Analytical and experimental investigation of frictional behaviors of command and control cables
Kontrol kablolarının friksiyon davranışlarının analitik ve deneysel olarak incelenmesi
- Tez No: 661006
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEP PARLAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Konstrüksiyon Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Kontrol kabloları otomotivde sürücülerin araç içinde en fazla kullandığı donanımların bir parçası olarak karşımıza çıkmaktadır. Gerek otomatik şanzıman gerekse manuel şanzıman araçlarda transmisyon kablosu ve el freni kablosu olarak kullanılmaktadır. Araba kullanan bir sürücü düşünüldüğünde arabanın en aktif olarak kullanılan donanımlar direksiyon, pedallar, vites ve el frenidir. Otomotiv sektörü yeniliklere son derece açık, rekabetçi ve çok fazla müşteri yani son kullanıcı odaklı bir sektördür. Otomotiv üreticileri kullanıcıları kendine çekmek ve ellerindeki müşterileri tutabilmek adına inovasyon ve yenilik sunmak zorundadırlar. Gelişen teknoloji, yeni malzemelerin ve üretim tekniklerinin sanayiye girmesiyle birlikte güvenlik, sağlamlık ve yasal zorunluluklar gibi birinci seviye gereklilikler kullanıcı memnuniyeti açısından yeterli gelmemektedir. Bu durum görsel, konfor ve sürüş keyfi gibi etmenlerin geliştirilmesini tetiklemiştir. Doğal olarak vites değiştirme eylemi fonksiyonellik ve sağlamlık olarak sunulmasının yanında ergonomik ve konfor açısından yeniliklerle sunulmak durumunda kalmaktadır. Bu çalışmanın ana amacı, itme çekme hareketini ve kuvvetini ileten kontrol kablolarının minimum friksiyon kuvvetleri ile maksimum konfor sağlayacak şekilde tasarlanmasına yardımcı olmaktır. Bu tezde yöntem olarak kontrol kablolarının farklı yağlayıcı tiplerinin, farklı açı pozisyonlamalarının ve farklı yağlayıcı miktarlarının deneysel çalışma ve analitik yaklaşım ile hesaplama kullanılmıştır. Elde edilen deneysel ve analitik sonuçlar ile hangi tip yağlayıcı kullanılması, kontrol kablosunun nasıl bir pozisyonlama ve açıda konumlandırılması, uygulanan yağlayıcının miktar değişiminin nasıl etki ettiği üzerine yorumlar ve öneriler yapılmıştır. Çalışma sürecinde ilk adım değerlendirilecek olan ürünlerin planlamasını yaparak limitlerini belirlemektir. Belirlenen teknikler doğrultusunda üç farklı yağlayıcı için numune üretimleri yapılmıştır. Bu yağlayıcılar XIAMETER PMX-200 500CST Silicone Oil, BESLUX Bessil L-80 ve MOLYKOTE G-72 malzemeleridir. Silicone Oil malzeme likit formda bir yağlayıcı olup, BESLUX ve MOLYKOTE malzemeler gres tipi yağlayıcıdır. Hazırlanan bu numunelerin yanı sıra yağlayıcı miktarının etkisini gözlemleyebilmek için kuru formda ve Silicon Oil ile dört farklı gramajda yağlanmış numune hazırlanmıştır. İkinci adım kontrol kablolarının deneysel çalışmalarını yapabilecek deney düzeneklerini tasarlayıp uygulamaktır. Kablo pozisyonunu değerlendirmek adına özel ekipmanlar ile belirli ölçülerde plakalar test düzeneğine konumlandırılmıştır. Bu plakalar yardımıyla kontrol kablosu belirlenen yarıçap ve belirlenen açı dereceleri ile test edilmiştir. Test sırasında hareket elektrikli silindir yardımı ile sabit hızlarda yapılmıştır. Kuvvet değerleri load-cell yardımı ile toplanmıştır. Load-cell üzerine bağlı lineer cetvel ile mesafe kontrolü yapılmıştır. Hassas ölçümler yapabilmek adına NI sistem kullanılmış veriler nümerik ve grafiksel olarak raporlanmıştır. Ölçümler ve numuneler arasında farklılıklar yaşanmasının önüne geçebilmek için tüm numunelerin ölçümlerinde aynı ekipmanlar kullanılmıştır. Üçüncü adım olarak deneysel çalışması yapılan durumlar için analitik yaklaşımlar önerilmiştir. Açı ile büküm yaptırılan kablolar için Capstan yaklaşımı ile hesaplamalar