Lineer aktüatör motor dişlilerinde kullanılmak üzere kendi kendini yağlayıcı polimerik malzemelerin geliştirilmesi
Development of self-lubricating polymeric materials for use in linear actuator motor gears
- Tez No: 895629
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERVE MOCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: POM, PTFE, Dişli ürünler, Lineer Aktüator, Sürtünme katsayısı, Karbon nanotüp, POM, PTFE, Gear products, Linear actuator, Friction coefficient, Carbon nanotube
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 75
Özet
Lineer aktüatörlerde, DC motorun dönme hareketi dişli ve sonsuz vida yardımıyla doğrusal harekete çevrilir. Aktüatörlerde kullanılan dişli ve somunlar yüksek mekanik özellikler ve düşük sürtünme gerektirir, Uygulamalarda genellikle yüksek mekanik özellikleri ve diğer polimerlere nazaran sürtünme katsayısı daha düşük polioksimetilen (POM) gibi polimerler kullanılmaktadır. Fakat bu polimer tek başına kullanıldığında dışarıdan yağlayıcı bir malzeme kullanımı gereksinimi vardır. Bu çalışmanın amacı dışarıdan yağlayıcı kullanmadan en düşük sürtünme katsayılı bununla beraber yeterli mekanik özelliklere sahip 'kendi kendini yağlayıcı' polimer karışımları hazırlamaktır. Bu amaç için genellikle POM'a bir miktar politetrafloroetilen (PTFE) katılmakta ise de yeterli olmamaktadır. Sürtünme katsayısının daha fazla düşürülebilmesi hızlı tıbbi müdahalelerin gerektiği uygulamalarda avantaj sağlayacak, ürünün ömrünün uzamasıyla karbon, su, enerji ayak izini düşürerek, sürdürülebilirliğinin arttırması açısından büyük avantajlar sağlayacaktır. Bu çalışmada bu amaçla POM-PTFE polimer karışımına karbon nanotüp (CNT), molibden disülfür (MoS2), titanyum dioksit (TiO2), zirkonyum dioksit (ZrO2) katkıları kullanılmıştır. POM-PTFE'nin ağırlıkça %90:10 oranındaki temel karışımına, farklı oranlarda CNT, MoS2, ZrO2 ve TiO2 gibi nano ve mikro boyutlu katkı maddeleri eklenmiştir. Çift vidalı ekstrüder kullanılarak granül formunda malzemeler hazırlanıp ardından enjeksiyon kalıplama yöntemiyle testler için gerekli numuneler ve son ürün olarak dişli numuneleri üretilmiştir. Sürtünme özellikleri kuru koşullar altında pin-on-disk tribometre cihazında ölçülmüştür. Morfolojik özellikleri ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca üretilen dişli numuneleri aktüatöre montaj edilerek son ürün testleri gerçekleştirilmiştir. Lineer aktüatörün çektiği akım ölçülerek yük değişimleri ve sürtünme etkileri analiz edilmiştir. POM%90-PTFE%10'a karışımına CNT katkısının sürtünme katsayısını önemli ölçüde azalttığı görülmüştür (%0,5 CNT için %13,45 ve %1 CNT katkısı %9,80 iyileşme). Geleneksel POM ve POM-PTFE karışımlarına kıyasla 3 nokta eğme testinde %0,5 katkılı CNT için 82,75 MPa eğilme gerilmesi %2,80 iyileşme sağlamış ve %9,12 uzama miktarında ise %4,94 lük bir iyileşme sağlamıştır ve aynı zamanda esneme kabiliyetini artırdığı gözlemlenmiştir. POM%90-PTFE%10'a %0,5 TiO2 eklenmiş karışımda eğilme dayanımı 82,12 MPa olmuş ve POM%90-PTFE%10'a göre %2,01 iyileşme sağlamıştır. Eğilme dayanımı %0,5 ZrO2 eklenmiş kompozitlerde 82,76 MPa olmuş ve POM%90-PTFE%10'a göre %2,81 iyileşme sağlamıştır. Optimum formülasyon (%89,5 POM, %10 PTFE, %0,5 CNT) üstün mekanik ve sürtünme özellikleri sergileyerek onu yüksek performanslı lineer aktüatörlerde kullanım için ideal bir aday malzeme haline getirmiştir. Sürtünme katsayısının azaltılmasının ve mekanik özelliklerin iyileştirilmesinin POM/PTFE malzemelerinin performansını artırıp kullanım ömrünü uzatarak malzemenin sürdürülebilirliğini başarıyla artırmıştır. Ek olarak, ürün daha az akım çektiği için daha düşük enerji tükettiği için bu malzemelerin kullanıldığı sistemler de daha sürdürülebilir ve verimli olarak tasarlanabilecektir.
