YAYLANMA ve METAL YAYLAR Prof Dr N Sefa KURALAY
YAYLANMA VE TEKERLEK ASKI SİSTEMLERİ Yayların Görevi Yol düzgünsüzlüğü sonucu tekerlekler dönme hareketi yapmanın yanı sıra yukarı aşağı hareket ederler Yola dik olarak oluşan düşey ivmeler, yer çekimi ivmesinin birkaç katına çıkabilir Bu şekilde araca çok büyük ve darbe şeklinde kuvvetler etkir ki, bunların değerleri kütle değeri ne kadar büyükse, o oranda büyüktür Yol darbeleri, içerideki yolcular için hoş olarak algılanmaz ve sağlığa zararlıdır Hassas yükler bu darbeler sonucu bozulur Pek çok araç parçası aşırı zorlanır Seyir emniyeti de yol darbelerinden olumsuz etkilenir Tekerlek havada kaldığı süre zarfında yola hiçbir kuvvet iletemez Araç yönlendirilemez ve frenlenemez; virajda dışa doğru savrulur Tüm hızlı araçlarda bu olumsuz etkileri yok etmek için yaylar ön görülmüştür Yaylar, yol darbelerini yakalar ve bunları titreşimlere dönüştürür ve ayrıca tekerleğin sürekli olarak yol ile temasını temin ederler Prof Dr N Sefa KURALAY
Yay, lastik tekerlekler ve koltuk yaylanması birbirleriyle uyumlu olmalıdır Resim : Bir aracın yaylanması Resim : Yanal yaylanma Yol düzgünsüzlüğü sonucu ortaya çıkan darbeler sadece düşey yönde değil, bilakis düşük oranda araca yanal yönde etkiyebilir En iyi yaylanmaya, tekerleklerin arkaya ve üstten dışa doğru sapan şekilde yerleştirilmeleri durumunda ulaşılır, tıpkı motosiklet tekerlek bağlantı çatallarında olduğu gibi, 65 0 70 0 lik bir eğim en iyi seyir özelliğini sağlamaktadır Prof Dr N Sefa KURALAY 3
Yayların Etkime Şekilleri Yaylar ile araç, temel titreşim frekansı yaylar ve araç kütlesi tarafından belirlenen yaylanan bir yay-kütle sitemi oluşturur Yol darbeleri dışında tahrik kuvvetleri, fren kuvvetleri, rüzgar kuvvetleri, merkezkaç kuvvetleri gibi diğer kuvvetlerin de araca etkimesi söz konusu olduğu için, hacimsel olarak her üç eksen yönünde hareketler ve titreşimler ortaya çıkar Düşey Eksen Yanal Eksen Boyuna Eksen Baş sallama Yanal itme Titreme Yalpalama (Devrilme) Yön verme ekseni etrafında kanat çırpma Savrulma (Düşey eksen etrafında dönme) Yükselme Düşme Resim : Araçta oluşan titreşim tipleri Prof Dr N Sefa KURALAY 4
Titreşimler Sürüş esnasında aracın titreşimlerinin çok büyük olması durumunda, yol durumu ve bununla bağlantılı olarak seyir emniyeti olumsuz etkilenir Amortisörler aracın titreşimlerini sönümlerler Aracın seyir özellikleri yaylandırılmamış veya çok az yaylandırılmış kütlelerin yaylandırılmış kütlelere oranı tarafından belirlenir Yayın uyumu ne kadar iyi olursa, yaylandırılmamış kütleler ne kadar düşük tutulursa, aracın yaylanma özellikleri o oranda iyileşir Yayların araç üzerinde uygun şekilde montajı ve amortisör sayesinde ; Aracın ağırlık merkezi yüksekliği daha aşağılara çekildiğinde, İz genişliği ve aks aralığı için daha uygun bir orana ulaşıldığında; Hiç veya çok az düşey titreşim ve baş sallama titreşimleri ve dolayısıyla düşük yalpa hareketi ortaya çıkar, Seyir özellikleri pozitif olarak etkilenir 3 Tekerlekler, kötü yol yüzeylerinde dahi yola daha iyi tutunur, 4 Direksiyon sistemi her zaman güvenli ve çabuk reaksiyon gösterir Prof Dr N Sefa KURALAY 5
