VİTES KUTULARI. -Mekanik/Kademeli ve -Otomatik Vites Kutuları Olarak 2 başlık altında toplanabilir.

VİTES KUTULARI

-Mekanik/Kademeli ve

-Otomatik Vites Kutuları Olarak 2 başlık altında toplanabilir.

Bu bölümde Mekanik/kademeli vites kutuları üzerinde durulacaktır.

Vites kutuları, taşıtta Moment Değiştirici olarak görev yaparlar.

N (güç) = M (moment) * w (açısal hız)

Aktarma organlarının ilk elemanı olan kavrama bir hız değiştirici iken, vites kutularının ana vazifesi moment değiştirmedir..

Moment değişimi, vites kutusundan başka taransfer kutusu, diferansiyel gibi elemanlarda da olamktadır. İlerleyen konularda yeri geldikce değinilecektir.

Motorlu taşıtlara ait ilk vites kutusu uygulama örnekleri.

Farklı dişli sistemleri için çok sayıda tasarım

parametresinden

bahsetmek gerekecektir.

Aşağıda öncelikli olarak basit dişli sistemleriyle ilgili yön ve çevrim oranları üzerinde durulacaktır.

Diğer önemli bir husus da dişli sistemlerinde oluşan kayıptır, ki yanda farklı sistemlere ait verim değerleri verilmektedir.

Arkadan tahrikli araçlara ait eski vites kutusu uygulamaları (kara şanzuman)

Günümüz arkadan ve önden tahrikli araçlarına ait uygulamalar (daimi iştirakli - senkronize kutular)

Dişliler :

Mekanik vites kutularında, basit dişli

mekanizmaları kullanılır. Kullanılan dişliler, silindirik helis dişlidir. (neden?)

Arkadan tahrikli araç vites kutusu için çevrim oranları hesabı. Önden tahrikli araç VK için çevrim oranı hesabını SİZ yapın!!!

Vites Kutusu Konstrüksiyonu:

Araçta güç kaynağı Motordur. Motor karakteristikleri şekildeki gibi verilebilir.

Taşıtlarda Elektrik motor karakteristiği istenen karakteristik iken (düşük hızlarda maksimum ve sabit moment, bu arada güçte artış, moment düşerken bu kez yüksek hızlarda maksimum ve sabit güç), içten yanmalı motorlarda karakteristik eğriler, vites kutularını zorunlu kılar.

İçten yanmalı motorlarda moment ve güç bir noktada maksimum olurken, bunun haricinde daha düşüktür.

Bir diğer önemli fonksiyon da yakıt sarfı olup, yüksek bir değerden başlayıp minimuma geldikten sonra tekrar artmaya başlar.

Bu arada emisyonlar da önemli bir fonksiyondur.

Ayrıca, motordan alınan performans doğal olarak gaz pedal pozisyonu ile de değişecektir. (yan şekil) Keza yüke ve motor devrine göre yakıt sarfı

karakteristikleri de (alt şekil) önemli bir parametre olarak değerlendirilmek zorundadır.

Güç ifadesi,

N (güç) = M (moment) * w (açısal hız) veya

= F (kuvvet) * v (hız) ile verilebilir.

Burada Gücün sabit olduğunu düşündüğümüzde, tahrik etkisi artarken hız azalır, hız artarken ise tahrik azalacaktır. Hız ya da tahrik etkisi sonsuza gidemeyeceği için (sınır şartları) iş alanı şekildeki eğrinin (ideal tahrik hiperbolü) altında kalan alan olarak oluşur. Bu alana motor güç eğrisini yerleştirdiğimizde ise, bu eğrinin altı elde edilebilir iş alanı olacaktır. Geri kalan taralı alan ise işe dönüştürülemeyen kısmı oluşturacaktır.

Bu durumda yapılabilecek tek şey, 1’ den çok vites basamağı oluşturmaktır.

Şekilde oluşturulan 4 basamak sonrasında da taralı alan (güç delikleri) kalmış olmakla beraber, kullanılabilir alan artmıştır.

