Analysis and prediction of noise propagation for commercial vehicle rear axle design

Gürültü günümüzde önemini gittikçe arttıran ve insanların konfor algısının bir parçası haline gelen bir etmendir. Bu konfor algısı ile insanların daha iyiye sahip olma isteği gün geçtikçe artmaktadır. Bu durum dolayısıyla mühendislik disiplinlerine yansımakta, yeni disiplinler doğmakta ve önem kazanmaktadır.Bu kapsamda üretilen ürünlerin titreşim karakteristiği ve dolayısyla oluşturabileceği gürültü ürünlerin tasarım aşamasında mühendisler tarafından incelenmeli ve irdelenmelidir. Titreşim ve gürültü karekteristiği parçanın, sistemin tasarımı ve malzemesi ile doğrudan ilişkilidir.Bu ilişkiler parça bazında malzeme özellikler ve geometrik şekli ihtivasıyla parçanın katılığı, esnekliği, sönüm karekteristiği bakımından incelenmektedir. Bu incelemeler yapılırken çeşitli yaklaşımlar ile yeni metodolojiler geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu metodolojiler parça ve sistemin doğal frekanslarını belirleme ve parçayı gerekli durumlarda daha katı veya esnek olması için mühendise, tasarımcıya yardımcı olmaktadır.Bu yaklaşımlar genel olarak test ve analiz gibi iki kısma ayrılmaktadır. Bu iki yaklaşım çeşitli mühendislik uygulamalarında tasarımın doğruluğu ve korelasyonu bakımından uygulamaya geçmekte olan ve üzerine sürekli çalışılarak geliştirlmekte olan yaklaşımlardır. Parçaların karakteristiği doğal frekansları parça titreşimlerini ve yapıların tahrik kuvvetlerine karşı tepkisini etkileyen en önemli kriterdir.Bu karekteristik özellikler şekil ve malzeme özelliklerine bağlı olarak değişmektedir ve bu özellikler genel olarak kütle, atalet, katılık ve sönüm karakteristiği olarak ayrılmaktadır.Bu özellikler parçaların doğal frekanslarına etki eden etmenlerdir. Parça ve sistemlerin doğal frekansları çekiç testi ile kolaylıkla bulunabilmekte ve parça karekteristiği belirlenebilmektedir ancak test maliyetleri ve imkanları bu opsiyonu zaman zaman kısıtlamaktadır.Test yerine daha hızlı,kolay ve az maliyetli bir çözüm olan bilgisayar destekli analizler gün geçtikçe daha da önem kazanmaktadır ve bu doğrultuda yeni metodolojiler ve yaklaşımlar geliştirilerek bu sektörün ileride test verifikasyonlarının yerine alması beklenmektedir. Otomotiv endüstrisi için gürültü oluşumu önemli ancak sonradan anlaşılan bir problemdir, problemi önceden tahmin etmek normal şartlarda çok güçtür.Tasarım aşamasında öngörülemeyen gürültü, eğer problem izolasyon malzemeleri ile önlenebilecek ise çözümü kolaydır ancak problem bu şekilde önlenemezse probleme sebep olan tasarımın değişikliği oldukça zor ve masraflıdır.Bu değişiklikler otomotiv imalatçısının maliyetlerini ciddi şekilde arttırmaktadır. Bundan dolayı problemi daha tasarım aşamasında ve araç imalatından önce tahmin etmek ve önlemek maliyet ve zaman kaybı açısından çok önemlidir. Araç üretim süreçleri tasarım fazı ile başlar ve tasarımın doğruluğu ileriki aşamalarda üretilen prototip araçlar ile ve öncesinde bilgisayar destekli araçlar ile sağlanır.Prototip araçlar imal edilmeden önce sonlu elemanlar gibi yöntemler ile araç aktarma organlarının parça ve sistem dinamik davranışlarının tahmini, titreşim ve gürültü problemlerin çözümünde çok kullanışlıdır.Sonlu elemanlar analizi analitik sonuçları etkileyen parametreleri ve kabul kriterleri kolaylıkla simüle edilebilir.Böylelikle sistem ve parça etkileşimleri daha tasarım fazında üreticiye bilgi verir ve parça,araç imal edilmeden gerekli aksiyonların alınmasına olanak sağlar. Bilgisayar destekli analizler ile otomotiv endüstrisi sürekli gelişmekte ve ilerlemektedir. Bu gelişim