MASTA, Birom Mühendislik olarak, gerek savunma sanayisinde önder olan firmaların ihtiyacını gidermek üzere gerçekleştirdiğimiz projelerde olsun gerekse de TAI’nin kullanımında bulunan dişli kutusu tasarım ve analizi yazılımı olarak Türkiye’de tanınmaya başlanmıştır. Hale hazırda Aselsan ve Otokar tarafından değerlendirilen yazılım, imalata yönelik faaliyet gösteren Ermaksan firması tarafından da kullanılmaktadır.
Bu ayki makalemizde dişli hırıltısının MASTA ile ele alınması ile ilgili kısa açıklamalara yer verdik. Ses, titreşim ve vuruntu (NVH) modern transmisyonsistemleri tasarımında oldukça önemli bir yere sahiptir. Oluşturulacak sürüş hattında standartlar ve son kullanıcı isterleri sesin azaltılmasını talepetmektedir. Peki, bu problemler nasıl oluşmaktadır? Kontrol altına nasıl alınabilir? Hangi yazılım bu problemleri gereken hassasiyette ve efektif olarak çözebilir?
Dişli Hırıltısının Kaynağı
Dişli hırıltısı dişlilerin birleşmesinden sonra transmisyon hatalarının (transmission error) sebep olduğu bir olgudur. Teorik olarak mükemmel bir involute eğrisine sahip, tamamıyla rijit ve hiç bir hizalama hatası (misalignment) olmayan dişli çiftleri tasarlanan tahvil oranında istenilen açısal hızı ve torku transfer edebilir.Fakat gerçekte, hiç bir dişli mükemmel değildir. Dişlilerin tork iletimi sırasında sistemde oluşan esnemeler sayesinde dişlerin burulması ve hizalama hatalarının oluşması ideal olarak çalışmalarını engellemektedir.
Transmisyon hatası, dişli birleşiminin hareket çizgisinde (line of action) ideal olmayanbirleşme koşullarının neden olduğu dinamik bağıl deplasmandır. Transmisyon hatası dinamik olarak dişli kutusunda yer alan ve dişlilerin monte edildiği şaftları, rulmanları ve dolayısıyla dişli kutusu gövdesini de etkilemektedir.
Transmisyon hatalarını tasarımda kontrol altında tutmak dişli hırıltılarının azalmasına neden olsa da sistemin kalan kısmı, diş geçme frekanslarında hassasiyete sahipise minimum transmisyon hatasına sahip dişli çiftleri bile dişli hırıltısına neden olmaya devem edebilir.
Dişli Hırıltısını Kontrol Altında Tutmak
Dişli hırıltısının azaltılması, dişli birleşimindeki hem transmisyon hatalarının kontrol altına alınması hem de sistemin bu hatalara olan hassasiyetinin düzenlenmesi ile mümkün olmaktadır.
Dişli kutusu tasarımcıları ve mühendisleri dişli hırıltılarını giderebilmek için transmisyon hatalarının ve tüm sistemin kontrol altına alınması ile ilgili çalışmaların yanında dişli birleşiminin transmisyon hatasının yaratacağı dinamik tepkimelerinide göz önüne alarak yaklaşım yapmaları gerekmektedir.
RedüktörünModeli –NHV analizleri
MASTA ve Diğer Sonlu Elemanlar Analizi (FEA)Programları
MASTA’dan farklı olarak transmisyon hataları ve dinamik analizler piyasada bulunan FEA programları kullanılarak da yapılabilir. Fakat bu durumda sistemin ve tabiki dişlilerin üretilmesi için gereken şeklini ihtiva eden uygun üç boyutlumodellere de ihtiyaç duyulacaktır. Dişli modellerini hele ki üretim sorasında oluşacak diş profili içeren üç boyutlu modelleri farklı programlarda oluşturmak nerdeyse mümkün değildir. Oluşturulabilse bile yapılacak ufak değişiklikler düşünülürse problem oldukça zorlaşmaktadır. Tekrar tekrar bu modeller FEA programına taşınmalıdır. Bu tip analizlerde sürekli değişiklikler yapılarak hızlıca sonuçların değerlendirilmesi oldukça önemlidir.
Diğer taraftan, MASTA’dabu modüller bir bütün teşkil etmektedir ve son derece süratli olarak dişli geometrisi değiştirilebilmekte ve analizler güncellenebilmektedir.
