T.C.

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

AĞIR TİCARİ TAŞIT ÖN AKSINDA KULLANILAN

AKSONUN BİLGİSAYAR DESTEKLİ PARAMETRİK

OPTİMİZASYONU

BİTİRME PROJESİ

Hüseyin Caner GÖÇMÜŞ

Projeyi Yöneten

Yrd. Doç. Mehmet Murat TOPAÇ

HAZİRAN, 2014

İZMİR

II

T.C. Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi

Makina Mühendisliği Bölümü

Form BP-F1: Bitirme Projesi Teklif ve

Eğitim Planına Uygunluk Bildirimi Formu

Proje Teklifini Veren Öğretim Üyesi : Yrd. Doç. Mehmet Murat TOPAÇ

Proje Adı :

Proje Öğrencisinin, Adı, Soyadı, Numarası : Hüseyin Caner GÖÇMÜŞ, 2009508040

B1. Projenin kategorisi:

Bu Proje,

□ Mekanik Tasarım Projesidir. □ Isıl Tasarım Projesidir.

B2. Projenin özelliği:

□ Proje disiplin-içi bir proje olacaktır.

○ Proje bir disiplinde, tek bir alt dalı kapsayan bir proje olacaktır.

○ Proje aynı disiplinde, fakat birden fazla alt dalları kapsayan bir proje olacaktır.

□ Proje disiplinler-arası bir proje olacaktır.

Katkıda bulunacak olan disiplinler:

B3. Projenin MÜDEK Ölçüt 5.5 ile uyumluluğu (Bu bölümden toplan en az 5 puan

bildirilmelidir.):

Proje aşağıda verilen konu başlıklarının hangilerini, ne ölçüde içerecektir* (0: Hiç, 3: Tam

anlamıyla).

1.) Ekonomi □ 0 □ 1 □ 2 □ 3

2.) Çevre sorunları □ 0 □ 1 □ 2 □ 3

3.) Sürdürülebilirlik □ 0 □ 1 □ 2 □ 3

4.) Üretilebilirlik □ 0 □ 1 □ 2 □ 3

5.) Mesleki ve Etik Sorumluluk Bilinci □ 0 □ 1 □ 2 □ 3

6.) Sağlık □ 0 □ 1 □ 2 □ 3

7.) Güvenlik □ 0 □ 1 □ 2 □ 3

8.) Sosyal ve Politik Sorunlar □ 0 □ 1 □ 2 □ 3

9.) Gerçek Yaşam Kısıtlarını Dikkate Alma □ 0 □ 1 □ 2 □ 3

10.) Diğer (Belirtiniz)………………………………………

□ 0 □ 1 □ 2 □ 3

* Belirtilen konu ve kısıtların içeriği için MÜDEK Ölçüt 5.5.’i inceleyiniz. Belirtilen

kriterlerin proje çalışmasında kapalı olarak sağlanması yeterli değildir. Konuların Bitirme

Projesi Tezi içerisinde açık bir şekilde yer almasını sağlayınız.

III

T.C. Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi,

Makina Mühendisliği Bölümü

Form BP-F2: Bitirme Projesi Bilgi Formu

Bitirme Projesi Numarası :

Proje Adı :AĞIR TİCARİ TAŞIT ÖN AKSINDA

KULLANILAN AKSONUN BİLGİSAYAR DESTEKLİ PARAMETRİK

OPTİMİZASYONU

Proje Danışmanı, Ünvanı, Adı, Soyadı :Yrd. Doç. Mehmet Murat TOPAÇ

Proje Öğrencisinin Adı, Soyadı, Numarası :Hüseyin Caner GÖÇMÜŞ

Proje Özeti (Türkçe) (Ençok 300 kelime) : Ağır bir ticari taşıtın sabit ön aksının farklı

yol koşulları ve hareket şartları altında zorlanmasını minimize etmek amacıyla sonlu

elemanlar metdounu kullanarak optimize edilmesi.

