V OTOMOT AMORT SRLER N N ETK NL K VE SNMLEME KAB L YETLER N N NCELENMES
Turgay ERG N
YKSEK L SANS TEZ MAK NA E T M
GAZ N VERS TES FEN B L MLER ENST TS
EYLL 2006 ANKARA
Turgay ERG N tarafindan hazirlanan OTOMOT V AMORT SRLER N N ETK NL K VE SNMLEME KAB L YETLER N N NCELENMES adli bu tezin Yksek Lisans tezi olarak uygun olduunu onaylarim.
Prof. Dr. Duran ALTIPARMAK Tez Yneticisi
Bu alima, jrimiz tarafindan oy birlii ile Makina Eitimi Anabilim Dalinda Yksek lisans tezi olarak kabul edilmitir.
Bakan: ye ye ye ye Tarih
: Prof. Dr. Selim ET NKAYA : Prof. Dr. Duran ALTIPARMAK : Prof. Dr. Mehmet EROLU : Do. Dr. Atilla KOCA : Do. Dr. Adnan SZEN : 12/09/2006
Bu tez, Gazi niversitesi Fen Bilimleri Enstits tez yazim kurallarina uygundur.
TEZ B LD R M Tez iindeki btn bilgilerin etik davrani ve akademik kurallar erevesinde elde edilerek sunulduunu, ayrica tez yazim kurallarina uygun olarak hazirlanan bu alimada orijinal olmayan her trl kaynaa eksiksiz atif yapildiini bildiririm.
Turgay ERG N
iv
OTOMOT V AMORT SRLER N N ETK NL K VE SNMLEME KAB L YETLER N N NCELENMES (Yksek Lisans Tezi) Turgay ERG N GAZ N VERS TES FEN B L MLER ENST TS Eyll 2006 ZET Tait sspansiyon sisteminde amortisr byk nem taimaktadir. yi bir sr konforu ve sr gvenlii iin amortisr grevini eksiksiz yapmalidir. Src beklentilerine bali olarak kullanilan amortisr eidi sr konforu ve gvenliini byk oranda etkilemektedir. Ayrica, amortisrler zaman iersinde snmleme kabiliyetlerinin bir kismini kaybetmektedirler. Bu amortisr kayiplari kullanim artlari kadar, kullanilan amortisr eidine de balidir. Farkli tip amortisrlerin yipranma oranlari farklidir. Bu alimada, farkli tip amortisrlerin snmleme kabiliyetlerini incelemek zere laboratuar tipi bir test cihazi kullanilmitir. Deneylerde hidrolik ve gazli tip teleskopik amortisrler kullanilmi ve deney sonulari Matlab / Simulink programiyla elde edilmi olan simlasyon sonulariyla karilatirilmitir. Bunun yaninda, amortisrlerin ayni kapasite ve zellikteki benzerleri eitli kilometreler yapmi taitlardan sklerek test edilmitir. Sonu olarak, btn amortisrlerin kullanimla birlikte etkinliklerinin azaldii gzlenmi fakat byk snmleme katsayili amortisrlerde kaybin daha fazla olduu sonucuna varilmitir.
Bilim Kodu Anahtar Kelimeler Sayfa Adedi Tez Yneticisi
: 708 : Sspansiyon, amortisr, snmleme, simulink, eyrek tait : 88 : Prof. Dr. Duran ALTIPARMAK
v
AN INVESTIGATION OF EFFECTIVENESS AND DAMPING CAPABILITIES OF AUTOMOTIVE SHOCK ABSORBERS (M.Sc. Thesis) Turgay ERG N GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Eyll 2006 ABSTRACT The shock absorber plays a very important role in a vehicle suspension system. The shock absorber must do its function perfectly for a good driving comfort and driving safety. According to driver expectations, the shock absorber type used effects driving comfort and safety too much. Also, the shock absorbers lose a part of their damping capability in the course of time. These losses of the shock absorbers depend on shock absorber type used, too as well as conditions of use. The ratios of fraying of different type shock absorbers are different. In this study, a laboratory type test device was used for examining the damping capabilities of the different shock absorbers. In experiments hydraulic and gas filled telescopic shock absorbers were used and the results of the experiment were compared to the results of the simulation obtained in Matlab/Simulink. As well, shock absorbers with the same capacity and characteristic that were used previously were removed from vehicles of different mileage and were tested. As a result, it was seen that the effectiveness of all of the shock absorber types was reduced along usage, but it was concluded that the damping loss of the shock absorbers with high damping coefficient was much more. Science Code : 708 Key Words : Suspension, shock absorber, damping, simulink, quarter car Page Number : 88 Adviser : Prof. Dr. Duran ALTIPARMAK
vi
TEEKKR alimalarim boyunca deerli yardim ve katkilarini benden esirgemeyen ve beni ynlendiren Hocam Prof. Dr. Duran ALTIPARMAK' a ve manevi destekleriyle beni hibir zaman yalniz birakmayan ok deerli eim Derya ERG N' e ve aileme teekkr bir bor bilirim.
vii
NDEK LER Sayfa ZET.......................................................................................................................... iv ABSTRACT................................................................................................................ v TEEKKR............................................................................................................... vi NDEK LER.......................................................................................................... vii ZELGELER N L STES ........................................................................................ ix EK LLER N L STES ............................................................................................... x RES MLER N L STES ........................................................................................... xiv S MGELER VE KISALTMALAR............................................................................ xv 1. G R ...................................................................................................................... 1 2. SSPANS YON S STEM N N GENEL YAPISI ................................................. 5 2.1. Sspansiyon Sisteminin Temel Elemanlari ..................................................... 6 2.1.1. Yaylar .................................................................................................... 6 2.1.2. Amortisrler (Snmleyiciler) ............................................................. 15 2.1.3. Amortisrlerin fiziksel zellikleri ........................................................ 24 2.2. Aktif Sspansiyon Sistemleri ......................................................................... 25 2.2.1. Yay ve snm kontrol ........................................................................ 27 2.2.2. Aktif sspansiyon sisteminin sahip olduu donanimlar ...................... 28 3. TEMEL T TRE M DENKLEMLER ................................................................ 32 3.1. Bir Serbestlik Dereceli Viskoz Snml Serbest Titreimli Sistemler ......... 32 3.2. Bir Serbestlik Dereceli Viskoz Snml Zorlanmi Titreimli Sistemler ..... 37 3.3. ki Serbestlik Dereceli Viskoz Snml Zorlanmi Titreimli Sistemler.......38 4. AMORT SR KARAKTER ST KLER VE TEST YNTEMLER ................. 43
viii
Sayfa 4.1. Amortisrlerin Snmleme Karakteristikleri ................................................ 43 4.2. Amortisr Test Yntemleri ............................................................................ 47 5. MATERYAL VE METOT ............................................................... 51 5.1. Materyal ............................................................................... 51 5.1.1. Amortisr test cihazi .......................................................... 51 5.1.2. Kullanilan amortisrler ....................................................... 52 5.2. Deneysel Verilerin Elde Edilmesi .................................................. 53 5.3. Simlasyon .................................................................................................... 66 6. SONU VE NER LER .................................................................. 81 KAYNAKLAR ......................................................................................................... 83 EKLER ..................................................................................................................... 85 EK-1 Hareket denklemlerinin blok diyagram zerinde gsterilmesi........................ 86 ZGEM .............................................................................................................. 88
ix
ZELGELER N L STES izelge Sayfa
izelge 2.1. 0,3 m/s piston hizinda ailma snmleme kuvveti deerleri ............... 25 izelge 2.2. 0,3 m/s piston hizinda kapanma snmleme kuvveti deerleri ........... 25 izelge 3.1. Snmleme oranina gre maksimum iletim orani deerleri.............. 39 izelge 5.1. Kullanilan amortisrlerin adlandirilmasi .............................................. 52 izelge 5.2. Sistem parametreleri (Tekerlek snmsz) ...........................................67 izelge 5.3. Sistem parametreleri (Tekerlek snml) .............................................74
x
EK LLER N L STES ekil Sayfa
ekil 2.1. Tait titreim eksenleri................................................................... 5 ekil 2.2. Yay etkisi.............................................................................. 7 ekil 2.3. Yaprak yay........................................................................... 8 ekil 2.4. Helisel yay........................................................................... 8 ekil 2.5. Yay karakteristikleri............................................................... 10 ekil 2.6. Burulma ubuu................................................................... 11 ekil 2.7. Lastik yayli sspansiyon......................................................... 11 ekil 2.8. Hidrolastik yay elemani.......................................................... 12 ekil 2.9. Hidrolastik yay sivisinin hareketi............................................... 13 ekil 2.10. Pnmatik yay..................................................................... 14 ekil 2.11. Hidropnmatik yay.............................................................. 14 ekil 2.12. Sspansiyonlu ve sspansiyonsuz aralar arasindaki fark................. 15 ekil 2.13. Amortisrl ve amortisrsz aralarda gvde ile akslarda oluan titreimler................................................................. 16 ekil 2.14. ift borulu Mc Pherson tipi hidrolik amortisr.............................. 18 ekil 2.15. ift borulu teleskopik amortisrde ama kapama hareketi................ 19 ekil 2.16. ift borulu teleskopik amortisrde hidroliin valflerden akii............ 19 ekil 2.17. Tek borulu amortisrn yapisi.................................................. 20 ekil 2.18. arpma diskli ve ayirici pistonlu tek borulu amortisrler.................. 21 ekil. 2.19. Kanatli tip hidrolik amortisr................................................. 22 ekil 2.20. Dnel kanatli tip hidrolik amortisr.......................................... 22
xi
ekil
Sayfa
ekil 2.21. Tek etkili manivelali tip hidrolik amortisr.................................. 23 ekil 2.22. ift etkili manivelali tip hidrolik amortisr.................................. 23 ekil 2.23. Amortisr boyutlari ................................................................................ 24 ekil 2.24. Aktif sspansiyon sisteminin konfor ve emniyet aisindan avantaji...... 27 ekil 2.25. Hidropnmatik seviye kontrol sisteminin arataki uygulamasi............ 28 ekil 2.26. Aktif sspansiyon sisteminin tait zerindeki uygulamasi................. 31 ekil 3.1. Viskoz snml bir serbestlik dereceli serbest titreimli sistem.............. 33 ekil 3.2 eitli snm oranlari iin viskoz snml sistemin salinim ekilleri..... 35 ekil 3.3. Ktlenin yer deiimi pik deerleri............................................. 37 ekil 3.4. Viskoz snml bir serbestlik dereceli zorlanmi titreimli sistem ......... 38 ekil 3.5. Viskoz snml iki serbestlik dereceli zorlanmi titreimli sistem ...........39 ekil 3.6. Farkli snmleme oranlarinda frekans oranina gre iletim oraninin deiimi...................................................................... 40 ekil 3.7. Snmleme oranlarina gre maksimum iletim orani deerleri............. 41 ekil 4.1. eitli ekillerdeki snmleyici valfler........................................ 43 ekil 4.2. Farkli ekillerdeki snmleme erileri........................................... 44 ekil 4.3. eitli snm kademeleri iin ktle-yay-amortisr sisteminin geici cevaplari.................................................................... 45 ekil 4.4. Klasik ve dizisel amortisrlerin engel amadaki davranilari................ 45 ekil 4.5. eyrek tait modeli............................................................... 48 ekil 4.6. Ktle-yay-amortisr sisteminde ayri snmleme olayi.................. 49 ekil 5.1. A1 amortisrnn salinim erileri ....................................................... 54 ekil 5.2. A2 amortisrnn salinim erileri............................................................. 54 ekil 5.3. A3 amortisrnn salinim erileri ................................................... 55
xii
ekil
Sayfa