Bu noktadan sonra yapılması gereken iş, motorun vermiş olduğu gücün optimum kullanımıyla, taşıttan istenen performans karakteristiğine uygun basamaklandırma yapmaktır.

Hareket Dirençleri:

Taşıttan istenen performans karakteristikleri dendiğinde, taşıtın çalışma şartlarında maruz kaldığı dirençlerin bilinmesi gerekir.

Genel olarak Hareket dirençleri:

1-Yuvarlanma direnci 2-Hava direnci

3-Yokuş direnci.

4-İvme Direnci 5-Çeki direnci

olarak sıralanabilir. Bunlardan Çeki Direnci, çekici araçlara özel bir direnç olduğu için, geri kalan dirençler, genel hareket dirençleri olarak sayılırlar.

Kısaca bu dirençleri tanımlarsak:

Yuvarlanma Direnci:

Yuvarlanma direnci oluşum mekanizması yandaki şekilde izah edilmektedir. Temas bölgesinde tekerlek malzemesi statik ve dinamik basınçlara maruz kalacağı için, toplam basınç eğrisinin max. noktası, tekerlek dik ekseninin hareket doğrultusunda önüne düşer. Bu durum harekete ters bir moment oluşturur ki, bu dirence Yuvarlanma direnci denilir.

Direnç oluşumunda ana faktör, tekerlek malzemesinin iç sürtünmeleri dolayısıyla oluşan dirençtir. Bu direnç:

İfadesiyle tanımlanır. Burada fR- yuvarlanma direnç katsayısı, m.g.cos - zemin normalindeki araç ağırlığıdır.

Bu direnç, genel araç hareketinde ortalama olarak 0.01g’lik fren etkisine sahiptir.

Burada Yuvarlanma direnç katsayısı biraz açıklanmalıdır.

Yuvarlanma direnç katsayısı her ne kadar tekerlek malzemesi histerizisi dolayısıyla oluşan kayıp enerjiye karşılık olarak açıklanmış olsa da, şekilde görüldüğü gibi, tekerlek-

Bu noktada araçta yuvarlanma direnci kapsamında değerlendirilen bir dizi direnç vardır ki, bunlardan bazılarını sıralayacak olursak:

1-Tekerlek açıları dolayısıyla oluşan dirençler 2- Su öteleme direnci

3-Zemin deformasyon (u dolayısıyla harcanan enerjiyi ifade eden) direnci

4-Tekerleğin tam dairesel ve rijitliğinin homojen olmaması dolayısıyla oluşan direnç (her diş/köşe dolayısıyla direnç oluşur)

5- yatak sürtünme dirençleri

6- diyagonal harekette tekerlek deformasyonu artması dolayısıyla oluşan direnç

zemin arası oluşan sürtünme de göz önüne alınmalıdır.

7- farklı çalışma / tasarım parametreleri dolayısıyla oluşabilecek dirençler vs.

Yokuş direnci:

Yokuş direnci, aslında araç ağırlığının eğik yüzeyde zemine paralel bileşenidir. Yokuşta, tahrik açısından direnç olurken, inişte frenlenmesi gereken bir

kuvvet olarak karşımıza çıkabilir.

Araç hareketi için ortalama olarak %4 lük yokuş eğimi 0.04g lik fren etkisi yapar.

İvme Direnci:

İvmeli harekette F=m.a ve M=I

bilinen bir ifadelerdir. Taşıtta hareket için aktarma organlarının tahriği gerektiğinden toplam olarak

İfadesi kullanılır. Burada (ivme katsayısı) motordan zemine kadar görev alan

elemanların dönme ataletleri dolayısıyla gelen bir katsayıdır

 İçin deneysel verilere bağlı bir ifade olarak

=1+0.0440.0025.

i

tr2

burada

i

tr

2=

i

vites k. .

i

diferansiyel

Hava (Aerodinamik)direnci:

