Binek otomobillerde otomatik şanzıman konstrüksiyonu
Automatic transmission design for passenger cars
Yazar: OĞUZHAN AVDAN
Danışman: DOÇ. DR. SAİT YÜCENUR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2000
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Konstrüksiyon = Construction ; Otomobil = Automobile ; Şanzıman = Gearbox

Özet:
Otomatik şanzımanlann alt sistemleri incelendiğinde, temel olarak 3 alt sistem ortaya çıkmaktadır. Bu sistemlerden birincisi hidrodinamik moment dönüştürücüdür. Sadece belirli bir aralıkta yüksek verimle çalışan bu sistem, kademesiz hız değişimi sağlaması, pratik olarak aşınmasız olması, sistemde hidrolik fren olarak kullanılabilmesi ve planet mekanizmaları ile kombine edilerek vites kurulan meydana getirmesi gibi avantaj lannın yanında verimin düşük oluşu ve boyutlarının büyük oluşu gibi dezavantajları ihtiva etmektedir. Temel olarak 2 adet kanatlı çarktan biri motor çıkışma bağlı olup, motordan aldığı döndürme momentini aradaki akışkan ile karşı kanatlı çarka iletir. Ancak burada çarklar aynı hızlarda dönmedikleri sürece oluşan türbülanslardan ötürü bir güç kaybı olur. Bunun önlenmesi için araya reaktör denilen üçüncü bir kanatlı çark konulmuştur. Bu üçüncü kanatlı çark çok kuvvetli bir karşı basınç sağlayarak hidrodinamik moment dönüştürücünün verimini yükseltmektedir. Binek araçlarda kullanılan moment dönüştürücü tipi trilok dönüştürücüdür. Bu tip dönüştürücü ilk harekette yüksek bir moment sağlamaktadır. Dönüştürücülerin teorik olarak hesaplanmaları, bir çok faktörün olmasından dolayı mümkün olmadığı için basit bir modelleme ile hesaplamalar yapılabilir. Bu modellemede kanatların çok ince olduğu, akım kanallarının çok dar olduğu ve pürüzlülüğün olmadığı varsayılmıştır. Ayrıca çark yataklanndaki mekanik sürtünme kayıpları, akım kanallarındaki sürtünmeler ve kanal girişlerindeki darbe kayıpları ihmal edilmiştir. Basitleştirilmiş modelden elde edilen sonuçlarla yapılan dönüştürücülerin mutlaka model ve prototip deneylerinin gerçekleştirilerek gerekli düzeltmelerin yapılması şarttır. Yüksek araç hızlarında motordan gelen hareketin tümünün hidrodinamik moment dönüştürücüden geçirilmesi verimin düşmesine sebep olacağı için, bir kilit kavraması kullanılarak motor çıkış şaftı ve şanzıman giriş şaftı arasında bir mekanik bağlantı sağlanır. Bu mekanik bağlantı moment dönüştürücüdeki kaymayı ortadan kaldırır ve dönüştürücü tek bir ünite gibi çalışır. Motor devri ile türbin devri arasındaki fark sürekli ölçülerek kapanma için geri besleme sağlanır. Otomatik şanzımanlarda en yaygın olarak kullanılan yağ pompa tipi Crescent tipindeki yağ pompasıdır. Yağ pompalan, moment dönüştürücülerin çalıştırılması ve soğutulması, şanzımanın yağlanması ve vites değiştirme işlemlerinin yapılması görevlerini üstlenirler. Otomatik şanzımanlann alt sistemlerinden diğeri planet mekanizma sistemleridir. Temel olarak dişlilerden birinin ekseni diğer dişli etrafında dönme hareketi yapıyorsa bu mekanizmaya planet dişli mekanizması denir. Planet mekanizmalannın aynı asal eksen üzerinde dönen üç temel elemanı vardır. Gezegen dişlisi, güneş dişlisi ve gezegen taşıyıcı. Planet mekanizmalannın iki uygulama şekli mevcuttur. Bir elemanı sabit, bir giriş ve bir çıkış olan sistemler ve bütün elemanların hareketli olduğu xısistemler. Çok planetli mekanizmalarda planet sayısının artırılması, planetler arasındaki yük dağılımının eşit hale sokulmasını gerektirir Otomatik şanzımanlann alt sistemlerinden üçüncüsü kontrol mekanizmalarıdır. Kontrol sistemi bünyesinde çeşitli kavrama ve frenleri içermekte ve bu alt sistemler birbirlerine en yüksek verimle çalışabilecek bir mekanizma meydana getirme amacıyla çeşitli şekillerde bağlanmaktadır. Sistemde kullanılan kavrama ve frenler çok plakalı yapılar şeklinde ortaya çıkar. Bu çok plakalı kavramaların yüksek sürtünme katsayısına sahip olmaları ve yumuşak geçişlere izin veren malzeme olması istenir. Bu plakalar kontrol ünitesinden gelen yağ basıncı ile basmç pistonu tarafından ittirilerek kilitlenirler. Şanzımanın hidrolik kontrolü ile ilgili belirleyici bir takım değişkeler mevcuttur. Bu değişkenler vites seçme valfının durumu, gaz pedalı durumu ve yol hızıdır. Sürüş programı vites seçme valfı ile tespit edilir. Gaz pedalı durumunda da 4 ana pozisyondan bahsetmek mümkündür. Bunlar rolanti, kısmi gaz, tam gaz ve kick down durumudur. Vites değiştirme esnasında motor momenti çok hassas biçimde avans açısının ayarlanmasıyla düşürülür. Böylece vites değişimleri herhangi bir sarsıntı olmadan ve homojen biçimde gerçekleştirilmesi sağlanır. Otomatik şanzımanlann yağlarının sınıflandırılması iki şekilde yapılır. Bunlarda birincisi SAE sınıflandırması, diğeri ise API sınıflandırmasıdır. SAE sınıflandırması viskoziteye göre yapılmaktadır. API sınıflandırması ise 5 ayrı servis sınıfında tanımlanmaktadır.

