SÖNÜMLEME ELEMANLARI AMORTİSÖRLER. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 1

Transkript

1 SÖNÜMLEME ELEMANLARI AMORTİSÖRLER Prof Dr N Sefa KURALAY 1

2 SÖNÜMLEME ELEMANLARI, AMORTİSÖRLER Amortisörlerin Görevleri: Taşıt yaylarına paralel olarak bağlanan amortisörlerin; Aksların ve tekerleklerin yol yüzeyindeki düzgünsüzlükten etkilenen titreşimlerinin süratle sönümlenmesini sağlamak, Araçlarda sürüş emniyeti ve seyahat konforu arttırmak, Aracın düşey salınımına ve titreşimlerin uzamasına engel olmak ve bunları seyir güvenliği açısından azaltmak gibi görevleri vardır Askı sitemleri ve araç karoseri titreşimleri farklı frekanstadırlar İyi bir amortisör her iki titreşimde de etkili olmalıdır Resim : Araç modelinde amortisörün yeri ve fonksiyonu Prof Dr N Sefa KURALAY 2

3 Genelde teleskopik amortisörler kullanılır Bir silindir içinde hareket eden piston, hidroliği küçük delik veya açıklıktan (supaplardan) akmaya zorlar Akış direncinin değiştirilmesiyle pistonun yukarı aşağı hareketi sırasında amortisör davranışını araç özelliklerine uydurmak mümkündür Prensip olarak amortisörler titreşim enerjisini ısıya dönüştürürler Halka mafsal Bası kademesi Halka mafsal Piston kolu Sızdırmazlık Koruyucu boru Silindirik boru İş hacmi Bası ventili Piston Çeki ventili Çeki kademesi Sızdırmazlık Piston kolu Koruyucu boru Dış boru İç boru İş hacmi Ayırma pistonu Gaz bölmesi Halka mafsal Prof Dr N Sefa KURALAY 3 Piston ventili Rezerv hacim Taban ventili

4 Tespit mafsalı Piston kolu kılavuzu Piston kolu sızdırmazlığı Piston kolu Koruyucu boru Piston ventili İş silindiri Tek borulu amortisör Tek borulu amortisör gaz basınçlı amortisör olarak da ifade edilir Pistonun yukarı aşağı hareketi esnasında amortisörün davranışı iki boruludaki gibidir Piston kolu hacminin dengelenmesi için özel bir hacme gerek yoktur bu yüzden amortisörün soğuması daha iyidir Hacim dengelenmesi sıvı ve gaz fazı bir piston ile ayrılmış bir gaz yastığı ile gerçekleşir Pistonun aşağıya doğru hareketinde sıkışan sıvı ayırıcı pistonu aşağı iterek basıncı dengeler Tersi durumda genleşir Ayırıcı piston Gaz hacmi Tespit mafsalı Prof Dr N Sefa KURALAY 4 Bası kademesi Çeki kademesi

5 Tespit mafsalı Piston kolu Sızdırmazlığı Piston kolu Kılavuzu Piston kolu Dengeleme Haznesi Koruyucu boru Dış boru İş silindiri Piston ventili Taban ventili Tespit mafsalı İki borulu amortisör İki borulu amortisörde piston - piston kolu ve koruyucu boru karosere, buna karşın iç boru ve dış boru aksa monte edilir İki boru arasındaki hacim yedek hacim olarak çalışır; sıvıyı aşağıya doğru bastıran pistonun sıkıştırdığı hidrolik için dengeleme hacmidir Kuvvetli sönümleme yayın uzaması sırasında gerçekleşir Pistonun yukarı hareketi sırasında pistonun çalışma hacminde sıkıştırdığı sıvı piston üzerindeki lamelli dar olan ventilden geçerek yüksek bir sönümleme sağlar Bu sırada bir miktar yedek hacimde bulunan sıvı da pistonun alt bölgesindeki hacme emilir Pistonun aşağı hareketinde yani tekerleğin yukarı hareketinde piston aşağı inerken piston altındaki sıvı daha düşük bir engelleme ile üst hacme ve yedek hacme kaçar Bu esnadaki sönümleme daha düşüktür Bası kademesi Çeki kademesi Prof Dr N Sefa KURALAY 5

