Şekil–11 Boyuna düşey eğilme.

... konulu sunumlar: "Şekil–11 Boyuna düşey eğilme."— Sunum transkripti:

1 Şekil–11 Boyuna düşey eğilme.
BÖLÜM 3 ŞASİ TASARIMI Zorlanma şekillerini dört grupta toplayabiliriz. * Boyuna düşey eğilmeye zorlanma * Enine düşey eğilmeye zorlanma * Yatay eğilmeye zorlanma * Burulmaya zorlanma 3.1 Şasi Zorlanma Tipleri 3.1.1 Boyuna Düşey Eğilmeye Zorlanma Taşıt aşağıdaki kuvvetlerin etkisi altında boyuna düşey eğilmeye zorlanır. * Kendi öz ağırlığı ve yükü * Yokuş yukarı ve aşağı konumda eğimden doğan yük transferi * Başvurma hareketinin doğurduğu kuvvet * Kalkış ve fren kuvvetleri * Münferit darbe kuvvetleri Şasi bütün bu kuvvetlerin etkisi altında boyuna düşey eğilmeye zorlanır. Bu durumda şasiyi basit bir kiriş olarak düşünebiliriz. Kirişin üzerine boyuna yerleştireceğimiz münferit kuvvetler veya yayılı yükler yardımı ile mukavemet hesaplarını yapabiliriz. Şekil–11 Boyuna düşey eğilme.

2 3.1.2 Enine Düşey Eğilmeye Zorlanma
Enine düşey eğilmeye zorlanmada söz konusu olan traverslerin eğilmesidir. Enine kiriş diye de tarif ettiğimiz traversler iki boyuna kirişi (putreli) birbirine bağlarlar. Taşıt üzerindeki yayılı yük pek tabii traversleri de kendi eksenleri boyunca eğmeye çalışır. Şekil–12 Enine düşey eğilme. Enine düşey eğilmeye neden olan kuvvetler doğrudan doğruya travers üzerine rastlarsa problemsiz bir eğilme mukavemet hesabi olur. Ancak, mesela dingil bağlantı noktaları tam travers üzerine rastlatılmamış ise, bu takdirde putrellerde burulma gerilmeleri ortaya çıkar. Bunun sonucunda travers bağlantı bölgelerinde yüksek çarpılma momentleri ve gerilmeleri doğar. Bu bakımdan dingil bağlantı noktalarını travers ile takviye etmek yerinde olur. Şekil–13 Aks bağlantı noktası.

3 3.1.3 Yatay Eğilmeye Zorlanma
Yatay eğilmeye zorlanma iki türlü düşünülebilir. Birincisi, taşıt viraj alırken ortaya çıkan merkezkaç kuvvetlerin etkisiyle boyuna yatay eğilmeye maruz kalması, ikincisi ise, çekici-römork arası bindirme kuvvetlerinin etkisi altında en sondaki traversin eğilmeye zorlanmasıdır. Viraj kuvveti taşıtın viraj dışına kayma sınırına girdiğinde maksimuma erişir. Şekil–14 Yatay eğilmeye zorlanma. 3.1.4 Burulmaya Zorlanma Tekerleklerden birinin veya çapraz konumda ikisinin birden bir engebeye çıkması sonucu şasinin bükülmesi ile ortaya çıkar. Ancak bu uç durumdur. Taşıta gelen ve yol pürüzlülüğünden doğan dinamik tekerlek kuvvetlerin tesiri altında sürekli burulma zorlanmasına maruz kalır. Şekil–15 Burulma zorlanması.