Abstract:
As the automatic transmission is closely inspected, it is seen that 3 subsystems constitute the whole system. One of the subsystems is hydrodynamic torque converter that only work efficiently in a specific range. Beside advantages of torque converter such as infinite number of speed ratios, practically no wear, assistance to brake system as retarder and combination with planet mechanisms to form transmissions, torque converter has disadvantages of low efficiency and large dimensions. One of the impeller that is secured to the input shaft, transmits engine torque to the drive impeller by means of the hydraulic fluid. Unless these two impellers run at the same speeds, there is a loss of efficiency due to the turbulence occurred in the hydraulic. To prevent loss of efficiency, a reactor impeller is used. The reaction member is subjected to a torque opposite in direction to that on the runner, the efficiency of the torque converter can be increased. In passenger cars, the type of hydrodynamic torque converter is trilok that provides high torque values at initial movement. Due to the difficulty of calculating torque converters theoretically, simple modeling can be used. At this model some assumptions are made such as very thin blades, very thin form of flow path and perfect surface quality. In addition, loss of mechanic friction at impeller bearing, friction and impact loss at flow path are neglected. Torque converters manufactured regarding to the results from the simplified model should be tested in prototype manner and necessary corrections should be made At high road speeds, due to diverting engine torque 1 00% through torque converter, causes loss of efficiency, engine output shaft and transmission input shaft are secured together by means of a lockup clutch. This type of mechanical connection eliminates slip between impeller and turbine wheel, thus the complete converter runs as a single unit. The difference between revolutions of that engine and impeller is monitored to provide feedback for torque converter lockup. The most common oil pump used at automatic transmissions is known as a crescent moon pump. It has the task of generating main pressure, scavenging the converter with oil to dissipate heat, supplying the hydraulic circuit with pressurized oil and lubricating the transmission with oil. The second subsystem of automatic transmissions is planetary gear train. Basically if the axial of a gear rotates around other gear, this system is called planetary system. The planetary gear train consists of three successively actuated members, sun gear, planet gear and planet carrier. There are 2 applications of planetary gear train, first application is that one member constant, one input and one output, second application is that all members actuated. Increasing planet number at multi planetary systems requires equalizing of load disturbance between planet systems. xmThe third subsystem of automatic transmissions is control unit which has various brake and drive couplings within and these subsystems are connected together to form a mechanism working efficiently. The drive and brake couplings appear as multi plate clutches that have property of high friction coefficient and smooth transition characteristics. The drive and brake couplings are engaged by pressure piston actuated by pressurized oil. There are 3 influencing variables for the hydraulic control of the transmission, these are position of the selector valve, accelerator pedal position and road speed. The driving program is determined by the selector valve. For the accelerator pedal position, a rough distinction is made between 4 stages, these are idle or no throttle, part throttle, full throttle and kickdown. During gearshift, engine torque is reduced slightly by reducing ignition angle. This temporarily enhances shift quality. There are two types of classification for the automatic transmission oils. One of the classifications is SAE, other classification is API. SAE classification depends on viscosity, API classification is determined in 5 service grades.