Akışkan (hava) içinde hareket eden Araç üzerinde, 3 eksende hem kuvvet, hem moment etki si yapan aerodinamik etkiler çoklu etkiye sahiptir. Taşıt yüzeylerinde sürtünme, darbe etkisi, vakum, titreşime sebep olma gibi çok sayıda etkiye sebep olan aerodinamik etkilere ait direnç Basitce

İfadesiyle verilirken, içeriğinde bulunan hızdan dolayı parabolük bir değişime sahip olup, genel taşıt hareketinde ortalama %0.03g’lik fren etkisine sahiptir. Burada

-hava yoğunluğu, cw-hava direnç katsayısı, A- hareket doğrultusunda taşıt projeksiyon alanı, v- araç hızıdır.

VİTES KUTULARININ BASAMAKLANDIRILMASI

Taşıtta, motordan alınan tahriğin, farklı yol ve yük şartlarında, farklı moment ve hız taleplerini karşılaması gerekir.

Öncelikle çalışma şartlarına göre, taşıta etki eden dirençlerin belirlenmesi gerekir, ki genel dirençler yukarıda kısaca verildi.

Genel harekette taşıta gelen toplam direnç ifadesiyle verilebilir. Daha açık yazılırsa:

Dirençlerin hıza göre değişimi yandaki şekilde verilmektedir.

Çalışma şartlarına göre, hıza bağlı maruz kalınan direnç hesaplanabilir. Keza dirençlerin belirlenmesinde performans karakteristikleride önemlidir, ki araca ait performans

değerleri açısından dirençler;

Maksimum hız F=FR+FL,

Maksimum ivme F=FR+Fa,

Maksimum yokuş F=FR+FS

İfadelerinden bulunabilir.

Basamaklandırmada -Performans -Yakıt sarfı -Emisyonlar ve

-Konfor önemli parametreler olarak karşımıza çıkacaktır.

Motorlara ait karakteristikler yukarıda verilmişti. Elektrik motorlarına ait Güç ve Moment karakteristikleri bizim istediğimiz karakteristikler olmakla beraber, içten yanmalı morto karakteristikleri, istenenden çok farklı bir noktada durmaktadır.

Bu alanlar göz önüne alınarak yapılacak bir basamaklandırma sonucu, mesela

yan şekildeki gibi bir karakteristik elde edilir.

Burada farklı yol eğimleriyle beraber, ideal kullanılabilir alanın 5 vitesli uygulama hali görülmektedir. Güç eğrilerine göre çizilen şekil ise:

Bu şekillerin elde edilmesinde ve istenen karakteristikleri sağlamasında temel belirleyici faktör, vites basamaklarının çevrim oranlarıdır.

Basamaklandırmada Geometrik, Progresiv gibi seriler kullanılabilir. Şekillerden de görüldüğü gibi diyagramalar taşıt hızı ile motor devri arasında çizilmiştir. Motor rolanti devrinden başlayarak maksimum güç noktasına kadar geldiğinde, bir üst vitese geçilir.Böylece aynı motor devir aralıklarında çalışılarak, taşıt hızı artırılmış olur.

Bu şekilde yapılan basamaklandırmalarda, sabit motor gücüne göre elde edilebilir ideal performans alanı (eğrinin altı) maksimum düzeyde doldurulmaya çalışılır. Doğal olarak eğri altının tamamen doldurulması anvak sonsuz vites basamağı ile mümkündür.

Yine eğrilerdeki gibi bir karakteristik teorik kullanım şartları için maksimum performansı verir. Pratikte ise kullanım şartlarına göre taşıttan alınan performans değişecektir.

Yan şekillerde de görüldüğü gibi, maksimum güç noktasından önce yapılan vites değiştirmelerle güç delikleri de artacak, dolayısıyla araçtan alınan performans da düşmüş olacaktır.

Keza kayıp alanlar, eğimli veya düz yol gibi değişik çalışma şartlarında da değişmektedir (mesela yokuşta, vites değiştirme esnasında araç hızının düşmesi taralı alanı büyütecektir.

