YAYLANMA ve METAL YAYLAR - kisi.deu.edu.trkisi.deu.edu.tr/mustafa.karaoglan/Sunu 9 Yaylanma-Askı Sistemleri.pdf · Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 2 YAYLANMA VE TEKERLEK ASKI SİSTEMLERİ

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 1

YAYLANMA

ve

METAL YAYLAR


YAYLANMA VE TEKERLEK ASKI SİSTEMLERİ

Yayların Görevi

Yol düzgünsüzlüğü sonucu tekerlekler dönme hareketi yapmanın yanı sıra yukarı

aşağı hareket ederler. Yola dik olarak oluşan düşey ivmeler, yer çekimi ivmesinin birkaç katına çıkabilir.

Bu şekilde araca çok büyük ve darbe şeklinde kuvvetler etkir ki, bunların değerleri

kütle değeri ne kadar büyükse, o oranda büyüktür.

• Yol darbeleri, içerideki yolcular için hoş olarak algılanmaz ve sağlığa

zararlıdır. Hassas yükler bu darbeler sonucu bozulur. Pek çok araç parçası

aşırı zorlanır.

• Seyir emniyeti de yol darbelerinden olumsuz etkilenir. Tekerlek

havada kaldığı süre zarfında yola hiçbir kuvvet iletemez. Araç yönlendirilemez

ve frenlenemez; virajda dışa doğru savrulur.

Tüm hızlı araçlarda bu olumsuz etkileri yok etmek için yaylar ön görülmüştür.

Yaylar, yol darbelerini yakalar ve bunları titreşimlere dönüştürür ve ayrıca

tekerleğin sürekli olarak yol ile temasını temin ederler.


Yay, lastik tekerlekler ve koltuk yaylanması birbirleriyle uyumlu olmalıdır. .

.

Resim : Bir aracın yaylanması Resim : Yanal yaylanma

Yol düzgünsüzlüğü sonucu ortaya çıkan darbeler sadece düşey yönde değil, bilakis

düşük oranda araca yanal yönde etkiyebilir.

En iyi yaylanmaya, tekerleklerin arkaya ve üstten dışa doğru sapan şekilde

yerleştirilmeleri durumunda ulaşılır, tıpkı motosiklet tekerlek bağlantı çatallarında

olduğu gibi, 650…700 ‘lik bir eğim en iyi seyir özelliğini sağlamaktadır.


Yayların Etkime Şekilleri

Yaylar ile araç, temel titreşim frekansı yaylar ve araç kütlesi tarafından belirlenen yaylanan

bir yay-kütle sitemi oluşturur. Yol darbeleri dışında tahrik kuvvetleri, fren kuvvetleri, rüzgar kuvvetleri, merkezkaç

kuvvetleri gibi diğer kuvvetlerin de araca etkimesi söz konusu olduğu için, hacimsel

olarak her üç eksen yönünde hareketler ve titreşimler ortaya çıkar

Düşey Eksen

Yanal Eksen

Boyuna Eksen

Yükselme Düşme

Savrulma (Düşey eksen etrafında dönme)

Baş sallama

Yanal itme

Yalpalama (Devrilme)

Titreme

Yön verme ekseni etrafında kanat çırpma

Resim : Araçta

oluşan titreşim

tipleri


Titreşimler

Sürüş esnasında aracın titreşimlerinin çok büyük olması durumunda, yol durumu ve

bununla bağlantılı olarak seyir emniyeti olumsuz etkilenir. Amortisörler aracın

titreşimlerini sönümlerler.

Aracın seyir özellikleri yaylandırılmamış veya çok az yaylandırılmış kütlelerin

yaylandırılmış kütlelere oranı tarafından belirlenir .

Yayın uyumu ne kadar iyi olursa, yaylandırılmamış kütleler ne kadar düşük tutulursa,

aracın yaylanma özellikleri o oranda iyileşir.