4 3.2 Şasinin Uygun Şekillendirilmesi
3.2.1 Şasi Tasarımında Karar Kriterleri Şasi tasarımında dikkat edilecek bazı hususları önce yumuşak şasi için daha sonra da katı şasi için inceleyelim. Yumuşak Şasilerde a) Bu tip şasilerde, taşıyıcı sistemin tüm elemanı burulma yumuşaklığı bakımından ayni değerde olmalıdır. Arada bir tanede olsa katı bir eleman koymaktan kaçınmalıdır. b) Köşe bağlantıları, yani enine kirişlerin boyuna kirişlerle bağlandığı noktalarda bağlantıların esnek olmasına gayret etmelidir. Bu bakımdan perçin bağlantıları kaynak bağlantılarına göre yumuşak şasilerde tercih edilmelidir. c) Şasinin eni çok küçük seçilmemelidir, çünkü açık profil kesitli şasilerde küçük enli olanlar büyük enli olanlara göre daha katıdır. Ayni şekilde enine kirişlerin arası da çok sık tutulmamalıdır. Böylece boyuna kiriş elemanları yeterli burulma uzunluğuna sahip olurlar. d) En çok özen gösterilecek hususlardan bir tanesi de kesit değişimleridir. Birden bire değişen kesitlerden kaçınmalıdır. Zira ani kesit değişimleri bazı durumlarda o noktada anma gerilmesinin iki misline çıkmasına sebep olabilir. İmal tekniği bakımından bu mümkün değilse veya ucuz isçilik açısından zorunlu olarak yapılacak ise, bu takdirde o noktaları daha az gerilmelerin geldiği noktalara kaydırmaya dikkat etmelidir. Şasiye noktasal yüklerin gelmesi önlenmeli, kuvvetler mümkün mertebe yayılmalıdır. e) Şasi elemanları yüksek gerilmelere maruz kalan bölgelerde cıvata veya perçin delikleri ile zayıflatılmamalıdır. Bu tür deliklerin sebep olduğu çentik etkisi bilhassa kaynaklı bağlantılarda sürekli mukavemetin hızla düşmesine sebep olur. Şasinin boylamasına kirişinden mukavemet açısından azami yararlanabilmek için, enine kirişlerin yerleştiriliş sekli de önem kazanmaktadır. Bu sebeple mesela ön ve arka yayların olduğu bölgede (zorlanmanın yüksek olduğu bölgede) enine U-profilli kirişi düşey değil, yatay yerleştirmeli ve boyuna kirişe basma zorlanmasına maruz kaldığı kenarından yani üst flanştan bağlanmalıdır. Bilhassa kamyon şasilerinde kullanılan açık profil kesitli kirişlerin imal edildiği sacların kalınlığı 4 mm’nin altında seçilmelidir.

5 Şekil–16 Flanştan bağlantı.
Katı Şasilerde a) Katı şasilerde yalnız rijit kirişler kullanılır. Boru veya kutu kesitli profiller birim kesit ağırlığı az, ancak eğilme ve burulmaya karsı rijitliği en fazla olan kesitlerdir. Kapalı kesitlerin kullanılması kaynaklı bağlantıyı gerektirmektedir. Bu durumda köseler açık profilli şasilere göre daha katı olurlar. Köşelerin esnek olmaması burulma katılığını arttıran ikinci bir önemli etkendir. b) Şasinin ağırlığını azaltabilmek için kirişlerin mümkün olduğu kadar büyük boyutlu, fakat küçük et kalınlıklı seçilmesi gerekmektedir. c) Enine kirişlerin polar atalet momentleri boyuna kirişlerinkine oranla çok küçük olamaz. Aksi halde sistemin toplam burulma katılığı olması gereken değerin altında kalır. 3.2.2 Çeşitli Şasi Tiplerinin Burulma Katılığı Bakımından Karşılaştırılması Dört ayrı şasi tipi hem açık hem de kapalı profilli kesit hali için karsılaştırılmaktadır. Tablo–2 de görüldüğü gibi Ie / It oranı 0,5 iken hemen bütün şasi tipleri formlarından bağımsız olarak aynı burulma katılığına sahiptirler. Ie / It oranı 1’in üzerine çıkıp büyüdükçe şasi tipleri arasındaki farklar da hızla artmaktadır.

