lastİk tekerlek mekanİĞİkisi.deu.edu.tr/mustafa.karaoglan/sunu 2 lastik mekaniği.pdf · kamber...

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY 1

LASTİK TEKERLEK

MEKANİĞİ


LASTİK TEKERLEK MEKANİĞİ

Lastik tekerleğin mekanik özellikleri

• yuvarlanma direnci,

• aderans olayı,

• yan kuvvetler etkisi altındaki hareket,

• düşey titreşimler altındaki davranışı

başlıklarında incelenebilir.

1. Yuvarlanma Direnci :

Yuvarlanmakta olan bir lastik tekerlekte malzeme temas bölgesinden her

geçişte bir takım şekil değişikliklerine uğrar. Bu şekil değişikliklerinde

malzemenin histerezisi dolayısıyla her çevrimde bir miktar enerji ısıya

dönüşür. Bu yüzden bir lastik ön görülen hızdan daha yukarı bir hızda

kullanılırsa, profilin sıcakta yumuşayan yapıştırma malzemesinden ötürü

karkastan ayrılması tehlikesi doğar.


Üzerinde fren veya tahrik kuvveti olmayan sadece

yuvarlanma hareketi yapan bir lastiğin

yuvarlanma direnci oluşumu: Lastik tekerleği

radyal yönde pek çok yay ve amortisörden

(sönümleme elemanından) meydana geldiğini

düşünelim.

Temas bölgesine gelen elemancıklardaki sönüm

basıncı artırırken, temas bölgesini terk eden

elemancıklardaki sönüm basıncı azaltır. Bu

yüzden zemindeki basınç bileşeni merkezden e

mesafesi kadar öne doğru kayar ve tekerlek yükü

ile bir kuvvet çifti oluşturur

Tekerleği harekette tutmak için merkezine bir kuvvet

tatbik edilmelidir. Bu da zeminde oluşan reaksiyon

kuvveti ile bir kuvvet çifti oluşturarak bir önceki kuvvet

çiftini dengeler, yani

G

G


Şimdi tekerleğin miline tahrik yönünde bir moment tatbik edelim. Kuvvetlerin

eşitliği söz konusu olduğu için, sadece moment dengesinden

(1) G.fr

MG.

r

e

r

MF

buradan ve Me.Gr.F

RT

T

.

G

Frenleme

Tahrik

G

G

B G

G B

r

Resim 1.2.1 :Tahrik edilen ve frenlenen tekerlekte kuvvetler

G

Elastik basınç Sönüm basıncı Toplam basınç

FT

FT

FR

(2) G.fr

MG.

r

e

r

MB

buradan ve e.Gr.BM

R


Örneğin:

Yol fR .

İyi asfalt 0,01

Beton yol 0,011...0,014

Parke yol 0,015...0,02

Kötü cadde 0,03

Toprak yol 0,045...0,16

Gevşek kum 0,15 ...0,30


Tahrik edilen tekerlekte temas bölgesi önündeki liflerde bir sıkışma olurken,

temas bölgesini terk eden liflerde bir açılma söz konusudur.

Yani temas bölgesinde bir kayma olduğu anlaşılmaktadır.

Tekerleğe uygulanan momentin bir fonksiyonu olan bu elastik kayma

aşağıdaki gibi tanımlanır:

.

Tahrik Tahrik kayması

.r

v.rsT .100 [%]

Frenleme kayması v

.rvsB

.100 [%]

Resim : Tahrik durumunda bir lastiğin şekildeğişimi

2. Çevre Kuvveti, Elastik Kayma, Kuvvet Bağıntı Katsayısı ve Aderans :

Tekerleğe tatbik edilen tahrik veya fren kuvveti neticesinde elastik

deformasyonlar ortaya çıkar ve bu deformasyonlarında bazı kinematik sonuçları

olur.


Tekerlek momentinin yarıçapa oranından elde edilen çevresel kuvvetinin

tekerlek yüküne oranından elde edilen Yol/Tekerlek kuvvet bağıntı

katsayısının ( f ) değeri elastik kaymaya göre aşağıdaki gibi değişmektedir.

.

. .

Ku

vve

t b

ağın

tı k

ats

ayıs

ı f

h Tutunma sürtünme katsayısı

g Kayma sürtünme katsayısı

Elastik kayma s % % 15...30

(% 15...30) . h


.

.