6 Üst yatak Bası takozu Körüklü muhafaza Birleşik Konstrüksiyonlarda Amortisör Yay bacağı uygulaması :Amortisör aks yayı ile birlikte bir blok olarak da kullanılmaktadır Kuvvetlendirilmiş bir konstrüksiyonda amortisör ve helisel aks yayının birlikte kullanılmasına yay bacağı denilir Yay bacağı askı sistemi olarak kullanılır bu taktirde bir aks ayağı yani tekerleğin yataklandığı bir ayak öngörülür Yay Çeki takozu Stabilizatör bağlantı noktası Fren hortumu tespit noktası Tespit noktası Prof Dr N Sefa KURALAY 6

7 Üst yatak Gaz yastığı Gaz haznesi Yağ basınç hattı Sızdırmazlık ve kılavuz Bası takozu Amortisörün seviye ayarlama regülatörü ile birlikte kullanılması Aracın yay sistemi öyle tasarlanmıştır ki, orta yükleme durumunda en iyi yol durumu elde edilir Maksimum yüklemede araç arkası fazlaca çöker Aracın taban serbestliği azalır, yaylanma mesafesi kısalır ve yol durumu bozulur Buna çoğu kez bozulan direksiyon emniyeti ve yan rüzgar hassasiyeti de eklenir Ayrıca gece sürüşlerinde farların karşı trafiğin gözünü kamaştırması da söz konusudur Bu durum özel bir amortisör sistemi (seviye ayarlaması) ile maksimum yükleme durumunda da aracın arkası normal pozisyona getirilir Körüklü muhafaza Prof Dr N Sefa KURALAY 7

8 Hidrolik Sönümleme Kuvveti ve Amortisör Tanım Eğrileri Çeki ve bası kademelerinde farklı amortisör kuvvetine sahip amortisörlere ait tanım eğrileri lineer, progresif ve degresif olmak üzere üç temel karakteristikte verilmektedir Yol-kuvvet ve bunlardan deney şartlarına göre çeki ve bası kademelerinde türetilen sönümleme kuvvetinin amortisör piston hızına göre tanım eğrileri resimde verilmiştir Amortisör kuvveti N Çeki kademesindeki sönümleme kuvveti pozitif, Bası kademesinde negatif olarak gösterilmiştir Piston hızı m/s Resim : Amortisör tanım eğrileri Prof Dr N Sefa KURALAY 8

9 Amortisör sönümleme kuvvetleri (Çeki ve Bası) maksimum piston hızına (v D max ) göre verilmektedir Amortisör kuvvet-hız diyagramının elde edilmesi için, sabit devir sayısındaki (örneğin 100 D/d) test makinesinde farklı stroklarda ölçüm yapılır 25 mm stroktan başlayarak her 25 mm artışla takip eden stroklarda amortisör kuvvetleri ölçülür ve kuvvetler max piston hızının fonksiyonu olarak diyagrama taşınır Burada piston hızı : v D max sn / 60 m/s n = 100 D/d değerindeki alışılagelen devir sayısında elde edilen piston hızları : Küçük yol düzgünsüzlüklerinde yaylanmaya cevap vermek için, amortisör mümkün olduğunca iç sürtünmeye sahip olmalıdır Bu iç sürtünme Piston kolu ve sızdırmazlık elemanı (keçe), Piston kolu ve kılavuz ve aynı şekilde Piston ve silindir arasında ortaya çıkar Çift borulu amortisörün sızdırmazlık elemanları iç basınçla yüklenmedikleri için sürtünme kuvveti, tek borulu gaz basınçlılara oranla daha düşüktür Prof Dr N Sefa KURALAY 9

10 Amortisörlerin kuvvet-yol ve kuvvet hız diyagramları birbirleri ile yakından ilişkilidir Mukayese amacıyla progresif, degresif ve lineer karakteristiğe sahip amortisörlerin kuvvet-yol diyagramları da verilmiştir : Kuvvetin seyri ve diyagram formu birbiri ile doğrudan ilişkilidir Strok Küçük kuvvet-yol diyagramı alanı, küçük ortalama sönümlemeye sahiptir Progresif karakteristikliye ait alan ve kuvvet,degresif karakteristikliye oranla daha küçüktür Resim : Amortisör kuvvet-hız karakteristiği progresif, lineer ve degresif olabilir Prof Dr N Sefa KURALAY 10