6 Tablo–2 Profile bağlı değişimler.
En büyük değere x - Tipi şasi erişmektedir. Dikdörtgen şasiye göre neredeyse Ie / It ile orantılı olarak doğrusal biçimde büyümektedir. Ie değeri büyük, boyuna kirişle X - Tipi şasiler hemen hemen burulamaz olmaktadır. Trapez şasiler nispeten daha az artmaktadır. En düşük burulma katılığı değeri çubuk gövdeli şasidedir. Yaklaşık %14 kadar dikdörtgen şasiden daha yumuşaktır. Yine şekilden görüldüğü üzere açık profil kesitli şasiler arasındaki fark kapalılara nazaran çok daha fazla olmaktadır. Mesela, dikdörtgen şaside %100 olan S değeri Trapezde % 54'e X tipinde % 220 'e ulaşmaktadır. Hâlbuki kapalı profilli kesitli şasilerde yine dikdörtgen şasiyi %100 kabul edersek S değerleri Trapezde sadece %117, X tipi şaside ise %181'e ulaşmaktadır. Genel olarak özetlersek; geometrik boyutları aynı olan iki dikdörtgen şasiden açık profil kesitli olanı kapalı profil kesitliye oranla daha yumuşaktır. Bu kural diğer şasi tipleri için de geçerlidir. Ancak, aynı tip profilden yapılmış olmak koşulu ile dört şasi tipinin kendi aralarındaki burulma katılığı farkı açık profil kesitlerde kapalı kesitlere nazaran izafi olarak daha büyük olmaktadır. Son olarak sunu söyleyebiliriz; çok büyük burulma katılığı değerine sahip bir taşıt istiyorsak şasi için kapalı profil kesitli X - Tipini seçmemiz gerekir. Buna karsın mümkün olduğu kadar yumuşak bir şasi istendiğinde açık profilli dikdörtgen şasinin seçilmesi yerinde olur.

7 3.2.2.1 Burulma Katılığı Taşıt Tipi İlişkisi
Hangi taşıtta yumuşak şasi, hangi taşıtta katı şasi kullanılmasına gelince, burada en önemli kriter taşıtın kullanım amacı olmaktadır. Zaman zaman arazide de kullanılacak taşıtların veya üzerinde arazi vitesi bulunan taşıtların yumuşak şasili imal edilmesi tavsiye edilir. Bunun sebebi bu tip taşıtlarda bütün tekerleklerde zemin temasının sağlanması gerektiğidir. Böylece, düzgün olmayan arazide gerek tahrik gerekse fren kuvvetlerinin sağ ve sol tekerleklere hemen hemen eşit dağılması sağlanabilir. Katı şasili taşıtta bazı tekerleklerde zemin teması kalkabileceği için momentler tek bir tarafa gelir. Bu durum gövdede asimetrik yüklenmeye sebep olur. Yumuşak şasili taşıtta tekerlekler zemini daha iyi takip edebileceği için yukarıda belirtilen sakıncalar ortaya çıkmaz ve şaside istenmeyen ilave gerilmelerden kaçınılmış olunur. Otobüslerde olduğu gibi üzerinde uzun ve katı sayılabilecek karoseri bulunan şasilerin de katı şasi olarak dizayn edilmesinde yarar vardır. Böylece şasi burulması sebebi ile şasiye katı olarak bağlı bulunan karoserde meydana gelebilecek hasarların önüne geçilmis olur. Yumuşak bir şasi ile katı bağlanmış rijit bir karoser, taşıta, şasinin tek başına verdiği katılıktan daha fazla bir katılık verir. Sayısal bir örnek vermek gerekir ise, şasinin tek başına burulma katılığı S = 2260 mkg iken üzerine monte edilmiş otobüs karoseri ile birlikte yaklaşık 25 katına S = mkg'a çıkmaktadır. Bu takdirde dingilden şasiye gelen burulma momentinin büyük bir kısmının gövdeye yani karosere intikali söz konusudur. Bunun sonucu olarak da bilhassa gövde ile şasi bağlantı noktalarında büyük gerilmeler ortaya çıkar. Bağlantı noktaları yorulma mukavemeti bakımından kritik bölgeler olarak dikkate alınmalıdır. Bağlantı noktalarından gövdeye intikal eden kuvvetler bağlantıların elastikliği ölçüsünde azalacaktır. Ancak gövdenin şasiye asılışı belirli bir elastikliği geçemez. Aksi taktirde taşıtın seyir emniyeti ile ilgili başka problemler ortaya çıkar. Bu bakımdan gövde şasi bağlantısı belirli bir katılıktadır. Eğer herhangi bir taşıtta şasinin üzerine monte edilecek gövde, kamyonlarda veya römorklarda olduğu gibi daha az katı ise (kamyon kasaları vs.), o takdirde hiç düşünmeden yumuşak şasi kullanılabilir. burulmayı takip edebilir ve müşterek deforme olabilir. Yeterki kasanın burulması taşınan yüke zarar vermesin. Tabii genel olarak kamyonla taşınan yüke burulma deformasyonlarından ötürü herhangi bir zarar gelmez (inşaat malzemesi, kum yiyecek mad. v.s.) Ancak çok özel durumlar için özel taşıyıcılarda veya römorklarda daha katı bir şasi düşünülmelidir.