Yaylandırılmış kütlelerin darbe sonucu oluşan titreşimleri şasiye taşınır ve tüm kütlelerin düşey yönde yaylanmasına sebep olur Bir engelin aşılmasından sonra yol uzun bir süre düz devam ediyorsa, bu titreşimler belirli bir süre içinde sönümlenir Özgül Titreşim rekansı: Her elastik cisim belirli bir uyarı sonrası özgül titreşimini yapar Bu esnada ortaya çıkan titreşim frekansına özgül titreşim frekansı denir f c m Özgül titreşimler uyarının büyüklüğünden bağımsız, fakat titreşen cismin kütlesine ve yay sabitine bağlıdır Uyarıcı rekans: Bir elastik cisim, bir uyarıcının periyodik ve devamlı darbeleri ile hareketleniyorsa, zorlanmış titreşimler ortaya çıkar Bu esnada oluşan frekansa uyarıcı frekans denir Rezonans: Bir cisim kendi özgül frekansındaki frekansa sahip titreşimlerle uyarılırsa, rezonans titreşimleri oluşur Sönümleme ne kadar küçük olursa, rezonans o orada şiddetli olur Özgül frekans ve uyarı frekansı çakışırsa, rezonans meydana gelir Prof Dr N Sefa KURALAY 6
Aracın Yüzmesi: Darbe, kötü yaylanma etkisiyle ilgili tekerlek üzerinde bulunan araç parçalarına taşındığında, tekerlek kısa bir süre için yoldan yukarı kalkar, zıplar ve yola teması azalır Bu tarz darbeler arka arkaya pek çok tekerleğe etkiyecek olursa, araç sağlıklı bir şekilde yön verilemez duruma düşer; araç yüzmeye başlar Bir aracın yüzmesiyle seyir emniyeti olumsuz etkilenir ve motor gücünden tam olarak yararlanılamaz Yay katsayısı: Yay kuvvetinin yaylanma mesafesine oranı olarak ölçülür Sert Yumuşak Resim : Lineer ve progresif karakteristiğine sahip helisel yaylar Prof Dr N Sefa KURALAY 7
Düşey Yaylanma : Araca etkiyen düşey dinamik kuvvetlerin etkisiyle araç karoseri yayların çökmesi veya uzaması ile yukarı aşağı yaylanmaktadır Lineer karakteristikli yayların kullanılması durumunda, yay çökmesi yükün ağırlığı ile orantılıdır Progresif karakteristikli yaylarda yay çökmesi, artan yük ile birlikte daha yavaş olarak artar Sabit bir yükleme yüksekliğinin muhafaza edilmesi, yalnızca bir seviye ayarlayıcısı ile mümkündür Yalpa Hareketi: Diğer bir hoş olmayan durum ise, araca etkiyen yatay kuvvetlerin etkisiyle karoserinin yana yatmasıdır Bu da virajda söz konusudur Burada merkezkaç kuvveti, karoserde dışa doğru bir eğim oluşturacak şekilde etkir (Yalpa hareketi) Virajda karoserin dışa doğru eğim alması, yatması stabilizatör montajı ve araç ağırlık merkezinin daha aşağılara çekilmesiyle azaltılabilir Baş Sallama Hareketi: Aracın ilk kalkış sırasında geriye doğru şahlanması ve frenleme durumunda ise öne doğru selam verir gibi eğilmesi (Baş sallama hareketi) ortaya çıkar Prof Dr N Sefa KURALAY 8
Karoseri Titreşim Sayısı :Tam bir yaylanma, yayın çökmesi ve tekrar uzaması fazından oluşur Titreşimlerin dakikadaki tekrar sayısı karoseri titreşim sayısıdır Amortisör bu titreşim sayısına etkimez, sadece yukarı aşağı yaylanmaya karşı büyük bir direnç göstererek, titreşim salınımlarını küçültür Araç ne kadar ağırlaşırsa, yükleme ne kadar artarsa, titreşim sayısı o oranda azalır Karoseri Titreşim Sayısının Etkileri: Dakikada 60 ve daha az titreşimler yumuşak bir yaylanmayı karakterize ederken, bazı kişilerde bulantılara neden olabilir Çok kuvvetli sönümleme ile yayın tam bir yaylanma periyodunu tamamlaması engellendiğinde, bulantı nedeni ortadan kaldırılır Omurgayı sarsan, dakikadaki titreşim sayısı 90 civarında olan sert yaylar arka aksta yüksek değerde yükleme için çoğu kez gereklidir Taşıma Kapasitesini belirleyen, kendi ağırlığının maksimum yüklemeye oranının uygun olmaması nedeniyle küçük araçlar, düşük seyir konforuna sahiptir Karoseri titreşim sayısı > 00 D/d Silindir hacimleri >,6 litre olan araçlarda titreşim sayıları 70 D/d, Silindir hacimleri <,6 litre olan araçlarda titreşim sayıları 85 96 D/d Prof Dr N Sefa KURALAY 9
