MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ

Transkript

1 MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ KARDAN MİLİ TAHRİK MİLİ ve MAFSALLAR Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR HAZIRLAYAN: Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR

2 KARDAN MİLİ

3 FRONT WHEEL DRIVE

4 REAR WHEEL DRIVE

5 FOUR-WHEEL DRIVE

6 ALL-WHEEL DRIVE

7 KARDAN MİLİ Transmisyonun çıkış milinden alınan hareketin diferansiyele ve diferansiyel aracılığı ile tekerleklere kadar iletilmesi için bir ara elemana ihtiyaç vardır. Bu eleman kardan milidir. Diğer bir adı da şaft olan kardan milinin vites kutusundan hareket alarak diğer aktarma organlarına iletebilmesi ve bağlantı sağlayabilmesi mafsallar üzerinden gerçekleşir. Kardan mili transmisyon çıkış miline sabit bir şekilde bağlanamaz.

8 Görevleri: Hareketi vites kutusundan diferansiyel iletir Vites kutusu ile arka köprünün farklı yüksekliklerde konuşlandırılabilmesine imkan sağlar Arka aksın yukarı aşağı hareket etmesini sağlar Drive Shaft Purposes Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007 Transmits power from the transmission to the differential Allows the transmission and the rear axle assembly to be at different heights Allows the rear axle to move up and down while maintaining a connection to the transmission

9 KARDAN MİLİ Şaftlar genellikle içleri boş millerden imal edilirler. İçi boş olarak yapılan şaftların dayanımı artmakta ve hafiflemektedir. Şaftlar kaliteli çeliklerden yapılırlar, ucuna mafsal çatalları kaynakla bağlanmıştır. Can be made of steel, aluminum, or composite material

10 KARDAN MİLİ Ref.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology

11 KARDAN MİLİ Ref.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology

12 KARDAN MİLİ Burulma ve titreşimlere karşı kauçuk damperli takozlarla takviye edilirler. Titreşimlerden etkilenmemesi ve yüksek devirlerde dönen şaftın merkezkaç kuvvetlere karşı koyabilmesi için çok iyi dengelenmiş olmaları gerekir. Bazı şaftların üzerindeki kaynakla bağlanmış parçacıklar, denge ağırlıklarıdır.

13 KARDAN MİLİ Drive Shaft Balance Drive shaft must be perfectly balanced, with its weight evenly distributed around its centerline Drive shaft balancing weights Welded to shaft to reduce vibration Drive shaft vibration damper Large, ring shaped weight mounted on rubber Helps keep shaft spinning smoothly by absorbing torsional vibration Ref.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology

14 KARDAN MİLİ

15 KARDAN MİLİ

16 KARDAN MİLİ

17 KARDAN MİLİ

18 Çeşitleri: Günümüz araçlarında kullanım durumuna göre; Tek Parçalı Şaftlar: Bu günkü ağır hizmet araçlarında kullanılmaktadır. Çok Parçalı Şaftlar: Ağırlık merkezinin yere daha yakın olması istenilen araçlarda kullanılır. Vites kutusundan itibaren arka köprüye kadar olan katı bir bağlantı pek çalışmayacağı gibi şaftları da esnek yapamayacağımıza göre araya bu esnekliği sağlayacak başka bir parçaya ihtiyaç vardır. Bu parçada şaftların ucunda çatalla bağlı bulunan üniversal mafsallardır. 3 mafsallı tip 2 mafsallı tip Kardan mafsalı Askı bilyesi Kayıcı çatal Esnek kaplin

19 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 (differentialside) 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

20 Fig. 1: Half-shafts for a driven rear axle Chassis Handbook / 2011 Fig. 2: Half-shafts for a driven front axle [11]

21 Chassis Handbook / 2011 Fig. 3: Fixed and extendable CV joints (top) and a constant-velocity tripod-type joint (bottom) [11]

22 MAFSALLAR Üniversal Mafsal: Vites kutusunun çıkış mili ile arka köprü arasında yol şartlarından doğan açıyı karşılamak için üniversal mafsal kullanılır. En çok kullanılanı istavroz tipidir. İstavroz tipi üniversal mafsal bir istavroz ile istavrozun kolları üzerindeki iğne masuralı yataklardan meydana gelir. Masuralı yataklar kardan milinin ve karşılığı olan kayıcı mafsalın üzerindeki yuvalarına sıkı geçerler ve yerlerinde birer tespit segmanı tarafından tutulurlar. Bu şekildeki bir düzenleme ile kayıcı mafsal ve kardan mili çatallarının istavroz üzerinde bir mafsal hareketi yapmalarına imkan verir. Universal Joint Components Cross and trunnions Seals Bearings Caps Snap rings