Asfalt - kuru Asfalt - ıslak

Mıcır - gevşek Kar - yumuşak Buz

Tu

tunm

a s

ürt

ün

me

kats

ayıs

ı

H

Ka

ym

a s

ürt

ünm

e k

ats

ayıs

ı

G

Sürt

ün

me

kats

ayıs

ı

Kayma s

Hız v

Sürtünme katsayısının farklı yol yüzeylerinde kaymaya bağlı olarak

değişimi.

Kuru

Islak

Nemli

Islak

Tutunma ve kayma sürtünme

katsayılarının kar veya buz kaplı

zeminler üzerindeki düşüşü asfalt

zemindeki düşüşünden daha kuvvetli

olmaktadır.

Ayrıca, artan hız ile birlikte H ve G

değerleri aynı tarzda düşmektedir

Resim : Sürtünme katsayısının farklı yol

yüzeylerinde kaymaya ve hıza bağlı olarak değişimi.


Su filmi kalınlığının belirleyici olduğu su kaplı yol yüzeylerinde hızın büyük

bir etkisi söz konusudur. Lastik tekerleğin su üzerinde bir su kızağı gibi

kayması neticesinde (Aquaplaning) kayma sürtünme katsayısı 0,1

değerlerine kadar düşer

Hız v .

Ka

ym

a s

ürt

ünm

e k

ats

ayıs

ı

G

Su filmi kalınlığı : Profil derinliği 8 mm lastik tekerlek

Profilsiz kabak lastik

Resim : Kayma sürtünme katsayısının profilli ve kabak lastikte

kayma hızına bağlı olarak değişimi


.

Kaym

a s

ürt

ünm

e k

ats

ayıs

ı

G

Profilli lastik

Kabak lastik

Araç hızı [km/h]

Yol

Su filmi Su filmi

Yol

Aquaplaning

Tam temas yüzeyi

Yol

Su filmi Temas yüzeyi kaybolmuş Temas yüzeyi azalmış

Hidrodinamik basınç etkisiyle oluşan su kaması

Aquaplaning oluşumu. 1 mm ‘den daha derin su filminde ve yüksek hızda profilsiz (kabak) lastiğin yüzmesi

Resim : Su kızaklaması (Aquaplaning) olayının yol tekerlek arasındaki kayma hızına bağlı olarak

oluşumu


H ve G değerleri sadece yol/tekerlek kuvvet çiftine bağlı olmayıp yolun

kirliliğine, ıslaklığına, yol şartlarına (karlı,buzlu, v.s) ve araç kayma hızına da

bağlıdır. Aşağıda bazı kayma sürtünme katsayısı değeri G değerleri verilmiştir:

Yol Kuru Islak Yağlı Donmuş

Beton 0,85 0,75 0,50 0,11

Asfalt 0,85 0,60 0,30 0,10

Parke 0,70 0,65 0,35 0,08

Küçük parke 0,80 0,55 0,30 0,08

Ayrıca lastik profilinin yüksekliği ve yol yüzeyindeki su filmi kalınlığı da

tekerlekten yola iletilebilecek kuvveti azaltmaktadır.


Bir tekerlek düşey yükün yanı sıra çevresel

ve yanal yönde etkiyen kuvvetleri de

taşımak, iletmek zorundadır.

Yanal yöndeki kuvvetler genelde aracın

eğrisel bir yörünge üzerinde hareketi

sırasında kütle kuvvetlerinin zemine

iletilmesini sağlarlar.

.

.

S

Tutunma Bölgesi

Kayma Bölgesi

S nR

3. Diyagonal Hareket ve Yan Kuvvet:

bir sol viraja girmiş aracın tekerlek

merkezine etkiyen merkezkaç kuvveti

etkisiyle tekerlek karkası ve temas

yüzeyinde oluşan yanal yer değiştirmeler

gösterilmiştir. Diyagonal hareket açısı

değerinin büyüklüğüne bağlı olarak

temas yüzeyinde tutunma ve kayma

bölgeleri oluşur


Yol tekerlek arasındaki yanal yönde oluşan ve diyagonal hareket açısının bir

fonksiyonu olan yan kuvvet S

• Tekerlek yüküne,

• Yol / tekerlek temas yüzeyine ve durumuna,

• Lastik tipine, lastik iç basıncına,

• Araç seyir hızı ve

• Tekerlek kamber açısı

gibi pek çok büyüklüğe bağlıdır. .

.

Kuru, kaba beton

Kuru, düz beton

Karla kaplı

Buzlu zemin

Diyagonal hareket açısı

Yan k

uvvet bağın

tı k

ats

ayıs

ı f

S =

S/G

Resim : Bir diyagonal lastiğin çeşitli yol

yüzeyinde yan kuvvet bağıntı katsayısının

diyagonal hareket açısına göre değişimi


. Diyagonal hareket açısı

0

Düşey y

ük G

Yan k

uvvet S

Resim : Yan kuvvetin diyagonal hareket açısına göre

değişimi. Lastik düşey yükü G parametre. Lastik boyutu :

175 HR 14, p=2,3 bar.

.