ekil 5.4. E1 amortisrnn salinim erileri .......................................................... 55 ekil 5.5. E2 amortisrnn salinim erileri....................................................... 56 ekil 5.6. B1 amortisrnn salinim erileri............................................................ 57 ekil 5.7. B2 amortisrnn salinim erileri ........................................................ 57 ekil 5.8. B3 amortisrnn salinim erileri............................................................. 58 ekil 5.9. F1 amortisrnn salinim erileri............................................................ 58 ekil 5.10. F2 amortisrnn salinim erileri.......................................................... 59 ekil 5.11. C1 amortisrnn salinim erileri.......................................................... 60 ekil 5.12. C2 amortisrnn salinim erileri.......................................................... 60 ekil 5.13. C3 amortisrnn salinim erileri.......................................................... 61 ekil 5.14. G1 amortisrnn salinim erileri.......................................................... 61 ekil 5.15. G2 amortisrnn salinim erileri.......................................................... 62 ekil 5.16. D1 amortisrnn salinim erileri.......................................................... 63 ekil 5.17. D2 amortisrnn salinim erileri.......................................................... 63 ekil 5.18. D3 amortisrnn salinim erileri.......................................................... 64 ekil 5.19. H1 amortisrnn salinim erileri.......................................................... 64 ekil 5.20. H2 amortisrnn salinim erileri.......................................................... 65 ekil 5.21. Sspansiyon yayinin salinim erileri...................................................... 66 ekil 5.22. Sistemin tekerlek snmsz Simulink blok diyagrami.......................... 68 ekil 5.23. Giri deerinin zamana bali fonksiyonu............................................... 69 ekil 5.24. A grubu amortisrn tekerlek snmsz gvde salinimi erisi............. 69 ekil 5.25. A grubu amortisrn tekerlek snmsz aks salinimi erisi.................. 70 ekil 5.26. B grubu amortisrn tekerlek snmsz gvde salinimi erisi............... 70
xiii
ekil
Sayfa
ekil 5.27. B grubu amortisrn tekerlek snmsz aks salinimi erisi................... 71 ekil 5.28. C grubu amortisrn tekerlek snmsz gvde salinimi erisi............... 71 ekil 5.29. C grubu amortisrn tekerlek snmsz aks salinimi erisi................... 72 ekil 5.30. D grubu amortisrn tekerlek snmsz gvde salinimi erisi.............. 72 ekil 5.31. D grubu amortisrn tekerlek snmsz aks salinimi erisi................... 73 ekil 5.32. Sistemin tekerlek snml Simulink blok diyagrami.............................. 75 ekil 5.33. A grubu amortisrn tekerlek snml gvde salinimi erisi................. 76 ekil 5.34. A grubu amortisrn tekerlek snml aks salinimi erisi..................... 76 ekil 5.35. B grubu amortisrn tekerlek snml gvde salinimi erisi................. 77 ekil 5.36. B grubu amortisrn tekerlek snml aks salinimi erisi..................... 78 ekil 5.37. C grubu amortisrn tekerlek snml gvde salinimi erisi................. 78 ekil 5.38. C grubu amortisrn tekerlek snml aks salinimi erisi..................... 79 ekil 5.39. D grubu amortisrn tekerlek snml gvde salinimi erisi................. 80 ekil 5.40. D grubu amortisrn tekerlek snml aks salinimi erisi..................... 80
xiv
RES MLER N L STES Resim Sayfa
Resim 2.1. Sspansiyon sisteminin kisimlari ............................................................. 6 Resim 2.2. Aktif ve pasif sspansiyonlarin viraj kabiliyetlerinin karilatirilmasi .. 26 Resim 5.1. Amortisr test cihazi............................................................ 51 Resim 5.2. Deneylerde kullanilan amortisrler............................................. 53
xv
S MGELER VE KISALTMALAR Bu alimada kullanilmi bazi simgeler ve kisaltmalar, aiklamalari ile birlikte aaida sunulmutur. Simgeler ax A, B, C c ct ckr D, D1, D2 Fd Fx fd fn fr k kt m mt r t t1, t2 Tmax Ts d vd d n Aiklama Dey dzlemdeki ivme, m/s2 Denklem sabitleri Snmleme katsayisi, Ns/m Tekerlek snm katsayisi, Ns/m Kritik snmleme katsayisi, Ns/m Denklem sabitleri Snmleme kuvveti, N Ktleye etkiyen kuvvet, N Snml doal frekans, Hz Doal frekans, Hz Aksin doal frekansi, Hz Yay katsayisi, N/m Tekerlein yay katsayisi, N/m Tait ktlesi (yaylanan ktle), kg Sspansiyon ktlesi (yaylanmayan ktle), kg Frekans orani, (fr/fn) Logaritmik azalma Zaman, s 1 ve 2 noktasindaki zamanlar, s Maksimum iletim orani letim orani Snml periyot, s Snmleme hizi, m/s Snml doal aisal frekans, rad/s Doal aisal frekans, rad/s
xvi
Simgeler
Aiklama Aksin doal aisal frekansi, rad/s Amortisrn yer deitirmesi, m Amortisrn dorusal hizi, m/s Amortisrn dorusal ivmesi, m/s2
r x
xo x1, x2 xr
Giri genlii, m 1 ve 2 noktasinda maksimum yer deitirme, m Aksin yer deitirmesi, m Aksin dorusal hizi, m/s Denklem sabitleri Faz aisi, rad Snmleme orani
, 1, 2
Kisaltmalar ABC ABD TSE LVDT
Aiklama Aktif Tait Gvdesi Kontrol Amerika Birleik Devletleri Trk Standartlari Enstits Lineer Deikenli Yer deiimi Sensr
1
1. G R Amortisrler, sspansiyon sistemi iersinde ou kez nemsiz bir paraymi gibi dnlmektedir. Oysa ki bata fren ve direksiyon sistemi olmak zere tait zerindeki birok sistemi dorudan ya da dolayli olarak etkilemektedir. Taitta gvenli ve konforlu bir srn temini iin amortisrlerin grevlerini tam bir ekilde yerine getirmeleri gerekmektedir. Fakat ayni derecede konfor ve gvenliin st dzeyde salanmasi olduka gtr. Bir asira yakin bir sredir geliimini srdren amortisrlerden beklenenler hala tam manasiyla elde edilememitir. nk konfor ve gvenlii maksimum dzeyde salamada yetersizlikler mevcuttur. Amortisrlerin geliim srecine bakildiinda, 1910 yilina kadar hemen hemen hi kullanilmadii grlmektedir. 1910 ile 1925 yillari arasinda ounlukla kuru srtnmeli amortisrler kullanilmitir. 20. yzyilin balarinda iten yanmali motorlarla tahrik edilen taitlarin yayginlamasiyla amortisrler de byk bir geliim iersine girmitir. 1980'lere kadar nce sabit boalma kuvveti, sonra orantili bir karakteristik ve ardindan ayarlanabilir amortisrler kullanilmitir. 1980-1985 yillari arasinda aktif sspansiyona dair ilk adimlar atilmaya balanmi, fakat yksek maliyet sebebiyle az sayida uygulama alani bulabilmitir. 1985'ten sonra, hizli ve otomatik ayarlanan amortisrlerin kullanildii aktif sspansiyonun faydalarinin anlailmasiyla, amortisr tekrar ilgi ekici ve gelien bir para haline gelmitir. Duman (1994) alimasinda hidrolik teleskopik amortisrlerin sspansiyon sistemine uygunluu zerinde durmu ve yol-tait ilikisini incelemitir [1]. Ayrica hidrolik teleskopik amortisrleri test etmede kullanmak zere bir test cihazi imal etmitir. Aratirmasinin sonucunda, alima sresinin artmasiyla amortisr yainin isindiini ve ya viskozitesi bozulduundan amortisr direncinin azaldiini belirtmitir. Ayrica eki kuvvetlerinin belirli bir devirden sonra dtn ve test cihazinin amortisr karakteristik erilerini elde etmede kullanilabilir olduunu gstermitir.
2
Nozaki ve Inagaki (1999) sspansiyon yaylarini ve amortisrleri taittan skmeden tait zerinde tehis edebilen bir cihaz gelitirmilerdir [2]. Bu cihaz sayesinde snmleme kuvvetini ve yay sabitini ayri ayri deerlendirmiler ve tutarli sonular elde etmilerdir. Bu durumda yay iin uygun amortisr semenin daha kolay olacai ifade edilmitir. Park ve ark. (1999) bir ER1 (Elektrorheological) amortisr tasarlayip zerinde alimalar yapmilardir [3]. Tasarladiklari amortisr zerinden ltkleri snmleme kuvvetlerini eitli sicakliklarda Bingham Modeli'nden elde ettikleri snmleme kuvvetleriyle karilatirmilardir. Ayrica ER amortisrn 500 000 evrimin zerinde srekli alitirmilar ve alima sicaklii ile snmleme kuvvetlerinin deiimlerini izlemilerdir. Son olarak, elektrik alaninin varliinda aki kesilme gerilmesi artii yznden snmleme kuvvetlerinin de arttiini ortaya koymulardir. Liu ve Zhang (2002) ise yaptiklari ift borulu hidrolik amortisr prototipinin dinamik davranilarini bilgisayar simlasyonu ve gerek testlerle incelemilerdir [4]. Simlasyon ve test sonulari arasindaki karilatirmadan, hysteretic snmleme zellikli sz konusu prototip parali ift dorusal zellikliye gre tezgah testiyle daha tutarli ve uygun sonular vermitir. Yani ift dorusal modelin tam tait davraniini anlamada olduka yetersiz olduu gsterilmitir. Uar (2001) alimasinda bir matematiksel model oluturarak sspansiyon sistemi elemanlarinin tait titreimleri zerindeki etkisini incelemitir [5]. Sonuta tait seyir hizinin, sspansiyon yay sertlii ve snm katsayisinin, lastik yay sertliinin, yol przll spektrum younluu ve yol dalgalilik faktrnn, src koltuunun yay sertlii ve snm oraninin ve son olarak tait ktlesinin seyir emniyeti ve konforu zerinde ne derece etkili olduunu ortaya koymutur. Ramos ve ark. (2004) aratirmalarinda ift borulu otomotiv amortisrnn isil performansini belirlemek amaciyla bir model gelitirmilerdir [6]. alima esnasinda
1
ER: Elektriksel zellikli sivi
3
amortisrn eitli kisimlarinin ayri ayri sicakliklarini gzlemlemiler, her bir amortisr kismi iin enerjinin korunumu eitliini uygulamilar ve sicaklik deiimlerini elde etmek iin bu eitlikleri zmlerdir. Deneyde llen sicakliklar modelden elde edilen sicakliklarla karilatirilmitir. Sonuta uygulanan isil model baarili olmu ve yakin gelecekte gerek yol uyarilari iin bir isil modelin amalanabilecei ortaya koyulmutur. Lee ve Moon (2004) alimalarinda amortisr performansini analiz etmede yeni bir dinamik matematik model kullanmilardir [7]. DSSA1 (displacement-sensitive shock absorber) modeli olarak isimlendirdikleri bu modeli amortisrn sert ve yumuak snmleme kuvveti modlari iin eyrek tait modeli zerinde kullanmilardir. nerdikleri amortisr modelinin etkinliini gstermek iin snmleme zelliklerinin analiz sonularini deneysel sonularla karilatirmilar ve benzer sonular elde etmilerdir. Ayrica snmleme kuvvetinin yoldan gelen uyarilara gre hesaplanabildiini ve DSSA modelinin analiz sonularina gre sr konforunu arttirdiini ileri srmlerdir. Pranoto ve Nagaya (2005) ise ani darbelerde rnein ambulansta yatan hastayi korumak iin iki serbestlik dereceli tip ve dnel tip olmak zere iki eit amortisr gelitirmiler ve amortisrlerin her ikisine de MRF2 (magnetic rheological fluid) sivisi doldurmulardir [8]. Amortisrn elektrik alani olmadiinda klasik pasif amortisrler gibi alimakta olduunu ve elektrik alaninin varliinda ise snmlemeyi arttiracak ek diren kuvveti oluturduunu belirtmilerdir. Elde edilen deney sonulari teorik hesaplamalarla karilatirilmi ve sonular amortisrn darbeyi nemli lde azalttiini gstermitir. Ayrica dnel tip amortisrn iki serbestlik dereceli tipe gre daha verimli sonular verdii ileri srlmtr. Gnmzde halen yaygin olarak kullanilan amortisr eitleri hidrolik ve gazli tip teleskopik amortisrlerdir. Bazi taitlarda hidrolik amortisrler kullanilirken bazilarinda gazli tipler tercih edilmektedir. Ayrica kullanilan amortisr tipinin
1 2
DSSA: Yer deiimi hassasiyetli amortisr MRF: Manyetik zellikli sivi
4
kullanimla birlikte etkinliini ne derecede koruduu ya da snm kabiliyetinde bir dn olup olmadii, amortisrn grevini yerine getirebilmesi aisindan olduka nemlidir. Yapilan alimalara bakildiinda, gnmzde yaygin bir ekilde kullanilan bu iki tip amortisrn etkinlik ve snm kabiliyetleri aisindan bir karilatirilmasi halen yapilmi deildir. Yapilan alimalar daha ok isi ve sicakliin snmleme kabiliyeti zerindeki etkilerine ya da farkli tip sivilarin snmleme zelliklerine yneliktir. Amortisr tercihinde, kullanilacak amortisrn sr konforu ya da gvenliini salamada dier tip amortisrlere gre avantaj veya dezavantaji olup olmadiinin bilinmesinde byk fayda vardir. Aksi halde taitta istenilen zellikte bir sr salanamayacaktir. olacaktir. Bu alimada farkli tipteki amortisrler etkinlik ve snmleme kabiliyetleri aisindan karilatirilmi ve hangisinin daha avantajli olduu ortaya koyulmutur. Ayrica sr konforu ve gvenlii bakimindan hangi tip amortisrlerin daha stn olduuna karar verilmitir. Kullanimla birlikte amortisrlerin snm kabiliyetlerindeki azalmalara bakilmi ve bu kayiplarin hangi tip amortisrlerde daha fazla olduu belirlenmitir. Yapilan alimayla amortisrlerdeki yipranmanin boyutlari ve farkli tipler arasindaki karakteristiksel farklar ortaya koyulmutur. Bylece taitta istenilen zelliklere gre amortisr tercihi yapmak daha kolay ve verimli olacaktir. Ayrica normal artlarda hangi tip amortisrlerin yol yipranmasina kari daha direnli olduunu bilmek yine amortisr tercihinde etkili
5
2. SSPANS YON S STEM N N GENEL YAPISI Sspansiyon sistemi, ncelikle tait gvdesini taiyan, yol ile tait gvdesi arasindaki tm kuvvetleri ileten ve sr konforu ve gvenliini salayan sistemdir. Tait zerinde, eksen etrafinda ve bu eksenler dorultusunda titreimler meydana gelebilmektedir. Tait titreim eksenleri ve dorultulari ekil 2.1'de gsterilmitir. Taitlar seyir halinde iken esas olarak yol przllnden gelen uyarilarla titreim yaparlar. Bunun diinda dnen makine paralarinin dengesizliinden ve lastiklerin balanssizliindan da taitta titreim meydana gelmektedir. Tekerlekler, dikey yol uyarilarinin haricinde tekerlek aski sistemlerine bali olarak kamber aisi uyarilarina da maruz kalirlar ve yanal kuvvetler dourabilirler. Taitta meydana gelen titreimler kuvvet salinimlari meydana getirmektedir. Tekerlekte oluan kuvvet salinimlari tekerleklerin yol ile temasini etkilemekte; bu temasin az olmasi seyir emniyetini drrken, artmasi da yol yipranmasini oaltmaktadir. Taitta oluan dier kuvvet salinimlari ise tait elemanlarinin mukavemetine etki ederek mrlerini kisaltmaktadir. Sspansiyon sistemi, titreimlerin dourduu gvde gerilimlerini, ivmelerini, tekerlek yk salinimlarini ve src rahatsizliini minimuma drrken taitin seyir emniyetini maksimum seviyede tutmalidir.
ekil 2.1. Tait titreim eksenleri
6
2.1. Sspansiyon Sisteminin Temel Elemanlari Gnmz taitlarinda halen yaygin olarak kullanilmakta olan, sabit katsayili yay ve snm elemanlarinin kullanildii sistemler pasif (konvensiyonel) sspansiyon sistemleridir. Bunun yaninda aktif sspansiyonu oluturan deiken katsayili kontrol edilebilir yay ve snm elemanlarinin kullanimi da gn getike yayginlamaktadir. Konvensiyonel sistemler genel olarak; tekerlek, tekerlei tait gvdesine balayan kollar ile yay ve snm elemanlarindan olumaktadir. Resim 2.1'de pasif sspansiyon sisteminin temel kisimlari grlmektedir.
Resim 2.1. Sspansiyon sisteminin kisimlari 2.1.1. Yaylar Yol przllnden doan enerji ok kisa bir zaman iersinde yaya iletilir ve yay sikimak suretiyle bu enerjiyi zerine alir. Daha sonra yava bir salinim hareketi ile enerjiyi tekrar geri birakir. Aracin yk, yaylari basmaya aliirken yoldaki tmsekler bu basilma hareketini daha da fazlalatirir.