11 Degresif ayarlı bir amortisör küçük tekerlek hareketlerinde ve küçük piston hızlarında belirli büyüklükte bir sönümleme kuvveti oluşturur Küçük yol düzgünsüzlüklerinin kötü bir şekilde yutulması ve bununla beraber sert etki eden yaylanmayla bağlantılı olan dezavantaja sahiptir Direksiyonun ani çevrilmesi ve viraj girişlerinde direksiyonun süratli çevrilmesi durumunda, yüksek yalpa stabilitesi avantajına sahiptir; yani karoseri virajda progresif sönüm karakteristikli amortisöre oranla daha az yalpa yapar Aynı durum baş sallama eğilimi için de söz konusudur; ani frenlemede aracın öne doğru çökmesi daha azdır Yüksek piston hızlarında kuvvet-hız eğrisinin yavaş yükselmesi, maksimum olarak amortisör tarafından uygulanan ve aks veya şasi bağlantı noktalarına etkiyen kuvvetlerin sınırlanması anlamına gelir Sürüş sistemleri degresif bir sönümleme için tasarlanmış bir otomobil veya kombi aracın amortisörleri, progresif karakteristikli amortisörler ile değiştirilmesi durumunda, karoserde imalat esnasında ön görülemeyen yırtılmalar ve sabitleme pimlerinde kırılmalar ortaya çıkabilir Prof Dr N Sefa KURALAY 11

12 Progresif karakteristikli amortisör, Sıfır noktası civarında düşük kuvvete sahip olması gibi, yani sert lastikle dahi yumuşak bir yuvarlanmanın elde edilmesi avantajına sahiptir Yüksek piston hızlarında ani artan kuvvetler birden büyüyen sönümleme faktörüne sebep olur, Şasi sönümleme faktörü D 2 artar ve Doğrudan tekerleğin yoldan zıplaması ile bağlantılı olan tekerlek sönümleme faktörü D 1 artar ve Kötü yol yüzeylerinde lastik tekerleğin yol tutuşu iyileşir Tekerlek askı sisteminin şasi askı noktalarında kullanılan Lastik takozların özgül sönümleme özellikleri, Metal yayların histerezis kayıpları ve Sürtünen parçaların oluşturduğu kuru sürtünme sönümlemesi nedeniyle gerçek sönümleme faktörü D 2 değeri, amortisör sönümleme değerine göre belirlenenin üzerinde gerçekleşir Prof Dr N Sefa KURALAY 12

13 Amortisörde Çeki ve Bası Sönümleme Kuvveti Oranı Amortisör sönümleme faktörünün k D belirlenmesinde kullanılan ortalama sönümleme kuvveti F D yaklaşık olarak, ifadesinden hesaplanır Gerçekte Çeki : Bası oranı = 1:1 olması durumunda özellikle Aks titreşimleri daha iyi sönümlenir Amortisörde bası kuvvetleri daha küçük yay sıkışmasına ve bununla bağlantılı olarak yay tarafından daha küçük enerji depolanmasına sebep olur Bası kademesinin yükselmesi durumunda F D F Bası F 2 Çeki Tekerlek yükü değişimlerinin azalması ve aynı zamanda tekerlerin yol tutuşu iyileşir Bundan seyahat konforu olumsuz etkilenmektedir ve lastikler daha sert yuvarlanır Prof Dr N Sefa KURALAY 13

14 Tekerlek yükü değişimi Bu yüzden Çeki / Bası oranı her iki aksta ortalama olarak yalnızca Ön aksta Çeki : Bası = 3 5 Arka aksta Çeki : Bası = 2 4 Uygulama Bölgesi Ön aks yayı seyahat konforunu belirler (bu yüzden daha düşük bası sönümlemesi); Arka aks yayı da yük değişimlerini alabilecek şekilde ön görülür Yalnızca Bası sönümlemesi Çeki Çeki Bası Yalnızca Çeki sönümlemesi Resim: Yalnızca çeki sönümlemesi durumunda (Bası yok) tekerlek yükü değişimi % 100 ise, Çeki : Bası = 1 : 1 olan bir amortisörün monte edilmesiyle % 80 değerine geriler 1 : 1 değeri, x ekseninde Çeki /(Çeki + Bası) = 0,5 değerine karşı gelmektedir Prof Dr N Sefa KURALAY 14

15 VENTİL UYGULAMALARI F Çeki F Bası Resim : Tek borulu sistemde pistondaki kapatılmamış delikler veya piston ve silindir duvarı arasındaki bir aralık veya kanal çeki ve bası sönümleme kuvvetinin eşit olduğu sert progresif bir karakteristik oluşturur 1 Bası kademesi ventili 2 Çeki kademesi ventili 3 Sızdırmazlık halkası F Çeki F Bası Resim : Büyük delikler üzerine yerleştirilmiş yay baskılı ventiller degresif karakteristikli kuvvet-hız diyagramı oluşturur Çeki ve bası tarafındaki kuvvetler farklı büyüklükte olabilir Prof Dr N Sefa KURALAY 15