Anahtar Kelimeler (Ençok 5 adet) : Tahriksiz ön aks, dingil, gerilme

Project Summary (English) (Max 300 words): Minimizing strain of a Non-driven front

axle of a heavy commercial vehicle performing in different moving and road condititions

by using finite elementh methodes.

Keywords (Max 5 items) : Non-driven front axle beam strain

IV

TEZ SINAV SONUÇ FORMU

Bu çalışma ... / ... / .... günü toplanan jürimiz tarafından BİTİRME PROJESİ olarak kabul

edilmiştir.

Yarıyıl içi başarı notu 100 (yüz) tam not üzerinden .......... (..................) dir.

Başkan Üye Üye

Makine Mühendisliği Bölüm Başkanlığına,

2008485109 numaralı Necati UZUN jürimiz tarafından ... / ... / .... günü saat ...........

da yapılan sınavda 100 (yüz) tam not üzerinden ......... almıştır.

Başkan Üye Üye

ONAY

V

TEŞEKKÜR

Bitirme projesinin hazırlanmasında desteğiyle her zaman yanımda olan hocam Sayın Yrd.

Doç. Mehmet Murat TOPAÇ’a yardımlarından dolayı teşekkürlerimi sunarım.

VI

ÖZET

Taşıt askı sistemlerinin farklı yol koşulları ve hareket şartları altında çeşitli darbe yükleri

almaktadır. Bu durum, yük taşıma kapasiteleri nedeniyle genelde ağır taşıt uygulamalarında

tercih edilen sabit aks konstrüksiyonları açısından büyük önem taşımaktadır. Bu amaçla 22,55

ton kapasiteli 4 akslı bir kamyonda kullanılan 7 ton ağırlığındaki ön aks elemanı olan akson

özerinde çeşitli konstrüksiyon değişimleri yapılarak darbe dayanımı arttırılma yoluna

gidilmiştir.

Çalışmada; yorulma ve kırılma sınır şartlarına uygun statik yüklemeler yapılmıştır. Taşıt

ön aks gövdesinin taşıdığı gerilmeyi minimize etmeye çalışılmıştır.

Sunulan çalışmada, uygulanan statik yüklemeler altında hasara uğrayan bölgenin formunu

oluşturan geometrik parametreler belirlenmiştir. SolidWorks 2013® üç boyutlu modelleme

programında modellenip, ANSYS Workbench 14.5® paket programıyla sonlu elemanlar

yardımıyla optimize edilmiştir. Gerilme yığılmasının düşürülmesi için söz konusu

parametreler, yay taşıyıcı aks gövdesi bağlantı konstrüksiyonunun izin verdiği oranda

değiştirilmiştir.

Bu değişimlerin gerilme yığılmasına etkisi, sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmiş,

minimum gerilme değerini veren geçiş formu tasarım sınırları şartları altında belirlenmiştir.

Son bölümde elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir.

VII

İÇİNDEKİLER

Sayfa

İçindekiler.........................................................................................................................VII

Şekil Listesi........................................................................................................................IX

Tablo Listesi.......................................................................................................................IX

BÖLÜM I ASKI SİSTEMLERİ……………….…………………………………………1

1.1 Giriş................................................................................................................................1

1.2 Sabit Aks…….................................................................................................................1

1.2.1 Sabit Aks Sistemlerinin Avantajları Dezavantajları……….................................2

1.2.2 Yaprak Yaylı Sabit Akslar….................................................................................3

1.2.3 Yön Verilen Sabit Akslar………………..............................................................4

BÖLÜM II ASKI SİSTEMİ ELEMANLARININ MODELLENMESİ………………..5

2.1 Aksonun Modellenmesi………...................................................................................6

2.2 Diğer Elemanlar……....................................................................................................6

