Sabit hızlı küresel kavramanın tasarımının geliştirilmesi, çalışma kuvvetlerinin analizi ve oluşan dengesiz kuvvetleri azaltacak şekilde düzeltilmesi

Abstract

Kavramalar, güç aktarımını sağlama, hizalama hatalarını telafi etme ve sistemin birden fazla parçaya ayrılmasına izin vererek bakım kolaylığı sağlama gibi rolleri nedeniyle döner ekipmanların vazgeçilmez elemanlarından biridir. Sabit hız kavramaları, güç aktarımı sırasında, süspansiyon ve direksiyon hareketi nedeniyle vites kutusu ve tekerlekler arasında sürekli bir açı değişiminin olduğu otomobil ve kamyonlarda oldukça yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. İlk olarak, Tezin Amacı bölümünde, sabit hızlı küresel kavramanın, Hikmet KOCABAŞ'ın 2007 yılında yayınlanan makalesindeki tasarımı tanıtılmış; geometrik kısıtlamaları açıklanmış ve geliştirilen yönleri anlatılmıştır. Sonrasında, Literatür Araştırması kısmında, sabit hız kavramalarının tarihi ve gelişim süreçleri özetlenmiş; Profesör Kenneth Henderson Hunt'ın katkılarından bahsedilmiş; ardından son zamanlarda yapılan çalışmalardan örnekler verilmiştir. Son olarak, tezin ilerleyen bölümlerinde kullanılan, rotasyon kinematiği ve hareket kinematiği konuları kullanım alanları ile birlikte özetlenmiştir. İkinci bölümde, sistemin geometrik özellikleri tanımlanmış; bağımsızlık derecesi, Grubler'in düzlemsel mekanizmalar için olan bağımsızlık derecesi kriteri kullanılarak, tayin edilmiş; sabit hız özellikleri homokinetik düzlem teorisi kullanılarak kanıtlanmıştır. Üçüncü bölümde, sistemdeki tüm linklerin yer değiştirme vektörleri, rotasyon matrisleri ve homojen transformasyon matrisleri tanımlanmıştır. Sonrasında, sistemdeki tüm kolların konumlarının, miler arasındaki açının 90°, 60°, 45° ve 30° olduğu durumlarda, giriş milinin açısal konumuna göre tayin edilebilmesi için gerekli olan trigonometrik ifadeler türetilmiştir. İlgili hesaplar MATLAB yazılımı ile yapılmıştır; sonrasında kullanıcıdan, miller arasındaki açı ve girşi milinin açısal konumu bilgilerini alıp linkler arasındaki açıları veren bir program yazılmıştır. Hız ve İvme Kinematiği kısmında, sistemdeki linklerin açısal hız ve ivmeleri, nümerik türev ve gerçek türev metotları ile elde edilmiş; bilgisayar destekli mühendislik yazılımı SolidWorks'ün hareket analizi eklentisi ile elde edilen değerler ile karşılaştırılmıştır. Nümerik ve gerçek türev metotlarının kullanıldığı analizler MATLAB yazılımı ile gerçekleştirilmiştir; sonrasında ise, kullanıcıdan giriş milinin açısal hızı ve miller arasındaki açı değeri parametrelerini alıp açısal hız ve ivme değerlerini veren bir program yazılmıştır. Dördüncü bölümde, kolların kütleleri, kütle merkezleri ve kütle atalet momentlerinin elde edilebilmesi için gerekli bağıntılar oluşturulmuş; sonuçlar tablolar halinde sergilenmiştir. Sonrasında, linklerin giriş mili ve kendi eksenlerinde dönmelerinden kaynaklanan dinamik kuvvetler, miller arasındaki açının 90°, 60°, 45° ve 30° olduğu durumlar için, Newton'un ikinci hareket yasası ve D'alembert prensibi doğrultusunda tayin edilmiştir. Linklerin yataklarına etkiyen net kuvvetler hesaplanmış ve bilgisayar destekli mühendislik yazılımı SolidWorks'ün hareket analizi eklentisinden elde edilen değerler ile karşılaştırılmıştır. MATLAB yazılımında, kullanıcıdan gerekli bilgileri alıp, linklerin fiziksel özelliklerini ve yataklarına etkiyen dinamik kuvvetleri çıktı olarak veren programlar yazılmıştır. Ara kolların yatak kuvvetleri, linklerin kalınlıkları değiştirilerek eşitlenmiş; sistemdeki dengesiz kuvvetler minimuma indirilmiştir. Böylece, sistemdeki titreşimler azaltılmış ve kavramanın kullanım ömrü uzamıştır. Son olarak, hesaplanan radyal ve eksenel yatak yüklerine göre, uygun rulman seçimi gerçekleştirilmiştir. Son tahlilde, sabit hızlı küresel kavramanın, miller arasındaki açının 90° olduğu durum dahil olmak üzere, gerçek bir sabit hız kavraması olarak davrandığı homokinetik düzlem teorisi ile kanıtlanmış; linklerin hızları ve ivmeleri analiz edilmiş; yataklara etkiyen kuvvetler hesaplanmış; uygun rulmanlar seçilmiştir. Mekanizma, kompakt bir yapıya sahip olma avantajına sahiptir ve standart radyal rulmanlarla, mil eksenleri arasında açısal kaçıklık olan her yerde kullanılabilir.