Bu şekilde modifiye edilmesinin ardından hesaplama, gerçeğe çok yakın sonuçlar vermiştir. Bu sonuçlar daha sonra diğer redüktörlerde uygulanan hesaplama modülü için mükemmel bir temel oluşturdu. Gelecekte bu temelli ölçümler daha doğru hesap yapılmasını sağlar ve dişli kutusunu her türlü optimize eder.

3 Otomotiv Şanzıman İleti Verimlilik Hesaplaması

Endüstriyel dişli kutuları paralel olarak otomotiv dalı hibridizasyon veya dişlilerin daha yüksek sayıda ve daha büyük vites yayılması yoluyla, örneğin otomotiv şanzıman yakıt ekonomisi ve emisyon düşürülmesine odaklanması gerekir.

Nihayetinde analizi yapılmış verimliliği de optimize edilmiş bu düzey, gelecekteki C02 sınırlarına ulaştırmaya büyük bir katkı sağlayabilecektir. Otomotiv sektöründe liderlerin IAV GmbH analiz geliştirme ortaklarından biri ile işbirliği içinde olan KISSSOFT AG, değerlendirme ve iletim kayıplarını optimize etmek için bir araç geliştirdi.

Mevcut raporda şanzımanın genel verimliliğinin etkin bir hesaplama sürecini açıklamak için bir IAV7 vitesli çift kavramalı şanzıman kullanılmaktadır. Burada odak noktası sonraki döngü simülasyonda kullanılan hız ve yük bağımlı güç kaybı haritaları otomatik kuşak üzerindedir.

Bireysel kayıpları hesaplamak için modüler anlayış, sürücülerin kaybını basit bir şekilde iyileştirme tedbirlerini uygulayarak doğrudan ortaya çıkaran detaylı analizlerin gerçekleştirilmesini sağlar. KISSSOFT ile KISSsys yazılımları, hesaplama yöntemi ve üretim düzeni aşamasından konsept aşamasına kadarki süreçlerin geliştirilmesinde kullanılan yararlı bir araçtır.  KISSSOFT gelen hesaplama araçları ile IAV deneyimlerini birleştiren pratik durumlar için büyük ölçüde kullanılabilecek bir araç kutusundan oluşmuştur.

3.1  Çift Debriyaj İletimi IAV 7DCT280 

Yedi vitesli çift kavramalı şanzıman IAV 7DCT280 kompakt ve orta boy araçlar için ön çapraz tasarımı, bir yapısal optimize modüler şanzımanıdır. Altı ve yedi vitesli şanzıman akım ile karşılaştırıldığında mekanik bileşenler yedi ileri hızları sağlamak için sadece bir ana şaft ve bir ara mile indirgenir.

Aksi takdirde, geleneksel bir ikinci ara mil paket, çeşitli karma işlev ya da klasik bir ters hızlı mekanik bileşenler (Şekil 3) için bir elektrikli çekiş motoru entegre modüler olarak kullanılabilir.

Hibrit varyantta, elektrik motoru, ikinci bir çıkış katı (Şekil 3, sol) ile diferansiyel dişli ile bağlantılıdır.

Bir planet dişli seti, düşük araç hızlarında hibrid sistemi tekerlek torkuna yüksek düzeyde vererek, hem de daha iyi verim aralıklarından yararlanmayı sağlayan elektrik motoru için yükseltici bir aşama olarak hizmet verir.

Eş zamanlayıcı yüksek araç hızlarında veya elektrik sisteminde bir arıza durumunda motoru korumak için güç aktarım kalanından elektrik motoru devreden bir opsiyonel özellik sağlar.

Geleneksel şanzımanın varyantı bu unsurlar için amaçlandığından ortak nokta kavramını destekleyici şeklinde gerçekleştirilebilir.

Mekanik ters hızı ( Şekil 3, sağ) planeter iletim güneş dişlisi mili ile ana mil merkez dişli çarkına bağlayan düz vites bir set ile elektrik motorunu değiştirmeyi sağlar.

