Esişehir Osangai Üniversitesi MühMiFaDergisi CXIX, S, 6 Eng&ArhFa Esişehir Osangai University, Vol XIX, No:, 6 Maalenin Geliş Tarihi : 956 Maalenin Kabul Tarihi : 486 TAŞIT TİTREŞİMLERİNİN TEORİK ANALİZİ VE BİR BİLGİSAYAR MODELLEMESİ Üit ER, Sean ORAK, Bilal PAR ÖZET: Bu çalışada, taşıtta eydana gelen titreşiler teori olara ineleniş ve öellile yoldan gelen uyarılara arşı taşıtın gösterdiği tepiler esas alınıştır Taşıt titreşilerinin teori analiinden sonra bilgisayar odelleesi yapılıştır Burada yerli üreti bir ayon ele alınış, ayonun yüsü olduğu düşünülüş ve taşıt hıının engeli geçeren her notada sabit aldığı abul ediliştir Üç ayrı yol profilindei sürüü oltuğu yer değişii itarları hesaplanış ve iletenli eğrisi çiiliştir İletenli eğrisinden doğal freans saptanış, bu taşıt için sürüü oltuğunun sönü oranı hesaplanış ve öneriler getiriliştir ANAHTAR KELİMELER: Titreşiler, taşıt titreşileri THEORETICAL ANALYSIS OF VEHICLE VIBRATIONS AND A COMPUTER MODELLING ABSTRACT: The ain objet in this study was to investigate the vibrations observed fro resistane of the vehile, espeially due to a rough surfae The perfored wor is a theoretial analysis and idealied oputer stiulation of the physial event In this study, native prodution tru has been used as an exaple whih is assued to be loadless and at a onstant speed passing over an ipedient Deplaeent of the driver seat has been alulated for three different types of road ipedients and the vibration ondutivity urve drawn Hene natural frequeny has been obtained and then driver seat daping rate has been alulated for this vehile and suggestions for the iproveent have been also ade KEYWORDS: Vibration, vehile vibration,, Esişehir Osangai Üniversitesi, Mühendisli Miarlı Faültesi, Maina Mühendisliği Bölüü, Batı Meşeli Kapüsü, 648 ESKİŞEHİR
I GİRİŞ Günüüde, uun yol seyahatlerinde olsun şehiriçi ulaşıda olsun insanlar genelde arayolu taşıtlarını terih etetedirler Motorlu taşıtlar adı altında toplayabileeğii, otobüs, ayon, tratör, otoobil gibi nail araçlarında seyahatlerini gerçeleştiren insanlar baen olduça uun süreler bu taşıtların içinde ala orundadırlar Böyle durularda insanların rahatını ve eniyetini optiu düeyde sağlaata ühendisli biliinin bir görevidir He onforun, he de eniyetin birlite sağlanası, günüüde taşıt ergonoisi ile ilgilenenlerin en büyü çalışa alanlarından birini oluşturatadır Taşıtta oluşan titreşilerin ii ana aynağından biri olan otor ve ileti organlarından gelen titreşiler, he başarılı bir şeilde yo edilebilete he de yüse freanslı oldularından, doğal freansı düşü değerler arasında olan insan için öne oluşturaatadırlar Esas ayna olan yol pürülülüğü ise çalışaları; yoldan gelen uyarıların anlaşılıp sonra en uygun şeilde sönülenesine doğru aydıratadır Çalışada da böyle bir işleyiş abul ediliştir Yoldan gelen uyarılar ço a olduğundan otoobil ve otobüslerdei titreşi problei, bou yol ve arai şartlarında çalışan tratör, ayon, ağır