BÖLÜM III KUVVET ANALİZİ VE YATAK KUVVETLERİ………………….…..…7

3.1 Uygulanacak Yükleme Koşulları...................................................................................7

3.2 Sağa Dönüş Durumu İçin Dış yükler…….....................................................................8

3.3 Yatakalrdan Aksona Uygulanan Dış Yükler..................................................................8

VIII

BÖLÜM IV SONLU ELEMANLAR ANALİZİ……………………………………….10

4.1 Yükleme Şekli ve Sınır Koşulları.................................................................................10

4.2 Mesh Modelin Oluşturulması……..…….....................................................................11

4.3 Farklı Yükleme Koşullarına Göre Analizin Değerlendirilmesi….................................12

4.4 Analiz sonuçları……………………………………………...….................................13

BÖLÜM V OPTİMİZASYON…………………………………………………………..14

BÖLÜM VI SONUÇ………….…………………………………………………………17

TABLO LİSTESİ

Tablo 1.1: AISI 4140 çeliğin mukavemet özellikleri…………….....................................6

Tablo 3.1: Standart yüklemeler……………………………...............................................7

Tablo 4.1: Standart yüklemeler sonucunda elde edilen gerilim değerleri………..............12

IX

ŞEKİL LİSTESİ

Şekil 1.1: Düz Alın Dişli, Helisel Dişli ve Çavuş Dişli.......................................................2

Şekil 1.2: Kremayer Dişli Ve İç Alın Dişli..........................................................................3

Şekil 1.3: Konik Dişli Ve Sonsuz Dişli................................................................................3

Şekil 1.4: İçi Boş Ve İçi Dolu Silinir Çark..........................................................................4

Şekil 1.6: Genel Dişli Kanunu.............................................................................................4

Şekil 1.7: Çevre Hızları........................................................................................................6

Şekil 1.8: Yanak Profili........................................................................................................7

Şekil 1.9: Ortosikloid Eğrisi.................................................................................................8

Şekil 1.10: Episikloid Ve Hiposikloid Eğrileri....................................................................8

Şekil 1.11: Ortosikloid.........................................................................................................9

Şekil 1.12: Episikloid.........................................................................................................10

Şekil 1.13: Hiposikloid.......................................................................................................11

Şekil 1.14: Daire Evolventinin Oluşumu...........................................................................12

Şekil 2.1: Sonsuz Dişli.......................................................................................................13

Şekil 2.2: Silindirik Ve Globoid Salyangoz (Sonsuz Vida) Redüktör...............................14

Şekil 2.3: ZA Sonsuz Vida.................................................................................................14

Şekil 2.4: ZN Sonsuz Vida.................................................................................................15

Şekil 2.5: ZK Ve ZE Sonsuz Vida.....................................................................................15

Şekil 2.6: Salyangoz Dişlide Tanımlamalar.......................................................................16

Şekil 2.7: Sonsuz Vida Redüktör.......................................................................................17

1

BÖLÜM I

ASKI SİSTEMLERİ

1.1 Giriş

Ön ve arka tekerlek askı sistemleri esas itibariyle tekerlek göbeği ve karoseri (şasi)

arasındaki hareketli bağlantı elemanlarıdır. Görevleri bir taraftan fren, tahrik ve yan kuvvetle

bağlantılı olarak tekerleği boyuna, enine yönde şasiye göre kılavuzlamak, diğer taraftan

yoldan gelen tekerlekler üzerinden araç gövdesine iletilen düşey kuvvetleri almak için

kullanılan yay ve stabilizatörlerin desteklenmesi sağlamaktır. Yaylanma ve tekerlek tahrikinin

tipine bağlı olarak farklı şekillerdeki aks konstrüksiyonları, yani askı sistemleri kullanılabilir.

Örneğin sabit akslar otomobillerde arka aks olarak uygulanırken, ön aksta motor altında fazla

yer talep etmesi nedeniyle kullanılmamaktadır. Kamyonlarda sabit akslar büyük yük taşıma

kapasiteleri nedeniyle kullanılmaktadırlar. Bağımsız askı sistemleri özellikle ön tekerlekler

için uygundur. Düşük hacim talebi, düşük ağırlık ve her iki tekerleğin birbirinden bağımsız

olması nedeniyle arka akslarda gittikçe artan oranda kullanılmaktadır. [1]

1.2 Sabit Aks

Bilinen en eski askı sistemidir. Aşağıda sıralanan dezavantajlarına rağmen çok defa

kullanılmaktadır:

Şekil 1.Error! No text of specified style in document.-1 Sabit Aks

2

Genelde otomobillerde arka aks olarak kullanılır. Sabit aksa getirilen yenilik ve ilavelerle

olumsuz özellikleri düzeltilmeye çalışılmaktadır. Modası geçmiş olarak görülmemesi gerekir.

