TÜBİTAK 1505 - ÜNİVERSİTE-SANAYİ İŞBİRLİĞİ DESTEK PROGRAMI

Proje No: 5180049

Proje Başlığı: TEMAS MEKANİĞİ VE OPTİMİZASYON TEKNİKLERİ KULLANILARAK YENİ VE ENERJİ ETKİN SİLİNDİRİK MAKARALI RULMAN TASARIMI VE OPTİMİZASYONU

Proje Destek Başlangıç ve Bitiş Tarihleri: 01.07.2019 - 30.06.2021

Yürütücü Kuruluş: TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi (TOBB ETÜ)

Müşteri Kuruluş: Ortadoğu Rulman Sanayi ve Tic. A.Ş. (ORS)

Proje Ekibi:

• Prof. Dr. Erdem Acar, Yürütücü, TOBB ETÜ.
• Prof. Dr. Mehmet Ali Güler, Araştırmacı, TOBB ETÜ.
• Evren Emre Üstün, Bursiyer (lisansüstü), TOBB ETÜ.
• Korhan Babacan Yılmaz, Bursiyer (lisansüstü), Hacettepe Üniv.
• Muhammed Metin Eskimez, Bursiyer (lisans, TÜBİTAK Star Programı), TOBB ETÜ.
• Ozan Müştak, Ar-Ge Merkezi Müdürü, ORS.
• Ahmet Toros, Test ve Güvenilirlik Kıdemli Mühendisi, ORS.

Proje Özeti:

Bu proje, Ortadoğu Rulman Sanayi ve Tic. A.Ş. (ORS)'nin Ar-Ge stratejisi içerisinde önemli bir yer alan "Otomotiv sektörünün daha çevre dostu ürünler üretmesinde ve emisyon değerlerinin düşürülmesinde katkıda bulunacak enerji verimli ve hafifletilmiş ürün geliştirmek" hedefi doğrultusunda geliştirilmiş olan bir projedir. ORS firmasının geniş ürün gamı içerisinde yer alan makaralı rulmanların enerji etkinliğini etkileyen en önemli etmenlerden birisi; makaralarda ve yuvarlanma yollarında bombe profili oluşturulmak suretiyle kenar gerilmelerinin azaltılması, temas basıncı dağılımının üniform hale getirilmesi ve yorulma ömrünün arttırılmasıdır. Önerilen projenin ana hedefi; yeni bir ürün gamı tasarlamak ve proje kapsamında geliştirilecek olan temas mekaniği ve optimizasyon tekniklerini firmanın mevcut ürünlerinde kullanmasını sağlamaktır. Bu kapsamda, NJ309 EP4 serisi silindirik makaralı rulmanların masuralarındaki ve yuvarlanma yollarındaki bombe profillerinin optimizasyonu ile yeni bir ürün serisi NJ309 OP tasarlanmıştır. Bu yeni ürün serisi tasarlanırken uygulanan yöntemler; rulman test aparatı geliştirilmesi, analitik ve sonlu elemanlar modeli oluşturulması, bombe profilleri optimizasyonu olmak üzere 3 temel aşamadan oluşmuştur. Proje kapsamında öncelikle, mevcut rulman tasarımının analitik ve sonlu elemanlar yöntemleriyle performansının tahmini yapılmış ve elde edilen sonuçlar projede geliştirilen test cihazlarında doğrulanmıştır. Proje kapsamında Yorulma Ömrü Test Cihazı ve Sürtünme Momenti Test Cihazı olmak üzere 2 test cihazı tasarlanıp üretilmiştir. Testler ORS tarafından gerçekleştirilmiş ve raporlanmıştır. Sonlu elemanlar modellerinin test sonuçları ile doğrulama çalışmalarının tamamlanmasının ardından, bu sonlu elemanlar modelleri kullanılarak farklı bombe profillerinin sürtünme momenti ve yorulma ömrü tahminleri yapılmıştır. Son olarak, rulmanların masuralarındaki ve yuvarlanma yollarındaki bombe profilleri optimize edilmiş ve NJ309 OP rulman serisi geliştirilmiştir. NJ309 OP serisi rulmanın performansı NJ309 EP4 serisinin performansı ile kıyaslandığında; sürtünme momentinin %29 daha düşük olduğu, buna karşın L10 yorulma ömrünün ise sadece %3 oranda azaldığı tespit edilmiştir. Test sonuçlarının istatistiksel değerlendirmesi yapıldığında ise, mevcut tasarım ile optimum tasarımın sürtünme testi sonuçları arasındaki farkın istatistiksel olarak önemli olduğu, yorulma testi sonuçları arasında ise istatistiksel olarak önemli bir farkın olmadığı değerlendirilmiştir. Proje önerisinde başarı ölçütleri olarak; NJ309 OP serisi rulmanların sürtünme momentlerinin mevcut rulmanlara (NJ309 EP4) göre %8-10 daha düşük olması ve yorulma ömründen feragat edilmemesi hedeflendiği göz önüne alındığında, projede hedeflenen değerlere fazlasıyla ulaşıldığı değerlendirilmiştir. Proje kapsamında yapılan çalışmalar sonunda katma değeri yüksek bir ürün serisi geliştirilmiştir. Böylece, başarıyla tamamlanan bu proje ile rulman sektöründe ORS firmasının yurt dışı firmalara karşı rekabet gücünün arttırılması, ülkemizin yurt dışı bağımlılığı azaltılarak döviz ikamesi sağlanması, tamamen yerli olanaklarla ve özgün bir tasarımın ülkemizde üretilmesi noktasında katkılar sağlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Enerji etkin rulman, Silindirik makaralı rulman, Temas mekaniği, Sonlu elemanlar analizi, Optimizasyon, Bombe profili.

Proje Çıktıları:

• E.E. Üstün, K.B. Yılmaz, E. Acar, M.A. Güler, "A Finite Element Based Methodology for Frictional Rolling Contact Problems," 4th International Conference on Engineering Technologies, 19-21 Kasım 2020, Konya, Türkiye.

• E.E. Üstün, "Temas Mekaniği ve Optimizasyon Yöntemleri Kullanarak Yeni ve Enerji Etkin Silindirik Makaralı Rulman Tasarımı," Yüksek Lisans Tezi, TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ağustos 2021.

• E.E. Üstün, E. Acar, M.A. Güler, A. Toros, O. Müştak, “Design Optimization of Cylindrical Bearings for Minimum Frictional Moment and Maximum Fatigue Life,” Hazırlık aşamasında.

(a) NJ 309 OP	(b) Sürtünme Momenti Test Cihazı	(c) Yorulma Ömrü Test Cihazı