MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ

Transkript

1 MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ DİFERANSİYEL Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR Abdullah DEMİR, Yrd. Doç. Dr.

2

3 Transaks Şanzıman Şanzıman ve diferansiyelin entegre kullanıldığı Transaks FF ve MR araçlarda karşımıza çıkar. Şanzıman Diferansiyel Giriş mili Çıkış mili Kaynak: Toyota

4 Transaks Manual Transmissions and Transaxles, Prepared by Martin Restoule; Algonquin College

5 Transaks Düz Şanzıman: Motorun çıkış kuvvetini, hızını ve dönüş yönünü değiştirir. Motor Debriyaj Giriş mili Senkromeç kayıcısı Vites kolu Çıkış mili Diferansiyel Tahrik şaftı Tekerlekler Kaynak: Toyota

6 Transaks Kaynak: Toyota Düz şanzımanın çalışması Boş Giriş mili Çıkış mili Diferansiyel Mavi ok: Güç aktarımı Kırmızı ok: Dönme yönü Kalın ok: Fazla torku ifade eder.

7 Transaks 1. Vites 3. Vites Kaynak: Toyota

8 Transaks Geri Vites Kaynak: Toyota

9 Rear Wheel Drive

10

11 Kia, Aletler ve ekipman 1, GITE-1ET6K, Dişli, torku diğer bir dişliye ve dişli parçaya geçirmek için tasarlanmış bir dişli çarktır. Dişlideki dişler (veya tırnaklar) aşınmayı, titreşimi ve gürültüyü en aza indirmek ve güç aktarımı verimliliğini en yüksek seviyeye getirmek için şekillendirilmişlerdir. Kullanılan dişlinin düşük devirdeki tahrik dişlisinden daha fazla tork üretmesine veya daha yüksek devirde daha az tork üretilmesine olanak sağladıkları için, farklı boyuttaki dişliler bazen mekanik avantaj için çift olarak kullanılırlar.

12 Konik Dişliler Konik dişlilerin üzerindeki dişler düz, spiral veya hipoid olabilirler. Düz konik dişlisinin sorunuyla düz dişlinin sorunu aynıdır. Her diş bağlantılıdır ve ilgili dişe bir kez çarpar. Spiral konik dişlilerin, torkun paralel olmayan fakat kesişen akslara geçişine olanak sağlayan köşeli dişleri vardır. Hipoid dişli konik dişliye benzer ancak benzer bir dişliyi aksları kesişmeyecek, bir aks diğerinin üzerinden dik açıya yaklaşık şekilde geçerek, kavraşması için tasarlanmıştır. Kia, Aletler ve ekipman 1, GITE-1ET6K,

13 Gear drive with spur gears: (a) straight-cut, (b) helical, (c) herringbone, (d) bevel, (e) with spiral teeth, (f) with internal gearing

14 Bazen diferansiyel dişlisi ya da dengeleme grubu olarak da adlandırılan diferansiyel, tahrik edilen akslardaki farklı tekerleklerde oluşan devir sayılarını dengelemek için çalışır. Faklı tekerlek devir sayıları, bir virajı alırken aynı aks üzerindeki tekerlekler, uzunlukları farklı olan mesafeleri kat etmek zorunda kaldığında ortaya çıkar. Bu bağlamda, virajın dış bölgesinde olan tekerlek, virajın iç bölgesindeki tekerlekten daha hızlı dönmesi gerekir (birim zamanda daha uzun bir yol katetmesi gerektiği için). Bu işleviyle diferansiyel, otomobilin viraj alması için hayati önem taşır.

15 Pinion Drive Gear: transfers power from the driveshaft to the ring gear. Ring Gear: transfers power to the Differential case assembly. Side/spider gears: help both wheels to turn independently when turning. Differential case assembly: holds the Ring gear and other components that drive the rear axle. Rear drive axles: steel shafts that transfer torque from the differential assembly to the drive wheels. Rear axle bearings: ball or roller bearings that fit between the axles and the inside of the axle housing. Axle housing: metal body that encloses and supports parts of the rear axle assembly.

16 Diferansiyel etkisinin, günümüzde yol tutuşu iyileştirmek için kullanılması da söz konusudur. Bu bağlamda, tahrik edilen aks üzerindeki devir sayılarının dengelenmesi işi çoğunlukla bir konik dişli diferansiyel üzerinden sağlanır. Sınırlı kaymalı bir diferansiyel, tekerleklerden birinin serbest şekilde dönmesi ortaya çıktığında (patinaj durumu) bunu önler ve gücü, daha iyi tutuşa sahip olan diğer tekerleğe yönlendirir. Bu amaç doğrultusunda devir sayısı dengelemesi manüel veya otomatik olarak %100 e kadar engellenebilir. Bu sayede, zeminin kaygan özellikler taşıdığı yerlerde gücün neredeyse %100 ü zeminde en iyi tutuşa sahip olan tekerleğe yönlendirilebilir.

