Prof. Dr. N. Sefa KURALAY DİREKSİYON SİSTEMİ

DİREKSİYON SİSTEMİ

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY

DİREKSİYON SİSTEMİ

1. DİREKSİYON GEOMETRİSİ –Aksondan Yön Verme

Ön tekerleklere yön verilmesiyle araç belirli bir hareket yönüne zorlanır.

Motorlu araçlar aksondan yön verme sistemine sahiptir. Bu sistemde yön verilen bir tekerleğin aksonu yönlenme ekseni etrafında sola sağa doğru döner.

. .

.

a

j

.

b) Çeki okundan ön aksın dönmesiyle yapılan yönlendirme

a) Aksondan yön verme

Resim : Yön verme biçimleri

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 3

Ackerman Prensibi: Düşük hızlarda, yön verilen ön tekerleklerin akson eksenlerinin uzantılarının arka aksın orta ekseni uzantısı ile bir noktada (viraj merkezinde)

kesişmeleri durumunda araç virajı hatasız döner.

Viraj içindeki tekerlek dışındakine oranla daha fazla yönlenme açısı (direksiyon açısı) almıştır. Bu değer  kadardır ve bu durum yön verme trapezi ile sağlanır.

2 / j R tan _İ L

 



2 / j R tan _a L

 

 L

an j cot an

cot _a  _i 

;

Akson miline sabit olarak bağlı tekerlek iz kolları rot kolu ile doğrusal harekette bir trapez şeklini oluşturduğu için bu isim verilmiştir. İz kolu ve rot kolu mafsallı olarak birbiri ile bağlıdır. İz kolu ve rot kolu arasındaki açı > 90⁰ olduğu için ön tekerleklerin yönlenmesi esnasında viraj içindeki tekerlek daha fazla direksiyon açısı alır.

Resim : Yön verme trapezi ve tekerlek pozisyonları

Viraj yüksek bir hızla geçiliyorsa, tekerlekler artık çevrildikleri doğrultuda hareket etmezler, bilakis bu doğrultudan belirli bir açı altında sürüklenirler . Bu açıya diyagonal hareket açısı denilmektedir. Pnömatik lastikler, 15⁰ ...20⁰ arasındaki diyagonal hareket açılarında en yüksek yanal yönlenmeye sahip olurlar.

Diyagonal Hareket Açısı: Yuvarlanan bir tekerleğe bozucu kuvvetlerin yan kuvvet formunda tekerleğe etkimesi halinde, lastik tekerleğin zemine oturma yüzeyi lastiğin yanal elastikiyeti nedeniyle yana doğru kayar (yanal kayma). Tekerlek artık düşey yükün etkidiği düşey düzlem yönünde gitmeyip, bilakis bu düzlemden  açısı kadar sapmış düzlem de hareket eder, yani sürüklenir. Tekerleğin

yuvarlanma doğrultusu ile hareket doğrultusu arasındaki bu açıya diyagonal hareket açısı  denir.

Virajda hareket halinde her bir tekerleğin diyagonal hareket açısı farklı oluşur.

Resim : Diyagonal hareket

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY

Resim : Yüksek hızlı viraj hareketinde tekerleklerde oluşan diyagonal hareket açıları sonucu dinamik yönlenme ve dönme merkezi

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 6

Konuyu basitleştirmek için, ön ve arka tekerleklerde oluşan diyagonal hareket açılarının eşit olduğunu varsayalım ve aracı bisiklet modeli gibi düşünelim.

_Ö ön aks diyagonal hareket açısı, _A arka aks diyagonal hareket açısı olması durumunda yüksek hızla geçilen R yarıçaplı viraj ve direksiyon açısı arasında Ackerman prensibinden

) (

R L

Ö

 





 

R

tan   L

.

_Ö

_A

_Ö

_A

 L R

Resim : Aşırı döner özgül yönlenme

davranışlı bir araç belirli bir viraj

hareketinde az döner karakteristikli bir araca göre

daha düşük

direksiyon açısına ihtiyaç duyar.

Aşırı döner Az döner

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 7

Çok Döner Özgül Yönlenme: R yarıçaplı virajı geçmek için gerekli olan direksiyon açısının sabit tutulması halinde, çok döner karakteristikli bir araç sürücünün

inisiyatifi dışında daha düşük çaplı bir yörünge izleyerek virajın içine doğru yönlenir.

Az Döner Özgül Yönlenme davranışlı aracın karakteristik davranışı ise, bunun tam tersidir; R yarıçaplı bir virajı Ackerman prensibine göre düşük hızla geçmek için gerekli olan direksiyon açısı, aynı R yarıçaplı virajın yüksek hızla geçilmesi durumunda yeterli kalmamakta, araç daha fazla direksiyon açısı talep etmektedir.

Direksiyonun sabit tutulması durumda araç viraj dışına doğru yönlenir

Diğer bir deyişle az döner karakteristik davranışlı araç Ackerman kuralına göre R yarıçaplı virajı geçmek için ayarlanmış ve sabit tutulmuş bir direksiyon açısı ile yüksek hızlarda daha büyük çaplı bir virajı geçebilir .

