Çok Amaçlı Bir Taşıtın Ön Aks Diferansiyel Kovanının Farklı Sürüş Koşulları için Kütle ve Gerilme Optimizasyonu

Abstract

Dört tekerlekten çekişli bir taşıta ait sabit ön aksta kullanılması düşünülen diferansiyel kovanının kütle ve gerilme optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla önce, sabit aksın parametrik katı modeli oluşturulmuştur. Bu model yardımıyla, farklı sürüş koşullarının etkileri de dikkate alınarak, aksın sonlu elemanlar (SE) analizleri yapılmıştır. Bu şekilde, diferansiyel kovanı üzerindeki kritik gerilme yığılması bölgeleri belirlenmiştir. Sonraki aşamada, kovan için çeşitli tasarım alternatifleri oluşturulmuş, en düşük kütleyi ve gerilme yığılmasını sağlayan tasarım tipi belirlenmiştir. Bu tasarımın gövde-kol geçişlerinde bulunan güçlendirme kanatlarını oluşturan iki geometrik büyüklük; kanat kalınlığı (t) ve kanat açısı (α), tasarım değişkeni olarak seçilmiştir. Bu değişkenler kullanılarak, Deney Tasarımı - Yanıt Yüzey Yöntemi (DT-YYY) yardımıyla, çok amaçlı optimizasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon çalışmasından elde edilen yeni kovan tasarımının, orijinal tasarıma göre yaklaşık 1,8 kg daha hafif olduğu görülmüştür. Ayrıca gerilme yığılmasının ilk duruma göre, gövdenin alt kritik kesitinde yaklaşık % 18, üst kritik kesitinde ise yaklaşık % 36 oranında azaltılabildiği belirlenmiştir.

Keywords

• Sabit aks
• Deney tasarımı
• Yanıt yüzey yöntemi
• Sonlu elemanlar analizi
• Optimizasyon

Mass and Stress Optimisation of a Multi-Purpose Vehicle Front Axle Differential Housing For Various Driving Conditions

Abstract

Stress and mass optimisation of a differential housing that will be used in the front axle of a 4WD vehicle was carried out. In order to do that, firstly, a parametric solid model of the axle was composed. By using this model, finite element (FE) analyses of the axle were carried out by taking the effects of the various driving conditions into account. By this way, critical stress concentrated regions on the housing were determined. In the next step, various design alternatives were generated and the most appropriate design type which satisfies minimum mass and stress values was chosen. Two geometric factors; the rib thickness, t and the rib angle, α which constitute the shape of reinforcement ribs at the housing-arm transition regions were chosen as the design parameters. By using these parameters, a multiobjective optimisation process was also carried out via Design of ExperimentsResponse Surface Methodology (DOE-RSM). It was determined that the new housing design obtained from the optimisation study is about 1.8 kg lighter that the initial design. Results also showed that, it is possible to reduce the stress concentration at the lower and upper critical regions by some 18% and 36% respectively, in comparison with the primary design.

Keywords

• Solid axle
• Design of experiments
• Response surface methodology
• Finite element analysis
• Optimisation

References

1. J. Reimpell, H. Stoll, J.W. Betzler, The Automotive Chassis: Engineering Principles, 2. Baskı, Society of Automotive Engineers, Inc., (2002).
2. N.S. Kuralay, Motorlu Taşıtlar, Cilt 1, TMMOB Makina Mühendisleri Odası, (2008).
3. M.M. Topaç, H. Günal, N.S. Kuralay Eng. Fail. Anal. 16(5) (2009) 1474-1482.
4. M.M. Topaç, H. Günal, N.S. Kuralay Mühendis ve Makine 51(601) (2010) 10-20.
5. B.L.J. Gysen, J.J.H. Paulides, J.L.G. Janssen, E.A. Lomonova IEEE Trans. Veh. Technol. 59(3) (2010) 1156-1163.
6. R.N. Jazar, Vehicle Dynamics, Springer Science+Business Media, LLC., (2008).
7. B. Heiβing, M. Ersoy, S. Gies, Fahrwerkhandbuch, Vieweg+Teubner Verlag |Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, (2011).
8. M.M. Topaç, C. Olguner, A. Yenice, N.S. Kuralay, Kamyon bağımsız ön süspansiyon sisteminin kavramsal tasarımı, MTS8: 8. Mühendislik ve Teknoloji Sempozyumu, Ankara-Türkiye, (2015) 39-44.

9. M. Yüksel, Malzeme Bilimleri Serisi-Cilt 1: Malzeme Bilgisi, TMMOB Makina Mühendisleri Odası, (2003).
10. D.J. Kim, Y.M. Lee, J.S. Park, C.S. Seok Mat. Sci. Eng. A-Struct. 483-484 (2008) 456-459.
11. F. Bagnoli, F. Dolce, M. Barnabei Eng. Fail. Anal. 16(1) (2009) 152-163.
12. S. Park, J. Lee, U. Moon, D. Kim Eng. Fail. Anal. 17(2) (2010) 521-529.
13. Anonim, ANSYS Theory Reference, ANSYS Release 10.0. ANSYS, Inc.,(2005).
14. D.H. Besterfield, C. Besterfield, G.H. Besterfield, M. Besterfield, Total Quality Management, Prentice Hall Inc., (1995).
15. G. Akman, C. Özkan Doğuş Üniversitesi Dergisi 12(2) (2011) 187-199.
16. D.C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments, John Wiley & Sons, Inc., (2000).
17. T. Amago, http://www-personal.umich.edu/~kikuchi/Research/rsm_amago.pdf. (Erişim tarihi: 1th of April,2015).
18. K. Park, S.J. Heo, D.O. Kang, J.I. Jeong, J.H. Yi, J.H. Lee, K.W. Kim Int. J. Automot. Techn. 14(6) (2013) 927-933.
19. H. Han, T. Park Multibody Syst. Dyn. 11 (2004) 167-183.
20. R.H. Myers, D.C. Montgomery, C.M. Anderson-Cook Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Design of Experiments, John Wiley & Sons, Inc., (2009).