Araç Çekiş Sistemleri-Aktarma Organları ve Tork Aktarımı

Araç Çekiş Sistemleri- Güç Aktarma Organları - Torkun Tekerleklere ve Yola Aktarılması

Motorda üretilen tork (çekiş kuvveti) şanzımanda değiştirildikten sonra, diferansiyelde son bir kez daha (yaklaşık 3 kat) arttırılarak aks millerine ve tekerleklere iletilir. Şanzımanda, motorun çıkış torku seçilen vitese göre arttırılıp azaltılabilir; diferansiyelde ise tork sabit kademe ile arttırılarak akslara ve tekerleklere iletilir.

Motorda üretilen hareketin (tork) tekerleklere iletilmesi için çeşitli tahrik sistemleri kullanılmaktadır. Binek otomobiller için bahsedilecek olursa, çekiş kuvvetinin 2 tekerden yola aktarılması veya 4 tekerden yola aktarılması söz konusudur. 

Motor torkunun tekerleklere iletilmesi, araçların çekiş sistemlerine göre değişmektedir. Buna göre araçlardaki çekiş sistemi çeşitleri:
(Bakınız: Diferansiyel)

İKİ TEKERDEN ÇEKİŞ SİSTEMİ

2 tekerden çekiş sistemi, “önden çekişli” veya “arkadan çekişli” olarak tasarlanır. En yaygın çekiş sistemi, 2 tekerden ve önden çekiş sistemidir.

Önden Çekiş Sistemi (FWD:Front Wheel Drive) :

Motorda üretilen tork, şanzıman ve diferansiyelin tek bir kutu içerisinde olduğu “transaks” a iletilir. Transaksda bulunan diferansiyelden sağ ve sol ön tekerleklere aks milleri çıkış yapar ve tekerlekleri döndürür. Bu tip araçlarda, ön çekiş düzeni sebebiyle zorunlu olarak kaput altındaki motor enine (yanlamasına) yerleştirilmiştir. Çekiş kuvveti ön tekerleklere aktarılırken, arka tekerlekler serbest dönerler. Şaft mili bulunmaz. Vites kutusu; vites kutusu + diferansiyelden meydana gelir (transaks), aks milleri direkt olarak vites kutusu gövdesindeki diferansiyel kutusuna giriş yaparak hareketi tekerleklere iletirler.

 

Arkadan Çekiş Sistemi (RWD: Rear Wheel Drive):

Motor torku şanzımana, şaft miline, diferansiyele ve arka tekerlere bağlı olan aks millerine aktarılır; aks milleriyle tekerlekler döndürülür. Ön tekerlekler serbest dönerler. Arkadan çekişli sistemde motor, kaputun altına dikine yerleştirilmiştir. Aktarma organları sırasıyla aracın gerisine doğru dizilmiş durumdadır. Kavrama, vites kutusu, şaft mili, diferansiyel, aks milleri ve tekerlekler şeklindedir.

 

DÖRT TEKERDEN ÇEKİŞ SİSTEMİ (4WD – AWD)

Motorda üretilen tork, aracın 4 tekerine de aktarılır. Böylece çekiş kuvveti 4 ayrı tekerden de yola aktarılarak aracın çekiş kararlılığı oldukça arttırılmış, sürüş dinamikleri ve güvenliği iyileştirilmiştir. Bu sistemde vites kutusuna ilave olarak bir “dağıtıcı dişli kutusu” da kullanılmıştır, böylece şanzımandan çıkış yapan hareket hem ön hem arka akslara dağıtılabilmiştir. 4 çeker sistemlerde hem ön hem de arka akslarda diferansiyel kutusu bulunmaktadır.
Daha fazla bilgi için (Bakınız: Dört Tekerden Çekiş Sistemi AWD-4WD)

4 tekerden çekiş sistemi günümüzde 4WD ve AWD isimleriyle çeşitli teknolojiler kullanılarak araçlarda kullanıma sunulmaktadır.

(Bakınız: AWD Dört Tekerden Çekiş Sistemi) 
(Bakınız: 4WD Nedir? 4x4 Araçlar Nasıl Çalışır? Yapısı ve Özellikleri)

ÇEKİŞ KUVVETİNİN TEKERLEKLERE VE YOLA AKTARILMASI - DİFERANSİYEL - TORK DAĞILIMI

Vites kutusundan çıkan döndürme kuvveti (tork) diferansiyelde, ayna-mahruti arasındaki dişli oranı sebebiyle (yaklaşık i:3), neredeyse 3 kat daha arttırılarak tekerleklere iletilmektedir. Bir araçta diferansiyelin kullanılması zorunludur, çünkü iki (sağ ve sol) tahrik tekerleği dönüşlerde farklı hızlarda dönmektedir, tekerleklerin virajda farklı hızlarda dönebilmeleri, diferansiyelde bulunan istavroz dişli sayesinde mümkün olur.