Aracın virajdaki bu dinamik davranışında

• Lastik tipi, basıncı,

• Araç ağırlık merkezi konumu,

• Stabilizatör kullanılıp kullanılmaması,

• Aracın tahrik tipi, v.s

pek çok faktör rol oynamaktadır.

.

Aracın davranışının anlaşılması için basit olarak arka tekerleklerinin çok sert, yani düşük diyagonal hareket açılarında büyük yan kuvvetler aldığını veya taşıtın ağırlık merkezinin ön aksa çok yakın, hatta ön aksın üzerinde olduğunu farz edelim. Böyle bir araç dairesel bir yörünge üzerinde hareket ettiğinde doğacak merkezkaç kuvvetinin büyük bir kısmı ön aks tarafından karşılanacaktır. Yani sonuç olarak sadece ön aksta diyagonal hareket olsun. Bunun anlamı: Tekerlek direksiyon açısı sabit tutulursa, dönülen yarıçap büyür. Eğer aynı daire yayında kalınması isteniyorsa, tekerlek direksiyon açısının arttırılması gerekmektedir. Artan araç hızı ile tekerlek direksiyon açısının artırılması gerekiyorsa, bu karaktere sahip araçlara az döner (understeering, untersteuernd) denir.

Şimdi aksi hali düşünelim, yani ön

tekerlekler çok sert veya bütün ağırlık arka aks üzerinde bulunsun. Bu durumda diyagonal hareket sadece arka aks üzerinde olur veya arka aksın diyagonal hareket açısı daha büyük olur ve dönülen yarıçap küçülür. Aynı daire üzerinde kalınmak istenirse, araç tekerlek direksiyon açısının geri alınması azaltılması gerekir.

Dönülen yarıçap veya direksiyon açısı artan seyir hızıyla azalmak zorunda ise, bu karaktere sahip araçlara aşırı döner (oversteering, übersteuernd) denir.

Resim 6.1.10 : Aracın özgül yönlenme karakteristikleri

Nötr

Az döner

Çok döner M

M

M

Arka tekerleklerinin çok sert, yani düşük diyagonal hareket açılarında büyük yan kuvvetler aldığını veya taşıtın ağırlık merkezinin ön aksa çok yakın, hatta ön aksın üzerinde olduğunu farz edelim.

Araç dairesel bir yörünge üzerinde hareket ettiğinde doğacak merkezkaç kuvvetinin büyük bir kısmı ön aks tarafından karşılanacaktır. Tekerlek direksiyon açısı sabit tutulursa, dönülen yarıçap büyür. Eğer aynı daire yayında kalınması isteniyorsa, tekerlek direksiyon açısının

arttırılması gerekmektedir. Artan araç hızı ile tekerlek direksiyon açısının artırılması gerekiyorsa, bu karaktere sahip araçlara az döner (understeering, untersteuernd) denir.

Şimdi aksi hali düşünelim, yani ön tekerlekler çok sert veya bütün ağırlık arka aks üzerinde bulunsun. Bu durumda diyagonal hareket sadece arka aks üzerinde olur veya arka aksın diyagonal hareket açısı daha büyük olur ve dönülen yarıçap küçülür. Aynı daire üzerinde kalınmak istenirse, araç tekerlek direksiyon açısının geri alınması azaltılması gerekir.

Dönülen yarıçap veya direksiyon açısı artan seyir hızıyla azalmak zorunda ise, bu karaktere sahip araçlara aşırı döner (oversteering, übersteuernd) denir.

Resim : Aracın özgül yönlenme karakteristikleri

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 9

ÖN TEKERLEK AÇILARI

Kamber Açısı  : Tekerleğin yola eğimini ifade eder.

Tekerlek yukarıdan dışa doğru eğimli ise kamber açısı pozitif, yukarıdan içe doğru eğimde kamber açısı negatiftir. Çoğu araçlarda yön verilen ön

tekerlekler 30 ..1⁰ arasında değişen pozitif kamber açısına sahiptir.  30 sapmalar imalatçı firma

tarafından verilen toleranslar arasında kalmaktadır.

Hafif pozitif kamber açısı tekerleğin balık sırtı eğime sahip yolda daha iyi yuvarlanmasını sağlar. Büyük pozitif kamber açısı tekerleğin yan kuvvet alma kapasitesini düşürür.

Dingil Pimi Açısı  : Akson pimi veya yön verme ekseni eğimidir .  = 5⁰...10⁰

olabilir.Genelde 6⁰...7⁰ civarındadır.Kamber ve dingil pimi açısı tekerleğin yola temas noktasını yön verme ekseninin temas noktasına

yaklaştırır. Bu sayede yön verme yarıçapı küçülür.

Pozitif yön verme yarıçapı R₀ ne kadar küçük olursa, tekerleğe yön verme o kadar kolay olur. Yol darbeleri ve tek yanlı fren

kuvvetleri de direksiyon sistemi tarafından o kadar şiddetli algılanmaz.

