Elektromekanik bir sistemde NVH iyileştirmeleri için meta-yapı ve alternatif yapısal uygulamaları

Yıl 2025, Cilt: 40 Sayı: 4, 2295 - 2308

Engin Öztürk , Cihan Demir

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1647574

Öz

Bilgisayar ve işlemci teknolojilerindeki gelişmeler, mühendislerin bilgisayar destekli tasarım (BDT) yazılımları ile daha karmaşık geometrik yapıların tasarımını gerçekleştirmelerine olanak tanımıştır. Sonlu elemanlar analizi (SEA); akışkanlar mekaniği, yapısal mukavemet ve hareketli sistem analizleri gibi alanlarda karmaşık sistemlerin detaylı bir şekilde incelenmesine olanak sağlamaktadır.
Bu araştırmada farklı malzeme özelliklerine sahip birden fazla parçayı içeren elektromekanik bir ürünün titreşim, sertlik ve gürültü özelliği incelenmiştir. Sistemin çalışma şartları altındaki titreşim ve gürültünün kaynağı numerik analizler ve deneysel ölçüm yöntemleriyle tespit edilerek kaynağında yalıtılması hedeflenmiştir.
Tasarım aşamasında ürünün genel boyutları ile ilişkili zorlayıcı bir hedef olarak seçilen küçük ebatlı yüksek tork üretebilen redüktörlü motorun bazı dezavantajları mevcuttur. Motorun redüktör mekanizmaları ile düşük hız ve yüksek tork sağlaması esnasında dişliler arasındaki temasın sebep olduğu titreşim ve gürültü istenmeyen düzeyde olabilmektedir. Bu tür uygulamalarda motor kaynaklı oluşan titreşimlerin sönümlenmesi ilave tasarım ve mühendislik çalışmalarına ihtiyaç duymaktadır.
Çalışma kapsamında, sisteme ait malzeme özelliklerini ve montaj koşullarını içeren üç boyutlu tasarımın serbest titreşim analizi, titreşim biçimleri ve frekans değerleri belirlenmiştir. Üretim toleransları ve işletme şartlarından kaynaklı farklılıkları tespit edebilmek ve SEA sonuçlarını doğrulamak amacıyla sisteme ait parçalar ve montajlı ürün deneysel yöntemler ile analiz edilmiştir. SEA ile elde edilen frekans değerleri ile karşılaştırılmış ve rezonans kontrolleri gerçekleştirilmiştir. SEA sonuçları ile elde edilen titreşim biçimleri incelenmiş, montajlı sistemde rijit olarak davranmayan bölgeler tespit edilmiştir.
Titreşim ve gürültünün azaltılması için farklı yaklaşımda çalışmalar yapılmıştır.
İlk yaklaşımda ,titreşimin ve gürültünün yüzey alanlarında sönümlenmesi için, elektronik kutu iç hacmine feder yapısı ve metayapı içeren tasarımlar eklenmiştir. Aynı zamanda bu tasarımların rijitliğin arttırılmasına da olumlu etkisi olmuştur. Yapılan farklı çalışmaların rijitlik, titreşim ve gürültüye olan etkileri ölçümlenmiştir.
Diğer yaklaşımda ise, SEA sonuçlarına göre rijitlik sorunu tespit edilen bölgelerdeki parçaların rijitliğin arttırılmasının titreşim ve gürültüye olan etkileri incelenmiştir. Her iki grupta yapılan deneyler sistemin ilk versiyonu ile karşılaştırmalı olarak ölçümlenmiştir. Ölçümler sonucunda uygulanabilirlik, tekrar edilebilirlik ve maliyet açısından en uygun çözüme karar verilmiştir. Çalışmalar sonucunda yüzey alanı değişikliklerinin gürültünün seviyesinin düşmesine olumlu etki ettiği ölçümlenmiştir. Sadece rijitliği arttırmak üzerine yapılan çalışmalar da gürültü belirli bir düzeyde düşmektedir. Rijitliğin arttırılmasının yanında, gürültünün daha düşük seviyede çıkması için, sönümleme ve soğurma için yüzey alanına ihtiyaç duyulmaktadır. Çalışmanın bir çıktısı olarak da küçük ebatlı ve yüksek tork üreten motorların titreşim ve gürültü ölçümlerinde, dişliler arasındaki boşluğun kritik öneme sahip olduğu yapılan ölçümlerde doğrulanmıştır.