7
Yaylar, yoldan gelen arpma enerjisini yumuak titreimlere dntrerek seyir konforu salamaktadirlar. Bunun yaninda tait gvdesindeki titreimler de en aza indirgenmi olmaktadir. ekil 2.2'de yaylarin bu etkisi grlmektedir. ekil 2.2.a'da bulunan tait gvdesindeki gerilim ekil 2.2.b'de oluan gerilimden daha byktr.
ekil 2.2. Yay etkisi Genellikle kullanilan yay tipleri; 1. elik yaylar ( Yaprak, helisel ve burulma ubuu) 2. Lastik yaylar 3. Pnmatik yaylar olmak zere gruptur. elik yaylar, yaprak, helisel ve burulma ubuu tipinde olabilir. Yaprak yaylar, genellikle ucuz maliyetli ve dingillere kolay balanabilir olduundan air taitlarin arka sspansiyonlari iin kullanilmaktadir. Tek veya ok yaprakli olarak kullanilabilmektedir. Tek yaprakli yay, orta kisimlarda kalin ve ulara doru ise incelen bir yapiya sahiptir. Bunun nedeni maksimum gerilmenin merkezde olmasidir. Her yeri eit kalinlikta yapilan tek yaprakli bir yay zayif kabul edilmektedir. Yaprak yaylar arasindaki srtnme katsayisinin dk olmasi istenmektedir. Bu nedenle yaprak yayin ularina kayici lastikler yerletirilmitir. ekil 2.3'te tipik bir yaprak yay grlmektedir.
8
ekil 2.3. Yaprak yay [9] Helisel yaylar, hem tait n sspansiyonunda hem de arka sspansiyonunda kullanilmaktadir. Helisel yaylar, zel yay eliklerinden, isil ilem altinda bklp sarimlar haline getirilerek yapilirlar. nemli avantajlari; tek para halinde yapilip hareket eden paralarinin olmayii ve ok iyi yk taima zelliklerinin olmasidir [10]. Helisel yaylarda genellikle yayin bir ucu asi erevesine dier ucu ise aksa ya da aski tertibatina balanir. Yol uyarilarinin helisel yay araciliiyla taita aktarilmasini engellemek iin kauuk takoz ve pabular kullanilir. ekil 2.4'te helisel bir yay ve balantilari grlmektedir.
ekil 2.4. Helisel yay [1]
9
Helisel yay aslinda bir burulma ubuu gibidir. nk burulma ubuu gibi bklerek grevini yerine getirir. Bklme kuvvetinin kuvvet kolu, yayin kendi yariapidir. Bir helisel yay yklendiinde, yay boyu deiimi, dnme ve bklme meydana gelir. Bklme, yayin en alt ve en st sarimlari hari dier tm sarimlarda eittir. Yay kuvvetinin yay yoluna bali olarak deiimi grafik olarak gsterilirse, yay karakteristii elde edilmi olur. Yaylar eitli karakteristiklerde yapilmi olabilir. nce elik ubuun byk apta sarilmasiyla meydana gelen karakteristie az eimli dorusal karakteristik denir (ekil 2.5'te 1 no'lu eri). Taitta titreim az, fakat iddetli bir yaylanma sz konusu olur. Yklenmi tait ile yklenmemi tait arasinda byk seviye farki vardir. Tait, virajlarda tekerlek zemin ilikisi kt olduundan olumsuz ynde etkilenir. Kalin elik ubuun kk apta sarilmasiyla meydana gelen karakteristie dik ykselen dorusal karakteristik denir (ekil 2.5'te 2 no'lu eri). Taitin seyir emniyeti artar. ok kk yol uyarilari dahi taita aktarildiindan seyir konforu ktdr. Yaylara zel ekil verilmesiyle (farkli sarim ve tel api) meydana gelen karakteristie bkml gelitirilmi karakteristik denir (ekil 2.5'te 3 no'lu eri). Bkml gelitirilmi karakteristikli bir yay, yumuak ve sert yaylarin kombinasyonu eklinde aliir. ncelikle yumuak bir yay konumu alinarak kk yol uyarilari iyi bir ekilde algilanir. Yol uyarilarinin artmasi sonucu yklenme ile birlikte yay sertleir. Bylece nce seyir konforu salanip daha sonrasinda da seyir emniyeti salanmi olur. Belirli bir ykleme esnasinda etkili olan yay elemanlarinin bir arada (yay paketi) kullanilmasi ile elde edilen karakteristie kademeli gelitirilmi karakteristik denir (ekil 2.5'te 4 no'lu eri). Bkml gelitirilmi yay karakteristii ile ayni zellikleri gsterir.
10
1. Dorusal yumuak karakteristik 2. Dorusal sert karakteristik 3. Dorusal olmayan karakteristik 4. Kademeli dorusal karakteristik
ekil 2.5. Yay karakteristikleri Burulma ubuu uzun bir elik ubuktur. Aralarin n aski sistemlerinde iki adet burulma ubuu mevcuttur. ubuun bir ucu hareketsiz bir yere balanir, dier ucu ise dnebilecek serbestliktedir. Burulma ubuklarinin bir ucu, nde alt salincak kollarina tesbit edilirken dier ucu ise asinin apraz kollarindan birine balanmaktadir. Aracin n kismindan balayan salinim hareketi alt salincak kollari zerinden burulma ubuunu burmaya aliir. ubuun burulmaya kari gsterdii diren bir yay etkisi gsterir ve salinim yumuatilmi olur. Aracin airlii ubuklarin zerinde bir balangi sikimasi oluturmu durumdadir. Burulma ubuunun arka balantisi ayarlanabilecek ekilde yapilmitir. Bu sayede burulma ubuunun direnci ve tait seviyesi ayarlanabilmektedir. ekil 2.6'da burulma ubuu ve balanii grlmektedir. Burulma ubuklari artik gnmzde fazla kullanilmamakta, daha ok helisel yaylar kullanilmaktadir.
11
ekil 2.6. Burulma ubuu Dier bir yay tipi de lastik yaydir. Lastik yaylarin airlik taima kapasiteleri olduka fazladir. Ayrica dier yaylara gre birim ktle baina daha fazla enerji depolayabilmektedirler. Bir ok sspansiyon tasariminda airi salinimlari engellemek zere geni bir lastik yay kullanilmaktadir. ekil 2.7'de kk taitlarda kullanilan bir lastik yay grlmektedir. Lastik yay ekilde de grld gibi sspansiyon st balanti kolu ile asi arasinda konumlandirilmitir.
ekil 2.7. Lastik yayli sspansiyon
12
Lastik yaylarda bir i enerji kaybi sz konusudur. Bu bir avantaj sayilabilir. nk kullanilacak amortisrlere daha az grev decektir. Lastik yaylarin gelimi bir modeli de hidrolastik yaylardir. ekil 2.8'de hidrolastik yayin yapisi grlmektedir. Temel olarak; bir lastik yay, metal ayirici eleman tutacai, iki adet yavalatma supabi, ayirici lastik diyafram, piston ve metal bir gvdeden olumutur.
ekil 2.8. Hidrolastik yay elemani [11] Hidrolastik yay sspansiyon st balanti kolu ile asi arasina yerletirilmitir. Hidrolastikler arasinda, sa n ve arka ile sol n ve arka olmak zere iki adet balanti borusu mevcuttur. Sistemin havasi alindiktan sonra zel bir sivi ile ( su + alkol + anti-korozyon maddesi) basinli hale getirilmitir. Tait tmseklerden geerken sivinin hareketi ekil 2.9'da gsterilmitir. Tait viraja girdiinde ise sivi yer deitirmez. Di taraftaki sspansiyonlarin basinci artar. Bylece seyir emniyeti salanmi olur.
13
ekil 2.9. Hidrolastik yay sivisinin hareketi Pnmatik yayli sspansiyonlar zellikle ABD'de yaygin olarak kullanilmaktadir. Pnmatik yay aslinda glendirilmi bir lastik krkten ibarettir. Yay asi zerine monte edilmi bir hava tanki ile dingil arasinda konumlandirilmitir. Yaya gnderilecek olan hava seviye supabi tarafindan belirlenmektedir. Basinli hava, bir kompresr tarafindan salanmakta ve nce bir hazneye basilip hazneden de seviye supabina gnderilmektedir. Kompresrn saladii havanin basinci 550-700 kPa arasindadir. Herhangi bir sebeple asiye bir yk uygulandiinda seviye supabi ailacak ve yaya basinli hava gnderilmi olacaktir. Tait seviyesi tekrar eski konumuna ykseleceinden seviye supabi kapanacaktir. ekil 2.10'da air taitlarda kullanilan bir pnmatik yayin ematik ekli grlmektedir. Bu tip yaylarin nemli avantajlari; titreim frekansinin sabit olmasi, deiken yay oraninin olmasi ve toplu halk aralarinda tait yksekliinin sabit tutulabilmesidir.
14
ekil 2.10. Pnmatik yay Bir dier pnmatik yay uygulamasi da hidropnmatik yaydir. Hidropnmatik yayin pnmatik yaydan tek farki, tekerlek tarafindan tainan yke bakilmaksizin sabit kalan bir gaz ktlesinin bulunmasidir. Tekerlek zerine gelen yk arttii zaman gazin hacmi kleceinden yayin gerginlii artmi olacaktir. Kuvvet, sspansiyon pistonundan kapali kaptaki gaza sivi tarafindan iletilir. Gaz olarak azot gazi kullanilmaktadir. ekil 2.11'de hidropnmatik yayin yapisi grlmektedir. Tekerlein tmsek hareketinde sspansiyon pistonu diyaframa etkiyerek siviyi sikitirir. Eer basin dier tarafla ayni ise sivi yavalatici supap zerine akacaktir.
ekil 2.11. Hidropnmatik yay [11]
15
2.1.2. Amortisrler (Snmleyiciler) Bir kez tahrik edilen snmsz titreim sonsuza kadar srp gitme eilimindedir. Taitta bu tip salinimlarin engellenmesi gerekmektedir. Yol przllnden dolayi oluan asili gvde rahatsizliklarinin minimum dzeyde tutulup seyir emniyeti ve konforunun salanmasi amaciyla tait sspansiyon sisteminde amortisrlere ihtiya duyulmaktadir. Tm sspansiyon sistemlerinde her bir tekerlek iin bir snmleyici
kullanilmaktadir. Amortisr en genel anlamiyla, titreimleri sndren eleman demektir. Amortisrler titreim enerjisini yutarak onu isi enerjisine evirmektedirler. Bu sayede aracin salincak gibi sallanmasi ve uzun sre titremesi nlenmi olur. Tait seyir halinde iken tekerlekler bir tmsee arptiinda kullanilan yay tipine bali olmaksizin yay abucak sikiir. Sikimi yay bir enerji depoladiindan ailma hareketi esnasinda nceki konumunun tesine kadar ailir. Taitin airlii yayi aai bastirdiindan aai inme hareketine geilir. Fakat bu kez de yine yaydaki enerjiden dolayi normal yk altindaki boyutlarin altina kadar yay sikitirilir. Bu tip salinimlar gvde denge halini buluncaya kadar tekrarlanir. Bu salinimlar, seyir konforunu drd gibi yol tekerlek etkileimi ktleeceinden seyir emniyetini de olumsuz ynde etkileyecektir. ekil 2.12'de sspansiyonlu ve sspansiyonsuz aralar arasindaki fark gsterilmitir. Ayrica amortisrl ve amortisrsz sspansiyonlu iki ara arasindaki farklar da aika grlebilmektedir.
ekil 2.12. Sspansiyonlu ve sspansiyonsuz aralar arasindaki fark [5]
16
Yayin bu kontrolsz salinimlarini ve yol uyarilarindan dolayi oluan sarsintilari ortadan kaldirabilecek ya da azaltabilecek bir elemana ihtiya vardir. Bu istekleri yayin karilama olanai yoktur. Amortisrler sarsinti ve darbeyi araca iletmeden, yayin yavaa geveyip sikimasini salayarak airi gvde hareketlerini engeller. Ayrica amortisrlerin dier bir nemli grevi; tait tekerlekleri ile tait gvdesinin titreim frekanslarinin farkli olmasindan dolayi bu her iki titreimi de snmleyebilmektir. ekil 2.13'te tait gvdesinde ve akslarinda oluan titreimler hem amortisrl hem de amortisrsz taitlar iin ayri ayri gsterilmitir.
ekil 2.13. Amortisrl ve amortisrsz aralarda gvde ile akslarda oluan titreimler [12] Amortisrler darbe emici olarak ta bilinmektedir. Fakat bu yaniltici bir anlam iermektedir. nk darbeler lastik tekerlek ve yay salinimlari tarafindan emilmektedir. Amortisrn asil kullanilma amaci, gvde veya tekerleklerin dey hareketindeki enerjiyi daitmaktadir. Amortisrler genel anlamda; kati elemanli kuru srtnmeli, sivi elemanli hidrolik veya gazli amortisr olmak zere gruba ayrilmaktadir.