17 4x4 çekiş sistemine sahip olan araçlarda ek olarak bir dağıtıcı diferansiyel de gerekir. Bu dağıtıcı, motorun tahrik torkunu ön ve arka aksa dağıtır. Viraj geçişlerinde akslar birbirinden farklı bir hızla döndüğünden, burada da bir devir sayısı dengelemesi gerekir. Burada kullanılan diferansiyel dişi grubu, merkezi diferansiyel olarak adlandırılmaktadır.

18 TÜVTURK, 2006 Diferansiyel aşağıdaki fonksiyonlara sahiptir. 1. Redüksiyon fonksiyonu: Ayna mahruti farkından dolayı hız düşümü sağlar. 2. Diferansiyel fonksiyonu virajlarda tekerleklerin farklı hızda dönmesini sağlar. 3. Hareketi 90 çevirir. Arkadan itişli araçlarda şaftın hareketi 90 çevrilip tekerleklere iletilir.

19 Yapısı ve Parçaları Diferansiyellerin yapılarını arkadan itişli, önden çekişli, kısmi ve daimi dört çeker olmak üzere gruplandırmak uygundur. Ancak yapıda ve parçalarda köklü bir farklılık yoktur. Tek değişiklik, önden çekişli diferansiyelde hareket, vites kutusu çıkış milinden alınarak helisel dişli olan pinyon/mahruti dişliye verilmektedir. Arkadan itişli diferansiyellerde ise hareket, şafttan konik dişli olan pinyon/mahruti dişliye verilmektedir. Mahruti dişliden hareket ayna dişliye verilmekte, hareket aynaya bağlı olan diferansiyel kutusuna iletilmektedir. Kutuya istavroz miliyle bağlı bulunan sayısı model, markaya ve çeşide göre değişen istavroz dişlileri bulunur. İstavroz dişlilerinin ileri gidişlerde dönme hareketi yoktur. İstavroz dişlileri kendi etrafında dönmezler. Ancak bunlarla kavraşmış olan aks dişlilerine hareketi iletirler. Aks dişlileri iç kısımlarından frezeli dişliler yardımıyla aks millerine hareketi iletirler. 1. Mahruti Dişli 2. Ayna Dişli 3. Dişli Kutusu 4. İstavroz Mili 5. İstavroz Dişli 6. Aks Dişli 7. Aks Mili

20 Diferansiyelde Kullanılan Dişli Sistemlerinin Yapısı ve Çalışması Günümüz otomobil diferansiyelinde helisel konik dişlinin kullanılması ile ayna pinyon dişli arasındaki ses minimize edilmiştir. Aracın viraj alması sırasındaki savrulmayı önleyebilmek için ağırlık merkezinin yere yaklaştırılması gerekir. Ancak ağırlık merkezi bir dereceye kadar yere yaklaştırılır. Kardan mili ağırlık merkezinin çok fazla yere yaklaştırılmasını engeller. Bu durumun ortadan kaldırılabilmesi için diferansiyellerde hipoid dişli kullanılmıştır. Hipoid dişlilerde pinyonun ekseni aynanın ekseninin altından geçer. Pinyon ekseni ayna dişlisinin dik eksenini merkezin biraz altında keser. Kardan mili bu durumda biraz daha aşağıya alınmış olur. Araçlarda kardan milinin aşağıdan bağlanmasıyla araç ağırlık merkezi yere yaklaştırılmış olur. Hipoid dişlilerdeki diş helisi hemen hemen helisel konik dişlerdeki ile aynadır. Fakat hipoid dişlide bölüm dairesi yüzeyi temelde koniktir. Özetle diferansiyel ayna-mahruti dişlisi olarak düz konik dişler, helisel konik dişler ve hipoid konik dişler kullanılmıştır. Possible patterns on a ring gear with the recommended corrections. TÜVTURK, 2006 Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007

21 CHAPTER 7 - Differentials and Drive Axles, Western New York Teacher Center,

22 Hypoid Gears The centerline of the drive pinion gear intersects the ring gear at a point lower than the centerline They are commonly used in cars and light-duty trucks Their design allows for a lower vehicle height and more passenger room inside the vehicle Hyperlink Spiral Bevel Gears The centerline of the drive pinion intersects the centerline of the ring gear They are usually used in heavy-duty truck applications They are usually noisier than hypoid gears CHAPTER 7 - Differentials and Drive Axles, Western New York Teacher Center,