iş ainaları ve arai taşıtlarına naaran ço daha adır Bu yüden araştıralarında bu tip bou yol oşullarında çalışan taşıtlar üerinde yoğunlaşası doğaldır I Ergonoi Açıdan Taşıt Titreşileri İnsanlar seyahatleri sırasında çeşitli nedenlerden aynalanan eani titreşilere aru alatadırlar İnsan açısından rahatsılı verii bu duruun iyileştirilesi aaıyla son yıllarda pe ço araştıra yapılıştır Bu araştıralardan birisini gerçeleştiren Raheja ve Sanar a göre; süreli olara bou arailerde geniş spetrulu düşü freansa aru alan ayonlarda, tratörlerde ve diğer arai taşıtlarında çalışan işilerde he fiisel sağlı sorunlarına he de psioloji rahatsılılara rastlanatadır [] Çalışan işiler açısından, ortaya çıan bu sorunların giderilesi son deree önelidir İşçilerin, çalışa alanlarını ve ullandıları aletlerin, en uygun şeilde diayn edilesi çalışalarını yönlendiren bir bili dalı olan ergonoi taşıt titreşileri ile de yaından ilgilenetedir [] Tratör, ayon ve diğer yol dışı taşıtlarda çalışanların titreşiden ço fala etilenelerinin sebebi taşıt-otura-sürüü
sisteinin bağısı doğal titreşi freanslarının birbirlerine ço yaın değerlerde olasından -8 H aynalanatadır Belirlenen bu ıt titreşilerin aynağı otor veya hareet ileti sisteleri değil lasti ile yol arasındai uyusulutan oluşatadır [,4] Meani titreşiler; sürüü oltuğu, vites ve pedallar üerinden sürüüye intial eder Bu titreşilerin yoğunluğu, freansı adar süresi de önelidir Burada ba olara ele alınan insanın endisi olduğuna göre önelile insan vüudunun baı öellilerini bileie geresine vardır Vüut hiç bir aan atı bir ütle olara düşünülee Vüut, epey araşı, farlı ütlelerin oluşturduğu, yaylana etisi, sönülee etisi ve doğal freansları farlı olan elasti bir sistedir [] Şeil de gösterilen siste düşü freanslı titreşilere aru alan insanın bu titreşilere arşı olan evabının tanılanası için yeterlidir Bununla beraber, sistedei eleanlara sayısal değer vere ordur, çünü ele alınan işinin vüut tipi, duruu, as uvveti ve uyarılara arşı tepileri genelde farlıdır [5] Şeil Düşey yönde düşü freanslı titreşie aru alan, ayata diilen bir insanın vüudunun basitleştiriliş eani siste tasarıı [5]
4 Öellile düşü freans aralığında, uun süreli ve düşey yönde etiyen taşıt titreşilerinin insan üerinde olusu etilerinin olduğu bilinetedir Bu olusu etilerin ortadan aldırılabilesi için sönülee sistelerinin ve sürüü oltuğunun iyileştirilesi gereetedir I Taşıtlardai Şo ve Titreşilerin Nedenleri Taşıtlardai şo ve titreşilerin ii ana aynağı vardır Birinisi iç aynalar, iinisi de dış aynalardır Taşıtta titreşie neden olan iç aynalar; otor, güç ileti sisteleri vites eaniası, debriyaj, diferansiyel ve teerle-lasti tertibatıdır [6] Bu eani sisteler her ne adar titreşi yaratsalar da günüü tenolojisi ile ço iyi sönülenebilişler ve taşıt içindei işilere ve allara ararsı hale indirgenişlerdir Kişileri rahatsı eden taşıt titreşileri, dış aynalı olan yani yolun pürülülüğünden ortaya çıan taşıt