Değerli ziyaretçilerimiz bugünkü yazımızda sizlere TORK nedir ? ne işe yarar ? Tork hakkında bilmemiz gerekenler nelerdir ? konusunda sizlere bilgi vermeye çalışacağız.
Son yıllarda araç almak isteyenlerin karşısına sürekli çıkan “tork” deyimi, birçok aracın performansını sürücülere göstermek için kullanılmaktadır. Çoğu insan araçların ürettiği tork’u beygir gücüyle karıştırdığından, araç motorlarının performans değerlendirmesini de yanlış yapar. En basit anlatımıyla tork; araç motorunun ürettiği beygir gücü cinsinden ölçülen enerjinin tekerleklere aktarılarak, aracın sabit halden hareketli hale geçmesini ve/veya hareketli haldeyken hızını arttırmasını sağlayan gücün birim değeridir. Araç motorunun ürettiği tork, beygir gücünden alınan verimle ilgili bir kavramdır. Herhangi bir aracın motorunun yüksek beygirli olması durumunda dahi üretilen enerji tekerlekler vasıtasıyla yere aktarılarak aracın performansının arttırmasını sağlamıyorsa, bu güç boşa harcanıyor demektir. Araç motorlarının ürettiği güç; motordan volanda, debriyajdan şanzımana, diferansiyelden tekerleklere birçok aktarım organıyla aracın ilerlemesini sağlamaktadır. Motorun ürettiği enerjinin aktarılması sırasında enerjinin verimli kullanılması, aracın torkunun da yüksek olmasını sağlar. Araçların tork değerleri, asgari motor devrinde azami tork alınmasına göre ölçülür. Bu nedenden dolayı bir aracın en düşük devirde ürettiği tork ne kadar yüksekse, motor performansı da aynı oranda yüksek demektir. Aracın daha fazla tork üretmesi için devirin çok yükseltilmesi gerekiyorsa, enerjinin boşa harcanması söz konusudur ve bu durumda tork kaybına yani performans kaybına neden olur. Araçlarda tork’un yüksek olması; bayır çıkarken, araç yüklü haldeyken ve klima açıkken sahip olduğu motor performansının yüksek olmasını sağlar. Çoğu araç sürücüsü yüksek beygir gücüne sahip motorlu araçlar almaya gayret gösterirken, tork değerlerini gözden kaçırır. Bu durumun da bir sonucu olarak, motorun beygir gücü ne kadar yüksek olursa olsun bayır çıkarken ya da klima açıkken büyük bir performans kaybı yaşanmasına neden olur. Arabasına 4-5 kişi bindiğinde aracının hızlanmasında büyük bir kayıp olduğunu gören araç sürücüleri, araçlarının beygir gücünden değil tork gücünün zayıf olmasından dolayı bu sorunu yaşamaktadır. Oldukça düşük beygir gücüne sahip motorlar, doğru şekilde kullanılan motor parçalarıyla çok yüksek tork üretebilmektedir. Araç satın alırken beygir gücünün yüksek olması kadar tork değerinin de yüksekliğine bakılması; aracın yüklüyken, bayır çıkarken ya da klima kullanılırken de yüksek performans göstermesini sağlayacaktır. Araç motorunun kapasitesi ne kadar arttırılırsa arttırılsın üretilen enerji doğru şekilde tekerleklere aktarılamadığında, performans kaybı yaşanması kaçınılmaz hale gelmektedir.
Tork Eğrisi
Otomobilden anlayanların baktığı en önemli ve en iyi yorumlanması gereken teknik veri tork eğrisidir. Aşağıda Volkswagen markasına ait 1.4 TSI ve 1.6 FSI motorlarının tork eğrileri karşılaştırılmalı olarak verilmiştir.
Grafiği yorumlarken ilk başta şu temel bilgiyi bilmek gerekir: “Bir motorun tork eğrisi ne kadar düz bir çizgi şeklinde ilerliyorsa, motor o kadar verimlidir.” Motorun verimli olması kullanılan yakıttan minimum ısıl kayıpla optimum kazanç elde edilebildiği anlamına gelir ki, bu bir motor için en belirleyici kalite faktörlerinin başında gelir.