Bu şanzımanın yapısı da dişli seti oranının adımları hafif değişiklikler karşılığında kendi oranlarının vites adımları ve aralıkları esnekliğin yüksek düzeyde sağlanması için gösterilmiştir. (1)

Güç kayıpları ile ilgili daha fazla araştırmaların tersine hız, hibrit fonksiyonlar olmaksızın geleneksel varyant bazında yapılacaktır.

3.2  Model  kurulum ile güç kaybı haritaları

KISSsys altında bir hesaplama modeli ( Şekil 4, sağ) iletim gücü kayıplarını hesaplamak için kullanılır. Bu sistem düzeyinde genel şanzımanın bireysel makine elemanları arasındaki tüm kinematik ve kinetik etkileşimleri dikkate alınır.

Bu otomatik olarak çıkarılan dişli bağımlı güç kaybı haritaları için en önemli ön koşulunun yerine getirildiği anlamına gelir.

Buna ek olarak KISSsys modeli kayıp yaratan modülleri de dahil edilerek tamamlanır. Birçok durumda bir KISSsys model makine elemanlarının boyutlandırılması için zaten mevcut olduğundan, güç kayıpları büyük ilave modelleme çalışması olmaksızın hesaplanabilir.

Analiz ile; entegre bir şekilde genel transmisyon verimliliğini hesaplamanın mümkün olduğu öngörülür. Bu nedenle tüm ilgili kayıp kaynakları hesaba dahil edilir. Bu kayıp kaynakları; dişli örgüsü tarafından üretilen kayıplar, çalkalanma ve havalandırma kayıpları, senkromeç ünitelerde ve boşta çoklu disk kavramalarda oluşan sürtünme torku kayıpları, yağlama pompası güç kayıpları,  radyal şaft sızdırmazlık elemanı, döner üniteler ve rulmanlardan kaynaklanan kayıplardır.   ( Şekil 4, sol).

Farklı tür ve seviyedeki kayıpları tespit etmek için hesaplama yöntemi, ilgili standartlara, bilimsel incelemelere veya yayınlara dayanmaktadır. Ayrıca, bireysel kayıp kaynaklarının hesaplanmasında farklı yaklaşımlar seçmek için büyük bir esneklik gösterilmektedir.

Dişli bölümünden kaynaklanan ve buna bağlı olan kayıplar Niemann/Winter(2) tarafından sunulan teklifin esasına göre hesaplanır. Buna ek olarak, kontak analizi profili diş izleme modifikasyonları kullanarak uygun mikro geometri tanımlamak için kullanılabilir. Hesaplama yöntemleri birçok sayıda bağımsız-yüklü çalkalanan, sıkıştırma kayıpları ile havalandırma kayıpları için kullanılır.

Standart ISO/TR (3) 14.179-2 tanımlanan kurallara çift kavramalı şanzıman uygulanan enjeksiyon yağlamada meydana gelen kayıp tespit etmek için kullanılır.

Diş kontakları dişli eşleşmeleri için sırasıyla 1 l / dk ile sabit vites oranları için 2 l / dk olarak kabul edilen enjeksiyon hacimli akar. Şanzıman dişleri ile aynı şekilde, farklı rulmanlar, yol açtığı yüke bağlı ve yük bağımsız kayıplar için yapılır. Bunlar SKF rulman kataloğu 1994 sağlanan bilgilere dayanarak dikkate alınır (4). Alternatif olarak, yeni SKF 2004 yöntemi (5) sebep olduğu sürtünmeli bileşenleri bağlı olarak kullanılabilir.

Tahrikli olmayan eş zamanlayıcı üniteleri, Radyal mil sızdırmazlık halkaları ve açık multi-disk kavramları gibi öğelerin kayıpları, yani Rao olarak tek tek literatürdeki kaynaklardan belirlenir (6). Yağ pompasının güç tüketimi, uygulanan hidrolik kavramına büyük ölçüde bağlıdır. Bir harita yardımıyla pompanın güç tüketimini tarif edilmesinin sebebi budur.  Harita ara değerleme noktalarını kullanarak tanımlanmış KISSsys’e kaydedebilir.