Negatif yön verme

yarıçapında ise etkiyen fren kuvvetleri nedeniyle tekeri içe doğru dönmeye zorlayan dönme momenti oluşur.

Bu kuvvetli olarak frenlenen tekerleğin içe doğru dönmesine, kuvvetle frenlenen taraftan ters tarafa doğru yönlenmesine sebep olur, yani bir nevi karşı yönlenme oluşur. Bu sayede araç stabil olur ve savrulmaz.

Yön verme yarıçapı sıfır olursa, tekerlek olduğu yerde yönlenir;

tekerlek yönlenirken

yuvarlanamadığı için , duran bir aracın yönlenmesinde direksiyon ağırlaşır, sertleşir

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 11

Kaster Açısı  ve Kaster mesafesi n_L :

Bu açı sayesinde akson pimine yani yön verilen tekerleklerin yönlenme eksenine hareket

doğrultusunda alttan öne doğru eğim verilir.

Bu açıya kaster açısı denir. Bu açı sayesinde yönlenme ekseni uzantısının zemine temas noktası tekerleğin zemine temas noktasından kaster mesafesi n_L kadar önde bulunur .

Ayrıca bu kaster mesafesi akson milinin tekerlek merkezinden öne çekilmesi ile de elde edilebilir Kaster Açısı:

• Standart tahrik sistemli araçlarda 0⁰...4⁰,

• Arkadan motorlu araçlarda 6⁰...12⁰ . Kaster açısı ve uzunluğunda da tıpkı dingil piminde olduğu gibi tekerleklerde geri getirme momenti oluşur.

Ön İz Açısı : Pozitif yön verme yarıçapında tekerlekler dışa doğru açılmaya zorlanırlar. Rot kolu çıkartılıp araç öne doğru itilecek olursa bu net olarak görülebilir. Yol ve tekerlek arasındaki sürtünme, hareket sırasında tekerleği dışa

doğru kasar. Bu yüzden pozitif yön verme yarıçapında ön tekerler farklı yönlere

yönlenmeye zorlanır. Bunu bertaraf edebilmek için, ön tekerleklere ön iz açısı verilir , yani tekerlekler hareket yönünde birbirlerine daha yakın dururlar. l₁ ve l₂ ölçüsü arasındaki fark küçüktür. Marka ve modele bağlı olarak 1... 2 mm arasındadır.

Önden tahrikli araçlarda etkiyen tahrik kuvvetleri ön tekerlekleri daha fazla ön iz açısı almaya zorlar. Bu yüzden önden tahrikli araçlarda ön iz açıklığı veya açısı sıfır veya arka iz açıklığı olarak verilir.

Kamber açısı, dingil pimi açısı, ön iz ve kaster değerleri belirli bir denge içinde yönlenmeyi kolaylaştırır, ön tekerleklerin kanat çırpma titreşimlerini azaltarak araç sürüş emniyetini yükseltirler ve ön tekerleklerin lastik aşıntısı da azalır.

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 13

Direksiyon Sistemi Yön Verme Çubuğu (Rot) Uygulamaları a) Sabit aksta kullanılan rotlar :

Resim : Direksiyon kutusu ve yön verme çubuğu ile kinematik bağıntıları açıklamak için çizilmiş hareket yörüngeleri 6 ve 7 ‘nin yandan görünüşü

Resim : Aks gövdesi orta noktasının hareket eğrisi (7), yön verme çubuğu arka mafsalının hareket yörüngesi (6) ile uyuşmaması halinde, yani farklı uzunluktaki eğrilik yarıçaplara sahip olmaları durumunda, aksın yaylanması esnasında yön verme düzeneğindeki kasılma sonucunda tekerlekler kendiliğinden yönlenirler ve böylece arzu edilmeyen özgül yönlenme durumu ortaya çıkar.

Resim : Kinematik nedenlerden yaprak yayla yaylandırılmış kamyonlarda ve otobüslerde yön verme çubuğu (1) hareket yönünde

konumlanmalıdır ve deve boynu (2) bu çubuğa dik pozisyonda küresel mafsallarla bağlanmalıdır.

b) Bağımsız askı sisteminde rotlar : Bağımsız askı sisteminde tekerlekler birbirlerinden bağımsız, farklı büyüklükte ve farklı yönlerde yaylanabilecekleri için, tekerlek iz kolları tek, rijit bir rot kolu ile bağlanmazlar. Aksi halde yaylanma sırasında yön verme çubuk ve kollarının aşırı zorlanması, tekerlek direksin açılarının sürekli değişimi ve lastik aşıntıları ortaya çıkar. Bu yüzden bağımsız askı sistemlerinde parçalı rot kolları kullanılır.