Grafikteki her iki motor da benzinlidir. 1.4 litrelik TSI motor 1500 devir seviyelerinden başlayarak 3500 devre kadar aynı tork değerini koruyabilmiştir. Bu demektir ki otomobil bu devir bandında kendinden beklenebilecek en atak(esnek) sürüşü mümkün kılıyor. 1.6 litrelik FSI motor ise, maksimum torkunu 4000 devirde üretmiş ve bu devirden sonra 6300 devirlere kadar fazla bir şey kaybetmeden çekişini korumuş. Atmosferik bir motor için güzel bir değer fakat 4000 devire kadar otomobilin uyuşuk bir tavır sergilemesi hem şehir içi yakıt ekonomisi hem de sürüş keyfi açısından kötü bir durum. Bu motordan performans alınabilmesi için yüksek devirde kullanmak şart, bu da çok yüksek ısıl kayıplarla beraber verimsizliği ve yüksek yakıt tüketimini beraberinde getirir. Peki bu durumda 1.4 TSI motor harika mı? Tabiki değil; onun da 3500 devirden sonra aniden nefesi kesilmeye başlıyor ve FSI motor kadar yüksek devirle motoru çeviremiyor. Sonuç olarak rampada TSI motor FSI’ya rahatlıkla toz yutturacak ve kıyas götürmez şekilde performansını gösterecektir. Düz yolda ise FSI motor, TSI’yı hem hızlanma değeri olarak hem de maksimum sürat anlamında ya geride bırakacaktır. Ama yakıt ekonomisi ve sürüş keyfi açısından TSI motorun tercih edilebilirliği daha fazla. FSI motorun eğrisi grafiğin hiçbir yerinde düz bir çizgi olarak ilerlemediğinden zaten ilk bakışta çok başarılı olmadığı anlaşılıyor. Bu grafikte kırmızı çizgiyle gösterilen TSI motor tork anlamında da güçlü zaten ama bazı grafiklerde tam tersi olur ve eğri tepe gibi olan mavi grafik kırmızının üzerine çıkar. İşte o durumda da düz ilerleyen grafiğe sahip aracı tercih etmek daha mantıklı olacaktır. Maksimum torku az olsa da o torku değişken devir aralığında sürekli üretebilen motor daha başarılıdır.
TEKNİK AÇIDAN TORK İSE
Torkun önce teknik tanımını yapalım: Tork bir nesneye etki eden kuvvetin o nesnenin ne kadar dönmesine yol açtığının ölçüsüdür. Nesne bir aks etrafında dönmektedir. Bu aksa biz pivot noktası (O), kuvvetin etki ettiği noktayla pivot noktası arasındaki mesafeye de Moment Kolu (r) diyoruz. Moment kolu aynı zamanda bir vektördür. Dolayısıyla tork, mesafe vektörüyle kuvvet vektörünün kesişme ürünüdür ve aralarındaki açının sinüsüyle orantılıdır., Formüle edersek: T = F x r = rF.Sin(Q). Tork Q açısının 90 derece olduğu noktada maksimumdur (sin = 1). Bu torkun teknik açıklaması.
Biraz da torku somutlaştırarak anlatmaya çalışalım; torkun ne olduğunu anlayabilmek için öncelikle “kuvvet”in ne olduğunu bilmemiz gerekir. Kuvvet, fizikte kabaca şöyle tanımlıdır: “Hareket eden bir cismi durduran, duran bir cismi hareket ettiren, cisimlerin şekil, yön ve doğrultularını değiştiren etkiye Kuvvet denir.”
Demek ki kuvvet ile hareket arasında doğrudan bir ilişki var. Nesnelerin eylemsizliği (momentumu) vardır, üzerlerine bir kuvvet etkimedikçe, pozisyonlarını korumaya eğimlidirler. Duruyorsa durmaya, hareket halindeyse harekete devam etme eğilimi her nesnenin doğasında gizlidir. Öyleyse örneğin duran bir masa dışardan bir kuvvet etki etmediği sürece kendiliğinden hareket etmeyecektir. Esasen masa nötr bir konumda değildir, üzerine etki eden kütle çekiminin etkisi altındadır. Buna rağmen yatay doğrultuda herhangi bir kuvvetin etkisi altında olmadığı için hareketsiz durmaktadır. Masaya bir de yatay doğrultuda bir kuvvet etkirse ve bu kuvvet masa ile zemin arasındaki sürtünme direncinden büyükse masamız hareket edecektir. Kısaca kuvvet bu; duran cisimleri hareket ettiren, hareket halinde olanları da duduran veya yavaşlatan etki… Dikkat ederseniz kuvvet tanımının içinde zaman ölçeği yok. Yani kuvvet tanımı bize hareketin zaman içindeki değişimini vermiyor. Bunu ileride daha ayrıntılı tartışacağız. Kaldığımız yere dönersek, kuvvet, büyüklüğü ve doğrultusu olan bir etki yani vektörel bir büyüklüktür. Kuvvet belli bir yön ve doğrultuda etkir. Bu yön doğrusal ise lineer bir kuvvetten, dairesel ise açısal/radyal bir kuvvetten söz ederiz çünkü kendi ekseni üzerinde hareket eden cisimlerin açısal momentumları vardır, söz konusu açısal momentumu değiştirecek olan şey de kuvvettir. Lineer vektörel kuvvete örnek yerçekimi, açısal/radyal vektörel kuvvete örnek olaraksa merkezkaç kuvveti verilebilir. Lineer vekötrel kuvvetin ölçüsü kg veya Newtondur. Yaklaşık 9,81 Newton 1 Kg kuvvete denk gelir. 1 kg ağırlığındaki bir cismi yerden kaldırmak için 1 kg’ın biraz üzerinde bir kuvvete ihtiyaç duyarız, aynı şekilde 1200 kg ağırlığındaki bir otomobili düz bir satıhta vites boştayken hareket ettirebilmemiz için yaklaşık 40-50 kg civarında bir lineer kuvvet uygulamamız gerekir. Yani bir nesneyi, iterken, çekerken ya da kaldırırken vektörü lineer bir kuvvete ihtiyaç duyarız.