23 Identifying the basic types of final drive gears (David Brown) Friction cones analogy of bevel gearing Basic geometry of spiral bevel gearset Basic geometry of hypoid bevel gearset

24 Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007 Bosch Automotive Handbook

25 Differential Operation The drive pinion drives the ring gear, which is attached to the differential case. When going straight ahead: The differential housing and its components rotate as an assembly. Power is transferred equally to both wheels. Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007

26 Differential Operation CHAPTER 7 - Differentials and Drive Axles, Western New York Teacher Center,

27 When turning a corner: The wheels must travel at different speeds to prevent tire scrubbing. The differential pinion gears walk around the slower side gear and cause the other side gear to turn faster. The percentage of speed that is removed from one wheel is given to the other. Differential operation while cornering left Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007

28 Differential Operation CHAPTER 7 - Differentials and Drive Axles, Western New York Teacher Center,

29 The differential pinion and side gears will always have a thrust washer between themselves and the differential (carrier). CHAPTER 7 - Differentials and Drive Axles, Western New York Teacher Center,

30 CHAPTER 7 - Differentials and Drive Axles, Western New York Teacher Center,

31 Diagram of Open differential

32 Diferansiyelin Dişlilerinin Oranlarını Hesaplanması Arka akslarda kullanılan hareket iletme oranları genellikle 2.6 ile 4.5 arasında değişir. Diferansiyelde böyle bir oranın sağlanması vites kutusu yapımını kolaylaştırmıştır. Motorun maksimum momenti, maksimum verimle verdiği belirli devirleri vardır. Motorun bu devirlerin üzerinde çalıştırması zararlıdır. Motorla uyum içinde bulunan bir vites kutusu aracılığı ile sürücü aracı motorun uygun devirlerinde değişik hızlarla sürebilir. Hâlbuki vites kutusunun üzerindeki en düşük vites olan birinci vitesle aracın yerinden kaldırılması zordur. Diğer taraftan direkt hareket vitesinde motor momentinin üstünde bir moment artışı söz konusu değildir. Bu nedenle arka köprüde diğer bir ifade ile arka akslarda bir miktar moment artışına imkân verecek redüksiyona gerek vardır. Son Dişli Oranı: Binek otomobiller: 2.6 ile 4.5 NOT: Ağır vasıta araçlarda bu oran daha yüksektir.

33 Diferansiyelin Dişlilerinin Oranlarını Hesaplanması (dvm.) Ayna-pinyon/mahruti arasındaki hareket iletme oranı ihtiyaç duyulan moment artışını gerçekleştirir. Ayna-pinyon/mahruti arasındaki bu hareket oranları vites kutusu çıkışından alınan momentin 2.6 ile 4.5 kat artmasına imkân verir. Bu oranlara nihai redüksiyon oranı (son dişli oranı ya da diferansiyel dişli oranı) denilmektedir.

34 Nihai redüksiyon oranı (son dişli oranı ya da diferansiyel dişli oranı) neden tam sayı değildir? Çünkü tam sayı olması durumunda karşılıklı çalışan dişlilerin ani aşınması önlenmiş olur.

35

36 Örnek problem: İz genişliği: 1,5 m Dinamik lastik yarıçapı: 275 mm İç tekerlek dönüş yarıçapı: 9 m 90 derecelik bir yay üzerinde iç ve dış tekerleğin aldığı yol? Lastiklerin yaptığı devirler? The need for a differential gear in the final drive M.J. Nunney, Light and Heavy Vehicle Technology, Fourth edition, 2007

37 Örnek problem: İz genişliği: 1,5 m Dinamik lastik yarıçapı: 275 mm İç tekerlek dönüş yarıçapı: 9 m 90 derecelik bir yay üzerinde iç ve dış tekerleğin aldığı yol? Lastiklerin yaptığı devirler? Çözüm: İç tekerleğin aldığı yol= (2*3.14*9)/4=14,13 m Dış tekerleğin aldığı yol= [2*3.14*(9+1.5)]/4=16,48 m Lastiğin bir devrinde aldığı yol: 2 *3,14*rdyn=1.72 m İç tekerleğin toplam devri= 14,13 m/1,72 m = 8,21 Dış tekerleğin toplam devri=16,48 m/1,72 m = 9,58

