BASKI PLAKASI

BASKI PLAKASI

Baskı plakası kavraşma süresince kavrama diskine basınç uygulayarak onu volana doğru bastıran elemandır. Diyafram yaylı baskı plakalarında bu basınç diyafram yay tarafından sağlanır ve tamamen statik basınçtır. Statik basınç sabit olduğu için motor devir sayısından bağımsızdır.

Bir yüzeyi kavrama diskiyle, diğer yüzeyi diyafram yay ile temas eden baskı plakası aynı zamanda şerit yaylar ile kavrama kapağına da bağlıdır. Şerit yaylar momenti kavrama kapağından baskı plakasına iletmekle görevlidirler. Şerit yaylar moment iletiminin yanı sıra, ayırma süresince baskı plakasını kaldıran kuvveti de temin ederler. Şerit yaylar birkaç tanesi üst üste konmuş uzun yassı yay çeliği tabakalarından meydana gelir. Proje kapsamında tasarlanan kavramada 3 kat yay çeliği tabakası yeterli görülmüştür. Şerit yaylar bir ucundan baskı plakasına diğer ucundan kavrama kapağına perçinlenmişlerdir. Bu yaylar, kavrama halinde iki bağlantı noktası aynı düzlem üzerinde durmayacak şekilde monte edilirler. Kavrama kapağına perçinlendikleri nokta, baskı plakasına perçinlendikleri noktaya oranla volana daha uzaktır. Bu düzenleme şeklinde, debriyaj tam kavramış haldeyken şerit yaylar elastik olarak deforme olacak ve normal konumlarına geri dönmek isteyeceklerinden baskı plakası üzerinde bir kaldırma kuvveti uygulayacaklardır. Ancak bu kuvvet, diyafram yayın baskı plakasına uyguladığı baskı kuvvetine oranla ihmal edilebilecek düzeydedir.

Genel olarak, kavrama kapağı çapı 300 mm’ nin altında olan debriyaj sistemlerinde bu şerit yay takımlarından eşit aralıklı olarak 3 adet kullanılırken, kavrama kapağı çapı 300 mm’ nin üzerinde olan debriyaj sistemlerinde 4 takım şerit yay düzeneği kullanılır. Tasarımı yapılan debriyaj sisteminde kavrama kapağı çapı 300 mm ‘nin altında olduğu için şerit yay takımından simetrik olarak 3 adet kullanılmıştır.

Bazı çok düşük kapak profili gerektiren debriyaj sistemlerinde, kaldırma kuvvetini sağlamak üzere şerit yayların kullanımı uygun olmaz. Bu durumda, baskı plakasına klips olarak adlandırılan ek bir eleman bağlanır ve bu eleman yardımıyla baskı plakası diyafram yayla temas halinde tutulur. Kavrama ayrılacağı zaman diyafram yayı takip edecek şekilde klips tarafından yukarı doğru kaldırılır. Tasarımda, boyutlandırma sonucunda şerit yayların kullanımına engel bir durum oluşmadığı için klips kullanımına gerek kalmamıştır.

Şerit yaylar zaman zaman baskı plakasının istenmeyen hareketlerini kontrol etmek için de kullanılırlar. Bazı güç aktarım uygulamalarında motor ve dolayısıyla volan büyük miktarda yalpalamaya maruz kalır. Bu yalpalama genellikle yüksek motor hızlarında krank milinin esnemesinden kaynaklanır. Volanın bu yalpalama hareketi sonucu kavrama serbest bırakıldığı zaman baskı plakasında eksenel bir hareket ortaya çıkabilir ve debriyajın kısmi olarak yeniden kavramasına yol açabilir. Şerit yayların kullanımıyla baskı plakasının bu hareketi kontrol edilebilir [2].

5.1 MALZEME SEÇİMİ

Diyafram yaylı baskı plakalarında, özel şekillendirilmiş diyafram yayın karakteristiği nedeniyle baskı kuvveti aşıntı yoluna bağlı olarak yüksek değerlerde kalmakta, helezon yaylı diyafram kavramanın aksine baskı kuvveti büyüklüğü çok fazla değişmemektedir.

Yüksek motor momentleri ve ağır kullanım şartlarına uygun olmak üzere baskı plakası malzemesi olarak dökme demir seçilmiştir. Özel döküm kalitesinde imal edilmiş olan gövde özellikle eğilmeye mukavim olduğundan yüksek baskı kuvvetlerinde yol kayıpları olmamaktadır [3]. Dairesel biçimli baskı plakası kavrama diski büyüklüğünde olup kavrama diskine sürtünen yüzeyi düzgün olarak işlenmiştir.