Motorda üretilen çekiş kuvvetinin (torkun), tekerleklere ve yola aktarılmasında aşılması gereken bazı önemli zorluklar vardır. Bunlar:

*Dört tekerden çekiş sisteminde hareketin aktarılmasında aşılması gereken sorunlar;

Ön iki tekerin veya arka iki tekerin kar-buz-çamura saplanıp patinaja başlaması ve diğer iki tekere tork aktarılamaması sebebiyle, hareketin mümkün olmaması. Ön tekerlekler patinaj yaptığında, torku arka tekerleklere veya arka tekerlekler patinaj yaptığında torku ön tekerleklere yönlendirmek amacıyla, “transfer kutusu- çok diskli kavrama” kullanılması gerekir.

Ayrıca sürekli 4 tekerden (full time 4wd veya tam zamanlı 4wd)  çekiş sisteminde viraj dönüşlerinde arka ve ön tekerleklerin farklı hızlarda dönmesi gerekir, bu da bir “merkezi diferansiyelin” kullanılmasını zorunlu kılar.

Yarı zamanlı 4wd (part time 4wd) 4 çeker sisteminde merkezi diferansiyel yoktur.

*İki tekerden çekiş sisteminde hareketin aktarılmasında aşılması gereken sorunlar;

Tekerin biri kar-buz-çamur gibi bir zemine maruz kaldığında, sürtünme katsayısı çok az olduğundan o tekerin patinaja başlaması, kuru düzgün zemindeki ve sürtünme katsayısı yüksek olan tekerleğin iyi durumda olmasına rağmen, dönmemesi, hiç çekiş yapmaması ve aracın hareket edememesi. Yani tekerin birinin bile yol tutuşunu kaybetmesi durumunda, aracın hareket edemez hale gelmesi. Bu sebeple bazı üst sınıf binek veya offroad araçlarda “kilitli diferansiyel” veya “Sınırlı Kaymalı Diferansiyel (Limited Slip Differential: LSD)” kullanılır.

Sağ ve sol aks milli dişlilerinin farklı hızlarda dönmelerine imkan veren diferansiyele “açık” diferansiyel denir. Sıradan binek otomobillerin ve hafif ticari araçların tümünde klasik “açık diferansiyel” kullanılır. Kısaca tekrar “açık diferansiyel”in görevlerini sıralarsak;

Teknik detaylar için (Bakınız: Diferansiyelin Çalışma Prensibi Nedir? Nasıl Çalışır? Tork Nasıl İletilir?)

Diferansiyelin görevleri:

*Vites kutusundan aldığı dönüş hareketini, tekerleklere iletmek.

*Araç dönüş yaparken virajlarda, virajın içinde ve dışında kalan tekerleklerin farklı hızlarda dönebilmelerini sağlamak.

*Hareketi tekerleklere iletirken, şanzımandan gelen torku arttırmak ve devir sayısını azaltmak.

 

Açık diferansiyelin çalışma prensibi gereği, tekerleklerin farklı hızlarda dönebilmelerini sağlama özelliği, yani sağ ve sol aks dişlilerinin birbirinden bağımsız hareket edebilmeleri,  değişik yol durumlarında torkun tekerleklere iletilmesini etkileyerek, aracın çekişini olumsuz etkilemektedir.

Motorda üretilen çekiş kuvvetinin (tork), her türlü yol ve sürüş şartında tekerleklere ve yola “yeteri miktarda” aktarılabilmesi için, diferansiyel sisteminde çeşitli geliştirmeler yapılmıştır.

Özellikle 2 tekerden çekişli aralarda, tek tekerin kötü yol şartları sebebiyle (buz-kar-çamur) patinaja kapılması ve torkun diğer tekere aktarılamaması sebebiyle, sınırlı kilitlenebilir diferansiyel (LSD) kullanıma alınmıştır. Problemin çözümü için başka bir yöntem olaraksa ASR sistemi kullanılmış, patinaja kapılan tekerleğe fren yaptırılarak, torkun arttırılması sağlanmıştır.

