ARAÇ YOL YÜKLERİNİN DIŞ DİKİZ AYNAYA ETKİLERİ VE DIŞ DİKİZ AYNA TİTREŞİM PARAMETRELERİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 OTEKON 4 7 Otomotiv Teknolojilei Kongesi 6 7 Mayıs 04, BURSA ARAÇ YOL YÜKLERİNİN DIŞ DİKİZ AYNAYA ETKİLERİ VE DIŞ DİKİZ AYNA TİTREŞİM PARAMETRELERİNİN İNCELENMESİ Basi ÇALIŞKAN *, İan KAMAŞ *, Tane KARSLIOĞLU * * FEKA Otomotiv Mamüllei San ve Tic AŞ, BURSA ÖZET Aaç üstü güvenlik paçası olan dış dikiz aynanın titeşim gidileini elde etmek için, öncelikle 4 sebestlik deeceli aaç modellemesi yapılmış ve aklı yol gidilei için titeşim cevaplaı elde edilmişti Benze şatlaı, laboatua otamında geçekleştimek için oluştuulan test düzeneği anlatılmıştı Faklı test şatlaını tanımlayaak geçekleştidiğimiz sonlu elemanla analizleinde dış dikiz aynaya ait çeşitli paamete değişimleinin dış dikiz ayna cevabına etkilei incelenmişti Anahta kelimele: Yaım Taşıt Modeli, Titeşim Cevabı, Dış Dikiz Ayna, Sonlu Elemanla Analizi EFFECTS OF ROAD LOADS ONTO AN OUTER SIDE MIRROR AND EXAMINATION OF VIBRATION PARAMETERS OF OUTER SIDE MIRROR ABSTRACT A system that has 4 DOF (Degee o Feedom) is ceated and solved in ode to povide vibation inputs in conditions o dieent oad loads, o the oute mio which is one o the saety pat o a vehicle Test conditions to simulate oad loads have been examined Vibation esponse which depends on an oute side mio system paametes was examined Keywods: Hal Vehicle Model, Vibation Response, Oute Side Mio, Finite Element Analysis GİRİŞ Günümüzde he sektö için geçeli olan kabon emisyonunu azaltma hedei, kaa taşımacılığında da büyük bi önem az etmektedi Bu sebeple; motoun veimliliğini attıaak kabon salımını azaltma çabalaının yanı sıa aaç hailetme çalışmalaı da hız kazanmıştı Daha hai ve daha az malzeme kullanımına yönelik eğilimle atmıştı Ancak doğu tasaım olmaksızın yapılan bu ağılık azaltmalaı, aaç üzeindeki paçalada mukavemet düşümü, titeşim atışı sonuçlaını doğuu, güvenlik ve kono gibi en temel beklentilei olumsuz etkile Bi dış dikiz aynanın titeşim cevabını elde etmek için öncelikle uygun bi aaç matematik modellemesi yapılmıştı Oluştuulan tanse onksiyonunun, aklı yol gidilei için titeşim cevaplaı elde edilmişti Bu cevapla da ayna titeşim gidisi olaak kullanılmıştı Otomotiv ana sanayi imalaı, aynaya etkiyen bu yol gidilei neticesinde titeşim ölçmek için çeşitli testle ve şatnamele oluştumuşladı Testlein uygulanışı ve beklentileinde bazı aklılıkla olmasına kaşın temel beklenti titeşim neticesindeki göüntü sapmalaını ölçebilmekti Test şatlaını tanımlayaak geçekleştidiğimiz simülasyonlada dış dikiz aynaya ait çeşitli paametele değiştiileek sonuca etkilei gözlenmiş, ayna üzeindeki metal paça ile beklentipeomans kıyaslaması yapılmıştı