Resim : Parçalı rot kolları ve küresel mafsal uygulamaları

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 15

Resim : Parçalı rot kolları ve küresel mafsal uygulamaları DİREKSİYON KUTULARI

Direksiyon simidi çevrildiğinde bu hareketi direksiyon mili direksiyon salyangoz miline ve kutusuna iletir. Direksiyon kutusunda dönme hareketi yavaş harekete düşürülür ve direksiyon yön kolu üzerinden salınım hareketi olarak rot kolları üzerinden tekerleklere iletilir. Yavaşlatma oranı (Direksiyon redüksiyon oranı) yön verme sırasında sürücünün çok fazla kuvvet harcamayacağı büyüklükte tasarlanmalıdır.

Otomobillerde büyüklüğüne bağlı olarak 10:1 ... 20:1 , Kamyonlarda 20:1 ‘in üzerindedir.

Otomobil ve kamyonlarda genelde direksiyon kuvvetlendiricileri kullanılır.

Direksiyon kutusu vidalı, döner bilyeli, salyangoz dişlili ve kremayer dişli kutulu olabilir.

Direksiyon Çevrin oranı

Direksiyon Açısı [Derece]

Geometrik çevrim oranı:

Standart Otomobil i = 17

Servo Yön Verme i = 14…13

Yük altında direksiyon çevrim oranı

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 17

Resim: Direksiyon Sistemi

Resim : Direksiyon sistemi elemanları

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 19

DİREKSİYON KUTULARI

Resim : Kayıcı taşlı vidalı direksiyon kutusu

Döner Vidalı Direksiyon Kutusu:

Transmisyon cıvatası ve somun arasına sürtünmeyi azaltmak için kılavuz

içerisinde devri daim yapan bil yalar yerleştirilmiştir. Yön verme somunu yukarı aşağı hareket ederken segment dişlisini döndürür, buna bağlı direksiyon kolu da dönerek rot kollarına kumanda eder.

Resim : Döner bilyeli direksiyon kutusu

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 20

Resim : Salyangoz-Segment dişlili direksiyon kutusu

Salyangoz-Döner makaralı direksiyon kutusunda segment dişli yerine bir yön verici makara mevcuttur. Salyangoz dişli silindirik değil bilakis orta kısmına doğru çapı küçülmektedir. Yön verici makara iki sarımlı veya üç sarımlı olarak yapılır ve bilyeler üzerinde döner

Resim : Salyangoz – Döner makaralı direksiyon kutusu

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 21

Kremayer Dişlili Direksiyon Kutusu

Direksiyon milinde oturan bir pinyon dişli kremayer dişliyi kavramaktadır. Direksiyon simidi çevrildiğinde mile bağlı pinyon dişli kremayeri bir kılavuz içinde sola veya sağa doğru kaydırarak, kremayerin uçlarına mafsallarla bağlı rot kollarına kumanda eder.

DİREKSİYON KUVVETLENDİRİCİLER – SERVO YÖN VERME SİSTEMLERİ

1. Hidrolik Servo Yön Verme Sistemleri

Araç büyüklüğüne ve direksiyon kutusu tipine bağlı olarak direksiyon simidine 50...90 Nm döndürme momenti etkir. Ağır yük kamyonlarında ve otobüslerde bu moment yeterli değildir. Sürücü daha büyük bir kuvvet uygulamalıdır..

.

.

Direksiyon Kısmı

Pompa Kısmı Servo direksiyon hidrolik silindiri

Direksiyon

kolonundaki döner sürgülü ventil

Aşırı basınç ventili

Debi ayar ventili

Servo Yön Verme Hidrolik Planı

Bilinen direksiyon kuvvetlendiriciler bilinen yön verme sistemleri, normal olarak hidrolik pompadan gelen basınçlı hidroliği direksiyon milinin dönüş istikametine bağlı olarak ventiller üzerinden bir veya

uygulamaya göre iki iş pistonundan yönlendiren hidrolik kumanda

düzeneğinden oluşmaktadır

Resim : Servo yön verme hidrolik planı

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 23

Bilyeli Somunlu - Hidrolik Yön Verici :

Resim : Bilyeli Somunlu - Hidrolik Yön Verici

1 Kremayer dişli kovanı 2 Hidrolik silindir.

3 Bağlantı kolu 4 Çatal

5 Döner ventil 6 Servo pompa

Resim : Döner ventilli Kremayer dişlili servo yön verici sistem

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 25

Döner Sürgülü (Kanallı tip) hidrolik yön verici : Bu hidrolik servo yön verici sistemi yaygın olarak kremayer dişlili direksiyon kutularının hemen üzerine monte

edilmektedirler. Yukarıda açıklanan servo sitemden farklı bir kumanda sistemi vardır.

Direksiyondan gelen mil küçük dönebilen bir pistondan geçmektedir . Dönme hareketi bir ucu direksiyon miline, diğer ucu pistonu çevreleyen silindirin arka kısmına tespit edilen burulma çubuğuna iletilir. Silindirin arka kısmı gene direksiyon kutusu ile irtibatlıdır.

.

.

Dönel silindir Çevresel kanallar Burulma çubuğu Piston Direksiyon mili Direksiyon simidi

Basınçlı hidrolik Giriş

Çıkış

Servo silindir (İş silindiri) Kremayer direksiyon kutusu

Normal pozisyon

Resim: Döner sürgülü servo yön verici sistem

.

