DİFERANSİYELLER ve DAĞITICI DİŞLİ KUTULARI Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 1
DİFERANSİYELLER Otomobilin tahrik edilen aksının viraj içinde kalan tekeri bir virajı r i yarıçapı ile dönerken viraj dışındaki tekerleği r a yarıçapında döner. Bu sırada viraj içindeki tekerlek s i mesafesini alırken, viraj dışındaki s a yolunu kat eder. Tekerlek millerinin zaman dilimi içindeki devir sayıları n i ve n a farklı olurken, millerin ilettikleri tahrik moment yaklaşık aynıdır. Resim : Araçta viraj içi ve dışındaki tekerleklerin kat ettikleri mesafeler Klasik yapı tarzındaki diferansiyellerin görevi virajda tahrik tekerleklerinin devir sayılarını farklı kılarken, tekerleklerin yaklaşık aynı döndürme momenti ile tahriklerini sağlamaktır. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 2
.. Resim : Diferansiyel tipleri Büyük iç sürtünmeli diferansiyeller,eğer tahrik tekerlekleri arasında büyük bir devir sayısı farkı mevcut ise, otomatik olarak devreye giren kendinden kilitleme etkisine sahiptir. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 3
. Diferansiyellerin Yapısı ve Çalışma Şekli a b a d 1 3 4 4 5 5 c 2. Resim : Konik dişlili diferansiyel a) Model b) Şematik gösterimi c) Standart kompakt vaziyette yataklanmış konik dengeleme dişlili diferansiyel d) Kesit resmi Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 4
Konik Dengeleme Dişlili Diferansiyelin Çalışma Şekli Dengeleme dişlisi, diferansiyel kovanındaki M d = F.r 0 döndürme momentini tekerlek dişlilerine aktarır.. Resim : Diferansiyelde tahrik momenti iletimi Kuvvet akışı ise, pinyon dişliden gelerek, ayna dişli, diferansiyel kovanı, dengeleme dişli aksları, dengeleme dişli çarkları üzerinden ve buradan dağılarak eşit şekilde (F/2) aks dişlilerine ve oradan tekerleklere akar. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 5
Aracın doğrusal hareketi esnasında dengeleme dişlileri ve aks dişlileri arasındaki hareket akışını anlamak için, aks dişlilerinin taksimat dairelerinden kesildiklerini ve kremayer dişli şeklinde açıldıklarını hayal edelim. a b. c d Resim : a c) Diferansiyelde doğrusal harekette devir sayısı ilişkisi d) Doğrusal harekette çevresel kuvvetin aks dişlilerine dağılımı Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 6
Aracın virajdaki hareketinde Viraj dışındaki ve içindeki tekerleklerin dönme hızları (n r n l ) birbirine eşit değildir. Bunun sonucu olarak dengeleme dişli çarkları kendi eksenleri etrafında bir dönme hareketi yaparlar (n A 0). Resim : Virajda n A devir sayısı Diferansiyel kovanı içindeki dengeleme ve aks dişlileri devir sayıları arasında genel olarak geçerli olan ilişki: ve Örnek: 2.n n n K l r n K n l n 2 r 2.n K = n r + n l Doğrusal Harekette...2. 500 D/d = 500 D/d + 500 D/d Virajda...2. 500 D/d = 400 D/d + 600 D/d Bir tekerleğin çamura saplanması veya patinajı halinde...2. 100 D/d = 0 D/d + 200 D/d Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 7
Resim : Otomobil diferansiyeli (Motor momenti M dmax =180 Nm, n=2900 D/d) Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 8
Resim : Bir kamyona ait ön kademeli diferansiyel (Motor momenti M dmax = 700 Nm, n = 1600 D/d) Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 9