5.2 ISI ANALİZİ

Debriyaj gibi sürtünmeli kavramalarda moment iletimi eksenel yük sonucu yüzeyler arasında oluşan sürtünme kuvveti sayesinde iletilir. Eğer katı bir yüzey diğer bir katı yüzey üzerinde kayarsa, sürtünmeye karşı zıt yönde yapılan iş ara yüzeyde ısı olarak açığa çıkar. Sonuç olarak sürtünen yüzeylerde sıcaklık artar ve kavramaya zarar verecek boyutlara kadar ulaşabilir. Normal yükleme ve düşük hızlar olmasına karşın, sürtünmenin olduğu ara yüzeylerde anlık çok yüksek sıcaklıklar oluşabilir. Bu geçici sıcaklıkların ölçümünde kullanılan termoelektrik yöntemler sürtünen cisimlerden biri olan baskı plakasının yüzeyinde 1000 oC gibi yüksek sıcaklıkların oluşabileceğini göstermiştir . Fakat sürtünen iki cisim olan baskı plakası ve kavrama diski yüzeyleri arasında çok kısa sürede çok yüksek ısılara ve sıcaklıklara ulaşılmasına rağmen temas eden yüzeylerin büyük bir kısmının soğuk kalmayı devam ettirdiği görülmüştür [6].

Çoğu erken oluşan debriyaj hasarları baskı plakası veya kavrama diski yüzeyinde oluşan çok yüksek sıcaklıklardan kaynaklanır. Metal kavrama diskleri kullanılması durumunda sürtünen yüzeylerde oluşan yüksek sıcaklıklar kavrama disklerinin birbirine yapışmasına neden olur. Eğer metal olmayan ve yarı metal kavrama diskleri çelik veya dökme demir baskı plakalarıyla kullanılırsa; oluşan yüksek yüzey sıcaklıkları kavrama diskinin şeklinde çarpılmalara yol açarken baskı diskinde de yüzey çatlaklarına sebep verir [6].

Eğer ısıl yönden düşünülüp olumlu sonuçlar verebilen bir kavrama tasarlanmak istenirse; öncelikle hangi yüzey sıcaklıklarının kavrama için güvenli olduğunun tespit edilmesi daha sonraki adımda yüzeylerdeki sıcaklık dağılımlarının bulunması gerekir [1]

Debriyaj kavramasında sürtünen elemanlardan biri olan baskı diski üzerindeki doğruya en yakın sıcaklık dağılımını elde etmenin yolu deneylerdir. Analitik denklemlerle bulunan sıcaklık dağılımları yaklaşık sonuç niteliğindedir [6]

Doblo 1.9 Dizel aracındaki debriyaj kavraması içerisinde bulunan baskı diskinde sürtünme sonucunda oluşan sıcaklık dağılımını elde etmek için parça Solid Works 2003 programıyla modellenmiş ve Cosmos Works programıyla da parça üzerinde ısıl analiz yapılmıştır. Isıl analiz yapılmadan önce sürtünme sonucunda baskı plakası yüzeyine gelen ısı (QR,b), kavrama süresi (t), ve baskı plakasının içinde bulunduğu havanın ısı taşınım katsayısı (h) analitik denklemlerle hesaplanmıştır.

Baskı plakası ile kavrama diski arasında sürtünmeden dolayı açığa çıkan ısının en büyük değeri aracın ilk kalkış anında oluşur. Bu sebepten baskı plakası yüzeyindeki en kritik sıcaklıklar da aracın kalkış anında ortaya çıkar. Aracın kalkış anında ortaya çıkan sürtünen tüm yüzeyler arasındaki toplam ısı (QR) aşağıda denklem 5.1 de gösterilmiştir.

(5.1) [1]

Fiat Doblo 1.9 Diesel için;
Mm,kalkış (kalkış sırasında motorun verdiği moment) : 95 N.m
.m,o (motorun kalkış sırasında açısal hızı) : 96 rad/s
R (tekerleğin dinamik yarıçapı) : 0.3 m
 (dönen kütlelerin atalet faktörü) : 1.45
m (aracın maksimum yükte kütlesi) : 1740 kg
r (tekerleğin statik yarıçapı) : 0.3 m
i (toplam çevrim oranı) : 16.8
Mm,maks (motorun verdiği maksimum moment) : 118 N.m
 (sürtünen yüzeyler arasındaki sürtünme katsayısı ) : 0.95
fR (tekerleklerdeki yuvarlanma direnci) : 0.015
p (yolun eğimi) : 0.18
G (aracın maksimum yükte ağırlığı) : 17069 N

Yukarıdaki değerler 5.1 denkleminde yerine konulursa, sürtünme sonucunda ortaya çıkan toplam ısı 11000 J olarak bulunur.

