Design and manufacturing of a new type monorail crane, moving on both horizontal and angular rails also climbing on vertical rails, by using finite element analysis

Abstract

Bu çalışma, 1505 ÜNİVERSİTE SANAYİ İŞ BİRLİĞİ TÜBİTAK projesi desteğiyle hazırlanmıştır. Bu projeye ihtiyaç duyulmasının sebebi, günümüzdeki binaların dış yüzey geometrilerinin eğrisel olması, monoray vinç sistemlerinin sadece yatay ve dikey eksenlerde değil, aynı zamanda eğrisel eksenli yönlerde de hareket edebilme kabiliyetine sahip olmasını gerektirmiştir. Böylece istenilen yükler, yatay –dikey ve eğri rayların vasıtası ile bir binanın istenilen uzaklığına ve yüksekliğine kadar taşınabilecektir. Tasarım başlangıcında, ilk olarak ray ve tekerlek arasındaki açının değişimine göre temas gerilimleri `isotropic half space metodu` ve `sonlu elemanlar metodu` ile incelenmiş olup, bu açı değeri optime edilmiştir. Bulunan optimum açı değerine gore tekerleğin analizi fem ile yapılmıştır. Rayın kesit alanı ve atalet momenti, vincin maksimum taşıyabileceği yüke göre optime edilmiş olup ray üzerinde oluşan temas gerilimlerinin hesaplanmasında Hertz Gerilim varsayımı yapılmış ve buna gore rayın analizi tamamlanmıştır. Tekerleklerin hareketini sağlayan düz dişlilerin ve sonsuz vida-karşılık dişli mekanizmasının tasarımı, hem Agma Gerilim ve Dayanım denklemlerine gore hemde sonlu elemanlar metodu kullanılarak analizleri yapılmıştır. Son olarak millerin analitik hesapları ve sonlu elemanlar metodu ile analizleri yapılmıştır.

This study has been prepared in cooperation University and Industry, 1505, with the support of TUBITAK. The reason why this project is needed, because buildings having curvilinear geometries is required to design a monorail crane moving not only on horizontal rails but also climbing on vertical and curvelinear rails. However, loads can be easily transformed or moved to a high point of a building only by means of curvilinear and vertical rails. At the beginning of design, firstly, the angle between rail and wheel has been optimized considering both isotropic half space assumption and Finite Element Method. After estimated the optimum angle between rail and wheel, the design of wheel has been examined by Finite Element Method. The section area and second moment of inertia of rails used has been optimized or designed in terms of the higher load that the monorail crane is able to remove and transform and stresses occurred on rail has been examined with the assumption of Hertz contact Stresses. Spur gears and worm – gear mechanism, driving the wheels of monorail crane, has been examined considering both AGMA Stress and Strength Equations and Finite Element Method. Lastly the shafts of monorail crane have been examined in terms of both classical mechanics and Finite Element Method. All the fem designs of monorail crane parts have been examined with Ansys.