Düz Dengeleme Dişli Çarklı Diferansiyelin Yapısı Bu diferansiyeller dengeleme dişlisi olarak düz alın dişlilere sahiptir. Çalışma şekli konik dişlili diferansiyelde olduğu gibidir. Alın dişliler diferansiyel sepeti içinde yataklanmıştır. Bunlar çift olarak birbirleri ile temas halinde olurken, her birisi bir aks dişlisi ile de temas halindedir. Doğrusal harekette, her iki aks dişlisi aynı devir sayısı ile dönecek şekilde dengeleme dişlileri birbirini kilitler. Virajda, dengeleme dişlileri karşılıklı dönmek suretiyle dengelemeyi sağlarlar Ayna dişli Pinyon dişli Aks dişlisi Aks dişlisi Dengeleme dişlisi Diferansiyel sepeti Dengeleme dişlisi Resim : Düz dengeleme dişli çarklı diferansiyel Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 10
Diferansiyellerde Kilitleme Diferansiyel dengeleme kutusu üzerinden döndürme momentinin tahrik tekerleklerine dağıtılmasında, tahrik tekerleklerinin birisi ile yol arasındaki en küçük sürtünmenin mümkün olduğu tekerlekte büyük döndürme momenti etkili olamaz. Bu nedenle, bir tekerlek yumuşak zemin üzerinde kayarken, diğeri sert bir zeminde dönmeden durursa, diferansiyel çalışma şekli dezavantajlı olmaktadır. Dengeleme etkisi nedeniyle kayan tekerlek ayna dişlinin 2 katı devirle dönerek yumuşak zemini deşer ve araç olduğu yere saplanır kalır. Kirli, kaygan veya buzlu bir zemin üzerinde tahrik tekerleğinin patinaj yapması (kayması) halinde kalkış mümkün değildir. El freninin kısa bir süre için çekili tutulması bu durumda yardımcı olabilir. Çukurlu, mıcırla kaplı ve dar virajlarda da diferansiyel dengeleme etkisi aynı şekilde hoş olmayan şekilde tesir eder. Dengeleme etkisi kilitli diferansiyellerle bu dezavantajlı durumdan kaçınmak mümkündür. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 11
İç Sürtünme Yoluyla Tahrik Kuvvetinin Artırılması : Dengeleme dişlilerinin kendi eksenleri etrafında dönmek suretiyle yaptıkları hareket iç sürtünme yoluyla zorlaştırılması ile tahrik tekerleklerinden daha fazla tahrik kuvveti elde edilmesi mümkündür. Bu yolla kuvvetli zemindeki tekerleğin zayıf zemindekine göre belirlenen tahrik kuvveti % 20 oranında arttırılabilir Dengeleme dişlisinin yataklandığı mil etrafında dönüşünü zorlaştıralım. Dengeleme dişlisinin bu zor dönüşü bir sürtünme kuvveti F R ye karşılık gelir ki, bu değer geri kalan aks dişlisinin çevresel kuvvetine eklenirken, önde giden aks dişlisininkinden çıkartılır.. Eğer tahrik tekerlekleri herhangi bir nedenden dolayı farklı devir sayılarında hızla dönerlerse, düşük hızlı tekerleğe diğer hızlı dönen tekerleğe oranla daha büyük bir döndürme momenti yani itme kuvveti etkir. Düşük iç sürtünmeli diferansiyellerde bu fark pek bir anlam ifade etmez. Kilitleme Değeri S: F 2 F 2 F R F R Geri kalan tekerlekteki sssssssssssssssssssssss döndürme momenti Hızlı giden tekerlekteki döndürme momenti S Resim. : Devir sayılarının farklı olması durumunda aks dişlilerindeki farklı çevresel kuvvetler Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 12
Örnek : Tahrik tekerlerinden sağdaki buzlanmış bir zemin üzerinde ( HR =0,1) ve diğeri normal zeminde ( HL =0,5) ve tahrik aksı yükü 5000 N olan bir otomobil kaymasız (yani tekerleklerinden birisi kayma - patinaj yapmadan) doğrusal olarak hangi itme kuvveti ile hareket edebilir? Sağ tekerlekte mümkün olan en üst tahrik kuvveti F Rr = F N. HR =2500 N.0,1=250 N. Doğrusal harekette diferansiyel dengeleme dişlileri kendi eksenleri etrafında dönmeksizin, aks dişlilerini sadece sürükledikleri için, döndürme momentini aks dişlilerine eşit şekilde iletirler: Sol tekerlek de aynı şekilde 250 N kuvvet ile tahrik edilir. Bu durumda toplam maximal mümkün olan itme kuvveti yalnızca 500 N. Tahrik tekerleklerinin farklı zeminlerde olma durumunda, tekerlekleri patinaj yapmadan bir aracın tahrik edilebileceği döndürme momenti, kötü zeminde olan tekerleğin iletebileceği momentin iki katı değerinde bir momenttir. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 13