NEDEN ?). Bu alanlar üzerinde basamaklandırmada kullanılan serinin de önemi vardır.

Basamaklandırma ile taşıt performansı üzerine olan baktığımızda etkilere

baktığımızda yan şekiller de bize bazı fikirler

vermektedir.

a ve b b de hız çok ama, a daha seri

b ve c b daha seri gibi değerlendirmeler yapılabilir. Burada d şekli daha iyi performans verecektir. Çünkü a’ nın seriliğine sahip olarak, ilave vitesle b’nin maksimum hızına çıkılmıştır.

Dişli Oranlarının Belirlenmesi:

Geometrik Dizi:

k =nNmax/nMmax

Burada i4=1 olduğunda (priz direk) k=i3

olur. Dolayısıyla i2=i3*k=k²

olur ki, bu durumda i1=k³ olur.

Geometrik seri, genel olarak ticari araç vites kutularında kullanılır.

Progresiv Dizi:

Genellikle otomobil vites kutularında kullanılan progresiv dizi için çevrim oranı seçilen progresiv faktör ye göre:

hesaplanarak, i çevrim oranı 1den maksimum vites sayısı z’ye kadar

ifadesiyle hesaplanır.

Tipik değerler olarak verilebilir.

Aritmatik Dizi: 4 vitesli bir kutu için D0=i1/i4 olarak tanımlanırsa

D₁=i1/i2 D2=i2/i3

D3=i3/i4 olmak üzere D13

-0,6.D12

+0,08.D1-D0=0 denkleminin çözümüyle basamaklandırma yapılır.

(Örnekler için yardımcı ders notlarına bakınız)

VİTES KUTUSU ÖRNEKLERİ

(Öğrenci ders sonunda farklı şekilleri okuyarak, vites kutusu elemanlarını tanımlayabilmeli, VK’larının şematik gösterimini yapabilmeli ve vites basamakları oluşumunu gösterebilmelidir.)

Şematik VK örnekleri

SENKRONİZASYON MEKANİZMASI:

Günümüzde Senkronizasyon işlemi, senkronizasyon mekanizması tarafından

gerçekleştirilmektedir. Bir mekanizma, 2 dişliyle bağlanabilir, ki böylece her mekanizma ile 2 vites oluşturulabilir. Aşağıda sol şekil monte halinde, sağ şekil ise patlak resim halinde

senkronizasyon mekanizması elemanlarını göstermektedir.

Öncelikle belirtilmesi gereken bir husus, dişlilerin mil üzerinde serbest yataklandığı, mekanizmanın ise mile bağlı olduğudur. Dolayısıyla dişliler, mile mekanizma vasıtasıyla bağlanırlar.

Sağ şekilde elemanlara bakacak olursak:

1- Silindirik helis dişli. (neden helis ?) 2- Kurt dişli ve konik sürtünme yüzeyi

1 ve 2 nolu parçalar yekparedir. Nitekim, solda ayrı gösterilen parçalar, sağ tarafta yekpare olarak gösterilmiştir. Ayrı gösterilmesi imalat açısından olup, ayrı imal edilen parçalar monte edilerek kullanır.

3- Senkromeç. Sarı renkli olup, pirinçten imal edilmiştir. Kavrama vazifesi yapar.

Senkronizasyon esnasında dişliden tarafa itildiğinde iç kısmı 2 nolu parçanın konik yüzeyine basarak, oluşan sürtünme/kavraşma ile hız eşitlemesi gerçekleştirilir.

4- Göbek. Senkromeç mekanizmasının mile bağlı elemanıdır.

5-6-7- Kilit mekanizması. Manşonun, konumunun sabit kalması için kullanılır.

8- Manşon. Göbek üzerinde dönme yününde göbeğe sabittir. Eksenel yönde hareket edebilir.

Kumanda mekanizması manşona bağlıdır. Vites kolundan verilen hareket manşona iletilir.

Manşonun dişliye doğru itilmesiyle, kilit mekanizmasının direnci yenilerek, manşon itme doğrultusunda senkromeçi dişliye doğru iter.