Sabit ve bağımsız askı sistemlerinin teknik olarak üstün ve dezavantajlı olduğu tarafları ve

farklı özellikleri vardır. Aracın virajdaki davranışına etkileri büyüktür. Bununla bağlantılı

olarak yalpa hareketi esnasında sabit aksın özgül yönlenme davranışının taşıyıcı yayların ve

stabilizatörlerin düzenlenmesiyle, bağımsız askı sistemlerine ait ani dönme merkezinin

konumunun (yalpa hareketi için), tekerleklerin kamber ve ön iz açılarının değişimlerinden söz

edilebilir.[2]

Şekil 1-2

1.2.1 Sabit Askı Sistemlerinin Avantajları Dezavantajları

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 tekerleklerin birbirini etkilemesi

Aks üzerinde kalan yer ihtiyacının diferansiyelin diferansiyelin yaylanma yoluna uygun

olmaması, yani bagaj hacminin küçülmesi

3

Sabit aksların sahip oldukları avantajları ise;

Basit olmaları ve ekonomik olarak imal edilebilmeleri,

Tam yaylanmada hemen hemen hiç denecek kadar, iz genişliği ve kamber açısı

değişimine sebep olmamaları, yani düşük lastik aşıntısı,

Buzlu ve kirli yollarda iyi bir sürme emniyetine sahip olmaları,

Bağımsız askı askı sistemlerinin aksine, sabit akslar virajda kütlesi nedeniyle aksa

etkiyen merkez kaç kuvvetinin oluşturduğu momenti (Mu = S.h) karosere iletmez,

kendisi karşılar. Bu nedenle bağlantı noktaları ek olarak zorlanmaması

Virajda karoserinin yana yatması sonucu tekerleklerde kamber açısı değişmemesi,

Sabit aks boyuna yöne vericilerin veya yaprak yayların, belirli bir eğimle

bağlanmasıyla, virajda aracın çok döner özelliği azaltılabilir. Yani virajda dışındaki

tekerlek çok az da olsa aks aralığı büyümesine uğrar. Bu sayede aksın kendisi hafifçe

viraj için doğru yönelmiş olur. Bu sayede aracın viraj dışıına doğru yönelmemesidir. [1]

Fakat virajda olumlu olarak görünen bu özellik kötü yol koşullarında oldukça büyük bir

dezavantaj dönüşür.

Sabit aksı şasiye veya karoseriye bağlamanın bağlamak için pek çok olanak vardır.

Boyuna taşıyıcı aynı zamanda yay elemanı olarak yaprak yayların avantajı küçük araçlarda

yan kuvveti de alabilmesi ve aksın iki noktadan şasiye bağlanması ile karoser veya şasinin

bağlantı yerlerinden daha az zorlanmalarıdır. Bagaj hacmi azalmasına sebep olur.

1.2.2 Yaprak Yaylı Sabit Akslar

Arzulanan seyahat konforu nedeniyle yaprak yaylar uzun olarak kullanılırsa, ve de

parabolik ise aracın virajdaki davranışını kötüleştirir. Ayrıca bu yaylar frenleme e tahrik

esnasında S formunu aldıklarından aksın hafifçe dönmesine ce yay ortasında yayın fazlaca

zorlanmasına neden olur. [1]

Tahrik edilen arka akslarda diğer bir olumsuz tarafı ise, araç boyuna ekseni etrafında kötü

yolda sıçraması sonucu değerini değiştiren tahrik kuvvetleri nedeniyle aks ekseni etrafında

dairesel titreşimler oluşturur. Bu bilinen ismiyle tepinme titreşimleri (Tramplen) aksın ortasına

Şekil 1-Error! No text of specified style in document.-2 Yaprak Yay

4

yerleştirilmiş amortisörlerle sönümlenemez. Bu nedenle amortisör genelde aks ekseninden

sapmış olarak takılır.

