand, when the shaft consists of more than one pieces, the added counter weights ruin the shaft dynamics and constructions. When the shaft is firstly rotated in clockwise direction, then secondly rotated in counter clockwise direction, the system cannot respond in required sensitivity with counter weights because of the wobble problem. When the rotation axis and the principal inertia axis are different, the wobble problem occurs. Therefore, in this thesis work, the system is tried to be balanced with springs and a linear actuator. The system is tried to be minimized with ejected counter balance weights. On the other hand, when the shaft dynamics are changed by changing mass on the shaft or by changing the position of mass, the required balance moment is also changed. Therefore, if the system is tried to be balanced with counter weights, the counter weights quantity and position have to be changed accordingly. However, if the system is balanced with springs, the acting force on the shaft by the spring can be altered much more easily. The connection point of the spring can be changed to control the spring force. Nonetheless, system working speed have to be considered for proper working of the balanced system when the springs are utilized. Otherwise, the spring could be affected by the resonance and the spring could even increase the unbalance moment on the system. The springs are used to balance system in the literature. However, these springs are generally utilized for balancing extending structures, such as robot arms, telescopes and table lamps. In these systems, generally, there is a limited working range. Therefore, spring balanced systems are utilized for the specific working range. This work tries to balance the system for 360 degrees with the help of a spring.
-
ÖgeFinite element modeling of an origami inspired delta mechanism(Graduate School, 2023-08-21) Arjomandi Fard, Ata ; Altınkaynak, Atakan ; Kalafat Acer, Merve ; 503191204 ; Mechanical DesignIncorporating origami principles into engineering practices has proven valuable for the construction, assembly, and functionality of structures in aerospace, robotics, and related domains. With the increasing complexity of origami structures in terms of geometry and material considerations, the development of computational models and design methodologies has become essential to enhance their engineering applicability. One particularly popular parallel mechanism employed in robotic applications is the Delta mechanism. This research makes significant contributions to the field of origami-inspired engineering and delta mechanism design. One key objective is to showcase the wide-ranging applicability of the origami-inspired delta mechanism across various industries, such as robotics, manufacturing, and aerospace. This mechanism's remarkable attributes, such as exceptional precision, adaptability, and energy efficiency, make it highly suitable for tasks involving precise positioning, swift movement, and compact designs. Additionally, the study highlights the efficacy of finite element modeling for analyzing origami-inspired structures. Through numerical simulations, valuable insights into complex folding patterns and their engineering applications are obtained, allowing for a detailed examination of deformation and overall performance. The integration of FEM modeling and experimental validation enables a thorough understanding of mechanical behavior and performance of origami-inspired delta mechanisms. Furthermore, the findings contribute to enhancing the design of the mechanism, bolstering its precision, adaptability, and efficiency. Incorporating origami-inspired design methodologies and 2D monolithic layered production techniques, this study employs the Delta mechanism, a commonly utilized component in small-scale robotics systems. The objective is to develop a streamlined assembly process that preserves the planar structure while minimizing intermediate steps such as folding and bonding, which lie outside the core procedures of the selected techniques. Leveraging the 2D fabrication approach, the mechanism's assembly can be simplified to a single cycle of cutting, bonding, and repetition. For this project, the chosen fabrication method is called "Smart Composite Microstructures" (SCM). This method involves cutting sheets with different properties and arranging them in a specific pattern, forming a five-layered structure consisting of rigid, adhesive, flexible, adhesive, and rigid layers. The rigid layer employs 400-gram American Bristol paper, while the flexible layer utilizes PET plastic. Additionally, the inclusion of one or two layers of 3D printed TPU material further enhances the design. The mechanisms patterns are generated using innovative origami-inspired design approaches. The research demonstrates the successful modeling of the trajectory behavior of a novel Delta mechanism, constructed using layer-by-layer origami, by incorporating the dimensions of the actual fabricated mechanism. Tensile testing experiments provided crucial material properties for the four distinct materials utilized in the mechanism. Leveraging finite element method (FEM) simulations, an in-depth analysis of deformations and overall performance was conducted under diverse loading conditions. The numerical results yielded valuable insights into the mechanism's behavior. Validation of the FEM simulations was performed through displacement measurements on a physical prototype of the origami-inspired Delta mechanism, comparing numerical and experimental results. The FEM analysis demonstrated remarkable precision in positioning and movement, underscoring its potential for high-precision applications. The experimental validation provided robust evidence of the strong agreement between the experimental and numerical results, thereby affirming the accuracy of the numerical simulations and enriching our understanding of the mechanism's real-world behavior and performance. By comparing finite element simulations, we determined that the mechanism closely followed the trajectory with a maximum error of 0.05 in normalized root-mean-square (RMS) values, in comparison to the kinematic model. Employing FEM simulations, we analyzed the impact of fabrication and instrumentation errors on the trajectory and meticulously evaluated the contribution of each factor to the overall error. Incorporating uniaxial test data into the hyperelastic material model, the novel numerical results are compared to previous existing models. The novel model displays significantly reduced RMS errors and highlights critical joint regions in folding zones. To mitigate strain, eight inventive joints are formulated. Comparative study reveals strain reduction in all novel mechanisms. This guides mechanism selection for specific goals like joint strain reduction. About half of the novel mechanisms are deemed optimal designs based on RMS errors in the standard trajectory. Exploring novel mechanisms under diverse loads identifies optimal of models. Numerical results, involving strain deviations, and trajectory RMS errors for an 8 mm radius and 50 mm elevation, mirror standard trends closely. At Z=50 mm, Org_〖30〗^◦and Org_〖45〗^◦are promising. For 10 mm radius and 40 mm elevation, Nov1_〖30〗^◦is the evident choice, maintaining coherent deviation and error patterns. Strain reduction in each joint facilitates optimal sensor placement within folding joints. This approach effectively diminishes sensor failure rates and mitigates sensor cracking issues. Leveraging this validated numerical representation, future simulations of origami-inspired mechanisms can be conducted with confidence, facilitating the design of innovative mechanisms.
