İki akstan dümenlenen üç akslı özel maksatlı bir taşıtın direksiyon mekanizmasının kinematik tasarımı
Kinematic design of a multi-axle steering mechanism for a three axle special purpose vehicle
Yazar: METİN BURHA
Danışman: PROF. DR. İ. MURAT EREKE
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Direksiyon = Steering ; Gerilme analizi = Stress analysis ; Kinematik analiz = Kinematic analysis ; Tasarım = Design

Özet:
Direksiyon sistemi, aracın istenilen doğrultuya hassas ve emniyetli biçimde yönlendirilmesini sağlayan sistemdir. Günümüzde araçlardan beklenilen hareket kabiliyetilerinin çeşitlilik göstermesi, bununla birlikte araç çeşitliliğinin artması sebebiyle direksiyon sistemleri de birbirinden çok farklı biçimlerde tasarlanabilmektedir. Direksiyon sistemi tasarımı sadece doğru dümenlemeye değil, aynı zamanda tekerlek aşınmalarına, süspansiyon ve direksiyon sistemi komponentlerine gelen yüklere ve sürüş esnasında tekerleklerden şoföre gelen titreşime de etki etmektedir.Bu çalışmada çift akstan dümenlenen, üç akslı, özel maksatlı bir taşıtın direksiyon sisteminin kinematik tasarımı yapılmıştır. Bu kapsamda, öncelikle dönme hareketi, dönme hareketini etkileyen ön aks parametreleri ve direksiyon sistemleri incelenmiş, yapılan inceleme sonucunda taşıtın ön iki aksından dümenlenmesine karar verilmiştir.Taşıtın aks ağırlıkları ve direksiyon sistemlerinin tork kapasiteleri dikkate alınarak çift kutulu direksiyon sisteminin kullanılmasına karar verilmiştir. Ardından taşıtın aks geometrisi ve aks yerleşimi göz önünde bulundurulmuş, direksiyon kutuları ile tekerlekler arasında hareketin iletimini sağlayacak direksiyon mekanzimasının ön tasarımı CATIA programı kullanılarak yapılmıştır.Ön tasarımı yapılan mekanizmanın, 3 boyutlu matematik modeli MATLAB programında kurulmuş, bu model ile yapılan konum analizi sonuçları aynı tasarım için CATIA DMU Kinematics ve ADAMS view programlarında kurulan kinematik modellerin konum analizi sonuçları ile kıyaslanmış ve sonuçların büyük oranda uyum sağladığı görülmüştür. Bu aşamadan sonra MATLAB modeli kullanılarak direksiyon mekanizması optimize edilmiştir. Optimizasyonda tekerlek sapma açılarının Ackermann geometrisinden farkını gösteren direksiyon hatası değeri, benzer çalışmalarda uygun kabul edilen değerlere düşürülmüştür. Son olarak kinematik olarak optimize edilen bu mekanizma üzerindeki kuvvetler ADAMS view programında oluşturulan modelde belirlenmiş, kritik parçalar ANSYS workbench 10 programı kullanılarak yapılan sonlu elemanlar analiziyle gerilmeler açısından kontrol edilmiştir.

Abstract:
Steering system is used to turn the vehicle sensitive and safety to the intended direction. Nowadays steering systems can be designed various types in order to meet the different mobility requirements. The design of steering system is not only effective for true steering of the vehicle but also affects the tire wear, force amount that acts on the components of steering and suspension systems, the transmitted vibration from tires to the driver is also varies with the design of the steering system.In this research, kinematic design of a multi-axle steering system for a three-axle special purpose vehicle has been performed. In this context, existing steering systems are inspected first and it is decided to steer the first two axles of the vehicle.By considering axle loads, it is determined to use master and slave type two steering box for the actuation of the system. Then, the preliminary design of the linkage mechanism that transmits motion from steering boxes to the tires has been completed by using CATIA.MATLAB is used for constructing the 3D mathematical model of that linkage mechanism. Position analysis of the system is also performed by using DMU kinematics and ADAMS view, the results of these two programs are used for the confirmation of the results of MATLAB model. After the confirmation, the MATLAB model is used for optimization of the steering mechanism. The steering error reduced to an acceptable value in this optimization. In the end of the study, the forces on the components of optimized steering mechanism are found by using the dynamic model of ADAMS view. The maximum values of those forces are used in ANSYS workbench 10 for finite element analysis in order to check maximum stresses on critical components.