titreşileridir Taşıtın sürüş arateristiği üerinde de en eten titreşi aynağı taşıtın gittiği yolun pürülülüğüdür [7] Genelde yoldan aynalanan bu titreşilerin iyileştirilesi ana problei oluşturatadır Yoldan gelen uyarılar, teerlelerden gövdeye, yay ve sönü eleanları üerinden geçerler Taşıt içinde oturan işi ile taşıt gövdesi arasında da yine yay ve sönü eleanlarından oluşan oltu sistei bulunatadır II ÖRNEK UYGULAMA Bu çalışada, yerli üreti bir ayon odeli ele alınıp ateati odeli oluşturuldutan sonra bilgisayarda çöüü yapılıştır Her bir freans değeri için sürüü oltuğu yerdeğişiinin, taşıt gövdesi yerdeğişiine bölüü ile iletenli oranları hesaplanıp, iletenli eğrisi çiiliştir İletenli eğrisinden, sürüü oltuğunun doğal freansı ve sönülee oranı bulunuştur Burunsu tip ayonlarda otor bölüü sürüü abininin altında bulunatadır Motorla ilgili bir arıa veya baı sö onusu olduğunda abinin öne doğru açılası gereetedir Önde lasti taolar, arada ise helisel yaylar ve yine lasti taolarla abin elasti olara gövdeye bağlanıştır Ayrıa ön bölüde açısal hareeti sağlayan hareetli afsallar şasiye bağlı olara bulunatadırlar Böyle bir elasti asılış düşey, yalpa ve başvura titreşilerine
5 neden olatadır Bu çalışada sadee düşey yöndei titreşiler ineleniş ve bulunan sonuçlar irdeleniştir II Uygulaa İçin Taşıt Titreşi Modeli Taşıtların odellenesinde ve analilerde birbirinden farlı ço sayıda taşıt titreşi odeli ayna taraalarında arşııa çıatadır Bu odeller; bir, ii ve ço serbestli dereeli çeyre, yarı ve tü taşıt odelleri ola üere gruplandırılabilir Sadee düşey yönde gövdenin hareeti inelene isteniyorsa bir serbestli dereeli odel dahi yeterli olabiletedir Yalnı, taşıta yoldan gelen uyarılar belirgin bir biçide ii serbestli dereeli odelin araterinde olduğundan bu çalışada ii serbestli dereeli çeyre taşıt odeli seçiliştir Taşıt titreşilerini teori yolla inelee aaıyla Şeil dei gibi bir titreşi odeli uruluştur Bu titreşi odeli üç ütleli basit siste esas alınara haırlanıştır Taşıt titreşi odeline abin ütlesi ve otor ütlesi ayrıa ilave ediliştir [7-] Şeil Uygulaa için taşıt titreşi odeli
6 Şeil de görülen taşıt titreşi odeliyle sadee düşey yöndei titreşiler inelenebiletedir Kabini gövdeye bağlayan lasti taoların sönü atsayıları L ço üçü olduğundan ihal ediliştir Çalışada, uyarı fonsiyonu olara sinüoidal şeilde bir yol pürülülüğü ele alınıştır Taşıtın hıının her notada sabit aldığı ve genliğinde olduğu abul ediliştir Taşıtlar için -5 Hert H aralığındai freans değerleri öneli olduğundan [] freans değeri H'den 5 H'e adar 'er Hert arttırılara aynı işleler terarlanıştır Süre tü çalışalarda 5 saniye olara alınıştır II Bilgisayar Modelleesi İçin Hareet Denleleri ve Teni Veriler Taşıt titreşi odelinin çöüü için gereli hareet denleleri yaılır = + + = + + = + + = + + 4 h h + = + + 5 Diferansiyel denlelerin bilgisayarda Runge-Kutta yöntei ile çöüünden belli bir t anındai sürüü oltuğu yerdeğişii değeri elde edilir Son denledei h, uyarı fonsiyonudur Yol pürülülüğünün sinüs eğrisi şelinde olduğu varsayıldığı için h'ın denlei şu şeilde olatadır h = A sin π f t 6 5 no lu denlede görüldüğü gibi h'ın aana göre türevi de çöü için gerelidir dh / dt = π f A os π f t 7 Bu düenleelerden sonra taşıta ait değerlerde bilgisayar prograına giriliş ve sonra ODEPACK paet prograının LSODA alt prograı ile proble