17
Coulomb srtnmesi olarak isimlendirilen kuru kati srtnmesinde srtnme kuvveti temas alanina ve srtnme katsayisina balidir. Kk kuvvetler etkisi altinda sspansiyonu kilitler ve taitta silkeleme hareketleri meydana getirir. Bu nedenle Coulomb srtnmesi sspansiyon sisteminde tercih edilmemektedir. Viskoz srtnme ise aki hizi ile orantilidir. Sspansiyon sistemi iin ideal sayilabilir, fakat sicaklia kari hassastir. Titreimleri sndrebilmek iin titreim hareketini frenleyecek ekilde ters ynde tesir eden bir kuvvet gereklidir. Bu sndrme kuvveti, yain dar olan geitlerdeki akim direnlerinden olumaktadir. Bu esnada titreim enerjisinin bir kismi isiya dntnden amortisr isinmaktadir. Tait sspansiyon sistemlerinde amortisr olarak genellikle hidrolik teleskopik amortisrler kullanilmaktadir. Bu amortisrlerin temel prensipleri 1930'lu yillarin balarinda gelitirilmeye balanmitir [13]. Amortisrlerden, tait teknii aisindan beklenenler pek deimemi, maksimum konforun salanmasi ve tekerlek yol arasindaki ilikinin optimum seviyede olmasi eklinde kalmitir. Teleskopik amortisrlerde bir silindir iinde hareket eden piston, yai kk delikler veya ventiller zerinden sikitirarak gemeye zorlamaktadir. Dolayisiyla bu zorlama sonucu isi aia ikmaktadir. Yani hareket enerjisinin bir kismi isi enerjisine dnerek hareket belirli oranlarda frenlenmektedir. Bu da tait gvdesinin daha az sayida salinim yapmasi demektir. nceleri ek bir eleman olan amortisrler gnmzde entegre bir eleman olarak karimiza ikmaktadir. Bu entegrasyon amortisrlere; tekerlek titreimlerini en aza indirmek, darbe ve salinimlari yutmak, fren momentlerini ve yay kuvvetlerini glendirmek gibi sorumluluklar getirmitir. ift borulu teleskopik amortisr asi ile tekerlek arasina yerletirilmi olan sndrc hem ekme hem de basma hareketlerinde etkilidir. Hareket ne kadar hizli ise oluan sndrme kuvveti de o
18
derece byk olmaktadir. Sndrme ilemi byk oranda valfler tarafindan ayarlanmaktadir. ekil 2.14'te Mc Pherson tipi ayaa geirilmi ift borulu bir hidrolik amortisr kesiti grlmektedir.
ekil 2.14. ift borulu Mc Pherson tipi hidrolik amortisr [14] ift borulu amortisrlerde piston, alt ucunda taban valfi olan ve ya ile doldurulmu bir silindir iinde aliir. Ama esnasinda piston mili yukariya ekilir, st taraftaki alima alaninda bulunan ya sikitirilir ve pistonun ayarlanmi deliklerinden aai geerken diren oluturarak snmleme yapilir. Bu esnada reserve borudan piston milinin diariya ikan hacmi kadar ya, basin borusunun iine dirensiz olarak geer. Kapama esnasinda ise piston mili ieriye girer, piston ile taban valfi arasindaki ya sikitirilir. Ya taban valfinin ayarlanmi deliklerinden aai geerken diren oluturarak snmleme yapilir. Bu esnada piston milinin ieriye giren hacmi kadar ya, basin borusundan reserve borusuna geer. Ama kapama esnasinda oluturulan snmleme kuvveti taitta kullanilan yayin titreim ve salinimlarinin snmlenmesini salar. ekil 2.15 ve ekil 2.16'da ift borulu bir amortisrn yapisi ve ama kapama hareketi esnasinda hidroliin valflerden akii gsterilmitir. Bu tip amortisrlerin montajinda piston kolunun yukari gelmesine dikkat edilmelidir.
19
ekil 2.15. ift borulu teleskopik amortisrde ama kapama hareketi [5]
ekil 2.16. ift borulu teleskopik amortisrde hidroliin valflerden akii [7]
20
Tek borulu teleskopik amortisr Tek borulu amotisrlere, gaz basinli amortisr de denilmektedir. Hacim denkletirilmesi gaz sayesinde gerekletirilmektedir. Gaz olarak azot gazi kullanilmaktadir. silindiri, gaz ve ya ile doldurulmu olup yaklaik 20-30 bar basin altinda bulunmaktadir. alima esnasinda bu basin deeri 120 bar'a kadar ikabilir. Bu sistemde ekme ve basma valflerinin her ikisi de piston zerinde bulunmaktadir. ekil 2.17'de tek borulu bir amortisrn alima prensibi grlmektedir.
ekil 2.17. Tek borulu amortisrn yapisi [14] Tek borulu teleskopik amortisrler farkli ekillerde yapilabilirler. Ya ile gazin birbirinden ayrilmasi arpma diski ile gerekleiyorsa bu tip amortisrlere arpma diskli tek borulu teleskopik amortisrler denir. Bu disk daima ya seviyesinin altinda bulunacak ekilde yerletirilmitir. Pistondan gelen ve silindir duvarindan yukari pskrtlen ya huzmelerinin arpma diski ile ynleri deitirilip frenlenir. Ya huzmelerinin gaz odasina geii ve ya odasinin kpk yapmasi engellenir. Amortisrn montaji yapilirken piston kolu aai gelecek ekilde takilmasi zorunludur. Gaz olarak azot kullanilmaktadir. 20-30 bar'lik statik basin alima
21
esnasinda 120 bar'a kadar ikabilir. ekil 2.18'de arpma diskli (tampon) tek borulu bir teleskopik amortisr grlmektedir.
ekil 2.18. arpma diskli ve ayirici pistonlu tek borulu amortisrler [15] Ya ve gaz piston ile birbirinden tamamiyla ayrilmi durumda ise bu tip tek borulu amortisrlere ayirici pistonlu tek borulu teleskopik amortisrler denir. Ayirici piston hareketli olarak dzenlendiinden yain iine dalan piston tarafindan srlen ya hacmi ile bir denge salanmitir. Ayirici pistonun kullanilmasi ile yapim uzunluu eitli ekillerde olabilmektedir. Bu tip amortisrlerin montaji istee bali olarak yapilabilmektedir. ekil 2.18'de ayirici pistonlu tek borulu teleskopik amortisrn yapisi grlmektedir.
22
Gaz basinli amortisrde piston ubuunun sizdirmazlii byk nem taimaktadir. Bu nedenle, basin altinda bulunan yain hareket eden ve etmeyen piston ubuunun sizdirmazliinin temini iin zel bir konstrksiyon ekline ihtiya vardir. Kanatli tip hidrolik amortisr Kanatli tip hidrolik amortisr gnmzde ok nadir kullanilmaktadir. nk conta boyunun uzun olmasi sebebiyle kaaa ve aintiya eilimlidir. Bu nedenle sicaklia kari hassasiyeti arttiran yksek viskoziteli ya gerektirmektedir. ekil 2.19'da kanatli tip amortisrn yapisi grlmektedir.
ekil 2.19. Kanatli tip hidrolik amortisr Ayrica dnel kanatli olarak ta yapilabilmektedirler. Kanatli tip amortisr kisa bir ubukla tait zerinde asili ktleye balanmaktadir. ekil 2.20'de dnel kanatli tip bir amortisr grlmektedir.
ekil 2.20. Dnel kanatli tip hidrolik amortisr
23
Manivelali tip hidrolik amortisr eitli manivelali tip amortisrler ok nadir de olsa hala kullanilmaktadir, fakat yapisi kisa piston stroku kullanimini gerektirmektedir. Bu nedenle kuvvetlerin ve basinlarin ok yksek olmasi gerekmektedir. Bu da kaaklara kari hassasiyet oluturmaktadir. Buna karilik manivelali tip amortisrn tait gvdesine salam bir ekilde balanabilme ve soutma ile desteklenebilme avantaji bulunmaktadir. Buna ramen teleskopik amortisrler artik manivelali tip amortisrn yerini almi durumdadir. ekil 2.21 ve ekil 2.22'de tek ve ift etkili manivelali tip hidrolik amortisr grlmektedir.
ekil 2.21. Tek etkili manivelali tip hidrolik amortisr
ekil 2.22. ift etkili manivelali tip hidrolik amortisr
24
2.1.3. Amortisrlerin fiziksel zellikleri Amortisrler TSE tarafindan belirlenmi bazi temel zellikleri taimak zorundadirlar. Amortisrler imal edilirken bu zellikler gz nnde bulundurulmaktadir. reticiler, gerekli zellikleri salamak koulu ile amortisr yapiminda kullanilan malzeme konusunda serbesttirler [12]. Amortisrler dikisiz olarak ekme yoluyla imal edilmeli ve amortisr borularinda kirik, atlak ve ezik bulunmamalidir. Piston mili paslanmamali ve gerekirse piston milini ve keesini korumak amaciyla toz tp kullanilmalidir. Amortisrlerde -40 C ile +50 C arasindaki alimalarda, istenen zellikleri karilayabilecek madeni hidrolik ya kullanilmalidir. Amortisrn di yzeyleri korozyona kari inko kaplanmi veya koruyucu bir boya ile boyanmi olmalidir. Amortisrlerin montaji yapilirken mmkn olduunca dey konumda monte edilmelidirler. Taitin gvde yapisindan dolayi aili montaj gerekirse, bu ai deyle 45 'den daha kk bir deerde olmalidir. Amortisr boyutlarina bakildiinda, basin borusunun i api anma api olarak isimlendirilmektedir. Amortisr piston milinin tam olarak sikimasi sonundaki balantilari da kapsayan amortisr uzunluuna kapali boy, piston milinin tam olarak diari uzanabildii boya ise aik boy denilmektedir. Amortisr boyutlari ekil 2.23'te grlmektedir.
ekil 2.23. Amortisr boyutlari
25
Amortisrlerde piston hiziyla balantili olarak meydana gelen snmleme kuvveti amortisr anma aplarina karilik gelecek tarali alanlar eklinde izelge 2.1 ve izelge 2.2'de gsterilmitir. Amortisrlerin snmleme kuvvetlerinin bu alanlar dahilinde olmalari gerekmektedir. izelge 2.1. 0,3 m/s piston hizinda ailma snmleme kuvveti deerleri [12]
izelge 2.2. 0,3 m/s piston hizinda kapanma snmleme kuvveti deerleri [12]
2.2. Aktif Sspansiyon Sistemleri Seyir emniyetinden dn vermeden konforun daha da arttirilabilme alimalari pasif sistemlerin yerine aktif sistem olarak nitelenen kontrol edilebilir snm ve yay elemanlarini gndeme getirmitir.
26
Elektronik kontrol teknolojisindeki hizli gelimeler tait tekniine de yansimitir. Pasif sistemler olarak bilinen sabit katsayili yay ve snm elemanlari halen en ok kullanilan konvansiyonel elemanlar olmakla birlikte aktif sspansiyon sistemleri bazi markalarin modellerinde baariyla uygulanmaktadir. Aktif sspansiyon sistemi virajlarda, ivmelenme ve fren esnasinda tait gvdesinin sallanma eilimini ciddi boyutlarda azaltarak seyir emniyeti ve konforu salamaktadir. Resim 2.2'de Mercedes marka binek aralarin bazi modellerinde kullanilmakta olan "ABC" (Active Body Control) isimli aktif sspansiyon sisteminin virajda saladii avantaj gsterilmitir. Burada aktif sspansiyon sistemini kullanan soldaki aracin virajda daha az yana yattii aika grlmektedir. Bu da hem konfor hem de sr gvenlii aisindan taitlarda istenen bir zelliktir.
Resim 2.2. Aktif ve pasif sspansiyonlarin viraj kabiliyetlerinin karilatirilmasi [16] Aktif sistemlerin seyir emniyeti ve konforunu ayni oranda salayabildii ekil 2.24'te grlmektedir. Grafikte dikey eksende yukariya ikildika snmleme katsayisinin (c) arttii ve yatay eksende sola gidildike yay katsayisinin (k) arttii grlmektedir. Bu iki katsayi deerinin artmasi konforu olumsuz ynde etkilediinden limuzin grafikte en altta ve en sada yer almaktadir. Spor tait ise konfor ynnden en kt olandir. Aktif sisteme sahip bir tait, sr gvenlii aisindan spor taitlardan daha gvenli ve hemen hemen bir limuzin kadar da konforlu sayilabilir. Dikkat edilecek olursa, aktif sistem statik tasarim alaninin diindadir. sebebi, Bunun deien yol artlarina gre yay ve snmleme katsayisi
27
deerlerinin ok kisa bir srede otomatik olarak deitirilebilmesidir. Burada asil nemli olan, konfor ve gvenlik gibi her iki istenen zelliin birlikte salanmi olmasidir.
ekil 2.24. Aktif sspansiyon sisteminin konfor ve emniyet aisindan avantaji [17] 2.2.1. Yay ve snm kontrol Optimum sr frekansini elde etmek iin yay hizi yke uydurulur. Sabit bir sr frekansi veren yay ve seviye kontrol, sr karakteristiklerini iyiletirmektedir. ekil 2.25'te bu kriterleri karilayan hidropnmatik seviye kontrol sisteminin arataki uygulamasi grlmektedir. Hidropnmatik yayli bir sistemde hacim ve basin nceden belirlenmitir ve cihazin hidrolik giriindeki bir valfle minimum bir basin salanmaktadir. Ya girii gazi sikitirmakta ve bylece yay hizi, taitin taidii yke uyabilmek iin ayarlanabilmektedir.
28
ekil 2.25. Hidropnmatik seviye kontrol sisteminin arataki uygulamasi P = Pompa, M = Mc Pherson ayai, R = Hazne, S = Pnmatik yay PR = Basin dzenleme valfi, H = Ykseklik dzeltme valfi, AR = Stabilizatr [18] Pnmatik yayli aktif sspansiyon sisteminde elektrikle tahrik edilen bir pompanin saladii kuru hava kullanilmaktadir. Yuvarlanan bir diyafram, toz kalkani ve snmleyicinin di gvdesi arasindaki boluu kapatmaktadir. Diyaframin kendi zerine srtmesini nlemek iin yaklaik 0,1 MPa'lik minimum bir basin salanmalidir. Boru hattindaki bir valf bunu yerine getirir. Aktif sspansiyon kontroln salamak iin her olay ayri olarak incelenmeli ve kontrol de buna abuk ayak uydurabilmelidir. Bu yzden abuk reaksiyon vanalari kullanilmalidir. 2.2.2. Aktif sspansiyon sisteminin sahip olduu donanimlar Sspansiyonun aktif kontrol iin salinim miktari, taitin hizi ve yn, frenleme kuvveti gibi bazi bilgilerin toplanmasi ve deerlendirilmesi gerekmektedir. Aktif sspansiyonun temel olarak sahip olduu elemanlar;
29
1. Sensrler 2. Kontrol nitesi 3. Kontrol edilebilir amortisrlerdir. Sensrler vmelenme sensr: Bu sensrler ivme deiimlerini boylamasina, enlemesine ve dikine olmak zere ynde hissetmektedirler. Bir kaynak ve dedektr arasindaki iik huzmesi hareketi belirler. Bylece kontrol nitesine sinyal gitmi olur. Direksiyon dnme miktari sensr: Bir aisal hiz hissedicisidir. Direksiyon simidi aisinin deiim oranini lmeye yarar. Kumanda merkezi tarafindan dndrlen disk, ayri ayri kiziltesi iini keser. Aisal hiz da ilk iik huzmesi kesintisi ile ikincisi arasindaki zaman farki tarafindan belirlenir. Sspansiyon kursu sensr: Sspansiyon sistemi stndedir. Kurs ile ilgili elektriki iki sinyali verir. Tait hizi sensr: Transmisyon veya devir gstergesi kablosundadir. Ara hiziyla orantili frekansta sinyaller verir. Gaz kelebei sensr: Gaz pedali alima hizini belirlemeye yarar. Pedal basin sensr veya basit bir potansiyometrik hissedici eklinde olabilir. Sensrlerin doru ve kararli aliabilmesi, dk frekanslarda ve statik deerlerde hassas davranmasi, yksek sinyal ikilarinin bulunmasi, byk deerlerde ilev grebilmesi, taitin 12 V'luk bataryasindan beslenebilmesi ve ucuz olmasi gerekmektedir.