Sabit aksta her iki tekerlekte rijit bir aks ile birbirine bağlantılıdır ve araç karoserisine

karşın yaylanır. Sabit akslar genellikle yaprak yaylar ve yöne verici kollar ile karoseriye

bağlanır. [3]

Kamyon, otobüs ve römork askı sistemlerinde ağırlıklı olarak kullanılan sabit akslar,

otomobil arka akslarında da kullanılır. Ayrıca sabit aksın viraj hareketinde özgül yönlenme

davranışı, aksi bağlayan kolların uygun şekilde düzenlenmesiyle değiştirilebilir. Bağımsız askı

sistemlerinin aksine yalpa yaylanmasında sabit akslar tek taraflı yaylanmaya göre farklı bir

yay çevirme oranı ile değerlendirmeye alınır. Araç şasisinin düşey yaylanma ve baş sallaması

için if kullanılırken aracın botuna ekseni etrafındaki yalpa hareketi içim iwf çevrim oranı

kullanılır.

1.2.3 Yön Verilen Sabit Akslar

Yalnızca kamyonlarda kullanılır. Genelde I formlu kesite sahip ıslah edilmiş dövme

parçalardır. Uçları dingil piminin asılması için bir yumruk veya çatal şeklinde dövülür. Aks

tarafından yürütülen tekerlekler hiçbir şekilde birbirinden bağımsız hareket edemedikleri için,

tek bir trapez yön verme sistemi ve tek parçalı bir rot çubuğu yereli olmaktadır. Arazi

araçlarında ön tekerleklerin tahrik edilmesi durumunda aksın ortasına bir diferansiyelli aks

tahrik sistemi ilave edilir.

Şekil 1-Error! No text of specified style in document.-3 Dingil uçları

5

Şekil1-Error! No text of specified style in document.-4 Aksonun yönlendirme sistemine monte edilmesi

6

BÖLÜM II

ASKI SİSTEMİ ELEMANLARININ MODELLENMESİ

Analizlerde kullanılmak üzere Solidworks 2013 paket programıyla hazırlanmış

olan modeller aşağıdaki şekillerde görülmektedir. Katı model oluşturulurken

parçaların parametrik olarak tasarlanmasına dikkat edilmiştir. Analizi yapılacak olan

parçanın parametrik olarak modellenmesindeki asıl amaç; analiz sonucunda çıkan

değerlere göre parça üzerindeki gerekli ölçüleri değiştirerek istenen yüklemeler

sonucu oluşacak yüksek gerilmelerin giderilmesidir. Parçalar parametrik tasarlanırken

oluşacak boyut değişimlerinin konstrüksiyonu bozmamasına dikkat edilmiştir.

Ön aks montajında kullanılan belli başlı parçalar aşağıda şekiller ve açıklamaları

verilmiştir.

2.1 Aksonun Modellenmesi

Gerilme analizi yapılacak olan askı sistemi elemanı aksonun, büyük çaplı rulmanı

ve bu rulman ile parça gövdesi arasındaki geçiş eğrisi parametrik olarak tasarlanmıştır.

Şekil 2-Error! No text of specified style in document.-5 Akson

7

Modellemesi yapılan parçaların malzemesi temperlenmiş AISI 4140 (42CrMo4) dövme

çeliği seçilmiştir. (Tablo X,[4])

Parametre Sembol

AISI 4140 (1.7225)

Durum Değer

Elastisite modulü E 540˚C yağda soğutularak sıcak şekillendirme 200[GPa]

Poisson oranı υ 540˚C yağda soğutularak sıcak şekillendirme 0,3

Çekme dayanımı Sut 540˚C yağda soğutularak sıcak şekillendirme 945 [MPa]

