Kavrama metalik disk elemanının pedal konforu ve yorulma dayanımı açısından evrimsel algoritma ile tasarım optimizasyonu ve prototip üretimi
Design optimization of clutch cushion disc in terms of pedal comfort and fatigue strength and prototype production
Yazar: SAMET KARTAL
Danışman: PROF. DR. NECMETTİN KAYA
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Araçlarda kullanılan debriyaj elemanı, motorla vites kutusu arasındaki irtibatı keserek vites değiştirme olanağı sağlayan aktarma organıdır. Motordan aldığı torku iletmenin yanında, kalkış ve vites geçişi esnasında sürüş konforunu da sağlar. Günümüz binek araçları konvansiyonel debriyaj sistemleriyle donatılmışlardır. Bu debriyaj sistemi; disk komplesi, volan ve kendi içerisinde kapak, diyafram yayı ve baskı plakasından oluşan baskı komplesinden meydana gelmektedir.
Bu yüksek lisans tezinde, kuru sürtünme yüzeyli debriyaj sistemi elemanlarından metalik disk yayın istenen konfor ve yorulma kısıtlarını sağlayacak optimum tasarımının evrimsel algoritma kullanılarak şekil optimizasyonu ile elde edilmesi, prototip üretimi ve testleri gerçekleştirilmiştir.
Disk komplesi dişli kutusu miline bağlanan mekanik bir parçadır ve fonksiyonel özellikleri şu şekilde sıralanabilir;
-	Kavrama pozisyonunda motor torkunun tamamını iletmek,
-	Motor torkunu sönümleyerek iletmek.
-	Motorun çalışması esnasında oluşturduğu titreşimleri filtrelemek.
 Metalik disk elemanının da içinde bulunduğu disk komplesinin fonksiyonlarından bir tanesi de motor torkunu sönümleyerek iletmektir. İki balata arasında bulunan disk elemanı, dalgalı bir yüzeye sahip olup kavrama sırasında her iki balatanın sıkıştırması sonucu yüzey geometrisi gereği yay gibi davranmaktadır. Kavrama sırasındaki rijitlik eğrisi incelendiğinde, diskin eksenel yer değiştirme değeri arttıkça rijitlik doğrusal olmayan bir formda progresivite şeklinde artma eğilimindedir. Rijitlik eğrisinin bu formu debriyaj pedalına basılması sürecinde, sürücünün pedal konforunu doğrudan etkiler ve istenen konforun sağlanması için rijitlik eğrisinin belirli limitler arasında olması gerekir. Uygun olmayan rijitlik eğrisi titreşim ve vuruntuyu sürücüye yansıtır, kavrama konforsuz ve sert bir biçimde gerçekleşir. Ayrıca ilerleyen ömür süresince tork iletiminin gerçekleşmemesine neden olur ve debriyaj ömrünü azaltır. Hatta yastıklama fonksiyonu bulunmayan diskte gerçekleşecek bir kavrama motorun durmasına dahi sebep olabilir. Tork iletimi yüksek enerji seviyelerinde gerçekleştiği için, baskı plakası ısınır ve deforme olur. Bu deformasyon sonrası iç çapıyla tork iletme eğilimine girer, bu da iletilen torkta düşüşe neden olur. Uygun bir rijitlik eğrisine sahip olan disk bu düşüşü dengeler. 
Her araç üreticisi tarafından konfor istekleri doğrultusunda belirlenen pedal yükünden hareketle rijitlik eğrisi hesaplanır. Bu tez çalışmasında istenen rijitlik eğrisini sağlayan diskin tasarımının şekil optimizasyonu ile gerçekleştirilerek daha kısa zamanda ve istenen özelliklerde elde edilmesi planlanmıştır. Şekil optimizasyonu için evrimsel optimizasyon algoritmalarından diferansiyel gelişim algoritması, screening algoritması ve optimizasyon amaç fonksiyonu hesaplamalarında ise metalik disk sonlu elemanlar modeli kullanılmıştır.
Metalik disk şekil değişkenlerinin belirlenmesinin ardından sıcak şekillendirme ile prototip imal edilmiş ve testler ile tasarım doğrulaması gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
The clutch is an element which makes a temporary connection between gear box and vehicle engine. It transmits not only engine torque, but also ensures comfort and drivability during slippage. Today's passenger cars and light trucks are now almost exclusively equipped with conventional clutches which consist of clutch disc, flywheel, cover, diaphragm spring and a pressure plate. 
In this thesis study, optimum shape design of metallic disc which is used in dry clutch has been performed using an evolutionary optimization algorithm subject to durability constraint. Objective function has been selected as drivers' comfort. Optimized design has been produced as a prototype and test has been done in order to validate the prototype. 
Disc assembly is a mechanical part of clutch which connect to gear box input shaft. Functional requirements of disc assembly are specified as below;

●	Transmit engine torque completely during the slippage time,
●	Transmit engine torque with progressivity,
●	Absorb the vibrations coming from engine. 
                                                                                                                                                          There are many functions of disc assembly. One of them is to transmit the engine torque with absorbing vibrations. It allows a soft gradual re-engagement of torque transmission. Metallic disc which is located between two facings has wavy surface, thus it behaves like a spring during engagement. The axial elastic stiffness of the clutch disc is obtained by a metallic disc. The load-deflection curve gives the axial load versus axial displacement obtained by compressing metallic disc. The wavy shape of the disc provides progessive stiffness curve. The metallic disc participates to the drivers' comfort during engagement of the clutch. The comfort depends on the limits of the progressive stiffness curve. Outside the limits of this cushion function, the clutch engagement would be harsh and uncomfortable for the driver. Besides, engine torque may not be transmitted during the later service lifetime and life of the clutch might be decreased. In the case of, metallic disc has no cushioning function, engine might be stopped. Additionaly, unproper cushioning function cause to heat and deform of the pressure plate and it also decreases the transmitted engine torque. Therefore, metallic disc has to have certain cushioning characteristics in order to overcome these problems. 
Design of the clutch starts with the pedal force designated by the vehicle manufacturer. Optimum metallic disc has been designed by shape optimization in a short time than classical approach with this thesis study. Among the optimization algorithms, differential evolution and screening algorithms has been used for shape optimization and finite element method has been used for objective function calculations in this thesis.
Prototypes of the metallic disc has been produced with the hot forming method after the shape optimization and then has been validated with tests.