Yayların araç üzerinde uygun şekilde montajı ve amortisör sayesinde ;

Aracın ağırlık merkezi yüksekliği daha aşağılara çekildiğinde, İz genişliği ve aks

aralığı için daha uygun bir orana ulaşıldığında;

1. Hiç veya çok az düşey titreşim ve baş sallama titreşimleri ve dolayısıyla düşük

yalpa hareketi ortaya çıkar,

2. Seyir özellikleri pozitif olarak etkilenir.

3. Tekerlekler, kötü yol yüzeylerinde dahi yola daha iyi tutunur,

4. Direksiyon sistemi her zaman güvenli ve çabuk reaksiyon gösterir.


Yaylandırılmış kütlelerin darbe sonucu oluşan titreşimleri şasiye taşınır ve tüm

kütlelerin düşey yönde yaylanmasına sebep olur. Bir engelin aşılmasından sonra yol

uzun bir süre düz devam ediyorsa, bu titreşimler belirli bir süre içinde sönümlenir.

Özgül Titreşim Frekansı: Her elastik cisim belirli bir uyarı sonrası özgül titreşimini

yapar. Bu esnada ortaya çıkan titreşim frekansına özgül titreşim frekansı denir.

Özgül titreşimler uyarının büyüklüğünden bağımsız, fakat titreşen cismin kütlesine ve

yay sabitine bağlıdır.

Uyarıcı Frekans: Bir elastik cisim, bir uyarıcının periyodik ve devamlı darbeleri ile

hareketleniyorsa, zorlanmış titreşimler ortaya çıkar. Bu esnada oluşan frekansa

uyarıcı frekans denir.

Rezonans: Bir cisim kendi özgül frekansındaki frekansa sahip titreşimlerle uyarılırsa,

rezonans titreşimleri oluşur. Sönümleme ne kadar küçük olursa, rezonans o orada

şiddetli olur. Özgül frekans ve uyarı frekansı çakışırsa, rezonans meydana gelir.

m

c.

.2

1f


Aracın Yüzmesi: Darbe, kötü yaylanma etkisiyle ilgili tekerlek üzerinde bulunan araç

parçalarına taşındığında, tekerlek kısa bir süre için yoldan yukarı kalkar, zıplar ve yola

teması azalır. Bu tarz darbeler arka arkaya pek çok tekerleğe etkiyecek olursa, araç

sağlıklı bir şekilde yön verilemez duruma düşer; araç yüzmeye başlar.

Bir aracın yüzmesiyle seyir emniyeti olumsuz etkilenir ve motor gücünden tam olarak

yararlanılamaz.

Yay katsayısı: Yay kuvvetinin yaylanma mesafesine oranı olarak ölçülür. .

. .

Sert

Yumuşak

Resim : Lineer ve progresif karakteristiğine sahip helisel yaylar


Düşey Yaylanma : Araca etkiyen düşey dinamik kuvvetlerin etkisiyle araç karoseri

yayların çökmesi veya uzaması ile yukarı aşağı yaylanmaktadır.

• Lineer karakteristikli yayların kullanılması durumunda, yay çökmesi yükün ağırlığı

ile orantılıdır.

• Progresif karakteristikli yaylarda yay çökmesi, artan yük ile birlikte daha yavaş

olarak artar. Sabit bir yükleme yüksekliğinin muhafaza edilmesi, yalnızca bir seviye

ayarlayıcısı ile mümkündür.

Yalpa Hareketi: Diğer bir hoş olmayan durum ise, araca etkiyen yatay kuvvetlerin

etkisiyle karoserinin yana yatmasıdır. Bu da virajda söz konusudur. Burada

merkezkaç kuvveti, karoserde dışa doğru bir eğim oluşturacak şekilde etkir (Yalpa

hareketi).

Virajda karoserin dışa doğru eğim alması, yatması stabilizatör montajı ve araç ağırlık

merkezinin daha aşağılara çekilmesiyle azaltılabilir.

Baş Sallama Hareketi: Aracın ilk kalkış sırasında geriye doğru şahlanması ve

frenleme durumunda ise öne doğru selam verir gibi eğilmesi (Baş sallama hareketi)

ortaya çıkar .