MASTA’da potansiyel ses kaynağını analiz etmek için bir takım metotlar kullanılabilir. Bunalar;
– Tüm dişli kutusu elemanları göz önünde bulundurularak transmisyonhatasının hesaplanması,
– Sistemin animasyonlu olarak düğüm noktalarının üç boyutlugösterilmesi ve yük/kinetik enerji sonuçlarının konturlarla belirlenmesi,
– Dişli birleşimleri ve şaft harmoniklerinin Campell diyagramları ile incelenmesi,
Campbell Diyagramı –İşletim Hızına Göre Doğal Frekanslar ile Diş Geçme Frekanslarının Karşılaştırılması
– Dinamik dişli birleşim kuvvetlerinin hesaplanması
– Dişli kutusunun gövdesine yerleştirilmiş olan akselerometrenin bulunduğu noktadaki sistemin dinamik tepkimesini ortaya koyan Waterfall grafiklerinin incelenmesi
– Waterfall Diyagramı – Modelin farklı yerlerindeki DinamikTepkilerin Sonuçları olarak sıralanabilir.
Hesaplama Metodları
MASTA’da dişli kutusunda bulunana tüm elemanlar detaylı olarak oldukça kolay bir şekilde oluşturulabilmektedir. Hibrit sonlu elemanlar ve Hertzian temas çözücüsü vasıtalıyla transmisyon hataları oldukça hızlı ve doğru olarak hesaplana bilmektedir. Dişli birleşimindeki hizalama hataları modelleme aşamasında transmisyon hatası analizi gerçekleştirilmeden önce sistem deplasmanları ve dişli teması analizleri hızlıca ortaya konulabilmektedir.
Yük Altındaki Dişli TemasıAnalizinin 3 Boyutlu Görünümü
Transmisyon hatalarından kaynaklanan sistem tepkimesinin hesaplanması American Axlefirmasının ‘Steyer et. al’ metoduna dayanmaktadır. İlk aşamada transmisyonhatasından kaynaklanan ve bağıl deplasmana neden olan dişli birleşimindeki dinamikkuvvetler hesaplanmaktadır. Bu kuvvetler dinamik birleşme kuvvetleri (dynamicmesh force) olarak bilinmektedir. Daha sonra bu kuvvetler sistemi tetikleyenkuvvetler olarak hesaba katılarak dişli kutusunda nasıl etkiler yarattığıhesaplanmaktadır.
Sonuçların Uygulanması
Bugüne kadar gerçekleştirilen uygulamalar dikkate alındığında MASTA’da oluşturulan model üzerinden elde edilen sonuçlar ile gerçek test sistemlerinden (akselero metre ve mikrofon ile toplanan veriler) elde edilen sonuçların uyumu oldukça dikkat çekicidir. Dolayısıyla böyle bir test makinasının oluşturulması için gereken zaman ve maliyet ile MASTA ’da modellenen sistem için ayrılan zaman ve maliyet düşünüldüğünde yazılımın gerçek hayata kafa tutuğu rahatlıkla söylenebilir.
MASTA’da sanal bir model oluşturulduktan sonra problemli frekansları yaratan mod, doğal frekanslarla ve Waterfall diyagramları ile belirlenebilmektedir. Daha sonra belirlenen problemin sistemde yarattığı etki mod şekilleri ve oluşturduğu enerji miktarı hesaplanarak incelenebilmektedir.
Elde edilen sonuçlarla bu komponentlerin tasarımı, analiz edilen sistemin tepkimesi iyileştirilene kadar dinamik olarak değiştirilebilmektedir. Sanal modelde istenilen sonuçlar elde edilince de, üretilmiş olan prototip, eğer mümkünse akselero metre vemikrofon datası toplamak suretiyle test edilerek sonuçların ne kadar uyumlu olduğu gözlemlenebilir.
Özet
Dişli kutusu geliştirmek kompleks ve pahalı bir süreç gerektirmektedir. Proseseler içintespit edilecek yeni ve efektif uygulamalar rekabet halinde olan sektörde biradım öne geçmenizi sağlayacaktır. Dişli hırıltısının önüne geçmek ise yüksek kaliteli ürün üretmenin ve fark yaratmanın en önemli etkenlerinden biridir. MASTAile bu tip farklılıklar yaratmak basite indirgenmiştir. Yapılan analizlerin sonuçları animasyonlu görüntüler ile anında ortaya konulmaktadır. Uygulanacak değişiklikler ve bunların sonuçlarına hızlı ve güvenilir bir şekilde ulaşılabilmektedir. Tasarımcılar MASTA ile oldukça özgür ve esnek bir ortamda daha iyi kalite seviyelerine ulaşmaktadırlar.
Yazan:
Burçak Özses
Genel Müdür
Makine Yüksek Mühendisi
Birom Makina Mühendislik