7 çöülüştür Bilgisayar prograına freans, genli, aan gibi verilerin girilesi ile elde edilen değerler ayrı dosyalarda salanış bu değerlerden tü grafiler oluşturuluştur II Yol Profilleri Karayollarında sinüoidal şeilli yol profilleri ile sılıla arşılaşılatadır Çalışada ele alınan yol profilleri Şeil 'de veriliştir Taşıt bu engellerden geçtiğinde, gövdenin ve sürüü oltuğunun yerdeğişii ineleniştir Şeil a Bir tüse ve çuurdan, b bir tüseten, bir çuurdan oluşan yol profili III BİLGİSAYAR ÇIKTILARININ İNCELENMESİ III Sürüü Koltuğunun Titreşi İletenli Eğrisi Sürüü oltuğunun titreşi öellilerinin değerlendirilesi için iletenli eğrileri yeterli bilgiye sahiptir [] Herhangi bir titreşi sisteinin iletenliği, sistee giren ve sisteden çıan titreşi sinyallerinin genli, hı veya ive gibi nielilerinin oranları ile belirtilebilir Çalışada genli oranlarından yararlanılıştır Çalışada taşıt gövdesinin genliği ve sürüü oltuğunun genliği aynı freans değeri içinde birlite hesaplanıp, orta bir grafi çıartılıştır -5 H arasında verilen her bir titreşi freansına arşı sürüü oltuğunun iletenliği; oltu titreşi genliğinin, gövde titreşi genliğine
8 bölünesi ile elde ediliş ve sonrada iletenli eğrisi çiiliştir Şeil 4 Saptanan bu titreşi iletenli oranlarından ayrıa sürüü oltuğunun doğal freansı ve sönülee değerinin bulunasında da yararlanılıştır III Sürüü Koltuğunun Sönülü Doğal Titreşi Freansının Saptanası İletenli eğrisinin çiii sırasında; -5 H aralığı er H li arttırılarla inelenişti Koltuğun doğal freansını daha doğru saptayabile için iletenliğin yüse olduğu 8-5 H aralığı H li arttırılarla yeniden ineleniştir Bu ineleeler sonuunda sürüü oltuğunun sönülü doğal titreşi freansının H olduğu saptanıştır 5 5 5 4 5 6 7 8 9 4 5 6 7 8 9 4 5 İletenli oranı % Freans H Şeil 4 Sürüü oltuğu iletenli eğrisi III Sürüü Koltuğu Sönülee Değerinin Hesaplanası İletenli eğrisinde reonans freansının altında ve üstünde sönülee dereesinin etileri aalır Sönüleenin ta etisi, reonans freansta, diğer deyile iletenliğin asiu olduğu freanslarda ortaya çıar [] Masiu iletenli oranına göre herhangi bir yalıtı sisteinin sönülee oranı ise 8 no lu denlede görüldüğü gibi düenlenebilir D = 8 4 T