Karoseri Titreşim Sayısı :Tam bir yaylanma, yayın çökmesi ve tekrar uzaması fazından

oluşur. Titreşimlerin dakikadaki tekrar sayısı karoseri titreşim sayısıdır.

• Amortisör bu titreşim sayısına etkimez, sadece yukarı aşağı yaylanmaya karşı büyük

bir direnç göstererek, titreşim salınımlarını küçültür.

• Araç ne kadar ağırlaşırsa, yükleme ne kadar artarsa, titreşim sayısı o oranda azalır.

Karoseri Titreşim Sayısının Etkileri:

• Dakikada 60 ve daha az titreşimler yumuşak bir yaylanmayı karakterize ederken,

bazı kişilerde bulantılara neden olabilir. Çok kuvvetli sönümleme ile yayın tam bir

yaylanma periyodunu tamamlaması engellendiğinde, bulantı nedeni ortadan

kaldırılır.

• Omurgayı sarsan, dakikadaki titreşim sayısı 90 civarında olan sert yaylar arka

aksta yüksek değerde yükleme için çoğu kez gereklidir.

Taşıma Kapasitesini belirleyen, kendi ağırlığının maksimum yüklemeye oranının

uygun olmaması nedeniyle küçük araçlar, düşük seyir konforuna sahiptir. Karoseri

titreşim sayısı > 100 D/d.

• Silindir hacimleri > 1,6 litre olan araçlarda titreşim sayıları 70 D/d,

• Silindir hacimleri < 1,6 litre olan araçlarda titreşim sayıları 85…96 D/d..


YAY TİPLERİ

1. METAL YAYLAR

Pek çok araç çelik yaylarla donatılmıştır. Yaylanma etkisi sertleştirilmiş yay çeliğinin

akma sınırı altındaki elastik deformasyonu ile ortaya çıkar. Yay karakteristiği lineerdir;

yapısal bazı tedbirlerle progresif karakteristiğe de ulaşılabilir.

Yaprak Yaylar : Yaprak yaylar bir eğilme yayıdır Çoğu kez çok tabakalı olarak yarı

eliptik yay formunda kullanılırlar. Yay yaprakları ortadan delinir ve aynı zamanda

yaprakların boyuna yönde kaymasına engel olan yay cıvatası (Blok cıvatası) ile blok

halinde tutulur. Yanal kaymalara karşı yay klemensleri kullanılır

Resim : Yarı eliptik çok tabakalı yaprak yay


Yay gözü Blok cıvatası

Yay klemensi Yay tabakası

Yaprak yay yarı yay katsayısı

Elastizite modülü


Ağır araçların yaylandırılması için uygundur. Tahrik, fren ve yan kuvvetler doğrudan

yaprak yay üzerinden karosere veya şasiye iletilir. Yaprak yay tekerlek aksı üzerine

yay kelepçeleri ile bağlanır. Karosere veya şasiye asılması sabit ve hareketli yay

gözleri üzerinden gerçekleşir

Resim : Bir otomobil sabit arka aksında yaprak yay uygulaması. Üst yön verici kollar

diferansiyelin tahrik ve frenlemedeki baş sallama hareketini engellemektedir.

Arka yay gözü yaylanma sırasındaki yay boyu uzamasını alabilen bir yay küpesine

sahiptir. Ana yaprağın kırılması durumunda emniyet olarak ikinci bir yay yaprağı ana

yaprak yayın gözlerine tam veya kısmen sarılır.

.

.

Yay klemensi

Yay küpesi

Yayın sabit bağlantı gözü


Helisel Yaylar : Özellikle hafif araçlar için kullanılır. Burulmaya zorlanırlar, doğrusal

karakteristiğe sahiptirler ve nerede ise sönümlemesizdirler. Farklı sarım adımları, konik

form veya farklı kalınlıktaki telin sarılmasıyla progresif karakteristiğe ulaşmak

mümkündür. Mini blok yayda her üç olanak kullanılmıştır. Helisel yayın orta kısmına ek

bir yay (başka helisel yay veya lastik yay) veya bir amortisör monte edilebilmektedir.

