Arkadan itişli ticari vasıtalar için kardan mili modellenmesi ve askı titreşimlerinin analizi
Driveshaft modelling and center bearing vibration analysis for rear wheel drive commercial vehicles
Yazar: EREN TAŞPINAR
Danışman: PROF. DR. TARKAN SANDALCI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ticari araç kullanıcılarının ses ve titreşim konularında beklenti seviyelerinin artışı sistem ve araç seviyesinde kontrolleri zaruri kılmıştır. Fiziksel testler planlama ve yürütme sırasında ortaya çıkabilecek birçok soruna bağlı olarak yüksek geliştirme maliyetlerine neden olmaktadır. Bu maliyetlerin azaltılabilmesi amacıyla aynı kontrol şartlarının sanal ortamda gerçekleştirilebilmesi oldukça önemlidir.

Literatürde yürütülen birçok çalışma testlerin önemli bir kısmının sanal ortama taşınmasına imkân tanımasına karşın halen spesifik parçalar özelinde sanal ortamdaki testler yeterli değildir. Yürütülen tez çalışması kapsamında bu hedef doğrultusunda kardan şaftı askı geometrisinin titreşim karakteristiğinin öngörülebilmesi amacıyla kullanılabilecek bir matematiksel model geliştirilmesine odaklanılmıştır. Kardan şaftı motorun ön bölümde muhafaza edildiği arkadan itişli araçlarda motor momentinin vites kutusundan geçtikten sonra arka tekerlere iletilebilmesi için kullanılmaktadır. Bu parça içinde yer alan kardan mafsalları karakteristik bir hız iletim hatasına sahiptir. Bu hataya ek olarak sistem balanssızlığı ve imalat parametrelerinde farklılık nedeniyle kardan şaftı üzerinde titreşim sorunları gözlemlenebilmektedir.

Oluşan titreşim bağlantı noktalarında yer alan askılar üzerinden önce şasiye ardından direksiyon ve koltuk bağlantıları aracılığıyla sürücüye aktarılarak konfor şartlarını bozmaktadır. Bu titreşim sorunlarının çözümü için askı üretici firmaların sahip olduğu modeller olsa da bu modeller sadece askı odağında kullanıldığından araç testlerini birebir simüle edebilmek için yeterli seviyede değildir. Bu nedenle yeni bir model geliştirilmesine ihtiyaç vardır. Tez çalışmasının ilk bölümünde bu yöntemlere ait bilgiler paylaşıldıktan sonra ikinci bölümünde buradaki yöntemleri iyileştirebilmek için gerekli olabilecek temel kavramlara değinilmiştir. Ardından ideal kauçuk model tayini için kullanılabilecek bir algoritma Python programlama diliyle geliştirilmiş ve deneysel verilerle yapılan doğrulama çalışmaları üçüncü bölümde iki farklı askı modeli için irdelenmiştir.

Geliştirilen algoritmayla bulunan en gerçekçi model daha geniş bir matematiksel model içerisine dahil edilerek model detayları serbest cisim diyagramları ve hız denklemleriyle birlikte dördüncü bölüm başlığı altında paylaşılmıştır. Aynı bölümde modelin çözümü için geliştirilen algoritmaya paylaşılmıştır. Beşinci bölümünde ise kurulan modelle elde edilen titreşim verileri taşıttan toplanılan fiziksel verilerle kıyaslanarak tutarlılık kontrol edilmiştir.

Abstract:
The increased expectations of commercial vehicle drivers regarding noise and vibration have made system and vehicle level controls necessary. Physical tests can lead to high development costs due to many issues that may arise during planning and execution. To reduce these costs, it is important to perform same control conditions in virtual environment.

Although many studies in the literature allow significant parts of the tests to be transferred to the virtual environment, virtual tests for specific parts are still insufficient. In the scope of this thesis, the focus is on developing a mathematical model that can predict the vibration characteristics of the driveshaft center bearing geometry to achieve this goal. The driveshaft is used in rear-wheel-drive vehicles to transmit engine torque from the gearbox to the rear wheels. Universal joints within this part have a characteristic speed transmission error. In addition to this error, vibration issues can be observed on the driveshaft due to the system imbalance and differences in manufacturing parameters.

The vibrations are transmitted first to chassis through center bearing at connection points and then to the driver via the steering and seat connections, thus deteriorating comfort conditions. Although center bearing manufacturers have models to solve vibration problems, these models are not sufficient to simulate vehicle tests as they are only used with a center bearing focus. Therefore, a new model needs to be developed. In the first part of the thesis, after sharing information about these methods, the second part discusses basic concepts that may be necessary to improve these methods. Then, an algorithm that can be used for determining the ideal rubber model was developed using the Python programming language, and validation studies conducted with experimental data for two different center bearing models were examined in the third part.

The most realistic model found with the developed algorithm was included in a broader mathematical model, and the model details were shared under the heading of free body diagrams and velocity equations in the fourth part. In the same section, the algorithm developed for solving the model was also shared. In the fifth part, the vibration data obtained with the established model were compared with the physical data collected from the vehicle, and consistency was checked.