yapılmış, friksiyon üzerine etkisi yorumlanmıştır. Bu yaklaşım literatürde karşımıza halatların diskler üzerinde sarılı olduğu durumlarda halat ile disk arasındaki sürtünme kuvvetini tespit etmekte kullanılarak karşımıza çıkmaktadır. Giriş ve çıkış kuvvetleri arasındaki karşılaştırma ile sürtünme kuvveti belirlenmektedir. Bu çalışmada kontrol kablosu, halat ve disk ikilisine benzetilerek büküm açısının etkileri hesaplanmıştır. Yağlama miktarı için Coulomb yaklaşımı ile kuru, sınır ve karma sürtünme rejimleri için hesaplamalar, Newton viskozite kanunu ile hidrodinamik sürtünme rejimi için hesaplamalar yapılmıştır. Analitik hesaplamalar için kullanılan sürtünme katsayıları da deneysel sonuçlardan elde edilmiştir. Böylelikle analitik çalışmalarda gerçeğe uygun veriler ile hesaplamalar yapılmıştır. Dördüncü ve son adım olarak her iki yöntem ile elde edilen sonuçlar sunulmuştur. Yapılan deneyler ve analitik çalışmalar sonucunda kontrol kablolarında yağlayıcı olarak düşük viskoziteli yağlayıcı kullanmanın friksiyon kuvvetini azalttığı gözlemlenmiştir. Düz konumlandırmanın açı yaparak konumlandırmadan daha avantajlı olduğu sonucuna varılmıştır. Kontrol kablosunu araç içinde düz olarak konumlandırabilmek oldukça zor bir durumdur. Zorunlu dönüşler ve bükümlere maruz kalabilmektedir. Çalışmada yapılan hesaplamalar ve deneyler sonucu kontrol kablosuna bu zorunlu geçişlerde mümkün olduğu kadar düşük açı yaptırmanın sürtünme kuvveti açısından avantajları ortaya konulmuştur. Kontrol kablosunun bütünü boyunca kaç kere büküm yaptığından ziyade yaptığı bükümlerdeki toplam açının sürtünme kuvvetine etki ettiği sonucu önemli bir bulgudur. Kuru kablonun sürtünme kuvvetinin yüksek olduğu, yağlayıcı uygulanınca sürtünme kuvvetinin azaldığı ancak belirli miktardan sonra fazla uygulanan yağın sistemde friksiyon kuvvetini artırıcı yönde etki ettiği gözlemlenmiştir. Düşük friksiyon istenen durumlarda sunulan önerilerin uygulanmasının ve benzer yapılarda çalışmayı uyarlayarak uygulamanın faydalı olacağı sonucuna varılmıştır. Bu çalışma ile bir kontrol kablosu tasarımında ve bu kontrol kablosunun araç içindeki konumlandırılmasında, friksiyon etkileri açısından oldukça faydalı bilgiler elde edilmiştir. Yağlayıcı kullanımın ne denli önemli olduğu sonucu ortaya konduğu gibi yağlayıcı miktarının da önemine dikkat çekilmiştir. Yağlayıcılar kontrol kablolarında iki yüzey arasındaki hareketi kolaylaştırdığı gibi aynı zamanda birbirleri ile temas halindeki yüzeylerin aşınmasını önlemektedirler. Metal olan aksamları da korozyona karşı koruyucu göreve sahiptirler. Elde edilen bilgiler ile gereksiz yağ kullanımının önüne geçerek toplamda ciddi maddiyat avantajı sağlayarak kimyasal atık azaltılmasına yardımcı olunmaktadır. Çevre kirliliğine olan etkinin azaltılmasına yardımcı olacak bilgiler içermektedir. Kontrol kabloları özelinde sunulan çalışma benzer konstrüksiyona sahip birçok ürün için yaygınlaştırılabilir. Çalışma içerisinde verilen analitik yaklaşım ile farklı geometrik özelliklerdeki kontrol kabloları için optimum durum hesaplanabileceği gibi benzer konstrüksiyona sahip ürünler içinde hesaplamalar yapılabilir. Böylelikle toplamda çok daha büyük maddi avantajlar sağlanabilir, kimyasal atık yönetimine katkı sağlayabilir ve çevresel etkiler için olumlu adımlar atılmasına yardımcı olunabilir. Kontrol kablolarının farklı alanlardaki uygulamaları için, özellikle hassas çalışma ortamlarında kullanılan medikal ve endoskopik ekipmanlar için yaygınlaştırılabilir olan bu çalışma referans olabilecektir. Hassas hareket gerektiren ortamlarda sürtünme kuvvetinin düşük olması kullanılan cihazların etkinliğini artıracağı gibi kullanıcı açısından da kolaylık sağlayacaktır.
