Genelbilge.com | nedir, tanımı, anlamı,nasıl yapılır

Döner haldeki bir parçanın hareketini aynı eksen üzerinde bulunan diğer bir parçaya iletmek veya iletilmekte olan bu hareketi istenildiği zaman durdurmak amacıyla kullanılan tertibata kavrama adı verilir. Motorlu taşıtlarda kullanılan mekanik taşıt kavramaları krank mili ekseninde olmak üzere motorla vites kutusu arasına bağlanmış olup, motordan vites kutusuna hareket iletimini sağlar ve istenildiği zaman, motor çalışmasına devam ettiği halde, bu hareket iletimini durdurur.
Şekil 1.1 Kavramanın Şematik Gösterilişi
1.1 KAVRAMANIN GÖREVLERİ
Motor çalışır durumda iken kavrama bağlanmış halde olursa (Şekil 1.2) hareket motordan vites kutusuna iletilir. Aynı anda vites kutusu vites durumunda ise motorun hareketi tekerleklere kadar iletilir ve taşıt harekete geçer. Kavrama ayrılmış durumda olduğu zaman motorun hareketi vites kutusuna geçemez ve vites kutusu boş durumda olmasa bile motorun hareketi vites kutusuna iletilmediğinden taşıtın hareketi mümkün olmaz. O halde, vites kutusu vites durumunda olmasına rağmen, taşıt durur halde iken kavrama motorun çalışmasına imkan verir.

Şekil 1.2 Kavrama Bağlanmış Durumda
Kavramanın geçici olarak motorla vites kutusu arasındaki bağlantıyı kesmesinin, vites kutusunda hız durumlarının değiştirilmesindeki önemi büyüktür. Güç iletimi durdurulmadan vites kutusu bir hız durumundan diğer bir hız durumuna geçirilmek istenilseydi, güç iletmekte olan iki dişli basınç altında olacağından bunların ayrılması oldukça güç olurdu. Vites kutusu boş duruma geldikten sonra, güç iletimi devam ederken istenilen hız durumuna ait iki dişlinin birbirine geçirilmesini sağlamaya çalışmak da dişlilerinde hasara uğramasına sebep olur. Çünkü büyük bir ihtimalle döndüren ve döndürülen dişlilerin çevre hızları birbirinden farklıdır. Bu durumdaki dişlilerin birbirine geçirlmesi, dişlerin birbirine çarparak kırılmalarına sebep olunur.

Kavrama hareket iletmez duruma getirilirse(Şekil 1.3) dişler üzerindeki basınç kalkacağından dişlerin birbirinden ayrılması kolay olur ve vites boş duruma gelince döndüren dişli serbest hale geleceğinden diğer bir hız durumu için kavrattırılacak dişlilerin çevre hızlarının denkleştirilmesi mümkün olur. Bunun sonucu olarak dişliler kolayca kavrattırılır. Bundan sonra kavrama tekrar kavramış duruma getirilerek motorun hareketi vites kutusu aracılığıyla bir başka oranda tekerleklere iletilir.

Şekil 1.3 Kavrama Çözülmüş Durumda

Diğer taraftan bir taşıtın durur halden belirli bir hızdaki hareket haline hemen geçişi imkansızdır veya büyük bir sarsıntıya sebep olur. Düşük bir hızdan daha yüksek bir hıza veya yüksek bir hızdan daha düşük bir hıza aniden geçişte de büyük bir sarsıntı meydana gelir ve hareketi ileten parçalar aşırı derecede zorlanarak hasara uğrarlar. Kavrama ilk hareket esnasında motorun hareketini vites kutusuna, dolayısıyla tekerleklere tedrici olarak iletir ve taşıtın harekete geçişi sarsıntısız olur. Aynı şekilde vites durumunun her değiştirilmesinden sonra motorla vites kutusunun tedricen bağlanmasını sağlayarak, taşıtın ani hızlanmasını veya ani yavaşlamasını, dolayısıyla sarsıntıları önleyerek hareket ileten parçaları hasara uğratmaktan korumuş olur ve taşıtta bulunan kişileri oldukça rahatsız edici bir durum ortadan kaldırılır.

Bunlardan başka herhangi bir sebeple de olsa motorla vites kutusu arasındaki bağlantının kesilmesi gerekebilir. Örneğin; bir arıza nedeniyle vites kutusu boş duruma getirilemeyebilir. Bu durumda taşıtın tamir yerine kadar çekilmesi sırasında tekerleklerin hareketinin motora iletilmemesi kavramanın ayrılmasıyla mümkün olur. [1]

Bu açıklamalardan sonra kavramanın görevleri şu şekilde özetlenebilir:
• İlk hareket sırasında motorun hareketini tekerleklere tedricen ileterek taşıtın sarsıntısız olarak harekete geçişini sağlamak.
• Taşıt hareket halinde iken vites durumlarını değiştirmek için motordan vites kutusuna hareket iletimini geçici olarak kesmek.
• Gerekli hallerde motorla güç aktarma organlarının bağlantısını kesmek.

1.2 KAVRAMA TİPLERİNİN ANALİZİ

1.2.1 Konik Kavramalar

Çeşitli tasarımlar arasında kavramaların son 100 yıl içerisindeki gelişiminde ön plana çıkan ilk kavrama şekli konik kavaramadır. Konik kavrama gelecekteki kavramaların gelişimi açısından ümit verici olmakla beraber aynı zamanda çok pratik bir konstrüksiyondur. Konik kavrama, içerisinde konik bir yüzey olan volan ve volanın içine giren sürtünme malzemesiyle kaplanmış kesik konik yüzeyi olan kavrama diski görevi gören bir ara birimden oluşmuştur. Bu parçada baskı kuvveti oluşturan bir basınç yayı ve ayırma çatalı vardır. Bu tasarım daha sonra geliştirilmeye çalışılmıştır. Volanla temas eden ve şafta kamayla bağlanan iki farklı basınç yüzeyi yaratılmıştır. Bu yeni tasarımın avantajı eksenel yükleri şafta ve şaftın yataklarına iletmemesidir. Eksenel yükler karşılıklı olarak yerleştirilmiş koniler tarafından dengelenmektedir. [2]

1.2.2 Tamburlu Kavramalar

Konik kavramalara alternatif ilk kavrama tamburlu kavramaydı.1920’lere kadar bu kavrama tipi kullanılmaktaydı. Volanın içine yerleştirilmiş iki tane pabuçtan oluşmuştur. Yaylar basılı durumda değilken pabuçlar volanın iç yüzeyine temas etmektedir.Dolayısıyla volandan şafta doğru hareket iletimi vardır. Yaylar baskı tertibatı vasıtasıyla basılı durumda iken pabuçlarla volanın teması kesilmektedir. Dolayısıyla volanla şaft arasındaki hareket iletimi de kesilmiş olmaktadır. [2]

1.2.3 Diskli Kavramalar

Kavrama diskinin sayısına göre tek ve iki diskli kavramalardan söz edilir. 1925‘lerden sonra araçlarda çeşitli avntajlarından dolayı diskli kavramalar kullanılmaya başlanmıştır[2].

1.2.3.1 Tek Diskli Kavramalar

Tek diskli kavramalar helisel yaylı ve diyafram yaylı olmak üzere ikiye ayrılırlar. Tek diskli kavrama kavrama kapağı, kavrama diski ve baskı levhası olmak üzere üç ana parçadan meydana gelmiştir. Kavrama kapağının üzerinde baskı levhası, geri çekme kolları, kavrama baskı plakası bulunur. Ayrıca kavramanın çeşidine bağlı olarak helisel yaylı kavramalarda bir merkezi kavrama baskı yayı veya kavrama baskı plakası üzerinde dağılmış olan 6 ile 12 bası yayları, diyafram yaylı kavramalarda ise bir diyafram yayı bulunmaktadır. Kavrama diski üzerinde çok kere perçinlenmiş olan kavrama balataları bulunur. Bu balatalar yapıştırılmış ta olabilir. Kamalı mil olarak şekillendirilmiş olan kavrama mili üzerinde oturan kavrama diski eksenel olarak hareket ettirilirken,mile gore dönmesi mümkün değildir. Böylece motordan gelen döndürme momenti disk üzerinden kamalı mile iletilmiş olur [3]. Tek diskli kavramanın ana parçaları Şekil 1.4 ve Şekil 1.5’ te gösterilmiştir.

Şekil 1.4 Tek Diskli Kavramanın Ana Parçaları

Şekil 1.5 Tek Diskli Kavrama ve Parçaları

1.2.3.2 İki Diskli Kavramalar

İki diskli kavramalarda tek diskli kavramalardan başka kavrama tahrik diski ile kavrama diski diskinin üzerine açılmış olan olan kanallara volanın alıcıları girmektedir. Bazı kavramalarda alıcılar kavrama kapağına yerleştirilmiştir. Bu tip kavramalarda kavrama tahrik diski kavrama kapağı tarafından tahrik edilmektedir. İki diskli kavramalarda, kavrama baskı yaylarının kuvveti tek diskli kavramalarda olduğu kadar büyük olup, kavrama balataları aynı ölçüdedir. İki kavrama diskinin dört sürtünme yüzeyi vardır. Dolayısıyla volan tarafından tahrik edilen kavrama tahrik diski ve kavrama baskı plakası üzerinden iletilen döndürme momenti, iki misli büyüklüktedir. Kavrama tahrik diski her iki kavrama diski arasında tahrik eden ek parça olmaktadır. İki diskli kavramanın ana parçaları Şekil 1.6 ve Şekil 1.7 de gösterilmiştir. Kavrama tahrik diski volan tarafından tahrik edilmektedir.

Şekil 1.6 İki Diskli Kavramanın Ana Parçaları

Şekil 1.7 İki Diskli Kavramanın Şematik Şekli

BÖLÜM 2 UYGUN KAVRAMA SEÇİMİ

Bu çalışmada ticari bir araç olan, Fiat Doblo 1.9 Dizel için uygun bir mekanik taşıt kavraması tasarlanacaktır. Taşıt için uygun kavrama tipi seçimine geçilmeden once istenen kavramadan beklenen özelliklerin tayin edilmesi gerekir. Kavramanın esas görevi motorun hareketini vites kutusuna tedrici olarak iletmektir. Fakat modern bir kavramada bu görevin yanında aşağıdaki özelliklerin bulunması istenir:
• Vites durumlarının kolay ve sessiz olarak değiştirilebilmesi için kavrama diskinin atalet momenti küçük olmalıdır
• Kavrama diskinin fazla ısınmaması
• Krank milindeki burulma titreşimlerini vites kutusuna iletmemelidir.
• Serbest duruma geçmesi için kavrama pedalına tatbik edilmesi gereken kuvvet az olmalıdır.
• Bakımı kolay olmalıdır.
• Ucuza mal olmalıdır

2.1 ANA KAVRAMA GRUBU SEÇİMİ

Şekil 2.1 de görülen üç ana kavrama grubundan bir tanesi seçilecektir. Konik ve tamburalı kavramaların ağır olmaları nedeniyle meydana getirdikleri atalet kuvvetinin fazlalığı vites değiştirmeyi zorlaştırdığından seçilen taşıt için uygun değildir. Konik ve tamburalı kavrama, sişmeden ve malzeme çiftlerinin sürtünme katsayılarındaki değişimsellikten dolayı tutukluk ve kilitlenme eğilimi göstererek kavrama ve vites geçmeyi zorlaştırması tasarım açısından istenen bir özellik değildir. Diskli kavramalar ise nispeten hafif oldukları için eylemsizlik kuvvetleri çok büyük olmamaktadır. Dolayısıyla diskli kavramalar tasarım açısından daha uygundur [3].

