Ağır ticari araçlarda viskoz sönümleme yapabilen hava körüğü tasarımı ve prototip imalatı
Design and prototype production of air spring capable of viscous damping in heavy commercial vehicles
Yazar: TOLGA ORAL
Danışman: PROF. DR. NACİ KURGAN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde ağır vasıta araçların süspansiyon sistemlerinde yay ve yük taşıma elemanı olarak hava körükleri, titreşim sönümleme elemanı olarak ise amortisörler kullanılmaktadır.Ağır vasıta araçta bulunan akssistemi, zemin bozuklukları veya başka sebeplerden dolayı yukarı ve aşağı yönde düzensizhareketler gerçekleştirmesi sırasında süspansiyon sistemi üzerinde bulunan hava körükleri de esneme ve sıkışma hareketleri gerçekleştirir. Bu hareketleresnasında, elastomer yapıları sayesinde az miktarda da olsa sönümleme kuvveti oluştururlar. Fakat bu sönümleme kuvveti tek başına yeterli değildir. Süspansiyon sisteminde sönümleme görevini üstlenen asıl eleman amorsitörlerdir. Fakat, amortisörler zaman içerisinde yağ sızıntısı ve mekanik arızalar nedeniyle kritik fonksiyonlarını kaybettiklerinden dolayı görevlerini yerine getiremeyebilirler. Bu çalışmada hava körüklerine yüksek sönümleme kabiliyeti kazandırılması hedeflenmiştir. Ayrıca bazı süspansiyon sistemlerinde amortisör elemanlarının tamamen sistemden çıkartılarak sadece hava körükleri ile sönümleme yapılabilmesi hedeflenmiştir. Böylelikle hava körüklerine yüksek sönümleme kabiliyeti kazandırmanın yanında, amortisörlerin de sistemden çıkartılmasıyla maliyetinde, bakım sürelerinde ve süspansiyon ağırlığında azalma elde edilecektir. 
Hava körüklerinin aks üzerindeki dinamik çalışma koşullarında meydana gelen hareketler sonucunda hava körüğü içerisinde bulunan sıkışmış hava, körük haznesinden piston haznesine ve tam tersi yöne geçmeye çalışırken kısıtlanır ve sönümleme kuvveti oluşturulur. Bu akış kısıtlamasını gerçekleştirecek elemanın özelliklerinin doğru seçilmesi önemlidir. Akış kısıtlayıcı eleman olarak gözenekli bir yapı kullanıldığında, hava akışının bir dirençle karşılaşması sonucu hava körüğünün dinamik hareketi ile sönümleme kuvveti oluşturulabilir. Bu çalışmada, viskoz sönümleme yapabilen (veya viskoz sönümleme kabiliyetine sahip) bir hava körüğü tasarımı yapılmıştır. Akış kısıtlayıcı elemanın porozite oranındaki değişimin sönümleme karakteristiğine etkileri test edilmiştir ve tasarlanan sistemin sönümleme karakteristiğinin belirlenebilmesi için karakterizasyon testleri uygulanmıştır. Ayrıca,uygulanan testlerin karşılaştırılmalı sonuçları değerlendirilmiştir. Sonuç olarak standart bir hava körüğünün oluşturduğu ortalama 0,6kN değerinde sönümleme kuvvetinden yaklaşık 3 kat daha fazla olan 1,8kN sönümleme kuvveti elde edilmiştir.

Abstract:
Currently, in the suspension systems of heavy vehicles, air springs are used as spring and load carrying elements and shock absorbers are used as vibration damping elements. As the axle system in the vehicle moves up and down due to ground disturbances or other reasons, the air springs also perform extending and compression movements. In the meantime, thanks to their elastomer structure, they create a small amount of damping force. But this damping force alone is not enough. The main element that undertakes the damping task in the suspension system is the shock absorbers. However, shock absorbers may not be able to fulfill their duties as they lose their critical functions due to oil leakage and mechanical failures over time. In this study, it is aimed to provide high damping capability to air springs. In addition, in some suspension systems, it is aimed to remove the shock absorber elements completely from the system and damping can be done only with air springs. Thus, in addition to providing high damping capability to the air springs, a reduction in cost, maintenance time and suspension weight will be achieved by removing the shock absorbers from the system.
As a result of the movements of the air springs under dynamic operating conditions on the axle, the compressed air in the air spring is restricted and damping force is generated while trying to pass from the bellows chamber to the piston chamber and vice versa. It is important to correctly select the properties of the element that will realize this flow restriction. When a porous structure is used as the flow restricting element, the damping force can be generated by the dynamic movement of the air spring as a result of the air flow encountering a resistance. In this study, a viscous damping (or viscous damping capable) air spring is designed. The effects of changing the porosity ratio of the flow restrictive element on the damping characteristics are tested and characterization tests are performed to determine the damping characteristics of the designed system. Also, the comparative results of the tests are evaluated.As a result, a damping force of 1.8kN was obtained, which is about 3 times higher than the average damping force of 0.6kN generated by a standard air springs.