Düşey k

uvvet G

Diyagonal hareket açısı 0

Lastik g

eri g

etirm

e m

om

enti M

R

Resim : Lastik geri getirme momentinin diyagonal

hareket açısına göre değişimi. Lastik boyutu 175

HR 14, p=2,3 bar.

Yan kuvvet , tekerlek temas yüzeyi ortasından değil, bilakis lastik

kaster mesafesi nR kadar arkasından etkir. Diyagonal harekette bu

moment kolu ile yan kuvvet diyagonal hareket açısını küçülmek

isteyen lastik geri getirme momentinin oluşturur


Yan Kuvvet ve Geri Getirme Momentinin Oluşumu için Lastik Modeli: Yan kuvvetin teşkili ve geri getirme momentinin oluşumu aşağıda üstten görünüşü verilen basit

bir lastik modeli ile açıklanabilir: Taranmış kısımlar lastiğin yola temas eden temas yüzeyini

ifade etmektedir. Lastik önce doğrusal hareket etmektedir

a Doğrusal hareket b küçük diyagonal hareket açısı c büyük diyagonal hareket açısı

Jant düzlemi

Noktanın temas yüzeyine girişi

Tem

as y

üzeyi

boyu

Noktanın temas yüzeyini terk etmesi

Tutunma bölgesi

Kayma bölgesi

Küçük açısında temas yüzeyindeki X noktasının yanal yer değiştirmesi


Yan kuvvet S ve geri getirme momenti MR

• diyagonal hareket açısı ‘ya,

• tekerlek yüküne G,

• yol şartlarına,

• tekerlek yapısına (radyal, diyagonal),

• tekerlek hava basıncına,

• aracın hareket hızına bağlıdır.

Kamber Açısı ve Yan Kuvveti:

Araçlarda tekerlekler değişik nedenlerle zemine dik değildir. Tekerlek

düzleminin düşey düzlemle yaptığı açıya kamber açısı () denir. Kamber

açısı tekerlek üzerinde konik yuvarlanma nedeniyle temas yüzeyinde elastik

kayma ve dolayısıyla bir yan kuvvet oluşturur. Bu kuvvetin yönü tekerleğin

eğik olduğu tarafa doğrudur


.

Ge

ri g

etirm

e m

om

en

ti M

R [

daN

.m]

Ya

n k

uvve

t S

[d

aN

]

Tekerleğin kamber açısı altında konik yuvarlanması esnasında zeminde oluşan deformasyonlar

= +60

= +30

= +60

= +30

= - 60

- 3

0

+60

= + 30

- 60

= - 30

00 2

0 4

0 6

0 8

0


00 2

0 4

0 6

0 8

0


Resim : Kamber açısının diyagonal harekete etkisinin etkisi S() ve MR() üzerinde etkisi


Yan ve Çevresel Kuvvetlerin (Fren veya Yan Kuvvet) aynı anda oluşması:

Tekerleğe etkiyen çevresel kuvvet (fren veya tahrik kuvveti) ve yan kuvvetin aynı anda

ortaya çıkması durumunda bileşke kuvvet, kuru sürtünmedeki Coulomb sürtünme

çemberinin benzeri belirli bir sınır değeri aşamaz (Kamm çemberi) .

Buna ait olan kuvvet bağıntı katsayısı :

H

22T

G

S)F veya (B

.

.

Kamm çemberi

B veya FT

S

H.G

Resim : Teğetsel ve yan kuvvetlerin aynı

anda ortaya çıkması durumunda bu iki

kuvvetin bileşkesi kuvvet, coulomb çemberi

benzeri bir sınır değeri aşamaz.

Araç tekniğinde bu çembere Kamm çemberi

denir.


Maksimal taşınabilir yan kuvvet, çevresel kuvvetlerin aynı anda ortaya çıkması

durumunda olması gerekenden daha küçüktür. .

.

B

S

nR

e

Fren Kuvveti B Tahrik Kuvveti A

Fren Kuvveti B Tahrik Kuvveti A

daN

daN

G

eri G

etirm

e M

om

en

ti M

R [daN

.m]

Y

an K

uvvet

S [d

aN

]

.