Akma sınırı Sy 540˚C yağda soğutularak sıcak şekillendirme 814 [MPa]

Tablo 2-1 AISI 4140

2.2 Diğer Aks Elemanları

Şekil 2-2 Jant

8

Şekil 2-4 Fren Tamburu

Şekil 2-3 Poyra

9

BÖLÜM III

KUVVET ANALİZİ VE YATAK KUVVETLERİ

3.1 Uygulanacak Yükleme Koşulları

Taşıtın farklı yol koşulları ve farklı hareket şartları için darbeli veya tekrarlı yüklemeye

maruz kaldığı 6 ayrı durum belirlenmiştir (Tablo 1).[5]

Bu 6 ayrı durum için yoldan tekerlek yataklarına iletilen kuvvet akışları çizilmiş ve statik

hesaplamalar ile yatak yükleri hesaplanıştır. Yatakların dış yükleri yük alma noktalarına ve iz

genişliğindeki tekerlek temas noktasına uygulanan kuvvetler ile oluşturulan serbest cisim

Standart yüklemeler İvme

x y z

2 Düşey darbe 0.00 3.00 0.00

5 Sağa dönüş 0.00 1.00 -1.25

6 Frenleme & Dönüş 0.75 1.00 -0.75

11 Düşey Darbe 0.00 2.25 -0.75

13 Sağa Dönüş 0.00 1.00 0.75

15 Frenleme 0.75 1.00 0.00

Şekil 3-1 Dış yüklerin serbest

cisim diyagramı

10

diyagramından elde edilen sonuçlara göre rulmanlara uygulanan dış yükler belirlenmiştir.

(g=9,81 [m/s2], rdyn=500 [mm]; maksyükü=7000 [kg])

3.2 5-Sağa dönüş durumu için dış yükler;

ΣΜ𝐵 = 0

F𝐴𝑦＊122,45 + 42918 ∗ 500 − 34335 ∗ 6,25 = 0

F𝐴𝑦= 173,5 [kN]

Σ𝐹𝑦 = 0

𝐹𝐵𝑦+ 173,5 + 34,3 = 0

𝐹𝐵𝑦= 42,9 [𝑘𝑁]

Σ𝐹𝑧 = 0

𝐹𝐵𝑧− 42,9 = 0

𝐹𝐵𝑧= 42,9

olarak bulunmuştur.

3.3 Yataklardan Aksona Uygulanan İç Yükler;

Bu dış yükler seçilmiş rulmanalara (Şekil 1, 2 [6],[7]) uygulanarak eksenel yatak

kuvvetleri de aynı yük durumu için hesaplanmıştır.

Şekil 3-3 SKF HM/90324/W/210/QCC7C

11

Şekil 3-4 33213 TN9/Q

𝐹𝑟𝐴

𝑌𝐴=

173,5

0,8= 216,8＞

𝐹𝑟𝐵

𝑌𝐵=

207,9

1,5= 138

2a durumu;

𝐹𝑎𝐵=

0,5 ∗ 137,7

1,5= 69 [𝑘𝑁]

𝐹𝑎𝐴= 𝐹𝑎𝐵

+ 𝐾𝐴 = 69 + 42,5 = 111,5

Diğer yükleme durumları için de aksona uygulanan yatak yükleri bulunmuş ve Tablo. 4-

1’de verilmiştir

FaA FaB FrB

FrA

A B

Şekil 3-5 Aksona uygulanan yatak kuvvetleri

12

BÖLÜM IV

SONLU ELEMANLAR ANALİZİ

4.1 Yükleme şekli ve sınır koşulları

Rulmanlı yataklardan elde edilen kuvvet değerleri yatak temas noktalarından, radyal

olanları rulman yükü, eksenel olanları eksenel yönde kuvvet şeklinde aksona uygulanmıştır.

Rulman temas noktaları, şekilX’de verilen rulman genişliği T değerleri göz önüne alınarak

modelleme kısmında yüzeylere bölmek suretiyle belirleniştir.

