TEKERLEK ASKI SİSTEMLERİ Prof Dr N Sefa KURALAY 1
TEKERLEK ASKI SİSTEMLERİ Araç kasisli yollarda kullanıldığında tekerleklerde darbeli kuvvetler ortaya çıkar Bu kuvvetler askı sistemi ve yaylar üzerinden araç üst yapısına iletilir Askı sisteminin görevi bu kuvvetleri sönümlemektir Askı sistemi içerisinde buna bağlı olarak yay ve sönümleme sistemleri mevcuttur Yay ve amortisörün birlikte etkimesiyle Sürüş Emniyeti Sürüş Konforu : Frenleme, tahrik veya manevra için tekerleklerin yola temasta kalması sağlanır : Yolcuların sağlığını bozan etkileri azaltır, hassas ve kırılgan mallar korunur İşletme Emniyeti : Parçaların aşırı zorlanmadan korur Prof Dr N Sefa KURALAY 2
ASKI SİSTEMİNDEN BEKLENENLER Ön ve arka tekerlek askı sistemleri tekerlek göbeği ve karoseri (şasi) arasındaki hareketli bağlantı elemanları olmaları aşağıdaki talepleri karşılamalıdır: Tekerlek yükü, tahrik ve fren kuvvetlerinin taşınması, Tekerleği boyuna, enine yönde şasiye göre kılavuzlamak, Aracın yönlendirilmesini sağlamak, Yol düzgünsüzlüklerini dengelemek, Tekerlek yükü salınımlarını azaltmak, Askı sistemi kinematiği ile araç dinamiğini optimize etmeli, Düşük hacim ve ağırlıkta olmalı, Gürültüyü izole etmelidir Yay ve stabilizatörlerin desteklenmesini sağlamaktır Tekerlekten yay (i F ) veya stabilizatöre (i S ) olan boyutsal ve kuvvet çevrim oranları verilmiştir fr fr if ; is f f C FR F C i F 2 F ; C SR S C S 2 S i Prof Dr N Sefa KURALAY 3
SABİT AKS Bilinen en eski askı sitemidir En yaygın kullanılan askı sistemidir Dezavantajları: Fazla ağır olması ( özellikle tahrik edilen sabit akslarda), Enine dalgalı yolda konum değiştirmeye meyilli olması, Bir tekerleğin bir engeli aşması esnasında tüm aksın eğimli pozisyona gelerek tekerleklerde kamber açısı değişimi oluşarak, tekerlekler birbirini etkilemesi, Aks üzerinde kalan yer ihtiyacının diferansiyelin yaylanma yoluna uygun olmaması, yani bagaj hacminin küçülmesi Avantajları: Basit olmaları ve ekonomik olarak imal edilebilmeleri, Tam yaylanmada hemen hemen hiç denecek kadar iz genişliği ve kamber açısı değişimine sebep olmaları, yani düşük lastik aşıntısı, buzlu ve kirli yollarda iyi bir sürme emniyetine sahip olmalarıdır, Prof Dr N Sefa KURALAY 4
Bağımsız askı sistemlerinin aksine, sabit akslar virajda kütlesi nedeniyle aksa etkiyen merkezkaç kuvvetinin oluşturduğu momenti (M U = Sh) karosere iletmez, kendisi karşılar Bu sayede ve bağlantı noktaları ek olarak zorlanmazlar A h T S İ G B S D G S Resim : Sabit aks virajda yan kuvvetin oluşturduğu momenti kendisi almaktadır; aks ve şasi arasında yan kuvvetlerin toplamına uygun bir T kuvveti vardır Buna karşın bağımsız askı sisteminde yan kuvvet askı noktalarında büyük reaksiyon kuvveti değişikliğine ve karoserde bir momente sebep olmaktadır Virajda şasinin yana yatması sonucu tekerleklerde kamber açısı değişiminin olmaması, Prof Dr N Sefa KURALAY 5
Sabit aks boyuna yön vericilerin veya yaprak yayların belirli bir eğimle bağlanmasıyla virajda aracın çok döner özelliği azaltılabilir Yani viraj dışındaki tekerlek yaylanma sonucu hafif bir aks aralığı kısalmasına, buna karşın viraj içindeki tekerlek çok az da olsa aks aralığı büyümesine uğrar Bu sayede aksın kendisi hafifçe viraj içine doğru yönlenmiş olur Buda tüm aracın viraj dışına doğru yönlenmesine sebep olur Dönme yönü l 1 l 2 r Resim : Eğimli bağlanmış yaprak yaylar virajda viraj dışındaki tekerleğin aks aralığı kısalırken viraj içindeki tekerleğin aks aralığının uzaması sonucu aks viraja doğru dönerken, araç viraj dışına doğru yönlenir (Çok döner karakteristik azalır) Prof Dr N Sefa KURALAY 6
Arzulanan seyahat konforu nedeniyle yaprak yaylar uzun olarak kullanılırsa, vede parabolik ise, aracın virajdaki davranışını kötüleştirir Ayrıca bu yaylar frenleme ve tahrik esnasında S formunu aldıklarından aksın hafifçe dönmesine ve yay ortasında yayın fazlaca zorlanmasına neden olur B Resim : a) Boyuna yönde kullanılan yaprak yaylar karoseri zorlanmasını azaltan bir avantajla karoseri arkada iki noktadan desteklemektedir (Arka koltuk ve bagaj altından) b) S-Darbesi, B fren kuvveti etkisiyle yayın ilave eğilme gerilmesine neden olur Tahrik edilen arka akslarda diğer bir olumsuz tarafı ise, araç boyuna ekseni etrafında sabit aksın burulma titreşimlerine maruz kaldığı tek yönlü yaylanmada veya aksın kötü yolda sıçraması sonucu değerini değiştiren tahrik kuvvetleri nedeniyle aks ekseni etrafında dairesel titreşimler oluşturur Prof Dr N Sefa KURALAY 7