Baskı diski yüzeyine gelen ısı bazı kabul ve basitleştirmelerle elde edilebilir. Oluşan 11000 J değerindeki toplam ısının volan ve baskı diski tarafındaki kavrama disklerine eşit dağıldığı farz edilirse; baskı diski ve kavrama diski arasında açığa çıkan ısı 5500 J olarak bulunur. Bu iki yüzey arasında ortaya çıkan ısının da sürtünen iki yüzey olan baskı diski ve kavrama diski yüzeylerine eşit olarak dağıldığı kabul edilirse; baskı diskine gelen ısı miktarı 2750 J olarak elde edilir.

Baskı plakasına gelen bu 2750 J değerindeki enerjinin ısıl analiz programında kullanılabilmesi için ne kadar bir süre içerisinde ortaya çıktığının hesaplanması gerekir.

Havanın ısı taşınım katsayısının (h) hesabı diğer hesaplara nazaran daha karmaşıktır ve baskı diskinin içinde bulunduğu ortamdaki hava için ortalama bir h (hort) hesaplanacaktır. Bu hesabı yapabilmek için yapılan kabuller aşağıda sıralanmıştır:
• Aracın kalkış anındaki havanın ilk sıcaklığının motorun çalışması anında yaydığı ısıdan dolayı 70 oC olduğu kabul edilmiştir.
• Normalde baskı diskinin dönüyor olmasına karşın çevresindeki havanın baskı diskine göre relatif hızını tespit etmek amacıyla havanın baskı diski çevresinde dönüyor, baskı diskinin duruyor olduğu kabul edilmiştir.

Hesaplara geçmeden önce kullanılacak bazı parametrelerin değerlerinin tespit edilmesi gerekir. Bu parametreler havanın sıcaklığına bağlı olduğu için, hava sıcaklığı 70 oC için değerleri aşağıda verilmiştir.

 (havanın kinematik viskositesi) : m2/s
k (havanın ısı iletim katsayısı) : W/m.oK
Pr (prandl sayısı) : 0.7

Havanın ortalama ısı taşınım katsayısın hesaplanması için ilk olarak Reynolds sayısının (Re) bulunması gerekir. Reynolds sayısnın hesabı aşağıdaki 5.2 denklemiyle gösterilmiştir.
5.2 [7]
vort (havanın baskı diski etrafında ortalama dönme hızı) : 7.8 m/s
Dort (baskı diskinin ortalama çevre uzunluğu) : 0.52 m
 : m2/s

Yukarıdaki değerler 5.2 denkleminde yerine konulursa; Reynolds sayısı 200692 olarak bulunur. Bulunan değer 105 sayısından büyük olduğundan dolayı havanın akışı türbülanslıdır.

Ayrıca havanın ortalama ısı taşınım katsayısının hesaplanabilmesi için Nusselt sayısının (Nu) da bulunması gerekir. Türbülanslı olduğu bulunmuş havanın akışı için Nusselt sayısının hesabı aşağıdaki 5.3 denklemiyle gösterilmiştir.
(5.3) [8]

Bulunmuş olan değerler 4.3 denkleminde yerine konulursa Nusselt sayısı 458 olarak bulunur.

Son olarak havanın ortalama ısı taşınım katsayısının Nusselt sayısı ile orantılı bağıntısı aşağıdaki 4.4 denklemiyle gösterilmiştir.
(5.4) [7]

Daha önceden hesaplanmış değerler 5.4 denkleminde yerine konulursa havanın ortalama ısı taşınım katsayısı 27.2 olarak bulunur.

Daha önce 5.1 bölümünde de belirtildiği üzere baski diskinin malzemesi kır dökme demirdir. Bu bölümde belirtilmiş ve bulunmuş dataları kullanarak Cosmos Works programının ısıl analiz bölümünde modellenmiş parça çözdürülürse, çıkan sonuçlar aşağıdaki şekillerde gösterilmiştir.

Yorum yazın