Temel Düzeyde Vites Kutuları ve Dişili Oranlarının Hesaplanması

Vites kutusu, şanzıman veya transmisyon gibi kelimelerle de bilinen, motor torkunu tekerleklere değişik oranlarda iletilmesini sağlayan en önemli aktarma organıdır. Vites kutularının temel amaçları olan aktarma oranlarının değişimini, değişik tip mekanizmalarla sağlanmaktadır. Bunlardan biri, yakıt sarfiyatını minimize ederek kullanıcılarının yüzünü güldüren aynı zamanda  sürüş konforunu maksimize eden CVT(Continuously Variable Transmission) yani sürekli değişmeli transmisyon olarak ifade edilen sonsuz vites değişimini sağlayan aktarma organıdır.

CVT(Continuously Variable Transmission)’nin çalışma prensibi 19. yy sonlarına doğru ortaya konulmuş fakat bazı metalurjik sebeplerden dolayı uygulanması zaman almıştır. Bu problemden biri kayışın çok kısa sürede aşınıp, yıpranmasıdır. Zaman içerisinde malzeme ve üretim yöntemlerinin ilerlemesiyle birlikte tekrardan gündeme gelmiş ve günümüzde başarılı bir şekilde uygulamaları devam etmektedir.

Ayrıca CVT’lerin önemini artıran bir diğer konuda emisyonların hükümetlerce ciddi yaptırımlar haline geldiği şu yıllarda mühendislerin ve araç üreticilerinin bu konuda üzerine binen yükü bir nebzede olsa hafifletmeyi sağladığından dikkatleri üzerine tekrardan çekmeyi başarmıştır. Bu konudaki ar-ge çalışmaları hızlanmış ve başarılı bir şekilde günümüzde kullanılmaktadır.

Temel olarak çalışma mantığı birbirine paralel olan iki kesik koninin zıt yönelimi ile sonsuz sayıda vites değişimini sağlamaktadır. Aşağıda verilmiştir.

 

Senkromeç Tip Vites Kutuları: Bu vites kutuları manuel vites kutu olarak da bilinmektedir. Bu vites kutuları senkromeç mekanizmasından dolayı bu vites kutularına bu ad verilmiştir. Bu tertibat aşağıdaki fotoğrafta verilmiştir.

Bu vites kutusunu kullanımı yakıt sarfiyatını artırması ve gelişen elektronik kontrol birimleri vasıtasıyla mühendislerce otomotik vites kutuları geliştirilmiş ve aracın her durumu için optimum noktada çalışmasını sağlamaya çalışmışlardır.

Otomotik Vites Kutusu: Adından da anlaşılacağı üzere bu vites kutuları sürücü kontrolü olmaksızın aracın çalıştığı şartlara(yol şartları ve motor yüküne göre) uygun olan en ideal durumda ki belirlenmiş algoritmaya göre çalışmasını sağlayan vites kutularıdır. Günümüzde her markanın kendi otomotik transmisyonları mevcuttur.

Ayrıntılı bilgi için tıklayınız.

Otomotik vites kutuları ve dişli oranlarının hesaplanması için iki yöntem geliştirilmiştir. Bunlar;

1)Geometrik Dizi Metodu: Bu metotta dişliler arasındaki oran sabit bir sayıya eşitlenerek bulunur. 5 vitesli bir araç için oranlar şu şekilde yazılabilir;

İ1/İ2=İ2/İ3=İ3/İ4=İ4/İ5=K  ve bu eşitlikte 5. vites aktarma oranı olan İ5=0.8-1.2 arasındaki bir değerde olaması tavsiye edilir. Bu değer mümkün olduğunca küçük olması gerekir. Bunun temel nedeni  son vitesin aktarma oranı düştükçe yakıt sarfiyatı azalır. K değerinin hesabı ise şu şekilde yapılmaktadır;

Motorun maksimum güç ürettiği devir sayısı ile motorun maksimum tork ürettiği devir sayısının bir birine oranıdır. Motor performans karakteristik eğrisinden de anlaşılacağı üzere maksimum gücün üretildiği devir, maksimum tork üretildiği devirden yüksektir. Bunu değişik nedenleri vardır burada bu konuya değinilmeyecektir.

Nmaksimum/Nminimum=K  

Nmaksimum=Motorun maksimum güç ürettiği devir(dev/dak)

Nminimum=Motorun maksimum tork ürettiği devir(dev/dak)

Bu oran ayrıca her vitesteki maksimum ve minimum hızların oranına da eşittir. Örneğin 3.vitesin minimum hızı 2.vites için ise maksimum hızıdır. Böylece her vitesteki hızların oranlarını ve her vitesteki aktarma oranları bilinmiş olacaktır. Son aktarma oranı(bizim için 5.vitesin aktarma oranı) kolaylık olsun diye 1 olarak belirlersek bu durumda ;                                                                                                                                  İ5=1,   İ4=K,   İ3=K^2,   İ2=K^3,   İ1=K^4 olacaktır. Böylece her dişli de ki oranlar elde edilmiş olur. Başlangıçta seçilecek olan dişlinin diş sayısı asal olan bir sayı seçilerek diğer dişlilerin diş sayısı bulunabilir.

-Dişlilerin diş sayısı belirlenirken önemli bir diğer husus şöyledir; dişli sayısı asal sayı veya aktarma oranları tam sayı olmayacak şekilde ayarlanmalıdır. Buradaki amaç ise aynı dişlilerin sürekli olarak birbirine temasını engellemektir. Eğer bu hususa dikkat edilmez ise diş diplerinde oyulma,soyulma,pitting gibi problemlerle karşılaşılır ayrıca bu durum titreşim ve akustik üzerine de yan etkileri vardır.

2)Aritmetik Dizi Metodu: Bu yöntemde de 5.vites için hesaplama yapılacaktır. Bu yöntemde her dişli grubunun aktarma oranı farklı olacak ve bu aktarma oranları arasındaki fark sabit olacaktır.

İ1/İ5=R0,   İ1/İ2=R1,   İ2/İ3=R2,   İ3/İ4=R3,   İ4/İ5=R4       R0>R1>R2>R3>R4   bu oranlar arasındaki fark sabit olacaktır ve bu fark olabildiğince küçük tutulmalıdır. Vitesler arası geçişler yumuşak olur ise o denli vites kutusu iyidir ve kayıplar maksimum düzeyde elimine edilmiş olacaktır.Bu hesapta 0.2 olarak ele alacağız.

R1-R2=0.2                      R2-R3=0.2                    R3-R4=0.2            R0=R1.R2.R3.R4 çarpımına eşittir. Bu eşitliğin tamamını R1′ e bağlı şekilde ifade edebiliriz. Bu durumda;

R0=R1(R1-0.2)(R1-0.4)(R1-0.6) buradan R0 bilinir ise R1 bulunur ve aktarma oranları arasındaki fark sabit olduğundan R2, R3, R4’de bulunmuş olur. R0 İ5 ve İ1 değerlerine bağlı olarak hesaplanır ki bu değerler yukarıda bahsedilen tavsiyeler çerçevesinde belirlenir.