Bu bilinen ismiyle tepinme titreşimleri (Trampeln) aksın ortasına yerleştirilmiş amortisörlerle sönümlenemez Bu nedenle amortisörler genelde aks ekseninden sapmış olarak takılır Yaprak yaylar Tepinme titreşimi Amortisörler Resim 4254 : Değişen tahrik kuvvetleri nedeniyle aks orta ekseni etrafında burulma titreşimleri ortaya çıkar Bu titreşimler amortisörlerin aks ekseninden çapraz olarak sapmış şekilde montajı ile sönümlenebilir Sabit akslar genelde yaprak yaylar veya yön verici kollarla şasiye bağlanır Prof Dr N Sefa KURALAY 8
Yaprak yaylı sabit aks : Tahrik aksı olarak kullanılan sabit aks genelde bir diferansiyel kovanı ve tahrik millerinden oluşmaktadır Bu yüzden de diğer akslara oranla daha büyük yaylandırılmamış kütleye sahiptir Aks kovanı genelde çelik dökümdür Fren ve kalkış momentinin desteklenmesi için aks üzerine monte edilen boyuna destek çubukları Resim : Tahrik edilen yaprak yaylı sabit aks Prof Dr N Sefa KURALAY 9
Yaprak yaylı sabit aks uygulamalarında yalpa hareketindeki ani dönme merkezi kesin olarak belirlenememekle birlikte, yayın şasi bağlantı noktaları hizasında olduğu varsayılır Stabilizatör Döndürme momenti desteği Hareket yönü Hareket yönü Resim : Yaprak yaylı sabit aksta ani dönme merkezi yeri ve S darbesinin giderilmesi için döndürme momentinin boyuna yön verici kollarla desteklenmesi Prof Dr N Sefa KURALAY 10
Boyuna yön vericili ve Panhard çubuklu sabit aks : Burulma yayı, helisel yay veya hava yaylarının kullanılması durumunda boyuna yöndeki tekerlek kuvvetleri çekme kolları, yan kuvvetler enine yöndeki çubuklar (Panhard çubuğu) tarafından taşınırlar Resim: Panhard çubuklu tahrik edilen sabit aks Prof Dr N Sefa KURALAY 11
Hareket yönü Tahrik veya frenleme momentlerinin etkisi bu at arabası oku biçimindeki boru tarafından karşılanırken, boyuna yöndeki kuvvetler ilave yön verici kollar tarafından karosere iletilir Bu durumda helisel yaylar doğrudan aksın üzerine monte edilir Helisel yay ekseni Hareket yönü Resim Boyuna yön vericili ve Panhard çubuklu sabit aks Prof Dr N Sefa KURALAY 12
Hareket yönü Helisel yay ekseni Hareket yönü Resim : Uzatılmış diferansiyel kovanlı sabit aks (Deichsel aksı) Prof Dr N Sefa KURALAY 13
Ok Ok yatak noktası o, o frenlemede araç araç arkasını aşağı çekerken, tahrikte yukarı kaldırır arkasını aşağı çekerken, tahrikte yukarı kaldırır o Ok Resim : İlave boyuna yön verici çubuklu, uzatılmış diferansiyel kovanlı sabit aks (Deichsel Aks- Opel Kadet arka aksı) Prof Dr N Sefa KURALAY 14
Hareket yönü Boyuna yön verici kollar bir taraftan aksa bağlanırken diğer taraftan burulma çubuğu uçuna sabitlenmiştir ve tekerleğin yaylanması sırasında burulma çubuğu ve yarılmış aks borusu birlikte burulmaktadır Aks borusu boyuna yön verici kollarla birlikte aynı zamanda stabilizatör görevini de üstlenmiştir Yarılmış aks borusu Burulma yayı çubuğu Hareket yönü Resim a : Tahrik edilmeyen dönmeye karşı yumuşak boyuna yön vericili, yarıklı aks Yarılmış aks borusu borulu ve burulma yaylı sabit aks (Audi arka aksı)ve şematik gösterilişi kinematiği Burulma yayı çubuğu Prof Dr N Sefa KURALAY 15
Üç noktadan asılan sabit akslar : Özel durumlarda yön verici kollarla kılavuzlanan bir otomobil arka aksında Panhard çubuğu yerine aksın üst kısmında yer alan üçgen biçiminde bir boyuna yön verici bulunmaktadır Alfa Romeo da olduğu gibi aks ortasına veya diferansiyele döner olarak tespit edilen üçgen yön verici üstteki iki kısa yön vericinin boyuna ve enine yöndeki kuvvetleri şasiye iletmek biçimindeki görevini üstlenmişlerdir Resim : Tahrik edilen Alfa Romeo sabit arka aksı ve tahrik edilmeyen Renault 12 sabit arka aksı ve aksların üst kısmında yer alan üçgen yön vericiler Prof Dr N Sefa KURALAY 16
a Resim : Üç noktadan asılan ve tahrik edilen De Dion aksı Prof Dr N Sefa KURALAY 17
Hareket yönü Üçgen biçimli yön verici kol Helisel yay ekseni Hareket yönü Stabilizatör Resim : Üç noktadan asılı tahrik edilmeyen sabit aksın (De Dion Aksı) kinematik verileri Prof Dr N Sefa KURALAY 18
Helisel yaylar, karoserin elastik olarak yaylanmasını temin için, boyuna yön verici kollar üzerinde aksın ön kısmına yerleştirilmiştir Ani dönme merkezi, yükleme durumundan bağımsız olarak üst üçgen yön verici kolun küresel mafsalı seviyesinde ve aksın orta ekseni üzerindedir Resim : Tahrik edilmeyen De Dion sabit aksı Prof Dr N Sefa KURALAY 19
