Çift kütleli volanlarda kullanılan eğrisel yayların teorik ve deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, çift kütleli volan teknolojisinde kullanılan eğrisel yayların dinamik davranışları incelenmiştir. İlk olarak, dairesel ve dikdörtgen tel profillerine sahip eğrisel yayların burulma katılığını belirleyen matematiksel modeller kurulmuştur. Bu modelleri doğrulamak için deneysel testler gerçekleştirilmiş ve elde edilen test sonuçlarının kurulan modeller ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Katılığı bulabilmek için kullanılması gereken test düzeneği ile ilgili gerekli ekipmanlardan bahsedilmiş ve elde edilen bu test sonuçlarının yorumlanması ile ilgili bilgiler de verilmiştir. Ardından yaylar üç boyutlu olarak modellenmiş ve dışlarına destekleyici bir kabuk sabitleyip belirli bir miktarda tork uygulanarak, gerçek çalışma koşullarında sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilmiştir. Burada, yayların blok açısı durumunda burulma katılığı ve von-Mises gerilmeleri simülasyonlardan elde edilmiş ve sonuçları paylaşılmıştır. Seçilen dairesel kesitli yayın daha küçük katılık değerine sahip olmasına rağmen gerilme değerinin dikdörtgen kesitli yaya göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Sonuç olarak, dikdörtgen kesitli yayların belirli durumlarda çift kütleli volanlar için düşük gerilme sağlayabileceği gösterilmiştir. Bunun yanı sıra, aynı volanda kullanılabilecek iki yayın kütleleri de karşılaştırılmıştır. Aynı burulma katılığında, dikdörtgen kesitli yaylar için %9.44 daha hafif bir tasarım elde edilmiş ve sonuçları paylaşılmıştır. Son olarak tasarım parametrelerinin burulma katılığına etkileri incelenmiştir. Yapılan tüm bu çalışmanın çıktıları, çift kütleli volan yaylarının sayısal ve deneysel olarak yorumlanabilmesi adına üretici firmalar için iyi referanslar olabilir.

In this study, dynamic behavior of are springs used in dual-mass flywheel technology are investigated. First, mathematical models are established to determine the torsional stiffness of arc springs with circular and rectangular wire profiles. Experimental tests are performed to verify these models and it is observed that the obtained test results are compatible with the established models. The necessary equipment related to the test bench that should be used to find the stiffness is mentioned and information about the interpretation of these obtained test results is also given. Then the springs are modeled in three dimensions and a certain amount of torque is applied by fixing a supportive shell on the outside, and finite element analyzes are performed under real operating conditions. The torsional stiffness and von-Mises stress in case of block angle of springs are obtained from simulations and the results are shared. Although the selected circular cross section spring has a smaller stiffness value, it is observed that the stress value is higher than that of the rectangular section spring. As a result, it is shown that rectangular cross section springs can provide low stress for dual mass flywheels in certain situations. In addition, the masses of two springs that can be used on the same flywheel are compared. At the same torsional stiffness, a 9.44% lighter design is obtained for rectangular cross section springs and the results are shared. Finally, the effects of design parameters on torsional stiffness are investigated. The outputs of all this work can be good references for manufacturers to interpret dual-mass flywheel springs numerically and experimentally.