YAY TİPLERİ METAL YAYLAR Pek çok araç çelik yaylarla donatılmıştır Yaylanma etkisi sertleştirilmiş yay çeliğinin akma sınırı altındaki elastik deformasyonu ile ortaya çıkar Yay karakteristiği lineerdir; yapısal bazı tedbirlerle progresif karakteristiğe de ulaşılabilir Yaprak Yaylar : Yaprak yaylar bir eğilme yayıdır Çoğu kez çok tabakalı olarak yarı eliptik yay formunda kullanılırlar Yay yaprakları ortadan delinir ve aynı zamanda yaprakların boyuna yönde kaymasına engel olan yay cıvatası (Blok cıvatası) ile blok halinde tutulur Yanal kaymalara karşı yay klemensleri kullanılır Resim : Yarı eliptik çok tabakalı yaprak yay Prof Dr N Sefa KURALAY 0
Yaprak yay yarı yay katsayısı Elastizite modülü Yay gözü Blok cıvatası Yay klemensi Yay tabakası Prof Dr N Sefa KURALAY
Ağır araçların yaylandırılması için uygundur Tahrik, fren ve yan kuvvetler doğrudan yaprak yay üzerinden karosere veya şasiye iletilir Yaprak yay tekerlek aksı üzerine yay kelepçeleri ile bağlanır Karosere veya şasiye asılması sabit ve hareketli yay gözleri üzerinden gerçekleşir Yay klemensi Yay küpesi Yayın sabit bağlantı gözü Resim : Bir otomobil sabit arka aksında yaprak yay uygulaması Üst yön verici kollar diferansiyelin tahrik ve frenlemedeki baş sallama hareketini engellemektedir Arka yay gözü yaylanma sırasındaki yay boyu uzamasını alabilen bir yay küpesine sahiptir Ana yaprağın kırılması durumunda emniyet olarak ikinci bir yay yaprağı ana yaprak yayın gözlerine tam veya kısmen sarılır Prof Dr N Sefa KURALAY
Helisel Yaylar : Özellikle hafif araçlar için kullanılır Burulmaya zorlanırlar, doğrusal karakteristiğe sahiptirler ve nerede ise sönümlemesizdirler arklı sarım adımları, konik form veya farklı kalınlıktaki telin sarılmasıyla progresif karakteristiğe ulaşmak mümkündür Mini blok yayda her üç olanak kullanılmıştır Helisel yayın orta kısmına ek bir yay (başka helisel yay veya lastik yay) veya bir amortisör monte edilebilmektedir ıçı formundaki (çift konik) sarılmış mini blok yay normal helisel yaylara göre avantajlıdır Çünkü yaylanma sırasında yayın sarımları birbirine temas etmeden iç içe geçmektedir Bu yüzden yaylanma mesafesi kısalmadan, çok küçük montaj boşluğuna takılabilirler Prof Dr N Sefa KURALAY 3
Mini Blok Yay Serbest Bloke Serbest Bloke Helisel yay katsayısı Kayma modülü Tel çapı Ortalama sarım çapı Yaylanan sarım sayısı Prof Dr N Sefa KURALAY 4
Helisel yaylar tekerleğe enine yönde etkiyen hiçbir kuvveti taşıyamazlar Bu yüzden bu yaylar, tahrik, fren ve yan kuvvetlerin başka yön verici kollarla iletildiği konstrüksiyonlarda kullanılabilir Enine ve boyuna kuvvet taşıyıcı kollar Boyuna kuvvet taşıyıcı kollar Resim : Bir otomobil sabit arka aksında helisel yay uygulaması Enine ve boyuna kuvvetler taşıyıcı kollar üzerinden karosere iletilir Prof Dr N Sefa KURALAY 5
Burulma (Torsiyon) Yayları : Yay çeliğinden yapılmış burulma yayı tekerleğin yataklandığı bir kol üzerinden burulmaya zorlanır Burulma çubuğu olarak genelde dairesel kesitli dolu, nadiren boru formunda, kare kesitli ve ince plakaların paketi şeklinde kullanılmaktadır Burulma çubukları genelde çok az yer işgal ederler, uygun olan yere monte edilebilirler ve özel bir bakım gerektirmezler Burulma yay katsayısı Kayma modülü Boy Burulma yay çapı Burulma yayı Gövde Destek borusu Yay kurma kolu veya boyuna yön verici kol Prof Dr N Sefa KURALAY 6