30
Kontrol nitesi Sensrlerden gelen sinyalleri deerlendirerek taitin yapmasi gereken sspansiyon hareketini belirleyen ve sistem elemanlarini kontrol eden merkezdir. ekil 2.26'da gsterilen otomobile uyarlanmi aktif sspansiyon sisteminde arka sspansiyon birimleri, snmlemesi kontrol edilen hidropnmatik cihazlardir. ndeki elemanlar ise yine kontroll snmlemeye sahip amortisrlerdir. Arka yay kontrol iin ya basinci, ABS'li taitlarda da kullanilan elektrik tahrikli bir pompa ile salanmaktadir. Sspansiyon hareketini algilamaya yarayan sensrler tm birimlere balanmitir. Sistem kontrol arkadaki mikroilemci tarafindan salanmaktadir. Kontrol edilebilir amortisrler Tait seviyesi ile yay ve snm oraninin ayarlanabildii amortisrlerdir. Kontrol edilebilir amortisrlerden beklenen zellikler yle siralanabilir: 1. Her koulda 10 milisaniyeden daha kk bir reaksiyon sresine sahip olmalidir. 2. Belirlenmi snmleme sinirlari iinde alimalidir. 3. Standart bir taitta byk revizyonlar gerektirmeden uygulanabilmelidir. 4. Hidrolik birim dijital servo valf ile tahrik edilmelidir. 5. Grltsz alimalidir. 6. Snmleme, akmlatr ile hidrolik sspansiyon elemani arasinda bulunan bir snmleme valfi ile gerekletirilmelidir.
31
ekil 2.26. Aktif sspansiyon sisteminin tait zerindeki uygulamasi [19]
32
3. TEMEL T TRE M DENKLEMLER 3.1 Bir Serbestlik Dereceli Viskoz Snml Serbest Titreimli Sistemler Titreim enerjisi mekanik sistemler iin istenmeyen bir enerjidir. Bu istenmeyen enerjinin baka enerjiye dntrlerek sistemden uzaklatirilmasi gerekmektedir. Titreen bir sistemden enerji azaltmada eitli ekillerdeki srtnme kuvvetlerinden yararlanilmaktadir. Bunlar; kuru kati srtnmesi (Coulomb srtnmesi), kati bir cisim ekil deitirdiinde ortaya ikan i srtnme ve kullanimi en yaygin olan sivi srtnmesi yani viskoz snmlemedir [20]. Viskoz snml bir amortisrde pistonun hareketine zit ynde, pistonda ailan deliklerden veya kenarlardaki oyuklardan sivi geer. Sivi srtnmesinden dolayi oluan viskoz snmleme kuvvetinin iddeti, amortisrn sikitirma ve genileme hiziyla doru orantilidir. Yani snmleme kuvveti,
& Fd = - cx
(3.1)
& olur. Burada " c " viskoz snmleme katsayisi, " x " ise hizdir. Viskoz snmleme kuvvetinin yn daima hareketin ters ynndedir. Formldeki eksi iaret sadece snmlemenin ynn gstermektedir. Viskoz snml serbest titreim yapan sistem ekil 3.1'de grlmektedir. Yaydaki
& geri airici kuvvet " kx " ve snmleme kuvveti " cx " negatif ynde olduklarindan
eksi iaretlidirler. Ktleye etkiyen toplam kuvvet,
& Fx = - cx - kx
(3.2)
olur. Newton'un kinci Hareket Kanunu'na gre eitlik tekrar yazilacak olursa,
33
ekil 3.1. Viskoz snml bir serbestlik dereceli serbest titreimli sistem
x F = max = m&&
& m&& = Fx = - cx - kx x
m&& + cx + kx = 0 x &
(3.3)
olur. Bu eitlik ikinci dereceden lineer diferansiyel bir denklemdir. Denklemin zm, x(t) = Det (3.4)
eklindedir. Burada "D" ve "" deerleri E. 3.3' ve sinir artlarini salayacak
biimde seilmelidir. E. 3.4, E. 3.3'te yerine yazilirsa; Det (m2 + c + k) = 0 (3.5)
olur. Eer "D" sabiti sifir ise E. 3.4 nemsiz zm verir. et stel fonksiyonu asla sifir deildir. Dolayisiyla Det faktr hibir zaman sifir olmaz. E. 3.5 Det ' ye blnrse eitlik, m2 + c + k = 0
eklini alir. Bu eitliin kkleri de,
(3.6)
34
1, 2 =
- c c 2 - 4mk 2m
(3.7)
eklinde yazilabilir. Ktlenin (m) yer deitirmesi,
x ( t ) = D 1 e 1t + D 2 e 2 t
(3.8)
eklindedir. D1 ve D2 sabit deerler olup, balangi artlarindan belirlenir. Yani
t=0'da x = D1+D2
& ve x = D11 + D 2 2 'dir. 1 ve 2 E. 3.7'de verilmitir. E.
3.7'de kk iindeki ifade sifir ise, iki kk zde olur,
1= 2 = = - c/2m = - k / m = - n'dir.
Burada c = 2 mk 'dir. Bu durumda E. 3.3'n zm, x(t) = (B + C t) et olur. Sabitlerin bileiminden,
c 2 mk c 2m n
(3.9)
=
=
(3.10)
eklinde tanimlanan (zeta)'ya snmleme orani denir. E. 3.7'deki kkler uygun
deikenler cinsinden yeniden yazilirsa;
1, 2 = - n n 2 - 1
(3.11)
olur. E. 3.11'deki kkn pozitif, negatif veya sifir olmasina gre sistemin davranii deimektedir. Karekk iindeki ifadeyi sifir yapan "c" deerine kritik snmleme katsayisi (ckr) denir.
35
c kr = 2m n = 2 mk
(3.12)
O halde E. 3.10 ve E. 3.12'den = c / ckr yazilabilir. c'nin ckr'ten byk, eit veya kk oluuna gre sistem farkli davrani tipleri verir. Bunlar; c > ckr ise, airi snml sistem (>1) c < ckr ise, zayif snml sistem (<1) c = ckr ise, kritik snml sistemdir (=1)
ekil 3.2'de farkli snm oranlari iin salinim ekilleri gsterilmitir.
ekil 3.2. eitli snm oranlari iin viskoz snml sistemin salinim ekilleri
Zayif snml bir titreimde 0<<1 olduundan, snml doal aisal frekans (d) daima snmsz doal aisal frekanstan (n) kk olacaktir. Ayrica snml doal frekans (fd) ve snml periyot (d),
36
fd =
d n 1 - 2 = 2 2
2 2 = d n 1 - 2
(3.13)
d =
(3.14)
eklinde tanimlanirlar. Genlik sabit deildir, fakat snml periyot (d) ve snml
doal frekanslar (fd, d) sabittir (zamandan baimsiz). Ayrica snmleme orani 'nin deneysel olarak belirlenmesi nemlidir. ekil 3.3.'te hareketin iki ardiik "pik" noktasinda x1 ve x2 yer deiimi deerleri llerek kolayca belirlenebilir. t1 ve t2'de cos(dt ) = 1 olduundan iki genlik arasinda, x1 Ae - n t1 = = e n d x 2 Ae - n ( t1 + d )
(3.15)
baintisi vardir. Her iki tarafin logaritmasi alinip, logaritmik azalma = ln(x1 / x2) tanimi yapilirsa,
2 n 1 -
2
= n d = n (
)=
2 1- 2
(3.16)
eitlii elde edilir. Logaritmik azalma (), t1 ve t2'ye deil sadece snmleme oranina () balidir. Ayrica logaritmik azalma, onu lmek iin kullanilan iki ardiik maksimum yer deitirmeye de bali deildir. E. 3.16'dan ekilirse,
=
(2) 2 + 2
(3.17)
37
elde edilir. Snmleme miktari kk olan bir sistemde, x1 ve x2 yer deitirmeleri yaklaik eit alinirsa ( x 1 x 2 ),
=ln(x1/x2)
ok kk olacaktir. Buradan
(2) 2 + 2 2 olur. Bu durumda, 2 veya =2 olacaktir.
ekil 3.3. Ktlenin yer deiimi pik deerleri [20] 3.2. Bir Serbestlik Dereceli Viskoz Snml Zorlanmi Titreimli Sistemler
Amortisr performansinin analizinde kullanilan dier bir titreim ekli de snml zorlanmi titreimdir. ekil 3.4.'te snml zorlanmi titreim yapan bir serbestlik dereceli sistem grlmektedir. Sistem yol przllnden dolayi uyarilmaktadir. Eer tait tekerlei rijit kabul edilirse, "xr" yol przllnden dolayi aksin yer deitirmesidir. "x" ise "m" ktlesinin (gvdenin) yer deitirmesidir.
38
ekil 3.4. Viskoz snml bir serbestlik dereceli zorlanmi titreimli sistem
Newton'un kinci Hareket Kanunu'na gre toplam kuvvet yazildiinda,
& & Fx = - k ( x - x r ) - c( x - x r ) = m&& x
(3.18)
olur. Sistemin hareket denklemi ise, (3.19)
& & m&& + cx + kx = kx r + cx r x
eklinde ifade edilir. 3.3 ki Serbestlik Dereceli Viskoz Snml Zorlanmi Titreimli Sistemler
ki serbestlik dereceli sistem, yaylanan tait ktlesi ve yaylanmayan sspansiyon ktlesi olmak zere iki adet ktleden olumaktadir. Sistemde lastik tekerlein yaylanma zellii (kt) gz nnde bulundurulmaktadir. Yol przllnden dolayi sisteme verilen girie (xo) gre aks (xr) ve gvdenin (x) yer deitirmeleri incelenebilmektedir. ekil 3.5'te snml zorlanmi titreim yapan iki serbestlik dereceli sistem grlmektedir.
39
ekil 3.5. Viskoz snml iki serbestlik dereceli zorlanmi titreimli sistem
Sistemin hareket denklemleri yazilacak olursa, (3.20) (3.21)
& & m&& + c( x - x r ) + k ( x - x r ) = 0 x
& & m t && r - c( x - x r ) - k ( x - x r ) + k t ( x r - x o ) = 0 x
eklinde olur. Denklemler dzenlenecek olursa,
& & k ( x r - x ) + c( x r - x ) = m&& x & & - k ( x r - x ) - c( x r - x ) + k t ( x o - x r ) = m t && r x
(3.22) (3.23)
elde edilir. Giri hareketine verilecek cevap, iletim oranina bali olarak zorlanmi frekansta oluan bir genlikle verilir. Snmlemenin varlii iletim orani ifadesini daha da karmaik yapmaktadir. Bu ifadeyi basitletirmek iin frekans oranindan faydalanilmaktadir. Frekans orani (r),
r=
r f r = n f n
(3.24)
40
eklinde ifade edilmektedir. letim orani (TS) ise,
12
(1 + 4 2 r 2 ) TS = 2 2 2 2 (1 - r ) + 4 r
(3.25)
eklinde ifade edilir. ekil 3.6'da birka snmleme orani deeri iin frekans oranina
gre iletim oranlarinin deiimi grlmektedir.
ekil 3.6. Farkli snmleme oranlarinda frekans oranina gre iletim oraninin deiimi [21]
Burada snmlemenin, sspansiyon sistemi iin arzu edildii zere rezonans cevabini nasil azalttii grlmektedir. Bununla birlikte 2 'nin zerindeki frekans oranlari iin, snmsz duruma gre snmlemenin cevabi arttirdii ve bu noktada sspansiyonu ktletirdii sylenebilir. Uygulamada bu problem amortisrlerde kullanilan lastik burlar ve bunlarin yksek frekanslardaki yumuatici etkisiyle giderilir. ekil 3.6'ya bakildiinda maksimum iletim orani snmleme oranina baimli olarak 1'den biraz az bir frekans oraninda gereklemitir. Bununla birlikte nominal rezonans (r =1) deerinde iletim orani (TS),
41
1 TS = 1 + 2 4
12
(3.26)
olur. ekil 3.7 ve izelge 3.1'de eitli snmleme oranlarina gre gerek maksimum iletim orani deerleri gsterilmitir. izelge 3.1. Snmleme oranina gre maksimum iletim orani deerleri [13] Snmleme Orani () 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,20 1,50 2,00 Maksimum letim Orani (Tmax) 5,123 2,733 1,995 1,655 1,468 1,353 1,276 1,223 1,184 1,155 1,114 1,078 1,047
ekil 3.7. Snmleme oranlarina gre maksimum iletim orani deerleri
42
E. 3.22'deki basit formlle hesaplamalar yapilarak sonular bu deerlerle karilatirilabilir. ekil 3.7'de snmleme orani 0,1'den 0,4'e kadar artarken maksimum iletim oraninda kayda deer bir d gzlenmektedir. Btn bunlar deneyle bulunan tait snmleme oranlarinin pratikte kullanimini desteklemek iin akilci bir zm salar.