Örnek : Yukarıdaki örnekte verilen otomobilin sağ tekerleği buzlu zemin üzerinde patinaja başladığında (kayma durumu G =0,08) araç kalkışta hangi tahrik kuvveti değerine ulaşabilir? Sol tekerlek gene normal zemin ( H = 0,5) üzerinde bulunmaktadır. Diferansiyel kilitleme değeri S = 1,2. Hızlı dönen sağ tekerin tahrik kuvveti: F RR = F N. G =2500 N. 0,08 = 200 N. Kilitleme Değeri üzerinden F S F R geri kalan R acele eden F F RL RR F RL = F RR.S = 200 N. 1,2 = 240 N ve toplam tahrik kuvveti F RR + F RL = 440 N. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 14
Dişli Kavrama Yardımıyla Kilitleme En basit diferansiyel kilidi el veya ayak manivela kolu yardımıyla ileri sürülen bir dişli kavramadan oluşmaktadır. Kilitlenmiş durumda aks mili ile diferansiyel gövdesi bağlanmaktadır. Bu sayede dengeleme gerçekleşmez. Dengeleme kilidine gerek duyulmadığı anda hemen çözülmelidir. Aksi halde, aks tahrikinde aşırı gerilme ve zorlanmalar, gereksiz lastik aşıntıları meydana gelir, araç virajda savrulur. Yüksek hızlı araçlar için bu tarz bir diferansiyel kilidi uygun değildir. Ancak, askeri araçlarda, ağır kamyonlarda, arazi araçlarında ve traktörlerde kullanılmaktadır. Ayna dişli Aks dişlisi Dengeleme dişlisi Dengeleme dişlisi ekseni Diferansiyel sepeti Kilitleme çatalı kanalı Aks dişlisi Dengeleme dişlisi Dengeleme kilidi (Dişli kavrama).. Resim : Dişli kavrama ile dengeleme kilidi olan diferansiyel (El ile kilitlemeli diferansiyel). Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 15
Dişili sürgülü kilit Dişili sürgülü kilit Kumanda koluna Kumanda koluna Resim: Form bağlı kilitli diferansiyel (Prensip) Sürtünme diskleri Resim: Kuvvet bağlı kilitli diferansiyel Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 16
Otomatik Kilitlemeli Diferansiyeller Otomatik kilitlemeli diferansiyeller esas itibariyle diferansiyel sepeti içerisindeki dengeleme dişlilerinin kendi eksenleri etrafında aşırı devirle dönmelerinin veya aks dişlileri arasında oluşan devir sayısı farkının sınırlandırılması veya zorlaştırılması esasınsa dayanır Normal Diferansiyel Moment Kilitlemeli Ön Gerilmeli Kilitlemeli Viskoz Sürtünmeli M RL M RR M RL M RR M RL M RR M RL M RR n RL n RR n RL n RR n RL n RR n RL n RR M Kilit M RL M RR M RL M RR a.(m LR M RR ) M RL M RR M Kilit M RL M RR b.(n LR n RR ) M Kilit M Kilit M Kilit M Kilit n RL -n RR n RL -n RR n RL -n RR n RL -n RR M Kilit M Kilit M Kilit M Kilit. M RR + M RL M RR + M RL M RR + M RL M RR + M RL. Tablo : Normal diferansiyele göre kilitlemeli diferansiyellerin karşılaştırılması Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 17
1. Kayıcı Taşlarla Kilitleme Bu diferansiyel arazi koşullarında ve kötü yol şartlarında ve hatta normal trafikte kullanılacak olan arazi araçları için uygundur. Kayıcı taşlara sahip olan bir silindirik kafes, dış bilezik ve iç bilezikten meydana gelmektedir. Silindirik kafes ayna dişliye perçinlenmiştir. Dış ve iç bileziklerden her biri bir tahrik aksı miline bağlanmıştır. Dış bilezik iç bileziğe oranla daha fazla eğrisel profile sahiptir.. Dış bilezik Tahrik eden pinyon dişli Kayıcı taşlar İç bilezik Ayna dişli Yuvarlanan kafes Resim : Kayıcı taşlı otomatik kilitlemeli diferansiyel parçaları Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 18
