Zırhlı paletli bir araç için tork konvertör geliştirilmesi
The design of torque converter for a tracked armored vehicle
Yazar: OĞUZHAN ÇİFTÇİ
Danışman: DOÇ. DR. ALP TEKİN ERGENÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Hidrodinamik = Hydrodynamics ; Tork = Torque ; Çeviriciler = Converters

Özet:
Günümüzde otomotiv, savunma sanayi, raylı sistemler, deniz itki sistemleri, iş makineleri vb geniş kullanımı olan tork konvertörlere talep her geçen zaman artmaktadır. Dişli, mil ve göbek bağlantıları gibi bilinen makine elemanlarıyla sabit oranlarla tork ve hız aktarılır. Ancak oranlar arası geçişlerin yumuşak olması, gücün sonsuz değişken oranlar ile aktarılması ve iş makinası ile enerji makinasının ayrılması ihtiyaç haline geldiği durumlarda kullanılan tork konvertör sistemi Hermann Föttinger tarafından bir buhar türbini ile gemi pervanesi mekanizmasını eşleştirmek amacıyla 1905 yılında icat edilmiştir. Hidrodinamik güç aktarım prensibi sayesinde burulma titreşimlerini sönümlemesi gibi avantajları sebebiyle tercih edilmektedir. Burulma titreşimlerini azaltıcı etkisiyle transmisyon ömrünü artırmaktadır. 

Tork konvertör pompa, türbin ve stator olmak üzere 3 temel parçadan oluşur. Pompa ve türbin elemanları arası mekanik bir bağ olmaması, herhangi bir durumda motorun aşırı zorlanarak boğulmasını ve durmasını engeller. Bu şekilde motorun ve motor parçalarının da ömürlerini artırmaktadır. Bakım maliyetleri yüksek olan sistemlerde bu ömür artırıcı özelliği sebepli özellikle tercih edilirler. Aracın ilk kalkış anı veya yüklü olduğu durumlar gibi düşük hızda yüksek tork gerektiren durumlarda kullanılabilmesi sebebiyle özellikle ağır vasıtalarda vazgeçilmez bir eleman haline gelmiştir. İcadından itibaren tork konvertörün en büyük sorunu olan verimsizliği de güncel teknoloji ile iyica azaltılmış ve hafif ticari araçlar için de rekabetçi bir hale gelmiştir.  

Bünyesinde bulunan kilitleme kavramasının, arkasındaki pistonun yağ basıncını kontrol ederek pompa ve türbini birbirlerine kilitlemesi sayesinde istenilen zamanda pompa ile türbin birbirlerine mekanik olarak bağlanır veya ayrılır. Kilitleme kavraması aktif iken tork kavrama üzerinden mekanik olarak akar. Kilitleme kavraması deaktif iken motordan güç alarak dönen pompa elemanı, yağı türbin elemanına ileterek torku hidrodinamik olarak aktarır. Bu enerji aktarımı sırasında önce motordan mekanik olarak gelen güç, pompa elemanında hidrodinamik enerjiye dönüştürülür, Ardından türbin bu hidrodinamik enerjiyi emerek mekanik enerjiye çevirir ve bu çevrim sırasında verim kaybı oluşur. Tork konvertörleri hidrodinamik kaplinlerden ayıran stator elemanı, tork çarpım görevini yerine getirmektedir. 

Tork konvertörde yer alan santrifüj pompa, türbin, stator elemanlarının tasarımı, üretimi, test edilmesi vs bilgilere literatürden çok rahat erişilebilmektedir. Ancak tam anlamıyla bir tork konvertöre ait tasarım adımlarına dair dünya genelinde düzgün bir literatür bulunmamaktadır. Bu yüzden yerli transmisyon projelerinde tork konvertörlerin de yerli olarak tasarlanıp üretilmesi gereklidir.  Bu durum özellikle askeri araç projelerinde görülmektedir. Bağımsız savunma sanayi için bu gibi konular kritik önem arz etmektedir. 
Bu yüzden bu çalışmada başlangıç aşamasından bitişe kadar bir tork konvertörün tasarımına dair adımlar incelenmiş ve örnek bir uygulama için tork konvertör tasarımı yapılmıştır.

Abstract:
Today, the demand for torque converters, which are widely used in automotive, defense industry, rail systems, marine propulsion systems, heavy equipments, etc. is increasing day by day. Torque and speed are transmitted at fixed rates by known machine elements such as gears, shafts and hub connections. However, the torque converter system, which is used when the transitions between the ratios are smooth, the power is transferred with infinitely variable ratios and the separation of the work machine and energy machine becomes a necessity, was invented by Hermann Föttinger in 1905 to match a steam turbine and ship propeller mechanism. It is preferred because of its advantages such as damping torsional vibrations thanks to its hydrodynamic power transmission principle. It increases transmission life by reducing torsional vibrations.

Torque converter consists of 3 basic parts: pump, turbine and stator. The absence of a mechanical link between the pump and turbine elements prevents the engine from drowning and stalling under any circumstances. In this way, it also increases the life of the engine and engine parts. They are especially preferred in systems with high maintenance costs due to this life-enhancing feature. It has become an indispensable element, especially in heavy vehicles, as it can be used in situations that require high torque at low speed, such as when the vehicle is first taking off or when it is loaded. The inefficiency, which has been the biggest problem of the torque converter since its invention, has also been reduced with current technology and it has become competitive for light commercial vehicles as well.

The design, production, testing, etc. of the centrifugal pump, turbine, stator elements in the torque converter can be easily accessed from the literature. However, there is no proper literature worldwide about the design steps of a torque converter. Therefore, it is necessary to design and manufacture torque converters locally in domestic transmission projects. This situation is especially seen in military vehicle projects. Such matters are critical for the independent defense industry.

Therefore, in this study, the steps of the design of a torque converter from the beginning to the end are examined and a torque converter design is made for an example application.