Şekil 2.1 Ana Kavrama Grupları

2.2 DISK SAYISINA GÖRE KAVRAMA TİPİ SEÇİMİ

Şekil 2.2 de görüldüğü gibi diskli kavramalar tek diskli ve iki diskli olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Bu kısımda iki çeşit kavrama tipinden biri seçilecektir. İki diskli kavramada dört tane sürtünme yüzeyi, tek diskli kavramada ise iki tane sürtünme yüzeyi vardır. Sürtünme yüzeylerinin fazlalığı nedeniyle iki diskli kavramalarda ortada bulunan disklerin çok fazla ısınmaları tasarım açısından istenen bir özellik değildir. Keza ağır oluşları nedeniyle tek diskli kavramaya gore daha büyük atalet kuvvetleri oluşmaktadır. Dolayısıyla tasarım için tek diskli kavrama daha uygundur. İki diskli kavramada iletilen döndürme momentinin büyüklüğü iki kat daha fazla olduğu için kamyon gibi büyük taşıtlarında kullanılması daha uygundur [1].

Şekil 2.2 Diskli Kavrama Çeşitleri

2.3 YAY ÇEŞİDİNE GÖRE KAVRAMA TİPİ SEÇİMİ

Şekil 2.3 de görüldüğü gibi tek diskli kavramalar helisel yaylı ve membran yaylı olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Bu kısımda iki çeşit yaydan bir tanesi seçilecektir. Helisel yaylı kavramada yayın deformasyonu arttıkça baskı kuvveti de giderek artmaktadır. Bundan dolayı kavrama ilk montaj edildiğinden itibaren aşındıkça debriyajı kavramış halde tutan baskı kuvvetinin değeri de giderek azalmaktadır. Bu bakımdan kavramayı belirli bir aşınma sürecinden sonra gerekli baskı kuvvetini sağlayamadığı için değiştirmek gerekmekte, böylelikle helisel yaylı kavramalar uzun ömürlü olamamaktadır. Bununla birlikte, helisel yaylı kavramada kuvvet karakteristiğinden ötürü debriyaj pedalına basıldıkça pedal kuvveti de artmaktadır. Diyafram yaylı kavrama ise eşsiz kuvvet karakteristik eğrisi ile bu bakımlardan çok daha avantajlıdır. Diyafram yaylı kavramada yayın deformasyonuna gore baskı kuvveti giderek artarak bir tepe noktası oluşturmakta, bu noktadan sonra ise baskı kuvvetinin değeri artan deformasyonla birlikte azalmaktadır. Bu kuvvet karakteristiğinden ötürü, diyafram yaylı kavramalarda ilk montaj halinden itibaren kavrama diski aşındıkça belirli bir noktaya kadar baskı kuvvetinin değerinde artış gözlemlenir. Bu özellik de kavramanın daha uzun süre kullanılabilmesine olanak sağlar. Ayrıca pedala basıldıkça pedal kuvveti belirli bir nokataya kadar artmakta daha sonra da azalmaktadır. Bu özellik de sürücü konforu açısından büyük bir avantaj sağlar. Ek olarak, diyafram yayın yuvarlak ve simetrik yapısından dolayı kavrama içerisine montajı da daha kolaydır. Bütün bu üstün özellikleri göz önünde bulundurulacak olursa tasarımı yapılan kavrama konstrükiyonunda seçilecek olan yay tipinin diyafram yay olacağı açıktır.

Şekil 2.3 Tek Diskli Kavrama Çeşitleri

2.4 ÇALIŞMA ŞEKLİNE GÖRE KAVRAMA TİPİ SEÇİMİ

Şekil 2.4 de görüldüğü üzere diyafram yaylı kavramalar çekme tipi ve basma tipi olarak ikiye ayrılmıştır. Bu kısımda bu iki tipten bir tanesi seçilecektir.

Diyafram yaylı kavramalar ayırma yatağının taşıt motoruna gore bağıl hareket yönüne gore ikiye ayrılırlar. Basma tipi diyafram yaylı kavramada ayırma yatağı kavramayı ayırmak için motor volanına doğru basılır. Çekme tipi diyafram yaylı kavramada ise ayırma yatağı motor volanından dışa doğru çekilir.Basma tipi diyafram yaylı kavramada baskı plakası manivele noktası kapağın manivela noktasına gore daha geniş bir çapta yerleştirilmiştir. Çekme tipi diyafram yaylı kavramada ise tam tersi durum söz konusudur [2].

Şekil 2.4 Diyafram Yaylı Kavrama Çeşitleri

2.4.1 Basma Tipi Diyafram Yaylı Kavramaların Avantajları ve Dezavantajları

Basma tipi diyafram yaylı kavramaların avantajları aşağıda verilmiştir [2]:
• Basma tipi diyafram yaylı kavramaların montaj ve sökme prosedürleri kolaydır.
• Ayırma yataklarının tasarımı basittir.

Basma tipi diyafram yaylı kavramaların dezavantajları [2]:
• Ayırma esnasında kapağın sehim miktarı büyüktür.

2.4.2 Çekme Tipi Diyafram Yaylı Kavramaların Avantajları ve Dezavantajları

Çekme tipi diyafram yaylı kavramaların avantajları aşağıda verilmiştir [2]:
• Ayırma esnasında kapağın sehim miktarı küçüktür.
• Yatak yükleri düşüktür.
• Kaldıraç oranları büyüktür.
• Düşük çekme dayanımına sahip diyafram yay dizaynına imkan verir.
• Yüksek basma yükü mümkündür.

Çekme tipi diyafram yaylı kavramaların dezavantajları aşağıda verilmiştir[2]:
• Oldukça karışık yatak tasarımına sahiptirler.
• Montaj ve sökme prosedürleri zordur.

2.4.3 Tasarlanacak Kavrama Tipi İçin Nihai Kararın Verilmesi

Çekme tipi diyafram yaylı kavramanın basma tipi diyafram yaylı kavramaya gore avantajlarının fazla olmasına rağmen basma tipi diyafram yaylı kavrama tasarım açısından daha uygundur. Çünkü çekme tipi diyafram yaylı kavrama için ayırma yatağı tasarımının karışık olması ek bir maliyet unsuru oluşturur. Bu da kavramanın oldukça pahalı imal edilmesine sebep olur.Ayrıca montaj ve sökme prosedürlerinin karışık olması tamir ve bakım açısından sorun oluşturur. Bunların hepsi kavramadan beklenen özelliklerle çelişir. Vites geçişlerinin kolay olması ve krank milindeki burulma titreşimlerini vites kutusuna iletmemesi de kavramadan beklenen özellikler arasındadır. Basma tipi diyafram yaylı kavramanın kullanılması bu özellikler açısından sorun teşkil etmez. Çünkü basma tipi diyafram yaylı kavramadaki atalet kuvvetleri de düşüktür.

Sonuç itibariyle bu çalışmada Fiat Doblo 1.9 Diesel için tek diskli diyafram yaylı ve basma tipi mekanik taşıt kavraması tasarlanacaktır.

BÖLÜM 3 KAVRAMA OLAYININ FİZİĞİ

Tasarımın bu bölümünde kavrama olayındaki sürtünme işi ve dolayısıyla iletilen döndürme momenti teorik olarak ifade edildikten sonra seçilen taşıt için ilgili taşıt karakteristikleri gözönünde bulundurularak iletilen döndürme momenti ve baskı kuvveti sayısal olarak ifade edilecektir.

3.1 TAŞIT VERİLERİ

Motor Özellikleri:
Taşıt : Fiat Doblo 1.9 Diesel
Motor Tipi : 4 silindirli su soğutmalı
Maksimum Tork : 118 Nm @ 2500 d/d
Maksimum Güç : 63 bhp @ 4500 d/d
Maksimum Devir Sayısı : 4750 d/d
Ağırlıklar:
Boş Ağırlık : 1290 kg
Yüklü Taşıt Ağırlığı : 1640 kg
Aktarma Organları:
Çekiş : Ön Tekerleklerden
Vites : 5 ileri, 1 geri
1. Vites Çevrim Oranı : 4.273
2. Vites Çevrim Oranı : 2.238
3. Vites Çevrim Oranı : 1.444
4. Vites Çevrim Oranı : 1.029
5. Vites Çevrim Oranı : 0.872
Geri Vites Çevrim Oranı : 3.409
Diferansiyel Çevrim Oranı : 3.933

Performans:
Azami hız : 141 km/h
Jantlar : 5 1/2 J 14” H2
Lastikler : 175/70 R 14 88T

3.2 SÜRTÜNME İŞİNİN TEORİK İFADESİ

Kavrama kuvveti , kavrama diskini volana basmakta ve sürtünme ile döndürme momenti iletmektedir.

(3.1)
Burada
( ) : Döndürme momenti
( ) : Kavramaya giriş momenti (motor momenti)
: Kavramadan çıkış momenti
( ) Baskı kuvveti
: Yüzeyler arasındaki sürtünme katsayısı
: Sürtünen yüzeylerin sayısı

Devir sayılarının oranı kavramanın çözülmüş durumundan ( 0) bağlanmış durumuna ( ) kadar 0……..1 arsında değişmektedir. Bu değişim esnasında ise sürtünen yüzeyler arasındaki sürtünme katsayısı (kayma durumundaki sürtünme katsayısı), ( bağlantı durumundaki sürtünme katsayısı) durumuna geçmektedir.

Motor Gücü (3.2)
Kavarma Çıkış Gücü (3.3)
Kavrama esnasında meydana gelen güç farkı:
(3.4)

Kavrama esnasında meydana gelen kayma olayının doğurduğu güç farkı, kayıp güç olarak zaman biriminde ısıya çevrilir.

Kayma [%] (3.5)
Kavrama Verimi [%] (3.6)
ve [%] (3.7) olarak bulunur.

Burada:
( ) : Motorun açısal hızı
( ) : Kavrama çıkışındaki açısal hız
(d/d) : Kavrama girişindeki açısal hız
( ) : Kavrama çıkışındaki açısal hız
(%) : Kavrama esnasında meydana gelen kayma
(%) : Kavrama esnasındaki verim

Böylece zamanında tahrik tarafı (giriş mili) için

(3.8)

(3.9)

Açısal hızların, kabul edilen basitleştirmelerle zamana bağlı olarak değişimi lineerdir.

Burada
(3.10)
(3.11).
( ) : Tahrik tekerleğinin açısal hızı =

( ) : Tahrik mili ile beraber dönen kütlelerin atalet momenti
( ) : II. Mil ile çalışan kütlelerin atlet momenti
: Tahrik tekerleğine bağlı olarak dönen kütlelerin atalet momenti (tekerlek dahil) ( ) : Aracın ağırlığı
( ) : Araca tesir eden dirençler

Burada olduğu an sürtünme zamanı denklem 3.12’deki gibi elde edilir.

(3.12)
(3.13)
Ulaşılan açısal hız denklem 3.14’teki gibi elde edilir.

(3.14)

Şekil 3.4’ te verilen diyagramlardan ’ye bağlı olarak bulunabilir.

zamanının sona ermesinden sonra denklem 3.15 elde edilir.
(3.15)
: ’ye bağlı motor momenti.

Kavrama esnasındaki sürtünme işi denklem 3.16 ile bulunabilir.

(3.16)
.
Bu iş ısı enerjisine çevrilir. Takribi olarak alınabilir. Şekil 3.1 ile çeşitli giriş açısal hızlarına ( ) ve kavrama zamanına bağlı olarak kavrama momentlerinin değişimi gösterilmiştir.

Kavrama momentinin büyütülmesi, kavrama zamanının ve sürtünme işinin küçültülmesi bakımından uygundur. Tahrik tarafının (motor) açısal hızının büyütülmesi, kavrama zamanını uzatmakta, sürtünme işini ve hatta kavrama zamanından sonra aracı hızını arttırmaktadır. Hatta, tahrik tarafındaki volan kütlesini arttırmak kalkışı ivmelendirir.Tavsiye edilen kavramayı motor momentinin bir buçuk katı olarak yapmaktır. Bu moment, kavrama zamanı içinde ısı altında kayarak iletilebilir.