. Dönen kafes (tahrik eden) İç bilezik (tahrik edilen) Kilitleyen kayıcı taşlar Dış bilezik (tahrik edilen). Resim : Sıkışan kayıcı taşlarla eş devirli tahrik Dış ve iç bileziğin eğri tepeleri arasına üç veya dört kayıcı taş sıkıştığı için, düz yolda dış ve iç bilezik, masuralı kafesin kayıcı taşları ile eşit bir şekilde beraber harekete zorlanır. Virajdaki harekette kayıcı taşlar bilezik eğrilerine uygun olarak kafes içinde radyal yönde hareket ederek dış ve iç bilezik arasında farklı devir sayılarına izin verirler. Dengeleme esnasında kayıcı taşlar devir sayısı artan bileziğe yaslanırlar. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 19
2. Viskoz Kilitlemeli Diferansiyel Bu diferansiyelde iç ve dış lameller birbirine sürtmeden yüksek viskoziteli silikon esaslı bir sıvı ile doldurulmuş bir gövde içinde her iki milin veya bir milin üzerinde dönmeye karşı sabitlenmiş olarak oturmaktadır. Miller arasında devir sayısı farkına hassas olan bu kilitlemeli diferansiyelde iletilen tahrik momentinden bağımsız, sadece devir sayısı farkı ile büyüyen bir kilitleme etkisi mevcuttur. Viskoz kavrama İç lameller Dış lameller. Resim : Viskoz kilitlemeli diferansiyel ve viskoz kavramanın iç yapısı Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 20
Devir Sayısı Farkına Duyarlı Viskoz Kavramalı Diferansiyel Uygulamaları T V = Viskoz Moment T E = Akslara uygulanan moment Aks - Gövde arası Yavaş Hızlı.. T V = Viskoz Moment T E = Akslara uygulanan moment Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 21 Yavaş
Devir Sayısı Farkına Duyarlı Viskoz Kavramalı Diferansiyel Uygulamaları B T V = Viskoz Moment T E = Akslara Uygulanan moment Aks - Gövde arası Aks Aks arası Yavaş Hızlı T V = Viskoz Moment T E = Akslara uygulanan moment.. Yavaş Hızlı Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 22
3. Lamelli Kavramalı Otomatik Kilitlemeli Diferansiyel Yalnız arazi araçlarında değil, hızlı otomobiller, spor ve yarış araçları da otomatik kilitlemeli diferansiyellerle donatılmıştır. Bu sayede kötü ve kaygan yollarda emniyetli bir şekilde hareket ettikleri gibi, viraj hareketleri de daha düzgün hale gelmektedir. Normal diferansiyelin kullanıldığı bir aracın virajda yüksek hareketi sırasında dış tekerlek kuvvetli bir şekilde yüklenirken, viraj içindeki tekerlek yükü aynı oranda azalır. Bu durumda kuvvetli olarak yüklenmiş dış tekerlek klasik diferansiyel çalışma şekli nedeniyle kapasitesinin altında tahrik edilmektedir ve daha az yüklü olan iç tekerlek kaymaya başlar. Böylece toplam tahrik kuvveti bir şekilde azalır ve araç viraj emniyetini kaybeder. Hızın düşmesi ile iç tekerleğin tekrar yola tutunması gerçekleştiğinde darbeli olarak frenlenir, viraj dışındaki tekerlek ani olarak ivmelenir ve araç savrulmaya başlar. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 23
Sürtünme lamelli otomatik kilitlemeli bir diferansiyel tahrik momentinin bir kısmını lamelleri kavramalar üzerinden ileterek devir sayısı dengelemesine has olan bu dezavantajlı durumu ortadan kaldırır. Tahrik momentinin bu kısmı aynı zamanda tekerleklerden birinin kayması halinde diğer tahrik tekerleğine tahsis edilir. Resim : Sürtünme lamelli otomatik kilitlemeli diferansiyel Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 24
Dengeleme dişli ekseni Eğik yüzey Dış lamel İç lamel Kapak Dayama diski (Şim) Dengeleme dişlisi Diferansiyel sepeti Ayna dişli. Diyafram Baskı Aks konik Yay plakası dişlisi Resim : ZF firmasına ait otomatik kilitlemeli diferansiyel (DL tipi) Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 25