38 Çeşitleri: Kullanıldıkları araçlara göre: Kontrollü Kayma Yapabilen Diferansiyeller: Genellikle kamyon ve otobüs gibi ağır hizmet araçlarında kullanılır. Bu diferansiyeller büyük torkun ve hızın istenildiği yerlerde kullanılırlar. Kayma Yapmayan Diferansiyeller: İş makinesi ve karayolu dışında çalıştırılan ağır hizmet tipi araçlarda kullanılırlar. Kısaca hızın az fakat torkun gerekli olduğu yerlerde kullanılırlar. Standart Diferansiyeller: Otomobillerde kullanılan diferansiyel çeşididir. Hızın fazla fakat torkun daha az istenildiği araçlarda kullanılırlar. Ayarlarına göre diferansiyeller Ayar Şimli Diferansiyeller: Otomobillerde kullanılan ve ayna ile pinyon arasındaki ayarın şim konularak istenilen değere getirildiği diferansiyellerdir. Ayar Somunlu Diferansiyeller: Bu diferansiyeller genellikle kamyon otobüs gibi araçlarda kullanılır. Ayna dişli ile pinyon dişli arasındaki boşluk ayna dişlinin yataklarındaki bulunan iki adet vidalı parça ile aynayı sağa ve sola kaydırmak suretiyle oluşturulur. Diferansiyelin araçtaki yerine göre Önden Çekişli Diferansiyeller: Önden çekişli araçlardaki diferansiyeller ayar gerektirmeyen ve sadece pinyon ile ayna arasındaki bağlantı helisel dişlilerle sağlanır ve hareketin yönünü terse çevirme görevi yapar. Vites kutusuyla yekpare olarak yapılırlar. Arkadan İtişli Diferansiyeller: Bu günkü kamyon, otobüs ve arkadan itişli otomobillerde kullanılırlar. Ayna ve pinyon bağlantısı helisel hipoid dişli olup hareketin yönünü 90 derece çevirmek için kullanılır.

39 Live IRS (Independent Rear Suspension) CHAPTER 7 - Differentials and Drive Axles, Western New York Teacher Center,

40 Removable carrier type Integral carrier type CHAPTER 7 - Differentials and Drive Axles, Western New York Teacher Center,

41 3 Ways to Determine Final Drive Ratio Using the vehicle service manual, decipher the code on the tag attached to or stamped on the axle housing Compare the number of revolutions of the drive wheels with those of the drive shaft Count the number of teeth on the drive pinion gear and the ring gear

42 Advantages and disadvantages of front-wheel drive engine length limited by available space; there is load on the steered and driven wheels; good road-holding, especially on wet roads and in wintry conditions the car is pulled and not pushed; good drive-off and sufficient climbing capacity with only few people in the vehicle; tendency to understeer in cornering; insensitive to side wind; although the front axle is loaded due to the weight of the drive unit, the steering is not necessarily heavier (in comparison with standard cars) during driving; axle adjustment values are required only to a limited degree for steering alignment; simple rear axle design e.g. compound crank or rigid axles possible; long wheelbase making high ride comfort possible; short power flow because the engine, gearbox and differential form a compact unit; good engine cooling (radiator in front), and an electric fan can be fitted; effective heating due to short paths; smooth car floor pan; exhaust system with long path (important on cars with catalytic converters); a large boot with a favourable crumple zone for rear end crash. Automotive Engineering, 2009

43 The disadvantages are: under full load, poorer drive-off capacity on wet and icy roads and on inclines; with powerful engines, increasing influence on Steering; engine length limited by available space; with high front axle load, high steering ratio or powersteering is necessary; with high located, dash-panel mounted rack and pinion steering, centre take off tie rods become necessary or significantkinematic toe-in change practically inevitable; geometrical difficult project definition of a favourable interference force lever arm and a favourable steering roll radius (scrub radius); engine gearbox unit renders more difficult the arrangement of the steering package; the power plant mounting has to absorb the enginemoment times the total gear ratio; it is difficult to design the power plant mounting booming noises, resonant frequencies in conjunction with the suspension, tip in and let off torque effects etc., need to be suppressed; with soft mountings, wavy road surfaces excite the power plant to natural frequency oscillation (socalled front end shake ; there is bending stress on the exhaust system from the power plant movements during drive-off and braking (with the engine); there is a complex front axle, so inner drive shafts need a sliding CV joint; the turning and track circle is restricted due to the limited bending angle (up to 50) of the drive joints; high sensitivity in the case of tyre imbalance and nonuniformity on the front wheels; higher tyre wear in front, because the highly loaded front wheels are both steered and driven; poor braking force distribution (about 75% to the front and 25% to the rear); complex gear shift mechanism which can also be influenced by power plant movements. Automotive Engineering, 2009

44 Figure: Examples of markings on (a) end face of pinion (b) crown wheel (SAAB) (a) 3 measurement for pinion setting R913 mating number, also stamped on crown wheel pinion not offset: shaft centreline intersects crown wheel centreline (all pinions are marked 0, and this datum has no relevance to the adjustment) (b) 38 no. of teeth on crown wheel 9 no. of teeth on pinion -15 backlash 0.15 mm R913 mating number, also stamped on pinion