80 12

0

0

FT

FT

Resim : a) Çevresel kuvvetin

etkimesi halindeki diyagonal

harekette temas yüzeyindeki

deformasyonlar.

b) Çevresel kuvvetin

etkisiyle yan kuvvet S ve geri

getirme momentinin MR farklı

diyagonal hareket açılarındaki

değişimi.

e.Bn.SM RR


Radyal yapı tarzındaki lastiklerde diyagonal lastiklere göre çevresel

kuvvetlerin diyagonal harekete etkileri daha azdır.

Diyagonal hareketin tekerleğin yuvarlanma direnci üzerine olumsuz bir etkisi

söz konusudur.

Diyagonal harekette yuvarlanma direnci artar.

Yukarıdaki bölümlerde verilen açıklamalar, diyagonal hareketteki lastik

davranışları, diyagonal hareket açılarının çok yavaş değiştiği durumlar için

geçerlidir.

Hızlı gelişen olaylarda S, MR ve arasında etkili olan faz açıları ortaya

çıkar. Bu durumda olaylar lastik dinamik teorisi ile izah edilebilir. Özellikle ön

aksta tepinme ve kanat çırpma (Trampeln, Flattern) tarzında ortaya çıkan

titreşimlerde (frekans aralığı 7...20 Hz) dinamik teorinin kullanılması gerekir.


TEKERLEKLER

Bir aracın tekerleklerinden şu özellikler beklenmektedir: Düşük kütle, yön

verilen tekerleklerde büyük direksiyon açılarına ulaşmak için küçük yarıçap,

yüksek şekil mukavemeti ve elastikiyet, frenleme veya sürtünme sonucu oluşan

ısının kolayca iletilmesi ve lastik arızalarında kolayca değiştirilebilirlik.

Ayrıca araç ve yol arasında etkiyen tüm kuvvetler tekerlek tarafından da

iletilmektedir. Bu yüzden aşağıdaki talepler tekerlekten beklenmektedir:

Emniyet : Lastiğin janta iyi şekilde oturmasının sağlanması.

Yeterli mukavemet. Tekerlek göbeği ile emniyetli bir bağlantı.

Fren donanımı için yeterince serbest hacim.

Konfor : Düşük balanssızlık. Yanal ve dikey yönde düşük salgı.

Lastiğin tekere kolay monte edilebilmesi ve güzel bir görünüm.

Ekonomik : Ucuzluk. Düşük kütle ve kütlesel atalet momenti.

Uzun bir kullanım ömrü.


Tekerleğin Yapısı

Tekerlek ; göbek ve bijon delikli tekerlek kovan ve janttan oluşmaktadır. Tekerlek kovanı

yerine tekerlek diski de kullanılmaktadır.

Tekerlek , tekerlek göbeğine akson

mili etrafında dönebilecek şekilde

yataklanmış bir flanşa, tekerlek

tespit somunları veya cıvatalarıyla

bağlanmıştır. Ayrıca fren tamburu

veya diski de sabit olarak bu flanşa

cıvatalar ile bağlanmıştır.

Resim : Tahrik edilen ve yön verilen

tekerleğin göbeği


Resim : Tekerlek yataklamasına ait 1. , 2. ve 3. kuşak örnekler


Resim : Araçlardaki tekerlek tipleri 1. Saç diskli tekerlek 2. Hafif metal tekerlek 3. Telli tekerlek

4. Radyal yönde parçalanabilen çelik döküm tekerlek

Yapım şekline bağlı olarak tekerlekler diskli tekerlekler ve telli (veya parmaklı)

tekerlekler diye ve malzemesine bağlı olarak ta çelik tekerlekler ve hafif metal

alaşım tekerlekler diye ayrılabilir.


Diskli tekerlekler

Avantajları nedeniyle binek otomobillerde ve kamyonlarda sıkça kullanılır . İyi bir

ısı iletim kapasitesine ve ayrıca jantla birlikte yapılan diskli tekerlekler yüksek

mukavemete sahiptir. Konik biçimde uygulanan tekerlek tespit somunları (Bijon

somunları) tekerin çok iyi merkezlenmesini sağlarlar. Diskli tekerler çelik saçtan

preslenerek veya hafif metal alaşımlarından döküm veya dökme suretiyle imal

edilirler. .

.

Resim : Çelik diskli tekerlek (solda). Magnezyum alaşımlı hafif

metalden pres döküm tekerlek (sağda)


Telli tekerlekler

Özellikle motosikletlerde yaygın olarak kullanılır. Göbek ve jant tel

çubuklarla gerilmiştir. Mukavemetlerinin daha fazla olması nedeniyle hafif

metal alaşımdan parmaklı tekerlekler bu telli tekerleklerin yerini alamaya

başlamıştır.

