Ağır ticari vasıta vites topuzu tasarımı, analizleri iledayanım testlerinin kıyaslanması
Heavy commercial vehicle shifter knob design, correlation of computer cae simulation & rig tests
Yazar: SELİM MUTLU
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA BAKKAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Manuel vitesli araçlarda kullanılan vites topuzunun tezin konusunda tasarım adımları belirlenmiş, bilgisayar destekli analizleri yapılarak hem kalıplama hem de ömür testleri ile irdelenerek yapılan analizlerin ömür testi ile ilişkileri kurulmuştur. Tasarım aşamasında müşteri beklentileri belirlenerek ve teknolojik yenilikler belirlenerek başlanmıştır, topuzdan beklenen tasarımlar ve fonksiyonlar irdelenmiştir. Günümüzde kullanılan kalıplama tekniklerini ve plastik malzemelerdeki çeşitlilik artan müşteri beklentileri ile beraber tasarımda, yumuşak dokunuşlu ve kalite algısı daha yüksek polimer bazlı parçaların kullanımına yönlendirmiştir. 
Tezin konusu olan vites topuz ana gövdesinde beklenen mukavemet değerlerini sağlamak hem de kalite hissini arttırmak için iki farklı polimer malzeme ile imal edilmesi ön görülmüştür. Polimer bazlı parçaların kalıplama sonrasın çarpılmalarını ve kalıp parametrelerini en iyilemek için bilgisayar destekli simülasyonlar yapılmıştır. Fonksiyonellik olarak, yakıt tüketimini düşürebilmek için şanzımanlardaki vites sayısı artmaktadır. 
Ticarileşmiş yaygın kullanım 16 vites 'e kadar mevcuttur. Vites aktarımında mekanik kol pozisyonu ile 16 vitesi kullanma zor olacağı için iki adet pinomatik pistondan faydalanmaktadır. Pinomatik piston ile yardım alınan vites grupları buçuk ve ağır-seri grubudur. Bu iki pinomatik vites topuzu üstündeki iki mandal yardımıyla kumanda edilmektedir.  Vites kolu içinde bu mandallara ve çalıştıkları elektrik tesisatına yer açabilmek için uygun paketleme çalışmaları yapılmıştır. 
Yapılan paketleme çalışmaları sonucunda vites topuzuna olan mukavemet etkisini bilgisayar destekli simülasyon ile araştırılmıştır.  Bilgisayar destekli analizlerin test bankolarında yapılan testler ile doğrulanmıştır. Ergonomi açısından da vites kolunu araç içindeki yeri ve bunun kullanıcı tarafından uygunluğu standart prosedürlerin firmalar tarafından yorumları dahilinde belirlenmektedir. 
Oluşturulan özgün tasarım kabul 3 boyutlu model halinde alındıktan sonra belirlenen fonksiyonları yerine getirebilecek şekilde vites topuzunun alt parçaları boyutlandırılmıştır. Oluşturulan tasarımda mekanik ve kimyasal dayanım kriterlerini sağlayabilecek malzemeler seçilmiştir.
Nihai tasarım, üretilebilirliği açısından da değerlendirilerek kalıplamada oluşabilecek çekintileri ve bunların engellenmesi için besleyici yönleri ve pres kuvvetleri Moldflow analiz yapılmıştır.
Bilgisayar destekli olarak yapılan analizlerde yapılan analizlerden sonrasında parçanın mekanik ve üretim denemeleri yapılarak seri imalat kalıplarının ve parça dayanımının etkisinin analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu sayede Türkiye'de ilk defa tamamen milli imkânlar ile çift mandallı bir vites topuzu yapılarak yerlileştirilmiştir.

Abstract:
The Manuel transmission shifter knob is one of the key element for interference of machine and human. Customer expectation on the gear knob creases for different aspects, such as style, functionality and quality feeling. On the heavy commercial vehicle side, not only customer expectation increased, but also shifter knob must fulfill transmission new requirements. New heavy commercial vehicle are equipped with up to 16 speed forward gear option for better gradeability and also fuel efficiency. If you consider Manuel transmission in passenger car, there are 6 speed location and additional reverse gear position. However  there is space limitation in the heavy commercial vehicle cabin, so that  the gear knob can only has 4 position the combination of the additional 2 latches on the gear knob, driver can choose 16 different speed in the transmission. In this thesis there are two main items have been discussed. First is, the gear knob design and production and CAE die simulation and correlation for appropriate surface finishes study, product validation and correlation in the CAE simulation.
The gear knob initial design have been completed by design studio according to main stream of company DNA and styling. This design contains 3D surfaces of finished part, color code and main surface grains. The company strategy is the envelope is a master and must obey the proposed design studio surface. The design have been kept in the design studio envelope and fulfill all requirements and customer expectations. So that first step is detailed part design have been studied on the surface model and prepared a solid model. There were several iteration and design requirements and model have been modified. 
In the design the most critical item is that appropriate envelop defining for the latch, switch and their casings. Latch assembly contains switch, a pin and spring and also latch. Switch sends signals to a solenoid valve. The solenoid valve open air and change the gear with a logic in the ECM according to latch position on the shifter knob. The latches located in the middle of the shifter knob body. 
In the first section it has been focused on the correlation of the tool and die design and co-injection of the two different part. The first topic have been verified is choosing manufacturing parameters of the co injection part and the die design completely. Moldflow analyses have been completed for 2 main part and detailed tool design have been completed with that design. LHS & RHS knob covers, which are coated with chrome, and second injected part which is TPU have been focused for the moldflow analyses. 
The rib thickness on the cover was found there could be a risk for the sink mark, so that total thickness have been increased on the cover and ribs thickness optimized and changed according to moldflow analyses results.
There was a second estimated problem in the CAE. The second layer of the co injection is TPU part and total molding time and sink marks have been found in the CAE. The total molding time and molding temperature have been optimized.
As next step, 3D model have been subjected to durability CAE, which has been done with abaqus and the load have been applied according to maximum design limit which is 700 Nm. HCV transmission shifting systems supported by a servo system to reduce total shifting force. The calculation of load have been taken the maximum limit of the force without servo support and called as emergency shifting.
In the analytic model, maximum static load have been applied on the shifter knob. The critical area have been verified according to material specification. Critical area on the radius improvement have been applied.
The environmental effects have been verified according to company design roles on the shifter knob. The part have been subjected to chemical and thermal and scratch test for the coating of plastic part.
In the thesis heavy commercial vehicle shifter knob development phase have been completed from basic design to mechanical validation by computer added engineering and correlated with Rig tests.