16 Hemen tüm tek borulu amortisörlerde boydan tasarruf için çeki kademesi ventili pistonun altında oturur Tek borulu amortisörde bası kademesi ventili pistonun üst kısmında bulunur Bildstein firması ek bir delik ile sabit geçişi öngörmüştür Bu Bilstein sayede firması hem çeki bir hem delik de ile sabit bası geçişi yönünde görmüştür aynı belirli yağ Bu miktarı sayede akar hem çeki tarafında hem de bası yönünde aynı belirli yağ miktar akar Resim : Doğrusal (lineer) karakteristiğe ulaşmak için çok az baskılı ventil plakaları veya sabit geçişli ve az baskılı ventil tabakları kombinasyonu ile ulaşılır Prof Dr N Sefa KURALAY 16

17 VENTİL AYARLARINA MÜDAHALE Şu ana kadar belirtilen ventil uygulamaları araç üreticisi ve ventil imalatçısı arasında varılan tolerans bölgesi dahilinde montaj bandında sabit olarak yapılan ayarlardır Burada müsaade edilen sapmalar çeki ve bası kuvvetlerinde takriben % 10 civarındadır Araba yarışçılarına araçlarında monte edilmiş amortisörlerin değerini sürüş şartlarına göre ayarlamak ve zamanla ayarı değişen amortisörün yeniden ayarlanmasını sağlamak için, imalatçı firmalar dıştan ayarlanabilir veya sökülüp, ayarlanabilen ve tekrar toplanan amortisör tipleri geliştirmişlerdir Bu amortisörler sadece özel amaçlı kullanımlar içindir Günümüz amortisörlerinin ayarları sabittir ve sökülemezler Amortisör ventil ayarları yüke ve yola (yay çökmesine) bağlı olarak ayarlanır Bunların dışında modern araçlarda kullanılan amortisörlerin sönümleme değerleri yol ve yük şartlarına göre elektro-hidrolik olarak değiştirilebilir: Prof Dr N Sefa KURALAY 17

18 Yüke Bağlı Olarak Ventillere Müdahale İnsan ve hassas malların naklinde, sarsıntısız bir transfer için, yükleme durumundan bağımsız bir seyahat konforuna ulaşmak mecburiyeti vardır İyi bir sönümleme için şasi sönümleme faktörü D 2 0,3 Hava yayı körüğünden gelen basınçlı hava Amortisör kuvveti [dan] Hava körüğü basıncı [bar] 100 mm strok, n=100 D/d için piston hızı v D = 0,52 m/s Hava yayı körüğü basıncının fonksiyonu olarak sıvı akışının kısılmasıyla, amortisör çeki ve bası kuvvetleri değiştirilebilen bir amortisörün kuvvet-yol diyagramı Ortalama yükleme ye amortisörün bası ve çeki sönümleme kuvvetleri, tam yüklü aracın titreşimlerini yeterince çabuk sönümlemeyebilir Bu ilişki aşağıdaki eşitlikten de kolayca görülebilir: D 2 2 k c 2 2 m 2 Resim: Yüke bağlı olarak sıvı akışı kısmalı bir amortisörün şematik görünüşü Hava basıncının artmasıyla 11 nolu kol piston kolu içinde aşağı hareket eder ve 5 nolu pistoncuk 7 nolu kanaldan geçen sıvının kısılması gerçekleştirir Amortisör çeki ve bası kuvvetleri, yan taraftaki resimde verildiği gibi, artar Prof Dr N Sefa KURALAY 18

19 Sadece çeki kademesindeki amortisör kuvvetin ayarlanması istenirse, çeki kademesi ventili kısma yayı ön gergisini artırılır Sıvı akışı zorlaştırılır; çeki sönüm kuvveti artar 1 Hava yayı körüğünden Resim : Çeki kademesi ventil yayına etkimek suretiyle yüke bağlı olarak amortisör sönüm kuvvetinin seyir esnasında ayarlanması (Firma Bildstein) Prof Dr N Sefa KURALAY 19