Burulma çubukları aracın boyuna ve enine ekseni yönünde düzenlenebilirler; Boyuna montajda büyük uzunluklar ( büyük burulma açısı, daha büyük yaylanma mesafesi) mümkündür Eğilmeye zorlanmamalıdır; Bu yüzden çoğu kez bir boru içine monte edilerek eğilmeye ve çevre şartlarına karşı korumaya alınırlar Bağlantı uçlarına genelde diş açılmıştır Bu dişler yardımıyla yayın ön gerilmesi kolayca ayarlanabilir Bunlar her iki taraftan eşit büyüklükte olmalıdır Burulma yayı Yay ön germe mekanizması Resim : Bir otomobil ön aksında boyuna yönde uygulanmış burulma yayı Prof Dr N Sefa KURALAY 7
Koruyucu boru Torsiyon yayı Panhart çubuğu Resim : Audi 60, 75 ve 90 ait arka aks Torsiyon yaylı manivela kollu aks Torsiyon yaylar araç enine yönde koruyucu boru içine alınmıştır Prof Dr N Sefa KURALAY 8
Çelik Yayların Tasarım ve Hesaplanması Sürüş sistemlerinde aşırı zorlanan tüm yapı elemanları gibi, yayların da ön boyutlandırılarak hesaplanması gerekmektedir Hacim gereksinimini ve ayrıca seçilen yay tipinin ön görülen yay yumuşaklığına izin verip vermediğinin belirlenmesi için bu gerekmektedir Burada verilecek hesaplama şekli; belirli, konstruktif olarak tespit edilmiş boyutları, ön görülen yay katsayılarını ve seçilmiş yay çeliği mukavemet değerlerini dikkate almaktadır Hesaplama için önkabuller Hesaplamaya başlamadan önce hangi değerin verilmesi, hangi değerin kabul edilmesi veya seçilmesi ve hangi değerin hesaplanması gerektiği düşünülmelidir Tekerlek temas noktasına indirgenmiş yay katsayısı c Ö,A değeri verilmelidir Bu değer helisel yaylarda i X ve i Y çevrim oranları ile gerçek yay katsayısı değerine dönüştürülebilir Ayrıca, ön ve arka aks yükleri G Ö,A, bir yaya tek yönlü olarak gelecek ön yükün m hesaplanabileceği yaylandırılmamış kütlelerin ağırlıkları U Ö,A verilmelidir: W G Ö,A U Ö,A (i y ) Prof Dr N Sefa KURALAY 9
Tablo : Stabilizatör ve burulma yayı olarak kullanılan yay çelikleri ( DIN 7 ) Prof Dr N Sefa KURALAY 0
Yaprak yayın aracın enine yönde tıpkı bir aks gibi kullanılması durumunda her bir taraftaki ön yük ve aks yay katsayısı W G Ö,A U Ö,A c ve A c Ö, A U Ö ve U A değerlerinin belirlenmesinde Yaprak ve helisel yayların ağırlığının yarısının yaylandırılmış kütleye diğer yarısının yaylandırılmamış kütleye eklenir Burulma çubuk yayları şaside veya karoserde oldukları için tamamı yaylandırılmış kütleye katılır Konstruktif olarak tam bası ve çeki durumunda belirlenen en büyük yaylanma mesafelerinin tespit edilmesi gerekmektedir: f tekerlek yayının yukarıya doğru yaylanma mesafesi, f tekerlek yayının aşağıya doğru uzama mesafesi Hesaplamaya tesir eden her iki değer max = W + ve durumundan bağımsız olarak aynı oranı muhafaza eder (f + f ), yükleme Prof Dr N Sefa KURALAY
Hareket yönü TABAKALI YAPRAK YAYLAR Rijit bağlama Resim: arklı l ve l kol uzunluğundaki çok tabakalı yaprak yayın hesabı için akış şeması Prof Dr N Sefa KURALAY
