Manyetik Volanlı Redüktörün Tasarımı, İmalatı ve Performans Analizi

Abstract

Son yıllarda, tam otonom makinelerin (kendi kendini süren araçlar veya trenler gibi) tasarlanması ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Bu gereklilikleri karşılamak amacıyla; kontrol kolaylığı, yüksek dayanıklılık ve güvenilirlik gibi özelliklere sahip akıllı mekanik sistemlerin tasarlanmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında; iki kademeli manyetik volan redüktör sistemi tasarlanıp imal edilmiştir. Tasarlanan manyetik volanlı redüktör sisteminin birinci grubu planet dişli mekanizması; ikinci gurubu ise manyetik dişli mekanizmasıdır. Bu tez çalışmasının amacı; temassız redüktör tasarımı, üretimi ve sistemin performansını değerlendirmektedir. Üretilen manyetik volanlı redüktör sisteminin ana özellikleri; arzalardan otomatik olarak kendini koruması, aktırılan gücü koruması, yüksek güvenilirlik ve esneklik sağlayabilmesidir. Planet dişli mekanizması tasarımı yapılırken; tabular yöntem kullanılmıştır. Manyetik dişli mekanizması ve manyetik alan incelemesi ise Ansys Maxwell yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ansys Maxwell yazılımı ile üç boyutlu manyetik dişli mekanizması modellenmiş ve manyetik alandan uygulanan manyetik kuvvet, tork ve güç incelenmiştir. Ayrıca tasarım aşaması sonrasında; Manyetik volanlı redüktör sisteminin üretmesi ve montaj işlemleri yapılmıştır. Üretilen Manyetik Volan Redüktör sisteminin performansı deneysel olarak incelenmiştir. Manyetik volanlı redüktör sisteminin çıkış mili manyetik dişli mekanizmasına bağlı olduğundan; sürtünme olmadan güç iletimi gerçekleşmiştir. Ansys Maxwell simülasyon analiz sonuçları ve deney sonuçları birbirleri ile karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Manyetik volanlı redüktörün çıkış milinin kuvveti, torku, gücü ve verimliliği deneysel olarak ölçülmüştür. Deney sonuçlarına göre, manyetik volanlı redüktör sisteminin giriş mili hızını 500 dev/dk den 2500 dev/dk'ya kadar başarıyla çalıştırılmıştır. Ayrıca manyetik volanlı redüktör sisteminin verimi %93 olarak bulunmuştur.

In the current century, the need for creation of fully autonomous machines (self- driving vehicles or trains) has been appeared. To meet these requirements, creation of intelligent mechanical systems compatible with these purposes in terms of easy of control, high durability and high reliability has been raised. A two-stage gear reducer with magnetic flywheel system was introduced in this research. The system is comprised of one group of mechanical gear and another group of magnetic gear. The goal of this thesis is to design, manufacture and investigate the ability of applying a magnetic gear (contactless) by employing magnetic energy to create a self-protective reductor. This type of the rducer with magnetic flywheel is capable of providing high reliability and high flexiblity in term of self-control to meet the desired objectives. Planetary gear mechanism design was performed using Tabular method in analytical calculations. The magnetic gear mechanism was determined using Ansys Maxwell for magnetic field investigation. Using Ansys Maxwell software, two-dimensional magnetic gear mechanism was modeled and the magnetic force, torque and power exerted from the magnetic field were examined. In addition, after the design stage, the production and installation works of the Magnetic Flywheel Reducer system were carried out. The performance of the produced Magnetic Flywheel Reducer system was investigated experimentally. As the output shaft of the reducer with magnetic flywheel system is connected to the magnetic gear mechanism, so that it is capable to transmits power without friction. The simulation results of Ansys Maxwell analysis and experimental results were gathered and discussed compared to each other. The reducer system output shaft's forces, torques, powers and efficiency are experimentally measured. The results show that, the system is able to work successfully within range of speed from 500 rpm to 2500 rpm with reduction ratio of 2:1 and efficiency of 93 %.