Geri Dön

Experimental and numerical investigation of rear axle gear whine

Arka aks dişli gürültüsünün deneysel ve nümerik incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 556524
  2. Yazar: MEHMET DEMİREL
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN TAHA ŞEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Makine Dinamiği, Titreşimi ve Akustiği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 111

Özet

Son yıllarda, yeni regülasyonlar ve yüksek müsteri talepleri otomotiv sanayiinin aşması gereken durumlar olarak ortaya çıkmaktadır. Özellikle talep ve istekler sonucunda, araçların titreşim ve akustik akustik geliştirmesinde daha zorlayıcı koşullar doğmaktadır. Günümüzde araçların toplam kalite algısında titreşim ve akutik performansı önemli kriterlerden biri haline gelmiştir. Bu durum bütün araç komponentlerinin ve sistemlerinin daha sessiz çalışması gerekliliğini getirmiştir. Araçlarda oluşan ve şikayete sebep olabilecek titreşim ve gürültülerin oluşmasında, motor ve aktarma organları çok önemli bir paya sahiptir. Aktarma organları kaynaklı titreşim ve gürültüler, sorun durumunda, şikayet ve sistem hasarlarına sebep olabildiği gibi garanti işlemi zorunluluğu nedeni ile ekstra maliyetlerde oluşturmaktadır. Motor ve aktarma organları gürültü ve titreşim kaynaklarının başında dişli sistemleri gelmektetir. Dişli sistemlerinde meydana gelen titreşim ve gürültüler iki ana kategoride toplanabilir. Bunlar dişli tıkırdaması ve dişli vınlaması olarak adlandırılır. İlk olarak dişli tıkırdamasını ele alırsak, bu sorun, dişlilerin kontak duruma gçmesi sırasında meydana gelen çarpma sesi olarak tarif edilebilir. Bu durumun ana sebebi dişli boşluğu (bekleş) olarak adlandırılan düzgünsüzlüklerdir. Bekleş, birbiri ile karşılıklı çalışan iki dişlinin dişleri arasındaki boşluklardır ve bu boşluklar tork aktarımı esnasında ileri yönde, geri yönde veya her iki yönde de darbe oluşmasına sebebiyet vermektedir. Dişli sistemlerinde meydana gelen bu tıkırtı sorununun motor ve aktarma organlarının burulma titreşimleri, sistemlerdeki yüksek tork salınımına sahip sistemler gibi bir çok nedeni vardır. Dişli sistemlerinde görülen ikinci kritik problem ise dişli vınlaması sorunudur. Dişli vınlaması yüksek frekans bölgesine ortaya çıkan, yapısal ve havayolu iletimi ile aktarılan tonal karakterli bir sestir. Bu sorun dişlilerin pinyon dişlisinin diş sayısına bağlı olarak genellikle 100 Hz ile 3000 Hz aralığında gözlemlenir. Vınlama sesinin tonal yapıda olması, insan duyma sisteminde, çok birleşenli seslere oranda daha rahatsız edici bir etki oluşturur. Bu sebeple dişli yapılarında ses seviyesinin azaltılması kritik etkiye sahiptir. Dişli vınlaması, karşılıklı çalışan dişlilerin dişli geçiş frekansı ve harmoniklerinde ortaya çıkar yani geçiş frakansının matematiksek ikinci, üçüncü, dördüncü katlarında da titreşim ve gürültü seviyeleri