PAKETLENMİŞ BURULMA YAY ÇUBUKLARI Verilenler : c, f, f, W, r, l fed, t em Ü, t em A (Tüm değerler dan ve cm ) = seçilen Arananlar : s, n, 0 = hesaplanan n 0 tam sayıya yuvarlatılır ve n olarak yukarıdaki eşitliğe konur c t a c 3l r 4 fed sn v Gn (n 0,63) s Kontrol hesabı Gs t max 4 n fed 3l max l (n fed fed r Gs n 0 0,63) as0,9 l t em A 0,35 t em Ü 3c y s, r s t em Ü ve y ile yayın tasarımında t max ta 3 0 t em Ü y lfedy, max G G 80 5 dan / cm t max temü 0,9 Toleransları dikkate alınır Hesaplama başlangıcı t em A ve y ile yayın tasarımında Prof Dr N Sefa KURALAY 3 y s s t em A max max 0 a a t a t max t em A Yay katsayısı c yalnızca çok az değişmesi şart koşulmaktadır max a 0, 9 V f sin r f sin r W v c r t a s s max 0 max 0,9 Resim : Karesel kesitli ve en az üç yapraklı demet şeklindeki burulma çubuk yayın hesaplanması için şema a
SİLİNDİRİK BURULMA YAYI ÇUBUKLARI Verilenler : c, f, f, r, W, t em Ü, t em Ü ( tüm değerler dan ve cm) Arananlar : l fed, d Diş açılmış veya köşeli kafa kısmı Hesaplama başlangıcı Diş açılmış Diş dibi çapı d 4 =,4d veya,5d Kafa uzunluğu e 0,5d 4 R = kafadan gövdeye geçiş yarı çapı 90 mm Dört köşe kafa v v v = (,5,4) d e v v l fed 4 d 7,850 c r 4 d min 3 y, r5, 6 5, sin f r sin f r G 3 80 5 dan/cm Yay imalatçıları tarafından tespit edilen toleranslar d (mm) müsedilen sapma d 0 0,05 0 < d 0 0,08 0 < d 8 0,0 8 < d 0,5 y y ' a t em A max t em Ü ' a max ' ' 0,9 W ' ' c r ' c r Hesabın devamında her iki y değerinin büyük olanı alınır Resim : Silindirik burulma çubuk yayların ve müsaade edilen çap sapmalarının hesabının şematik olarak gösterilmesi Toleransların dikkate alınması ile d belirlenir ve bununla hesaplamaya devam edilir Kontrol Hesabı : t a ( )0 5 d l fed ' max 0,9 Prof Dr N Sefa KURALAY 4 0,9 G 4 t max t a a
Sarım oranı w = Dm/ d HELİSEL YAYLAR Silindirik helisel yay, pratik olarak D i iç çapı ile sarılmış silindirik burulma yay çubuğudur Tel çapı olarak bilinen en küçük çubuk çapı d min, önce mukavemet değerinin bir fonksiyonu olarak; daha sonra l fed yerine yaylanan sarımların sayısı i hesaplanır i, ve D m = D i + d ortalama sarım çapı ile çarpılarak yaylanmaya katılan tel uzunluğu l, yani l = i Dm elde edilir 0 k yardımıyla müsaade edilen üst gerilmenin fonksiyonu olarak i hesaplanır: d Yükselmiş gerilmeler 8 6 4 i t em Ü k D m Resim a) Sarım esnasında helisel yaylarda iç (sıkışan) kısımda yüksek gerilmeler ortaya çıkar b) Sarım oranı w = D m /d, k katsayısının değerini belirler,0,,,3,4,5,6 k katsayısı Prof Dr N Sefa KURALAY 5 0 8 6 4 0
Verilenler : c, f,f, D m, i X, i Y, t em Ü, t em A, G Ö,A, U Ö,A ( Tüm değerler dan ve cm ) Arananlar : d, i, i g, L W, L BL, L n, L 0, i i a a G 8 5 0 d D c 3 m 4 d yuvarlatılarak d min d i g min i i toleranslar dahil edilerek ortalama bir d değeri ile devam edilir max = W + 3 D m,5,55y eld edilir, k i y k max i t em Ü Resimden Hesaplama başlangıcı UÖ,A W iy(gö,a ) f c f f c x f i i x f i i y x c xd max i S x Resimden a L BL d max (i,) L y BL a t em A a (f f )0,9 c y, y değerlerinin büyük olanı ile hesaplamaya devam edilir S a L BL L n f L BL L L W W c W L 0 L D L m 0 a L L 0 BL Resimden Resim: Helisel yay hesabının şematik gösterilimi Prof Dr N Sefa KURALAY 6
e e D i d D a, D m, D i [mm] Büyük Kadar Çubuk yüzeyinde müsaade edilen sapmalar [mm] Yüzey valslenmiş Yüzey taşlanmış Sarım oranı w Sarım oranı w 8 8 < 8 8 < D m D a Resim : Yay montajı için önemli ölçüler Resim : Dış sarım D a, ortalama sarım D m ve iç sarım D i çapı için müsaade edilen sapma değerleri [mm] çubuk üst yüzey işlemesi ve sarım oranının fonksiyonu olarak DIN 096 dan alınmıştır Prof Dr N Sefa KURALAY 7
Teşekkür ederim Prof Dr N Sefa KURALAY Prof Dr N Sefa KURALAY 8