Fıçı formundaki (çift konik) sarılmış mini blok yay normal helisel yaylara göre

avantajlıdır. Çünkü yaylanma sırasında yayın sarımları birbirine temas etmeden iç içe

geçmektedir. Bu yüzden yaylanma mesafesi kısalmadan, çok küçük montaj boşluğuna

takılabilirler.


Mini Blok Yay

Serbest Bloke Serbest Bloke

Helisel yay katsayısı

Kayma modülü

Tel çapı

Ortalama sarım çapı

Yaylanan sarım sayısı


Helisel yaylar tekerleğe enine yönde etkiyen hiçbir kuvveti taşıyamazlar. Bu yüzden bu

yaylar, tahrik, fren ve yan kuvvetlerin başka yön verici kollarla iletildiği konstrüksiyonlarda

kullanılabilir.

Resim : Bir otomobil sabit arka aksında helisel yay uygulaması. Enine ve boyuna

kuvvetler taşıyıcı kollar üzerinden karosere iletilir.

.

.

Boyuna kuvvet taşıyıcı kollar

Enine ve boyuna kuvvet taşıyıcı kollar


Burulma (Torsiyon) Yayları : Yay çeliğinden yapılmış burulma yayı tekerleğin

yataklandığı bir kol üzerinden burulmaya zorlanır. Burulma çubuğu olarak genelde

dairesel kesitli dolu, nadiren boru formunda, kare kesitli ve ince plakaların paketi

şeklinde kullanılmaktadır. Burulma çubukları genelde çok az yer işgal ederler,

uygun olan yere monte edilebilirler ve özel bir bakım gerektirmezler.

Burulma yay katsayısı

Kayma modülü

Boy

Burulma yay çapı

Burulma yayı Gövde

Destek

borusu

Yay kurma

kolu veya

boyuna yön

verici kol


Burulma çubukları aracın boyuna ve enine ekseni yönünde düzenlenebilirler;

Boyuna montajda büyük uzunluklar ( büyük burulma açısı, daha büyük yaylanma

mesafesi) mümkündür. Eğilmeye zorlanmamalıdır; Bu yüzden çoğu kez bir boru

içine monte edilerek eğilmeye ve çevre şartlarına karşı korumaya alınırlar. Bağlantı

uçlarına genelde diş açılmıştır. Bu dişler yardımıyla yayın ön gerilmesi kolayca

ayarlanabilir. Bunlar her iki taraftan eşit büyüklükte olmalıdır.

Resim : Bir otomobil ön aksında boyuna yönde uygulanmış burulma yayı

.

Burulma yayı

Yay ön germe mekanizması


.

.

Torsiyon yayı

Koruyucu boru

Panhart çubuğu

Resim : Audi 60, 75 ve 90 ait arka aks . Torsiyon yaylı manivela kollu aks.

Torsiyon yaylar araç enine yönde koruyucu boru içine alınmıştır.


Çelik Yayların Tasarım ve Hesaplanması

Sürüş sistemlerinde aşırı zorlanan tüm yapı elemanları gibi, yayların da ön

boyutlandırılarak hesaplanması gerekmektedir. Hacim gereksinimini ve ayrıca seçilen

yay tipinin ön görülen yay yumuşaklığına izin verip vermediğinin belirlenmesi için bu

gerekmektedir. Burada verilecek hesaplama şekli; belirli, konstruktif olarak tespit

edilmiş boyutları, ön görülen yay katsayılarını ve seçilmiş yay çeliği mukavemet

değerlerini dikkate almaktadır.

Hesaplama için önkabuller

Hesaplamaya başlamadan önce hangi değerin verilmesi, hangi değerin kabul

edilmesi veya seçilmesi ve hangi değerin hesaplanması gerektiği düşünülmelidir.

Tekerlek temas noktasına indirgenmiş yay katsayısı c2 Ö,A değeri verilmelidir. Bu

değer helisel yaylarda iX ve iY çevrim oranları ile gerçek yay katsayısı değerine

dönüştürülebilir. Ayrıca, ön ve arka aks yükleri GÖ,A, bir yaya tek yönlü olarak gelecek

ön yükün Fm hesaplanabileceği yaylandırılmamış kütlelerin ağırlıkları UÖ,A

verilmelidir: .