yüksektir. Arka aks dişli vınlaması da difransiyel dişlilerinin neden olduğu ve araç içierinde duyulabilir olan özel bir titreşim ve gürültü sorunudur. Difrensiyel piyon dişlisi geçiş frekansında ve onun harmoniklerinde ortaya çıkan bu problemin ana nedeni eş çalışan dişlilerdeki iletim hatası. Teoride dişliler mükemmel rijitlikte ve sabit dişli oranına sahiptir fakat gerçek hayatta dişliler de diğer bütün sistemler gibi elastik özelliktedir ve bu nedenle dişli oranı bazı parametrelere bağlı olarak değişkenlik gösterir bu durum dişli sistemlerinde iletim hatası olarak adlandırılır. İletim hatasına dişlilerin tasarımları, üretim kaynaklı hatalar, üretim ve montaj toleransları, dişli geometrisi oldukça etki etmektedir. Bu sebeple belirtilen parametrelerde yapılan değişiklikler dişli vınlamasına doğrudan etki etmektedir. Bu tez çalışması kapsamında dişli vınlama problemi deneysel ve nümerik olarak incelendi. Bu çalışmada sorunun oluşmasında ve seviyesinde en önemli parameter olan dişli iletim hatası üzerinden ilerlendi. İlk olarak bu çalıma kapsamında yapılan deneysel çalışmalarında, parça seviyesi ve araç seviyesi olarak testler ve incelemeler gerçekleştirildi. Öncelikle dişli iletim hatasının etkisinin incelenebilmesi amacı ile farklı özellikte arka akslar tasarlandı ve üretildi. Bu akslar farklı geometrik özellikte ve farklı iletim hatası değerlerinde üretildi. Belirlenen kriterlerde dokuz farklı arka aks üretildi. Bu akslardan dört tanesi araç üzerine takılara test edildi. Araç testlerine başlamadan önemli bir adım olarak test edilecek aracın ve parçaların modal testleri gerçekletirildi. Modal parametreler yapıların, parçaların ve sistemlerin dinamik davranışlarının belirlenmesinde önemli bir etkiye sahiptir ve sağlıklı bir değerlendirme için tespiti zorunludur. Bu kapsamda ilk olarak test edilecek arka akslardan bir tanesi Gölcük test merkezinde yumuşak yaylarla asılarak modal testi tamamlandı. Bu testte üç eksenli ICP ivmeölçerler ile sistem cevapları toplanırken tahrik modal çekiç ve şekır yardımı ile sağlandı. Modal test teknigi olarak tek noktadan tahrik çok noktadan sistem cevabı okunması metodu uygulandı. Test sonucunda arka aksa ait doğal frekanslar, mod şekilleri ve kritik sönüm oranları tespit edilmiştir. Arka aks modal testinin ikinci aşaması olarak arka aks kovanı kesilerek iç paraçaların modal incelmesi gerçekleştirildi. Sistem benzer olarak kovaı kesilen aks yaylar ile asıldı. Sonrasında tekerlek akslar, difransiyel içerisinde bulunan dişliler ve braketlere modal test yapıldı. Bu sistemlerin frekans cevap fonsiyonları, mod frekans değerleri ve mod şekilleri tespit edildi. Parça seviyesi ve asılarak arka aks iç şaftları, tahrik şaftının modal incelemesi gerçekleştirildi. Sonrasında araç üzerinde, yeni sınır şartları ve sistemlerin etkisinin tespiti amacıyla motor, şanzıman ve tahrik şaftının modal testleri