9 Bu bağıntıda D, sönülee oranı; T ise reonans halindei iletenli oranıdır Te bilineyen olan T nin de denlede yerine onulası ile D sönü oranı sürüü oltuğu için hesaplanırsa; D = bulunur III4 Değişi Yol Profillerinde Taşıt Titreşilerinin İnelenesi Çalışada iletenli eğrisinin çiii, oltu doğal freansının bulunası ve sönülee oranının hesaplanasından başa baı ineleelerde yapılıştır Taşıtın aynı freans değerinde H sırasıyla te bir tüse, te bir çuur ve tüse+çuur engellerinden geçtiğinde, sürüü oltuğunun yerdeğişileri ele alınış daha sonra te bir tüse ve te bir çuur engelinin yarattığı etiler aynı grafi üerinde Şeil 5 de gösteriliştir,5,4, Yerdeğiştire,, -, -, -, -,4 -,5,,9,57,85,,4,69,97,5,5,8,9,7,65,9 4, 4,49 4,77 Zaan sn Tüse f= H Çuur f= H Şeil 5 Aynı freans değeri içinde tüse ve çuur engellerinin oltu üerinde yarattığı etiler Şeil 5 te görüldüğü gibi tüse ve çuur engelleri aynı yerdeğiştire etisi yaratata faat engelin profilinden dolayı yönleri farlı olatadır Her ii engel sonunda uyarı fonsiyonunun etisiyle oluşan titreşiler aynı aanda sönülenetedir Aynı freans değeri içinde, te bir tüse engelinin, tüse+çuur engeli ile arşılaştırılası yapılış Şeil 6'da grafiği veriliştir
4,5,4,, Yerdeğiştire, -, -, -, -,4 Tüse f= H Tü+Çu f= H -,5,,,4,64,85,6,7,48,69,9,,,5,74,95,6,7,58,79 Zaan sn 4 4, 4,4 4,6 4,84 Şeil 6 Aynı freans değeri içinde tüse ve tüse+çuur engelinin yarattığı etiler Grafiten de görüldüğü gibi te tüse engeli, tüse+çuur engeline naaran sürüü oltuğunun daha fala yerdeğiştiresine neden olatadır Yalnı -4 H aralığında bunun ta tersi görületedir 5 H ve sonrasında tüse+çuur engeli sürüü oltuğunda daha a yerdeğiştire yaratatadır Bunun da sebebi; artan hıdan dolayı taşıt te tüse engelinden geçtiten sonra teerleleri sert eine hılıa çarptığından şo etisi yaratata ve bu şo etisinin sönülenesi, tüse+çuur engelini dügüne taip eden taşıttai titreşilerin sönülenesine göre daha geç olatadır Şeil 7, 8 ve 9 da sırası ile, 6 ve 5 H değerleri için çiilen grafiler, olayın daha iyi anlaşılabilesini sağlaa aaı ile veriliştir []
4,, Yerdeğiştire, -, -, -,,,9,57,85,,4,69,97,5,5 Zaan sn Tüse f= H Tü+Çu f= H,8,9,7,65,9 4, 4,49 Şeil 7 H için tüse ve tüse+çuur engelinin etileri 4,77 Yerdeğiştire,,8,6,4, -, -,4 -,6 -,8 Tüse f=6 H Tü+Çu f=6 H -,,,7,5,79,5,,57,8,9,5,6,87,,9,65,9 4,7 4,4 4,69 4,95 Zaan sn Şeil 8 6 H için tüse ve tüse+çuur engelinin etileri
4 Yerdeğiştire,5,,5,,5 -,5 -, -,5 -, -,5,,7,5,79,5,,57,8,9,5,6 Zaan sn Tüse f=5 H Tü+Çu f=5 H,87,,9,65,9 4,7 4,4 Şeil 9 5 H için tüse ve tüse+çuur engelinin etileri IV SONUÇLARIN İRDELENMESİ Yapılan çalışalar sonunda; tüse ve çuur engelleri aynı etiyi yaratala birlite yönleri farlıdır Her iisinde de sönülee aynı aanlarda olatadır Tüse+çuur engelinin diğerlerinden farlı olaağı esindir Burada söyleyebileeğii öneli bir hususta tüse+çuur profilinin sürüüye etisi 5 H e adar diğer engel profillerine naaran olduça ötü olata yalnı bu freans ve sonrasında ise ta tersi gölenetedir Bu da daha öne bahsedildiği gibi taşıtın hıı belli bir değerin üerine çıtığında teerleler - eğer te tüse engeli ineleniyorsa - asfalt eine hıla çarptığı için oluşan şo titreşilerle açılanabilir Sürüü oltuğu doğal freansı H değişi aynalara verilen sürüü oltuğu doğal freansı değerleri ivarındadır -6 H Faat sönü oranı verilen değerlerin altındadır 4-7 Taşıt gövdesinin doğal freansı ν ng = H, sürüü oltuğunun doğal freansı 4,69 4,95 ise ν n = H bulunuştur Taşıt gövdesinin doğal freansının, sürüü oltuğunun doğal freansına oranı 9 bulunatadır Bu nota genel titreşi iletenli eğrilerindei ν/ν n < bölgesinde bulunduğundan bu bölgede sönü oranının arttırılası faydalı olaatır Atif süspansiyon sistelerindei aliyet
