AKSLAR. Abdullah DEMİR, Yrd. Doç. Dr.

Transkript

1 AKSLAR Abdullah DEMİR, Yrd. Doç. Dr.

2 The AXLE HOUSING is the metal body housing that encloses and supports parts of rear axle housing REAR AXLE BEARINGS are either ball or roller type bearings that fit between axles and inside of axle housing Basic Rear Drive Axle Assembly Modern Automotive Technology - Chapter 61 - Differential and Rear Drive Axle Fundamentals, ASE Certified

3 Axle Housing The REAR DRIVE AXLES connect the differential side gears to the drive wheels and normally support the weight of the vehicle The DIFFERENTIAL CASE ASSEMBLY holds the ring gear and other components that drive the rear axles Modern Automotive Technology - Chapter 61 - Differential and Rear Drive Axle Fundamentals, ASE Certified

4 Differential Case Modern Automotive Technology - Chapter 61 - Differential and Rear Drive Axle Fundamentals, ASE Certified

5 Driving Straight Ahead Turning Corners The RING GEAR transfers the turning power of pinion drive gear to the differential case assembly The PINION DRIVE GEAR transfers power from drive shaft to ring gear Modern Automotive Technology - Chapter 61 - Differential and Rear Drive Axle Fundamentals, ASE Certified

6 Pinion Gear Modern Automotive Technology - Chapter 61 - Differential and Rear Drive Axle Fundamentals, ASE Certified

7 Differential Assembly Modern Automotive Technology - Chapter 61 - Differential and Rear Drive Axle Fundamentals, ASE Certified

8 Hypoid and Spiral Bevel Gears Modern Automotive Technology - Chapter 61 - Differential and Rear Drive Axle Fundamentals, ASE Certified

9 SWING AXLES are used when the differential is mounted solidly on the car's frame Modern Automotive Technology - Chapter 61 - Differential and Rear Drive Axle Fundamentals, ASE Certified

10 Figure: The axle shaft used on a solid drive axle, or a live axle, is a single piece of steel that is supported on both ends. The outer support is provided by an axle bearing, and an inner support is provided by the differential side bearings. Note that the differential has been rotated 90 for the purpose of illustration. (Fiat)

11 AKS MİLLERİ Diferansiyellerde döndürülmüş ve momenti arttırılmış olan hareketin, araç çekiş şekline göre, araçların ön veya arka tekerleklerine verilerek aracın yürütülmesi sağlanır. Akslar, diferansiyellerden aldıkları torku tekerleklere ileten ve aracın yükünü üzerinde taşıyan parçalarıdır. Yapısal Özellikleri Akslar, diferansiyelden hareketi alabilmesi için bir uçları aks dişlisine geçebilecek şekilde frezeli yapılmıştır. Aksların diğer uçları ise tekerleğin bağlanma durumuna göre ise genellikle iki metot uygulanır. Bu metotlardan biri aksın ucu konikleştirilmiş ve ucuna da somun takılmıştır. Diğer metotta ise aksın ucu flanşlı hâle getirilmiştir. Bazı araçlarda, özellikle önden çekişlilerde, aksların içi boşaltılarak atalet momenti azaltılmıştır.

12 AKS MİLLERİ Tahrik şaftı/mili: Bağımsız süspansiyonlu araçlarda diferansiyelin hareketini tekerleklere iletir. Önemli: Aks mili sabit akslı süspansiyonda kullanılır. Diferansiyel Tahrik şaftı/mili Aks milleri Aks kovanı Kaynak: Toyota

13 AKSLAR A. Konik rulmanlı tip Aks Konik rulman B. Açılı rulmanlı tip C. Aks kovanlı sabit süspansiyon tip Kaynak: Toyota

14 Types of Axle Shafts Akslar kendi aralarında; Ön akslar Arka akslar olmak üzere ikiye ayrılır. Ayrıca arka akslarda kendi aralarında da ayrılır. Yarı (Yüzücü) Serbest Akslar: Sadece dış uç yataklandırılmıştır. Bu günkü otomobillerde kullanılan aks çeşididir (Şekil A). 3/4 Yüzücü Aks: Ucu konik olan akslardır. Muhafaza yatak aracılığı ile yükü taşır (Şekil B). Serbest (Yüzücü) Akslar: İç tarafı diferansiyelde yataklanır. Muhafaza-göbek yatakları yükü ve tekeri taşır. Kamyonlarda kullanılır. Aks kırılsa bile teker yerinden fırlamaz (Şekil C).