2 TAŞIT MODELLEMESİ VE SİSTEMİN DIŞ DİKİZ AYNA BÖLGESİNDEKİ CEVABI Matematiksel model kumanın amacı, haeket denklemleini oluştumak ve sisteme ait tüm önemli kaakteistik özelliklei gömekti[] Matematik model oluştuulduktan sona dinamik pensiplei, haeket denklemini oluştumak için kullanılı Bu amaçla, tüm dış zolamalaı, eaksiyon kuvvetleini ve atalet kuvvetleini içeecek şekilde kütlelee ait Sebest Cisim Diyagamlaı oluştuulu[] D Alembet pensibi, Newton un yasası, Lagange veya Hamilton pensibi gibi yöntemle haeket denklemleini oluştumak amacı ile kullanılı Sistem cevabını analitik veya nümeik olaak elde etmek için haeket denklemlei değişik yöntemle kullanılaak çözülü ve sonuç olaak sisteme ait ye değiştime, hız veya ivme cevaplaı elde edili[] Titeşim yapan sistemlein analizi için ilk olaak sistem yapısını yeteli deecede iade edecek içeikte bi matematik model oluştuulu Oluştuulan model sistemin temel titeşim haeketleini yeteli yaklaşıklıkla iade edilecek nitelikte basitleştimele içeebili[] Sebestlik Deeceli Taşıt Modeli Matematiksel modelleme, sisteme ait tüm önemli kaakteistik özelliklei sunmaktı Şekil 'ye göe oluştuulacak modelde, yol gidileinin A noktasındaki etkilei daha doğu bi şekilde temsil edilmiş olu Şekil 3 Yaım aaç modeli m =Ön Lastik Ağılığı m =Aka Lastik Ağılığı m 3 =Aaç Ağılığı J G =Aaç Ataleti c =Ön Süspansiyon Sönüm Katsayısı c =Aka Süspansiyon Sönüm Katsayısı k =Ön Süspansiyon Yay Katsayısı k =Aka Süspansiyon Yay Katsayısı c =Ön Lastik Sönüm Katsayısı c =Aka Lastik Sönüm Katsayısı k =Ön Lastik Yay Katsayısı k =Aka Lastik Yay Katsayısı b=ağılık mekezinin ön aksa uzaklığı a=ağılık mekezinin aka aksa uzaklığı d=dış dikiz aynanın ağılık mekezine uzaklığı Yukaıda gösteilen yaım aaç modelinin haeket denklemlei aşağıda gösteilmişti[4] Şekil Çeyek aaç modeli Şekil 'de göülen lastik-süspansiyon gubunu temsil eden sebestlik deecesine sahip model(şekil ) aaç üstündeki pek çok paça için iyi bi çözüm yaklaşımı olmaktadı[3] Ancak bi dış dikiz ayna bölgesinde beklenen cevap için yetesiz kalmaktadı 4 Sebestlik Deeceli Taşıt Modeli c b d Ɵ G A Şekil Aaç yan göünüşü c m J G z c Tablo Aaç nümeik değelei Ön lastik haeket denklemi; m z c ( z u) k ( z u) z) k c ( z 3 c z ) k ( z 3 c z ) 0 bc z) k z) bk c ( z 3 c z ) k ( z 3 c z ) F z) 0 Aka lastik haeket denklemi; m z c ( z u ) k ( z u ) 3 3 Aaç kütlesi haeket denklemi; Aaç moment denklemi; cc ( z 3 c z ) ck ( z 3 c z ) M z) z) z t

3 Şekil 4 Bozucu gidile Oluştuulan haeket denklemleini, u ve u yol bozucu gidile olmak üzee Laplace tanse onksiyonlaı yadımıyla çözülü[] Bi aacın kaşılaşabileceği muhtemel bozucu gidilein (basamak gidi, sinüs gidi, ampa gidi)) 0-0 m aasında olduğu kabul edilebili Yaım aaç modelinden elde ettiğimiz ve Şekil 5-Şekil 6 da göülen sonuçladan yola çıkaak 0-0 m aasındaki yol gidileinde 0-5 m/s dikey yönde ivmelenmele oluşacaktı Bu ivmelenme de dış dikiz aynasında zolanmala oluştuacaktı Diğe anlamı ile; yol yüklei sonucunda aaçta oluşan dikey yöndeki ivmelenmele dış dikiz aynasında bozucu gidi meydana getiecekti 3 DIŞ DİKİZ AYNA OPTİK ANAMOLİ TESTİ Laze Cihazı Yansıyan Laze Işını Dış Dikiz Ayna ø (Sapma Açısı) ø Göndeilen Laze Işını Vibasyon Cihazı Şekil 7 Ayna Test Düzeneği Şekil m Adım gidi sonucunda aaçta dikey yönde oluşan ivmelenme Dış dikiz ayna, titeşim altında -bulanık bi göüntü oluşmasını engellemek için- ijit bi yapıya sahip olmalıdı Rijitlik kavamını standat hale getimek için yapılan test yukaıda göülmektedi Dış dikiz ayna tasaım doğulama süecinde, yol yükleine kaşı üünün peomansının göülmesi için bazı test düzeneklei oluştuulu Bu düzenekledeki gidile ana sanayi taaın belilenmektedidış dikiz ayna genel olaak 0-00 Hz aasında 0-5 m/s değelei aasında değişen ivmelenmelee tabi tutulu Ayna, ikstüü ile bilikte vibasyon cihazına montajlanı Vibasyon cihazı, tanımlanabili bi ivme ve/veya genlik uygulanmasında kullanılı Ana sanayi beklentileine göe gidile aklılaşabilmektedi Laze cihazı, ışın demeti göndeilmesini sağla Ayna üzeine göndeilen ışın demeti aynanın titeşimine bağlı olaak sapmalı bi şekilde yansımaktadı Test sonucunda bu sapma açısı ölçümü yapılaak beklenen değelele kıyaslanmaktadı Şekil 6 0 m Adım gidi sonucunda aaçta dikey yönde oluşan ivmelenme 3

