Çamaşır makinesi tambur grubunun dinamik yükler etkisindeki deformasyonlarının analizi ve optimizasyon ile iyileştirilmesi

Abstract

Teknolojinin gelişmesiyle birlikte beyaz eşya sektöründe kullanıcıların, ürüne özgü talep ettiği özellikler de değişebilmektedir. Çamaşır makinelerinde fiyat/performans kriterinin yanı sıra tasarım, ses seviyesi, titreşim, kapasite ve makinenin ebatları da göz önünde bulundurulmaya başlanmıştır. Firmalar kullanıcıların taleplerini olabildiğince hızlı karşılayıp aynı derinlikte yıkama kapasitesinin miktarını yükselterek, daha yüksek devir hızlarında sıkma yapabilen ve kullanıcı ara yüzü daha işlevsel ve daha fazla fonksiyonu olan çamaşır makineleri tasarlayarak pazar paylarını artırmayı, teknolojideki gelişmeler sayesinde ürünün tasarımını en uygun hale getirip kaliteli ürün üretmeyi hedeflemektedirler. Çamaşır makinesi satışlarında ise firmalar, pazar rekabetini koruyabilmek ve pazar payını artırabilmek için kullanıcıya en uygun fiyatlı ve en kaliteli çamaşır makinesini sunmak ana amaçlarından biri olmuştur. Bu doğrultuda maliyet ve kalite odaklı çalışmalar firmaların başlıca projeleri arasında yer almaya başlamıştır. Fakat hem tasarım maliyetlerinin aşağı çekilmesi hem de ürünün kalitesini artırabilmek için alternatif çözümler bulunması, yapılacak prototip çalışmalarını artırabilmekte ve testlerin tekrarlanma durumu firma açısından ek maliyetler getirebilmektedir. Günümüzde bilgisayar programlarında sayısal modellemeler teknolojinin sağladığı vazgeçilmez bir unsur haline gelmiştir. Çamaşır makinesi özelinde yapılan çalışmalar, sayısal modellemeler sonrasında tasarım değişikliği, çözümlerin iyileştirilmesine yön vermeye başlamış ve ideal çözüme ulaşma hızını artırmıştır. Hızın artması hem piyasa isterlerine hızlı cevap veren firmaların pazar payını olumlu yönde etkilemiş hem de işçilik maliyetlerini düşürmüştür. Yapılan bu çalışma da sayısal modellemenin bu avantajlarını kullanan, çamaşır makinelerindeki bir iyileştirme faaliyetidir. Gövde titreşim seviye değerlerinin aşağıya çekilmesi, çamaşır makinesinin dengesiz yük durumunda kazan grubunun gövdeye çarpması ve yürümesini, çalışması esnasında elemanların (komponentlerin) birbirlerine sürtmesi ve aşındırması gibi konular gelişime açık konulardır. Bu başlıklar arasından sürtme başlığına odaklanılmıştır. Bu tezin amacı, çamaşır makinelerinin kazan kapağı ile tambur ön sacı arasında, makinenin titreşimleri ve hareketli parçaların etkileşimli dinamik davranışları sonucunda meydana gelen sürtme ve kazan ön kapak parçasında oluşan bölgesel deformasyon problemlerine optimum bir çözüm bulabilmektir. Hareketli kazan grubu parçalarının titreşimleri, diğer gövde elemanları ile etkileşimi sonucu, çamaşır makinesi yıkanan çamaşırlara büyük zarar vermekte ve bu sorun makinedeki yıkama bölgesini sabit parçalardan ayıran körükte hasara sebep olarak ciddi mekanik arızalara yol açmaktadır. Bu nedenle, bu bölgedeki elemanların karşılıklı etkileşimi ve oluşan dinamik hareketlerdeki belirsizlikler dikkate alınarak bir analiz çalışması yapılmıştır. Tambur grubunda çok sayıda parçanın karşılıklı etkileşimi söz konusu olduğundan, problemin analizi için ilgili parçaların hepsinin modellenmesi ve karşılıklı etkileşimlerinin incelenmesi gerekmektedir. Bulunan çözüm ile ürün kalitesinin artırılması hedeflenmiştir. Yedi bölümden oluşan bu tez çalışması kapsamında teorik modelleme, sayısal simülasyonlar ve deneysel doğrulama çalışmaları yapılmıştır ve sırası ile bölümlerde yapılan çalışmalar detaylı bir şekilde anlatılmıştır. Giriş bölümünde problemin detaylı açıklaması sunulmuştur. Tezin amacı ve kapsamı anlatılarak, çamaşır makinesi tarihçesi görsellerle aktarılmıştır. Çamaşır makinesi komponent isimleri sıkça kullanılacağından dolayı komponent tanıtımı yapılmış, işlevleri anlatılmış ve terminoloji aktarılmaya çalışılmıştır. Çamaşır makinesinin çalışma prensibi anlatılarak literatür özeti yapılmıştır. Literatür taraması dört farklı başlık altında değerlendirilmiştir. İlk başlık çamaşır makinesinde değişken yükleri ve titreşim konularını içeren çalışmalar olmuştur. Burada dengesiz yükler, bu yüklerin konumlarının belirlenmesi, farklı dengeleme sistemleri, titreşim problemleri, bunların modal ve dinamik analizleri öne çıkan alt başlıklardır. Diğer başlıklar ise tasarım değişiklikleri ve enjeksiyon yöntemiyle üretilmiş plastik parçalarda problem görülmesi sonrasında yapılan iyileştirmeler de dahil olmak üzere, beyaz eşya sektöründe önde gelen firmaların çamaşır makineleri incelemeleri ve patent araştırmalarıdır. Tezin teori bölümünde sayısal modellemenin temelini oluşturan tek ve çok serbestlik dereceli doğrusal titreşim sistemlerinin titreşim teorisi, çamaşır makinelerinde tamburun içinde bulunan ve dengesizlik oluşturabilecek çamaşırlar için rotor dinamiği teorisi anlatılmıştır. Geçirgenlik konusu ve iyi bir yalıtım için gereklilik koşulları grafikler ile teorik olarak açıklanmıştır. Sehim hesabı örneği referans alınarak kazan kapağı parçasında alternatif çözüm önerilerini bulmak ve teorik olarak değerlendirmek amaçlanmıştır. Tasarım çalışmaları, modellemeler ve analiz sonuçları bölümü ile birlikte yürütülmüştür. Öncelikle mevcut tasarım ele alınarak, tambur grubu ve kazan grubu modal analizleri yapılmıştır. Mod frekansları ve mod şekilleri incelenmiş, 0-21 Hz arasında çamaşır makinesi çalışma frekansı olduğundan maksimum frekansın ikinci harmoniğinde kazan grubunun ilk mod frekansı olan 38.9 Hz'e yakın olduğu görülmüştür. Dinamik analizlerde kazan kapağı ile tambur arasındaki mesafeler kontrol edilmiştir. Tasarım değişikliklerinde kazan kapağı ile tambur ağzı arası mesafe değeri de refarans alınarak kazan grubu ilk mod frekanslarını artırılması hedeflenmiş ve alternatif hammadde çözümleri de değerlendirilmiştir. Her bir tasarım değişikliği için modal analiz ve dinamik analiz yapılarak, kazan kapağı ile tambur ağzı arası mesafe bulunmuştur. Mevcut durumda kazan kapağı ve tambur ağzı arasında mesafe negatif değerde bulunmuştur. Önerilen çözümlerden saat 3 ve 9 yönlerinde güçlendirme yapılmış ve cam elyaf katkılı PP hammaddesi kullanılan V05, kazan kapağına sac parça eklenen V06 ve V07 çözümleri mod frekansları ve tambur kazan arası mesafe değerleri açısından uygun bulunmuştur. Dengesiz yük koşulları simüle edilerek kazan ön ve arka bölgelerinde eksenlerdeki deplasman değerleri gösterilmiştir. Model doğrulama bölümünde, yapılan analizlerin doğrulanması hedeflenmiştir. Bu kapsamda yapılan testlerde çamaşır makinelerinin farklı yük koşullarında çalışması durumunda mevcut tasarım ile yapılan testler sonucunda körükte meydana gelen deformasyon gösterilmiştir. Yapılan dinamik analizlerde kazan kapağı ile tambur ön sacı arasında girişim görülmesi, körükte meydana gelen deformasyonu açıklamaktadır. Körükte saat 3 ve 9 yönlerinde meydana gelen deformasyonlar sonrasında kazan kapağında saat 3 ve 9 yönlenderinde tasarım iyileştirmesi V02 alternatif çözüm önerisi sunulmuştur. Bunun üzerine de cam elyaf katkılı hammadde kullanılması için V05 alternatif çözüm önerisi sunulmuştur. V02 ve V05 alternatif çözüm önerilerinin numuneleri alınarak testlere verilmiştir. V05 çözümü için körükte deformasyonlara rastlanmamıştır. Sonuçlar ve öneriler bölümünde, tambur körüğe sürtme problemi mevcut tasarımdaki kazan kapağının mod frekanslarından ve mod şekillerinden dolayı meydana geldiği belirtilmiştir. Kazan grubunun ilk mod frekansı, çamaşır makinesinin maksimum çalışma frekansının ikinci harmoniğine yakın değerdedir. Kazan grubunun mod şekline bakıldığında saat 3 ve 9 yönlerinde kazan kapağı tambura yaklaşmaktadır. Dinamik analizlerde girişim görülmüş olup testlerde de körükte aşınmalar görülmüştür. Tasarım ve hammadde değişiklikleri ile seri üretim koşulları iyileştirilmiştir. İleriki çalışmalarda yükleme ağzı geniş kazan kapağı tasarımları için kazan kapağında sac parça kullanımı önerisi, proseste ve tasarımlarda değişikler yapılarak değerlendirilebilir.