Senkronizasyon olayı:

Önce Debriyaj pedalına basılarak Kavrama vasıtasıyla motordan gelen tahrik kesilir. Vites kolundan verilen hareket manşona iletilir. Manşonun dişliye doğru itilmesiyle, kilit mekanizmasının direnci yenilerek, manşon itme doğrultusunda senkromeçi dişliye doğru iter. Senkromeçin iç kısmı, dişlinin konik yüzeyine basarak sürtünmeyle kavraşma oluşur. Dolayısıyla dişli ile senkromeç ve manşonun (dolayısıyla göbek ve mil) hızları eşitlenir. Hızlar eşitlendiğinde, manşon kurt dişliye geçer.

Böylece serbest yataklanmış dişli, üzerinde yataklandığı mile bağlanmış olur. Bu durumda tahrik iletimi

Dişli Kurt dişli Manşon Göbek Mil şeklinde olacaktır.

Senkronizasyon olayı aşağıdaki şekilde aşama aşama gösterilmiştir.

Senkronizasyon mekanizmasının farklı konstrüktif uygulamaları vardır. Bazı örnekler:

KUMANDA MEKANİZMASI:

Vites geçişi için manşona tahrik verilmesi kumanda mekanizması ile sağlanır. Mekanizma çok basit olabileceği gibi, komplike bir yapıya da sahip olabilir.

Vites kolundan verilen hareket, vites değiştirme çubuklarına iletilir. Her çubukta bir hilal bulunur. Hilal ise manşona (veya dişliye) geçmiş durumdadır.

Basit bir mekanizmada sürücünün vites koluna verdiği hareketin, çubuk

mekanizmasında ters bir davranış gösterdiğine dikkat ediniz.

Çubuk mekanizmasında da bir kilit mekanizması bulunduğuna dikkat ediniz.

Ayrıca çift vitese geçişi önleme mekanizması da , bu sistemlerde önemli bir mekanizmadır.

(Mekanizmanın çalışmasını, ders notlarıyla birlikte verilen videodan izleyiniz!!!)

Aşağıdaki şekillerde günümüzde araçlarda yaygın kullanılan (özellikle karmaşık kumanda mekanizmalarını basitleştirmesi dolayıyla da) halat bağlantılı kumanda mekanizması ve geri vites geçiş basamakları gösterilmektedir. Mekanizmaların çalışmasını der dçkümanları arasında verilen (Düz şanzıman-ön.pdf) dosyasından inceleyiniz.

Çeşitli Şekiller:

5-speed transmission for longitudinal-engine passenger car with 4wd (Audi quattro)1 Input shaft, 2 Front-axle differential, 3 AWD transfer box with Torsen locking differential,

4 Rear-axle drive shaft.

Ağır araçlara ait uygulamalar:

Burada 4 vitesli bir kutunun önüne ilave bir basamak yapılarak 4*2=8 vitesli bir yapı elde edilmiştir.

Burada ise benzer bir uygulama bu kez kutunu son tarafına ek basamak uygulamasıyla yapılmıştır. Yine 4*2=8 vitesli bir yapı elde edilmiştir.

Vites artırmak için basit dişli mekanizması kullanılabileceği gibi planet dişli mekanizmaları da kullanılabilir. Bu tip

uygulama örnekleri aşağıda verilmiştir.

MekanikVK’ları elektronik kumanda ile otomatik VK haline getirilebilir. (5 numaralı dökümanı inceleyiniz)

ARIZACILIK:

Her araca ait katoloğa göre arızacılık, sökme/takma, Ölçü/kontrol yapılmalıdır.

DERS NOTLARINDA BULUNAN KATOLOG İNCELENEREK, YAPILMASI GEREKEN ÖLÇÜ/KONTROLLER ÇIKARILIP, UYGULAMAYA GELİRKEN GETİRİLECEKTİR. Atölye uygulamasında bu ölçümler/kontroller öğrenci tarafından yapılacaktır!!!!!