Şekil 3.1 Kavrama Durumunun Zamana Bağlı Olarak Değişimi

Uzun sürtünme, aşırı derecede ısının meydana gelmesiyle balataların harap olmasına sebep olmaktadır.Kavrama olayının meydana gelmesinden sonra döndürme momenti sürtünme katsayısı ile iletilir. Sürtünme katsayısı ( ), kayma esnasındaki sürtünme katsayılarından biraz daha büyüktür. ( ) aşıldığı takdirde tekrar kayma olayı başlar[3].

3.3 iLETİLEN MOMENTİNİN TEORİK İFADESİ

( ) : Kavramanın ilettiği moment
( ) : Kavramanın baskı kuvveti
: Sürtünme katsayısı
( ) : Sürtünme yüzeyi dış yarıçapı
( ) : Sürtünme yüzeyi iç yarıçapı
( ) : Sürtünme yüzeyi ortalama yarıçapı
: Sürtünme yüzeyleri sayısı

(3.17)
(3.18 ) [3].

3.3.1 Baskı Kuvvetinin Sayısal Olarak İfade Edilmesi

Baskı kuvvetini sayısal olarak hesaplamak için öncelikle kavrama için bir iç çap ve dış çap belirlenmelidir. Ticari araçlarda kullanılan kavramalar için bir piyasa araştırması yapılmış ve bir yaklaşımla kavrama iç çapı 140 mm, kavrama dış çapı ise 200 mm olarak belirlenmiştir. Buna göre ortalama yarıçap 3.17 denklemine göre = 85.88 mm olarak belirlenmiştir.

Buradan hareketle; maksimum motor momenti 118 Nm, sürtünme katsayısı 0.3, sürtünen yüzeylerin sayısı 2 olmak üzere 3.18 denkleminden baskı kuvveti F=3934.932 N olarak saptanmıştır.

BÖLÜM 4 DİYAFRAM YAY
Diyafram yaylı kavrama hemen hemen bütün yolcu taşıtlarında, hafif kamyonlarda ve traktörlerde geleneksel helezon yaylı kavramanın yerini almıştır. Diyafram yayın basit, dönel simetrik yapısı ve düşük eksenel yüksekliği onun günümüzde giderek daralan debriyaj muhafazalarının içerisine kolaylıkla yerleştirilebilmesini sağlamıştır [2]. Konstrüksiyonda iyi hassasiyet sağlamasının yanı sıra hafif oluşu ve baskı plakasının etrafında dengeli bir kuvvet dağılımı oluşturması da önemli avantajlarıdır[1]. Diyafram yay, yaylanma ve yay kuvvetlerini oluşturmak için çukur-çanak biçiminde yapılmıştır. Ayırma parmakları da çanağın içinde dilimler halinde meydana getirilmiştir. Bazı tasarımlarda parmakların bir kısmı kısa yapılarak sağlayacakları hava akımıyla soğuma imkanı artırılır.

Diyafram yaylı kavramanın geleneksel helezon yaylı kavramaya göre en önemli avantajı ise kuvvet karakteristiğinden kaynaklanmaktadır. Kavrama diski aşındıkça helezon yaylı kavrama, yayların genişlemesi nedeniyle kavrama yükünü kaybederken, diyafram yaylı kavramada kavrama diskinin aşınmasıyla birlikte baskı kuvveti bir noktaya kadar artmaktadır.

4.1 MALZEME SEÇİMİ
Diyafram yay genel olarak eğilmeye veya başka bir deyişle dış kısmı çekmeye, iç kısmı basmaya zorlanır. Isıl gerilmelerin, baskı kuvveti kaybının ve ağır pedal kuvvetlerinin önüne geçmek, yüksek dayanıklılık ve uzun ömür sağlamak üzere diyafram yaylar ısıl işlemden geçirilmiş yüksek kaliteli yay çeliğinden yapılır. em emniyet gerilmesi olmak üzere, diyafram yay için tavsiye edilen emniyet gerilmeleri değişken yüklenme hali için em daN/mm2 şartını sağlamalıdır [5]. Bu durumlar göz önünde bulundurularak kavramada kullanılacak diyafram yayın malzemesi 50CrMb4 çeliği olarak belirlenmiştir.

4.2 DİYAFRAM YAY KARAKTERİSTİĞİNİN TESPİTİ

Diyafram yaylı kavramanın baskı kuvveti karakteristikleri, helezon yaylı kavramadaki gibi lineer karakterli değildir. Diyafram yay, disk yayın geliştirilmiş bir şeklidir, bu yüzden diyafram yayın karakteristik eğrisi disk yayın karakteristik eğrisini andırır. Diyafram yay tasarımında dikkat edilmesi gereken iki husus sağlaması gereken baskı kuvveti ile ayırma yatağının hareketidir. Bu iki faktör diyafram yayın temel boyutunu etkiler. Diyafram yaylı kavramanın önemli bir avantajı, düşük deformasyonlarda nispeten yüksek baskı kuvveti sağlamasıdır.

Diyafram yayın baskı yükü olarak sağladığı kuvvet aşağıdaki bağıntıyla verilir:

(4.1) [2]

Burada;
De = Diyafram yayın dış çapı
Di = Diyafram yayın iç çapı
K1 = De/Di oranına bağlı bir sabit
Şöyle ki, = De/Di olmak üzere,

(4.2) [2]

E = Elastiklik modülü
= 0.3
s = Diyafram yayın deformasyonu
t = Diyafram yayın kalınlığı
h0 = Diyafram yayın serbest yüksekliği

Tasarım için gerekli olan boyutların gösterimi Şekil 4.1 de görülmektedir.

Diyafram yayın karakteristiği önemli ölçüde h0/t oranına bağlıdır. h0/t oranı büyüdükçe kuvvet-deformasyon eğrisinin şekli S şekline yaklaşır. Bu da ani çalışan mekanizmalar için çok uygun bir özelliktir. h0/t oranının küçük değerlerinde ise karakteristiğin orta kısmı yatay bir şekil alır. Bu bölgede yay büyük bir deformasyon gösterdiği halde kuvvet sabit olur [5].

Şekil 4.1 Diyafram Yay Karakteristik Boyutları

Proje kapsamında kullanılan taşıt (Fiat Doblo 1.9 Diesel) için debriyaj kavramış haldeyken baskı kuvveti Fk = 3434.932 N olarak bulunmuştu. Bu değer, diyafram yayın kuvvet karakteristik eğrisindeki maksimum değerinin bir miktar sağına tekabül etmelidir. Uygun karakteristik eğrisini elde etmek üzere yapılan çeşitli denemeler sonucunda diyafram yayın karakteristik boyutları şu şekilde seçilmesi uygun görülmüştür:

De = 185 mm
Di = 145 mm
h0 = 4.4 mm
t = 2.1 mm

Seçilen boyutlara göre  = De/Di = 1.275862 ve bu değere bağlı olarak 4.2 denklemi gereğince K1 = 0.366852 olmaktadır. Diyafram yayın malzemesi olarak seçilmiş olan 50CrMb4 çeliğinin elastik modülü ise E = 207000 N/mm2 dir. Bu bilgiler ışığında, saptanan değerler 4.1 denkleminde yerlerine konularak diyafram yayın deformasyonunun sağladığı kuvvete karşı grafiğinin çizilmesi sonucu diyafram yayın karakteristik eğrisi Şekil 4.2’ deki gibi elde edilmiştir. Diyafram yayın deformasyonu baskı plakası hareketiyle, diyafram yayın sağladığı kuvvet ise baskı plakasına gelen kuvvet ile eşdeğerdir. Şekil 4.2’ de çizilen eğri diyafram yayın “serbest hal” eğrisi adını alır. Çünkü bu eğrinin çiziminde kavrama diskinin kalınlığı dikkate alınmamıştır. Baskı plakası serbest olarak düşünülerek çizilen eğridir.

Baskı plakasının altına yerleştirilen kavrama diskinin kalınlığını gösterecek şekilde çizilen eğri ise “yeni ölçü” eğrisi adını alır. Serbest hal eğrisi ve yeni ölçü eğrisi bir arada çizildiği zaman, kesişim noktası tam olarak kavramış halde bulunan yeni bir kavrama diski için olan baskı yükünü ifade eder. Bu yük değeri proje kapsamında tasarlanan kavrama için 3934.932 N’ a tekabül etmektedir. Bu nokta Şekil 4.3’ de görülmektedir. Kavrama diski aşındıkça kalınlığı azalacak ve Şekil 4.3’ de kesikli çizgilerle gösterildiği üzere yeni ölçü eğrisi aşınma miktarıyla doğru orantılı olarak serbest hal eğrisi üzerinde sola doğru hareket edecektir. Bu eğrilere dikkatle bakıldığında, diyafram yaylı kavramanın en üstün özelliklerinden biri görülebilir: Debriyaj balata aşınmasının ilk safhalarında baskı kuvveti artmaktadır. Aşınma devam ettikçe baskı kuvveti bir maksimuma ulaşmaktadır. Dizayn edilen kavrama için maksimum baskı kuvveti 3955 N olmakta ve bu değer de kavrama diskinin 1.25 mm’ lik aşınmasına karşılık gelmektedir. Aşınmanın daha da devam etmesiyle birlikte baskı kuvveti düşmeye başlayacaktır. Eğer kavramada yeteri kadar aşınma mesafesi mevcut ise, aşınmanın sonunda baskı kuvveti gerekli olan minimum kuvvetin ( 3934.932 N ) altına düşecektir. Bu nokta debriyaj için maksimum aşınma limitini gösterecektir. Balata aşınma sınırının minimum baskı kuvveti sınırından önce ya da sonra gerçekleşmesi, kavrama dizaynına göre değişir.

Şekil 4.2 Diyafram Yayın Karakteristik Eğrisi (Baskı Yükü Eğrisi)

Şekil 4.3 Serbest Hal, Yeni Ölçü ve Aşınma Eğrileri

Debriyaj ünitesi içerisinde baskı kuvvetinden dolayı oluşacak aşıntı yolunun miktarı, yapısından dolayı büyük deformasyonlara izin verebilen bir diyafram yay dizaynıyla maksimuma çıkarılabilir. Bu şekilde dizayn edilen bir diyafram yayın karakteristik eğrisi normal bir diyafram yük eğrisinin belli bir oranda büyütülmüşüne benzeyecektir. Böyle bir dizaynda maksimum baskı kuvveti çok büyük değerlere ulaşabilir. Şöyle ki; bu yüksek baskı kuvveti istenmeyen aşırı derecede büyük pedal kuvvetlerine yol açacaktır. Bu bakımdan bir optimizasyon gerekmekte olup çoğu otomotiv uygulamalarında 2 mm civarındaki bir aşıntı yolu tercih edilmektedir. Proje kapsamında Fiat Doblo 1.9 Diesel için tasarlanan bu kavramada da aşıntı yolu 2.25 mm civarlarındadır. Bu şekilde dizayn edilen bir kavrama uzun ömürlü olmasının yanı sıra kabul edilebilir bir pedal yükü de sağlayabilir.

Şekil 4.2 ve Şekil 4.3’ de gösterilen baskı yükü eğrileri, kavrama tam kavramış haldeyken ulaşılan baskı kuvvetlerini gösterir. Bu eğriler; debriyajın kavrama haline geçtiği süre zarfında, diğer bir deyişle momentin bir kısmının iletildiği hallerde söz konusu olan baskı kuvvetlerini göstermemektedirler. Debriyaj kavrama haline geçerken ya da ayrılırken kavrama diskine uygulanan baskı kuvvetleri, daha sonra tartışılacağı üzere kavrama diskinin içerisindeki yastık yayın yumuşatma eğrisinin fonksiyonu olarak gerçekleşir [2].

4.3 DİYAFRAM YAYIN MODELLENMESİ

Şekil 4.4 Diyafram Yayın Katı Modeli
BÖLÜM 5 BASKI PLAKASI

Baskı plakası kavraşma süresince kavrama diskine basınç uygulayarak onu volana doğru bastıran elemandır. Diyafram yaylı baskı plakalarında bu basınç diyafram yay tarafından sağlanır ve tamamen statik basınçtır. Statik basınç sabit olduğu için motor devir sayısından bağımsızdır.

