DEBRİYAJ SİSTEMLERİNDE KULLANILAN DİYAFRAM YAYLARDA FORMUN YORULMA DAYANIMI VE MEKANİK KARAKTERİSTİĞE OLAN ETKİSİNİN TEORİK VE DENEYSEL OLARAK İYİLEŞTİRİLMESİ

Abstract

Kuru kavramalı debriyaj sistemlerinde yer alan debriyaj baskısının alt bileşeni olan diyafram yay formu, performans ve ömür parametreleri açısından büyük bir role sahiptir. Bu çalışmanın amacı, diyafram yay geometrik formunu ömür parametresi açısından optimize etmektir. Önce, diyafram yayı kuvvet-yer değiştirme ilişkisi deneysel, teorik ve sonlu elemanlar yaklaşımıyla incelenmiştir. Sonra mekanik özelikleri karakterize etmek için diyaframda kullanılan 50CrV4 malzemesine sahip numuneler için çekme ve yorulma testleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler sonlu elemanlar yönteminde kullanılarak simülasyon ve optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Yapılan optimizasyon çalışmalarında diyafram yaya etki eden gerilme değerlerini düşürmek ve yorulma ömrünü arttırabilmek için deney tasarımı yöntemiyle 149 adet dizayn noktası oluşturulmuştur. Yanıt yüzeyi metoduyla optimum diyafram yay tasarımı belirlenmiş ve nihai tasarım belirlenen amaç optimizasyonuyla doğrulanmıştır.

Keywords

• Debriyaj
• Sonlu elemanlar yöntemi
• Diyafram yayı
• Yorulma
• Optimizasyon

Theoretical and Experimental Improvement of the Effect of the Diaphragm Springs Form Used in the Clutch System on the Fatigue Strength and Mechanical Characteristics

Abstract

Diaphragm spring which is a subcomponent of the clutch cover in dry clutch systems has an important role in performance and life parameters. The main aim of this study is to optimize the geometrical form of this diaphragm spring in terms of life parameter. Initially, the force-displacement relationship has been investigated using the experimental, theoretical and computational approaches. Then, tensile and fatigue tests have been performed for the 50CrV4 specimens used in diaphragm spring to characterize the mechanical properties. The characterized results have been used in the finite element method to perform simulation and optimization tasks. In order to reduce the stress values affecting the diaphragm spring and increase the fatigue life, 149 design points have been created with the design of experiment method. The optimum diaphragm spring design has been determined using the response surface method, and its ultimate design was verified by the specified goal optimization.

Keywords

• Clutch
• The finite element method
• Diaphragm spring
• Fatigue
• Optimization.

References

1. 1. Alanbay, B. (2015). Aero-structural design and analysis of a joined-wing kit, M.Sc. Thesis, The Graduate School of Natural and Applied Sciences of Middle East Technical University, Ankara.
2. 2. ASTM E466-15 (2015). Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken.
3. 3. Atalan, AY. (2020) Developing optimization models for wind energy using design of experiment, Ph.D. Thesis, Marmara University, Institute for Graduate Studies in Pure And Applied Sciences, İstanbul.
4. 4. Doman, Y., Fujii, T., Okubo, K. and He, H. (2003) Influence of residual stress on the load–deflection curve of diaphragm springs for automobile clutches, JSAE Review, 24(2), 197-203. doi:10.1016/S0389-4304(02)00299-0
5. 5. Dönmez Debriyaj, 2011, Debr-i Alem Dergisi, 17, İzmir.
6. 6. Kabacaoğlu, S. (2021). Debriyaj sistemlerinde kullanilan diyafram yaylarda formun yorulma dayanimi ve mekanik karakteristiğe olan etkisinin teorik ve deneysel olarak iyileştirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir.
7. 7. Karataş, A. (2019). Katlanmış çelik plağın Ansys programı ile geometrik bakımın lineer ve lineer olmayan optimizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
8. 8. Krishnasamy, K., Masse, F. and Simon, O. (2018) Fatigue analysis of diaphragm spring in double dry clutch including manufacturing process, Procedia Engineering, 213, 606–612. doi:10.1016/j.proeng.2018.02.056.

9. 9. Lopez-Tapia, AC. (2019) Optimization of the geometry of domestic gas burner injectors by using the design exploration process, M.Sc Thesis, University of Cantabria, Faculty of Science.
10. 10. Nam, W., Lee, C., Chai, Y.S. and Kwon, J. (2000) Finite element analysis and optimal design of automobile clutch diaphragm spring, Seoul 2000 FISITA World Automotive Congress, Korea.
11. 11. Ozansoy, O. (2015). Multi-objective optimization of dynamic behaviour of automotive clutch system and power transmission, Ph.D. Thesis, Istanbul Technical University, Graduate School of Science Engineering and Technology, İstanbul.
12. 12. Rupnar, A., Babar, A., Karale, A. and Gundawar S. (2016) Design and analysis of diaphragm spring of a single plate dry clutch, International Journal of Science Technology & Engineering, 2 (12): 26-30.
13. 13. Schnorr, C. (2003) Handbook for Disc Springs, Schnorr Corp., Michigan, USA.
14. 14. Simeonov S., Simonovski P., Avramovski N., Mirakovski, D., Milev, S. and Cekerovska, M., (2017), Finite element analysis of stress of vehicles friction clutch diaphragm, 14th International Congress Machines Technolоgies. Materials, Bulgaria, 358-362.
15. 15. Trotea, M., Constantinescu, A. and Simniceanu, L. (2020) Analytical calculation, numerical structural analysis and design optimization of the diaphragm spring of a mechanical clutch, Applied Mechanics and Materials, 896, 151-162. doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.896.151.
16. 16. Umesh, P. and Sahu P.K., 2020, Analysis and designing of diaphragm spring washers, International Research Journal of Engineering and Technology, 7(2):1842-1852.