Şekil 4-1 Yükleme Şekli

Dingil piminin temas ettiği yüzeyler silindirik destekle dönme hareketi yapacak şekilde

serbest bırakılmış diğer yönlerdeyse hareketine müsade edilmemiştir. Alt ve üst deve

boynunun bağlı olduğu civata delikleri sabit destek tutturlmuş, ve her hangi bir dönme ve

öteleme hareketine müsade edilmeyecek şekilde gerçekçi bir sınır şartı oluşturulmuştur.

13

4.2 Mesh Modelin Oluşturulması

Sonlu elemanlar modelinin oluşturulması sırasında analizin optimum sonucu vermesi

açısından seçilen eleman boyutu 4mm olarak belirlenmiştir. Yapılan ön analiz sonucunda

gerilme yığılmasının yoğun olduğu, kritik bölge olarak adlandırılan silindirik kesitten geniş

yüzeye geçiş eğrisi üzerinde daha doğru sonuç elde etmek amacıyla bu bölgeye maksimum

1mm boyutlarında elemanlar ve bu bölgeye komşu bölgelerde geçişi yumuşatmak için

2,5mm boyutunda elemanlar atanmıştır.

Hasar analizi için oluşturulan modelde 281519 eleman ve 415720 düğüm noktası

oluşturulmuştur.

Şekil 4-2 Mesh Modeli

14

4.3 Farklı yükleme koşullarına göre analizin değerlendirilmesi

Farklı yükleme koşulları altında tekrar rulman analizi yaparak yataklarda aksona etkiyen

eksen kuvetleri modele aynı şekilde yüklenerek analiz tekrar edilmiştir. Bu tekrar analizleri

sonucunda elde edilen maksimum gerilme değerleri Tablo 4-1’de görülmektedir.

Farklı yükleme koşulları için de aynı analiz işlemleri takip edilerek maksimum gerilme

değerleri alınmıştır. Alınan bu maksimum gerilme değerleri arasıdna en büyük zorlanma 6-

sağa dönüş yüklemesinde ortaya çıktığı görlmüştür. Bu değer optimize edilmek amacıyla

parametrik olarak şekil X’de görüldüğü gibi parametrik olarak tasarlanmıştır.

Şekil 4-2

Standart Yüklemeler FA [KN] FAA [KN] FRB [KN] FAB [KN] ΣMAKS

[MPA] 2 Düşey darbe 5,2 0 87,7 27,4 342,85

5 Sağa viraj 173,5 111,5 207,9 69 1135

6 Frenleme ve Viraj 103,35 67,9 134,8 42,2 625,66

11 Düşey darbe 3,9 0 73,3 22,9 257,1

13 Sağa viraj 61,3 95,6 45,3 29,9 598,4

15 Frenleme 1,3 0 24,4 7,6 242,3

Tablo 4-1 Standart yüklemeler sonucunda elde edilen gerilim değerleri

15

4.4 Analiz Sonuçları

Uygulanan yükler sonucunda akson yatakları ve dingil pimi bağlantısı arasındaki geçiş

eğrisinin üzerinde maksimum gerilmenin olduğu ve analizler sonucunda en büyük yükleme

gerilmesinin elde edildiği sağa dönüş şartları için optimizasyon çalışması yapılmıştır.

Şekil 4-3

16

BÖLÜM V

OPTİMİZASYON

Gerilim değerlerinin düşürülmesi için optimum bir tasarım noktasının oluşturulması belirli

değer aralıklarında oluşturulan yanıt yüzeyiyle elde edildi. Bu yanıt yüzeyi tasarım koşulları

da göz önüne alınarak B kademesi yatağı ve geçiş eğrisi yarıçapı sınırları çerçevesinde

parametrik olarak verildi.

Şekil 5-1

17

Radius ve B kademesi yarı çapına parametre sınırları verilirken tasarım sınır şartları dikkate

alınmıştır. Bukonstrüksiyon sınırı şartlarında belirlenen radius ölçü sınır 8mm ile 15mm

arasındadır.

