İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Ahmet

175 Pages·2009·4.71 MB·Turkish

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ (cid:144) FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

MİKRO ESNEK BAĞLANTILI KUVVET ARTIMI
MEKANİZMALARININ TASARIMI VE SENTEZİ

YÜKSEK LİSANS TEZİ
Ahmet Ekrem SARI

Anabilim Dalı : Mekatronik Mühendisliği

Programı : Mekatronik Mühendisliği

HAZİRAN 2009

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ (cid:144) FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

MİKRO ESNEK BAĞLANTILI KUVVET ARTIMI

MEKANİZMALARININ TASARIMI VE SENTEZİ

YÜKSEK L İSANS TEZİ
Ahmet E krem SARI
(518051002)

Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 28 Nisan 2009

Tezin Savunulduğu Tarih : 05 Haziran 2009

Tez Danışmanı : Yrd. Doç. Dr. Ümit SÖNMEZ (İTÜ)

Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Levent GÜVENÇ (İTÜ)

Doç. Dr. Levent TRABZON (İTÜ)

HAZİRAN 2009

ÖNSÖZ
Bu çalışmada 1 ve 2 kademeli mikro kuvvet artımı mekanizmaları hem rijit olarak
hem de esnek bağlantılı olarak modellenerek hem statik kuvvetler hem de dinamik
kuvvetler uygulanarak analizi yapılmıştır. Bunun için Matlab, Simulink ve Ansys
programlarından faydalanılmıştır.
Bu tez çalışması ile mikro boyuttaki mekanizmalarla çıkış kuvvetinin arttırılabileceği
gösterilmiştir. Bunda, kullanılan esnek kirişlerin büyük önemi vardır. Beni bu
konuda çalışmaya sevk eden, bilgi ve tecrübeleri ile bana yol gösteren, yardımlarını
esirgemeyen çok değerli hocam Yrd. Doç. Dr. Ümit SÖNMEZ‘e teşekkürlerimi
sunarım. Tez çalışmam sırasında emeği geçen çok sevdiğim dostlarıma, haklarını
hiçbir zaman ödeyemeyeceğim sevgili Anneme ve Babama ve Kardeşlerime, bugüne
kadar üzerimde emeği olan tüm öğretmenlerime teşekkürü bir borç bilirim.