öncelikli olarak tasarım aşamasında başlamakta ve sonrasında tasarlanan parçaların analizlerinde kendini göstermektedir.Bu çalışma kapsamında analizler yapılarak parça bazlı olabilecek problemler önceden gün yüzüne çıkartılmıştır.Bu analizler genel olarak parça karakteristiğini belirlemek için yapılan modal analiz ve frekans cevap fonksiyonu analizidir.Modal analiz ile parça ve sistemlerin doğal frekansları ve mod şekilleri bulunmaktadır.Ancak karmaşık sistem ve yapılarda bu doğal frekansların hangi parça ve sisteme ait olduğunu anlamak zor olabilir, parçalar ilişkide olduğu parçalardan tahrik olabilir ve doğal frekansı varmış gibi gözükebilir. Bu durumun önüne geçmek ve parça modlarını birbirinden ayırt etmek için bu analizlere ek olarak frekans cevap analizi yapılmaktadır. Bu analiz ile parça doğal frekansları faz açıları da incelenerek doğru bir şekilde elde edilebilmektedir. Bu çalışmada izlenen yol öncelikli olarak parçaların doğal frekanslarını bulmak ve bu değerleri birbiri ile olabildiğince uzaklaştırmak üzerine kurulmuştur. Bu kapsamda araçlara uygulanmak istenen tek tekelekli arka aks sitemi modellenmiş ve akabinde sistem bazlı analizler ile sonlu elemanlar modeli test sonuçlarına göre uyarlanmıştır.Parça bazlı test sonuçlarına göre yapılan analiz benzetimleri daha karmaşık yapıda olan sistemlerin(aktarma organları) analizinin yapılmasına ve doğruluğunun sağlanmasında önemlidir. Doğruluğu istenilen seviyeye gelen sonlu elemanlar modeli daha sonra ile parça bazlı analiz benzetimleri baz alınarak elde edilen benzetimler ile araç aktarma organlarının sonlu elemanlar modeli kurulmuş ve analizler gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada arka aks sisteminde kullanılan parçaların tasarım parametreleri irdelenmiş ve bu parametrelerden aks kovan kalınlığının, aks boyunun ve diferansiyel sistemin parçası olan hipoit dişlinin analizleri yapılarak gürültü oluşumuna etkisi analizler vasıtasıyla incelenmiş ve oluşturulabilecek gürültü daha önceden analiz ve testleri yapılmış baz araç modeli ile kıyaslama yapılarak gürültü tahmini yapılmıştır. Orta ticari araç olarak Ford Transit modeli ele alındı.Bu araç uzun şasi boyuna sahip yüksek tavanlı modeli test edildi.Bu aracın şasi ve karoser modeli analzilere etki etmeyeceğinden dolayı modellenmedi ancak tüm aktarma organları titreşim ve frekans değerlerini etkileyecek tüm parçalar dahil edilerek hazırlandı. Bu çalışma kapsamında yeni tasarlanan tek tekerli arka aks sistemi, titreşim ve gürültü perspektifinde sonlu elemanlar olarak modellendi ve analiz edildi.Arka aks gürültüsünde en etkili parça olan dişli sistemi ve bağlantısı kinematik bir hipoit dişli simülasyon aracı ile modellendi. Optistruct programı ile sistemlerin doğal frekansları bulundu ve frekans cevap fonksiyonu analizi gerçekleştirilerek bu frekansların parça bazlı indirgenmesi ve parçaların ilk frekans değerlerinin ayrıştırması sağlandı. Analiz sonuçları test sonuçları ile karşılaştırılarak model benzetimleri ve doğruluğu sağlandı ve akabinde mevcut çift tekerli aks ile karşılaştırıldı.Tasarımın arka aks titreşim ve gürültüsüne etkisi olarak, aks kovan kalınlığı ve dişli aktarım oranları araştırıldı ve etkileri karşılaştırıldı. Bu çalışma araç aktarma organları arka aks sistem kaynaklı gürültü problemini anlamaya, tahmin etmeye ve tasarıma araç daha üretilmeden yön vermeye katkı sağlamıştır.Bunun gibi sayısal hesaplamalar ile otomotiv imalatçıları zaman ve özellikle para kaybının önüne geçebilir ve problem daha ortaya çıkmadan çözüme kavuşturulabilir.Bu bakımdan bu tür çalışmalar otomotiv sektöründe büyük öneme sahiptir.