Kilitlenebilir diferansiyeller, 4 çeker araçlarda da kullanılmaktadır. Bu 4x4 araçlarda, sağ ön ve arka tekerlek patinaja kapıldığında, kilitli diferansiyel yoksa araç hareket edemez.

Araçta Torkun Tekerleklere Aktarılması ve Diferansiyel Çeşitleri

*Açık diferansiyel: 

Her iki tekerlek FARKLI hızda dönebilir. Motordan gelen TORKU, her iki aksa (tekere) her zaman EŞİT olarak gönderir. Yani sağ tekerin aks milindeki tork (çekiş kuvveti), her zaman sol teker aks milindekine eşittir. Tekerleklerin zemine aktarabileceği (yani aks milindeki)  maksimum tork, tekerlek ile zemin arasındaki en KÜÇÜK sürtünme kuvvetine bağlıdır.

 (Bakınız: Diferansiyel Nedir? Çeşitleri-Yapısı-Özellikleri)

*Kilitli Diferansiyel: 

Her iki tekerlek AYNI hızda dönmek zorundadır. Motordan gelen DEVİRİ, her iki aksa (tekere) her zaman eşit olarak gönderir, bu sebeple her iki teker de her zaman aynı hızda dönmek zorundadır. Sağ ve sol tekerin aktardığı tork EŞİT DEĞİLDİR. Tekerleklere aktarılabilecek maksimum tork, tekerlek ile zemin arasındaki en BÜYÜK sürtünme kuvvetine bağlıdır.

Kilitli diferansiyel devreden çıkarılmadan yüksek hızlara çıkılamaz, virajlar güvenle alınamaz, çünkü sağ ve sol tekerleklerin hızları hep eşit olacağından, lastikler kayacak, yol tutuşu azalacak, araç savrulacak, lastikler çok çabuk aşınacaktır. Diferansiyel kilitliyken genellikle 35-40km/h hızın üzerine çıkılmasına izin verilmez. Bu olumsuzluklar sebebiyle binek araçlarda Sınırlı Kaymalı Diferansiyel (LSD) sistemleri kullanılmaktadır.

*Sınırlı Kaymalı Diferansiyel (Limited Slip Differential: LSD):

Normalde “açık diferansiyel” gibi çalışan bu diferansiyel, iki tekerlek arasındaki dönüş miktarı belirli bir değeri aştığında devreye girerek iki aks milinin birbirine kilitler, devir sayısını eşitler. Viskoz, çok diskli, dişli tip çeşitleri vardır. Binek araçlarda en çok kullanılan kilitli diferansiyel; Sınırlı Kaymalı Diferansiyel (LSD)’dir.

Bir Teker Patinaj Yaptığında Araç Neden Hareket Etmez? Kuru Zemindeki Tekerlek Neden Dönmez?

Aracın hareket etmesini engelleyen ve en sık karşılaşılan sürüş durumu tek tekerin yol tutuşunu kaybetmesi ve patinaja kapılmasıdır. Aşağıda teknik detayları anlatılan bu durum, hem kilitli diferansiyelin, hem 4 tekerden çekiş sisteminin hem de ASR sisteminin neden gerekli olduğunu açıklamaktadır.

(Tek teker patinajdayken aracın hareket etmemesi)

Standart bir diferansiyel ve 2 tekerden çekiş söz konusu olduğunda, hareket aktarımı bazı temel ilkelere göre gerçekleşir.

*Standart bir diferansiyel, vites kutusundan gelen deviri (hızı) farklı miktarlarda tekerleklere iletir. Her iki tekerlek farklı hızlarda dönebilir.

*Standart bir diferansiyel, vites kutusundan gelen torku (döndürme kuvvetini), her iki tekerleğe her zaman EŞİT miktarda dağıtır.

*Standart bir diferansiyelin olduğu sistemde, tekerleğin biri çamurda ve diğeri kuru zeminde olsun, farklı sürtünme kuvvetine maruz kalan tekerleklerden biri patinaj yaptığında, diğer tekerlek duruyordur, bu durumda diferansiyeldeki istavroz dişli kendi ekseni etrafında dönmeye başlar, yani duran tekerleğin aks milinin dişlisi üzerinde yuvarlanmaya başlar, bu sebeple dönen tekerleğin dönüş hızı artar. Tork; devire dönüşmektedir.