Doğrusal ara değerleme, bireysel işletim noktalarında güç tüketimini tespit etmek için hizmet vermektedir.Üçüncü boyuta kadar olan haritalarda okuduktan sonra özel analitik yaklaşımlar da tanımlanabilir. İlk adım tahrik basıncı yağlama ve soğutma yağ talebini sabitlemek için sürücü tarafına bağlı bir sabit besleme pompası ile bir kavram analiz oluşur IAV 7DCT280 ve böylece daha verimli bir sistem kullanılır. Ancak sonraki bölümde sık kullanılan bu temel versiyondan başlayarak elde edilen potansiyel bir iyileşme de ana hatlarıyla ele alınacaktır.

Hesaplama modelinde ilgili tüm kayıpları içeren güç kaybı haritalarının otomatik üretim olan bütün dişlilerin yanı sıra bireysel bileşenler için de işletilebilir. Harita, oluşturulan aşamalı içten yanmalı bir motor için bir ızgara ve önceden tanımlanmış bir motor hız ve moment aralığına dayanır.

Şekil 5’te incelenen çift kavramalı şanzıman yedinci vites için haritalarda gösterilmektedir.

Maksimum verimlilik, %94.1 ile 7. Viteste düşük devir ve yüksek torklu bölgededir.

Beklenildiği şekilde artan devir ve düşen tork ile verimlilik düşer. Bir yandan, bu trend, yağ pompası güç sarfiyatı rulman ve enjeksiyon gibi, devir bağıl kayıpların artması ile açıklanabilir. Yükselen hız ve azalan tork, verimli damlalar, beklenilen şeklindedir.

Bir yandan, bu eğilim, yatak nedeniyle, örneğin yağ pompasının yanı sıra güç tüketimi enjeksiyonu ile ilişkili kayıplar, hıza bağlı kayıpların aşamalı geliştirilmesi yolu ile açıklanabilir. Düşük emme, tork verimlilik düşüşü tanımlanmış bir motor hızında sabit değişken oluşturan yük, bağımsız kayıplar olarak gösterilebilir.

3.3 Dişliler için İyileştirme Önlemleri

Döngü simülasyon ( burada NEDC’de uygulandı) ve iletim kayıplarının dağılımını analiz ettikten sonra, tahrik kavramı, dişli, rulman ve senkromeçlerin, bir verimlik artışı, kabul edilebilir ölçekte akustik dezavantaja rağmenbeklenebilir CO2 emisyonunu azaltmak için büyük iyileştirme potansiyeli barındırdığı tespit edilmiştir.

Dişli örgüsü kayıplarının azalması amacı için, tasarım felsefesini değiştirme hedeflenmelidir. Temel tasarım akustik gereklilikleri karşılamak amacıyla “ea = 2 ve eß = 1” teması, örtüşme oranı arasında bir dağılım gösterir. Güç kaybı çoğunlukla iletişim oranına bağlıdır;  “ea = 1.5 ve eß = 1.5” dağılımı ile yeni bir tasarım üretilir. Aynı örtüşme oranı ile, gözle görülür verimliliği kabul edilebilir bir akustik, dezavantaj pahasına beklenebilir.

ea = 1.5 temas oranı ile tekrarlanan dişli düzeni dişli örgüsü kayıplarını 28 Watt’a kadar indirger. Helisel açısı artışına bağıl artan eksenel kuvvetin neden olduğu rulman bağıl kayıplar 5 W daha fazla olduğu için bu faydayı kısmen gölgeler. Dişli örgüsel kayıpları azaltmada olası bir sonraki adım, dişli şanzıman oranları ve nihai tahrik iletim oranı arasında alternatif dağıtım tertipleyerek oluşur. KISSsys’in transmisyon varyant jeneratörü ile nispeten daha düşük nihai tahrik iletim oranına sahip bir çözüm olmasından ötürü ve bu nedenle daha yüksek bir dişli oranı kullanılarak IAV 7DCT280 için bulunabilir.

Yukarıda tarif edilen iyileştirme önlemlerinin yanısıra dişli iletişim kayıpları KISSsoft ‘ta yüke bağlı hesaplama yapılabilen kontak analizi ile düzenlenen dişli modifikasyonları ile de dişli iletim kayıpları azaltılabilir. Diğerlerinin arasında analiz temas simülasyona dayalı her bölümleme pozisyonunda sürtünme momenti tespit eder.