Bir yüzeyi kavrama diskiyle, diğer yüzeyi diyafram yay ile temas eden baskı plakası aynı zamanda şerit yaylar ile kavrama kapağına da bağlıdır. Şerit yaylar momenti kavrama kapağından baskı plakasına iletmekle görevlidirler. Şerit yaylar moment iletiminin yanı sıra, ayırma süresince baskı plakasını kaldıran kuvveti de temin ederler. Şerit yaylar birkaç tanesi üst üste konmuş uzun yassı yay çeliği tabakalarından meydana gelir. Proje kapsamında tasarlanan kavramada 3 kat yay çeliği tabakası yeterli görülmüştür. Şerit yaylar bir ucundan baskı plakasına diğer ucundan kavrama kapağına perçinlenmişlerdir. Bu yaylar, kavrama halinde iki bağlantı noktası aynı düzlem üzerinde durmayacak şekilde monte edilirler. Kavrama kapağına perçinlendikleri nokta, baskı plakasına perçinlendikleri noktaya oranla volana daha uzaktır. Bu düzenleme şeklinde, debriyaj tam kavramış haldeyken şerit yaylar elastik olarak deforme olacak ve normal konumlarına geri dönmek isteyeceklerinden baskı plakası üzerinde bir kaldırma kuvveti uygulayacaklardır. Ancak bu kuvvet, diyafram yayın baskı plakasına uyguladığı baskı kuvvetine oranla ihmal edilebilecek düzeydedir.

Genel olarak, kavrama kapağı çapı 300 mm’ nin altında olan debriyaj sistemlerinde bu şerit yay takımlarından eşit aralıklı olarak 3 adet kullanılırken, kavrama kapağı çapı 300 mm’ nin üzerinde olan debriyaj sistemlerinde 4 takım şerit yay düzeneği kullanılır. Tasarımı yapılan debriyaj sisteminde kavrama kapağı çapı 300 mm ‘nin altında olduğu için şerit yay takımından simetrik olarak 3 adet kullanılmıştır.

Bazı çok düşük kapak profili gerektiren debriyaj sistemlerinde, kaldırma kuvvetini sağlamak üzere şerit yayların kullanımı uygun olmaz. Bu durumda, baskı plakasına klips olarak adlandırılan ek bir eleman bağlanır ve bu eleman yardımıyla baskı plakası diyafram yayla temas halinde tutulur. Kavrama ayrılacağı zaman diyafram yayı takip edecek şekilde klips tarafından yukarı doğru kaldırılır. Tasarımda, boyutlandırma sonucunda şerit yayların kullanımına engel bir durum oluşmadığı için klips kullanımına gerek kalmamıştır.

Şerit yaylar zaman zaman baskı plakasının istenmeyen hareketlerini kontrol etmek için de kullanılırlar. Bazı güç aktarım uygulamalarında motor ve dolayısıyla volan büyük miktarda yalpalamaya maruz kalır. Bu yalpalama genellikle yüksek motor hızlarında krank milinin esnemesinden kaynaklanır. Volanın bu yalpalama hareketi sonucu kavrama serbest bırakıldığı zaman baskı plakasında eksenel bir hareket ortaya çıkabilir ve debriyajın kısmi olarak yeniden kavramasına yol açabilir. Şerit yayların kullanımıyla baskı plakasının bu hareketi kontrol edilebilir [2].

5.1 MALZEME SEÇİMİ

Diyafram yaylı baskı plakalarında, özel şekillendirilmiş diyafram yayın karakteristiği nedeniyle baskı kuvveti aşıntı yoluna bağlı olarak yüksek değerlerde kalmakta, helezon yaylı diyafram kavramanın aksine baskı kuvveti büyüklüğü çok fazla değişmemektedir.

Yüksek motor momentleri ve ağır kullanım şartlarına uygun olmak üzere baskı plakası malzemesi olarak dökme demir seçilmiştir. Özel döküm kalitesinde imal edilmiş olan gövde özellikle eğilmeye mukavim olduğundan yüksek baskı kuvvetlerinde yol kayıpları olmamaktadır [3]. Dairesel biçimli baskı plakası kavrama diski büyüklüğünde olup kavrama diskine sürtünen yüzeyi düzgün olarak işlenmiştir.

5.2 ISI ANALİZİ

Debriyaj gibi sürtünmeli kavramalarda moment iletimi eksenel yük sonucu yüzeyler arasında oluşan sürtünme kuvveti sayesinde iletilir. Eğer katı bir yüzey diğer bir katı yüzey üzerinde kayarsa, sürtünmeye karşı zıt yönde yapılan iş ara yüzeyde ısı olarak açığa çıkar. Sonuç olarak sürtünen yüzeylerde sıcaklık artar ve kavramaya zarar verecek boyutlara kadar ulaşabilir. Normal yükleme ve düşük hızlar olmasına karşın, sürtünmenin olduğu ara yüzeylerde anlık çok yüksek sıcaklıklar oluşabilir. Bu geçici sıcaklıkların ölçümünde kullanılan termoelektrik yöntemler sürtünen cisimlerden biri olan baskı plakasının yüzeyinde 1000 oC gibi yüksek sıcaklıkların oluşabileceğini göstermiştir . Fakat sürtünen iki cisim olan baskı plakası ve kavrama diski yüzeyleri arasında çok kısa sürede çok yüksek ısılara ve sıcaklıklara ulaşılmasına rağmen temas eden yüzeylerin büyük bir kısmının soğuk kalmayı devam ettirdiği görülmüştür [6].

Çoğu erken oluşan debriyaj hasarları baskı plakası veya kavrama diski yüzeyinde oluşan çok yüksek sıcaklıklardan kaynaklanır. Metal kavrama diskleri kullanılması durumunda sürtünen yüzeylerde oluşan yüksek sıcaklıklar kavrama disklerinin birbirine yapışmasına neden olur. Eğer metal olmayan ve yarı metal kavrama diskleri çelik veya dökme demir baskı plakalarıyla kullanılırsa; oluşan yüksek yüzey sıcaklıkları kavrama diskinin şeklinde çarpılmalara yol açarken baskı diskinde de yüzey çatlaklarına sebep verir [6].

Eğer ısıl yönden düşünülüp olumlu sonuçlar verebilen bir kavrama tasarlanmak istenirse; öncelikle hangi yüzey sıcaklıklarının kavrama için güvenli olduğunun tespit edilmesi daha sonraki adımda yüzeylerdeki sıcaklık dağılımlarının bulunması gerekir [1]

Debriyaj kavramasında sürtünen elemanlardan biri olan baskı diski üzerindeki doğruya en yakın sıcaklık dağılımını elde etmenin yolu deneylerdir. Analitik denklemlerle bulunan sıcaklık dağılımları yaklaşık sonuç niteliğindedir [6]

Doblo 1.9 Dizel aracındaki debriyaj kavraması içerisinde bulunan baskı diskinde sürtünme sonucunda oluşan sıcaklık dağılımını elde etmek için parça Solid Works 2003 programıyla modellenmiş ve Cosmos Works programıyla da parça üzerinde ısıl analiz yapılmıştır. Isıl analiz yapılmadan önce sürtünme sonucunda baskı plakası yüzeyine gelen ısı (QR,b), kavrama süresi (t), ve baskı plakasının içinde bulunduğu havanın ısı taşınım katsayısı (h) analitik denklemlerle hesaplanmıştır.

Baskı plakası ile kavrama diski arasında sürtünmeden dolayı açığa çıkan ısının en büyük değeri aracın ilk kalkış anında oluşur. Bu sebepten baskı plakası yüzeyindeki en kritik sıcaklıklar da aracın kalkış anında ortaya çıkar. Aracın kalkış anında ortaya çıkan sürtünen tüm yüzeyler arasındaki toplam ısı (QR) aşağıda denklem 5.1 de gösterilmiştir.

(5.1) [1]

Fiat Doblo 1.9 Diesel için;
Mm,kalkış (kalkış sırasında motorun verdiği moment) : 95 N.m
.m,o (motorun kalkış sırasında açısal hızı) : 96 rad/s
R (tekerleğin dinamik yarıçapı) : 0.3 m
 (dönen kütlelerin atalet faktörü) : 1.45
m (aracın maksimum yükte kütlesi) : 1740 kg
r (tekerleğin statik yarıçapı) : 0.3 m
i (toplam çevrim oranı) : 16.8
Mm,maks (motorun verdiği maksimum moment) : 118 N.m
 (sürtünen yüzeyler arasındaki sürtünme katsayısı ) : 0.95
fR (tekerleklerdeki yuvarlanma direnci) : 0.015
p (yolun eğimi) : 0.18
G (aracın maksimum yükte ağırlığı) : 17069 N

Yukarıdaki değerler 5.1 denkleminde yerine konulursa, sürtünme sonucunda ortaya çıkan toplam ısı 11000 J olarak bulunur.

Baskı diski yüzeyine gelen ısı bazı kabul ve basitleştirmelerle elde edilebilir. Oluşan 11000 J değerindeki toplam ısının volan ve baskı diski tarafındaki kavrama disklerine eşit dağıldığı farz edilirse; baskı diski ve kavrama diski arasında açığa çıkan ısı 5500 J olarak bulunur. Bu iki yüzey arasında ortaya çıkan ısının da sürtünen iki yüzey olan baskı diski ve kavrama diski yüzeylerine eşit olarak dağıldığı kabul edilirse; baskı diskine gelen ısı miktarı 2750 J olarak elde edilir.

Baskı plakasına gelen bu 2750 J değerindeki enerjinin ısıl analiz programında kullanılabilmesi için ne kadar bir süre içerisinde ortaya çıktığının hesaplanması gerekir.

Havanın ısı taşınım katsayısının (h) hesabı diğer hesaplara nazaran daha karmaşıktır ve baskı diskinin içinde bulunduğu ortamdaki hava için ortalama bir h (hort) hesaplanacaktır. Bu hesabı yapabilmek için yapılan kabuller aşağıda sıralanmıştır:
• Aracın kalkış anındaki havanın ilk sıcaklığının motorun çalışması anında yaydığı ısıdan dolayı 70 oC olduğu kabul edilmiştir.
• Normalde baskı diskinin dönüyor olmasına karşın çevresindeki havanın baskı diskine göre relatif hızını tespit etmek amacıyla havanın baskı diski çevresinde dönüyor, baskı diskinin duruyor olduğu kabul edilmiştir.

Hesaplara geçmeden önce kullanılacak bazı parametrelerin değerlerinin tespit edilmesi gerekir. Bu parametreler havanın sıcaklığına bağlı olduğu için, hava sıcaklığı 70 oC için değerleri aşağıda verilmiştir.

 (havanın kinematik viskositesi) : m2/s
k (havanın ısı iletim katsayısı) : W/m.oK
Pr (prandl sayısı) : 0.7

Havanın ortalama ısı taşınım katsayısın hesaplanması için ilk olarak Reynolds sayısının (Re) bulunması gerekir. Reynolds sayısnın hesabı aşağıdaki 5.2 denklemiyle gösterilmiştir.
5.2 [7]
vort (havanın baskı diski etrafında ortalama dönme hızı) : 7.8 m/s
Dort (baskı diskinin ortalama çevre uzunluğu) : 0.52 m
 : m2/s

Yukarıdaki değerler 5.2 denkleminde yerine konulursa; Reynolds sayısı 200692 olarak bulunur. Bulunan değer 105 sayısından büyük olduğundan dolayı havanın akışı türbülanslıdır.

Ayrıca havanın ortalama ısı taşınım katsayısının hesaplanabilmesi için Nusselt sayısının (Nu) da bulunması gerekir. Türbülanslı olduğu bulunmuş havanın akışı için Nusselt sayısının hesabı aşağıdaki 5.3 denklemiyle gösterilmiştir.
(5.3) [8]

Bulunmuş olan değerler 4.3 denkleminde yerine konulursa Nusselt sayısı 458 olarak bulunur.