Özet (Çeviri)
Control cables emerge as a part of the hardware most used by drivers in the automotive industry. It is used as transmission cable and hand brake cable in both automatic transmission and manual transmission vehicles. When a driver who drives a car is considered, the most actively used equipment of the car is the steering wheel, pedals, gear and hand brake. The automotive industry is an extremely open, competitive and end-user-oriented sector. Automotive manufacturers have to offer innovation and innovation in order to attract users and retain customers. With the emerging technology, new materials and production techniques entering the industry, first-level requirements such as safety, durability and legal requirements are not sufficient in terms of user satisfaction. This has triggered the development of factors such as visual, comfort and driving pleasure. Naturally, the act of shifting has to be presented as functionality and durability, as well as innovations in terms of ergonomics and comfort. The main purpose of this study is to help the control cables that transmit the push and pull motion and force to be designed to provide maximum comfort with minimum friction forces. In this thesis, experimental study and analytical calculation of different lubricant types, different angle positioning and different lubricant amounts of control cables were used as methods. The first step in the working process is to determine the limits of the products to be evaluated by planning. Samples were produced for three different lubricants in line with the specified techniques. These lubricants are XIAMETER PMX-200 500CST Silicone Oil, BESLUX Bessil L-80 and MOLYKOTE G-72. In addition to these samples, in order to observe the effect of the amount of lubricant, samples were prepared in dry form and lubricated with Silicon Oil in four different weights. The second step is to design and apply the experimental setups to make experimental studies of control cables. In order to evaluate the position of the cable, special equipment and plates of certain sizes are positioned on the test setup. During the test, the movement was made at constant speeds with the help of an electric cylinder. Force values are collected with the help of load cell. Distance control was made with a linear scale attached to the load-cell. NI system has been used to make precise measurements and the data are reported numerically and graphically. In order to avoid differences between measurements and samples, the same equipment was used in the measurements of all samples. As a third step, analytical approaches have been proposed for the experimental studies. For the cables bent with angle, calculations were made with Capstan approach and the effect on friction was interpreted. Calculations for the amount of lubrication for dry, boundary and mixed friction regimes with Coulomb approximation, calculations for hydrodynamic friction regime with Newton viscosity law were made. The results obtained by both methods are presented as the fourth and last step. As a result of experiments and analytical studies, it has been observed that using low viscosity lubricant as a lubricant in control cables decreases the friction force. It is concluded that straight positioning is more advantageous than positioning by angle. It has been observed that the friction force of the dry cable is high, the friction force decreases when the lubricant is applied, but the oil applied more than a certain amount has an effect on the friction force in the system. It was concluded that in cases where low friction is desired, it would be beneficial to apply the recommendations presented and to adapt the work with similar structures.
Benzer Tezler
- Tekrarlı yükler etkisindeki bölme duvarların çimento esaslı tekstil kompozitlerle iyileştirme yöntemlerinin geliştirilmesi
Improving retrofitting methods for partition walls under lateral cyclic loading using cement based textile composites
DİDEM DÖNMEZ
Doktora
Türkçe
2021
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA GENÇOĞLU
- Katkı maddeli yağların kam mekanizmalarındaki sürtünme davranışlarının incelenmesi
Investigation of friction behavior of additive engine oils on cam mechanisms
HASAN BAŞ
Doktora
Türkçe
2001
Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDIN BIYIKLIOĞLU
- Kompozit plakların balistiğinde bazı basitleştirilmiş yaklaşımların sayısal irdelenmesi
Numerical investigation of some simplified approaches in composite plate ballistics
UĞUR DOĞAN
Doktora
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİN SÜNBÜLOĞLU
- Geogrid-donatılı kum zemine oturan temellerin taşıma kapasitesi
Bearing copacity of footings on geogrid-reinforced sand
TEMEL YETİMOĞLU
- Çapraz yay gruplarını kullanan yeni bir sismik yalıtım sistemi
A new seismic isolation system made of spring tube braces
VAROL KARAYEL
Doktora
Türkçe
2016
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCAN YÜKSEL