Şekil 5-2

B yatağının yarıçap ölçüsünün çalışma şartları da 33mm ve 36,3 mm arasında alındı.

Bu sınır şartları arasında oluşturulacak dokuz nokta için dizayn tasarım yöntemi içerisinde

analizler yapılmıştır. Bu analizler onucunda oluşturulan yanıt yüzeyi şekildeki gibidir.

Şekil 5-3

18

Şekil 5-4 Yanıt Yüzeyi

Optimum tasarım için parametrelerimizin konstrüksiyon sınırları çerçevesinde hangi değer

aralıklarına kadar çıkılmasını istediğimizi belirlemeliyiz. Bu sınır değerleri göz önüne alınarak

B kademesi yarıçapının 13,5mm ve geçiş eğrisi yarı çapının 35mm değerlerine yakınsamasını

öngördük. Bu nedenle şekil xx’de gösterildiği gibi tasarım noktamızı bu sınırlar civarında

tutulmasını istedik. Parametrik optimizasyon sonucunda ise program bize istediğimiz duruma

uygun olan üç farklı aday vermektedir. Bu üç aday arasından bir üst kademe rulman çapı

standardı olan 71mm çapa uygun 35,5 mm çapında ve 12,8 mm geçiş eğrisi yarıçapı olan

noktayı seçeriz. Elde ettiğimiz gerilim değeri 724 Mpa civarı olacaktır. Bizim imalatta

kullanacağımız temperlenmiş AISI4340 dövme çelik malzememizin akma sınırının

maksimum darbe koşulunun altındadır.

Şekil 5-5 Optimizasyon Sonuçları

19

BÖLÜM VI

SONUÇ

Bu çalışma kapsamında çeki gerilmesine zorlanan aksonun kritik kesitinde çap

artırımlarıyla kuvvetlendirme yapılmıştır. Bu aksonun kritik bölgelerde gerilme yığılmasına

etkisinin değerlendirilebilmesi amacıyla bir parametrik katı model oluşturulmuştur. Bu model

kullanılarak ANSYS Workbench program paketi yardımı ile parametrik gerilme

optimizasyonu gerçekleştirilmiştir.

Parametrik model üzerinde yapılan analizler, çap artırımlarının gerilme yığılmalarını

azaltıcı bir yönde etki yarattığını göstermektedir. Seçilen parametrelerde yapılan değişiklikler

sonucu gerilme yığılması yaklaşık %37 oranında azalttığı görülmüştür. Bunun yanında çap

ilavesinin yaylandırılmamış kütlesini arttırdığı ancak ihmal edilebilir seviyede olduğu

görülmüştür.

Yapılan bu inceleme bir ön çalışma niteliğindedir. Katı model üzerinde belirlenecek farklı

parametreler kullanılarak daha farklı tasarım değişikliklerinin yapılması mümkündür.

20

KAYNAKÇA

[1] KURALAY, N.S. (2003); Motorlu Taşıtların Yapı Elemanları Mühendislik Fakültesi

Basım Ünitesi, İzmir

[2] KURALAY, N.S. (2008); Motorlu Taşıtlar: Temel ve Tasarım Esasları, Yapı Elemanları

TMMOB Makina Mühendisleri Odası İzmir Şubesi, Yayın No: MMO/2008/484

[3] REIMPELL J. (2001) The Automotive Chassis: Engineering Principles Second Edition

[4] PAXTON W. Harold | REDMOND James D. () Metarials of Engineering

[5] HEIßING Bernd | ERSOY Metin (2011) (Eds.) Chassis Handbook 1st Edition

[6] RENDE Hikmet; (2001) Makine Elemanları

[7] SKF Product Tables; www.skf.com

[8] TOPAÇ M. M. (2008) “Kamyonun Arka Aks Gövdesinde Oluşan Yorulma Hasrının

Sonlu Elemanlar Yöntemiyle İncelenmesi”

[9]TOPAÇ M. M. (2011) “ Reduction of stress concentration at the corner bends of the anti roll bar by using parametric optimization”