tekrarlandı. Deneysel çalışmaların diğer aşaması olarak araç testleri geçekleştirildi. Farklı dişli iletim hatasına sahip akslar sırası ile araca takılarak özel manevralarda testler tamamlandı. Araçtan titreşim, gürültü, burulma titeşimi, açısal hız , sıcaklık, tork dataları toplantı. Bu amaçla arka aks ve şanzıman üzerine üç eksenli iki ivmeölçer yerleştirildi, motor volan bağlantısına, şanzıman çıkışı ve difransiyel girişine açılal hız sensörleri yerleştirildi, difransiyel kovanı delinerek sıcaklık sensörü takıldı ve gürültü ölçümü için kabin içerisine mikrofon yerleştirildi. Aracın enstürmantasyonu, aks vınlama sorunun tespiti ve oluşumuna etki eden komponentlerin, parametrelerin tespit ve incelenmesi amacı gözetilerek gerçekleştirildi. Test aracı olarak tek akstan tahrikli, arkadan çekişli bir Ford çekici araç kullanıldı. Bu aracı seçilmesindeki ana neden basit yapıda bir aktarma sistemine sahip olmasıdır. Bu sebeple, transfer patikasının incelenecek ana probleme etkisi minimum düzeyde olacak ve ölçümler arası sağlıklı bir karşılaştıma yapılabilcektir. Yol testlerinde araç tam yüklü olarak, kritik olan viteslerde ve tam gaz (gaz pedalı %100 pozisyonda olacak şekilde) manevrası ile sürülmüştür. Toplanan datalar özel analiz metodları vasıtası ile incelenerek kritik dişli geçiş frekansları ve harmonikleri tespit edilmiştir. Tespit edilen kritik frakans bantlarında data kesilip analiz edilmiştir. Arka aks ivme datarı kritik frakans bantlarında incelenmiştir. Tez çalışmasının ikinci ayağı olarak arka aks gürültüsü nümerik olarak incelendi. Test edilen araç özellikleri ve sistemlerinin bilgisayar ortamında tasarımı gerçekleştirildi. Sonrasında tasarımı tamamlanan sistemler Nastran programnda aktarılarak modelleme işlemi gerçekleştirildi. Bu kapsamda bağlantı noktaları, kıstılar, sınır şartları, malzeme özellikleri tanımlandı. Modelleme işlemi sonrasında yine Nastran programı kullanılarak doğal frekans analizi geçekleştirildi. Bulunan sonuçlar ve test dataları sonuçları karşılaştırılarak modelde olan bilgiler güncellenerek korelesyon çalışması yapıldı. Bu analizler sonucu kritik sistem ve komponentlerin doğal frekansları ve mod şekilleri hesaplandı. Paralelde dişlilerin kontak yüzeylerinin ve sonucunda da dinamik dişli rigitlik değerlerinin hesaplanması KIMOS programı yardımıyla gerçekleştirildi. Son olarak diğer programlardan elde edilen bilgiler de kullanılarak sistemin dinamik analiz modeli oluşturuldu. Daha önce modellenen sistem aynı malzeme özellikleri, sınır şartları ve modal özellikleri ile AVL excite programına aktarılarak dinamik model oluşturuldu. Komponentlerin elastik özellikleri ve kontak durumları tanımlanarak dişli kontak, dinamik iletim hatası etkisi tanımlanarak dinamik analiz tamamlandı. Dinamik analiz sonucu arka aks titreşim değerleri elde edilerek bu değerler test sonucunda ölçülen değerler ile karşılaştırılmıştır.