Bazı De-Dion arka aksı uygulamalarında yan kuvveti alınması amacıyla üçgen yön verici yerine, bir uçlarından karosere mafsallı diğer uçlarından, aks ortasına mafsallı bir ara manivela koluna bağlı Watt çubukları kullanılır Resim: Watt çubuğu uygulamalı De-Dion arka aksı Prof Dr N Sefa KURALAY 20
Dört noktadan asılı sabit akslar : Bir otomobile ait sabit arka aksın kinematik olarak çok yönlü asılışı hacimsel olarak dört nokta uygulamasıyla mümkündür Burada duruma göre aksın alt kısmında veya üst kısmında yola paralel veya açılı aşağı veya yukarı eğimli olarak karosere aksa bağlanan dört adet yön verici kol mevcuttur Baş sallama merkezi o, boyuna yön verici çubuk çiftlerinin birbirlerine göre eğimli pozisyonlarıyla elde edilir Resim : Dört noktadan asılmış sabit aks (Opel Commodore) Prof Dr N Sefa KURALAY 21
Hareket yönü Helisel yay ekseni Hareket yönü Helisel yay ekseni Resim a : Dört noktadan askılı sabit aksının ani dönme merkezleri konumunun (M) çizim yöntemiyle elde edilmesi Prof Dr N Sefa KURALAY 22
Hareket yönü Helisel yay ekseni Hareket yönü Resim b : Dört noktadan askılı sabit aks ve kinematik ilişkiler Prof Dr N Sefa KURALAY 23
Tahrik edilmeyen diğer sabit akslar: Önden tahrik edilen araçlarda yaylandırılmamış kütleyi en aza indirmek için arka akslar çok basit olarak düzenlenir Örneğin Birleştirilmiş boyuna yön vericili aksta (Verbundlenkerachse) tekerlekler direkt olarak yay çeliğinden ibaret bir enine taşıyıcı ile kaynatılmış boyuna yön verici kollara asılır Yalnızca bir tek tekerleğin yaylanması durumunda enine taşıyıcı burulur ve bir stabilizatör gibi çalışır Resim: Birleştirilmiş boyuna yön vericili sabit aks Prof Dr N Sefa KURALAY 24
Ara bağlantılı boyuna yön vericili aksta ise, iki boyuna yön verici, torsiyona zayıf U şeklindeki bir çelik profilden oluşan bir aks taşıyıcı ile birlikte kaynatılır Kaynak yeri, birleştirilmiş boyuna yön vericili akstaki gibi yön vericilerin uçlarında değil, bilakis boyuna yön vericilerin orta kısmındadır Tekerleklerin değişken yaylanması durumunda aks taşıyıcı eğik bir konum alır ve tekerleğin kamber açısı davranışı bakımından diyagonal bir yön verici gibi davranır Resim: Ara bağlantılı yön vericili sabit aks Prof Dr N Sefa KURALAY 25
Yön verilen sabit akslar yalnızca kamyonlarda kullanılır Genelde formlu kesite sahip ıslah edilmiş dövme parçalardır Uçları dingil piminin asılması için bir yumruk (Faustachse) veya çatal (Gabelachse) şeklinde dövülür Aks tarafından yürütülen tekerlekler hiçbir şekilde birbirinden bağımsız hareket edemedikleri için, tek bir trapez yön verme sitemi ve tek parçalı bir rot çubuğu yeterli olmaktadır Arazi araçlarında ön tekerleklerin tahrik edilmesi durumunda aksın ortasına diferansiyelli bir aks tahrik sistemi aksa ilave edilir Resim : Yumruk veya çatal aks Prof Dr N Sefa KURALAY 26
BAĞIMSIZ ASKI SİSTEMLERİ Bağımsız olarak enine, boyuna ve diyagonal yön vericilerle karosere asılan tekerler öncelikle otomobil yapımında uygulanır Burada artan hız ile birlikte artan konfor talebi tekerleklerin daha kesin yönlendirilmesini ve özellikle araca kazandırılacak seyir özelliklerinin askı sistemleri ile kazandırılmasını gerektirmektedir Avantajları : Az yer talebi, Düşük yaylandırılmamış kütle ve Bir tekerleğin yaylanma sırasında diğerini etkilememesidir Son iki avantaj özellikle iyi bir yol tutuşu (yer kontağı) için gereklidir Özellikle bozuk yollarda ve virajda çok önemlidir Dezavantajları : Konstrüksiyon ve imalatlarının güçlüğü, Askı sistemlerinin boyuna ve yanal yönde etkiyen kuvvetler kısmen fazlaca zorlanan boyuna ve enine yön verici kollarla karşılanır, bu yüzden ilave bağlantı noktaları gerektirir, Prof Dr N Sefa KURALAY 27
Bağımsız askı sistemlerinin, karoserin virajdaki yalpa hareketinde birlikte eğim alması, pozitif kamber açısı değişimine uğraması tekerleklerin yan kuvvet alma kapasitelerini olumsuz etkiler Şasinin virajdaki yalpa hareketi mümkün olduğunca küçük tutulmalıdır Buna ulaşmak için ilave stabilisatörler kullanılır Ön tekerleklerin asılması için 1 Çift enine yön vericili askı sistemi, 2 Mc Pherson Yay Bacaklı askı sistemi ve 3 Boyuna ve enine yön vericili askı sistemleri kullanılırken, Arkada bagaj hacmini artırmak için yatay olan ve yana açılan askı sistemleri tercih edilir: 1 Boyuna yön vericili, 2 Diyagonal yön vericili ve 3 Sarkaç akslar kullanılır Prof Dr N Sefa KURALAY 28