Son olarak havanın ortalama ısı taşınım katsayısının Nusselt sayısı ile orantılı bağıntısı aşağıdaki 4.4 denklemiyle gösterilmiştir.
(5.4) [7]

Daha önceden hesaplanmış değerler 5.4 denkleminde yerine konulursa havanın ortalama ısı taşınım katsayısı 27.2 olarak bulunur.

Daha önce 5.1 bölümünde de belirtildiği üzere baski diskinin malzemesi kır dökme demirdir. Bu bölümde belirtilmiş ve bulunmuş dataları kullanarak Cosmos Works programının ısıl analiz bölümünde modellenmiş parça çözdürülürse, çıkan sonuçlar aşağıdaki şekillerde gösterilmiştir.

Şekil 5.1 Baski Diskinin Isıl Analizi Sonucu Sıcaklık Değişiminin Profilden Görünüşü

Şekil 5.2 Baski Diskinin Isıl Analizi Sonucu Sıcaklık Değişiminin Arkadan Görünüşü

Şekil 5.3 Baski Diskinin Isıl Analizi Sonucu Sıcaklık Değişiminin Önden Görünüşü

6. BALATA TAKIMI

6.1 KAVRAMA DİSKİ SAÇI

6.1.1 Genel Bilgiler

Tek diskli kavramaların ilk kullanıldıkları sıralarda (1920’lerde) ani kavrama, tutma ve ses çıkarma gibi bir seri şikayete yol açtıkları bilinmektedir [4]. Bu kavrama diskleri Şekil 6.1’ de görüldüğü gibi gayet basit olarak yüksek kaliteli çelik levhadan, onun dış çevresine sırt sırta perçinlenmiş balatalardan ve ortasında bağlı olduğu bir kamalı göbekten meydana gelmekteydi. Böyle sabit, elastik olmayan diskler üzerine perçinlenen balatalar saç levhalardaki mani olunamayan kalınlık farkları sebebiyle, başlangıçta eşit bir şekilde yük taşıyamıyorlardı. Ayrıca, kavrama sırasında yüzeyler, temasa gelir gelmez maksimum baskı kuvveti ile karşı karşıya geliyorlardı.

Şekil 6.1 Sabit Disk

Yukarıda sayılan eksikliklerin giderilmesi için kavrama diskinin tam kavramış duruma bir miktar hareket ederek, daha doğrusu kayarak ulaşması gerekir. Bu nedenle, bilhassa otomotiv sektöründe balataların sırt sırta perçinlenmesinden vazgeçilerek aralarında 0.6 – 1.2 mm bir eksenel elastiklik verilmesi yoluna gidilmiştir. Elastiklik ile kavramanın kalkış özellikleri düzeltildiği gibi bütün fonksiyonu da daha iyi ve yumuşak bir şekle dönüştürülmüştür. Hareket yüzeylerindeki ısıl çatlamalar da düzgün ısı dağılım sebebiyle önlenebilmiş veya oldukça azaltılabilmiştir. İstenen elastiklikte bir disk elde etmek için çeşitli konstrüktif imkanlar mevcuttur.

En basit olarak, balataların her iki tarafına perçinlendiği saç levhayı gayet basit olarak Şekil 6.2’ de gösterildiği şekilde bükmektir. Balataların perçinlendiği saç birçok sayıda parçalara ayrılmış ve meydana gelen kanatçıklar düz yüzeyden kaldırılarak kıvrılmıştır. Bu elastik olan parçalar kavramanın bağlanması esnasında kavrama baskı kuvveti altında bir yay tesiri yaratmaktadırlar. Bu şekilde oluşturulan yaylanmada, atalet momenti oldukça küçük değerlerde olmasına rağmen yay yolu sınırlıdır.

Şekil 6.2 Elastik Disk Tip 1

Şekil 6.3’te verilen disk tipinde balatalar direk olarak taşıyıcı diske bağlanmamış olup yüksek kaliteli yay saçından yapılmış dalgalı şekildeki yay parçalarına perçinlenmiştir. Bu yay parçaları ise perçinler yardımıyla taşıyıcı diske tespit edilmişlerdir. Bu konstrüksiyon daha büyük yay yolları ve uygun yay karakteristiği ile küçük atalet momentine sahiptir. Bu faydalı yönleri nedeniyle bu tip kavrama diskleri günümüz otomobil ve kamyonetlerinin neredeyse standart yapım şekli olmuştur.

Şekil 6.3 Elastik Disk Tip 2

Şekil 6.4 ile verilen elastik disk tipinde ise iki yay sacı parçalar halinde birbirleriyle ön gerilmeli olarak perçinlenmiştir. Bu şekilde uygun bir yay karakteristiği ile büyük bir yay yolu elde edilerek, özellikle yumuşak ve sarsıntısız bir kalkış sağlanır. Çift yay parçaları yüksek zorlamalarda kırılmalara karşı büyük bir emniyet ve kavrama diskinin ömrü boyunca optimal kalkış özellikleri garantisini sağlamaktadır. Bu tip diskler en üst düzeyde kalkış özelliklerinin şart koşulduğu otomobil ve orta zorlamaların söz konusu olduğu kamyonetlerde kullanılmaktadır. Ancak yukarıda sıralanan tipler arasında en pahalı olanıdır [3].

Balataların perçinlendiği disk sacının dilimleri yukarıda da anlatıldığı gibi yumuşak bir kavrama etkisi sağlamak üzere dalgalı biçimde yapılmaktadır. Baskı düzeninden gelen baskı kuvvetlerinin altına girince bu dalgalı yapı, yaylı bir yastık etkisi gösterecek şekilde çalışma yapar. Bu yüzden iç bükey-dış bükey olacak şekilde kıvrılmış olan disk sacı dilimlerine yastık yay da denilmektedir [4].

Şekil 6.4 Elastik Disk Tip 3

6.1.2 Malzeme Seçimi

Kavrama baskı kuvveti altında bir yay tesiri oluşturan ve dolayısıyla kalkış özelliklerini iyileştiren kavrama diskinin konstrüktif yapısının yanı sıra malzemesi de büyük önem taşımaktadır. Genel olarak, kavrama diski sacı kalınlıkları 1.25-1.5 mm arasında değişir. Daha sonra istenilen derecedeki bir elastikliğin kazanılması için taşlanmak suretiyle saç kalınlıkları 0.5-1 mm’ ye düşürülür. Taşlandıktan sonra da fırında tavlanarak yağda sulanırlar [4].

Tasarımı yapılan kavramada, yeterli elastikliği sağlayacağı düşünülerek kavrama diski malzemesi olarak % 0.70 karbonlu sıcak haddelenmiş çelik uygun görülmüştür.

6.1.3 Kavrama Diski Seçimi

Konstrüksiyonun yapısına ve disk sacının malzemesine bağlı olarak çeşitli yastık yay karakteristikleri elde edilebilir. Yastık yayın seçiminde dikkat edilecek en önemli husus, tam baskı kuvveti altında yastık yayın hemen hemen düz konuma gelecek şekilde ayarlanmasıdır. Yürütülen tasarım çalışmasında Fiat Doblo 1.9 Diesel için tam kavraşmış haldeki baskı kuvveti 3934.932 N olarak saptanmıştı. Buna göre seçilecek yastık yay, debriyaj kavrama haline geçerken; baskı kuvvetinin 0 değerinden itibaren yay yolu kadar mesafe kat ederek düz hale geldiği konumda yaklaşık 3935 N’ luk bir kuvvet verecek şekilde tasarlanmalıdır. Yay yolunun 1.2 mm civarında değeriyle 3935 N’ luk baskı kuvveti sağlayacak bir yastık yayın, kavrama için yeterli yumuşaklığı sağlayacağı uygun görülmüştür. Bu amaca uygun olarak; gerek ön görülen yay karakteristiğini sağlayacağı, gerekse ekonomik olacağı düşünülerek disk sacın tasarımının Şekil 6.3’ tekine benzer bir şekilde yapılmasına karar verilmiştir.

Bu noktada yastık yayın verdiği kuvvetin deformasyona göre nasıl değiştiğinin, diğer bir deyişle yastık yayın karakteristik eğrisinin tespiti önemlidir. Benzer konstrüksiyonların deneyler sonucu saptanmış eğrileriyle yapılan karşılaştırmalar sonucunda seçilen elastik diskin yay karakteristiğinin Tablo 6.1’ deki değerlere uygun olarak şekilleneceği saptanmıştır.

Tablo 6.1 Yastık yayın verdiği kuvvetin deformasyona göre değişimi
Yastık Yayın Şekil Değişimi (mm) Baskı Kuvveti (N)
0 0
0.2 100
0.25 160
0.35 480
0.5 850
0.75 1600
0.9 2300
1 2600
1.23 3435

Tablodaki değerler ışığında; baskı kuvveti (F) ile yastık yayın deformasyonu (x) arasında aşağıdaki ampirik bağıntı elde edilmiştir:

F = -1609.6×3 + 4337.3x 2- 95.886x

Buna göre; tasarlanan yastık yayın karakteristik eğrisi Şekil 6.5’ te gösterilmiştir.

Şekil 6.5 Yastık Yayın Karakteristik Eğrisi

Kavramanın karakteristik eğrilerini gösteren Şekil 4.1 ve Şekil 4.2 diyagramları, kavrama diski içerisine yastık yay konmadan önceki durumu göstermektedir. Diğer bir deyişle, yeni ölçü eğrilerinde kavrama diski katı bir blok olarak kabul edilmiştir. Oysa balatalar arasına yastık yayın monte edilmesinden sonra, kavrama diskinin katı bir blok olarak kabul edilmesi söz konusu değildir. O halde tasarımın bu aşamasında baskı kuvvetinin baskı plakasının hareketine göre değişimini gösteren karakteristik eğrilere yastık yayın etkisi de ilave edilmelidir.

Kavrama çözülmüş durumdayken, kavrama diski üzerine herhangi bir kuvvet gelmemektedir. Bu durumda yastık yay dilimleri serbest haldedir. Kavramanın tutmaya başladığı nokta, baskı plakası ile balatanın temasından dolayı baskı kuvveti etkisiyle yastık yay dilimlerinin sıkışmaya başladığı noktadır. Baskı kuvveti arttıkça, yastık yay dilimlerinin dalgalı yapısı giderek yassılaşma eğilimi gösterir. Bu durum yastık yay karakteristik eğrisinde sıfır konumundan başlayarak artan kuvvet doğrultusunda yastık yayın deformasyonun artmasıyla açıklanır. Kavramanın tam tuttuğu durumda, yani tam baskı kuvveti (3934.932 N) altında, yastık yay dilimleri 1.23 mm sıkışarak yassılaşmış konuma gelir.

Debriyaj tam kavramış haldeyken baskı kuvveti Şekil 4.2’ de görüldüğü gibi 3434.932 N’ dur. Kavrama diski dilimleri (yastık yay dilimleri) ise tam sıkışmış durumdadır. Bu durum Şekil 6.5’ daki eğrinin sağ en üstündeki noktayı temsil etmektedir. Kavrama ayrılmaya başladığı anda baskı kuvveti de giderek azalmaya başlayacaktır. Kavramanın ayrılma sürecinde, baskı plakasının konumu giderek kavrama diskinden uzaklaşacağı için Şekil 4.2’ deki eğride x ekseni üzerinde sağa doğru gidilirken, Şekil 6.5’ daki eğride yastık yay giderek açılacağından x ekseni üzerinde sola doğru gidilecektir. Sonuç olarak, kavramanın karakteristik eğrisi üzerinde yastık yayın etkisi gösterilecek olursa, Şekil 6.5’daki eğri Şekil 4.2’ deki eğri üzerine ters çevrilerek uygun şekilde oturtulmalıdır. Bu şekilde elde baskı kuvveti diyagramı Şekil 6.6’ da görülmektedir.