Özet (Çeviri)

In last decades, automotive industry is faced with new regulations and high demands of costumers. And, this situation brings new challenges particularly for noise, vibration and harshness (NVH) development of a vehicle. Especially, powertrain systems of the vehicles have crucial effect on noise level of the vehicle and sound quality. Particularly, in the driveline area of vehicles a noise commonly referred as differential gear whine which is a tonal response and becomes apparent in drive conditions. This is one of the key concerns in rear wheel drive commercial vehicles. Although, not a failure state, it is regarded as a quality issue and a source of annoyance, which can lead to warranty concerns. There are two main noise and vibration issue sourced from gears as gear rattle and gear whine. First one is the gear rattle, also called gear hammering, which is the characteristic noise that produces during impacting gears. The main reason for this influencing is clearance type nonlinearities, which called backlash. Backlash is clearance between two teeth that are engaged and cause to collapse teeth one side or double side and generate impact noise when one gear try to transfer torque to other. There are several reasons for this collision such as engine torsional vibration and torque characteristic of accessory drive especially highly fluctuated. Second one is gear whine which is a high frequency airborne and structure borne noise produced by the vibration due to the imperfect meshing of the gear teeth. Typical frequencies are in the range of 100Hz to 1000Hz depending on the number of the pinion gear teeth. Whine noise that shows pure tone characteristic is annoying for human aural system compared with random noises so that reduction of the gear systems noise level are crucial. A tonal noise emitted at the gear mesh frequency as assigned first the gear mesh harmonic and sound tone at the double of the mesh frequency as assigned the second harmonic, etc. A tonal gear whine noise appears at the gear mesh harmonics that are multiples of the gear mesh frequency. Rear axle whine, also called axle whine is the special case of the gear whine and one of the audible noises in vehicle cabin. Rear axle whine is sourced from the gears in the differential while engaged condition of gear sets and excited by pinion and ring gears at the gear mesh frequency and its harmonics. In this study, rear axle gear whine investigation was done in two main approaches as experimental and numerical. Firstly, experimental study to investigate rear axle whine was performed as part level test and vehicle level test. Mainly effect of transmission error (TE) of rear axle was investigated in the thesis. Therefore, nine rear axles that have different TE values were produced and four of them tested in the vehicle. As the test vehicle Ford Trucks 1842T was used. The test vehicle was instrumented for vibration, acoustic, temperature, torque, torsional measurements. Then roads were conducted on test track in particular gears. Test data analyzed by using Campbell analysis and order analysis methods. Vibration data that cut in critical orders was investigated and compared. Another experimental investigation was done by using modal test and analysis. Modal features of powertrain components were measured in conditions free-free and as-installed. Free-free test was done on the rear axle, cut housing rear axle, half shafts, and driveshaft. Afterwards, modal test of powerpack and driveshaft were performed as installed condition. Based on measurement results, natural frequencies, mode shapes and damping values were calculated. Secondly, multi-body dynamics model of a heavy duty truck's driveline is developed with all the appropriate components. Component flexibility is included for driveshaft pieces, rear axle half-shafts and the suspension elements. The connectivity of the components is accurately modelled such as the floating effect of rear half-shafts, leaf springs, as well as the non-linear effect of tapered roller bearings, supporting the wheel hubs and gears. Purpose of finding the modal parameters of the components, natural frequency analysis was performed via Nastran software. Then the results were used in multi-body dynamic model. By using multi-body dynamic model axle pinion vibrations were calculated and compared with road test data results.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    821802

    Bir SUV araç modeli üzerinde spoiler uygulamasının sürükleme kuvvetine etkisinin deneysel ve sayısal incelenmesi

    Experimental and numerical investigation of the effect on drag force of spoiler application on an SUV vehicle model

    HASAN ÇİFTÇİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Otomotiv MühendisliğiSelçuk Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İLKER ÖRS

    DOÇ. DR. CİHAN BAYINDIRLI

  2. Tez No

    674819

    Süpersonik kavite akışında arka duvar etkisinin OpenFOAM açık kaynak kodlu çözücü kullanılarak sayısal incelenmesi

    Numerical investigation of rear wall effect in supersonic cavity flow using OpenFOAM

    ENGİN TAŞKIRAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Havacılık MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞENOL BAŞKAYA

  3. Tez No

    213878

    Yüzeylerinden düzgün üfleme yapılan kare kesitli silindir etrafındaki akışta aerodinamik özelliklerin deneysel ve sayısal incelenmesi

    Experimental and numerical investigation of the aerodynamic parameters in the flow around a perforated square cylinder with uniform injection

    AHMET ÖMÜR TURHAL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BURHAN ÇUHADAROĞLU

  4. Tez No

    292828

    Yüksek binalar etrafındaki akışın sayısal ve deneysel incelemesi

    Numerical and experimental investigation of flow field around high-rise buildings

    SEFA YILMAZTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. NİLAY SEZER UZOL

  5. Tez No

    717377

    Ahmed gövdesinin farklı arka yüzey geometrik konfigürasyonları için aerodinamik özelliklerinin sayısal incelenmesi

    Numerical investigation of aerodynamic characteristics of Ahmed body for different rear slanted surface configurations

    CAFER KAMACI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine Mühendisliğiİstanbul Aydın Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ KENAN KAYA

Geri Dön