Burulma Yaylarının Yorulma Ömrü Tabanlı Parametrik Tasarımı

Abstract

Robotik sistemler, oyuncaklar, mandallar, kapı menteşeleri, saat mekanizmaları ve titreşim izolasyon sistemleri dahil olmak üzere çok sayıda endüstriyel uygulamada büyük ölçüde burulma yayları kullanılmaktadır. Bu yayların tasarım özelliklerinin hem yayın mekanik davranışı hem de kurulduğu sistem üzerinde büyük etkisi bulunmaktadır. Bu çalışmanın amacı, parametrik olarak modellenen yayların geometrilerinin mekanik özelliklerini nasıl etkilediğini sonlu elemanlar yöntemi kullanarak incelemektir. Ayrıca, yayların sıklıkla oldukça küçük paketlere sıkıştırılması gerektiği için yay geometrisi değişimlerinin bileşen yorulma ömrü üzerindeki etkisi belirli bir sabit paketleme senaryosunda incelenmiştir. Bu çalışmanın sonuçları, burulma yaylarının tasarımı ve optimize edilmesi için yeni bir perspektif sunacaktır. Burulma yayı tasarımına yönelik CREO PARAMETRIC yazılımı ile üç boyutlu geometrik modellemenin işlem aşamalarının ve ANSYS WORKBENCH yazılımı ile elde edilen yapısal ve yorulma analiz sonuçlarının ilgili sektöre ve literatüre katkı sağlaması amaçlanmaktadır.

Keywords

• Burulma yayı
• Parametrik modelleme
• Parametrik formülizasyon
• Sonlu elemanlar analizi

Parametric Design of Torsional Springs Based on Fatigue Life

Abstract

Torsion springs are used extensively in numerous industrial applications, including robotic systems, toys, latches, door hinges, clock mechanisms, and vibration isolation systems. Design characteristics of these springs have a big impact on both the mechanical behavior of the spring and the system it's installed in. The purpose of this work is to examine how the geometries of parametrically modeled springs affect their mechanical properties using the the finite element method. Furthermore, the effect of spring geometry variations on component fatigue life has also been examined in a specific fixed packaging scenario because springs frequently need to be crammed into quite small packages. The findings of this research will offer a new viewpoint on torsion spring design and optimization. It is meant to contribute to the relevant sector and literature through the procedure stages of three-dimensional geometric modeling for torsion spring design with CREO PARAMETRIC software and the results of structural and fatigue analysis obtained with ANSYS WORKBENCH software.

Keywords

• Torsion spring
• Parametric modeling
• Parametric formulation
• Finite element analysis

References

1. [1] Brundage, M. P., Chang, Q., Li, Y., Arinez, J., & Xiao, G., 2014. Sustainable manufacturing performance indicators for a serial production line. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 13(2), pp.676-687.
2. [2] Mott, R. L., 2018. Machine Elements in Mechanical Design. EMV & JW.
3. [3] Saric, I., Muratovic, E., Muminovic, A., Muminovic, A. J., Colic, M., Delic, M., & Mesic, E., 2021. Integrated intelligent CAD system for interactive design, analysis, and prototyping of compression and torsion springs. Applied Sciences, 12(1), 353.
4. [4] European Standards, 2012. Steel wire for mechanical springs - Part 2: Oil hardened and tempered spring steel wire—Requirements with guidance for use (DIN EN Standard No. 10270-2:2012). Available at: https://www.en-standard.eu/din-en-10270-2-steel-wire-for-mechanical-springs-part-2-oil-hardened-and-tempered-spring-steel-wire/.
5. [5] Vinco, 2023. Oil Tempered Steel Wire. Available at: https://www.vinco.es/en/wire/oil-tempered-steel/#caracteristicas_mecanicas.
6. [6] Li, H. Y., & Li, X. L., 2013. Finite element analysis of the cylindrical helical torsional spring. In: Applied Mechanics and Materials Vol. 397, pp. 633-636. Trans Tech Publications Ltd.