Hafif sola dönüş Hafif sağa dönüş Tam sağa dönüş

Orta pozisyonunda piston içindeki kanallar silindirdeki hiçbir kanalla bağlantılı değildir.

Direksiyonun küçük bir dönme hareketinde burulma çubuğunun burulmasıyla piston içindeki kanallar silindir etrafındaki hidrolik pompa, çalışma silindiri ve geri dönüş hattına bağlı kanallarla irtibatlanır. Burulma çubuğu kuvveti önceden belirlenmiştir. Bu andan itibaren direksiyon hareketleri desteklenmektedir.

Resim: Döner sürgülü (Kanallı) servo yön verme sistemi. Sola sağa ve tam sağa dönüş pozisyonlarında burulma çubuğunun esnemesiyle piston deliklerinin çevresel kanal uçları ile ağızlamasıyla sonucu iş silindirine hidroliğin yönlendirilmesi

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 27

2. Elektrik Motorlu Servo Yön Verme :

Hidrolik yön vermede olduğu gibi destek kuvveti sağlar, fakat montaj ağırlığı daha az , gücü biraz daha düşüktür ve buda yakıt sarfiyatını azaltır . ^.

.

Elektro motor

Katlanabilir direksiyon mili

Elastik Hardy diski

Kardan mafsalı Kremayer dişlili direksiyon kutusu

Salyangoz dişli kutusu

Kardan mafsalı

Motorda sürekli yağ basıncı oluşturulmaz ve hazır tutulmaz, bilakis hidrolik kuvvetlendiricilere göre % 90 tasarruf sağlar. 100 km ‘de 0,2 litre yakıt tasarrufu temin edilebilir.

Elektriksel direksiyon yardımı ile aktif olarak yön verilebilir. Yön verme kısmi zamanlı mekanik olarak direksiyon simidinden ayrılır.

Tehlike anında elektronik bizzat yön vermeyi üstlenir. Daha ilginç olanı elektriksel servo yön verme 42 V şebeke ile uygulanır

Resim : Elektriksel servo yön verme sistemi

Motorun dönme yönü direksiyon simidindeki dönme yönüne bağlıdır. Yön vermenin geri getirilmesi de desteklenebilir. Diğer bir avantaj, aracın çekici marifetiyle

çekilmesinde de direksiyon desteği vermesidir. Elektro motor direksiyon miline, direksiyon kutusu kremayerine dik veya paralel olarak bir ara dişli kutusu üzerinden veya pinyon üzerinden bağlanabilir.

Resim: Elektriksel direksiyon kuvvetlendirme Resim: Değişken çevirme oranlı elektriksel direksiyon kuvvetlendirme

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 29

Sonuncu aşama bu elektro hidrolik

pompanın görevidir. Karmaşık olan bu yol işe yaramakta ve yakıt tasarrufu

sağlamaktadır. İçten yanmalı motorun kapalı olduğu durumda da direksiyon desteğinin temini için elektriksel pompa gerekmektedir.

Yakıt tasarrufu edilmesinin nedeni,

konvansiyonel hidrolik destekli sistemlerde pompa sürekli olarak motor tarafından tahrik edilmekte ve yalnızca yüksek basınçlı

hidrolik temin etmektedir.

Elektro-hidrolik pompa ile servo yön verme :

Bazı modern hidrolik destekli sistemlerde neden önce mekanik enerji elektrik enerjisine çevrilir (jeneratörler) ve sonra bu hidrolik enerjisine dönüştürülür diye haklı bir soru sorulabilir.

Resim : Elektro-Hidrolik servo sistemi tahrik ünitesi

Direksiyonun kumanda kısmı, ön görülen değerin altına inilmesi durumunda yüksek basınçlı hidrolik talep eder. İletilen hidroliğin miktarı da kolayca ayarlanabilir. Bu sistemin daha da fazla enerji tasarrufu sağlayanı yukarı bölümde açıklandığı gibi, direksiyonun doğrudan bir elektro motor ile desteklenmesidir.

12 V sistemlerde 200 bar basıca kadar, fakat yüksek olmayan iletim güçlerinde mümkündür. Resimde gösterilen pompa yaklaşık 70 bar basınç ve rotorun her dönüşünde 1,17 cm3 debi sağlamaktadır.

Resimdeki tedarik birimi solda duran bir elektro motor, ortada pompa ve sağdaki toplama kabından ibarettir.

Rotor, yüksek devir

sayısıyla ve düşük strokla her iki pistonu tahrik

etmektedir. İki adet geri tepme ventili oldukça basit yapıyı tamamlamaktadır.

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 31

YÖN VERME SİSTEMİ TASARIMI

Modern taşıtlarda yön verilen tekerleklerin eğrisel bir yörünge üzerinde ideal, kaymasız dönme hareketi için tekerlek eksenlerinin bir noktada kesişme şartı (Ackerman

prensibi), ancak ön tekerleklerin birbirinden farklı _i ve _a yönlenme açılarına sahip olmaları ile mümkündür. Ackerman prensibi olarak da ifade edilen ve resimde verilen geometriden hareketle yazılan

. .