. 4. Torsen Diferansiyelleri Tip A nın çalışma prensibi : Bu diferansiyeller lamelli kitleme sistemlerine sahip (Audi Quattro Sport S1) Salyangoz dişli çarkları Salyangoz dişliler Düz alın dişliler diferansiyellerin zamanla aşınıp, kilitleme etkisinin zayıflaması veya belirli bir değerden sonra devreye girmesi gibi bir dezavantajları yoktur. Döndürme momentini hisseden bu diferansiyeller, prensip olarak sonsuz dişli tahrikinin konstrüksiyon prensibini kullanmaktadır : Sonsuz dişli, sonsuz dişli çarkını tahrik edebilir, fakat tersi mümkün değildir. Ayna dişli Resim : Gleason Diferansiyeli veya Torsen Diferansiyeli (Tip A), Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 26
Resim: Torsen diferansiyeli parçaları Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 27
Giriş Çıkış 2 Çıkış 1 Sürtünme yüzeyleri Dişli sürtünmesi (% 30-60) Sürtünme balataları (% 5-40) Dişli pimleri (% 10-15) Dişli çark yanakları (% 15-20) Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 28
Tip B nin çalışma şekli : Bu diferansiyelin temeli diferansiyel sepeti içerisinde düz dengeleme ve aks dişlileri olan diferansiyeli temel almaktadır. Bu diferansiyelde dengeleme dişlileri ve aks dişlileri helis dişli olarak yapılmıştır.. Dış dişli (Ayna dişli) Güç girişi Helisel diş açılmış paralel dengeleme dişlisi Sağ tahrik mili Sol tahrik mili Resim : Torsen diferansiyeli Tip B. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 29
Giriş Çıkış 2 Çıkış 1 Sürtünme yüzeyleri Dişli sürtünmesi (% 5) Sürtünme balataları (% 5-40) PG-Kovan yüzeyi (% 50-80) PG aksiyal yüzeyi (% 5-10) Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 30
Torsen Diferansiyeli Tip B nin sökülmüş olarak yapı elemanları görülmektedir.iki aks dişlisi arasına yerleştirilmiş ön germe yay sistemiyle aks dişlilerinin kovana ön germeli olarak sürtünmesi sağlanarak ön germeli kilitleme etkisi oluşturulmuştur.. Ön germe düzeneği Sürtünme bileziği Aks dişlileri Diferansiyel sepeti ve kapağı Dengeleme dişlileri. Resim : Torsen diferansiyeli Tip B nin parçaları Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 31
Dengeleme dişlileri Diferansiyel sepeti Konik fren Konik aks dişlileri Resim: Borg-Warner tipi devir sayısı farkına duyarlı kilitli diferansiyel Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 32
KİLİTLEMELİ DİFERANSİYEL DİNAMİĞİ Ekstrem kuvvet bağıntıları altında tahrikin iyileştirilmesi için diferansiyel kilitleri kullanılır. Kilitlemeli bir diferansiyelin etkime şekli prensip olarak resimde verilmiştir. Tekerlekler arasındaki devir sayısı farkı, dengeleme konik dişlisinin kendi ekseni etrafında dönmesiyle, arka aks dişlilerinin birbirlerine göre ters yönde dönmesi sayesinde dengelenir.. Lamelli kavrama Diferansiyel kovanı Ayna dişli Dengeleme konik dişlisi Dengeleme konik dişlisi Arka aks tahrik mili Tekerlek tahrik miline kayabilir tarzda yataklanmış konik tahrik dişlisi Dengelemenin kilitlenmesi için arka aks tahrik millerinden bir tanesi form bağımlı olarak (kenetlemeli kaplin) irtibatlandırılır veya her iki tahrik mili konik dişlisinin diferansiyel kovanına göre rölatif dönmeleri lamelli kavramalar üzerinden sürtünme yoluyla (kuvvet bağlı olarak) engellenir Resim : Mercedes 190 E 2.3-16 de kullanılan sınırlı kaymalı kilitlemeli bir ZF diferansiyelinin (DZ tipi) yapısı ve çalışma tarzı. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 33