Peki ya dairesel bir nesneyi kendi ekseni etrafında döndürmek istersek? İşte burda tork kavramı devreye girer…
Bir nesneyi kendi ekseni etrafında döndürmeye yarayan kuvvete tork ya da dönme momenti diyoruz. Tork, bir başka deyişle dönme momenti, Açısal Momentum kavramıyla iç içedir. Bir cismin çizgisel momentum vektörünün her hangi bir noktaya göre dönmesine açısal momentum denir. Cismin çizgisel momentum vektörü P,bu vektörü dönme noktasına bağlayan konum vektörü Y ise (Y ve P bir birine diktir), cismin açısal momentum vektörü J= Y x P olur. Açısal momentum zamana göre değişmiyor ve sabit kalıyorsa buna açısal momentumun korunumu denir (dJ/dt=sabittir). Sistemde açısal momentumun zamana göre değişimi aynı zamanda dönme momentini (tork) verir,Tork=dJ/dt.
Yukarıdaki bir başka akademik tanımdan anlaşılacağı üzere, torku bulabilmemiz için dönme eksenine dik etki eden kuvvet ile dönme eksenine olan mesafeyi çaRPMamız gerekir. Bunu aşağıdaki şekilde görebiliriz:
Bir kuvvet türü olarak torkun ölçüsü Newton-Metre ya da Kg-Metre cinsindendir (metrik sistemde). Bunu bir örnek vererek gösterelim: Çok büyük bir somun düşünün, bu somunu uzunluğu 1 metre olan bir anahtarla açmak istiyoruz. Anahtarın elimizdeki ucuna uyguladığımız kuvvet 20 kg olsun. Bu durumda somuna uygulanan tork 20 kgm (20 kg x 1 m) olacaktır. Anahtarın uzunluğunu 2 katına çıkarır ama kuvveti yarıya indirirsek (10 kg x 2 m ) yine 20 kgm’lik bir tork elde ederiz. Ya da anahtar uzunluğunu ½ metreye düşürelim, aynı torku elde etmek için bu durumda anahtar ucuna uygulamamız gereken kuvvet 40 kg olacaktır (40 x ½ = 20 kgm). Görüldüğü üzere esasen bir manivela etkisinden söz ediyoruz. Yani tork dediğimiz şeyi sadece manivela kolunun uzunluğunu değiştirerek bile artırıp azaltabiliyoruz. Bu önemli çünkü transmisyon dediğimiz sistemin yaptığı tam da budur. Birinin üzerinde 40 diş bulanan bir dişli üzerinde 20 diş olan bir başka dişliyi çevirdiğinde de olan şey budur. 40 dişe sahip dişli 100 NM tork taşıyor olsun, dönme hızı da 100 RPM olsun, Bu durumda 20 dişe sahip dişli diğeri 1 tur döndüğünde 2 tur dönecek ama torku yarıya yani 50 NM’ye inecektir. Buradan çıkaracağımız sonuç, torkun dişliler ve/veya manivela kolu uzunluğu ile oynayarak artırılıp azaltılabileceğidir. Transmisyon birbirini döndüren farklı çaplarda bir dizi dişli grubundan oluşur ve görevi seçilen vitese göre torku artırıp azaltmaktır. Vites kutusu bir tür tork çarpanı işlevi görür. Vites kutuları forumda bir başka topik konusu edilebileceği için daha fazla üzerlerine yazmaya gerek duymuyorum.
Tork kısaca bu; bir mili kendi ekseni çevresinde döndüren kuvvet, bildiğiniz kuvvet yani. lineer kuvvetten tek farkı döndürme yönünün açısal olması ve bu nedenle eksen merkezi ile eksen çeperi arasındaki mesafenin (manivela/moment kolunun) hesaba dahil edilmesi zorunluluğu…
Bir vidayı sıkarken, bir civatayı sıkar veya gevşetirken uyguladığımız kuvvet torkun ta kendisidir. En yalın tork tanımı da budur.
Motorlar da tork üretirler. Piston üzerine basınç uygulayan genleşme gazları bu basıncı biyel kolu aracılığı ile pistondan krank mili jurnaline iletir. Jurnal ile krank aksı arasındaki mesafe moment koludur. Baştaki açıklamaları hatırlarsak motorda nasıl tork üretildiğini de idrak etmiş olacağız. Motor torku “anlık tork” ve “averaj tork” olarak ikiye ayrılır. Kataloglarda verilen tork averaj torktur. Motorda üretilen tork şanzıman ve diferansiyelden geçerek tekerleklere iletilir. Bu esnada şanzuman ve deferansiyeldeki dişli oranları mertebesinde katlanır, yani artar.
Kaynak: Hakan KAYA
