4. Analiz sonuçları ve değerlendirme

Belirlenen maksimum perçin yüküne göre yapılan gerilme analizi sonucunda kapak diliminde elde edilen von Mises gerilmesi dağılımı Şekil 16'da görülmektedir. Kapak kesitini oluşturan ve Şekil 17'de görülen yüzeylerde ortaya çıkan maksimum gerilme değerleri Tablo 4'te verilmiştir. Bu gerilmeler, kesitin numaralandırılmış köşelerinde çevre boyunca ortaya çıkan maksimum değerlerdir.

Şekil 16. Kapak diliminde von Mises gerilme dağılımı

    
Şekil 17. Kapak kesit kademelerinde gerilme ölçüm yüzeyleri

Parça genelinde von Mises gerilmesi = 0-195 MPa aralığında değişmektedir. İstisna olarak, perçin yuvası içindeki çok sınırlı bir bölgede, maks= 221,14 MPa değerine kadar çıkabildiği belirlenmiştir. Bu, işlem görmemiş sac malzemenin akma sınırının yaklaşık %85'ine denk düşmektedir. Kavrama yayının gerçek çalışma bölgesinde analiz tekrarlandığında, Şekil 13'e göre z= 6 mm sehim ve F= 19050 N yay kuvveti için maks= 206,5  MPa; z= 8 mm ve F= 18383 N için maks= 199,28 MPa değerleri elde edilmiştir. Perçin yuvaları ağzında oluşturulacak yuvarlatmalar yardımıyla maks değerinin %10'a kadar azaltılabildiği de tespit edilmiştir. Tüm bunlara ek olarak imalat sırasında, soğuk şekillendirme nedeniyle malzemenin akma sınırında belirli ölçüde bir artış söz konusu olacağından parçanın, öngörülen yük altında elastik bölgede ve emniyetli olarak çalışacağı söylenebilir.

Tablo 4. Kapak kesit kademelerinde ölçülen maksimum gerilmeler

 Maksimum perçin kuvveti için gerçekleştirilen analiz sonucunda kapakta ortaya çıkan en yüksek elastik şekil değişimi, vites kutusu giriş mili eksenine en yakın çapta, 0,41 mm olarak ölçülmüştür. Kapak esnemesinin ölçümünde referans olarak alınan perçin yuvalarında, Şekil 18'de görülen a= 0,29 mm'lik maksimum şekil değişimine rastlanmıştır. Bu değer, parçanın tasarım aşamasında öngörülen a= 0,3 mm sınır değerinin altında kalmaktadır. Kapağın gerçek çalışma bölgesi olan z= 6-8 mm'lik yay sehimi aralığında ise a= 0,26-0,28 mm ile sınırlanmaktadır. Perçin yuvalarında ölçülen eksenel yer değişiminin, diyafram yay sehimine bağlı değişimi Şekil 19'da verilmiştir.

Şekil 18. Perçin yuvasının eksenel şekil değişimi

Şekil 19. Perçin yuvasındaki eksenel şekil değişiminin yay sehimine bağlı değişimi

5. Sonuç

Tasarım aşamasındaki bir taşıt kavramasında kullanılacak kapağın yapısal analizi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla önce, diyafram yayın pedal kuvveti altındaki elastik şekil değişimi, ANSYS® Workbench V11.0 sonlu elemanlar paketi yardımıyla simüle edilmiş, yay ve kapak arasındaki bağlantıyı sağlayan perçinlerde işletim sırasında ortaya çıkacak kuvvetler belirlenmiştir. Elde edilen sonuçların, yaya uygulanan yükleme testlerinden sağlanan kuvvet karakteristiğiye uyumlu olduğu görülmüştür. Bu şekilde, sonlu elemanlar analizi yardımıyla bulunan sonuçların gerçeğe yakınlığı, dolayısıyla kullanılan sınır koşullarının uygunluğu değerlendirilmiştir. Fonksiyona uygunluğu araştırılacak parça olan kavrama kapağı, CATIA® V5R15 ticari paket yazılımı kullanılarak, bilgisayar ortamında modellenmiş, yay analizinden elde edilen perçin kuvvetlerinin modelde oluşturduğu gerilme ve elastik şekil değişimleri sonlu elemanlar yöntemini esas alan ANSYS® Workbench V11.0 paketi yardımıyla incelenmiştir. Çelik sacdan, birden fazla kademede soğuk şekillendirilerek üretilmesi öngörülen kavrama kapağının yapısal analizinde, işlem görmemiş sac malzemenin mekanik özellikleri kullanılmıştır. Böylelikle, soğuk şekil değiştirme sonucunda malzemede ortaya çıkacak pekleşme etkileri ihmal edilmiştir. Pekleşmenin parça bünyesinde meydana getireceği yüksek rijitliğin korunabilmesi için herhangi bir ısıl işlem öngörülmemektedir. Bu nedenle gerçek parçada işletim sırasında oluşacak esneme miktarının, analiz sonucunda elde edilen değerlerin altında çıkması beklenmelidir. Üretici tarafından öngörülen maksimum elastik şekil değişimi kriteri ışığında, kavrama kapağının fonksiyon açısından konstrüksiyona uygun olduğu sonucuna varılmıştır.

