DEVELOPMENT OF A SIX BAR COMPLIANT STEERING MECHANISM

Yıl 2024, Cilt: 32 Sayı: 3, 1448 - 1458

Çağıl Merve Tanık , Raşit Karakuş

https://doi.org/10.31796/ogummf.1446931

Öz

In this study, a steering system developed using a six-bar flexible mechanism is examined. The design consists of short-length flexible links and is designed as a single piece. Significant reduction in the number of parts compared to traditional systems is observed. The mechanism is designed to operate in a planar manner and is suitable for providing Ackerman geometry. In the study, the mechanism is first dimensioned for rigid mechanism synthesis and then modeled as a flexible mechanism. After the strength analysis, the results are validated by finite element analysis. A prototype is produced and theoretical results are compared with experimental data. Additionally, kinematic analyses are performed, and motion capabilities are verified. The study presents a suitable prototype model for a vehicle steering system that can be preferred in applications requiring low-cost production.

Anahtar Kelimeler

Steering System, Additive Manufacturing, Compliant Mechanisms

ALTI ÇUBUKLU BİR ESNEK MEKANİZMA KULLANILARAK ARAÇ YÖNLENDİRME SİSTEMİ GELİŞTİRİLMESİ

Öz

Bu çalışmada, altı çubuklu esnek bir mekanizma kullanılarak geliştirilen araç yönlendirme sistemi incelenmektedir. Tasarım, kısa boylu esnek mafsallardan oluşmaktadır ve tek parça olarak tasarlanmıştır. Geleneksel sistemlerle karşılaştırıldığında parça sayısında ciddi bir azalma gözlemlenmiştir. Mekanizma düzlemsel olarak tasarlanmış olup, Ackerman geometrisini sağlamak için uygun bir modeldir. Çalışmada, mekanizma öncelikle rijit mekanizma sentezi için boyutlandırılmış ve daha sonra esnek mekanizma olarak modellenmiştir. Dayanım analizi yapıldıktan sonra sonuçlar sonlu eleman analizi ile doğrulanmıştır. Prototip üretilmiş ve teorik sonuçlar deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, kinematik analizler yapılmış ve hareket kabiliyetleri doğrulanmıştır. Yapılan çalışma, düşük maliyetli üretim gerektiren uygulamalarda tercih edilebilecek bir araç yönlendirme sistemi için uygun bir prototip model sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

Direksiyon Sistemi, Eklemeli İmalat, Esnek Mekanizmalar

Kaynakça

• Becker, W., Bian, X., ve Song, B. (2003). The optimization design of the McPherson strut and steering mechanism for automobiles. Forsch. im Ingenieurwes, 60-65. doi:10.1007/s10010-003-0107-6
• Bian, X., Song, B., ve Walter, R. (2004). Bian, X.L., Song, B.A. and Walter, R., Optimization of steering linkage and double-wishbone suspension via R-W multi-body dynamic analysis. Forsch. im Ingenieurwes, 69(1), pp. 38-43, 2004. doi: 10.1007/s10010-004-0136-9. Forsch Ingenieurwes, 38-43. doi:10.1007/s10010-004-0136-9
• Cao, L., Dolovich, A., ve Zhang, W. J. (2013). On understanding of design problem formulation for compliant mechanisms through topology optimization. Mech. Sci., 357-369. doi:10.5194/ms-4-357-2013
• Collard, J., Duysinx, P., ve Fisette, P. (2010). Optimal synthesis of planar mechanisms via an extensible-link approach. Struct. Multidiscip. Optim. , 403-415.
• De-Juan, A., Sancibrian, R., ve Viadero, F. (2012). Optimal synthesis of function generation in steering linkages. Int. J. Automot. Technol., 1033-1046. doi:10.1007/s12239-012-0106-4
• FFreudenstein, F. D.-l. (tarih yok).
• Fowler, R. M., Howell, L. L., ve Magleby, S. P. (2011). Compliant space mechanisms: a new frontier for compliant mechanisms. Mech. Sci., 205-215. doi:10.5194/ms-2-205-2011
• Freudenstein, F. (1954.). Design of Four-link Mechanisms. Columbia Uni., USA, : PhD Thesis.
• Gillespie, T. (1992). Fundamentals of vehicle dynamics. Society of Automotive Engineers.
• Howell, L. L. (2002). Compliant Mechanisms. New York: John Wiley ve Sons, Inc.
• https://dukkan.3d3teknoloji.com. (2024, Ocak). Erişim adresi: https://dukkan.3d3teknoloji.com/3d3-s1-3d-yazici-pmu199
• https://placeresinas.com.br. (2024, Ocak). Erişim adresi: https://placeresinas.com.br/wp-content/uploads/2020/10/SABIC-500P.pdf
• Jazar, R. (2014). Vehicle dynamics. New York: Springer.
• Lan, C. C. (2008). Analysis of large-displacement compliant mechanisms using an incremental linearization approach. The Mechanism and Machine Theory, 641-658. doi:10.1016/j.mechmachtheory.2007.03.010
• Lobontiu, N. (2002). Compliant Mechanism Design of Flexure Hinges. Boca Raton, FL, USA: CRC Press.
• Panchanathan, L., ve Huang, S.-C. (2023). Design and Analysis of Compliant Rack and Pinion Using Compliant Contact Rolling Joint . Engineering Proceedings 38.
• Park, M., Lee, S., ve Han, W. (2015). Development of Steering Control System for Autonomous Vehicle Using Geometry-Based Path Tracking Algorithm. Etri Journal.
• Rahmani-Hanzaki, A., Rao, P., ve Saha, S. (2009). Kinematic and sensitivity analysis and optimization of planar rack-and-pinion steering linkages. Mech. Mach. Theory, 45-56. doi:10.1016/j.mechmachtheory.2008.02.014
• Reda, A., Bouzid, A. A., ve Vásárhelyi. (2020). Model Predictive Control for Automated Vehicle Steering. Acta Polytechnica Hungarica, 163-182.
• Romero, N. (2014). Sítese Estrutural e Otimização Dimensional de Mecanismos de Direção. Universidade Federal de Santa Catarina.
• Shariati, M., ve Norouzi, M. (2011). Optimal synthesis of function generator of four-bar linkages based on distribution of precision points. Meccanica, 1007-1021. doi:10.1007/s11012-010-9357-1
• Shigley, J. E., ve Uicker, J. J. (1980). Theory of Machines and Mechanisms. New York, USA: McGraw-Hill Book Co.
• Simionnescu, P., ve Beale, D. (2002). Optimum synthesis of the four-bar function generation in its symmetric embodiment: the Ackerman steering linkage. Mech. Mach. Theory, 1487-1504. doi:10.1016/S0094-114X(02)00071-X
• Uyulan, Ç., ve İpek, B. (2021). Watt Six-Bar Compliant Mechanisms Analysis Based on Kinematic and Dynamic Responses. Scientific Research Communication. doi:10.52460/src.2021.002
• Yao, J., ve Angeles, J. (2000). The kinematic synthesis of steering mechanisms. Trans. Can. Soc. Mech. Eng., 453-476. doi:10.1139/tcsme-2000-0035