Haziran 2009 Ahmet Ekrem SARI

Makine Mühendisi

iii
iv
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖNSÖZ.......................................................................................................................iii
İÇİNDEKİLER..........................................................................................................v
KISALTMALAR.....................................................................................................vii
ÇİZELGE LİSTESİ..................................................................................................ix
ŞEKİL LİSTESİ........................................................................................................xi
SEMBOL LİSTESİ................................................................................................xvii
ÖZET........................................................................................................................xix
SUMMARY.............................................................................................................xxi
1. GİRİŞ......................................................................................................................1
1.1 Mekanizma Nedir?.............................................................................................1
1.2 Esnek Mekanizma Nedir?..................................................................................1
1.3 Esneklik ve Rijitlik.............................................................................................3
1.4 Esnek Mekanizmaların Avantajları....................................................................5
1.5 Esnek Mekanizmaların Dezavantajları...............................................................9
1.6 Tarihsel Geçmiş..................................................................................................9
1.7 Esnek Mekanizmalar ve Esnek Yapılar............................................................10
1.8 Terminoloji.......................................................................................................11
1.8.1 Bağlantı Çubuğu Tanımı...........................................................................11
1.8.2 Parça Tanımı.............................................................................................12
1.8.3 Parça ve Bağlantı Çubuğu Karakteristikleri..............................................12
1.9 Doğrusal Olan ve Doğrusal Olmayan Eğilmeler..............................................13
1.10 Günümüze Kadar Yapılmış Çalışmalar..........................................................14
2. 1 KADEMELİ MİKRO RİJİT KUVVET ARTIMI MEKANİZMASININ
STATİK VE DİNAMİK ANALİZİ....................................................................57
2.1 Amaç................................................................................................................57
2.2 1 Kademeli Mikro Rijit Kuvvet Artımı Mekanizmasının Statik Analizi.........57
2.2.1 Statik kuvvet denklemlerinin çıkartılması................................................57
2.2.2 Denklemlerin çözdürülmesi ve sonuçlar...................................................60
2.3 1 Kademeli Mikro Rijit Kuvvet Artımı Mekanizmasının
Dinamik Simülasyonu......................................................................................61
2.3.1 Denklemlerinin çıkartılması......................................................................61
2.3.2 Denklemlerin çözdürülmesi ve sonuçlar...................................................66
3. 2 KADEMELİ MİKRO RİJİT KUVVET ARTIMI MEKANİZMASININ
STATİK VE DİNAMİK ANALİZİ....................................................................73
3.1 Amaç................................................................................................................73
3.2 2 Kademeli Mikro Rijit Kuvvet Artımı Mekanizmasının Statik Analizi.........73
3.2.1 Statik kuvvet denklemlerinin çıkartılması................................................73
3.2.2 Denklemlerin çözülmesi ve sonuç............................................................79
3.3 2 Kademeli Mikro Rijit Kuvvet Artımı Mekanizmasının
Dinamik Simülasyonu......................................................................................82
v
3.3.1 Denklemlerin çıkartılması.........................................................................82
3.3.2 Denklemlerin çözdürülmesi ve sonuçlar...................................................91
4. 1 VE 2 KADEMELİ MİKRO ESNEK BAĞLANTILI KUVVET ARTIMI
MEKANİZMALARIYLA İLGİLİ STATİK VE DİNAMİK ANALİZLER101
4.1 Amaç...............................................................................................................101
4.2 Esnek Kollu Mekanizma................................................................................101
4.3 Doğrusal Olmayan Yapılar.............................................................................102
4.3.1 Eğrisellik çeşitleri....................................................................................102
4.3.2 Geometrik Eğrisellik...............................................................................103
4.3.3 Malzeme Eğriselliği................................................................................103
4.4 Ansys’e Giriş..................................................................................................104
4.5 ANSYS ARAYÜZÜ......................................................................................107
4.6 Çözüm Kontrol Ayarının Yapılması..............................................................109
4.7 1 Kademeli Mikro Esnek Bağlantılı Kuvvet Artımı Mekanizmasının
ANSYS ‘de Statik Analizi..............................................................................111
4.8 2 Kademeli Mikro Esnek Bağlantılı Kuvvet Artımı Mekanizmasının
ANSYS ‘de Statik Analizi..............................................................................116
4.9 1 Kademeli Mikro Esnek Bağlantılı Kuvvet Artımı Mekanizmasının
ANSYS ‘de Dinamik Analizi.........................................................................121
4.10 2 Kademeli Mikro Esnek Bağlantılı Kuvvet Artımı Mekanizmasının
ANSYS ‘de Dinamik Analizi.........................................................................125
5. SONUÇ VE ÖNERİLER...................................................................................131
KAYNAKLAR........................................................................................................133
EKLER....................................................................................................................137
ÖZGEÇMİŞ............................................................................................................151

vi
KISALTMALAR
DFA : Design for Assembly
DFNA : Design for No Assembly
PRBM : Pseudo Rigid Body Model
MEMS : Mikro Elektro Mekanik Sistemler
SEM : Scanning Electron Microscope
FEA : Finite Element Analysis
SUMMIT-V : The Sandia Ultra-planar, Multi-level MEMS Technology 5
SIMP : Stochastic Interpolation and Modelling Program
SLP : Sequential Linear Programming

MMA : Method of Moving Asymptotes
OC : Optimality Cretaria
CAD : Computer-Aided Design
PZT : Piezoceramic
FEM : Finite Element Method
INSTAR : Inertially Stabilized Rifle
PVDF : Polyvinylidene Fluoride
SOI : Silicon-on-insulator
EAP : Electroactive Polymers
SMA : Shape Memory Alloy
GA : Geometric Advantage
ME : Mechanical Efficiency
MA : Mechanical Advantage
DRIE : Deep Reactive Ion Etching
CMA : Compliant Mechanical Amplifier

vii
viii