20 DEĞİŞKEN SÖNÜMLEME SİSTEMİ (CDC Continuous Damping Control) CDC ile sürüş daha kontrollü yapılmaktadır; sportif dinamik, konforlu ve bunların karması Piston kolu Sızdırmazlık ve kılavuzlama birimi CDC kumanda Borusu Piston ventili CDC proposiyonal değişken sönümleme ventili CDC Sönümleyici: CDC elektronik olarak kumanda edilebilen oransal bir sönümleme ventiline sahiptir Ventil ayarına göre sıvı akışı genişletilebilir (yumuşak) veya daraltılabilir (sert) Sensörler; yola durumu, yük, araç hareketleri, frenleme, viraj sürüşü ve sürücü reaksiyonu gibi etkileri sürekli izlemektedir Sensörlerin sinyalleri bir kumanda cihazında işlenmektedir Her 2 ms de gerekli sönümleme kuvvetlerini hesaplamakta ve dataları oransal sönümleme ventiline iletmektedir Bu ventil üzerinden kademesiz, otomatik olarak sürüş ve yol şartlarına göre sönümleme kuvveti oluşturulur Sert sürüş şartlarında sönümleme otomatik olarak sertleşir Elektronik bağlantısı Taban ventili Avantajları: Sönümlemenin optimizasyonuyla güvenli sürüş Yalpa, baş sallama ve düşey salınımlar azalır Yüksek yol tutuşu ile kısa fren mesafesi elde edilir Aracın direksiyona cevabı hızlanır İzi değişiminin daha iyi kontrol edilmesi sağlanır Prof Dr N Sefa KURALAY 20

21 Amortisör Askıları Amortisörlerin bağlantısı için kullanılırlar; üstten şasiye, alttan aks gövdesine doğrudan bağlanır Bağlantı askılarından Bakım gerektirmemeleri ve imalatlarının ucuz olması, Düşük kasılmalarda açısal hareketlilik, yani bağlantı noktalarının birbirine göre küçük sapmalarına izin verebilmeli, Yol gürültülerinin iletimini engellemek için, gürültü izolasyonu olmalı ve Her elastik yol kaybı, özellikle küçük salınımlarda, sönümleme etkisine etki ettiği için, sönümleme kuvvetleri doğrultusundaki yay sertlikleri uygun olmalı gibi bazı fonksiyonlar beklenmektedir Mafsalın kendisi iç ve dış metal burç içine preslenmiş lastik bir burçtan ibarettir Lastik burcun dudakları, metal kovandan dışarı taşar durumdadır, bu sayede işletme esnasından burçların sıyrılmasına karşı emniyet oluşturarak /2 = 10 0 burulma açısına ve /2= sehim açısına müsaade eder Prof Dr N Sefa KURALAY 21

22 Çeki kuvveti [dan] Tip 1 Tip 2 Sehim [mm] Sehim [mm] Sehim [mm] Tip 1: Göz mafsal /2 = 10 0 /2 = 3 0 Tip 2 : Göz mafsal /2 = 10 0 /2 = 7 0 Tip 2 Tip 1 Bası kuvveti [dan] Göz mafsal Tip 1 ve Tip 2 nin çeki ve bası kuvveti etkisi altındaki esneme miktarı n=100 D/d dönen amortisör test makinesinde ölçülmüştür M10x1 /2 = 5 0 Amortisörün yüksek çekme kuvvetinin basıya oranla büyük olması durumunda bağlantı mafsalı lastiğinin üst dudağı daha geniş ve kalın; basının çekiye göre daha büyük olması durumunda mafsal lastiği alt dudağının daha kalın olabilmektedir Amortisör bağlantı pimini hiçbir zaman bağlantı sacına çalıma sırasında temas edip ses yapmaması için pimin etrafına mesafe burcu konur Resim : Bilezikli ve pimli amortisör bağlantı mafsalı tipleri ve zorlanma şekilleri Prof Dr N Sefa KURALAY 22

23 Amortisör Uzunluğu ve Ölçüleri Her amortisörün uzunluğu bağlantı noktasının tipine ve uygulama şekline bağlı olarak L Sabit uzunluğundan belirlenir 1 Sıkıştırılmış amortisörün minimum boyu L 1, 2 Uzamış amortisörün maksimum boyu L 3 ve 3 Strok s olmak üzere amortisörün minimum ve maksimum uzunluğu: L L L Sabit 1 3 L L L Sabit 1 6 L s ı 8 s L L Sabit 8 L 2s 9 L 10 L 11 L 7 Çeki tamponu Bası tamponu Basılmış montaj boyu L 1 (Elastik bası tamponuna kadar basılmış) Bası tamponu da basılmış durumda boy L 2 = L 1 s 1 Çekilmiş montaj boyu L 3 Çeki tamponu da basılı durumda boy L 4 = L 3 + s 2 Prof Dr N Sefa KURALAY 23

24 Teşekkür ederim Prof Dr N Sefa KURALAY Prof Dr N Sefa KURALAY 24