Yerel kayıplar hız ve sürtünme kuvveti profil değişikliklerine kızaklı bir şekilde bağlıdır ve çıkan örgüleme güçlerinin yeniden dağıtılması, sürtünme kayıplarını azaltabilir.

KISSSOFT dişli modifikasyonu için belirli bir boyutlandırma fonksiyonu sağlar. Bu fonksiyon önceden belirlenen limitler içinde değişir modifikasyonlar kadar üç sete kadar olası kombinasyonları tespit eder ve her bir varyant için bir temas analizini gerçekleştirir. Kontakt davranışı, çok güçlü biçimde yüke bağıl olduğu için, aynı zamanda yük değiştirilerek yapılması da mümkündür. Sonuçlar birçok parametrede aynı anda değerlendirme sağlayan, radar grafiklerde net biçimde görselleştirilmektedir. Bu eldeki durumda değişiklikler optimum kombinasyonunu belirlemesi için ilgili mühendise imkan sağlar. Şekil 7 iki radar grafiği, sol taraftaki şekil verimliliği, sağ taraftaki ise iletim hatasını gösterir. Burada, varyant 3:2 yüksek verim (%99,6 yerine %99,06) ve orta derecede iletim hatası sergileyen iyi bir kıyaslama oluşturacaktır.

4     Özet

Yukarıda gösterilen uygulamalar dişli kutuları için verimlilik ve termal derece hesaplanmalarında çeşitli aynı zamanda da farklı talepleri temsil etmektedir.

Endüstriyel redüktörlerin hesaplama yöntemleri hali hazırda kurulmuş ve nihai termal değerlendirmesi ağırlıklı makine elemanlarına odaklanır, halbuki otomotiv sanayi CO2 azaltma verimliliği taleplerini karşılaması gerektiğinden bu yönde hesaplamalar öne çıkar. Ancak otomotiv dişli kutularındaki birçok makine elemanları için her hangi bir hesap yönetimi henüz sağlanmış değildir.İletim gücü kayıplarının hesaplanması, bir KISSsys modeline dayanmaktadır.

Bu düzeydeki sistem, bireysel makine elemanlarına odaklanır ve tüm kinematik ve kinetik etkileşimler dikkate alınır. Birçok hesaplama standartları arasında KISSSOFT’un ekipmanları diğer kriterlerini doğrulayarak kontrolü sağlar ve dişlilerin dayanıklılığına paralel olarak dişlinin hatalarını ( yağ alt dalma kayıpları için viskoziteyi değiştirilmesi durumunda) değerlendirir örneğin gürültü gibi ( dişli gücü olarak diğer kriterler konusunda da kontrol etmenize olanak sağlar).

Bu makalede sunulan süreç zincirinin farklı iletim kavramlarını hem mevcut yayınlar hakkında detaylı en uygun şekle sokma çalışmaları için hemde etkin bir değerlendirme için uygun görülür. KISSSOFT’a ve KISSsys dayalı hesaplama yöntemi doğru üretim düzeni aşamasına kadar kavram aşamasından tüm geliştirme işlemlerine varıncaya kadar kullanılabilen faydalı bir araçtır.

Referanslar

(1) J. Müller, M. Leesch,  S. Paul, J. Liebold: Low-cost 7-speed DCT concept for transverse applications, 10th Symposium on Hybrid and Electric

Vehicles, Braunschweig, Germany, 2013

(2) Niemann, G., Winter, H.: Maschinenelemente Band II, Springer, Berlin 1985

(3) ISO/TR 14179-2: Gears – Thermal capacity – Part 2: Thermal load-carrying capacity, Technical Report, 2001

(4) SKF Hauptkatalog 4000/IV T (1994)

(5) SKF Hauptkatalog 6000 DE (2007)

(6) Rao, G.: Modellierung und Simulation des Systemverhaltens nasslaufender Lamellenkupplungen, Dissertation, Dresden University of Technology, 2011