)i.(2

UGF y

A,ÖA,Ö

W


Tablo : Stabilizatör ve burulma yayı olarak kullanılan yay çelikleri ( DIN 17221 )


Yaprak yayın aracın enine yönde tıpkı bir aks gibi kullanılması durumunda her bir

taraftaki ön yük ve aks yay katsayısı

ve .

UÖ ve UA değerlerinin belirlenmesinde

• Yaprak ve helisel yayların ağırlığının yarısının yaylandırılmış kütleye diğer

yarısının yaylandırılmamış kütleye eklenir.

• Burulma çubuk yayları şaside veya karoserde oldukları için tamamı yaylandırılmış

kütleye katılır.

Konstruktif olarak tam bası ve çeki durumunda belirlenen en büyük yaylanma

mesafelerinin tespit edilmesi gerekmektedir:

f1 tekerlek yayının yukarıya doğru yaylanma mesafesi,

f2 tekerlek yayının aşağıya doğru uzama mesafesi.

A,ÖA,ÖW UGF A,Ö 2A2 c.2c

Hesaplamaya tesir eden her iki değer Fmax = FW + F1 ve (f1 + f2 ), yükleme

durumundan bağımsız olarak aynı oranı muhafaza eder.


TABAKALI YAPRAK YAYLAR

Resim: Farklı l1 ve l2 kol uzunluğundaki çok tabakalı yaprak yayın hesabı için akış şeması.

.

.

Rijit bağlama

Hareket yönü


PAKETLENMİŞ BURULMA

YAY ÇUBUKLARI

.

.

Verilenler : cF, f1, f2 , FW , r , lfed , t em Ü , t em A (Tüm değerler daN ve cm ) 1 = seçilen

Arananlar : s1 , n1 , 0 = hesaplanan

Toleransları dikkate alınır Hesaplama başlangıcı

n0 tam sayıya yuvarlatılır ve n1 olarak yukarıdaki eşitliğe konur

Kontrol hesabı t em Ü ve y2 ile yayın tasarımında

t em A ve y1 ile yayın tasarımında

max

amaxtta

0

max1temÜmaxt

.9,0.

s

s.

a

maxa tmax t

0

max1A em ta t

.9,0.

s

s.

Yay katsayısı cF yalnızca çok az değişmesi şart koşulmaktadır.

vn.s )63,0n.(n.G

r.l.3.cs 11

4

11

2fedF

1

302,1

2F

0s.y

r.c.3315,0n

r.c

F

r

fsin

r

fsin

F

Wv

22

11

Aem t

fed

1aa t

Ü em tfed

1maxmax t

2fed

1141

F

l

9,0.s.

l

s.G.

r.l.3

)63,0n.(n.s.Gc

25

2,1fed

1

cm/daN 10.8G

G

y.ls

max

Ü em t2

a

Aem t1

y

y

V1max

21a 9,0.

2

Resim : Karesel kesitli ve en az üç yapraklı demet şeklindeki

burulma çubuk yayın hesaplanması için şema.


SİLİNDİRİK BURULMA

YAYI ÇUBUKLARI

. .

Diş açılmış veya köşeli kafa kısmı Diş açılmış Dört köşe kafa

v

v

Diş dibi çapı d4 =1,4.d veya 1,25.d

Kafa uzunluğu e 0,5.d4

R = kafadan gövdeye

geçiş yarı çapı 90 mm v = (1,25 …1,4) d

e 1.v

.

v

v

. . Verilenler : cF , f1 , f2 , r , FW , t em Ü , t em Ü ( tüm değerler daN ve cm) Arananlar : lfed , d

9,0.F

'F.

4

G 9,0.

l

d.10.2).(

.r.cF' 'FFF' 'F

y daN/cm 10.8

..r.cF' 9,0.2

'F'FF

F y

32

.G

r

fsin

r

fsin

165,1 1,5.r.yd

r.c

d.10.85,7l

a

maxa tmax t

fed

521a t

1F11Wmax

Ü em t

max1

25

2F212

a

Aem t

a2

11

22

32,1min2

F

44

fed

.