*Tekerleklerden biri patinaj yaptığında ve diğeri kuru zeminde duruyorken, ayna dişlideki tork, patinaj yapan tekerleğin aks dişlisinde devir hızına dönüşür. Yani devir artarken tork azalır.

*Standart bir diferansiyelde, sağ ve sol aks millerindeki tork miktarı, her zaman eşit olmak zorundadır.

*Standart bir diferansiyelin olduğu sistemde, tekerleğin biri çamurda ve diğeri kuru zeminde olsun, farklı sürtünme kuvvetine maruz kalan tekerleklerden biri patinaj yaptığında, aks millerindeki maksimum tork; patinaj yapan tekerlekte oluşan (küçük) sürtünme kuvvetine bağlıdır. Yani tekerin biri patinaj yaptığında, sürtünme kuvveti azalır, sürtünme kuvveti azalınca patinaj yapan tekerleğe aktarılan tork azalır. Patinaj yapan tekerleğin aks milindeki tork, diğer tekerleğin aks milindeki torka eşit olmak zorunda olduğuna göre; kuru zemindeki tekerleğe aktarılabilen tork da aynı şekilde azalır. Bu durumda, tekerin birinin kuru zeminde olmasının hiçbir faydası olmaz, çünkü o tekere de patinaj yapan tekere olduğu gibi çok az tork aktarılır, bu tork (çekiş kuvveti) aracı hareket ettirmeye yetmez. Bu durumdan kurtulmak için; kilitli diferansiyel veya ASR sistemi kullanılır.

Kilitli diferansiyel sisteminde, sağ ve sol aks milleri birbirine kilitlenerek (bağlanarak) sabit bir bağlantı oluşur. Bu durumda her iki aks milinin de devir hızları eşit olur. Böylece tekerin biri patinaj yapacak olsa bile, diğeri de aynı hızda döneceğinden, tork kaybolmaz ve kuru zemindeki tekerlek aynı hızda dönerek aracın hareket etmesini sağlar.

ASR (patinaj önleme) sisteminde, tek tekerin patinaja girmesi sebebiyle aracın hareket edemez halden kurtulması sağlanır. ASR sisteminde, patinaj yapan tekerleğin kaliperiyle bir frenleme kuvveti uygulanır (burada abs beyni de işin içindedir), frenleme uygulanan tekerlekte dönmeye karşı ilave bir direnç torku oluşur ve yavaşlar. Bu sayede sağ ve sol tekerlekler arasındaki hız farkı azalır, F sürtünme kuvveti (yani sürtünme torku) arttığı için, dönen tekerleğin tahrik torku da artar, tork her iki aks milinde eşit olduğuna göre, duran tekerleğin aks milinin tahrik torku da artar ve tekerlek dönmeye başlar, araç hareket eder.

Eğer her iki çekiş tekerleği de buzlu zeminde olsaydı, ikisi de patinaj yapacaktı, çünkü vites kutusundan gelen tahrik torku, tekerleklerin zeminle olan sürtünme kuvvetinden daha büyük olacaktı. Bu durumda araç hareket etmeyecektir. Bu durumun çözümü ise 4 tekerden çekiş sistemidir, örneğin ön 2 veya arka 2 tekerlek pantiaja başladığında, tork diğer iki tekerleğe yönlendirilerek aracın hareket etmesi sağlanır.

Teknik detaylar için (Bakınız: Diferansiyelin Çalışma Prensibi Nedir? Nasıl Çalışır? Tork Nasıl İletilir?)
(Bkz: Vites Kutusu ve Çeşitleri)
(Bkz: Kavrama-Debriyaj Sistemi)

Düz Sürüşte Çekiş Durumu - Diferansiyelden Aktarılan Tork ve Devir

Kuru asfalt yolda araç düz bir şekilde ilerliyorken, arkadan çekişli araçta sağ ve sol tekerleklere eşit miktarda tork aktarılır; sağ ve sol tekerlekler aynı hızda dönerler. Sağ ve sol aks millerinin aks dişlileri arasında çalışan istavroz dişli, kendi etrafında dönmüyordur. Açık diferansiyele sahip bu araçta her hangi bir çekiş ve yol tutuşu problemi yaşanmaz. Tork, diferansiyelden aks millerine EŞİT miktarda dağıtılırken, her iki (sağ-sol) aks millerinin dönüş hızları da (devir) EŞİT olacaktır.

(Düz sürüşte diferansiyelin çalışması ve tork-hız akışı)