.

a

j

.

b) Çeki okundan ön aksın dönmesiyle yapılan yönlendirme

a) Aksondan yön verme

a a i

j tan L

tan j .

L tan











ifadesinde _i = 0…35⁰ arasındaki dönme açılarına karşılık elde edilen _a açısı

kaymasız bir dönme için gerekli teorik açıdır.

Fakat, bugün kullanılan trapez ve diğer yön verme sistemleri bu şartı sağlayamamaktadır.

Genelde basit olması nedeniyle trapez yön verme sistemi ve türevlerinde ısrar

edilmektedir.

İyi bir kumanda mekanizmasından istenen yukarıdaki denklemden belirlenen _i0 ile gerçekte ortaya çıkan _i açısı arasındaki farkın

_a= 30⁰ kadar (_i -_i0)  ½ ⁰

küçük olmasıdır. Trapezin boyutları ve kenar açıları nedeniyle bu gerçekleşemez ise,

_a=20⁰ kadar (_i -_i0)  ½ ⁰

olmalıdır. Bu sayede virajdaki hızlı dönüşlerde taşıt kontrolü muhafaza edilebilsin.

Taşıt yön verme sisteminin tasarımında çözüm, ideal olan şartı sağlayacak

mekanizmanın bulunmasından ziyade ortaya çıkan hata değerinin belirli sınırlar altında kalacak şekilde taşıt özelliklerine bağlı olarak tasarlanmasıdır.

Yön verme trapezinin boyutları iki boyutlu düzlemde Schlaefke metodu kullanılarak aşağıdaki gibi belirlenebilir.

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 33

Schlaefke Metodu : Virajda ön tekerleklerin kaymasız bir dönme hareketi için i açısının alması gereken teorik değer _i0 ile gerçek değer _i arasındaki farkı belirli sınırda tutmak için aşağıdaki şekilden hareketle trapez boyutları saptanır.

.

.

e

_3i

Hareket yönü

Resim : Trapez yön verme sisteminin doğrusal harekette ve sağa sapmış durumu

Resimden faydalanarak aşağıdaki temel ifadeler yazılır : (1) (2) Burada

j ) sin(

. r cos

. u ) sin(

.

r   

     



0 ) cos(

. r sin

. u ) cos(

.

r   

     







 j 2 . r . sin

u ^{  . sin }

j . r 2 j 1

u

 

2

2 a i

2

) a i

sin u. .r 2 1

) cos(

) .(cos(

u r 1 sin

1 cos

cos(

) cos(

u. sin r



 



  



   































u ve  İfadesinin (1) ve (2) denklemlerinde kullanılarak oranlanması sonucu

 ^{( ) ( )} 

cos 2

cos

sin . 2 ) sin(

) sin(

j r

i a

i a



































 

_i , _a ,  ve r/j arasında bir ilişkiyi vermektedir. Belirli bir _a ve  değerleri için r/j oranı _i açısının bir fonksiyonu olarak bulunabilir. Geometrik veya analitik

interpolasyonla sabit r/j ve  değerleri için _i , _a’ nın değerleri elde edilir.

Örneğin :  = 15⁰ ve _a = 30⁰ alınırsa,

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 35

Pratik olarak mekanizmalarda r/j = 0,10…0,15 alınır. Ackerman prensibine göre hesaplanan _i0 kullanarak _i - _i0 = f(r/j, , _a) fonksiyonu olarak çizilebilir.

_i - _i0 = f(_a) fonksiyonunu u/r =2,4 ve r/j = 0,10 için göstermektedir.

Burada  parametre olarak alınmıştır.

. .

.

.

u/r = 2,4 r/j = 0,10

 = 18⁰

16⁰ 14⁰

12⁰

10⁰ 00

10⁰ 20⁰ 30⁰ 40⁰

_a

i - i0 6⁰

4⁰

2⁰

0⁰

-2⁰

-4⁰

. .

10⁰

.

Resim : _i - _i0 = f(r/j,, _a) fonksiyonu olarak değişimi

Resimden _i - _i0 farkının küçük tutulabileceği  açısı bulunabilir.

Örneğin  = 17⁰ için

Bazı yardımcı eğriler hazırlanarak  açısının L/j ‘nin fonksiyonu olarak gösteren r/j ‘nin parametre olduğu eğrileri elde etmek mümkündür.

Yeni tasarlanacak bir taşıtta aks aralığı ve iz genişliği bilindiğine göre, kumanda

mekanizması boyutları için =f(L/j) eğrisi çizilir. Bu eğride _i - _i0 parametre olarak ve -1⁰ , - 1/2⁰ , 0⁰ , +1/2 ⁰ , +1⁰ değerleri alınır.  = f(L/j) eğrisi iki grupta

_a = 20⁰ ve 30⁰ , r/j = 0,10 için

_a = 20⁰ ve 30⁰ , r/j = 0,15 için çizilir.

