Bir otomotiv diferansiyelinde son redüksiyon oranını değiştirerek tasarımlarının ve analizlerinin
Designs and analysis of an automotive differential by changing the final reduction ratio
Yazar: AYŞE RANA BEKDİK
Danışman: DOÇ. DR. ABDULLAH ENGİN ÖZÇELİK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Diferansiyel dişli kutusu sistemi araçların viraj esnasındaki tekerleklerin katettiği yolun farklı miktarlarda olmasından kaynaklı kullanılan sisteme denmektedir. 
Diferansiyel tasarımı araçların yol tutuş performansına ve bazı özelliklerine göre tasarlanmaktadır. İhtiyaçlardan dolayı diferansiyel çeşitlerinde farklılık göstermektedir. Aslında hepsinin işlevi birbiriyle aynıdır. Diferansiyel dişli kutusu sisteminde düz dişliler yerine hipoid konik dişliler tercih edilmektedir. Diferansiyel mekanizması, tahrik milindeki hareketi tekerleğe ileten, hızında azalma sağlayıp torkunun artmasını sağlayan ve taşıttaki ilk hareketin kolaylığını sağlayan dişli sistemidir. Hipoid dişli tipinde, diş eksenleri birbirine dik olmasından dolayı aracın ağırlık merkezini zemine yaklaşmasıyla, aracın yol tutuşunu iyileştirmektedir. Ayna dişli ve pinyon dişlinin konik dişli gruplarından herhangi birinin kullanılması, sürtünmeden kaynaklanan titreşimi ve ses sorununu azaltması sebebiyle tercih edilmektedir.
Yaygın olarak bulunan otomobil diferansiyelleri maksimum 6 azalma oranına sahiptir. Bunun nedeni, 6'dan büyük bir azaltma oranına sahip bir otomotiv diferansiyelinin tasarlanmasının, mevcut sınırlı alanla konumlandırılmanın mümkün olmadığı hantal bir tasarıma yol açmasıdır. Ayrıca, diferansiyelin boyutunun artırılması aşırı istenmeyen ağırlığa yol açabilir. Çoğu kara aracı, 3 veya 4'lük azaltma farklarına sahiptir. Ticari olarak konuşursak, 6'dan büyük bir azalma ile bir diferansiyel bulmak imkansıza yakındır. Çoğu üretici ek bir tek vitesli şanzıman kutusuna sahiptir, ancak bu tasarımı zorlaştıracak ve servis maliyetlerini artıracaktır. Bu makalenin amacı, farklı azaltma oranlarına sahip bir diferansiyeller tasarlayıp analiz yapmaktır. Makale, tasarımın başarısını kanıtlamak için tüm hesaplamaların yanı sıra Adams ve Ansys simülasyon'da gerçekleştirilen kuvvete dayalı bir analizi içermektedir.
Bu çalışmada ayna dişlisi sabit tutularak pinyon dişli sayısındaki değişiklikler göz önüne alınarak çevrim oranından değişiklikler yapılmıştır. Yapılan matematiksel hesaplamalar ve analizler sonucunda çevrim oranın artmasıyla normal modül değerinde azalma gözlemlenmiştir. Tasarımda düz dişli yerine hipoid dişliler kullanılarak daha sessiz bir çalışma ortamı sağlanmıştır. Eksenler arası mesafenin artmasıyla ayna helis açısında azalma ve verimde düşme gerçekleşmiştir. Yapılan analizler sonucunda üretim sürecinde ve sonrasında gözlemlenecek problemlere daha erken müdahale edebilme imkanı sunmuştur.

Abstract:
The differential gearbox system is called the system used because the distance traveled by the wheels during the cornering of the vehicles is different.
Differential design is designed according to the handling performance and some features of the vehicles. It differs in differential types due to needs. In fact, they all have the same function. In the differential gearbox system, hypoid bevel gears are preferred instead of spur gears. The differential mechanism is the gear system that transmits the movement in the drive shaft to the wheel, provides a decrease in speed and increases the torque, and provides the ease of the first movement in the vehicle. In hypoid gear type, since the tooth axes are perpendicular to each other, it brings the vehicle's center of gravity closer to the ground, improving the vehicle's handling. The use of any of the bevel gear groups of the bevel gear and pinion gear is preferred because it reduces the vibration and noise problem caused by friction.
Commonly available automobile differentials have a maximum reduction ratio of 6. This is because designing an automotive differential with a reduction ratio greater than 6 results in a cumbersome design where positioning is not possible with the limited space available. Also, increasing the size of the differential can lead to excessive unwanted weight. Most ground vehicles have differentials in reductions of 3 or 4. Commercially speaking, finding a differential with a reduction greater than 6 is close to impossible. Most manufacturers introduce an additional single-speed gearbox, but this will complicate design and increase service costs. The purpose of this article is to design and analyze differentials with different reduction ratios. The article includes a force-based analysis performed in Adams and Ansys simulation along with all the calculations to prove the success of the design.
In this study, changes were made in the cycle ratio by keeping the ring gear constant and taking into account the changes in the number of pinion gears. As a result of mathematical calculations and analysis, a decrease in the normal module value was observed as the conversion rate increased. A quieter working environment is provided by using hypoid gears instead of spur gears in the design. As the distance between the axes increased, the mirror helix angle decreased and the efficiency decreased. As a result of the analyses, it provides the opportunity to intervene earlier in problems that may be observed during and after the production process.