1 Enine yön vericili askı sistemleri İki enine yön vericiye, yani çift enine yön vericiye tekerleklerin asılması durumunda aracın düşey yaylanması esnasında uygulamaya bağlı olarak hemen hiç veya çok az miktarda bir iz ve kamber açısı değişimi ortaya çıkar Alt ve üst salıncak boyutları ve montajında yapılan düzenlemelerle farklı kinematik özellikler kazanılır Resim : Çift enine yön vericili askı sistemi Prof Dr N Sefa KURALAY 29 Burulma yayı
Resim: Renault 4 Ön Aks : Torsiyon yaylı çift enine yön vericili askı sistemi Prof Dr N Sefa KURALAY 30
Burulma yayı Helisel yay ekseni Helisel yay ekseni Resim: Çift enine yön vericili askı sistemi Hareket yönü Prof Dr N Sefa KURALAY 31
2 Yay bacaklı ve enine yön vericili askı sistemi (Mc Pherson Askı Sistemi) Mc Pherson askı sistemi, çift enine yön vericili askı sisteminden türemiştir Üst enine yön verici dingil pimine bağlı çift borulu bir amortisör ile yer değiştirmiştir Amortisörün piston kolu elastik bir lastik yatak içerisindeki küresel mafsal ile karosere tespit edilmiştir Bu bağlantı noktaları arasında bir helisel yay bulunmaktadır Üst küresel mafsal Yay bacağı Resim : Tahrik edilebilen ve yön verilen yay bacaklı ve enine yön vericili askı sistemi Stabilizatör Prof Dr N Sefa KURALAY 32 Alt küresel mafsal
Yön verme yuvarlanma yarıçapı X görünüşü Hareket yönü Kaster Kaster uzunluğu uzunluğu a Ön aks uygulaması Resim: Mc Pherson askı sistemi ve ani dönme merkezinin elde edilmesi Helisel yay ekseni Prof Dr N Sefa KURALAY 33
Helisel yay ekseni Hareket yönü Yay askı noktası Arka aks uygulaması Resim : Arka aksta kullanılan tahrik edilmeyen Mc Pherson askı sistemi ve kinematik bağıntılar Prof Dr N Sefa KURALAY 34
Yaylanma esnasında tekerlek düşey yükünün amortisör pistonunda oluşturduğu eğilme momenti nedeniyle amortisör pistonundaki aşırı sürtünme etkisi yayın dışa doğru alınmasıyla giderilebilir (ÇÖZÜM 1) c L b M Ga F 2 F 1 F d e Ld Fc L a G e Fc G a G a Resim : Yayın dışa doğru kaydırılmasıyla A noktasında oluşan L mesnet kuvvetinin dengelenerek piston kolundaki eğilmenin azaltılması Prof Dr N Sefa KURALAY 35
ÇÖZÜM 2: Yayın tekerleğe doğru bir parça kaymış şekilde monte edilmesiyle belirli bir yükleme durumu için Ga tarafından oluşturulan moment piston kılavuzunda sıfıra eşitlenebilir G F B F F A Bağlantı somunu Kauçuk takoz Rulman Çarpma takozu Yay alt tablası Amortisör Hatta, a mesafesi, B mafsalı dışa doğru kaydırılmak suretiyle kısaltılmasının yanı sıra amortisör silindir ve piston koluna monte edilen tablalar arasına oturtulan yay AB eksenini merkezleyecek şekilde yerleştirilirse L mesnet kuvveti dengelenmiş olur Akson Tekerlek göbeği B Rotil Mafsal Alt salıncak Stabilizatör Resim : Amortisör ekseninde oluşan enine kuvvetin dengelenmesi için a mesafesinin kısaltılması ve yayın açılı olarak monte edilmesi R 0 Prof Dr N Sefa KURALAY 36
ÇÖZÜM 3: Yukarıda açıklanan konstrüktif tedbirlere ilaveten amortisör içerisindeki kayma noktalarında sürtünmenin mümkün olduğunca azaltılmasıyla problem çözülebilir a Tek borulu amortisör Teflon yüzük Piston Teflon yüzük Kılavuzlayan dış boru Örneğin Bilstein firmasının tek borulu amortisör bacağı, Sistem De Carbon, bu amaca hizmet etmektedir Burada silindir borunun dış kısmı bir a mesafesi içerisinde birbirlerine karşılık bulunan iki teflon yüzük içerisinde kaymaktadır Burada amortisör görevi ve kılavuzluk görevi birbirinden ayrı düşünülmüştür Piston kolu Resim : Bilstein firmasının tek borulu amortisörü, Sistem de Carbon Amortisör e etkiyen eğilme momenti, piston kolu yerine teflon yüzükler içerisinde kılavuzlanan silindirik boru tarafından alınır Prof Dr N Sefa KURALAY 37
3 Boyuna ve enine yön vericili askı sistemi Bu askı sistemi de çift enine yön vericili ve Mc Pheson askı sisteminin bir türevidir: Mc Pherson askı sistemi üst bağlantısı burada karosere değil bir boyuna yön vericiye küresel bir mafsal ile bağlanmıştır Uzun tutulan boyuna yön verici ile askı noktalarında düşük reaksiyon kuvvetleri elde edilebilir Pahalıdır ve imalatı zorlaştırıcı pek çok mafsal ihtiva etmektedir Yaylanma esnasında kaster açısı değişimi ortaya çıkar Kamber ve iz genişliği değişimine tesir etme olanağı vermektedir Resim : Rover 2000 aracın ön aksına ait boyuna ve enine yön vericili askı sistemi Yay yatay olarak boyuna yön verici kol ve saç duvar arasına monte edilmiştir Prof Dr N Sefa KURALAY 38