Bu eğrilerden faydalanarak  = f(L/j) eğrisi elde edilir.

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY

37

Resim bu eğrilerin r/j = 0,10 ve r/j = 0,15 için olanını göstermektedir.

. . . .

.

r/j = 0,10

0,15

2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 L / j

18⁰

16⁰



14⁰

12⁰

.

r / j = 0,10 0,15

. .

r / j =

Resim :  = f(L/j) fonksiyonunun r/j oranına göre değişimi

.

.

e

_3i

Hareket yönü

_3i açısı 180⁰ ‘ye ulaşmamalı, yani

_3i  160⁰…165⁰ değerini aşmamalıdır.

Aksi halde mekanizmada direksiyonun geri toplanması

esnasında kasılmalar ortaya çıkar.

Resimden

eşitliği yazılır. Teorik sınır değerler için cos_3i = -1 yani _3i = 180⁰ alınırsa,

şeklini alır ve benzer şekilde _3i  162⁰ cos_3i = - 0,95 için

denklemi elde edilir. Bu denklemler eğer =f(_a) olarak çizilirse,

_a = 35⁰ için r/j = 0,10 alınması halinde   18⁰

_a = 35⁰ için r/j = 0,15 alınması halinde   17⁰ olmalıdır .

 = f(L/j), bu tespite göre konstrüksiyon için gerekli verileri vermektedir ve mekanizmanın boyutları kolaylıkla tayin edilebilir

























 .( 1 cos 2 ) 2 . sin

j ) r j sin . r 2 1 .(

cos )

sin(

















 cos 2

j ) r sin . 2 1 ).(

j 1 ( r ) sin(





 



 



 





 



 







 cos2

j sin r . 2 j . .r 95 , 0 1 95

, j 0 ) r

sin( _a

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 39

Bağımsız Askı Sitemlerinde Yön Verme

1. Direksiyon kutusunun konum ve tipinin direksiyon geometrisine etkisi

Gerçek rot çubuğu uzunluğu u0 ve iz kolu açısı  ‘nin belirlenmesi bağımsız askı sistemlerinde oldukça zordur.

Resim : Rot kolu mafsalları U ve T, bağımsız askı sistemlerinde birbirlerine göre hacimsel pozisyonlarını yaylanmanın bir fonksiyonu olarak değiştirirler.

 = i - a

Resim : İç tekerlek sapma açısının bir fonksiyonu olarak iz açısı farkı . Düz çizgi, Audi 80 için Ackermann şartından hesaplanan teorik eğriyi, nokta çizgi araç üzerinde ölçülen eğriyi ve kesik çizgiler direksiyona cevabı çabuk olan konstrüktif olarak ulaşılması zor olan mevcut ideal eğriyi vermektedir.

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 41

2. Araçtaki yön verme sistemine ait dört kol ve üç kol mekanizmalarının tertibi Dönme hareketli direksiyon kutularında dört kol mekanizması aksın önünde veya arkasında yer alabilir ve eş veya zıt yönlü olabilirler .

Resim : Aksın arkasında bulunan klasik uygulama, eş hareketli dört kol mekanizmaları; iz ve yön

verme kolu aynı yöne hareket eder. Rot kolları direkt olarak direksiyon kutusu salınım kolu ve yön verici ara kolla bağlıdır.

Resim: Önü gösteren iz koluna sahip eş hareketli dört kol mekanizması, İç rot kolu mafsalları ara yön verici kolun dışa kaymış kısmına bağlanmıştır.

Resim : Aks ortasının önünde bulunan test yönlü dört kol mekanizması . İz ve yön verme kolu birbirlerine ayrılan şekilde dönene dişli çarkların hareketlerine

benzer tarzda karşı yönlerde hareket ederler. Rot kolları direkt olarak direksiyon kutusu salınım koluna ve ara yön verici kola bağlıdır. Kinematik nedenlerden dolayı her ikisi de  -açısına sahiptir.

Resim : Aksın arkasında düzenlenmiş zıt yönlü dört kol mekanizması. Rot kolu iç mafsalları yön verme ara kolunun orta kısmına bağlanmıştır.

Resim : Durum 1 Kremayer direksiyon kutusu ve üç kol mekanizması aksın arkasında durmaktadır,rot kolu iç mafsalları kremayerin ucuna vidalanmaktadır.

Resim : Direksiyon kutusu ve üç kol mekanizması aks ortasının arkasında bulunmaktadır. (Durum 1). Kinematik nedenlerden rot kolu iç mafsalları kremayere bağlı ortada bulunan bir kola bağlanır.

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 43

Resim : Durum 2

Direksiyon kutusu aksın önünde, üç kol mekanizması arkasında. İç mafsalların kremayerin sonuna bağlıdır.

Resim : Durum 3

Kremayer dişli kutusu ve üç kol mekanizmasının aksın önüne

kaydırılmasıyla rot kolu uzunluklarının büyütülmesi mümkün olmaktadır.