43
4. AMORT SR KARAKTER ST KLER VE TEST YNTEMLER 4.1. Amortisrlerin Snmleme Karakteristikleri
Sspansiyon sisteminde yoldan gelen uyarilar yaylar tarafindan titreime evrildikten sonra, oluan salinimlarin kisa srede elimine edilmesi gerekmektedir. Bu nedenle sspansiyon sisteminde snmleme olduka nemlidir. Amortisrn snmleme karakteristii direkt olarak sspansiyon sisteminin cevabini etkilemektedir. Sspansiyon sisteminde snmlemenin gerekletii yer amortisr pistonu zerindeki snmleyici valfler ya da ift borulu bir amortisr sz konusu ise hem piston zerindeki valfler hem de taban valfleridir. Bu snmleyici valfler deiik tiplerde yapilabilmektedir. ekil 4.1'de farkli tipte tasarlanmi yaprak yayli (a), delikli (b) ve yay ykl (c) valfler grlmektedir.
a)
b)
c)
ekil 4.1. eitli ekillerdeki snmleyici valfler [22]
Farkli tiplerdeki bu valflerin sivi geiine kari gsterdikleri direnler farklidir. Dolayisiyla farkli valflere sahip amortisrlerin snmleme karakteristiklerinin de farkli olmasi doaldir. rnein ekil 4.1.b'deki gibi delikli tip valfe sahip bir amortisrn snmleme erisi artan tipte olurken, ekil 4.1.c'deki gibi yay ykl bir valfe sahip amortisrn snmleme erisi azalan tipte olmaktadir. ekil 4.2'de snmleme diyagramlariyla birlikte farkli ekillerdeki snmleme erileri
44
gsterilmitir. Snmleme erileri artan (a), lineer (b) ve azalan (c) olmak zere farkli ekilde olabilmektedir.
ekil 4.2. Farkli ekillerdeki snmleme erileri [22]
Bu snmleme diyagrami iersinde en kk alana sahip olduu iin artan tip snmleme erisi (a) en dk ortalama snmleme deerine sahiptir. En yksek ortalama snmleme deerine sahip olan eri ise azalan tip (c) snmleme erisidir. Dolayisiyla, byk diyagram alanina sahip olan amortisrde daha fazla enerji yutulacai anlamina gelmektedir. Amortisrlerde snmleme oraninin artmasi sspansiyonu sertletirmektedir. Snmleme orani sifir iken tait gvdesi salinimlari olduka fazla olacaktir. ekil 4.3'te farkli snmleme oranlari iin gvde salinimlari gsterilmitir. Sistemin snmsz titreim yaptii andaki genlik deerinin snml duruma gre daha yksek olduu aika grlmektedir. Sistemin titreim halinden tekrar kararli hale geebilmesi iin snmn kesinlikle gerekli olduu buradan aika anlailmaktadir.
45
ekil 4.3. eitli snm kademeleri iin ktle-yay-amortisr sisteminin geici cevaplari [23]
Herhangi bir sspansiyon sisteminin iki karakteristii, sistemi oluturan elemanlarin karakteristiklerine bali olarak deimektedir. stenen iki karakteristiine ulaabilmek iin elemanlarin davranilari incelenmek durumundadir.
ekil 4.4'te klasik ve dizisel amortisrn giri deikenine bali olarak iki
byklkleri gsterilmitir.
ekil 4.4. Klasik ve dizisel amortisrlerin engel amadaki davranilari
46
Birbiri ardina gelen 1, 2, 3 ve 4 fazlari boyunca amortisrlerin teorik olarak drt ayri durumdaki hareketlerinin incelenmesi, sekansiyel analiz olarak isimlendirilir. 1 durumunda tekerlek ekseninin yukari hareketi nedeniyle yoldan gelen enerjinin tamami eer sadece yay tarafindan depolanabilirse, asiye herhangi bir enerji nakli olmayacaindan sspansiyon mkemmel olarak nitelendirilebilir. Ancak yaya bali bir klasik amortisrn bulunmasi durumunda, gelen enerjinin bir kismi eksenin yukari hareket hizina bali olarak amortisr tarafindan asiye iletilecektir. letilecek enerji miktari ayni zamanda amortisrn "c" snm katsayisina balidir. Dolayisiyla sert amortisrlerde iletilen enerji miktari artacaktir. O halde bu fazda amortisrn yarardan ok zarari sz konusudur. Tekerlek ekseninin 1'den A noktasina ikii sirasindaki yrngesinin 1. trevi klasik amortisrn kuvvet iletim karakteristiini vermektedir. Tekerlek ekseninin A'dan 2'ye hareketi balayinca biraz nce yayda depolanan enerji boalmaya balayacak ve tekerlek eksenini hizla aai ynde itecektir. te amortisrn grevi bu noktada balamakta ve yaratacai frenleme etkisi ile bu boalmanin yavalatilmasini salamaktadir. Bu fazda amortisrn yarattii frenleme kuvveti deiimi ekil 4.4.b'de grlmektedir. 1-2 fazinin geilii sirasinda dizisel amortisrn davranii klasik amortisrden farkli olmaktadir. Nitekim, yaya enerjinin depolanmasi sirasinda bir amortisman etkisi yoktur. Dolayisiyla sspansiyon ideale yakindir. ok enerjisi tamamen yay tarafindan alinmi ve depolanmitir. A noktasindan sonra ise tekerlein yola arpmadan yumuak bir temas salayabilmesi iin, klasik amortisrden ok daha sert bir ekilde snm kuvveti yaratmaktadir. Snm kuvveti tekerlek yolunun sonlarina doru azalmakta ve yumuak bir geile sifirlanmaktadir. ncelenen durumun 3-4 fazinda, tekerlek ekseni dmeye balayinca ara airlii nedeniyle ykl olan yay boalarak aracin kmesine izin vermeden ideale yakin bir
47
sspansiyon grevi yapacaktir. Ancak klasik amortisr bu durumda tekerlek hareketini engellemeye aliacaindan asiyi de aai ekecek bir kuvvet oluturacaktir. Dizisel amortisr bu esnada herhangi bir frenleme etkisi gstermemektedir. B noktasindan itibaren tekerlek ekseni tekrar denge durumuna doru
hareketlenmektedir. Bu sirada gerekli olan enerjinin, amortisr ve yay tarafindan
asiye iletilen enerji toplamina eit olabilmesi iin amortisr, tekerlek ekseninin
ykselmesinde yani yayin sikitirilmasinda kullanilmayan dn enerjisini asiye iletmede aktif grev yapmaktadir. Sonu olarak karakteristikleri gerei dizisel amortisrler sadece denge durumuna dn sirasinda zellikle B-4 fazindaki siramalari frenlemektedirler. Amortisr zellikleri genelde retim fabrikalarinda 2-2,5 Hz'lik sinsoidal hareket
eklinde tanimlanan bir harekete tabi tutularak elde edilen eki basi kademesindeki
reaksiyon kuvveti deerleriyle saptanmaktadir. Gnmzde karakteristikleri belli olan elemanlardan kurulacak snm sistemlerinin davranilarini inceleyebilmek iin elektronik benzetiim devrelerinden de geni lde faydalanilmaktadir.
4.2. Amortisr Test Yntemleri
Tait teknolojisinin ok hizli gelimesine ramen, sspansiyon sistemleri hala tam anlamiyla tatminkar olamamitir. Bir taraftan aralardaki sspansiyon sistemlerinin karmaiklii ve etkileimlerin kesin sinirlarla belirlenemeyii dier taraftan, yoldan gelecek titreimlerin matematik modellerle yeterince tanimlanamayii problemlerin zmn zorlatirmaktadir. Olaylarin incelenmesinde genel olarak aracin lastik deformasyonu ihmal edilerek
ekil 4.5'teki gibi eyrek tait modelleri kullanilmaktadir. Burada giri yoldan gelen
48
uyarilar, iki ise sistemin bu uyarilara verdii cevaptir. Bu modeller tait ktlesi (yaylanan ktle) ve sspansiyon ktlesi (yaylanmayan ktle) olmak zere iki ktleden ve bir yay ile snm elemanindan olumaktadir. ki serbestlik dereceli bu sistem, kullanilan yay ve amortisr karakteristiklerinin belirlenmesinde ve tait titreimlerinin analizinde olduka kolayliklar salamaktadir.
ekil 4.5. eyrek tait modeli
Amortisr karakteristiklerini belirlemek amaciyla balica metot yaygin olarak kullanilmaktadir. Gnmzde ktle yay ve amortisrden oluan sistemlerin deiik frekanslara cevabi, gei fonksiyonu yntemiyle belirlenmektedir. Birinci metot, gei fonksiyonunun belirlenmesi iin genel olarak sisteme sabit genliklerle rezonans frekansinin 0,01 ile 3 kati arasindaki frekanslarin uygulanmasi ve sistemin bunlara cevabinin (iki/giri) bykl cinsinden oransal olarak gsterilmesidir. Gei fonksiyonu yardimiyla sistemin hangi frekanslarda iyi snm yaptii ya da yapamadii kolayca grlebilmektedir. Amortisr performansinin analizinde kullanilan ikinci metot dizisel analiz metodu olmaktadir. Bu metotta esas, incelenen sistemin ardi ardina siralanmi engeller karisindaki davranilarini belirleyebilmektir. Sistemin, bu yntemde uygulanan harmonik uyarilara kari gsterdii reaksiyon yol-kuvvet ya da yol-zaman ilikisi
49
halinde gsterilir. Karakteristik erilerdeki kapali alanlar amortisrn bir evrimde isiya dntrd enerji miktarini vermektedir. Bu alanin bykl kullanim yerlerinin belirlenmesine bir l oluturabilir (ekil 4.4). Ayni alan amortisman etkisinin muhafaza edilip edilmediinin kontrol iin de kullanilmaktadir. Doal olarak yipranan amortisrlerde bu alan daha kk olacaktir. Karakteristik erilerde yol "metre" ve amortisman kuvveti "newton" cinsinden ifade edildiinde, alan "joule" cinsinden amortisr iini verecektir. Yol-zaman ilikisi aisindan bakildiinda ise, snmlemenin hangi genlik araliinda gerekletii, sistemin ne kadar srede ve ne kadar salinim sonra kararli hale getii gzlenebilecektir. Amortisr-yay ilikisinin analizine imkan salayan nc metot ok metodu adiyla anilir. Bu metotta sisteme basamak fonksiyonu uygulayarak, tekrar kararli duruma geii incelenir. Basamak fonksiyonu uygulanan bir sistemin buna cevabi ekilde olabilmektedir. Bunlar; snml veya az snml, kritik snml ve airi snml olarak nitelenmektedir. ekil 4.6'da ayri snmleme olayinin salinim ekilleri gsterilmitir.
ekil 4.6. Ktle-yay-amortisr sisteminde ayri snmleme olayi
50
Pratik olarak bu uygulama incelenen sistemin bir merdiven basamaindan aniden dne benzetilebilir.
ok
metodu
ile
sistemin
snmleme
yetenei
incelenebilmektedir. Amortisrn yeterli etkinlii gsteremedii durumlarda sistemin tekrar kararli hale gelebilmesi iin daha fazla salinim yapmasi gerekmektedir. Bu alimada, deneylerde kullanilan amortisr test cihazinin yapisina uygun olmasi sebebiyle, bu metottan ok metodu kullanilmitir. Sisteme ani olarak giri verilmi ve sistemin bu girie cevabi hem gvde hem de aks iin zamana bali genlik deiimi olarak kait zerine izdirilmitir. Gvde ve aks titreimlerinin ne boyutta olduu ve ne kadar srede snmlendii bu sayede incelenebilmitir. Sistem MATLAB / SIMULINK programiyla simle edilerek bilgisayar ortaminda da ayni grafikler elde edilmitir. Bylece, simlasyon sonulariyla deney sonularini karilatirma olanai salanmi ve amortisr test cihazinin ne oranda doru lmler yapabildii anlailmitir.
51
5. MATERYAL VE METOT 5.1. Materyal 5.1.1. Amortisr test cihazi
Deneyler Gazi niversitesi Teknik Eitim Fakltesi Makine Eitimi Blm Otomotiv Anabilim Dali Ara asi ve Donanimlari laboratuarinda yapilmitir. Amortisr etkinlik ve performansini belirlemeye ynelik testlerde Thepra marka amortisr test cihazi kullanilmitir. Test cihazi, Resim 5.1'de de grld zere tekerlek, aks, yay, amortisr, tekerlei dndren elektrik motorlu tambur, gvde ve aks titreimlerinin salinim ekillerinin oluturulmasini salayan izici, yaylanan ktle ve kontrol dmelerinden olumutur.
Resim 5.1. Amortisr test cihazi
52
Test cihazi 400 V gerilim ve 16 A'lik akim deerlerine sahiptir. Tamburu dndren elektrik motorunun gc ise 1,5 kW'tir. Toplam ktle 120 kg, yaylanan ktle 60 kg ve yaylanmayan ktle ise 14 kg' dir. Cihaz zerinde bulunan sspansiyon yayinin ve lastik tekerlein yay katsayilari sirasiyla 13 000 N/m ve 65 400 N/m'dir. izici zerinde gvde ve aks titreimlerinin salinim ekillerini izmeye yarayan iki farkli renkte kalem bulunmaktadir. Yol artlari alt kisma yerletirilmi tambur tarafindan oluturulmaktadir. Yol przll ise tekerlekle tambur arasindan bir uyaricinin geirilmesiyle salanmaktadir. Yaylanan ktle ile aks arasina sspansiyon yayi ve amortisr balanmaktadir. Test esnasinda oluan aks ve gvde hareketleri elik ubuklar vasitasiyla mekanik olarak kalemleri hareket ettirmektedir. Bylece kalemler salinimlari direkt olarak kaida izmektedirler.
5.1.2. Kullanilan amortisrler
Deneylerde iki farkli marka hidrolik ve iki farkli marka gazli tip ve her markadan er adet olmak zere toplam 12 adet yeni amortisr kullanilmitir. Her marka amortisrden er adet kullanilmasiyla retim hatalarindan doabilecek yaniltici sonularin nne byk oranda geilmitir. Bu amortisrlerden hidrolik tip olanlar Tofa ve Volkswagen marka otomobillerde, gazli tipler ise Opel ve Renault marka otomobillerde kullanilmaktadir. Her bir amortisrn hangi tip olduu ve hangi marka aralarda kullanildii izelge 5.1'de gsterilmitir. izelge 5.1 Kullanilan amortisrlerin adlandirilmasi
Amortisrn H DROL K Durumu Tofa Volkswagen Yeni A1 A2 A3 B1 B2 B3 Kullanilmi E1 E2 F1 F2 GAZLI
C1 G1
Opel C2 C3 G2 -
D1 H1
Renault D2 D3 H2 -
53
Deneylerde kullanilan amortisrlerin hepsi taitin arka sspansiyonuna aittir. Resim 5.2'de deneylerde kullanilan yeni amortisrler grlmektedir. Ayrica deneylerde, yeni amortisrlerle ayni kapasite ve zelliklerdeki benzerleri de eitli kilometreler yapmi aralardan sklerek kullanilmitir. Aralardan sklen amortisrlerden E1 ve E2 amortisrleri 153 000 km, F1 ve F2 amortisrleri 142 000 km, G1 ve G2 amortisrleri 169 000 km, H1 ve H2 amortisrleri ise 134 000 km yol yapmi aralardan sklmtr. Kullanilmi amortisrler seilirken patlak ya da byk hasarli olmamasina dikkat edilmitir.
