Direksiyon mekanizmalarının kinematik analizi

Abstract

Bu çalışmada, ilk bölümde, öncelikle taşıt dinamiği açısından, taşıtın dönme hareketi ve karakteri, buna etki eden faktörler, genel olarak direksiyon sistemleri, direksiyon mekanizmaları ve bunların uygulamaları hakkında bilgi verilmiştir. Burada direksiyon mekanizmalarının sağlaması gereken koşulların neler olduğundan da bahsedilmiştir. Ayrıca yine aynı bölümde, direksiyon sistemleriyle ilgili standartlar ve yönetmelikler hakkında, ön aks geometrisi, doğrultu kontrolü ve bunların lastik aşınmalarına etkileri konusunda bilgiler sunulmuştur. Sonraki bölümde, direksiyon mekanizmalarının optimizasyonu açısından önemli olan kinematik analiz için bir yaklaşım teklif edilmiş, buna uygun analiz metodları incelenmiş ve sonuçlan sulanmıştır. Bu metodları kullanarak tek akslı bir direksiyon sistemi için direksiyon kutusundan en son direksiyon tekerleğine kadar pozisyon analizini yapabilen ve çok akslı direksiyon mekanizmalarının hesabı için de temel teşkil edebilecek bir bilgisayar programı hazırlanmıştır. Bu program yardımıyla bazı örnek mekanizma ve taşıt dataları için çıktılar elde edilmiştir. Bu çıktılardan hareket ederek örnek taşıtların dönüş geometrisi hataları, yani dönemece göre iç tekerlek sapmasına karşılık gelen dış tekerlek sapması ve bunun idealden ne kadar uzak olduğu konusunda yorumlar yapılmıştır. Hatasız dönüş geometrisini sağlaması beklenen, karşılıklı direksiyon tekerlekleri arasında hareket aktarımını sağlayan trapez mekanizmasının öncelikle ele alınıp tasarımının, uygun olacağı düşünülmüştür. Bu mekanizmanın sunduğu koşullan cevaplaması gereken direksiyon kutusu ile ilk direksiyon tekerleği arasındaki mekanizmanın oluşturulması ayrı bir tasarım ve optimizasyon sorunu olarak düşünülmüştür. Bu konuda özellikle pitman koluyla deve boynu arasındaki kısa rot kolunun uzaysal konumunun önemli bir parametre olduğu belirtilmiştir.

The vehicle steering systems must provide the turning geometry close as much as possible to faultless geometry which is also named "Ackermann geometry", otherwise undesirable tire wear and damaging moments and forces may occur. In steering system optimization, first problem is the kinematic analysis, in particular position analysis, of the mechanism from steering gearbox to the last steered wheel. In first section after introduction, information about turning behavior and characteristics of vehicles in terms of vehicle dynamics, types of steering systems and their applications, the conditions and regulations that the steering systems must agree, wheel alignment and its effects on non-uniform tire wear are given. In the next section, kinematic analysis methods are surveyed for steering mechanisms. The steering mechanisms are considered as the systems consist of spatial four-bar linkages connected one another. If one of this linkage model is analyzed, it is possible to make position analysis of whole mechanism. In this study, a computer program, which makes the position analysis of steering system with one axle from steering gearbox to the last steered wheel and finds the steering fault of outside wheel related to ideal steering angles, was developed by using closed spatial four-bar linkage mechanisms' kinematic solution. The Ackermann geometry is provided by means of trapezoidal mechanisms between two steered wheels. As a result of this, it will be better to think this mechanism's position analysis as a separate optimization problem. The maximum steering angles for right and left turning of the steered wheels obtained from such analysis, are the objective of the optimization problem solution of the mechanism between steering gearbox and first steered wheel which consist of steering gear arm, drag link and main steering arm. This mechanism must produce different steering angles while the steering gear arm deflects at the same angles for opposite directions, otherwise driver must apply different steering wheel angles while turning at the same radius for left and right turning. This is caused by the nature of the trapezoidal mechanism. It steers the inside wheel to a greater angle than the outside wheel. It is difficult to change the dimensions such as wheelbase and track of the vehicle. In this study, it is stated that lengths of the steering gear arm, drag link and main steering arm, the spatial direction of king-pin axis and the vertical distance between steering arm ball joint and the center of the steering gear arm have the most important effects on the optimization. It is possible to achieve a satisfying optimization results by changing these parameters conveniently. It can be seen that these parameters also determine the spatial position of the drag link.