Stabilizatör Helisel yay ekseni Stabilizatör Hareket yönü Resim : Boyuna ve enine yön vericili askı sistemi Prof Dr N Sefa KURALAY 39
4 Çift boyuna yön vericili askı sistemi Bu askı sistemi VW tarafından ön aks olarak 1300, 1600 ve Minibüs modellerinde uygulanmıştır Avantajı; her iki sol ve sağ askı sistemi ile birlikte direksiyon kutusunun monte edilmesidir Dezavantajı ise, araç ortasında fazla yer işgal etmesidir VW 1300 ve 1600 de bagaj hacminin küçük olması da bu yüzdendir Resim: Çift boyuna yön vericili askı sistemi Prof Dr N Sefa KURALAY 40
X görünüşü Yön verici kol dönme ekseni Stabilizatör Burulma yayı çubukları Hareket yönü Stabilizatör Burulma yayı çubukları Prof Dr N Sefa KURALAY 41 i i S F c cos cos F cos Resim : Çift boyuna yön vericili askı sistemi uygulamaları c l T 2 R
5 Boyuna yön vericili askı sistemi Basit boyuna yön vericili askı sistemi genelde önden tahrik edilen araçlarda arka aks olarak kullanılır, çünkü iki arka tekerlek arasında bagaj tabanı daha derine konabilir Yatay duran boyuna yön verici aksta yaylanma sırasında tekerleğin iz genişliği, ön iz açısı ve kamber açısı değişmez Resim : Boyuna yön vericili askı sistemi Prof Dr N Sefa KURALAY 42
Hareket yönü Burulma yayı çubuğu Askı sisteminin yalpa hareketindeki ani dönme merkezi, boyuna yön vericinin salınma eksenine bağlıdır: Bu eksenin araç enine eksenine paralel olması durumunda aksın ani dönme merkezi zemin üzerindedir Burulma yayı çubukları Araç enine ekseni ile belirli bir açısı yapacak şekilde düzenlenirse (Resim b), ani dönme merkezinin yüksekliği değiştirilerek istenilen seviyeye getirilebilir Resim : Burulma çubuk yaylı boyuna yön vericili askı sistemi Prof Dr N Sefa KURALAY 43
6 Sarkaç aks Sarkaç akslarda her iki arka aks mili araç şasesinde bulunan mafsallar etrafında salınmaktadır Yaylanma esnasında tekerlerin kamber açısı ve iz genişliği değişmektedir Sarkaç akslar ön akslarda uygulanmaz Sarkaç akslar iki veya tek mafsallı olarak imal edilebilirler Yaylanma genelde helisel yaylarla yapılsa bile burulma yayının kullanıldığı uygulamalar da mevcuttur Resim : Silindirik burulma yaylı VW Böcek aracının arka aksı Çift mafsallı sarkaç aksı Burulma yayı çubuğu Prof Dr N Sefa KURALAY 44
Hareket yönü Burulma yayı çubuğu Hareket yönü Burulma yayı çubuğu Dengeleme yayı çubuğu Dengeleme yayı çubuğu Resim a: Dengeleme yaylı çift mafsallı sarkaç aks (Burulma yayı destekli) Prof Dr N Sefa KURALAY 45
Helisel yay ekseni Hareket yönü Dengeleme yayı Resim b: Dengeleme yaylı çift mafsallı sarkaç aks (Helisel yay destekli) Tek mafsallı sarkaç aksta yalnızca aşağıya yerleştirilmiş sarkaç mafsalı, lastik bir takoz üzerinden şasiye tespit edilmiştir Diferansiyel bir aks mili üzerinde beraberce salınmaktadır Diğer aksın tahriki aksiyal boy değişimine izin veren bir başka mafsal üzerinden yapılmaktadır Bu aksta tekerlek kuvvetleri lastik içine yataklanmış çekme kolları üzerinden şasiye iletilmektedir Prof Dr N Sefa KURALAY 46
Dengeleme yayları aksın düşey yönde yaylanmasında, örneğin bir engelin aşılmasında olduğu gibi, ana taşıyıcı yaylarla birlikte çalışır Aracın bir tekerleği yukarı kalkarken diğerinin aşağı düşmesi durumunda veya aracın virajdaki yalpa hareketinde dengeleme yayı şekil değiştirmeden kalır Resim : Tek mafsallı sarkaç aks Prof Dr N Sefa KURALAY 47
Helisel yay ekseni Dengeleme yayı ekseni Hareket yönü Resim : Dengeleme yaylı tek mafsallı sarkaç aks Dengeleme yayı yay katsayısı resimde verilediği biçimiyle şasinin düşey yaylanması durumunda ana taşıyıcı yay katsayısına eklenirken, virajda dinamik tekerlek yükü aktarımında, yalpa açısının hesaplanmasında hesaplamaya dahil edilmez Kısaca, negatif ön işarete sahip bir stabilizatör yay katsayısıdır Prof Dr N Sefa KURALAY 48
7 Diyagonal yön vericili askı sistemi Diyagonal yön vericili askı sistemi, boyuna yön vericili ve iki mafsallı sarkaç aksların dezavantajlarını almaksızın avantajlarını birleştiren iyi bir kombinasyondur Diyagonal yön verici üçgen formunda bir yön vericidir Bu yön vericide dönme ekseni (veya yaylanma esnasındaki salınma ekseni) karoseri üzerindeki her iki askı noktasından araç enine eksenine ( = 10 0 20 0 ) eğimli ve yatay veya hafif araç ortasına eğimli ( ) olarak geçer Resim : Diyagonal yön vericili askı sisteminin bir arka akstaki uygulaması Prof Dr N Sefa KURALAY 49