Kilitleme değeri S, her iki tekerlekteki her bir tahrik momentinin farkının, toplamına oranından bulunur. S M M Tahrik Tahrik. 100% Kilitleme momenti tahrik momentlerinin farkına eşittir. Giriş tahrik momenti MA, diferansiyel çevrim oranı i D ve diferansiyel verimi D =0,95...0,97 dikkate alınırsa, kilitleme momenti M Kilitleme S.i 100 D. D. M A [Nm ] S, % olarak alınır. Kayıp güç, kilitlemeye bağlı olarak, n D/d olarak tekerlekler arası devir sayısı farkı alınarak 1 PKay ip.m Kilitleme. n [Nm/s]. 2 Moment dağılımı kilitleme değeri ile hesaplanabilir. Yüksek sürtünme katsayılı tekerin moment oranı: M,Yüksek S % 50 2 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 34
Örneğin: % 40 kilitleme değerinde pütürlü yol tarafındaki tekerleğe isabet eden tahrik momentinin oranı M,yüksek = 40/2 + 50 = % 70 (Moment dağılımı = % 70 : % 30). El ile kilitlemeli (senkromeçli kavramaya sahip) bir diferansiyel için kilitleme değeri % 100. Bu durumda M,yüksek = % 100. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 35
İtme kuvveti Boyuna kilitli dört çeker ve AA-enine kilitleme %100 % 100 kilitlemeli AA tahrikli Boyuna kilitlemeli dört çeker Enine kilitlemesi % 30 AA tahrikli Kilitlemesiz AA tahrikli Kilitlemenin Etkisi : Diferansiyel kilitlemesinin devreye alınmasıyla tek tarafı kaygan zeminde olan aracın tahrikin iyileştirilmesi en belirgin şekilde ortaya çıkar. Bunu tek tarafı kaygan zeminde olan her iki akstan tahrik edilen (dört çeker) aracın ivmelenmesinde arka aks enine kilitlemenin dominant etkisini göstermektedir. Boyuna kilitleme burada çok az bir itme kuvveti getirmektedir. Tam kilitlenmiş her iki akstan tahrik (ÖA,AA ve boyuna kilitleme) Resim : Tahrik tarzının ve kilitlemeli diferansiyelin tek tarafı kaygan zemin üzerindeki ( H =0,2/0,8) aracın itme kuvvetine etkisi. Arka aks diferansiyelinin % 100 luk bir kilitlemesi en fazla avantajı sağlamaktadır. Tahrik kuvveti Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 36 Kaygan taraf Pütürlü taraf
İtme Boyuna k çeker ve A kilitleme % 100 kil AA tahrik Boy dör Enin AA ta Kilitle AA ta.. Tahrik kuvvetleri ilişkisi, kilitlemeli diferansiyele sahip arka akstan tahrikli ayni yüke sahip tekerleklerinden birisi kaygan zeminde ( H = 0,2/0,8) olan araçta açıklanabilir. Tahrik kuvveti Kaygan taraf Pütürlü taraf Tahrik kuvveti arzı Tekerlek tutunuyor Tekerlek tutunuyor Savurma momenti yok Resim : Sol ve sağ tekerleği farklı sürtünme katsayılı zeminde olan aracın elenmesindeki tahrik kuvveti dağılımı. Sürücü tarafından gönderilen tahrik kuvveti arzı, kaygan taraftaki tekerleğin kuvvet bağıntı potansiyelinin iki katından küçük. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 37
Kilitleme momenti yardımıyla, kaygan zemin üzerindeki tekerleğin fazlalık itme kuvveti pütürlü zemin üzerindeki ( H = 0,8) tekerleğe yönlendirilir. Kilitleme momentinden elde edilen ilave teğetsel kuvvet M Kilitleme /r dyn ile pütürlü taraftaki tekerleğe F Ar H0, 2.F değerinde bir itme kuvveti nakledilir. Tahrik kuvveti n M Kilitleme / r dyn Kaygan taraf Pütürlü taraf Tekerleği patinaja götüren kuvvet fazlası H. 0,8 Tahrik kuvveti arzı M Kilitleme /r dyn Kilitleme momentinden gelen ilave kuvvet Tekerlek tutunuyor Tekerlek tutunuyor Küçük savurma momenti Tekerlek patinaj yapıyor Savurma momenti Tekerlek tutunuyor Tahrik kuvveti Yüksek kilitleme momenti Resim : Sol ve sağ tekerleği farklı sürtünme katsayılı zemindeki aracın ivmelenmesi sırasındaki tahrik kuvveti dağılımı. Tahrik kuvveti arzı, kuvvet bağıntı Kuvvet fazlası potansiyeli, kilitleme momenti ve savrulma stabilitesi arasındaki ilişkiler Kuvvet fazlası Prof. Dr. N. Sefa KURALAY Tahrik kuvveti M Kilitleme/r dyn 38 arzı
