Kam mekanizmalarının dinamik analizi

Abstract

Günümüzde taşıt motorları başta olmak üzere birçok sistemde karşımıza çıkan kam mekanizmaları, çalışma prensibi itibariyle mühendisliğin en yalın hallerinden sayılabileceği gibi işlevselliği ve sistem davranışı üzerindeki doğrudan, güçlü etkisi sebebiyle sistem için en ehemmiyetli ve kritik elemanlardan birini ifade etmektedir. Kam mekanizmaları farklı sonuç isteklerine göre kısmi özelleşmeler sunmakta ve çeşitli değişimlere gitmektedir. Bununla birlikte ana işlev ve yapısı tüm kam mekanizmaları için ortak payda olarak ifade edilebilir. Bu çalışma kapsamında ilk adım olarak kam mekanizmalarının performans kıstasları ve bu kıstasların en uygun duruma getirilmesi üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Bu aşamada performans eğrileri olan ivme, hız, konum eğrileri belirlenmiştir. Bu eğrilere göre sistem için arzu edilmeyen durumların başında gelen sıçrama (jerk) üzerinde özel olarak durulmuş ve kam mekanizması parametrelerinin iyileştirilmesi minimum sıçrama değerini sağlayacak biçimde gerçekleştirilmiştir. Supap kalkma miktarı, temel daire yarıçapı, burun yarıçapı, kalkma açısı gibi performansı etkileyen ana parametreler sıçrama değerini kıstas alarak Matlab programı yardımıyla incelenmiştir. Kam mekanizmasının davranış biçimi üzerinde kuvvetli etkiye sahip supap yaylarının rijitlik katsayısı, ivmedeki sıçramanın etkisi göz önüne alınarak hesaplanmıştır. İlk aşamanın ardından ERİN MOTOR firmasına ait gerçek bir motorun kam mekanizma verileri dikkate alınarak sistemin dinamik modeli oluşturulmuştur. Bu kurgulanan dinamik model 12 serbestlik dereceli olarak oluşturulmuştur. Dinamik modeli oluşturan kütle değerleri, ERİN MOTOR firmasının ölçüm sonuçlarından ve CAD verilerinden alınmıştır. Sönüm değerleri ve temas yay katsayıları uluslararası makalelerde kullanılan, deneylerle doğrulanmış değer aralıklarından seçilmiştir. Verilerin eldesinin ardından, kurgulanan dinamik modele göre zaman ve frekans cevapları elde edilmiştir. Bu cevaplar ışığında sistemin çalışma performansı üzerinde yorum yapılıp detaylı çalışabilecek veriler elde edilmiştir. Tüm bu aşamaların ardından söz konusu motorun kam mekanizması üzerinde çekiç-titreşim testi (Modal Analiz) gerçekleştirilerek netdB frekans analizörü yardımıyla frekans davranışları toplanmıştır. Böylece sistemin kritik mod değerleri kurgulanan dinamik model ile gerçek test sonuçları karşılaştırılacak biçimde elde edilmiştir. Her bir alt parça için elde edilen mod değerleriyle sistemin kritik frekans değerlerinin tespit edilme imkânı bulunmuştur. Tüm bu adımların haricinde Adams veya tercihen LMS Virtual. Lab gibi bir paket program yardımıyla sistemin kinematik analizi yapılması düşünülmekteydi ancak çalışmanın kapsamının genişlemesi ve zaman yetersizliğinden dolayı eksik kalmıştır. Tüm bu analizlerin kapsamlı bir kinematik analizle desteklenmesi önerilmektedir. Yukarıda ifade edilen adımlar sırasıyla ve detaylı biçimde takip edilerek sistemin analiz adımları tamamlanmıştır. Elde edilen bu veriler, kam mekanizmalarının davranış analizini ortaya koymakta ve doğru tespit – doğru tedavi niteliğinde olup, sistem iyileştirmesinin teminatını oluşturmaktadır.