Resim 5.2. Deneylerde kullanilan amortisrler
5.2. Deneysel Verilerin Elde Edilmesi
Deneyler ortam sicakliinda (20 C 3 C) ve ncelikle amortisr alima rejimine sokularak yapilmitir. Amortisrleri alima rejimine sokmak iin cihaz salinimlari kait zerine kaydetmeden birka evrim bota alitirilmitir. Daha sonra amortisrler test cihazina sirasiyla balanip 5 mm'lik giri deeri ok eklinde verilerek aks ve gvde salinimlari izici kalemler tarafindan kait zerine kaydedilmitir.
54
ekil 5.1, ekil 5.2 ve ekil 5.3'te A1, A2 ve A3 amortisrlerinin salinim erileri
grlmektedir. ekil 5.4 ve ekil 5.5'te ise E1 ve E2 amortisrnn salinim erileri verilmitir.
ekil 5.1. A1 amortisrnn salinim erileri
ekil 5.2. A2 amortisrnn salinim erileri
55
ekil 5.3. A3 amortisrnn salinim erileri
ekil 5.4. E1 amortisrnn salinim erileri
56
ekil 5.5. E2 amortisrnn salinim erileri
Deneylerde elde edilen genlik deerlerinden pozitif deerler amortisrn kapanmasi esnasinda, negatif deerler amortisrn ailmasi esnasinda elde edilmitir. A1, A2 ve A3 amortisrlerinin gvde titreimlerinin maksimum genlik deerlerinin hepsi amortisrn ailmasi esnasinda gereklemitir. Bu deerler A1, A2 ve A3 amortisrleri iin sirasiyla -3,5 mm, -3,6 mm ve -3,8 mm iken 153 000 km yol yapmi taittan sklm E1 ve E2 amortisrlerinde bu deerler 4,4 mm ve 4,0 mm'dir. Aks titreimlerine bakildiinda ise A1, A2 ve A3 amortisrlerinin maksimum genlik deerleri sirasiyla 6,0 mm, 6,6 mm ve 6,2 mm iken, E1 ve E2 amortisrlerinde bu deerlerin 7,3 mm ve 7,0 mm olduu grlmektedir. Gvde salinimlarinin maksimum genlik deerinde ortalama %16 arti meydana gelirken, aksin maksimum genlik deerindeki arti ortalama %14 olmutur. E1 ve E2 amortisrlerinin genlik deerlerindeki bu artilar kullanimla birlikte amortisrlerin snmleme etkinliklerinin nemli derecede azaldiini gstermektedir. Ayrica E1 ve E2 amortisrlerinin salinim erilerindeki dalgalanmalarin A1, A2 ve A3 amortisrlerinin grlmektedir. salinim erilerindeki dalgalanmalardan daha fazla olduu
57
ekil 5.6, ekil 5.7 ve ekil 5.8'de sirasiyla B1, B2 ve B3 amortisrlerinin salinim
erileri ile ekil 5.9 ve ekil 5.10'da ise F1 ve F2 amortisrlerinin salinim erileri gsterilmitir.
ekil 5.6. B1 amortisrnn salinim erileri
ekil 5.7. B2 amortisrnn salinim erileri
58
ekil 5.8. B3 amortisrnn salinim erileri
ekil 5.9. F1 amortisrnn salinim erileri
59
ekil 5.10. F2 amortisrnn salinim erileri
Gvde titreimlerine bakildiinda B1, B2 ve B3 amortisrlerinin maksimum genlik deerlerinin sirasiyla 2,0 mm, 2,0 mm ve 1,8 mm olduu, 142 000 km yol yapmi taittan sklm F1 ve F2 amortisrlerinde ise bu deerlerin -2,9 mm ve -2,4 mm olduu grlmektedir. Aks titreimlerinde ise B1, B2 ve B3 amortisrlerinin maksimum genlik deerlerinin sirasiyla 6,7 mm, 6,5 mm ve 6,6 mm olduu, F1 ve F2 amortisrlerinde bu deerlerin 8,4 mm ve 8,0 mm olduu grlmektedir. Gvde salinimlarinin maksimum genlik deerinde ortalama %37 arti meydana gelirken, aksin maksimum genlik deerindeki arti ortalama %24 olmutur. Ara zerinden sklen F1 ve F2 amortisrlerinin genlik deerlerindeki bu artilar kullanimla birlikte amortisrlerde yipranmalarin olutuunu gstermektedir.
ekil 5.11, ekil 5.12 ve ekil 5.13'te yeni gazli tip C1, C2 ve C3 amortisrlerinin
salinim erileri gsterilmitir. ekil 5.14 ve ekil 5.15'te ise 169 000 km yol yapmi ara zerinden sklm G1 ve G2 amortisrlerinin salinim erileri verilmitir.
60
ekil 5.11. C1 amortisrnn salinim erileri
ekil 5.12. C2 amortisrnn salinim erileri
61
ekil 5.13. C3 amortisrnn salinim erileri
ekil 5.14. G1 amortisrnn salinim erileri
62
ekil 5.15. G2 amortisrnn salinim erileri
C1, C2 ve C3 amortisrlerinin gvde salinimlarinin maksimum genlik deerleri sirasiyla 1,7 mm, 1,6 mm ve 2,0 mm iken, G1 ve G2 amortisrlerinde bu deerler -2,2 mm ve 2,2 mm'dir. C1, C2 ve C3 amortisrlerinin maksimum aks salinim genlikleri sirasiyla 7,4 mm, 7,4 mm ve 7,0 mm iken, G1 ve G2 amortisrlerinde bu deerler 8,4 mm ve 8,5 mm'dir. Gvde salinimlarinin maksimum genlik deerinde ortalama %25 arti meydana gelirken, aks salinimlarinin maksimum genlik deerindeki arti ortalama %16 olmutur. Genlik deerlerindeki artilar yine snmleme etkinliinde azalma anlamina gelmektedir. Son olarak, ekil 5.16, ekil 5.17 ve ekil 5.18'de Renault 19 marka otomobilde kullanilan D1, D2 ve D3 amortisrlerinin salinim erileri gsterilmitir. ekil 5.19 ve
ekil 5.20'de ise 134 000 km yol yapmi aratan sklen ayni kapasite ve zellikteki
gazli tip H1 ve H2 amortisrlerinin salinim erileri verilmitir.
63
ekil 5.16. D1 amortisrnn salinim erileri
ekil 5.17. D2 amortisrnn salinim erileri
64
ekil 5.18. D3 amortisrnn salinim erileri
ekil 5.19. H1 amortisrnn salinim erileri
65
ekil 5.20. H2 amortisrnn salinim erileri
D1, D2 ve D3 amortisrleri iin gvde titreimlerinin maksimum salinim genlikleri 2,5 mm, -3,1 mm ve -2,7 mm'dir. H1 ve H2 amortisrlerinde ise bu deerler -3,1 mm ve 3,0 mm olarak gereklemitir. Aks titreimlerine bakildiinda D1, D2 ve D3 amortisrleri iin maksimum salinim genlikleri 5,8 mm, 5,7 mm ve 6,2 mm iken H1 ve H2 amortisrleri iin deerler 6,5 mm ve 6,2 mm olmutur. Gvde titreim genliindeki arti ortalama %10 iken aks salinim genliindeki arti ortalama %8 olmutur. Ayrica H1 ve H2 amortisrlerinin salinim erilerinin D1, D2 ve D3 amortisrlerinin salinim erilerine oranla daha kararsiz bir tutum izledikleri grlmektedir. H1 ve H2 amortisrlerinin salinim erilerindeki dalgalanmalar daha fazladir. Amortisrlerin maksimum genlik deerlerindeki arti oranlarina bakildiinda, snmleme katsayisi byk olan B ve C grubu amortisrlerin genlik arti oranlarinin snmleme katsayisi kk olan A ve D grubu amortisrlerin genlik arti oranlarindan daha byk olduu grlmektedir. B ve C grubu amortisrlerin gvde salinimlarinin genlik arti oranlari %37 ve %25 iken A ve D grubu amortisrlerde bu oranlar %16 ve %10 olarak gereklemitir. Yani snmleme katsayisi byk olan amortisrler yipranmaya kari daha hassastirlar.
66
Ayrica A ve D grubu amortisrlerin maksimum gvde salinim genlikleri ortalama 3 mm civarinda iken B ve C grubu amortisrlerde bu deer ortalama 2 mm civarindadir. A ve D grubu amortisrler konfor ynnden avantajli iken B ve C grubu amortisrler ise sr gvenlii ynnden avantajlidirlar. Amortisrlerin etkisini daha iyi grebilmek iin test cihazina herhangi bir amortisr balanmadan son bir deney daha yapilmitir. ekil 5.21'de amortisrsz sspansiyon yayinin salinim erileri gsterilmitir. Sadece sistemdeki srtnmelerden dolayi oluan ok kk bir snmleme sz konusu olmutur. Sistem uzun sren sinsoidal salinimlar yapmaktadir. Gvde ve aks iin maksimum genlik deerlerinin ortalama 10 mm civarinda olduu grlmektedir.
ekil 5.21. Sspansiyon yayinin salinim erileri 5.3. Simlasyon
Deneylerde kullanilan amortisr test cihazi, salinim erilerini mekanik olarak elik ubuklar vasitasiyla kait zerine izdiinden oluan srtnmeler lm hatalarini dourabilir. Deney sonulariyla simlasyon sonularinin karilatirilip hata oranlarinin belirlenebilmesi amaciyla simlasyona ihtiya duyulmutur.
67
Deneylerde kullanilan sistem, nc blmde verilen iki serbestlik dereceli viskoz snml titreim modeline gre bilgisayar ortaminda Matlab/Simulink programi ile simle edilmitir. Simlasyonda izelge 5.2'deki sistem parametreleri kullanilmitir. izelge 5.2. Sistem parametreleri (Tekerlek snmsz)
Parametreler Deerler Birimler
Yaylanan ktle (m) Yaylanmayan ktle (mt) Sspansiyon yay katsayisi (k) Tekerlek yay katsayisi (kt) Giri (xo) Snmleme katsayisi (c)
60 14 13 000 65 400 0,005 Farkli tip amortisrler iin farkli deerler
kg kg N/m N/m m Ns/m
ncelikle, nc blmdeki E. 3.22 ve E. 3.23'te verilen sistemin hareket denklemlerine gre Simulink blok diyagrami oluturulmutur. Sistemin blok diyagrami ekil 5.22'de grlmektedir. Dikkat edilirse blok diyagram zerinde "veri yklemek iin tikla" (click to load data) ifadesi mevcuttur. Bu buton sistem parametrelerini programa yklemek iin kullanilmaktadir. Bylece program zerinde deiiklik yapmadan farkli parametrelere sahip sistemlerin salinim erilerini elde etmek daha kolay olmaktadir. Deneylerde kullanilan drt farkli tip yeni amortisrden her birinin snmleme katsayisi birbirinden farklidir. Bu nedenle her amortisr iin salinim erileri elde edilirken veri dosyasina farkli snmleme katsayisi deerleri girilmitir. izelge 5.2'de verilen snmleme katsayisi diindaki tm deerler btn amortisrler iin aynidir.
68
ekil 5.22. Sistemin tekerlek snmsz Simulink blok diyagrami
A grubu amortisrlerin snmleme katsayisi 850 Ns/m, B grubunun 1200 Ns/m, C grubunun 1400 Ns/m ve D grubunun ise 1000 Ns/m'dir. Hazirlanan programa snmleme katsayilarinin ve dier parametrelerin girilmesiyle her bir amortisr iin gvde ve aks titreimlerinin salinim erileri elde edilmitir. Sistemde tekerlek snm ihmal edilmitir. Sisteme verilen giri adim fonksiyonu eklindedir. ekil 5.23'te sisteme verilen giri deerinin zamana bali fonksiyonu gsterilmitir.
69
ekil 5.23. Giri deerinin zamana bali fonksiyonu ekil 5.24 ve ekil 5.25'te A grubu amortisrler iin gvde ve aks titreimlerinin
salinim erileri gsterilmitir. Gvde salinimlarinin maksimum genlii 7,3 mm, aks salinimlarinin maksimum genlii ise 6,0 mm'dir. Sistemin 1,5 s 'de kararli duruma getii grlmektedir.
ekil 5.24. A grubu amortisrn tekerlek snmsz gvde salinimi erisi
70
ekil 5.25. A grubu amortisrn tekerlek snmsz aks salinimi erisi ekil 5.26 ve ekil 5.27'de B grubu amortisrlerin gvde ve aks titreimlerinin
salinim erileri gsterilmitir. Gvde salinimlarinin maksimum genlii 6,9 mm, aksin maksimum genlii ise 6,4 mm'dir. Sistem 1,0 s 'de kararli duruma gemitir.
ekil 5.26. B grubu amortisrn tekerlek snmsz gvde salinimi erisi
71
ekil 5.27. B grubu amortisrn tekerlek snmsz aks salinimi erisi ekil 5.28 ve ekil 5.29'da C grubu amortisrler iin gvde ve aks titreimlerinin
salinim erileri gsterilmitir. Gvde salinimlarinin maksimum genlii 6,8 mm iken aksta bu deer 6,6 mm'dir. Sistemin 0,8 s 'de kararli duruma getii grlmektedir.
ekil 5.28. C grubu amortisrn tekerlek snmsz gvde salinimi erisi
72
ekil 5.29. C grubu amortisrn tekerlek snmsz aks salinimi erisi
Son olarak, ekil 5.30 ve ekil 5.31'de D grubu amortisrler iin gvde ve aks salinim erileri gsterilmitir. Gvde ve aks salinimlarinin maksimum genlikleri sirasiyla 7,1 mm ve 6,1 mm'dir. Sistem 1,1 s 'de kararli duruma geebilmitir.
ekil 5.30. D grubu amortisrn tekerlek snmsz gvde salinimi erisi
73
ekil 5.31. D grubu amortisrn tekerlek snmsz aks salinimi erisi
Deney sonulariyla simlasyon sonulari karilatirildiinda, maksimum genlik deerleri arasinda farklar olduu grlmektedir. Bunun sebebi, izici kalemleri hareket ettiren mekanik ubuklardaki srtnmeler, ihmal edilmi olan lastik tekerlekteki snmleme zellii ve lm hatalari olabilmektedir. Amortisr test cihazi hassas bir cihaz deildir, fakat karilatirmali olarak amortisr etkinlii hakkinda yorum yapabilme imkani vermektedir. nk cihaza balanan amortisrlerin hepsi ayni koullarda test edilmektedir. Amortisrlerin gvde salinimlarinin simlasyon erilerine bakildiinda A grubu amortisr 1,5 s, B grubu 1,0 s, C grubu 0,8 s ve D grubu ise 1,1 s'de kararli duruma gemitir. Dikkat edilirse snmleme katsayisi en byk olan C grubu amortisr en kisa srede kararli duruma geerken, snmleme katsayisi en kk olan A grubu amortisr en uzun srede kararli duruma geebilmitir. Deneysel sonulara bakildiinda da yine C grubu amortisrler en kisa srede kararli hale geerken, A grubu amortisrler en uzun srede kararli hale geebilmitir.