Yay imalatçıları tarafından tespit edilen toleranslar d (mm) müs.edilen sapma

d 10 0,05

10 < d 20 0,08

20 < d 28 0,10

28 < d 0,15

Hesabın devamında her iki y değerinin büyük olanı alınır.

Kontrol Hesabı :

Toleransların dikkate alınması ile d belirlenir ve bununla hesaplamaya devam edilir.

.

Hesaplama başlangıcı

Resim : Silindirik

burulma çubuk

yayların ve

müsaade edilen

çap sapmalarının

hesabının

şematik olarak

gösterilmesi


HELİSEL YAYLAR

Silindirik helisel yay, pratik olarak Di iç çapı ile sarılmış silindirik burulma yay

çubuğudur. Tel çapı olarak bilinen en küçük çubuk çapı dmin , önce mukavemet

değerinin bir fonksiyonu olarak; daha sonra lfed yerine yaylanan sarımların sayısı iF

hesaplanır. iF , ve Dm= Di + d ortalama sarım çapı ile çarpılarak yaylanmaya

katılan tel uzunluğu lF, yani lF = iF.Dm. elde edilir.

k

Ü em ti

k yardımıyla müsaade

edilen üst gerilmenin

fonksiyonu olarak i

hesaplanır:

.

.

Yükselmiş gerilmeler

d

Dm

1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

k katsayısı

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

Sa

rım

ora

nı

w =

Dm

/ d

Resim a) Sarım esnasında

helisel yaylarda iç (sıkışan)

kısımda yüksek gerilmeler

ortaya çıkar.

b) Sarım oranı w = Dm/d , k

katsayısının değerini belirler.


. Verilenler : c2 , f1,f2 , Dm, iX , iY, t em Ü , t em A , GÖ,A , UÖ,A ( Tüm değerler daN ve cm )

Arananlar : d, iF1, ig , LW , LBL , Ln , L 0 ,

8

G d dmin

i

max1

32,1mmin

F3m

45

Fa

F yy.55,2.Dd

c.D

d.10i

F

y S.ix.d

Resimden k 5,1ii

k

edilir. eld i latılarak yuvari

Aem t

a2 aF1max

1Fg

Ü em ti F1Fa

x Resimden BL1FmaxBL L)1,1i.(dL

L

LL L

c

FL

Resimden D

L LLf LLS

0

BL0 0

F

WW

m

aWBL1FnBLa

.

Hesaplama başlangıcı

Fyx2

x

2F2

x

1F1

FF11

A,Ö

A,ÖyW

ci.i.c

i

ff

i

ff

c.fF

)2

UG.(iF

toleranslar dahil edilerek ortalama bir d değeri ile devam edilir. Fmax = FW+F1

FF2F1

a c.2

9,0).ff(F

y1 , y2 değerlerinin büyük olanı ile hesaplamaya devam edilir.

Resim: Helisel yay hesabının şematik gösterilimi.


.

.

e1

e2

d Di Dm Da

.

.

Da , Dm , Di

[mm]

Büyük Kadar

Çubuk yüzeyinde müsaade edilen sapmalar [mm] Yüzey valslenmiş Yüzey taşlanmış Sarım oranı w Sarım oranı w

8 8 < 8 8 <

Resim : Yay montajı

için önemli ölçüler

Resim : Dış sarım Da , ortalama sarım Dm ve iç sarım Di çapı için

müsaade edilen sapma değerleri [mm] çubuk üst yüzey işlemesi ve

sarım oranının fonksiyonu olarak DIN 2096 ‘dan alınmıştır.


Teşekkür ederim

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY

Documents

YAYLANMA ve METAL YAYLAR - kisi.deu.edu.trkisi.deu.edu.tr/mustafa.karaoglan/Sunu 9 Yaylanma-Askı Sistemleri.pdf · Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 2 YAYLANMA VE TEKERLEK ASKI SİSTEMLERİ