-
ÖgeHidrolik giyotin makas için dinamik zorlanma durumunun sonlu elemanlar yöntemi ile analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-10) Atılgan, Mustafa Kağan ; Altınkaynak, Atakan ; 503191214 ; KonstrüksiyonYapılan tez çalışmasında Pres Besleme Sistemlerinde önemli bir yeri olan Hidrolik Tahrikli Giyotin Makas için literatür araştırması yapıldı. Sistemde dinamik olarak çalışan ve kritik öneme sahip üst, orta, alt bloklar, piston mafsalı, kolonlar için sonlu elemanlar metodu kullanılarak yorulma ve ömür analizleri yapıldı. Yapılan analizler için standart ve CAD verileri mevcut bir giyotin makas modeli kullanıldı. "COİLTECH" firmasına ait GYS2B 1300 olarak adlandırılan giyotin için makine ismi kesilebilen maksimum sac genişliğine göre verilmiştir. Giyotin makas genel olarak pres besleme sistemlerinin vazgeçilmez bir parçasıdır. Tezde giyotin makasın sistem içerindeki konumu ve çalışması hakkında da bilgilendirmeler yer almaktadır. Giyotin makas içerisinde bulunan makine elemanları ve işlevleri ayrıntılı bir şekilde açıklandı. Giyotin sisteminin çalışma prensibi üzerinde duruldu. Sistemde bulunan hidrolik tahrik ünitesine bağlı olarak hidrolik kuvvet hesaplamaları yapıldı. Sistemde bulunan kesme bıçaklarına, montaj açısına ve kesilen malzemeye bağlı olarak oluşan kesme kuvvetleri hesaplandı. Bıçaklar üzerine gelen bıçak kuvvetlerine ve bunlara bağlı olarak sistemin geri kalan elemanlarının tepkileri incelendi. Sonsuz ömürle çalışması beklenen makinede bağlantı cıvatalarının dayanımları yorulmaya bağlı olarak sayısal hesplamalar ile incelendi. Giyotin makaslar sistem içerisinde milyonlarca çevrim ile çalışması beklenen sonsuz ömür prensibine göre tasarlanan makinelerdir. Bu sebeple hareketli makine elemanları için çevrimsel kuvvetler karşısında verilen tepkiler ANSYS sonlu elemanlar analizleri ile incelendi ve sonsuz ömür için gerekli yüklemeler belirlendi. Yükleme değerlerine ve sonuçlara bağlı olarak analizi yapılan makine elemanları üzerinde bir topoloji çalışması yapıldı. Yapılan çalışma sonucunda elde edilen avantajlar ve dezavantajlar değerlendirildi. Sonlu elemanlar yaklaşımı yapılırken kritik ve en çok zorlanmaya maruz kalan makine elemanları göz önünde bulunduruldu. Bu elemanlar Alt, üst, hareketli gövde ve piston mafsalları ve kolonlar olarak belirlendi. ANSYS sonlu elemanlar yöntemi ile elde edilen değerler ve sonuçlar doğrultusunda gövdeler için ağırlıkları ve maliyetleri azaltmak adına iyileştirme çalışması yapıldı. Oluşturulan yeni tasarım gövdeler için aynı şekilde sonlu elemanlar analizleri ve yüklemeler altında uygunluk değerlendirmeleri yapıldı. Analiz ve hesaplamaların dışında giyotin makaslarla ilgili olarak literatür araştırması kapsamında sektördeki yerine ve önemine de değinildi.