Şekil 6.6 Yastık Yayın Etkisiyle Birlikte Baskı Yükü Eğrisi

Şekil 6.6’ de görülen yastık yay eğrisi, kavramanın çözülmesi süresince baskı kuvvetinin bir kısmının yenilmesine yardımcı olur. Böylelikle kavramanın tutması esnasında baskı kuvvetinin dereceli bir şekilde artmasını sağlayarak kavrama olayını yumuşatır.

6.2 BALATA

Balatalar, kavrama diski takımının volana ve baskı plakasına sürtünen yüzeyleri olup bunlar bilezik şeklinde hazırlanarak kavrama disklerine perçinlenir, preslenir veya yapıştırılırlar [3]. Preslenme ya da yapıştırılma durumları daha çok yarış arabalarında tercih edilmekte olup Fiat Doblo 1.9 Diesel için tasarlanan kavramada balatalar kavrama diskine perçinlenmiş durumdadır.

Balatanın sürtünme yüzeyine açılmış olan kanallara giren hava, kavrama serbest duruma geldiği zaman diskin volan veya baskı plakasına yapışmasını önler. Aynı zamanda, kanallar kavrama diskinin volan ve baskı plakası yüzeyine iyi bir şekilde temas etmesini, aşınmayla meydana gelen tozların uzaklaştırılmasını ve sürtünen yüzeylerin soğumasını kolaylaştırır [1]

6.2.1 Malzeme Seçimi

Bir debriyaj tasarımında önemli parçalardan birini teşkil eden balatalardan beklenen özellikler aşağıdaki gibi sıralanabilir:

1. Yüksek sürtünme katsayısı
2. Sürtünme katsayısının sıcaklık veya yüzey basıncına göre fazla azalmaması
3. Uzun ömürlülük
4. Tatmin edici kavrama kalitesi
5. Dönen kütlenin minimum olması
6. Malzemelerin işlenebilmesi
7. Yüksek performans
8. Ekonomiklik [2]

Yukarıdaki bilgilerden yola çıkarak balata malzemesinin seçiminde ya da diğer bir deyişle balata kalitesinin tespitinde birçok parametrenin dikkate alınması sonucu çıkarılabilir. Balata malzemesinin seçiminde öncelikle aşağıdaki sorulara yanıt aranması gerekir:

1. Balata malzemesi maksimum hangi sıcaklıkta kullanılacaktır?
2. Balatadan arzu edilen sürtünme katsayısı değerleri hangi mertebededir?
3. Balata hangi karşı malzemeler ile kullanılacaktır?
4. Balata hangi yüzey basınçlarında kullanılacaktır?
5. Sürtünme yüzeylerinde meydana gelecek kayma hızlarının değerleri nelerdir?
6. Balata malzemesinin ısı iletimi ne olmalıdır?

Öncelikle, balataların en azından 300 C sıcaklığa dayanabilmeleri ve kullanılan bağlayıcı maddenin yüksek sıcaklıklarda dahi yumuşayarak bağlayıcı özelliğini kaybetmemesi gerekir. Bu nedenle duroplastik reçineler, fenol veya kresol reçineler, vulkanize edilmiş elastomerler, çeşitli kauçuk tiplerinden veya kauçuk ile reçine karışımlarından bağlayıcı maddenin seçimi yapılır. Bağlayıcı maddeler sıcaklığa karşı dayanıklı olmadıklarından, balata karışımında imalat tekniği yönünden aşırıya kaçmayacak şekilde, gerekli olduğu kadar kullanılırlar. Bağlayıcı maddeler veya birleşimleri sadece 180 C sıcaklığa kadar dayanabildiklerinden katkı maddeleri ile sıcaklığa olan dayanıklılık artırılır. Katkı maddeleri sürtünme malzemesi olmayıp sadece sürtünme malzemelerinin genel olarak kuvvetlendirilmelerinde kullanılan ilave maddelerdir. Metal katkı maddelerinin kullanılmalarının sebebi, kötü ısı iletkeni olan balata malzemesinin sürtünme yüzeyinde meydana gelen ısının mümkün mertebe uygun bir şekilde balatanın içine dağılarak meydana gelecek termik gerilmelerin azalmasına yardımcı olmalarıdır. Bu şekilde balata disklerinin konik olarak çarpılmaları ve balata çatlamaları önlenmiş olmaktadır. İyi bir ısı dağılımı ile sürtünme yüzeyi ısı değerinin düşmesi ve bunun neticesi olarak aşıntının azalması mümkün olabilmektedir. Katkı maddesi olarak fazla miktarda çinko ihtiva eden bazı balata çeşitleri, ulaşmış oldukları iyi bir ısı iletimi ile çok iyi kalkış özellikleri ve sabit sürtünme katsayısı vermekle beraber, bunların kullanılmaları çinkonun erime derecesi sebebiyle bazı belirli sınırları aşmamaktadır.

Balataların içerisinde kullanılan katkı maddeleri oksitli ve oksitli olmayan katkı maddeleri olmak üzere ikiye ayrılır. Oksitli olmayan katkı maddeleri kurum, grafit, kurşun sülfid, ince taneli demir, pirinç tozu ve bronz granüldür. Oksitli katkı maddeleri ise silisyum oksit, demir oksit, magnezyum oksit ve kalsiyum oksittir. Katkı maddesi olarak asbest özel bir yer kaplamaktadır. Lifli yapısı, fevkalede elastikliği ve sıcaklık mukavemeti nedeniyle asbest vazgeçilmeyecek bir malzemedir. Asbestle aynı değerde olan başka bir malzeme yoktur. Asbest, 500 C sıcaklığın üzerinde mukavemetinin bir kısmını, liflerin yapısı değişmeden kaybetmektedir. Kimyasal yönden asbest bir magnezyum silikattir. Bugün, balata endüstrisi dünya üzerinde bulunan asbest çeşitlerinden sadece Chrysotil-Asbest’ i kullanmaktadır. Çünkü, bu asbest yapılan yol ve laboratuar denemeleri sonucunda en iyi sonucu vermiştir.

Bütün bu üstün özelliklerine rağmen asbest malzemesi sağlığa zararlıdır. Akciğerlere giren asbest tozu akciğer hastalıklarına sebep olmaktadır.

Günümüzde araç imalatında genel olarak organik balatalar kullanılmakla beraber, metalik ve keramik tabanlı organik lifler ile asbestin fevkalade özelliklerini verebilecek yeni malzemelerin geliştirilmesine çalışılmaktadır. Keramik yüksek basınçlara, aşınmaya, sıcaklığa dayanıklı ve iyi sürtünme özellikleri veren bir malzeme olmasına rağmen sert ve kırılgan bir malzeme olduğu için saç bir malzeme üzerine sinterlenmekte ve perçinlenerek balata malzemesi olarak kullanılabilmektedir. Bütün sürtünme yüzeylerinin keramik balata ile sinterlenmesi hem maliyet hem de malzemenin yüksek yüklenebilme özelliği sebebiyle hiç uygun değildir [3].

Tasarımı yapılan debriyajda balata malzemesinin seçiminde öncelikle malzemenin sıcaklığa dayanımının iyi olmasına dikkat edilmiştir. Çünkü ısıl gerilme analizi sonucunda kısa süreler için de olsa yüzey sıcaklıklarının nispeten yüksek değerlere ulaştığı görülmüştür. Böyle bir yaklaşımla, balatanın malzemesinin ısıya karşı dayanıklı olan asbest-fiber ile yapışmayı sağlayan özel maddelerin karışımından oluşturulmasına karar verilmiştir. Asbestin kullanımıyla birlikte sürtünme yüzeyinde yüksek enerji kapasitesi sağlanmıştır. Ayrıca asbest diğer malzemelerle kolayca homojen karıştırılabilir. Ek olarak; asbest malzemesi volan ve baskı plakası yüzeylerini daha az aşındırıcı bir özelliğe sahiptir. Çekme dayanımını arttırmak için pirinç tel ilave edilmesine karar verilmiştir. Bu tip bir balatanın dökme demir bir yüzeyle sürtünme katsayısı 0.28 ile 0.30 arasında değişmektedir [1].

6.3 BURULMA YAYININ SEÇİMİ

İçten yanmalı bir motorun düzgünsüzlüğü, belirli devir sayılarında ve çalışma durumlarında, ait olduğu araç parçalarında bazı gürültüler çıkaracak şekilde tesir edebilir. Meydana gelen bu gürültüler çok kere beraberce yüksüz çalışan dişli gruplarında rezonans titreşimlerine sebep olabilir.Aynı zamanda yük altında bulunan vites kutusu parçaları da kuvvetli bir şekilde titreşerek bir gürültü kaynağı haline gelebilirler. Bu sebeple motor ile vites kutusu arasına bir söndürücü sisteminin yerleştirilmesi uygundur. Kavrama diski, meydana gelen bu dairesel titreşimlerin söndürülmesi için en uygun yerdir. Kavrama diski üzerine yerleştirilen burulma yayları vasıtasıyla bu titreşimler söndürülür. Dolayısıyla burulma yayının seçimi tasarım aşamasında üzerinde özenle durulması gereken bir noktadır [3].

6.3.1Burulma Yay Katsayısının Seçimi İçin Hesaplar

Yayın seçimi için yapılması gereken hesaba geçilmeden önce bazı kabullerin yapılması gerekir. Öncelikle burulma yayı doğrusal titreşim yapan bir yay gibi düşünülebilir.Ayrıca yayın radyal yöndeki hareketi ihmal edilebilir boyutta olduğu için bu hareket doğrusal bir hareket olarak kabul edilebilir. Bu basit kabuller sayesinde burulma yaylarının eşdeğer yay sabiti ( ) basit bir şekilde formülize edilebilir. Basit formülasyon hesaplar açısından kolaylık sağlar. Yayın radyal yönde çizdiği çember yayı bir doğru olarak kabul edildiği için bu doğrunun uzunluğu (x) 6.1 denkleminde gösterilmiştir.

(6.1)
: burulma yayının merkezinin kavrama diski merkezine uzaklığı
θ : yayın radyal yöndeki açısal hareket açısı

Bir tane burulma yayının enerji denklemi doğrusal yayın enerji denklemi gibi denklem 6.2 de yazılmıştır.
(6.2)

6.2 denklemi de 6.3 denkleminde gösterilen burulma yayının enerji denklemine eşitlenirse bir tane burulma yayının yay sabiti formülize edilmiş olur.

(6.3)
: bir tane burulma yayının yay sabiti

Yukarıdaki denklem çözülürse 6.4 denklemideki gibi bulunur.

(6.4).

Burulma yaylarının toplam eşdeğer sabiti ( ) 6.5 denklemindeki gibi bulunur.

(6.5)

Fiat Doblo 1.9 D için tasarlanan kavrama diskinde 4 tane burulma yayı olduğu gözönünde bulundurulursa; 6.5 denklemine gore aşağıdaki gibi bulunur.

Burulma yaylarının doğal frekansı ( ) 6.6 denklemindeki gibi ifade edilir.

(6.6)
: burulma yayıyla beraber döenn kütlelerin atalet momenti.
(boyutsuz özgül frekans) 6.7 denklemindeki gibi bulunur.
(6.7)
: motordan gelen uyarı frekansı

Yukarıdaki denklemlerde bulunan ifadeler 6.7 denkleminde yerine konulursa 6.8 denklemi elde edilir.

(6.8)

Titreşimin sönümlenebilmesi için boyutsuz özgül frekans değerinin ’ den büyük olması gerekmektedir.

Ayrıca yay sabiti ( ) 6.9 denklemindeki gibi ifade edilebilir.
(6.9)
: kayma modülü sayısı
: her iki uçtaki yarım sarımlar dışındaki efektif sarım sayısı
Yay çeliği için = ve 6 olarak alınır [9] [10].