8 Kamyonlar Kamyonların dizaynında onların yalnız düz yolda gitmeyeceğini engebeli arazide de kullanılabileceğini gözden uzak tutmamak gerekir. (inşaat, hafriyat v.s.). Bu bakımdan yumuşak şasi ile çok katı olmayan kasaların kombinasyonu olarak düşünmek gerekir. Kamyonlarda dikkat edilecek en önemli husus şoför kabininin şasi üzerine oturtulmasıdır. Zira yumuşak şasiye nazaran kamyon şoför kabini nispeten katıdır. Gerek konfor gerekse kabinle ilgili deformasyonlar bakımından sistem elastik ve amortisörle bağlanmalı, kati bağlantılardan kaçınmalıdır. Otomobil ve Otobüs Yolcu taşıtlarında katı şasi kullanılmalıdır. Ancak burada tekerlek asılış tipinin önemi de büyüktür. Daha katı şasi kullanıldığında mümkün olduğu kadar bağımsız tekerlek asılışına gitmeli katı akstan kaçınmalıdır. Gözden kaçırılmaması gereken husus yolcu taşıtlarında faydalı yük / boş ağırlık oranının yüksek olmasıdır. Gereksiz bos ağırlık arzu edilmeyen bir husustur. Bu bakımdan otomobillerden sonra otobüslerde de şasisiz taşıyıcı gövdelere geçilmistir. Özel Maksatlı Taşıtlar Bu kategoride sayılabilecek taşıtlar, çöp kamyonları, itfaiye taşıtları, krenler, kurtarıcılardır. Bu tip taşıtlar belirli bir mukavemet ister, bilhassa kren, kurtarıcı gibi araçlardan park edilen yerde belirli bir rijittik beklenir. Bu bakımdan bu gibi taşıtlarda daha katı şasi kullanmak icap eder. Ancak az sayıda imal edildikleri için bazı şartlarda standart kamyon şasileri de kullanılabilir. 3.3 Şasisiz Taşıyıcı Gövdeler 3.3.1 Tam Taşıyıcı Otomobil Gövdesi Günümüzde binek otoları şasisiz olarak imal edilmektedir. Gövde kendi kendini taşıyan bir formda dizayn edilmektedir. Genellikle taşıt gövdesi hücre tip dediğimiz gövdedir. Karoserin bütününün veya kısmen parçalarının optimum şekillendirilmesi, mukavemet ve rijittik bakımından hesap edilebilmesi sonlu elemanlar yöntemi ile mümkün olabilmektedir. Orijinal yapının matematik modeli bulunmak suretiyle bilgisayarlar yardımı ile, istenilen bölge veya parçaların tek tek deformasyon ve gerilmeleri hesaplanabilir. Bu çözüm metodu bilgisayar yardımı olmadan kullanılamaz. Zira örnek vermek gerekir ise bir yapı modelinde yarım karoser için yaklaşık 800