Resim: Diyagonal yön vercili askı sistemi ( Opel Omega) Resim : Diyagonal yön vericili askı sisteminde eğim açıları Prof Dr N Sefa KURALAY 50
Diyagonal yön vericinin boy ve konumu, özellikle ve açılarının maksatlı seçilmesiyle, ani dönme merkezi istenilen yüksekliğe getirilerek aracın hareket tekniği özellikleri şekillendirilebilir: 1 açısının artırılması ani dönme merkezinin yükselmesi demektir, mamafih açısının düşürülmesi ile tekrar ani dönme merkezi aşağıya çekilebilir Yani istenen yüksekliği ayarlamak mümkündür 2 ve açılarının ayni anda artırılması sonucu yaylanma sırasında tekerlekler büyük bir negatif kamber açısı alırlar, yani virajda tekerlekler daha iyi bir yan kuvvet alma özelliğine sahip olurlar 3 açısının artırılması kuvvetli bir iz genişliği değişimini ortaya çıkarır ki, bu da gene açısının artırılması ile azaltılabilir 4 açısı viraj dışındaki tekerleğin yaylanması sırasında ön iz ve viraj dışındaki tekerleğin ise arka iz açısı değerlerine tesir etmektedir Bu sayede aracın çok döner özelliği azaltılabilir 5 açısının azaltılması ve nın artırılması fren dalmasının azalmasına yardımcı olur Her iki açının uygun şekilde seçilmesiyle uygun bir baş sallama merkezine ulaşılır, araç arkası kuvvetlice aşağıya çekilebilir Prof Dr N Sefa KURALAY 51
Hareket yönü Helisel yay ekseni Hareket yönü Yay oturma noktası Resim : Diyagonal yön vericili askı sistemi Prof Dr N Sefa KURALAY 52
Diyagonal arka aksların frenlemedeki olumsuz etkisi İki elastik yatak üzerinden karosere bağlı diyagonal yön vericiler, arka aksı, frenleme veya gaz verme durumunda ortaya çıkan F kuvveti ile arkaya doğru yaklaşık açısı kadar arka iz açısı almaya zorlar Diyagonal yön vericili araçlarda araç virajda frenlendiği takdirde, virajın dışındaki aşırı yüklenen tekerlek dışa doğru yönlenir ve savrulma tehlikesini yükselir Bu olumsuzluğu gidermek için Weissach aksı geliştirilmiştir Prof Dr N Sefa KURALAY 53
8 Weissach Arka aksı ( Kumanda kollu enine yön vericili askı sistemi) Weissach aksında bir biri üstünde duran her iki enine yön verici kollar aynı şekilde elastik yataklar üzerinden karoseriye bağlanmalarına rağmen, virajda frenlemede tekerleğin arka iz açısı yönünde bir açı değişimi ortaya çıkmaz Resim : Weissach aksı (Porsche) Prof Dr N Sefa KURALAY 54
Alt enine yön vericiye bağlı kumanda kolu (Steuerschwinge) frenleme sırasında alt, elastik enine yön verici üzerinden bir dönme hareketi oluşturur Tekerlek bu sayede ön iz açısı alacak şekilde yönlenir, bu sayede de aracın virajda savrulması engellenir Ön iz açısı Resim : Weissach aksı özgül yönlenme davranışı Prof Dr N Sefa KURALAY 55
10 Çoklu Enine Çubuklu Arka aks (Raumlenker Achse) Genel olarak çift enine yön vericili askı sistemini andırsa da, üst ve alt yön vericiler küresl mafsallara bağlı bağımsız çubuklardan oluşmaktadır Ön ve arka aks olarak kullanılması söz konusudur Çubuk uzunlukları ve konumlarıyla istenilen kinematik özelliklerin yakalanması mümkündür Prof Dr N Sefa KURALAY 56
Resim: Çoklu enine çubuklu aks (Raumlenker Achse) BMW E90 WTCC Prof Dr N Sefa KURALAY 57
Tahrik Tipi ve Askı sistemi Askı sistemleri tanımından sonra şu sorunun açıklanması gerekir; hangi askı sistemi ön aks, daha doğru bir ifadeyle hangi aks arka aks olarak belirli bir tahrik tipinde seçilmesi daha uygundur veya uygun görünmektedir Ön aks olarak arkadan motorlu araçlarda Mc Pherson askı sistemi düşük yanal hacim gereksinimi nedeniyle (Bagaj hacmi büyüyebilir) amaca uygun görünmektedir Buna karşın önden tahrikli araçlarda çift enine yön vericili askı sistemi kinematik avantajı nedeniyle daha uygundur Tahrik edilmeyen arka aksta hem kesin olarak yönlendirilen sabit aks (Audi), hem de boyuna yön vericili askı sistemi (Renault) dikkati çekmektedir Prof Dr N Sefa KURALAY 58