15 Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007

16 mecengineering.blogspot.com

17 Types of Axle Shafts Semi-floating axles Solid drive axles can be semi-floating or full-floating. Most automobiles and light trucks have semi-floating axles. In the semi-floating axle, the weight of the vehicle passes through the axle bearing to the drive axle and on to the wheel and tire. Figure 1 shows three versions of the semi-floating axle. Figure 1A shows a semi-floating axle using a ball bearing. This is a pregreased bearing. There is an axle seal behind the bearing. The axle collar is pressed onto the axle shaft. The bearing and axle are held in the housing by an axle retainer plate, mounted on the outer end of the rear axle housing. The retainer plate and bearing control endplay during turns. Figure 1B shows a roller bearing version of the semi-floating axle. This bearing is lubricated by rear end lubricant. The axle seal is installed in front of the bearing. When this kind of bearing is used, the axle is held in the housing by a clip on the inboard end of the shaft, at the differential assembly. This kind of axle is sometimes called a C-lock axle, because of the shape of the locking clip. Endplay on turns is controlled by the fit of the axle shaft between the C-lock and the other parts of the differential assembly. Rear Axle Assembly Construction and Operation, The Goodheart-Willcox Co.

18 Types of Axle Shafts Figure 1A: Ball bearing semi-floating axle. The ball bearing is retained on shaft by a pressed on axle collar. The bearing and axle are held in the housing by a bolted retainer plate. Rear Axle Assembly Construction and Operation, The Goodheart-Willcox Co.

19 Figure 1B: Roller bearing semi-floating axle. The major difference between this design and that of ball bearing is the shaft locking method. This axle is retained by a C-lock at the inside of the shaft. The C-lock attaches axle to the differential. The bearing plays no part in keeping the shaft in place. Rear Axle Assembly Construction and Operation, The Goodheart-Willcox Co.

20 Types of Axle Shafts Semi-floating axles (cont.) Figure 1C shows a semi-floating axle using a tapered roller bearing. This type of axle is usually found on older vehicles. When this type of bearing is used, there is usually some provision for adjusting the bearing preload to control endplay. This is generally done by using axle shims or by turning an adjusting nut. Tapered roller bearings may be packed with grease or lubricated from the rear axle housing, depending on the particular manufacturer s design. In Figure 1C, notice the use of the tapered axle. This is one of two methods used to secure a wheel hub to its axle. The tapered end wedges into a tapered hole in the wheel hub, and the key keeps the axle from rotating in the hub. The other method, mentioned earlier, has the wheel hub (axle flange, in this case) solidly mounted to the axle. The design of the semi-floating axle causes weight loads to be placed on the axle. These loads will shift as the axle rotates, placing flexing stresses on the shaft. On automobiles and light trucks, the loading is not serious and the axles will usually last the life of the vehicle. Rear Axle Assembly Construction and Operation, The Goodheart-Willcox Co.

21 Figure 1C: Tapered roller bearing semi-floating axle. The bearing preload is adjusted by shims or an adjusting nut. The axle is retained in same manner as ball bearing, except without the axle collar. The shoulder on the axle keeps the axle from sliding past the bearing. Figure 1: The semi-floating axle is the most common shaft and bearing design used on cars and light trucks. The bearing passes the vehicle weight through the axle shaft and out to the wheel. The axle drives and supports the vehicle. (Fiat, General Motors, Deere & Co.) Rear Axle Assembly Construction and Operation, The Goodheart-Willcox Co.

22 Types of Axle Shafts Full-floating axles If the rear end will be subjected to heavy loads, such as the rear end of a large truck might be, a fullfloating axle is used. Figure 2 shows an example of a fullfloating axle. With this design, the axle drives the wheel but does not carry any of the vehicle weight. The weight passes through the bearings on the wheel hub. The wheel hub absorbs the stresses. This design reduces the stresses on the shaft, prolonging its life. Fullfloating axles are not used on light duty vehicles because of their extra cost and complexity. Rear Axle Assembly Construction and Operation, The Goodheart-Willcox Co. Figure 2: The full-floating axle is used on trucks and other vehicles that carry heavy loads. Bearings on the hub transmit the vehicle weight from the rear axle housing to the wheel hub and the wheel without the loading axle. The only job of the axle is to propel the vehicle. (Deere & Co.)

23 Independently Suspended Drive Axle Independently suspended drive axles, used on vehicles with independent rear suspension, resemble miniature drive shaft assemblies. The axle consists of a central shaft with flexible joints and stub axles on each end. The flexible joints either cross and roller U-joints or Rzeppa-type CV joints allow each wheel to move independently of the vehicle body and of each other. A typical independently suspended drive axle arrangement is shown in Figure 3. Although they look different, these axles transfer power in much the same manner as solid drive axles. Figure 4 is an example of how an independently suspended drive axle and wheel hub are assembled. The hub is firmly attached to the suspension control arm. The inner portion of the hub rotates inside of a bearing and acts as a mounting flange for the wheel and brake assembly. The stub axle is splined to the hub and drives it. The universal joint allows free movement of the suspension control arm. Some splined axles can slide to compensate for changes in axle length when the rear suspension moves up and down. Rear Axle Assembly Construction and Operation, The Goodheart-Willcox Co.