Resim : Durum 4 Hemen hemen hiç uygulanmayan, fakat mümkün olan başka bir olasılık. Aks arkasında duran kremayer direksiyon kutusu ve öne doğru yönlenmiş iz kolu

3. Yön verme (Direksiyon ) geometrisine etkiyen komponentlerin tasarımı

Aşağıdaki tesir büyüklükleri direksiyon geometrisinin tasarımında dikkate alınmalıdır:

 Dört kol ( veya üç kol ) mekanizmasının ve direksiyon kutusunun konumu : Aksın önünde veya arkasında olması durumu

 Direksiyon kutusunun yerden yüksekliği ve onun eğim açısı ,

 Askı sisteminin tipi ve yön verme kolların uzunluğu

 Dingil pimi ekseni (yön verme ekseninin) arkadan ve yandan görünüşteki eğim açısı, yani 0 ve 0 açıları

 İz kolu uzunluğu r ve iz kolu açısı .

Pek çok büyüklük bilinmemektedir, bu yüzden de adım adım tasarım mümkün olmaktadır.

Resim : Rot kolu uzunluğu ve konumunun belirlenmesi için gerekli açı ve hareket noktaları. Rot kolunun konumu bağlantı hattı UT yardımıyla verilir.

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 45

3. Bağımsız askı sisteminde rot kolu uzunluğunun ve konumunun belirlenmesi Tekerleğin yukarı aşağı yaylanması sırasında hiçbir şekilde ön iz açısı değişikliği ortaya çıkmamalıdır, bu öncelikle rot kolunun doğru belirlenmiş uzunluğuna ve konumuna bağlıdır. Direksiyon sistemindeki ve aynı şekilde ön aks yapı

elemanlarında bulunan elastikiyetin de etkisi vardır.

Resim : a) Gereğinden kısa bir rot çubuğu (2) yaylanma sırasında tekerleğin negatif öniz açısı almasını sebep olurken, çok uzun rot çubuğu (3) ön iz açısını artırır.

b) Gereğinden fazla yukarıda bulunan rot mafsalı (4) yukarı yaylanmada pozitif öniz açısına, aşağı yaylanmada negatif öniz açısına sebep olur. Çok aşağıda bulunan (5) ise, tersi bir ön iz açısı değişimine sebep olur.

.

.

a b

.

.

Yön verici dönme ekseni, frenleme sırasında aracın baş sallama hareketini önlemek için, yandan görünüşte diyagonal pozisyonda düzenlenmiş olabilir.

Resim : Yön verici kolların dönme eksenlerinin hacimsel olarak eğimli pozisyona sahip olmaları durumunda yan görünüşte A ve B noktalarından geçen zemine dik çizgiler çekilir. Bunların dönme eksenleri C1-C2 ve D1-D2

‘yi kestiği noktalar arkadan görünüşte pol noktasını belirlemek için gerekli E ve F noktalarını verir.

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 47

.

Resim : Aksın arkasına konumlanmış üç kol veya dört kol mekanizmalı ve .

aksın arkasına yönlenmiş iz kolluna sahip çift enine yön vericili bağımsız askı sistemi. Rot çubuğu alt salıncak kolunun üst kısmında yer almaktadır.

.

..

. Resim : Aksın önüne yerleştirilmiş kremayer direksiyon kutusunda rot çubuğu mafsalının ortası AB ekseninin dış kısmında yer alır.

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 49

.

.

Resim : Yüksek konumdaki bir kremayer direksiyon kutusu rot çubuğunun üst yön verici kolun üzerine yerleştirilmesine sebep olur.İz kolu bu örnekte arkaya doğru yönlenmiştir.

Resim : Normal durumda

paralel duran yön vericilerde rot çubuğunun da bu yön vericilere paralel yerleştirilmesini gerektirir

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 50 .

.

.

.

Resim : Yön verici üst kısmında

konumlanmış rot çubuğu ve aksın arkasında yer alan dört kol veya üç kol mekanizmasına sahip bir Mc Pherson yay bacaklı askı

sistemi. İz kolu arkaya doğru yönlendiğinden rot çubuğu dış mafsalı aracın içine doğru bir noktada bulunur.

Resim : Alt rotil mafsalı tekerleğe doğru kaydırılmış bir Mc Pherson yay bacaklı askı sisteminde rot çubuğu dış mafsalı ortası U arkadan görünüşte dingil pimi ekseni üzerindedir ( yani AB üzerindedir). P3 pol noktasının

belirlenmesinde bu önemlidir. P1 ‘i elde etmek için amortisörün hareket doğrultusuna hareket edilir., bu yüzden bu doğrultuya A ‘dan geçen bir dikme çizilir.

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 51

.

. Resim : Aşağıda (yön verici kolun altında) bulunan rot çubuğuna ve arkaya . doğru yönlenmiş iz kollarına sahip Mc Pherson yay bacaklı askı sistemi

.

.

.

Resim : Alt yön vericinin üst kısmında konumlanmış rot çubuğuna ve aks arkasına doğru yönlenmiş iz kolu olan enine boyuna yön vericili askı sistemi

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 53

Teşekkür ederim

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY