Modelling and determination of loosening mechanism of bolted joints in washing machine
Çamaşır makinasında bulunan cıvata bağlantılarının modellenerek çözülme mekanizmasının belirlenmesi
- Tez No: 634776
- Danışmanlar: PROF. DR. ATA MUGAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Cıvatalı bağlantılar konstrüksiyon mühendisliğinde oldukça yaygın olarak kullanılan makine elemanlarıdır. Geniş endüstriyel alanlarda, yaygın kullanılması doğrultusunda, cıvatalı bağlantıların birden çok hata mekanizması gözlenmiştir. Bu mekanizmalardan en önemlisi bağlantının ön gerilme düşüşüne bağlı olarak tork kaybıdır. Cıvatalı bağlantılarda tork düşüşünü engellemek için, kilitli rondela, plastik veya metal insert, çift somun, yapıştırıcı özelliği bulunan adhezivler vb. gibi çözümler uygulanmaktadır. Bu tip önlemler, beyaz eşya sektörü gibi seri üretim hattına sahip işletmeler için değerlendirildiğinde, maliyetli olmakla birlikte verimsizlik yaratmaktadır. Beyaz eşya üreticileri gibi yüksek hacimli üretimin bulunduğu durumlarda montajlanan her vidanın yeterliliğinin mevcut metotlarla ölçümü zaman kaybına yol açmaktadır. Ana amaç, bağlantıları kontrol etmek kapsamında çamaşır makinesindeki cıvatalı bağlantılar için teorik ve deneysel, statik ve dinamik bir model geliştirilerek montajlı parçaları sökmeden gevşemenin başlangıcı tespitini yapabilmektir. Cıvatalı bağlantıların modellenmesi için çeşitli araştırmalar ve çalışmalar yapılmıştır. Başlangıçta, statik modelleme birincil inşaat tasarımları için oldukça basittir. Bu model sadece ilk uzamaları ve güvenlik prosedürlerini kapsar. Statik modelde, cıvatalı bağlantılar doğrusal yay elemanları olarak kabul edilir, ancak bu yöntem gerçek koşulların gereksinimlerini karşılamaz. Bununla birlikte, dinamik yüklemeler gibi değişken çevresel koşullarından etkilenen birçok farklı cıvatalı bağlantı vardır. Cıvatalı bağlantıların hem statik hem de dinamik davranışı incelenmiştir. Dişli bölgelerin hem statik hem de dinamik olarak modellenmesi çok önemlidir. Çalışmaların çoğu, gerçekte ne kadar ön yükün kenetleme dişlerinin kendisine aktarıldığını içeren teorik bir model sağlamamaktadır. Bazı çalışmalarda cıvatalı bağlantılar yay ve sönümleme elemanı ile modellenmiştir. Sönümleme elemanı, dişlerin teması nedeniyle enerji yayılımını temsil etmek için buradadır. Dahası, bu modeller tatmin edici değildir, çünkü hala doğrusal olmayan etkileri ihmal etmektedir. Cıvata – somun dişleri arasındaki sürtünmenin non lineer modellenmesi karmaşık olmakla birlikte, bağlantıların gevşeme mekanizmasını tanımlanması için üstünde durulması gereken bir husustur. Cıvata modellenmesiyle ilgili öncü çalışmalarda belirli parametreleri elde etmek için farklı deneysel verilerle ampirik ifadeler önerilerek yaklaşımlar sunulmuş, bu çalışmalar tez içerisinde incelenmiştir. Bu çalışmalardan bazıları sadece statik olup genel sürtünme yaklaşımıyla yorumlanmıştır. Bir diğer modelleme yöntemi ise bağlantıyı kütle, katı yay, viskoz sönüm ve statik sürtünme ile modellenmiştir. Bu çalışmada üzerinde durulan metot ise Basitleştirilmiş Iwan Modeli ve Pim Etkisi modeli olup cıvataların çalışmasına bağlı olarak enerji üzerinden kayar yaylı elemanlarla modellenmesini içermektedir. Bu modellemede en önemli parametre kayar yaylı elemanların yoğunluk fonksiyonudur ve bu fonksiyon basitleştirilmemiş durumlarda her yükleme ve her tasarım için farklı şekilde oluşmaktadır. Basitleştirilmiş modelde bu yüklemelerin oluşturduğu histerik modeller bir önceki adımda oluşan histerik modelin genişletişmiş versiyonu, bir çarpanı, olarak kabul edilmiştir. Yapılan bu basitleştirmeyle hesaplama yükü oldukça azalmıştır. Günümüzde cıvatalı bağlantıların irdelenmesinde modal test yöntemi, güvenilir ve sistematik yöntemlerden biridir. Tez içerisinde incelenen çalışmalarda modal test deney yöntemli çoklukla vatkalı (bindirmeli) cıvatalı bağlantılarda uygulanmıştır. Modal test, göbek tipli (bosslu) cıvatalı bağlantılarda ilk olarak bu tez kapsamında deney yapılmıştır. Genel test bileşenleri üzerinde test yapılması yaygın olsa da ana amaç, çamaşır makinesi dişli bağlantılarının ve cıvatalı bağlantıların gevşemesini test etmek için bir dizi prosedür oluşturmaktır. Çamaşır gibi seri üretimde birleştirilmiş yapıların belirleme parametreleri ve kalitesi, ürünlerin son kullanıcısı ve servis kolaylığı için son derece önemlidir. Seri üretimlerde, parçalar çoklu cıvatalı bağlantı veya vidalarla monte edilir. Çamaşır makinesi gibi karmaşık yapılarda kusurlu bağlantının tespitini içeren herhangi bir araştırma bugüne dek yapılmamıştır. Bu çalışmada çamaşır makinelerinde bulunan bağlantıların genel olarak modellenebilmesi ve kendi kendine çözülme kusuru görülmeden tespit edilmesini sağlayacak yöntem geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu yöntemin geliştirilmesi safhasında cıvataların bağlı bulunduğu parçalara ve birbirilerine göre ilişkileri irdelenmiştir. Farklı sıkma torklarıyla ve deneyle incelenen parametreler, kuvvet iletim karakteristiği, mod frekansları ve ani faz değişimleridir. Zamana bağlı titreşimli uyarılma için ise sıka torkuyla oluşan ön gerilmenin değişimi gözlenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda çamaşır makinalarının denge ağırlığı vidalarında cıvata davranışlarının değiştiği limit torklar ortaya konmuş olup ani faz değişimleriyle desteklenmiştir. Ani faz değişiklikleri cıvatanın mikro ve makro kayma davranışlarının modellenmesinde önemli bir parametre olup farklı tork değerleriyle bu davranışların yorumu ortaya konmuştur. Ön gerilme değeri düşümlerinin gözlendiği deneylerde uyarım frekansları ve tekrarlarının düşüş karakteristiğine non lineer olarak etkilediği deneyler ile saptanmıştır. Ayrıca ön gerilmede bağlantının polimer malzeme içermesinden dolayı viskoelastik davranışın etkisi gözlenmiştir. Deney sonuçlarının teoride verilen sonuçlarla karşılaştırması sonucunda bağlantı tasarımı ve malzemeleri nedenli farklılıklar ortaya konmuştur. Teoride verilen karakteristik eğrilerine karşılık deney sonucunda non lineer etkilerin ön planda olduğu eğriler elde edilmiştir. Bu eğrilerin karşılaştırılması sonucunda hem mikro kayma ve makro kayma hem de viskoelastik etkilerden dolayı farklılıkların kaynaklandığı tespit edilmiştir. Deney sonuçları ışığında çamaşır makinesi seri üretim hatlarında vida tork sistemlerinde bir kontrol algoritmasına temel olabilecek limit değerlerin tespiti yapılmıştır. Bu çalışma çamaşır makinesi seri üretim hatlarında otomasyon ile uygulanması montajlanan vidanın kalitesine dair parametreler çıkarılmasına olanak tanıyacaktır. Bu çalışma dengelem ağırlıklarının vidalarında uygulanmasına rağmen farklı tasarımda vidalarda deneylerle ile desteklenerek ilgili vidaların modellenmesine katkı sağlamaktadır. Bu çalışmada uygulanan deneyler farklı kapasite ve devirdeki çamaşır makinelerinin bağlantıları için uygulanarak parametre elde etmek mümkün olacaktır. Teorik kıyaslamada baz alınan cıvata modellemesinin yanı sıra kamyon makas yaylarının modellenmesiyle analoji yapılarak cıvataların histerik davranışlarından parametre elde edilmesi incelenmiştir. Buna yönelik cıvata üzerinden histerik grafik elde edilmesine yönelik program üzerinde çalışılmıştır. Viskoelastik incelemeye yönelik önceki adım zamanına bağlı uygulana gerilmelerin ve birim uzamaların ilgili parçanın sonraki davranışı etkilediği deneyler sırasında gözlemlenmiştir. Bu yaklaşım göz önünde bulundurularak kesirli diferansiyel yaklaşımı irdelenmiştir. Bu yaklaşım mevcut lineer viskoelastik incelemesinin hesaplama yükünü azaltmaktadır. Yüksek hacimli üretim platformlarında bağlantı kalitelerini artıracak ve tahribatsız sökme işlemi gerçekleşmeden cıvata hakkında bilgi sahibi olmayı sağlayacak metodun yanı sıra çözülmeye başlamadan cıvatanın hasara uğrayacağını tahmin edebilecek bir modelleme amaçlanmıştır. Bu modelleme gerçekleştirilirken modal test tekniğinden yararlanılmıştır. Modal test metodu tüm dünya genelinde bir yapının farklı frekans uyarımları altında davranışını öngörümünü sağlayan en önemli metotlardan biridir. Dönen cisimlerin dinamik davranışlarının mod frekans tayinlerinde yaygın olarak kullanılan metotlar arasındandır. Çamaşır makinesi üzerinde bağlantıların çözülmesi özellikle müşteri için ağır tahribatlı ve can kaybına yol açabilecek hatalara neden olabilmektedir. Dolayısıyla montajlanma torklarının yanı sıra montajlanan vidanın akuple olması sırasında ürettiği parametrelerin irdelenmesi önem arz etmektedir. Bu parametrelerin ürün daha hattan ayrılmadan elde edilmesi tahribatlı hatanın müşteride çıkma olasılığının oldukça düşürecektir. Endüstride bağlantıların kontrolü için genellikle bağlantılar sökülmekte ve mevcut bağlantı durumu rahatsız edilerek incelenmektedir. Bağlantı sökümü gerçekleşmesinden sonra ilgili parametreler tamamen değişmekte olup akuple olduğu fazdaki özellikler yansıtmamaktadır. Bu çalışmada cıvataya ait oluşturulan parametreler CAE ortamında yapılacak simülasyonları girdi olabilecek parametreler oluşturmaktadır. CAE simülasyonlarında yapılan kontakt modellerine non lineer cıvata modelinin tanıtılması kritik gerilme ve birim şekil değiştirme karakteristiğinin hesaplanması doğrultusunda yarar sağlayacaktır. Özellikle literatür genelinde bindirmeli bağlantılardan ziyade boss yapılı bağlantıların deneysel olarak irdelenmesi bu tasarımlarda yapılacak hesapların irdelenmesinde katkı yapacaktır. Bu çalışmada hem teorik hem de deneysel veriler doğrulama için karşılaştırılmıştır. Teorik hesaplamalar MATLAB'da yapılmıştır. Yapılan deney ve ölçümler sonucunda çamaşır makinası bağlantılarında kullanılacak şekilde genel bir modelleme geliştirilmeye çalışılmıştır. Mevcut bireysel çamaşır makinesinden deneysel veriler alınmış ve Arçelik Çayırova, Çamaşır Makinesi İşletmesi, Ar-Ge'de gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
In constructional engineering, bolted joints are the most used machine components in assembly of different parts. Since it is widely used, there are several failure modes of bolted joints. In order to prevent engineering failures, there are common precautions such as special lock washers, nylon or metal inserts which prevail torque from loosening, double nuts, adhesives etc. Most of these methods are irreversible and not feasible for mass production such as household products. Thus, modelling and analyzing of bolted joints have become very significant in past century. It is not possible to check quality of every single threaded fastener in a washing machine. Major aim is to suggest a theoretical and experimental static and dynamic model for bolted joints in washing machine to check connections is cope of loosening without decoupling the assembly. There have been various research and studies for modelling of bolted joints. Initially, static modelling is quite basic for primary construction designs. This model solely covers the initial elongations and safety procedures. In static model, bolted joints are considered as linear spring elements but this method does not meet the requirements of real circumstances. Although, there are many different bolted joints which are affected by their variable environmental conditions, such as dynamic loadings. Both static and dynamic behavior of bolted joints have been examined. It is very important to model threaded regions within both static and dynamic. Most of the studies does not provide a theoretical model that includes how much preload actually have been transmitted into clamping threads itself. In some of the studies, bolted joints are modeled with spring and damping element. Damping element is here to represent energy dissipation due to contact of threads. Moreover, these models do not fulfill because, it is still neglecting non – linear effects. Modelling of friction between mating threads is very burdensome yet it is necessary to govern loosening model of threaded fasteners. To acquire certain parameters, empirical expressions are proposed regarding different experimental data. There are a variety of different bolted joints experiments. Modal testing of well-structured lap joints is the common test rig in order to determine characteristics of the connection. Although, it is widely common that testing on generalized test components, main goal is to create a set of procedure for testing loosening of washing machine threaded connections and bolted joints. Determination parameters and quality of coupled structures in mass production such as laundry is quite vital for the end user of the products and serviceability. In mass productions, parts are assembled with multiple bolted joints or screws. There has not been any research which includes detection of defected joint in complex structures such as washing machine. In this study, both theoretical and experimental data have been compared for verification. Theoretical calculations have been made in MATLAB. For the experiment, particular test rigs have been reviewed and all of the test rigs represents general conditions which are not fully satisfying washing machine connections. Experimental data have been taken from current individual washing machine and test have been conducted in Arcelik Cayirova, Washing Machine Plant, R&D.
Benzer Tezler
- Sürekli yanma odalarında alev cephesinin dinamik yapısına ait bir çalışma
A Study on the dynamic structure of flame front in continuous combustion chambers
ALİ SÜRMEN
- Kalça protezlerinde fonksiyonel derecelendirilmiş iskele yapıların uygulanması ve özelliklerinin belirlenmesi
Application and determination of functional rating scaffoldings in hip prosthesis
ÖZGÜN CEREN AKBAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİnönü ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM GEZER
- Doğal sorbentlerin rejenerasyon ve aktivasyon özelliklerinin incelenmesi
Investigation of activation and regeneration properties of natural sorbents
BURAK DÜRÜS
- Göksu Deltası Yeraltı Suyu Kirliliğinin Belirlenmesi, Modellenmesi ve Kirletici Kaynakların İzotop Yöntemleri İle Araştırılması, Coğrafi Bilgi Sistemi Oluşturulması
Modelling and determination of groundwater pollution and an investigation of pollutant sources using isotope methods, establishing geographic information systems in the Göksu
OLCAY GÜLÇİÇEK
Doktora
Türkçe
2014
Çevre MühendisliğiMersin ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAVAŞ ŞENER
DOÇ. DR. ZEYNEL ABİDİN DEMİREL