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

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.

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.