6.3.2 Yay Katsayısının Tayini

Öncelikle şu bilinmelidir ki (kangal çapı), d(tel çapı) ve burulma yayının merkezinin kavrama diski merkezine uzaklığı tasarım için yay katsayısı tayin edilirken konstrüktör açısından değiştirilebilir boyutlardır ve keyfe göre seçilebilir. Eğer seçilip bir yay katsayısı belirlendikten sonra belirlenen yay katsayısı tasarım açısndan sönümleme ve mukavet problemi yaratıyorsa bu değerlerle tekrar değiştirilme yapılıp uygun bir yay katsayısı ve yay boyutu belirlenir. Sağduyu ve mühendislik bilgileri kullanılarak uygun sonuca gidilebilir. Fiat Doblo için tasarlanan mekanik taşıt kavramasında 19 ve 3 olarak alınmıştır.
Seçilen ve sayısı 6.9 denkleminde yerine konulursa 29.9 bulunur.

6.3.3 Titreşim Açısından Kontrol

Titreşim açısından kontrole geçmeden önce aşağıdaki önemli boyutların tayin edilmesi gerekmektedir.

6.3.3.1 Motordan gelen uyarı frekansının tayini

Fiat Doblo içten yanmalı dört zamanlı dört silindirli 1.9 Dizel motoruna sahiptir. Dört zamanlı motorun çalışma prensibine bağlı olarak her silindirde iki turda bir ateşleme olur. Dolayısıyla dört zamanlı ve dört silindirli bir motorda krank mili çıkışında her turda iki tane darbe olur ki bu da tasarım açısından kritik bir değer olan maksimum motor devrininin ( ) ikinci mertebesinde önemli bir harmonik beklenmektedir. Kısım 3.1 e bakarsak motorun maksimum devir sayısının 4750 olduğunu görürüz. Demek ki motordan gelen uyarı frekansı ( ) 9500 olmaktadır.

6.3.3.2 Mesafesinin Tayini

Yay seçiminin ilk aşamasında , 50 olarak alınabilir. Gerekli hesaplar yapıldıktan sonra bu değer titreşim sönümleme açısından bir sorun teşkil ediyorsa bu değerin değiştirilmesi yoluna gidilebilir.

6.3.3.3 İndirgenmiş Eylemsizlik Momentini Tayini

Normalde mekanik taşıt kavraması modeli titreşim problemi açısından lineer olmayan bir model teşkil etmektedir. Fakat hesapların kolaylığı açısından titreşim problemi lineer bir problemmiş gibi incelenebilir. Eşdeğer eylemsizlik momenti bulunurken burulma yayının monte edildiği kavrama diskiyle beraber dönen bütün kütlelerin ayrı ayrı eylemsizlik momenti için ayrık fonksiyonlar tanımlanır. Fakat bu fonksiyonların hepsini hesaba katmak tasarımı çıkmaza sürükleyeceğinden dolayı kabaca 6.10 denklemindeki gibi ifade edilebilir.

(6.10)

Bir taşıtta burulma yayıyla beraber hareket eden parçalar krank mili, volan, kavrama kapağı, baskı plakası, kavarma diski, muylu, şaft, dişli kutusu, diferansiyel, tekerlekler ve aracın kendisidir. Fakat volanın haricindeki parçaların eylemsizlik momentleri volanın eylemsizlşik momenti yanında ihmal edilebilir boyutlarda olduğu için hesaba katılmaz. O zaman olarak alınabilir.

1900 ağırlığındaki Fiat Doblo için ’dir.

Bir burulma yayının belirli genlikteki bir titreşimi söünmleyebilmesi için boyutsuz özgül frekansın değerinden büyük olması gerekmektedir.

6.8 denkleminde tayin edilen değerler yerine konulduktan sonra boyutsuz özgül frekansın ’ den büyük olduğu bulunur. O zaman seçilen değerlerin titreşinm sönümleme problemi açısından bir sorun teşkil etmediği görülür. Fakat bu yay malzemesinin maksimum motor momentinden kaynaklanan zorlanmaya karşı mukavim olması gerekmektedir. Dolayısıyla mukavemet açısından da bu yayın kontrol edilerek uygun malzeme seçilmesi yoluna gidilmelidir[9].

6.3.3.4 Yay Malzemesinin Seçimi ve Mukavemet Kontrolü

Mukavemet açısından kontrol için yapılması gerekan hesaplara geçilmeden önce bir malzeme seçilmesi gerekir. Daha sonra meydana gelen zorlanma hesaplanarak seçilen malzemenin bu zorlanmaya karşı dayanıp dayanmadığı saptanabilir. Eğer seçilen yay malzemesi mukavemet açısından sorun teşkil ediyorsa yay malzemesini değiştirme yoluna gidilmelidir. Fiat Doblo için tasarlanan mekanik taşıt kavraması için yay malzemesi olarak 66Si7 seçilmiştir. Tablo 6.2’ ye göre 66Si7 malzemesinin kopma dayanımı
σK =1400 ’dir.

Tablo 6.2 Yay Çeliklerinin Mekanik Özellikleri

Buna göre emniyet gerilmesi σK (6.11)

’dir.

: emniyet kayma gerilmesi

Burulma yayları motordan gelen döndürme momentinin etkisiyle burulmaya zorlanmaktadır.Dolayısıyla yayın kesitinde kayma gerilmeleri oluşmaktadır. Öyleyse burulma yaylarının bu zorlanmaya karşı dayanıklı olabilmesi için denklem 6.12’ deki eşitsizlik sağlanmalıdır.

(6.12) [3]
: düzeltme faktörü
: maksimum motor momenti
: kangal çapı
: tel çapı
burulma yayının merkezinin kavrama diski merkezine uzaklığı

Burada dikkat edilmesi gereken bir husus vardır . Eğer burulma yayları doğrusal olarak dizilmiş olsalardı.Tek bir yayın kontrolü yapılırken yaylara gelen kuvvetin dörde bölünmesi gerekirdi. Fakat bu yaylar kavrama diski üzerinde sanki bir çemberin etrafında dizilmiş gibi oldukları için motor momenti dolayısıyla oluşan çevresel kuvvet her yaya eşit olarak dağılmaktadır. Dolayısıyla yaylara gelen zorlama kuvvetinin yay adedine bölünmesi gerekmemektedir.

Yukarıdaki formülde (düzeltme faktörü) oranına göre Şekil 6.7’ den okunur. Bu tasarım için = 6.30 ‘tür. .Dolayısıyla Şekil 6.7’ ye göre 1.2.’dir. Taşıtın maksimum motor momenti Kısım 3.1’e bakılarak 118 olduğu görülür.

Tayin edilen değerler 6.12 nolu denklemde yerine konulursa.. bulunur. Bu değer ’ten küçük olduğu için malzeme motorun maksimum momentinden kaynaklanan zorlanmaya karşı dayanıklı olup tasarım için uygun bir malzemedir

Şekil 6.7 Gerilme Düzeltme Faktörü Diyagramı

6.4 Balata Takımının Komple Modellenmesi

Balata takımının önemli parçaları hakkında önceki bölümlerde bahsedildi. Aşağıda balata takımının komple model resimleri gözükmektedir.

Şekil 6.8 Komple Balata Takımı Kesit Resmi

Şekil 6.9 Komple Balata Takımı Montaj Resmi

Şekil 6. 10 Komple Balata Takımı Malzeme Tanıtılmış Montaj Resmi

BÖLÜM 7 GERİLME ANALİZİ

Tasarlanan mekanik kavrama sisteminde en çok zorlanan parça kavramanın kapağıdır. Dolayısıyla gerilme analizinin en kritik parça olan kavrama kapağı üzerinde yapılması uygun görülmüştür.

Solid Works 2003 programında modellenen debriyaj sisteminin gerilme analizi Cosmos Works programıyla yapılmıştır. Kavramanın işleyişi esnasında kavrama kapağına, diyafram yayla şekil bağı oluşturduğu bölgeden büyük bir kuvvet gelmektedir. Bunun yanında; şerit yaylar aracılığıyla baskı plakasından kavrama kapağına moment aktarımı olmaktadır. Bu momentin büyüklüğü, tırnaklar üzerinden gelen kuvvetlerin yanında ihmal edilebilecek düzeyde olup gerilme analizinde hesaba katılmamıştır.

Yapılan analiz, statik koşullar gözetilerek meydana getirildiği için pratikte ekstradan oluşacak statik yüklemeleri ve dinamik yüklemeleri kapsamamaktadır.

Kapağın malzemesi C 1010 çeliği olarak seçilmiştir. Cosmos Works programında kapağın malzemesi ile kuvvetin büyüklüğü, yönü ve uygulama noktası tanımlandıktan sonra elde edilen sonuçlar aşağıdaki şekillerde görülmektedir.

Maksimum von Mises gerilme kriterine göre yapılan çözümde, akma geilmesi baz alınmıştır. Bulunan sonuçlara göre, en kritik bölgedeki emniyet faktörü 1.12 olarak bulunmuştur (Şekil 7.3).

Gerilme analizi sonucunda elde edilen grafiklerden birkaçı aşağıdaki şekillerde görülmektedir.

Şekil 7.1 Kavrama Kapağında Kuvvet Sonucunda Uzama Miktarları

Şekil 7.2 Kavrama Kapağındaki Gerilme Miktarlarının Değişimi (N/mm2)

Şekil 7.3 Kavrama Kapağında Emniyet Katsayısının Değişimi

BÖLÜM 8 SONUÇLAR VE TARTIŞMA

Bu çalışmada Fiat Doblo için tasarlanmış olan mekanik kavramanın önemli parçaları anlatıldı ve Solid Works 2003 programında modellenmiş resimleri verildi. Sonuçlar kısmına geçmeden önce aşağıda bu çalışmada tasarlanmış olan mekanik taşıt kavramasının tüm elemanlarının Solid Works 2003 programında modellenmiş, bütün elemanlarının beraber bulunduğu montaj resmleri verilmiştir.

Şekil 8.1 Mekanik Taşıt Kavraması Malzeme Tanımlanmış Montaj Resmi

Şekil 8.2 Mekanik Taşıt Kavraması Montaj Şekil 8.3 Mekanik Taşıt Kavraması Kesit Resmi Malzeme Tanımlanmış Kesit Resmi

Şekil 8.4 Mekanik Taşıt Kavraması Montaj Resmi

Kavrama sisteminin tasarımında diyafram yayla kavrama kapağı arasında oluşturulan şekil bağının önemi büyüktür. Diyafram yayın kavrama kapağıyla temas ettiği nokta üzerinden diyafram yayın dönme çemberi elde edilir. Geleneksel kavrama tasarımlarında, özel perçinlerle gövdeye tutturulan iki tel bilezik ile diyafram yayın dönme çemberi belirlenmekte, böylelikle manivela oranı oluşturulmaktadır [3]. Fakat Fiat Doblo 1.9 Diesel için tasarımı yapılan kavramada, kavrama kapağının iç çapından itibaren tırnak şeklinde uzantılar oluşturulmuş, diyafram yay kavrama kapağı içerisine oturtulduktan sonra bu tırnakların diyafram yayın yarıklarından geçirilerek bükülmesiyle birlikte araya da bir tel bilezik sıkıştırılarak diyafram yay ile kavrama kapağının dayanak noktası belirlenmiştir. Geleneksel tipten farklı olarak perçin ve bir tel bileziğin kullanımı ortadan kaldırılmış, böylelikle gövdenin rijitliği artırılmıştır. Ayrıca böyle bir uygulamayla daha büyük bir manivela oranı elde edilebilmiştir. Böylelikle aynı baskı kuvveti için ayırma yatağına, dolayısıyla pedala gelen kuvvetin azaltılması sağlanırken, öte yandan aynı baskı kuvveti için ayırma yatağının hareket miktarı artmıştır.