9 kadar düğüm noktası, 2500 eleman ve oluşturulacak lineer denklem takımında yaklaşık 9600 bilinmeyen mevcuttur. Şekillendirme ile birlikte yorulma mukavemeti de önemli bir husustur. Seyir esnasında gövdenin maruz kalacağı dinamik yüklerin etkilerinin araştırılması laboratuarlarda hidropuls cihazlarında yapılabilir. Referans olarak alınacak kötü bir yol üzerinde yapılan kayıtların banda alınarak laboratuarda kuvvet/zaman fonksiyonu olarak hidropuls cihazında yeniden çalıştırılması böylece yolun simule edilmesi mümkündür. Taşıt titreşimleri rahatsız edicidir ve malzemeyi yorar. Bu bakımdan titreşimlerin azaltılması "aktif emniyet" olarak değerlendirilir. Taşıyıcı otomobil gövdesi çok katı değildir ve bu yüzden titreşime karşı hassas sayılır. Bilhassa 1. dereceden ve nadiren 2. dereceden eğilme ve burulma titreşimlerine karşı gövdenin bazı bölgeleri seyir esnasında hassas olurlar. Bunun sebebi yoldan gelen uyarıların frekansı ve motor titreşimlerinin frekansının hassas bölgelerin özgül frekansı ile çakışması sonucu ortaya çıkan rezonanstır. Deneysel çalışmalar sonucu bu hususunda düzeltilmesi gerekir. 3.3.2 Şasisiz Otobüs Gövdeleri Otobüs imalinde şasisiz gövdeye örnek olarak gösterilecek iki ana grup vardır. Bunlar: a) Platform takviyeli otobüs gövdesi b) Tam taşıyıcı otobüs gövdesi. Her iki yapı tipide şasili tipe nazaran daha hafiftir. Pek tabii olarak taşıt ağırlığındaki azalma tam taşıyıcı otobüs gövdesinde daha fazladır. Ağırlık azalması şasinin çıkması ile %8 civarında olur. Ancak bunun bir kısmı mukavemet arttırma amacı ile tekrar kullanılır. Böylece şasisiz gövde de ağırlıktan yapılan tasarruf %5' i geçmez. Kendi kendini taşıyan sistemlerde iskelet ve saç aksamı için hafif metaller kullanıldığında taşıt ağırlıkları önemli miktarlarda düşmektedir. Korozyona karsı dayanıklı olmaları nedeniyle bazı yerlerde Al-Mg-Si alaşımı hafif metaller karoserde kullanılır. Özgül ağırlıkları 2,7 gr/cm3 ile önemli bir hafifleme sağlarlar. Buna karşın elastiklik modülleri E = 7000 kg/cm2 ile çelik malzemeye karsın gerek eğilme ve burulma katılığı bakımından gerekse sac plakaların bükülmesi bakımından 1/3 oranında daha zayıftırlar. Bu bakımdan çelik gövdeden hafif metal alaşımına doğrudan doğruya geçmek doğru değildir. Gövde konstrüksiyonunda da değişiklikler yapmak gerekir. Kullanılan profillerin boyutları yeterli şekil mukavemeti verecek şekilde seçilmelidir. Böylece çelik malzemenin özgül ağırlığına göre 1/3 fark etmesine rağmen uygun şekillendirmelerle bazı parçalar için ağırlıktan tasarruf %64'lere kadar varabilir. Tüm taşıt göz önüne alındığında gövdenin iskelet ve kabuk kısmının toplam boş ağırlıkta %15–18 pay aldığı kabul edilebilir. Taşıyıcı sistemin çelik malzemeden yapılmış olanına karşı hafif metal kullanılan gövdede ağırlık azalması %7'yi bulur. Bunun dışında %3–4 daha ağırlık azalması da kapıların, bagaj kapaklarının hafif metal alaşımından yapılması ile elde edilir.