Askı Sisteminin Statik ve Kinematiği 1 Aks mesafesi : Ön aksın ortasından arka aks ortasına kadar mesafedir Araç özelliklerine önemli ölçüde tesiri vardır Baş sallama titreşimleri büyük aks mesafelerinde azalır Dezavantajı, büyük aks aralıklarında viraj geçişleri zorlaşır 2 İz genişliği: İki ön veya iki arka teker orta nokraları arasındaki mesafedir Aracın virajdaki davranışına ve yana yatmasına (yalpa) büyük tesiri vardır Bağımsız askı sistemleri yaylanma esnasında iz genişliği değişimi gösterirler ve fonksiyonel olarak da bu değişim kaçınılmazdır Örneğin 80 mm toplam yaylanmada ( 40 mm) ön akstaki toplam iz değişimi (her iki tekerlek için) 25 mm yi aşmamalıdır, aksi halde yön verme ve seyir emniyeti bundan olumsuz etkilenir Arka aksta ise bu değer 35 mm ye çıkabilir: Büyük iz genişliği değişimi tekerleklerin diyagonal olarak hareketine neden olur ve bu da gereksiz yan kuvvet, yüksek yuvarlanma direnci ve doğrusal hareketin kötüleşmesi demektir Prof Dr N Sefa KURALAY 59
+ Yukarı yaylanma f 1 [mm] Hareket yönü İz genişliği artması [mm] İz genişliği azalması [mm] - Aşağı yaylanma f 2 [mm] Resim : Yön verilen ön tekerleklerde 80 mm toplam yaylanmada 25 mm den büyük iz genişliği değişimi oluşmamalıdır Boyuna yönde dalgalı bir yolda iz genişliği değişimi Prof Dr N Sefa KURALAY 60
+ Yukarı yaylanma f 1 mm + Yukarı yaylanma f 1 mm İz genişliği artışı mm İz genişliği azalması mm İz genişliği artışı mm İz genişliği azalması mm İki mafsallı sarkaç aks VW 1300 Tek mafsallı sarkaç aks MB 280 SE Diyagonal yön vericili aks NSU 1000 TT Ekonomik olarak uygun Diyagonal yön vericili aks MB 250 Teknik olarak daha iyi MB 250 SE BMW 1600-2 VW 1600 - Aşağı yaylanma f 2 mm Resim a : Ön aksta kullanılan askı sistemlerinin yaylanmaya bağlı olarak iz genişliği değişimleri - Aşağı yaylanma f 2 mm Resim b : Arka aksta kullanılan bağımsız askı sistemlerinde yaylanmaya bağlı olarak iz genişliği değişimleri Prof Dr N Sefa KURALAY 61
3 Ani Dönme Merkezi ve Yalpa Ekseni: Hemen tüm bağımsız askı sistemlerinde iz genişliği değişimi ile ani dönme merkezi yüksekliği arasında direkt bir ilişki mevcuttur Ani dönme merkezi mekanizma tekniğinde pol noktası kavramı olarak bilinirgözlenen zaman dilimi içinde sabit olarak aks ortasında bulunan bir noktadır ve bir yan kuvvetin etkisi ile araç şasi veya karoserin yalpa yapmaya başladığı noktadır f 1 t Ö, A 2 t tö m f 2 t t A n f 2 Prof Dr N Sefa KURALAY 62 f 2 Bir tekerleğin mevcut iz değişim eğrisi AB, iz değişim eğrisine yere temas noktasında çizilen teğet Resim : a) M ani dönme merkezi aks ortasındadır b) Ölçülen bir iz değişimi eğrisi yardımıyla ani dönme merkezi yüksekliği m veya n değerinin elde edilmesi
Aracın hareket davranışı için, araçta olduğu varsayılan teorik yalpa ekseninin yük altındaki yükseklik değişimi de önemlidir Bu yalpa ekseni ön ve arka aks ani dönme merkezlerini birleştiren doğrudur G M A Yalpa ekseni M Ö L Ö L A Resim : Teorik yalpa ekseni ön ve arka ani dönme merkezlerini birleştiren CC doğrusudur Karoser ağırlık merkezi ile yalpa ekseni arasındaki x mesafesi, yalpa hareketi momenti koludur Prof Dr N Sefa KURALAY 63
Tablo : Otomobillerde kullanılan bazı askı sistemlerinin ani dönme merkezlerinin yüksekliği Prof Dr N Sefa KURALAY 64
4 Kamber Açısı : Tekerlek düzleminin yola dik düzleme göre eğimini belirten açıdır Araca göre dışa eğimli tekerlek pozitif kamber açısına, Araca göre içe eğimli tekerlek negatif kamber açısına sahiptir Bu açı önceleri özellikle yavaş seyreden araçlarda tekerlek ve yatak ve aks mili yataklarındaki boşlukları almak için öngörülen açı olarak belirtilmekte ve değeri 20 30 arasındadır Özellikle traktörlerde bu nedenle ön tekerlekler dışa doğru yatık takılır Binek otomobillerde pozitif kamber açısı amaca uygun olmaktadır, böylece hafif eğimli (balık sırtı) yolda yuvarlanan her iki tekerlekte eşit aşıntı ortaya çıkar Kamber Açısı: Tekerlek düzleminin düşey düzlemle yaptığı açıdır Prof Dr N Sefa KURALAY 65
5 Öniz Açısı ve Özgül Yönlenme : Öniz açısı tekerleklerin (yukarıdan bakıldığında) ön uçlarının içe kapanıklığıdır Her askı sisteminde yoldan tekerleğe etkiyen kuvvetler tekerleklerin pozitif ve negatif öniz açısı (Toe-in) açısı almalarına sebep olur: F R Hareket yönü Hareket yönü T F T R 2 Yuvarlanma direnci, tekeri R 2 moment kolu üzerinden arkaya doğru bastıran bir moment oluşturur Önden tahrikli araçlarda F T tahrik kuvveti tekerlekleri önden içe kapanmaya zorlayıcı moment oluşturur Resim : Serbest yuvarlan ve tahrik edilen tekerleğe etkiyen kuvvetlerin öniz açısı değişimine zorlaması R 2 T Tahrik edilmeyen akslarda öniz açısının değeri tekerleklerin içe kapanıklık miktarı olarak 2 3 mm Tahrik edilenlerde bu değer +3-2 mm arasındadır Prof Dr N Sefa KURALAY 66