4 4 DIŞ DİKİZ AYNA SİMÜLASYONUNA ETKİYEN DİNAMİK PARAMETRELER Şekil 8 Dış dikiz ayna Mühendislik poblemleinin çözümünü elde edebilmek için bazı kabulle yapılaak poblemi sadeleştimek geekmektedi[5] Bi dış dikiz aynada oluşan titeşimlei inceleyebilmek için de sistem paameteleini doğu bi şekilde temsil edecek sadeleştimele yapmak mümkündü 3EI k 3 L n n şeklinde iade edilebili 3EI 3 33m L M 40 3EI 3 33m L M 40 m: Kiiş kütlesi M:Gövde kütlesi: E:Malzeme elastisite modülü L:Kiiş boyu I:Kiiş kesiti alan atalet momenti Poblemde sütünmele ihmal edilise doğal ekans; haline geli[] 5 SONUÇ Catia V5 paket pogamında tasalanan dış dikiz aynalaın, ANSYS pogamında titeşim simülasyonu geçekleştiilmişti[6] Ayna, aaç bağlantı baket malzemesi metaldi (ZAMAK5) Ayna, aaç bağlantı baket malzemesi plastikti Matematik modelde elde ettiğimiz aaç titeşim cevabı, sonlu elemanla analizinde dış dikiz aynaya zolayıcı gidi olaak tanımlanmıştı İlgili ivmele dış dikiz aynanın doğal ekansında uygulanmıştı[6] Şekil 9 Ankaste kiiş titeşim modeli Dış dikiz ayna, aaç üzeinde non-uniom yapıya sahip bi ankaste çubuk olaak kabul edilebili Ankaste çubuğu da bi kütle yay yapısı olaak kabul edesek, sistemin haeket denklemi; M y c( y ( y)) k( y ( y)) 0 M y c( y) k( y) c ( y) k ( y) Maksimum titeşim zolanması, titeşim ekansının ayna doğal ekanslaıyla çakışması halinde meydana gelecekti Bu sebeple, öncelikli olaak ayna doğal ekanslaı tespit edilmişti 00 Hz üzeindeki ekansla değelendiilmemişti Ana sanayi test beklentilei de 00 hz ile sınılandıılmıştı Aaç bağlantı baketlei ve baket malzemelei aklı olan adet aynanın titeşim peomanslaını simülasyon sonuçlaına göe değelendiecek olusak; OPTİK YAPI Sistemin dinamik davanışını doğudan etkileyen paametele; yay sabiti (k), sönüm sabiti (c) ve sistemin kütlesi (M) olu[] M=Dış dikiz ayna kütlesidi c: Dış dikiz aynada sönüm oluştuacak aktö sütünmeledi k=dış dikiz aynanın yaylanma sabiti olaak kabul edilebili Ankaste kiiş olaak kabul ettiğimiz dış dikiz aynada k(yaylanma sabiti); BAĞLANTI BRAKETİ Şekil 0 Ayna 4

5 Ayna aaç bağlantı bölgesinde ZAMAK 5 malzeme kullanılmıştı M:850 g L=843 mm X=87 mmix E=86 GPa M=580g Ix=7470 mm 4 Iy=89566 mm 4 Aynaya ait veile yukaıdaki göülmektedi Ansys paket pogamıyla yapılan modal analiz ve andom vibation analizlei sonucu elde edilen değele; Altenati Tasaım: PBT GF 0 BAĞLANTI BRAKETİ OPTİK YAPI AYNA Mod Fekans(Hz) Deplasman X Y Z Mod Mod Mod Tablo Ayna simülasyon sonuçlaı Beklentile Mod Fekans(Hz) Deplasman (Min) X(max Y(max) Z(max) Mod Min Tablo 3 Simülasyon genel beklentilei Ana sanayilein ayna titeşimlei ile ilgili aklı test koşullaı olmasına ağmen genel beklentile yukaıdaki gibidi ZAMAK 5 bağlantı baketine sahip ayna, beklentilei kaşılamaktadı Şekil Ayna (Bağlantı Baketi Zamak) Altenati tasaımda ayna optik kısmındaki altpaçala otak kullanılaak, aaca bağlantı bölgesindeki yapı değiştiilmişti Bu yapıda ZAMAK yeine plastik malzeme(pbt-gf0) kullanımı simüle edilmişti M:850 g L=7966 mm X=9 mmix E=65 GPa M=30g Ix=4300 mm 4 Iy=48500 mm 4 Şekil 9 Ayna -Mod Şekil Ayna -Mod 5

