Ağır tonajlı kamyon süspansiyonlarında yaprak yay braketlerinin topoloji optimizasyonu
Topology optimization of leaf spring brackets in heavy duty truck suspensions
Yazar: ÇAĞDAŞ KAYA
Danışman: PROF. DR. KEMAL ERMİŞ
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Otomotiv = Automotive ; Topoloji = Topology

Özet:
Sürekli evrim geçiren ve teknolojideki değişimlere gelişen teknoloji ile ayak uyduran, yakıt sarfiyatının minimum düzeye indirilmesi ve maksimum verim elde edilmesi hedefiyle birlikte, konfor ve güvenlik sistemlerinin geliştirilmesine dair çalışmalar yürütülmektedir. Artan müşteri beklentileri ve gelişen teknolojiler ile birlikte ticari araçların da en az otomobiller kadar konforlu olması gerekliliğini ortaya çıkarmıştır.
Güvenlik, konfor ve kullanım kolaylığı alanlarında Ar-Ge faaliyetleri yürütülmektedir. Sürüş sırasında araç ve yolcu konforu son derece kritiktir. Süspansiyon sistemleri, araç ve yolcu konforunu belirgin şekilde artırır. Konfor, kişiden kişiye değişir ve aynı kişinin farklı zamanlarda yaptığı değerlendirmeler de farklılık gösterebilir. Bu nedenle, araçlar tasarlanırken subjektif yerine objektif değerlendirmelere dayalı olarak süspansiyon sistemleri şekillendirilir.
Araçların güvenli ve daha iyi bir sürüşe sahip olması, çeşitli yük ve sürüş ortamında (fren yapma, hızlanma, yüksek hız, viraja girme) isteklere hızlıca tepki vermesi, lastiklerin yol tutuşu, yalnızca birinci sınıf bir süspansiyon sistemine sahip olmakla mümkündür. 
Konfor açısından araç kabin süspansiyonlarının yanı sıra süspansiyon sisteminin temel amacı, yoldan gelen etkileri azaltarak sürüş rahatlığını sağlamaktır. Süspansiyon sistemi, şasi ile yol arasındaki etkileşimde oluşan kuvvetleri süzmek ve aktarmak amacıyla, yaylar, askı kolları ve amortisörlerden oluşmaktadır. Süspansiyon sistemi araç şasisine, askı kolları, amortisör braketleri ve yaprak yay braketleri ile bağlanmaktadır. Dolayısı ile yoldan gelen etkiler şasiye aktarılırken braketler üzerinden geçmektedir. Bu da yaprak yay braketlerinin ne kadar önemli bir komponent olduğunu göstermektedir.
Bu çalışmada öncelikle süspansiyon sisteminin çalışma prensipleri ve rijit bir süspansiyon sisteminde kullanılan elemanların özellikleri verilmektedir. Aracın şasi yapısında yer alan ve montajı gerçekleştirilen rijit süspansiyon sistemine ait bileşenler detaylı bir şekilde gözden geçirilmiştir. Yaprak yay braketlerinde kullanılan malzemeler araştırılmıştır. Bu değerler temel alınarak ticari bir aracın süspansiyon sistemine yönelik farklı yaprak yay braketleri tasarlanmıştır. Bu tasarımların modellenmesi Catia V6 programında yapıldıktan sonra Ansys Sonlu Elemanlar Analizi programı ile gerilme analizleri kontrol edilmiş ve araç için en uygun yaprak yay braketinin seçimi yapılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Rijit süspansiyon sistemi, Yaprak yay braketleri, Askı kolları, Topoloji optimizasyonu

Abstract:
With the continuously evolving and adapting technology in the automotive industry, efforts are being made to minimize fuel consumption and achieve maximum efficiency. In parallel, studies are also being conducted to enhance comfort and safety systems. The increasing customer expectations, coupled with advancing technologies, have underscored the necessity for commercial vehicles to be as comfortable as passenger cars.
Research and development activities are carried out in the areas of safety, comfort, and usability. Comfort for both the vehicle and passengers is crucial during driving. Suspension systems significantly enhance the comfort of both the vehicle and passengers. Comfort varies from person to person, and evaluations made by the same person at different times can also differ. Therefore, when designing vehicles, suspension systems are shaped based on objective evaluations rather than subjective ones.
For vehicles to have a safe and improved driving experience, they need to respond quickly to various demands in different load and driving conditions (such as braking, acceleration, high speed, and cornering), and have excellent tire traction, which is achievable only with a first-class suspension system.
In terms of comfort, in addition to cabin suspensions, the primary purpose of the suspension system is to provide a comfortable ride by reducing the impacts from the road. The suspension system, consisting of springs, control arms, and shock absorbers, aims to filter and transmit the forces generated in the interaction between the chassis and the road. The suspension system is connected to the vehicle chassis through control arms, shock absorber brackets, and leaf spring brackets. Therefore, as the effects from the road are transferred to the chassis, they pass through the brackets. This underscores the significant role of leaf spring brackets as a crucial component.
This study initially presents the working principles of the suspension system and the characteristics of components used in a rigid suspension system. The components of the rigid suspension system, which are located in the vehicle's chassis structure and undergo assembly, have been thoroughly examined. The materials used in leaf spring brackets have been researched. Based on these values, different leaf spring brackets for the suspension system of a commercial vehicle have been designed. After modeling these designs in the Catia V6 program, stress analyses were conducted using the Ansys Finite Element Analysis program to verify the designs, and the selection of the most suitable leaf spring bracket for the vehicle was determined.
Keywords: Rigid suspension system, Leaf spring brackets, Suspension arms, Topology optimization