Yoldan gelen kuvvetlerin etkisi ile tekerleklerin askı sistemlerindeki elastik bağlantı elemanları nedeniyle öniz açısı değişimine uğramalarına özgül yönlenme ismi verilir Ön iz ve Arka iz açısı Prof Dr N Sefa KURALAY 67
f 1 mm Toplam iz Sağ tekerlek Sol tekerlek - S Hareket yönü + S a b Negatif öniz mm Pozitif ön iz mm f 2 mm Resim: a) VW 1300 aracının ön tekerleklerinin yaylanma esnasında uğradığı öniz açıklığı değişimi mm olarak verilmiştir b) Ön tekerleklerin aynı miktardaki yaylanmada sol tekerleğin negatif ön iz açısı ve sağ tekerleğin pozitif ön iz açısı alması, her iki tekerleğin aynı anda sola sapmasıyla eş anlamlıdır Prof Dr N Sefa KURALAY 68
a b Ayarsız rot uzunluğu ve konumu da ön askı sistemlerinde yaylanma esnasında bir tekerleğin iz değişimine sebep olabilir f 1 mm Resim : Rot çubuğunun gereğinden kısa veya uzun olması veya direksiyon kutusuna bağlanan rot başının çok yukarıda veya aşağıda olması yaylanma esnasında tekerleğin negatif veya pozitif ön iz açısı değişimine uğramasına sebep olur Negatif öniz mm Pozitif öniz mm f 2 mm Prof Dr N Sefa KURALAY 69
Ön iz açısının yaylanma esnasında bilinçli olarak kontrol edilmesiyle konstruktif olarak aracın virajdaki davranışına etkimek mümkündür Ön askı sistemlerinde olduğu gibi arka askı sistemlerinde de özgül yönlenme öniz açısı değişimi ile gerçekleştirilebilir D S S Hareket yönü i S S S Hareket yönü S Resim: Aracın aşırı döner davranışının azaltılması için arkadan tahrikli araçta tekerleklerin askı sistemi öyle tasarlanır ki, virajda yalpa etkisi ile viraj dışındaki pozitif ve içindeki negatif öniz açısı almak suretiyle aracın arka kısmı viraja girerken aracın tamamı viraj dışına yönlenir Resim : Virajda yalpa etkisi altında ön aksta viraj dışındaki teker pozitif ve viraj içindeki teker negatif öniz açısı alırsa, araç ek olarak aldığı yönlenme açısı ile viraja doğru sapar Prof Dr N Sefa KURALAY 70
6 Yön Verme Açıları ve Dönme Dairesi : Bir aracın çok yavaş olarak virajı düzgün bir şekilde dönebilmesi ancak her bir tekerleğin ortasından tekerlek düzlemine çizilen dikmelerin viraj merkezinde kesişmeleri ile mümkündür (Ackermann prensibine) r L cotan j s 0 Ö Da 2r İ cotan L Da İ j L 0 İ Da R A R Ö Resim 425510 : Ackermann prensibine göre, yön verilen ön tekerleklerin direksiyon açıları arasındaki kinematik ilişki arası dönme dairesi çapı R Ö L sin Da r L mümkün olduğunca küçük olmalıdır Prof Dr N Sefa KURALAY 71
Dönme yarıçapının küçültülmesi adına pek çok otomobilde viraj dışındaki tekerleğin direksiyon açısı içeridekinden büyük olacak şekilde dizayn edilmektedir Yani isteyerek ideal yön verme koşulundan (Ackermann Şartı) sapılmaktadır Oluşan direksiyon hatası F D Da Direksiyon veya yön verme hatasını daha belirgin olarak gösterebilmek için mevcut araçta ölçülen İ D değeri, teorik olarak hesaplanan değerinden çıkartılır 0 İ Da Buna göre yön verme hatası: F 0 Prof Dr N Sefa KURALAY 72
[ 0 ] F [ 0 ] Teorik Sağa dönüş Ölçülen Sola dönüş Sola dönüş Ölçülen Sağa dönüş İ İ [ 0 ] İ [ 0 ] Resim : VW 1600 aracına ait direksiyon açıları farkı teorik ve ölçülen değerler ile, teorik ve ölçülen açı farkından elde edilen direksiyon hatasının yön verme açısına göre değişimi Prof Dr N Sefa KURALAY 73
7 Direksiyonun Kendini Toplaması (Geri Gelmesi) : Şayet ön tekerleklerde geri getirme momenti olmasaydı, bunları virajda yönlendirmek için çok az bir kuvvet gerekecekti ve virajdan çıktıktan sonra direksiyonun geri çevrilmesi gerekecekti Bunun mahsurları ise, sürücü viraj dönüş hızı hakkında herhangi bir hisse sahip olmayacak ve hatta aracın hareket davranışını kestiremeyecekti Her sürücü tarafından direksiyon yeterince hızlı geri çevrilemeyeceğinden virajdan savrulma tehlikesi ortaya çıkacaktır 1 R 3 2 G sin cos S G sin R 3 F T n R G G sin Gsin sin M e L1 M R Sn R F T e r L M R L2 3 Gsin sin R tan )cos Prof Dr N Sefa KURALAY 74 (r L r dyn 3
Hareket yönü B Üst görünüş F T veya T T R 2 R 2 M L3 BR 2 veya M L3 F T R 2 R 2 r L cos r Kamber açısı dyn sin( ) n a Zemin üzerindeki kesim Hareket yönü r L n a r dyn S n a Yan kuvvet M L4 Sn a ; tan Prof Dr N Sefa KURALAY 75 n a r dyn
n a F T sin n a F T cos r dyn n a F T veya B F T M L 5 F T sin n ' Her bir tekerlek için ayrı ayrı düzenlenecek olan geri getirme momenti : a M L M L1 M L2 M L3 M L4 M L5 Prof Dr N Sefa KURALAY 76
Teşekkür ederim Prof Dr N Sefa KURALAY Prof Dr N Sefa KURALAY 77