Tekerlek tutunuyor Tahrik kuvveti Tekerlek tutunuyor Küçük savurma momenti Tekerlek patinaj yapıyor Savurma momenti tutunuyor Yüksek kilitleme momenti Tahrik kuvveti arzı Kuvvet fazlası Kuvvet fazlası M Kilitleme /r dyn Tekerlek patinaj yapıyor Tekerlek tutunuyor Tekerlek patinaj H0 yapıyor H0, 2. Fn MKilitleme / rdyn, 8. F n Tekerlek patinaj yapıyor. Savurma momenti Büyük savurma momenti instabil durum Resim : Sol ve sağ tekerleği farklı sürtünme katsayılı zemindeki aracın ivmelenmesi sırasındaki tahrik kuvveti dağılımı. Tahrik kuvveti arzı, kuvvet bağıntı potansiyeli, kilitleme momenti ve savrulma stabilitesi arasındaki ilişkiler Mamafih uygun yüksek değerdeki tahrik kuvveti arzında kilitleme momenti çok yüksek, yani F M / r. F H0, 2. n Kilitleme dyn H0, 8 olursa, bu durumda her iki tekerlek de patinaj yapar ve araç instabil duruma girer. n Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 39
DAĞITICI DİŞLİ KUTULARI Ön ve arka akstan tahrikli araçların arazide kullanılması daha uygundur. Bunlarda ön ve arka aksın tahriki dağıtıcı bir dişli kutusu üzerinden olmaktadır. Normal vites kutusunun arkasından devreye girer ve ön ve arka aks arasına monte edilir. Resim : Dağıtıcı dişli kutusunun kuvvet akış düzeni. 1. Kavrama, 2 Vites kutusu, 3,5,7 Kardan milleri (Mafsallı miller), 4 Dağıtıcı dişli kutusu, 6 Diferansiyelli arka aks tahriki, 8 Diferansiyelli ön aks tahriki Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 40
Dağıtıcı dişli kutusu temel olarak vites kutusu çıkış milinden alınan tahrik momentini mafsallı miller üzerinden ön ve arka aks tahrik sistemlerine iletme görevini yapar. Burada genelde ön aks tahriki devreye alınıp, çıkartılabilir şekildedir. Ön aks tahriki devreye girmiş ve ön ve arka aks devir sayıları dengelenen bir dağıtıcı dişli kutusu, yalnızca ön aks tahriki devre dışı bırakılmış durumda devir sayısı dengelemesi yapan dağıtıcı dişli kutusu birbirinden farklıdır. 1. Devir Sayısı Dengelemesiz Dağıtıcı Dişli Kutusu Resim : Devir sayısı dengelemesiz dağıtıcı dişli kutusu Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 41
Ön aks tahrikinin devre dışı bırakılması durumunda ön mafsallı mil boşa döner. Bu miller ön tekerlekler tarafından diferansiyel ve aks tahriki üzerinden döndürülmektedir (Lüzumsuz güç kaybı). Devreye alınmış bir ön aks tahrikinde her iki mafsallı mil dağıtıcı dişli kutusu aracılığı ile sabit olarak birbirine bağlıdır. Aynı devir sayısı ile döner ve ön ve arka aksa aynı tahrik momentini iletirler. Viraj hareketinde gerekli devir sayısı dengelemesi lastik tekerleğin kayması yardımı ile yapılır. Virajda bu tarz dişli kutusunda ön aks tahrikinin mutlaka kapatılması gerekir. Aksi halde tahrik tekerleklerine kadar hareket ileten iletim organları aşırı zorlanır, lastik aşıntısı çok fazlalaşır ve direksiyon emniyeti olumsuz etkilenir. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 42
2. Devir Sayısı Dengelemeli Dağıtıcı Dişli Kutusu Bu tip dişli kutuları virajda da dört tekerlekten tahrike imkan verir. Virajda ön ve arka tekerlekler arasında oluşan devir sayısı farkını dengelerler. Devir sayısı dengelemesi yapan dağıtıcı dişli kutuları simetrik olmayan diferansiyellerdir (Aks diferansiyellerinden farklı olarak). Gelen momenti eşit olmayan şekilde millere yönlendirir. Bu dişli kutularının diğer bir görevi gelen tahrik momentinin belirli bir konstrüktif oran dahilinde millere nakletmektir. A B Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 43