10 Şekil–17a Platform takviyeli gövde.
Böylece bir otobüste hafif metal alaşımı kullanılan gövde çelik malzemeden yapılana veya şasili tipe nazaran %15 daha hafif imal edilebilir. Taşıtın boş ağırlığı ne kadar az ise, işletme şartları da o nispette ekonomik olur. Bu bakımdan gereksiz yere taşıtın ağır olması istenmez. 3.3.3 Platform Takviyeli Otobüs Gövdesi Bu gövde döşeme altında oluşturulan ana taşıyıcı bölüm sayesinde tam taşıyıcı gövdeye göre %2–3 oranında daha ağır olur. a) Şekilde görüldüğü gibi tabanda büyük eğilme ve burulma katılığı olan iki adet boyuna kiriş ve her gövde direğine bağlı katı profilden yapılmış enine kirişlerin olduğu yapı tarzı kafes sistem seklinde oluşturulur ve saçla kaplanarak gövde imal edilmiş olur. Bu tarz yapıya ait burulma katılığı ve gerilmeler şasili modeldeki gibi hesaplanabilir. Şekil–17a Platform takviyeli gövde. b) Diğer bir yapı tarzı da platformun kafes kiriş şeklinde yapılmasıdır. Sistem kafes kirişten ötürü yüksek bir eğilme ve burulma katılığına sahiptir. Mukavemet hesabı kafes kiriş gibi düşünülerek yapılır.

11 Şekil–17b Platform takviyeli gövde.
c) Diğer bir şekilde platformun rijit bir kutudan oluşturulmasıdır. Tekerlek asılışları ve tahrik organlarının bağlantıları buralara yapılır. Burulma kutusu diye de tabir edilen kutu platform, eğilmeye karşı kiriş görevi yapan yan duvarları ile taban saçlarının profil desteğinde birbirlerine perçin veya kaynakla bağlanmasından oluşur. Kutu platform oldukça yüksek eğilme ve burulma rijitliğine sahiptir. Şekil-17c Platform takviyeli gövde.

12 Şekil–18 Taşıyıcı sistem.
3.3.4 Tam Taşıyıcı Otobüs Gövdesi Gerek şasili, gerekse platform takviyeli otobüs gövdesi pasif emniyet kuralları açısından yeterli değildir. Tam taşıyıcı gövdede bölgesel katılıklar yoktur. Bu da çarpışmalarda daha iyi enerji yutulmasını sağlar. Tam taşıyıcı gövde aslında büyük bir burulma kutusundan başka birşey değildir. Bu yüzden tüm yan duvarlar taşıyıcılık görevi yaparlar. Ancak yan duvarlar pencere, kapı gibi sebeplerden ötürü kesintiye uğrarlar veya diğer bir değişle taşıyıcı alanları küçülür. Bu da kuvvet akışını büyük ölçüde olumsuz yönde etkiler ve eğilme - burulma rijitliğinde kayıplara neden olur. Tavandaki pencere bilhassa büyük kayıplara neden olur. Tam taşıyıcı gövdeli bir otobüste büyük yüzeyli tavan pencerelerinden kaçınmak gerekir. Kuvvet akışının mümkün olduğu kadar bozulmaması için pencere yüksekliklerinin az olmasına, kapıların dar olmasına çalışılmalıdır. Tam taşıyıcı gövdede kuvvetler ya profil-çubuk sisteme taşıtılır ya da profil-çubuk sistemle birlikte saç aksama da kuvvet taşıtılır (Kabuk sistem). Eğer gövde sacları gerilmelerden dolayı bükülmez ise ikinci model daha avantajlıdır. Bunu önlemenin bir yolu saç kalınlığını arttırmak diğer yolu da saçın profil veya sekil mukavemeti yardımı ile takviye edilmesidir. Tabi ikinci yol daha iyidir. Çünkü hafif yapı elde edilir. Şekil–18 Taşıyıcı sistem.