74
Tekerlek snmnn sistem zerindeki etkisini grmek amaciyla tekerlek snmleme katsayilari simlasyon programina ilave edilmitir. Bu nedenle her bir amortisr iin tekerlek snm katsayilari hesaplanmitir. nc blmde verilen
= c 2 mk
forml yardimiyla ncelikle sistemin snmleme orani hesaplanmi ve
ct 2 mtk t
daha sonra =
formlnde yerine koyularak tekerlek snm katsayisi (ct)
hesaplanmitir. Tekerlek snm katsayilari A grubu amortisrler iin 920 Ns/m, B grubu iin 1300 Ns/m, C grubu iin 1517 Ns/m ve D grubu iin 1085 Ns/m'dir. Amortisr snmleme katsayilari ve dier sistem parametreleri aynidir. Giri deeri yine 5 mm'dir. izelge 5.3'te sistem parametreleri gsterilmitir. izelge 5.3. Sistem parametreleri (Tekerlek snml)
Parametreler Deerler Birimler
Yaylanan ktle (m) Yaylanmayan ktle (mt) Sspansiyon yay katsayisi (k) Tekerlek yay katsayisi (kt) Giri (xo) Snmleme katsayisi (c) Tekerlek snm katsayisi (ct)
60 14 13 000 65 400 0,005 Farkli tip amortisrler iin farkli deerler Farkli tip amortisrler iin farkli deerler
kg kg N/m N/m m Ns/m Ns/m
ekil 5.32'de tekerlek snm katsayisi eklenmi Simulink blok diyagrami
grlmektedir. ekilde de grld gibi tek deiiklik "ct" tekerlek snm katsayisinin ikinci hareket denklemine ilave edilmesidir. Birinci hareket denkleminde herhangi bir deiiklik olmamitir.
75
ekil 5.32. Sistemin tekerlek snml Simulink blok diyagrami ekil 5.33 ve ekil 5.34'te A grubu amortisrler iin tekerlek snml gvde ve aks
titreimlerinin salinim erileri gsterilmitir. Gvde salinimlarinin maksimum genlii 7,0 mm iken aksta bu deer 5,6 mm'dir. Sistemin 1,5 s 'de kararli duruma getii grlmektedir. ekil 5.24 ve ekil 5.33 karilatirildiinda tekerlek snml gvde salinimi genliinin snmsz gvde salinim genliinden %4 daha kk olduu grlmektedir. Bylece deneysel sonulara bir adim daha yaklailmitir. Sistemin kararli duruma geme sresinde bir deiiklik olmamitir.
76
ekil 5.33. A grubu amortisrn tekerlek snml gvde salinimi erisi
ekil 5.34. A grubu amortisrn tekerlek snml aks salinimi erisi
77
ekil 5.35 ve ekil 5.36'da B grubu amortisrler iin tekerlek snml gvde ve aks
titreimlerinin salinim erileri gsterilmitir. Gvde salinimlarinin maksimum genlii 6,6 mm iken aksta bu deer 5,6 mm'dir. Sistemin 1,0 s 'de kararli duruma getii grlmektedir. ekil 5.26 ve ekil 5.35 karilatirildiinda tekerlek snml gvde salinimi genliinin snmsz gvde salinim genliinden %4,5 daha kk olduu grlmektedir. Sisteme tekerlek snmnn ilave edilmesi salinim genliini drmtr. Sistemin kararli duruma geme sresinde bir deiiklik olmamitir.
ekil 5.35. B grubu amortisrn tekerlek snml gvde salinimi erisi ekil 5.37 ve ekil 5.38'de C grubu amortisrler iin tekerlek snml gvde ve aks
titreimlerinin salinim erileri gsterilmitir. Gvde salinimlarinin maksimum genlii 6,4 mm iken aksta bu deer 5,6 mm'dir. Sistemin 0,8 s 'de kararli duruma getii grlmektedir. ekil 5.28 ve ekil 5.37 karilatirildiinda tekerlek snml gvde salinimi genliinin snmsz gvde salinim genliinden %6 daha kk olduu grlmektedir. Sisteme tekerlek snmnn ilave edilmesi yine salinim genliini drmtr. Sistemin kararli duruma geme sresinde bir deiiklik olmamitir.
78
ekil 5.36. B grubu amortisrn tekerlek snml aks salinimi erisi
ekil 5.37. C grubu amortisrn tekerlek snml gvde salinimi erisi
79
ekil 5.38. C grubu amortisrn tekerlek snml aks salinimi erisi
Son olarak ekil 5.39 ve ekil 5.40'ta D grubu amortisrler iin tekerlek snml gvde ve aks titreimlerinin salinim erileri gsterilmitir. Gvde salinimlarinin maksimum genlii 6,8 mm iken aksta bu deer 5,6 mm'dir. Sistemin 1,1 s 'de kararli duruma getii grlmektedir. ekil 5.30 ve ekil 5.39 karilatirildiinda tekerlek snml gvde salinimi genliinin snmsz gvde salinim genliinden %4,4 daha kk olduu grlmektedir. Dier tm amortisrlerde olduu gibi tekerlek snm maksimum genlik deerinde azalmaya neden olmutur. Sistem yine ayni srede kararli duruma gemitir.
80
ekil 5.39. D grubu amortisrn tekerlek snml gvde salinimi erisi
ekil 5.40. D grubu amortisrn tekerlek snml aks salinimi erisi
81
6. SONU VE NER LER
Yapilan alimanin sonucunda deneylerde kullanilan gazli ve hidrolik btn amortisr eitlerinde yeni olan amortisrlerin maksimum genlik deerlerinin kullanilmi olan amortisrlerin genlik deerlerinden daha dk olduu grlmtr. Yani kullanimla birlikte amortisrlerin genlik deerleri artmitir. Bunun sebebi zaman iersinde ainmalarla birlikte artan boluklardir. Snmleme kuvvetinde meydana gelen azalmaya bali olarak taitin gvde hareketinin daha byk genliklerde gereklemesi doaldir. Yeni ve kullanilmi amortisrlerin maksimum genlik deerleri karilatirildiinda en byk arti B grubu amortisrde gereklemitir. Kullanilmi amortisrn maksimum genlik deeri yeni amortisre gre %37 artmitir. B grubu hidrolik amortisrn genlik deerinin bu denli artmasinin sebebi sivi eksilmesi ya da amortisrn hareketli paralarindaki aintilar olabilmektedir. kinci en byk arti gazli tip bir amortisr olan C grubu amortisrde gereklemitir. Maksimum genlik deerinde %25 arti meydana gelmitir. Hidrolik tip olan A grubu ve gazli tip olan D grubu amortisrlerin maksimum genlik deerlerinde sirasiyla %14 ve %10 arti olmutur. Snmleme katsayisi byk olan amortisr genliklerindeki artilar daha fazla olmutur. Bunun muhtemel sebebi, snmleme katsayisi byk olan amortisrlerde oluan snmleme direnlerinin de byk olmasidir. Diren kuvvetlerinin byk olmasi dolayisiyla srtnmelerin de daha fazla olmasi demektir. Bu nedenle yipranma daha byk oranlarda gereklemektedir. alimada deneysel sonularla simlasyon sonulari arasinda sistemdeki
srtnmelerden ve tekerlek snmnn ihmalinden dolayi salinim genlikleri arasinda farklar olmutur. Arica lm hatalarinin da bunda etkisi olabilmektedir. Tekerlek snmnn sisteme ilave edilmesiyle bu oluan farklar ortalama %4 civarlarinda azalmitir. Deney sonularina bakildiinda snmleme katsayisinin artmasiyla maksimum genlik deerlerinde azalmalarin olduu grlmektedir. Ayni zamanda sistem daha
82
kisa srelerde kararli duruma gemektedir. Snmleme katsayisi byk olan amortisrler sr gvenlii aisindan daha avantajli konumdayken, snmleme katsayisi kk olan amortisrler ise sr konforu ynnden avantaja sahiptirler. Amortisr tercihi yapilirken bunlarin gz nnde bulundurulmasi faydali olacaktir. leriki alimalarda, amortisr test cihazinin genlik lmnde daha hassas lmler yapabilmesi iin sistemde LVDT (Linear Variable Displacement Transducer) kullanilmasinin faydali olacai dnlmektedir. Ayrica sistemde kuvvet ler (load cell) kullanilarak amortisrlerin snmleme kuvvetlerinin genlie gre deiim grafikleri kolaylikla ikartilabilecektir. Bylece amortisrlerin etkinlikleri hakkinda daha salikli yorumlarin yapilabilecei ngrlmektedir.
83
KAYNAKLAR
1. Duman, O. ., "Teleskopik-Hidrolik Amortisr Test Makinasinin Tasarim ve Kullanilabilirlii", Yksek Lisans Tezi, Balikesir niv. Fen Bilimleri Enst., Balikesir, 27-49, (1994). 2. Nozaki, H. and Inagaki, Y., "Technology for measuring and diagnosing the damping force of shock absorbers and the constant of coil springs when mounted on a vehicle", Sae of Japan, 20: 413-419, (1999). 3. Park, W. C., Choi, S. B. and Suh, M. S., "Material characteristics of an ER fluid and its influence on damping forces of an ER damper (part II: damping forces)", Materials & Design, 20: 325-330, (1999). 4. Liu, Y. and Zhang, J., "Nonlinear dynamic responses of twin-tube hydraulic shock absorber", Mechanics Research Communications, 29: 359-365, (2002). 5. Uar, T., "Taitlarda Kullanilan Sspansiyon Sistemlerinin Seyir Emniyeti Ve Konfor Aisindan Analizi", Yksek Lisans Tezi, Yildiz Teknik niv. Fen Bil. Enst., stanbul, 28-47, (2001). 6. Ramos, J. C., Rivas, A., Biera, J., Sacramento, G. and Sala, J. A., "Development of a thermal model for automotive twin-tube shock absorbers", Applied Thermal Engineering, 25: 1836-1853, (2004). 7. Lee, C.-T., Moon, B.-Y., "Simulation and experimental validation of vehicle dynamic characteristics for displacement-sensitive shock absorber using fluidflow modelling", Mechanical Systems and Signal Processing, 40: 1-16, (2004). 8. Pranoto, T. and Nagaya, K., "Development on 2DOF-type and rotary-type shock absorber damper using MRF and their efficiencieis", Journal of Materials Processing Technology, 26: 1-5, (2005). 9. Webster, J., "Automotive Suspension, Steering & Brakes", Delmar Publisher Inc., USA, 292-316, (1987). 10. Demirsoy, M., "Motorlu Aralar", Cilt-III, Birsen Yayinevi, zmir, 212-248, (1997). 11. Hillier, V. A., PITTUCK, F., "Fundamentals Of Motor Vehicle Technology", The Anchor Press Ltd., ngiltere, 351-364, (1983). 12. TS 3034, "Karayolu Taitlari-Sspansiyon Sistemleri-Amortisrler", Trk Standardi, ICS 43.040.50, (2005). 13. Dixon, J., "The Shock Absorber Handbook", SAE Inc., USA, 1-80, (1999).
84
14. Nunney, M. J., "Light & Heavy Vehicle Technology", Butterworth Heinemann, England, 285-305, (1998). 15. Schwaller, E. A., "Automotive Technology", Mc Graw Hill, New York, 344358, (1989). 16. Blundell, M., Harty, D., "The Multibody Systems Approach to Vehicle Dynamics", Butterworth Heinemann, England, 441-447, (2004). 17. Stiess, P., "Actual and Future Developments In The Field of Active Suspensions", Seminar, Dynamics Expo, Germany, 3-12, (2004). 18. Heisler, H., "Advanced Vehicle Technology", Butterworth Heinemann, England, 347-352, (2002). 19. Miller, K. and John, B. C., "Vehicle Suspension and Steering Systems", SAE Inc., USA, 186-192, (1993). 20. Gnay, D., Aydemir, A., "Mhendislik Mekanii-Dinamik", Deiim Yayinlari, Adapazari, 257-271, (1998). 21. Marghitu, D. B., "Mechanical Engineer's Handbook", Academic Press, USA, 365-387, (2001). 22. Reimpell, J., Stoll, H., Betzler, J. W., "The Automotive Chassis-Engineering Principles", Butterworth Heinemann, England, 347-385, (2001). 23. Abivard, A., "Otomotiv Endstrisinde Kullanilan Bir Kisim Amortisrlerin Etkinliklerinin Ve mrlerinin Belirlenmesini Salayacak Bir Test Cihazinin Tasarimi Ve malati", Yksek Lisans Tezi, Gazi niv. Fen Bil. Enst., Ankara, 12-30, (1989).
85
EKLER
86
EK-1 Hareket denklemlerinin blok diyagram zerinde gsterilmesi
eyrek tait modeli zerinden elde edilen, iki serbestlik derecesine sahip deney dzeneinin hareket denklemleri ekil 1.1 ve ekil 1.2'de Simulink blok diyagrami zerinde gsterilmitir.
ekil 1.1. Birinci hareket denklemi
87
EK-1 (Devam) Hareket denklemlerinin blok diyagram zerinde gsterilmesi
ekil 1.2. kinci hareket denklemi
88
ZGEM
Kiisel Bilgiler Soyadi, adi
: ERG N, Turgay : T.C. : 09.07.1981 Edirne : Evli : 0 505 706 68 59 : : [e-mail] [e-mail]
Uyruu Doum tarihi ve yeri Medeni hali Telefon Faks e-mail
Eitim Derece Lisans Eitim Birimi Gazi niversitesi/ Mak. Et./ Otomotiv Mezuniyet tarihi 2003
Lise
stanbul Ortaky And. Denizcilik M. L.
1999
Deneyimi Yil
Yer
Grev
2003-2006 2006- ----Yabanci Dil
Gazi niv. Atatrk M.Y.O Hacettepe niv. Mak. Mh.
r. Gr. Uzman
ngilizce
Hobiler
Yzme, Bilgisayar teknolojileri, Futbol, Seyahat