24 Independently Suspended Drive Axle Figure 3: The drive axle of a vehicle with an independent rear suspension consists of three shafts and two U-joints. The central shaft is connected through the U-joints to a short shaft, or stub axle, on either side. Stub axles are splined to the wheel hub and side gears. Note that the differential has been rotated 90 for the purpose of illustration. Rear Axle Assembly Construction and Operation, The Goodheart-Willcox Co.

25 Independently Suspended Drive Axle Figure 4: This shows how a stub axle and universal joint of an independently suspended drive axle are installed to a hub and wheel of a vehicle with an independent rear suspension. (Porsche) Ref.: Rear Axle Assembly Construction and Operation, The Goodheart- Willcox Co.

26 Fig. Front-wheel output shaft of GKN Automotive. A constantvelocity sliding joint is used on the gearbox side and a constant-velocity fixed joint is used on the wheel side. The maximum bending angles are 22 for the sliding joint and for the fixed joint. For reasons of weight, the sliding joint is placed directly into the differential and fixed axially by a circlip. A central nut secures attachment on the wheel side. The intermediate shaft is designed as a carburized, shaped hollow shaft. / Ref. The Automotive Chassis

27 Construction of drive shaft for FWD cars Tatsuro Sugiyama,Yuichi Asano, Lightweight and High-efficiency Drive Shafts for Rear-wheel-drive Cars, NTN TECHNICAL REVIEW, 2011

28 Half-shafts Half-shafts transmit torque from the axle drive to the wheels. On the rear axle, the half-shafts contain CV (constant velocity) joints to compensate for the variations in angle and length caused by suspension travel and elastokinematic wheel orientation changes (Figure 1). The CV joints on the front axle must also compensate for the angles resulting from steering motion (Figure 2). CV joints can either be fixed (wheel-side) or extendable (differential-side) and are available as Rzeppa-type joints or tripod-type joints. Rzeppa-type joints consist of an outer ring and an inner ring with corresponding curved grooves and six or eight balls which are held in place by a cage ring (Figure 3, top). All components are made from hardened and ground ball-bearing steel. A sealing boot protects the joint from dirt and moisture. Angles up to 48 and extensions of up to 50 mm are possible [11]. Tripod-type joints consist of an inner ring with three shafts radiating perpendicular to the ring s central axis in a star pattern. A roller is mounted on each of these shafts. The outer ring has three longitudinal cutouts to accommodate the rollers. This joint type allows greater extension, but has a smaller maximum angle of just 26 (Figure 3, bottom). Chassis Handbook / 2011

29 Half-shafts for a driven rear axle Half-shafts for a driven front axle [11] Bernd Heißing Metin Ersoy (Eds.), Chassis Handbook Fundamentals, Driving Dynamics, Components,Mechatronics, Perspectives, 1st Edition 2011.

30 FWD Drive Axle Assembly Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007

31

32

33

34 Aks Rulmanları: Aksların, aks kovanı içersinde merkezlenmesini ve dolayısıyla da yataklandırılmasını sağlayan makine elamanıdır. Aynı zamanda aks rulmanları aracın ağırlığını da üzerinde taşırlar. Aks Rulmanlarının Yapısal Özellikleri: Rulmanlar kullanıldıkları yerlere göre konik ve düz olmak üzere iki çeşit yapılmaktadırlar. Konik rulmanlar genellikle 3/4 yüzücü akslarda kullanılırlar.

35 Şaftın Testi (Propeller shaft): Titreşim odaklı kuvvetlerin çoğu, genellikle şaftın bağlantılarında oluşur. Bunlar, eksenel ve radyal yönlerdeki titreştirici kuvvetler olarak sınıflandırılır. Şaftın testinde bu kuvvetler ölçülmelidir. Arka köprünün Laboratuvar Koşullarında Testi: Dört noktalı döngüsel eğilme yorulma testi hızlandırılmış bir yorulma testidir. Dört noktalı eğilme yorulma testinde, arka aks komplesi, iki silindirli sütunlu/destekli kısmın üzerine akson bölgelerinden sabitlenir. İki hidrolik kumanda elemanı (hydraulic actuators) vasıtasıyla kaliper desteklerindeki aksın dikey yönde yüklenmesi şeklinde çalışır (Şekil). Döngüsel kuvvet genliği, hidrolik basıncın yaklaşık döngüde maksimuma çıkarmasıyla kademeli olarak geliştirilir. Bütün yeni prototip tasarımlar için, en az üç aks test edilir. Tasarımı nihayetlendirmek iki koşula bağlıdır. Öncelikle test yükleme döngülerinin sayısı kesintisiz bir testte yapısal bütünlükte kayıp olmaksızın en az döngü olmalıdır. İkinci olarak hem aks köprüsünde hem de genel olarak kaynaklı bölgelerde herhangi bir ayrılma ve hiçbir çatlak oluşmamalıdır. Bütün prototip testlerinde ortalama çatlak başlama döngüsü yaklaşık döngü olarak tanımlanır. Aks testi: Aksın verimi üzerine malzeme/kompozisyon, yağlama ve tasarım faktörlerinin farklı yük, hız ve yağlayıcı sıcaklıklarında değerlendirilmesi SAE J1266 Aks Verimlilik Test Prosedürü ne (SAE J Axle Efficiency Test Procedure) göre yapılır. Ref.: Mehmet Fırat, A computer simulation of four-point bending fatigue of a rear axle assembly, Engineering Failure Analysis 18 (2011)