-
ÖgeMekanik el fren sistemi sonlu elemanlar analiz modelinin deformasyon testleri ile doğrulanması ve tasarım iyileştirme çalışması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-23) Baydur, Emre ; Altınkaynak, Atakan ; 503171230 ; Konstrüksiyonİnsanlık tarihindeki gelişim basamakları göz önünde bulundurulduğunda şüpesiz ki tekerleğin icadı büyük bir adımdır. Özellikle binek hayvanların evcilleştirmesi ile başlayan mobilite, tekerleğin icadı ile daha da artmış, böylece insanlık yaşam alanını farklı bölgelere taşıyarak bilginin taşınması ve yığılması sürecini hızlandırmıştır. Bu ilerleme süreci öyle bir noktaya gelmiştir ki insanlar haraketin kaynağı olan enerjinin sağlanmasını binek hayvanlardan buharlı makinalara, sonrasında ise fosil yakıt kaynaklı ve daha güçlü içten yanmalı motorların kullanılmasına evirmişlerdir. Enerjinin bu denli kullanılır seviyelere çıkması ile birlikte, kontrolü de tam anlamıyla sağlamak amacıyla, haraketin istenilen zamanda durdurulması ihtiyacı ve bu yönde gelişitirme süreçleri serüveni başlamıştır. Bu gereklilik ile birlikte durdurma bir diğer adıyla frenleme mekanizmalarının tarihi de başlamaktadır. İlgili tez çalışmasında frenleme sistemlerinden el fren/park fren mekanizması üzerine çalışılmıştır. Araç pasif güvenlik elemanı kategorisine girmekte olan mekanik el fren mekanizmaları araç park halinde iken, haraket etmesini engellemek amacı ile kullanılmaktadır. Özellikle eğimli arazide taşıtın sabit bir pozisyonda kalmasını belirli standartlar çerçevesinde sağlamak, ilgili park fren mekanizmasının temel görevidir. Bunun yanısıra aktif güvenlik elemanı olarak görev alan ve araç haraket halindeyken hızını düşürmek amacıyla kullanılan ayak fren sisteminde yaşanacak bir arıza anında, risk azaltıcı destek fren sistemi olarak kullanılması da beklenmektedir. Tez çalışmasında odaklanılan kısım mekanik el fren mekanizmasının yanal yük uygulanması durumundaki yer değiştirme miktarının azaltılmasıdır. Bu çalışmanın hedef iyileştirme değeri, 400 N'a kadar çıkan yanal yük altındaki deformasyonun %10 mertebesinde iyileşirilmesidir. Mevcut tasarımın yer değiştirmesinin ölçüldüğü pozitif ve negatif yönlü yanal basma testleri gerçekleştirilerek, sistemin yer değiştirme miktarı, çalışma boşluğu ve parça deformasyonları olarak 2 temel girdi biçiminde raporlanmıştır. Çalışma süresince odaklanılacak temek konu, parçalardaki gerinimler kaynaklı olan yer değiştirmeler olup, çalışma boşluklarının iyiyleştirilmesi ilgili tezin kapsamı dışındadır. Birden fazla numune ile yapılan testlerde ortalama değerler çıkartılarak, uygulanan yük/yer değiştirme grafikleri oluşturulmuştur. Sonrasındaki adımda mekanik el fren mekanizmasının, 3 boyutlu modeli Siemens NX 12 programı ile oluşturularak, test cihazındaki sınır şartlarının uygulanması ile Ansys Workbench modeli kurulmuş ve sonlu elemanlar yöntemi ile yapısal analizler koşturulmuştur. Test sonuçları ile bilgisayar ortamındaki analiz sonuçlarının birbirini maksimum % 5 hata oranında doğrulaması sağlandıktan sonra ilgili test ve parça grubunun dijital ikizinin oluşturulma süreci tmaamlanmıştır. Bir sonraki aşamada, dijital ikizi oluşturulan mekanik el fren sistemi şekil optimizasyonu ve imalat/maliyet/uygulanabilirlik odaklı mühendislik yaklaşımları ile birlikte yanal basma mukavemeti açısından geliştirilmeye tabi tutulmuştur. Yeni geometri dijital ortamda %5'den daha az hata oranı ile çalışmakta olan sonlu elemanlar analiz modeli ile tekrardan yükleme altına alınmış ve elde edilen yer değiştirme sonuçlarında %10 mertebelerinde iyileşme olduğu görülmüştür. İlgili geometrinin imalatı ve tekrardan teste alınması süreçleri bu tez kapsamında olmayıp, çalışma mevcut hedefine ulaşmış bir şekilde tamamlanmıştır. Bunun yanı sıra, tez çalışmasında iyileştirme kapsamında olmayan dikey basma testleri de dijital ortama yine benzer hata oranları ile taşınmış olup, ilgili tasarım önerisi sonucunda bu yöndeki deformasyon miktarında ciddi bir değişim görülmemiştir.