Mekanik el fren sistemi sonlu elemanlar analiz modelinin deformasyon testleri ile doğrulanması ve tasarım iyileştirme çalışması

Abstract

İnsanlık 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.