36 Dört Noktalı Eğilme Yorulma Test Ünitesi

37 Tablo: Sürüş konfor fenomeni [1] Titreşimler Frekans (Hz) Kaynak Min. Maks. Yol Balansızlık Motor Gövde titreşimleri 0, Otoyol kaynaklı titreşimler Gövdenin ileri geri sarsılması Silkme Sarsılma Nibble Tekerlek yalpası ++ Titreme/Gıcırdama 7 25 Fren titreşimi Titreşim Gövde vızıltısı Aks titreşimleri Yalpa Güç aktarma titreşimleri [1] Ref.: Chassis Handbook

38 Elastokinematik davranış: Her bir aksın elastokinematik davranışı, taşıtın tüm kullanım ve dinamik davranışı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Temel elastokinematik parametreler; toe, kamber, kaster ve teker merkez deplasmanı gibi düzen geometrisi parametrelerini içerir. Elastokinematik test: Elastokinematik davranışı araştırmak için, aks rijit olarak test tezgahına bağlanır ve lastik temas alanları boylamsal ve yanal kuvvetlere tabi tutulur. Neticede toe, kamber, teker merkez deplasmanı kaydedilir. Bu testin yapılması hem gerçek hem de sanal olabilmektedir. Kinematik test: Kinematik davranışı araştırmak için, aks rijit olarak test tezgahına bağlanır ve tekerler hem birlikte (paralel tekerlek hareketi) hem de ayrı olarak (zıt tekerlek hareketi) sıkışma ve geri tepme hareketi (compression and rebound travel) vasıtasıyla hareket ettirilir. Bu hareket esnasında toe, kamber, teker merkez deplasmanı belirlenir. Salgı: Dönme merkezinin kayması sonucu olan harekettir ve dönme balansının bozulmasına neden olur. Sallantı: Araç yol yüzeyindeki büyük sarsıntılardan geçtiği zaman, aracın önünün ve arkasının farklı yönlerde yukarı ve aşağı hareketidir. Yolcu bunu ileri ve geriye doğru eğilme olarak hisseder.

39 Millerde Balans ve Titreşim Kardan ve aks millerinde tam dengeleme (balans) yapıldığı takdirde, radyal dinamik etkiler minimum değere indirilir. Aracın taşıdığı yük ve yoldan gelen darbeler dolayısıyla aks millerinde eğilme momentleri ve virajlarda aksiyal yükler etkili olmaktadır. Virajlarda meydana gelen aksiyal kuvvetin oluşturduğu basma gerilmeleri eğilme ve burulmaların yanında ihmal edilecek düzeylerdedir. Maksimum yükte, şafttaki ve akslardaki güç ve tork değerlerinin toplam tahvil oranları dikkate alınarak tespit edilmelidir. Kardan milinde balansızlık: Kardan milinde titreşime ve sese neden olan bir balansızlık varsa bunun temel nedeni kardan milinde salgıdır. Diferansiyel bağlantı flanşı ve kardan mili merkez flanşındaki salgıdır. Her flanşta salgı varsa (radyal/yanal salgı) kardan milinin dönüş merkezi kayar. Bu durum denge kaybında önemli bir etkendir. Kardan milinde ikincil titreşim: Aracın yapısına bağlı olarak kardan milinin mafsalı açılıdır. Kardan mafsalının açısı çıkış milinde tork dalgalanmasına neden olur. Bu dalgalanma kardan milinin her turunda iki defa oluşur ve ikincil titreşim olarak ortaya çıkar.

40 Yürüyen Aksam / Ön Aks Ön aks: Beş kollu aks Gaz basınçlı amortisöre sahip çelik yaylar Normal yürüyen aksam İçten havalandırmalı fren diskleri Fren balatası aşınma denetimi Hidrolik kremayer kolu Servis: Kamber açısı ön aks taşıyıcısının kaydırılması ile ayarlanmaktadır (sağ / sol dengelemesi), tek rot direksiyon dişlisinin rot çubuklarında ayarlanabilirdir. (ön rot eğrisi ayarı artık yoktur) / Kaynak: Audi