Özet (Çeviri)
In linear actuators, the rotational motion of the DC motor is converted into linear motion with the help of gears and lead screws. The gears and nuts used in actuators require high mechanical properties and low friction. In applications, polymers such as polyoxymethylene (POM), which has high mechanical properties and a lower friction coefficient compared to other polymers, are generally used. However, when this polymer is used alone, it requires an external lubricant. The aim of this study is to prepare 'self-lubricating' polymer blends that have the lowest friction coefficient and sufficient mechanical properties without using an external lubricant. For this purpose, a small amount of polytetrafluoroethylene (PTFE) is generally added to POM, but this is not sufficient. Reducing the friction coefficient further will provide significant advantages by extending the product's life, reducing its carbon, water, and energy footprint, and increasing its sustainability. The use of actuators made from these materials will be effective in saving lives, especially in applications that require very rapid medical intervention in this study, carbon nanotubes (CNT), molybdenum disulfide (MoS2), titanium dioxide (TiO2), and zirconium dioxide (ZrO2) additives were used in the POM-PTFE polymer blend for this purpose. Different proportions of nano and micro-sized additives such as CNT, MoS2, ZrO2, and TiO2 were added to the basic POM-PTFE mixture in a 90:10 weight ratio. The materials were prepared in granule form using a twin-screw extruder and then the necessary samples for tests and gear samples as the final product were produced using the injection molding method. Friction properties were measured under dry conditions using a pin-on-disk tribometer device. Morphological properties were examined using a scanning electron microscope (SEM). Additionally, the produced gear samples were mounted on actuators, and final product tests were performed. The current drawn by the linear actuator was measured to analyze load changes and friction effects. It was observed that the addition of CNT to the POM%90-PTFE%10 mixture significantly reduced the friction coefficient (13.45% improvement for 0.5% CNT and 9.80% improvement for 1% CNT addition). Compared to traditional POM and POMPTFE mixtures, the three-point bending test showed a bending stress of 82.75 MPa with a 2.80% improvement for 0.5% CNT and a 4.94% improvement in elongation amounting to 9.12%, while also increasing the flexibility. The bending strength in the mixture with 0.5% TiO2 added to POM%90-PTFE%10 was 82.12 MPa, showing a 2.01% improvement compared to POM%90-PTFE%10. The bending strength in composites with 0.5% ZrO2 added was 82.76 MPa, showing a 2.81% improvement compared to POM%90-PTFE%10. The optimum formulation (89.5% POM, 10% PTFE, 0.5% CNT) demonstrated superior mechanical and friction properties, making it an ideal candidate material for use in high-performance linear actuators. Reducing the friction coefficient and improving the mechanical properties have successfully increased the performance and extended the lifespan of POM/PTFE materials, enhancing their sustainability. Additionally, since the product draws less current and thus consumes less energy, systems using these materials can be designed to be more sustainable and efficient.
Benzer Tezler
- Egzoz atık ısı enerjisinin faz dönüşüm malzemesi yardımıyla depolandığı termal enerji depolama sisteminin ergime süreci üzerine deneysel bir çalışma
An experimental study on the melting process in energy storage system using phase change material to store exhaust waste heat energy
HİMMET EMRE AYTAÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
EnerjiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HABİB GÜRBÜZ
- Taşınabilir Güneş Takip Sistemli Pv Panel Dizaynı ve Uygulaması
Portable Pv Solar Tracking System Design and Implementation
MUSTAFA EKİNCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
EnerjiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLGE ALBAYRAK ÇEPER
- Electromechanical analysis of linear compressor for household refrigerators
Ev tipi buzdolabı için lineer kompressörün elektromekanik analizi
ADNAN HASSAN
Doktora
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Design and analysis of a miniature linear compressor
Minyatür bir lineer kompresörün tasarım ve analizi
UĞUR MÜMTAZ BİRBİLEN
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Nesnelerin interneti tekniğinin doğru akım motorlarına uygulanması
Application of internet techniques of objects to direct current motors
ZEYNEP ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SERDAR YILMAZ