Yapılan bu çalışma ile tasarım sürecinin ilk basamaklarında, birden fazla parçadan oluşan bir konstrüksiyonda uygulanması düşünülen bir yapı elemanının fonksiyona uygunluğu hakkında ön değerlendirme yapılmıştır. Bunun için sistemin tamamı yerine, konstrüktif açıdan aktif rol oynayan iki elemanın yapısal sonlu elemanlar analizi, söz konusu parçalar sistemden izole edilerek gerçekleştirilmiştir. Uygulanan bu yaklaşımla, problem önemli ölçüde basitleştirilmekte ve prototip aşaması öncesinde, makine elemanlarının konstrüktif yeterliliği hakkında fikir edinilebilmektedir. Tasarımdan kaynaklanan herhangi bir uygunsuzluğun bu aşamada tespit edilmesi durumunda, prototip oluşturma işlemine geçilmeden parçanın yapısına müdahale etmek mümkündür. Böylelikle imalatı özel aparatlar gerektiren kavrama kapağı ve benzeri makine parçalarının tasarım sürecinde, prototip ve test maliyeti önemli ölçüde azaltılmakta, zamandan tasarruf edilmektedir.

Teşekkür

Yazarlar, sağladığı test olanaklarından dolayı Dönmez Debriyaj Sanayi ve Ticaret A.Ş.'ye ve çalışma kapsamında sunduğu lisanslı yazılım olanağından dolayı Ege Endüstri ve Ticaret A.Ş'ye teşekkür eder.

1. Kuralay NS, "Motorlu Taşıtlar; Temel ve Tasarım Esasları, Yapı Elemanları", Cilt 1; Tahrik ve Sürüş Sistemleri, TMMOB Makina Mühendisleri Odası, Yayın No: MMO/2008/484, İzmir, 2008, s. 56-65
2. Demirsoy M, "Motorlu Araçlar", Cilt 1, Birsen Yayınevi, İstanbul, 2005, s. 1-114
3. Sachs Technisches Training, Nkw-Antriebsstrang und Fahrwerk, Werkstatthinweise zur Funktion und Schadensbefundung, S 7 290 0500 04, ZF Trading GmbH,  Schweinfurt, s. 4
4. Gerschler H, (Studiendirektor), "Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik", Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal, 1980, s. 295
5. Lingaiah K, "Machine Design Databook", 2nd ed., McGraw-Hill Companies, Inc., New York,  2003, s. 20.6
6. Shigley JE, Mischke C, "Standard Handbook of Machine Design", McGraw-Hill, San Francisco, 1996, s. 24.40-41
7. Rende H, "Makina Elemanları", Cilt 1, Seç Yayın Dağıtım, İstanbul, 1996, s.5-34
8. Topçu M, Taşgetiren S, "Mühendisler için Sonlu Elemanlar Metodu", Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ders Kitapları, Yayın No: 007, Mühendislik Fakültesi Matbaası, Denizli, 1998, s. 7-18
9. Chandrupatla TR, Belegundu AD, "Introduction to Finite Elements in Engineering", Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 2002, s. 194
10. ANSYS Theory Reference, ANSYS Release 10.0, ANSYS, Inc.; 2005
11. Yüksel M, "Malzeme Bilimleri Serisi-Cilt 1: Malzeme Bilgisi", TMMOB Makina Mühendisleri Odası, Yayın No: MMO/2003/271/2, Ankara, 2003, s. 360
12. Schey JA, "Introduction to Manufacturing Processes", McGraw-Hill Companies, Inc., New York, 2000, s. 263
13. Topaç MM, "Karbonlu Çeliklerde Derin Çekmeye Etki Eden Faktörlerin İncelenmesi", Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, Eylül 2003, Yükseköğretim Kurulu Tez Merkezi Tez No: 138860, s. 99-184