Bir kavrama sistemini karakterize eden en önemli büyüklükler baskı kuvveti ve manivela oranıdır. Baskı kuvvetinin doğru seçimi, moment tam olarak aktarılması açısından önemlidir. Manivela oranı da ayak pedalına gelen kuvvetle doğrudan ilişkili olduğundan ayrı bir öneme sahiptir. Kavramanın ayrılması esnasında; debriyaj pedalına uygulanan kuvvet belirli bir çevrim oranıyla çarpıldıktan sonra baskı bilyası tarafından diyafram yayın ayırma parmaklarına uygulanmakta, böylelikle diyafram yayın bu kısmı içeriye doğru basılmaktadır. Bu kısım içeriye doğru basıldıkça kavrama kapağı tarafından oluşturulan manivela kolunun etkisiyle, diyafram yayın baskı plakasıyla temas ettiği bölge de dışarıya doğru hareket etmektedir. Böylelikle diyafram yayın baskı plakasına uyguladığı kuvvet azalmaktadır.

Kavramanın fonksiyonunu görmesinde, ayırma yatağa gelen kuvvetin belirli bir baskı kuvveti için değişik değerler almasını önlemek açısından manivela kolunun sabit kalması önemlidir. Bu bakımdan, manivela kolunu oluşturan temas noktalarının sabit kalması gerekmektedir. Bu amaca yönelik olarak, baskı bilyasının temas yüzeylerinin küresel olacağı düşünülerek diyafram yayın ayırma parmaklarının uçları düz olarak tasarlanmıştır. Günümüzde üretilen debriyaj sistemlerinde bunun tam tersi durum da söz konusu olabilmektedir. Yani, diyafram yayın ayırma parmaklarına küresel bir form verilerek baskı bilyasının temas yüzeyleri düz olarak imal edilebilmektedir.

Kavramanın karakteristiği üzerinde, kavrama diski sacına dalgalı bir form verilerek elde edilen yastık yay etkisinin de çok olumlu bir etkisi vardır. Yastık yayın etkisinin daha net bir şekilde görülebilmesi açısından yastık yay yokken ve yastık yay varken ki durumlar aşağıdaki kısımlarda eğriler üzerinde karşılaştırılmalı olarak verilecektir.

Tasarlanan debriyaj sisteminde, manivela oranı 3.3 olarak belirlenmiştir. Teorik olarak, baskı plakasının hareketine göre ayırma yatağının hareketi sadece manivela oranına bağlı olarak gerçekleşir. Yani, ayırma yatağının hareket miktarı baskı plakasının hareket miktarının 3.3 katı kadar olacaktır. Ancak gerçekte durum farklıdır. Kavrama diski sacına dalgalı bir form verilmemiş, yani yastık yay etkisi yaratılmamış durumda, kavrama sistemindeki çeşitli parçaların deformasyonu ya da direnci nedeniyle ayırma yatağının ilk birkaç milimetrelik hareketinde baskı plakasında gözlemlenen hareket miktarı çok az olacaktır. Diğer bir deyişle, baskı plakasının harekete geçmesinde bir gecikme gözlenecektir. Tasarımı yapılan kavramada, ayırma yatağının ilk 2.25 mm’ lik hareketinde baskı plakasının yalnızca 0.2 mm hareket edeceği varsayılmıştır. Baskı plakası ile ayırma yatağının hareketleri ancak bu gecikmeden sonra manivela oranıyla orantılı olarak gerçekleşecektir. Bu durum Şekil 8.5’ de görülmektedir.

Tasarımı yapılan debriyaj sisteminde olduğu gibi; yastık yaylı sistemlerde yastık yay, debriyajın çözülmesi süresince baskı kuvvetinin bir kısmını yenerek kavramayı yumuşatmaktadır. Böylelikle; yastık yayın Şekil 8.5 üzerindeki etkisi, baskı plakasının daha erken hareket etmesini (kalkmasını) sağlamak şeklinde olacaktır. Bu bağlamda tasarlanan kavrama sisteminde baskı plakasının ayırma yatağına göre hareketi Şekil 8.6’ daki gibi saptanmıştır.

Şekil 8.5 Yastık Yay Etkisi Yokken Ayırma Yatağı ve Baskı Yatağı Hareketlerinin Değişimi

Kavramayı ayırmak için gerekli olan ayırma yatağı kuvveti de baskı kuvveti ve manivela kolunun oranına bağlıdır. Ayırma yükü karakteristik eğrisindeki değerler baskı yükü eğrisindeki değerlerin manivela oranına (3.3) bölünmesiyle elde edilir. Yastık yay etkisi yokken ayırma yükü karakteristik eğrisinin şekli, Şekil 4.2’deki baskı yükü eğrisini andırır. Şekil 8.7’ de ayırma yükü serbest hal, yeni ölçü eğrileri ve aşınmanın etkisi görülmektedir. Kavrama diskinin aşınma miktarı arttıkça şekilde görüldüğü gibi yeni ölçü eğrisi serbest hal eğrisi üzerinde sola doğru hareket edecektir.

Yastık yay etkisi yokken ayırma yatağının ilk 2.25 mm’ lik hareketinde baskı plakasının 0.2 mm hareket ettiği varsayılmıştı. Buna göre ayırma yatağı 2.25 mm’ lik hareketinden sonra baskı kuvvetini yenmeye başlayacaktır. Bu durum baskı kuvveti ve ayırma kuvveti karakteristiklerinin beraber gösterildiği Şekil 8.8’ ten kolaylıkla görülebilir.

Şekil 8.6 Yastık Yay Etkisi Varken Ayırma Yatağı ve Baskı Yatağı Hareketlerinin Değişimi

Yastık yay etkisi yokken ayırma yatağının ilk 2.25 mm’ lik hareketinde baskı plakasının 0.2 mm hareket ettiği varsayılmıştı. Buna göre ayırma yatağı 2.25 mm’ lik hareketinden sonra baskı kuvvetini yenmeye başlayacaktır. Bu durum baskı kuvveti ve ayırma kuvveti karakteristiklerinin beraber gösterildiği Şekil 8.8’ ten kolaylıkla görülebilir.

Ayırma kuvveti, mekanik kavramanın araç sürücüsü bakımından en önemli olan karakteristiğidir. Çünkü, ayırma kuvveti pedal kuvvetiyle doğrudan ilişkilidir. Daha büyük ayırma kuvveti daha yüksek pedal kuvvetlerini gerektirir. Debriyaj pedalına basıldığı zaman pedal kuvveti Şekil 8.7’ e bağlı olarak ilk olarak yükselmeye başlar. Daha sonra belli bir pedal strokundan sonra pedal yükü azalmaya başlar. Bu özellik de diyafram yayın ayırıcı bir özelliğidir. Eğer kavramada helezon yay kullanılmış olsaydı debriyaj pedalına basıldıkça istenmeyen bir şekilde pedal yükü de artacaktı.

Şekil 8.7 Yastık Yay Yokken Ayırma Yükü Aşınma Eğrileri

Şekil 8.8 Baskı Kuvveti ve Ayırma Kuvveti Karakteristiklerinin Beraber Gösterilmesi (Yastık Yay Etkisi Yokken)

Ayırma kuvvetinin karakteristiğinde yastık yayın etkisi büyük bir önem arz etmektedir. Yastık yayın etkisiyle birlikte ayırma kuvvetinin maksimum değerinde bir azalma gözlenir. Yastık yay olması durumunda ayırma kuvvetinin karakteristiği hesaplanırken yastık yay yokken ki ayırma kuvveti karakteristik eğrisinden yastık yay karakteristiğinin ters çevrilmiş halinin ayırma kuvveti diyagramına etkisi çıkarılmıştır. Bu etkiyi göstermek üzere yastık yay varken ve yokken ki ayırma kuvveti eğrileri karşılaştırma maksadıyla Şekil 8.9 ‘ da verilmiştir. Disk yaylanması maksimum ayırma kuvvetini azaltıcı yönde etki yaparken, disk üzerinden ölçülen maksimum baskı kuvveti değişmemektedir.

Şekil 8.9 Disk Yaylanmasının Olduğu ve Olmadığı Durumlardaki Ayırma Kuvvetlerinin Karşılaştırılması

Son olarak, kavramının çözülmesi sırasında baskı kuvvetinin azalması olayının ayırma yatağı hareketine göre nasıl değiştiği disk sacı dalgalı hale getirilmeden ve getirildikten sonraki haller için karşılaştırılacaktır. Yastık yay yokken ayırma yatağına basıldıkça ilk 2.25 mm içerisinde baskı kuvveti doğrusal olarak azalma gösterecek, fakat baskı plakası hareketi ihmal edilebilecek şekilde 0.2 mm olacaktır. Ayırma yatağının 2.25 mm’ lik hareketinin sonunda ise baskı kuvveti sıfıra düşerek baskı plakası kavrama diskinden tamamen ayrılacaktır. Diskin yaylanma durumunda ise ayırma yatağına kuvvet uygulandıkça baskı kuvveti yastık yaylar etkisiyle bir yumuşama etkisi gösterecek ve baskı kuvvetinin sıfıra düşmesi ayırma yatağının yaklaşı 4 mm’ lik hareketinde gerçekleşecektir. Bu durumlar Şekil 8.10 ve Şekil 8.11’ de açık bir şekilde gösterilmektedir.

Şekil 8.10 Disk Yaylanması Yokken Baskı Kuvvetinin Ayırma Yatağı Hareketine Göre Azalışı

Proje kapsamında çizilen eğrilerde histeresiz etkisine yer verilmemiştir. Normalde baskı kuvveti ve ayırma kuvveti eğrileri histeresiz etkisini gösterecek şekilde ayrılma ve kavrama süreçleri için ayrı ayrı çizilir.

Ayrıca proje kapsamı içerisinde aşınma durumundan söz ederken sadece balataların aşınmasından bahsedilmiştir. Kullanımda, balataların aşınması bütün parçalar arasında en temel ve önemli aşınma durumunu teşkil eder. Bununla birlikte, çalışma esnasında diğer bazı parçalarda da bazı aşınma durumları baş göstermektedir. Balata dışında, diyafram yay ve baskı plakası aşınmadan en çok etkilenen elemanlardır.

Şekil 8.11 Disk Yaylanması Varken Baskı Kuvvetinin Ayırma Yatağı Hareketine Göre Azalışı

Aşınmadan ötürü diyafram yayında yorulma gerçekleşirse, bu olay toplam baskı kuvvetinin azalmasına yol açabilir. Bu durum da mekanik kavrama sisteminin ömrüne olumsuz etki yapar. Benzer şekilde, baskı plakası ya da volanda gerçekleşebilecek herhangi bir aşınma kavramanın karakteristiklerinde değişime yol açabilir.

KAYNAKLAR

[1] SAE Handbook, USA: Society of Automotive Engineers, 1954.

[2] SHAVER, R.ay, Manual Transmission Clutch Systems,
U.S.A.: Society of Automotive Engineers, 1997.

[3] DEMİRSOY, Prof. Dr. Mustafa, Motorlu Araçlar Cilt 1,
İstanbul: Birsen Yayınevi, İkinci Baskı, 1998.

[4] ANLAŞ, İbrahim, Şasi II “Aktarma Organları”,
İstanbul, Milli Eğitim Basımevi, Üçüncü Basılış, 1990.

[5] AKKURT, Mustafa, Makina Elemanları Cilt 1,
İstanbul: Birsen Yayıncılık, 1999.

[6] ROTHBART, Harold A., Mechanical Design & Systems
Handbook, U.S.A.: Mc Graw-Hill International Editions,
Second Edition, 1985

[7] TUNÇ, Prof. Dr. Murat, Isı Transferi,
Kadıköy-İstanbul: Doğa Yayıncılık, Ekim 2001

[8] INCROPERA, F., Isı ve Kütle Geçişinin Temelleri,
İstanbul: Literatür Yayınları, 2001

[9] GÜNEY, Ahmet, Taşıtlarda Titreşim ve Gürültü Ders Notları,
İ.T.Ü. Makina Fakültesi, 1998

[10] BOZACI, Prof. Dr. Atilla, KOÇAŞ, Dr. İlknur,
ÇOLAK, Arş. Gör. Özgen Ü., Makina Elemanlarının Projelendirilmesi, Beyoğlu-İstanbul: Çağlayan Kitabevi, 2000