4 problei aşılıp taşıtlarda uygulanası ile oltu doğal freansı en ideal değeri olan H değerine indiriliş olunaa ve böylee sürüünün aynı yol şartları içinde daha a etilenesi ve daha uun süre onfor içinde oturabilesi sağlanaatır Sonuç olara taşıtı ullanan işinin en ço düşey yönlü yoldan aynalanan düşü freanslı titreşilerden etilendiğini ve bununda esas sebebinin bou yol şartlarında taşıtın uun süreli gitesi duruunda olaağını söyleyebiliri Bu duru ayon, otoobil, otobüs sürüüleri için ısa bir sürede öne taşıasına arşılı, tratör ve arai taşıtlarını ullanan sürüüler için büyü öne taşıatadır Bu yüden araştıraların tratör ve arai taşıtları sürüü oltularının optiu yalıtıı onusunda yoğunlaştırılası gereetedir KAYNAKLAR [] Raheja, S and Sanar, S, An Optiu Seat-Suspension for off-road Vehiles, The Sho and Vibration Bulletin, 5, pp 9-5, 98 [] Weawer, B, Ergonois, Pit&Quarry, VolOtober, pp -, 99 [] H Bölüoğlu ve O Kunst, Tratör oltularının tasarıında titreşiin önei, II Ergonoi Konferansı 988, Bildiri Kitabı, ss 4-44 [4] S Ora ve B Par, Bir tarı tratörünün odellenesi ve sürüü oturağının paraetri optiiasyonu, 6 Uluslararası Tarısal Meaniasyon ve Enerji Kongresi -6 Eylül 996, Anara, Bildiri Kitabı, ss 5- [5] E D Goldan and E H Gierge, Sho and Vibration Handboo Effets of sho and vibration on an, M-Graw Hill Boo Copany In, 96 [6] E R Engelhardt, D K Mills and K Shneider, Sho and Vibration Handboo Sho and Vibration in Road and Rail Vehiles, M-Graw Hill Boo Copany In, 96 [7] Karaçay T, Eroğlu M ve Atür N, Gerçe yol girdisine aru ii serbestli dereeli çeyre taşıt odelinin sürüş arateristiğinin inelenesi, Gai Üniv Müh Mi Fa Dergisi, Cilt 8, No4, ss -,
44 [8] A Güney ve M Eree, Devrilebilir Sürüü Kabini Ası Eleanlarının Titreşi Konforuna Etisi, 4 Ulusal Maina Teorisi Sepoyuu Eylül 99, Yalova-İstanbul, Bildiri Kitabı, ss -4 [9] Yağı N, Yüse İ ve Güven H R, Taşıt süspansiyon sistelerinin atif ontrolünde ullanılan etodların tanıtılası ve ıyası, Mühendis ve Maina, Cilt 4, Sayı 477, ss 9-4, 999 [] Par S, Popov A A and Cole D J, Influene of soil deforation on offroad heavy vehile suspension vibration, Journal of Terraehanis, Vol4, pp 4-68, 4 [] A Güney, Taşıt Titreşileri ve İrdelenesi, Yıldı Üniversitesi Seiner Notları, 989, 5 s [] A Sabanı, Tarı Tratörlerinde Titreşi Sorunları ve Sürüü Oturalarının Yalıtı Öellileri Üerinde bir Araştıra, TZDK Meslei Yayınları No:5, 984 [] Ü Er, Motorlu Taşıtlardai Titreşilerin Teori Analii ve Bir Bilgisayar Modelleesi, Yüse lisans tei, Osangai Üniv Fen Bilileri Ens, Esişehir, 996