6 PBT GF50 Malzeme değişikliği: İlgili değişiklikle elastisite modülünü attımaktayız M:850 g L=7966 mm X=9 mmix E=65 GPa M=335g Ix=4300 mm 4 Iy=48500 mm 4 AYNA Mod Fekans(Hz) Deplasman X Y Z Mod Mod Mod Tablo 5 Ayna PBT GF50 Baket Malzeme Sonuçlaı Yukaıdaki tabloda göüldüğü üzee, hala 70 hz altında modla mevcuttuayıca genlikle beklentilein üzeindedi Paçanın ijitliğinin attıılması geekmektedipaçaya ijitlik katmak için paça üzeinde ede oluştuulusa; Şekil 3 Ayna -Mod 3 PBT GF50+FEDER : AYNA Mod Fekans(Hz) Deplasman X Y Z Mod Mod Mod Tablo 4 Ayna PBT GF0 Malzeme Baket Sonuçlaı Yukaıdaki sonuçla Tablo3 deki değelei kaşılamamaktadı Bu sebeple malzeme PBT GF50 olaak değiştiilmişti Ankaste kiişlede titeşim davanışlaına etkiyen paametelein m: Kiiş kütlesi M:Gövde kütlesi: E:Malzeme elastisite modülü L:Kiiş boyu I:Kiiş kesiti alan atalet momenti olduğu belitilmişti Ayna ve ayna değelendiildiğinde: M kütlemiz eşitti Aynı optik yapı kullanılmaktadı L: He iki ayna boyu da bibiine yakın değelededi Peomansı iyileştimek adına yapabileceğimiz paamete değişikliklei: - Elastiste modülü(e) - Kiiş atalet kesiti (I) Şekil 4 Ayna (PBT GF50) Bakette oluştuulan edele Şekil 5 Ayna (PBT GF50+FEDER) M:850 g L=7966 mm X=9 mmix E=65 GPa M=345g Ix=48700 mm 4 Iy=68300 mm 4 AYNA Mod Fekans(Hz) Deplasman X Y Z Mod Mod Mod Tablo 6 Ayna PBT GF50 Malzeme +Fedeli Baket Sonuçlaı 6

7 Yukaıda tespit edilen paametelede yapılan değişiklikle sonucu; PBT GF50 malzeme ve oluştuulan edeli yapı ile beklenen değelee ulaşılmıştı Faklı bi geometi tasaım ile 50 glık ZAMAK paça yeine 345 g PBT GF50 plastik malzeme kullanılaak beklenen mekanik değele kaşılanmıştı Doğu geometik tasaım paametelei ve günümüz mühendislik plastikleinin atan peomanslaından da aydalanılaak aaç üstü paçalada metal yeine plastik kullanımı attıılaak aaç ağılığını düşümek mümkündü KAYNAKLAR Kıal Z, 00, Mekanik Titeşimle Des Notlaı, Dokuz Eylül Ünivesitesi Mühendislik Fakültesi, İzmi Kaagülle H 00, Sistem Modelleme ve Analizi Des Notlaı, Dokuz Eylül Ünivesitesi Mühendislik Fakültesi, İzmi 3 RG Longoia, 00 " Vehicle System Dynamics and Contol Lectue Notes", Depatment o Mechanical Engineeing The Univesity o Texas at Austin 4 Babosa RS 0, Bologna, P, Knani K B, 000, Vehicle Vibation Response Subjected to Longwave Measued Pavement Iegulaity, Jounal o Mechanical Engineeing and Automation, p-issn: e-issn: Ecan Yücel 00 "Mühendislik Sistemleinin Modellenmesi ve Analizi" 6 CAE Sonlu Elemanla Eğitimi, 0 " Ansys Sonlu Elemanla Modal Analiz, Response Spectum, Random Vibation Eğitim Notlaı", 7

8 8