Resim :Telli tekerlek


Jantlar

Tekerlek kovanına sabit bağlı veya sökülebilir olan jantlar mevcuttur. Ayrıca

boyuna parçalı jantlar (Yüzük jantlar), enine parçalı jantlar ve yekpare jantlar

gibi gruplara ayrılmaktadır. Kesit formuna göre de jantları derin yataklı, yarı

derin yataklı ve omuzları eğimli diye de sınıflandırmak mümkündür. Sığ yataklı

jantlar çok az olarak sadece römorklarda kullanılmaktadır.

Resim : Yekpare simetrik derin yataklı jant kesiti


Kamyon, otobüs ve römorklarda eskiden kullanılan sığ yataklı jantların

yerine genelde boyuna yönde parçalanabilen eğik omuzlu jantlar kullanılır.

Resim : Eğik omuzlu ve asimetrik çıkıntılı jant tipleri


Trilex Jantlar : Bu jantlar çevresel olarak parçalıdır. Jant başına bir uzun

ve iki kısa uçlarında birbirine geçmeli jant dilimlerinden oluşmaktadır.

Trilex jantın parçalarının sabitlenmesi bir tekerlek yıldızı ile yapılmaktadır.

Resim : Tekerlek yıldızlı trilex jant


Jantların boyutlandırılması standarttır ve ölçüler inç olarak verilir. İki önemli

ölçüsü ise ağız açıklığı ve jant çapıdır

1. Örnek : Jant üzerindeki semboller 4 J x 15 H

Jant ağız genişliği a = 4 inç ve jant çapı D = 15 inç.

J harfi jant omzunun ölçülendirilmesi için bir sembol

x işareti derin yataklı bir jantı ifade etmektedir.

H harfi jantın dış tarafındaki omzunda bir çıkıntının

bulunduğunu ifade etmektedir.

H harfinin yerine şu işaretler de kullanılır:

H2 Jantın her iki omuz tarafında çepeçevre çıkıntı

FH Dış omuz tarafından düz çıkıntı

FH2 İki tarafta düz çıkıntı

CH Kombinasyonlu çıkıntılar : Dış omuz tarafında düz

ve iç tarafta normal çıkıntı

2. Örnek : Jant üzerindeki semboller 8,5 – 20 Jant ağız genişliği a = 8,5 inç . Jant çapı D = 20 inç

- işareti bu jantın eğik omuzlu, düşük yatak derinlikli veya yarı düşük derin

yataklı bir jant olduğunu ifade etmektedir.

Yarı derin yataklı jantlar ayrıca ek olarak SDC (semi–drop–center) ihtiva

ederler. Örneğin: 8,00 - 24 SDC .


Jant yazı ve işaretlemeleri

Merkez delik çapı

Arka Ön

Tubeless Setleri Jant çukuru

Nominal Çap

Jant

genişliği


Jantlarla ilgili Temel Ölçüler Pres derinliği

Pres derinliği (mm) = „e“,disk tekerleğinin jant

ortasından tekerlek kasnağının

dayanma yüzeyine olan

ölçüsüdür.

Bu ölçü pozitif veya negatif olabilir. Aynı lastik boyutu

için değişik pres derinlikleri bulunmaktadır

İz genişliğini büyültmek için (Optik) çoğu zaman pres

derinliği değiştirilir. Dikkat edilmesi gereken hususlar:

- Boşluk

- Lastik aşınma yüzeyinin kapatılması

e


GÖBEK DERİNLİĞİ

(OFFSET) Tekerlek göbek derinliği orta çıkıntının arka yüzeyinin jantın merkez hattı ile arasındaki uzaklıktır. Sıfır Göbek Derinliği : Çıkıntının arka yüzeyi merkez hat üzerinde ise 0 kaçıklık Pozitif Göbek Derinliği : Yüzey önde yada tekerlek tarafında ise pozitif kaçıklık.Çoğunlukla önden çekişli araçlarda. Negatif Göbek Derinliği : Yüzey arkada yada fren tarafında ise negatif kaçıklık.Çoğunlukla derin dişli tekerleklerde.

Arka boşluk

Jant

genişliği

Merkez hattı Merkez hattı Merkez hattı

Fren

tarafı Dış

kısım

Pozitif göbek Sıfır göbek Negatif göbek

derinlik derinliği derinliği


Teşekkürler

Prof. Dr. N. Sefa KURALAY

lastİk tekerlek mekanİĞİkisi.deu.edu.tr/mustafa.karaoglan/sunu 2 lastik mekaniği.pdf · kamber...

Documents