Tahrik mili Diferansiyel kilidi şalteri Diferansiyel kilidi kumanda kolu Tahrik dişlisi İçi boş mil Merkezi diferansiyel Merkezi diferansiyel kilidi Homokinetik mafsal Resim: Konik dişlili merkezi diferansiyel (Transfer kutusu) Audi Quattro Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 44
Döndürme Momenti Dağılımı Normal vites kutusu çıkışından gelen tahrik momenti A noktasına F çevresel kuvvet olarak iletilir. B ve C noktalarındaki her bir çevresel kuvvet F/2 (AC = AB). Bunun sonucu arka aksa iletilen döndürme momenti ve ön aksa iletilen döndürme momenti Moment iletim oranı : M M da dö F.r 2 F.r 2 1 2 M r r F. 2 F. 2 da r 1 M 1 2 dö r 2 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 45
Devir sayısı dengeleme fonksiyonunun kapatılması : 1. Her iki akstan tahrik edilen aracın ön veya arka aksına ait tekerlekler tahrik momenti iletemeyecekleri bir arazide üzerinde bulundukları taktirde, diğer aksın tekerlekleri de tahrik momenti alamaz duruma girerler (Normal diferansiyellerdeki olumsuz durum gibi). Bu durumda dağıtıcı dişli kutusunun devir sayısı dengeleme fonksiyonu elle (manuel olarak) kilitlenerek, devir sayısı dengelemesiz hale getirilir. 2. Kapatılmış ön aks tahrikinde arka aks tahrikini mümkün kılmak için:, 1. mil (A durumunda olduğu gibi) pratik olarak hiçbir tahrik momenti alamadığı durumda, 2. mil yüksüz olarak boşa dönecektir. Resim : Devir sayısı dengelemeli alın dişlilerden oluşan dağıtıcı dişli kutusunun şematik görünüşü Ön aks tahrikinin devre dışı bırakılması durumunda dengeleme kilidi otomatik olarak devreye girecektir. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 46
Resim : Bir kamyona ait (Motor verileri P = 265 PS, n=2400 D/d, M dmax = 970 Nm, n=1600 D/d için) devir sayısı dengelemeli kademeli dağıtıcı dişli kutusu Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 47
Otomatik Kilitlemeli Dağıtıcı Dişli Kutusu (Torsen - C Tipi ) Torsen Tip C de devir sayısı dengeleme güneş dişli sistemi temel olarak alınmasına karşın, tüm dişliler helisel dişli olarak imal edilmiştir. Güç girişi planet taşıyıcı üzerinden olmakta, Arka aks tahriki çıkışı diş dişli üzerinden olurken, Ön aks tahriki çıkışı güneş dişli üzerinden yapılmaktadır. Çalışma Prensibi: Eğik veya helisel dişliler üzerinden tahrik momenti iletimi sırasında oluşan eksenel dişli kuvvetlerinin etkisiyle gerek dış dişli ve gerekse güneş dişli kendisi ve kovan arasına yerleştirilmiş sürtünme bileziklerine bastırılmaktadır. Bu sayede her iki aks tahriki çıkışı arasındaki devir sayısı farkı zorlaştırılırken, iletilen tahrik momentine duyarlı olarak sürtünme prensibine dayanan kilitleme momenti oluşturulmaktadır. Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 48
Resim : Otomatik kilitlemeli dağıtıcı dişli kutusu Torsen Tip C ye ait a) Şematik prensip resmi b) Monte edilmiş c) Demonte vaziyette yapı elemanları Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 49
Giriş Çıkış 1 Çıkış 2 Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 50
Tip C İkiz Diferansiyel Radyal tip Giriş Eksenel tip Merkez Diferans iyel. Entegre ön diferans iyel Ön çıkış 1 Ön çıkış 2 Arka çıkış Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 51
Teşekkür ederim Prof. Dr. N. Sefa KURALAY Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 52