Anahtar Kelimeler

serbest titreşim analizi , ses şiddeti , tasarım iyileştirme , meta-yapıl , serbest titreşim testi

Teşekkür

Sayın Hocam ve Danışman Hocam, Doç. Dr. Cihan DEMİR ve laboratuvar alt yapısını çalışmamıza açan Eczacıbaşı Yapı Gereçleri A.Ş firmasına teşekkür ederim.

Kaynakça

• 1. Saide Sarıgül. Bir çubuğun modal analizi. https://makina.deu.edu.tr/wp-content/uploads/2017/09/7frekans.pdf. Yayın tarihi Eylül 1, 2017. Erişim tarihi Mart 10, 2023.
• 2. Rao S., Ratnam C., Experimental and Analytical Modal Analysis of Welded Structure Used for Vibration Based Damage Identification, Global Journal of researches in engineering Mechanical and mechanics engineering, 12 (1), 1-7, 2012.
• 3. Madhu P., Venugopal T., Static Analysis Design Modification and Modal Analysis of Structural Chassis Frame, International Journal of Engineering Research and Applications, 4 (5), 2-5, 2014.
• 4. Mehdi H., Upadhyay R., Mehra R., Singhal A., Modal Analysis of Composite Beam Reinforced by Aluminium-Synthetic Fibers with and without Multiple Cracks Using ANSYS, Int. J. Mech. Eng, 4 (2), 70–80, 2014.
• 5. Madhu P., Venugopal T., Static Analysis Design Modification and Modal Analysis of Structural Chassis Frame, International Journal of Engineering Research and Applications, 4 (5), 1-2, 2014.
• 6. Erdemi̇r F., Ozkan T., Plastik Parçalarda Bir Esneyerek Kilitlenen Bağlantı Modelinin Modal Analizi, Politeknik Dergisi, 22 (4), 927–933, 2019.
• 7. Gülbahçe E., Sezgen Ç., Çakan A., Topology Design and Modal Analysis of a Bracket via FEA, Appl. Eng. Lett., 4 (3), 102–105, 2019.
• 8. Menteşe A., Demir C., Ticari Yarı Römork Tanker Aracının Gerçek Yol Sinyalleri ile Bilgisayar Ortamında Yorulma Hasarının İncelenmesi, International Journal of Advanced Natural Sciences and Engineering Researches, 9 (1), 1-12, 2025.
• 9. Mehtap H., Demir E., Gürültü Önleyici Akustik Malzemelerin Performans Düzeylerinin İncelenmesi, European Journal of Science and Technology, 18, 1-10, 2020.
• 10. Baydur İ., Bayraktar M., Effects of geometric parameters on sound absorption performance of acoustic metasurface with subwavelength thickness, Journal of The Faculty of Engineering And Archıtecture of Gazi University , 39 (3), 1417-1426, 2024.
• 11. Ghaffarivardavagh R., Nikolajczyk J., Anderson S., Zhang X., Ultraopen acoustic metamaterial silencer based on Fano-like interference, American Physical Society, 99 (024302), 1-10, 2019.
• 12. Sun M., Fang X., Mao D., Wang X., Li Y., Broadband acoustic ventilation barriers, Phys. Rev. Applied , (044028), 1-9, 2020.
• 13. Dong R., Mao D., Wang X., Li Y., Ultrabroadband acoustic ventilation barriers via hybrid-functional metasurfaces, Phys. Rev. Applied, 15 (024044), 1-18, 2021.
• 14. Xiang X., Wu X., Li X., Wu P., He H., Mu Q., Wang S., Huang Y., Wen W., Ultra-open ventilated metamaterial absorbers for soundsilencing applications in environment with free air flows, Extreme Mech. Lett., 39 (100786), 1-38, 2020.
• 15. Xiang X., Tian H., Huang Y., Wu X., Wen W., Manually tunable ventilated metamaterial absorbers, Appl. Phys. Lett., 118 (053504), 1-9, 2021.