23 Üniversal Mafsallar Çeşitleri Mafsallar kullanım şekillerine ve kullanıldığı durumlarına göre şu şekilde sınıflandırılırlar. Üniversal Mafsallar: Dairesel gelen hareketi açılı olarak iletmekte kullanılır. 1. Adi Tip Üniversal Mafsallar: Şaftlarda ve direksiyon sistemlerinde kullanılır. 2. Sabit Hız Üniversal Mafsalları: Akslarda kullanılır. 3. Rzeppa Sabit Hız Mafsalı: Otomobil gibi hızlı ancak güçsüz araçlarda kullanılır. 4. Bendiks-Weiss Sabit Hız Mafsalı: Otomobilden daha güçlü kamyonetlerde kullanılır. 5. Tracka Sabit Hız Mafsalı: Güçlü arazi araçları, kamyon ve otobüs vb. araçlarda kullanılır. Kardan mafsalı Çatal İstavroz zarfı İstavroz

24 Fig. Front-wheel output shaft of GKN Automotive. A constantvelocity sliding joint is used on the gearbox side and a constantvelocity 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

25 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

26 Constant Velocity Universal Joint Ref.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology

27 Center Support Bearing Center support bearing Holds middle of two-piece drive shaft Center bearing bolts to vehicle s frame or underbody Supports center of drive shaft where two shafts come together Ref.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology

28 MAFSALLAR Cross-and-Roller Universal Joint Ref.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology

29 Kayıcı Mafsallar: Arkadan itişli seyir sırasında arka aks yoldan gelen etkiler nedeniyle aşağı yukarı hareket eder. Bu durum vites kutusu ile diferansiyel arasındaki mesafeyi sürekli değiştirir. Bu nedenle şafttın boyunun uzaması veya kısalması gereklidir. Ancak şaftlar elastiki bir malzemeden yapılmadıkları için uzama veya kısalma imkânsızdır. Şaftın boyunda yol şartlarına göre değişim olmazsa araç zıplayarak engelleri aşacaktır. Bu durumda da içerdeki yolcu/lar/ rahatsız olacak veya taşınacak malzeme de zarar görebilecektir. MAFSALLAR

30 MAFSALLAR Kayıcı Mafsallar (dvm.) Aracın hareketi esnasında arka köprü bir tümseğe veya bir çukura gelmesi durumunda şaftın boyunda değişim ihtiyacı doğar. Şaftın yapısı nedeniyle boyunun değişmesi mümkün değildir. Boyundaki değişim ihtiyacı kayıcı mafsal yardımıyla sağlanır. Vites kutusu çıkış mili üzerine kamalar açılmıştır. Şaft flanşının iç kısmına da aynı kamlardan açılmıştır. Yol şartları nedeniyle şaftın boyunun değişmesi gerektiğinde, şaft flanşı vites kutusu çıkış mili üzerinde kayarak şaftın boyunun kısalmasını veya uzamasını sağlar.

31 Slip yoke, or slip joint Splined to transmission output shaft Allows for changes in driveline length by sliding in and out of transmission ef.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology

32 Newly developed construction of drive shaft for RWD cars Tatsuro Sugiyama,Yuichi Asano, Lightweight and High-efficiency Drive Shafts for Rear-wheel-drive Cars, NTN TECHNICAL REVIEW, 2011

33 Speed variations While operating at an angle, U-joints speed up and slow down twice per revolution Joint phasing The vibrations caused by one U-joint are transmitted to the other one MAFSALLAR

34 Canceling angles The angle of the front U-joint is offset by the rear one The correct angle must be maintained to minimize vibration MAFSALLAR U-Joint Operation Vibration may be felt if the U- joint angles are too steep or are unequal. U-joints must be in phase with each other to reduce noise and vibration.

35 U-Joint Operation The U-joint normally speeds up and slows down twice per revolution. MAFSALLAR Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007

36 Single Hooke s joint: (a) Geometry (b) Speed fluctuation MAFSALLAR

37 MAFSALLAR

38 Hooke s joints correctly phased to provide cancellation of speed fluctuations

39 Conditions for constant-velocity drive with two Hooke s joints

40 ef.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology Driveline Types Hotchkiss driveline Exposed drive shaft that operates rear axle assembly mounted on springs Usually has cross-and-roller universal joints Torque tube driveline Solid steel drive shaft enclosed in large hollow tube With independent rear suspension, drive shaft can be one piece without universal joint Hotchkiss driveline

41 Şaftlarda Hareket İletim Sistemleri Motorun gücü, döndürme momenti biçiminde arka tekerleklere uygulanıp, tekerlek yerin göstermiş olduğu dirence karşı döndürülmeye zorlanınca, Newton Kanunu gereğince, bir karşı tepki görür. Ortaya çıkan reaksiyon torku köprüyü tekerleğin dönüş yönünün tersine döndürmeye çalışır. Bu hareketin sonucu olarak meydana gelen torka arka köprü torku denir. Arka köprünün, özellikle diferansiyel muhafazasının bulunduğu bölgenin, oluşan arka köprü torkunun oluşturacağı aşırı hareketlerden korunabilmesi için arka köprü torkunun şasiye faydalı bir şekilde iletilmesi gerekir. Şasiye iletilen bu kuvvet itici olarak aracı yürütür. Arka köprü döndürme torkunun aracın şasisine iletilmesi üç şekilde olur. 1. Hoçkis Sistemi Arka köprü üzerindeki moment yaylar tarafından şasiye iletilirse, bu sisteme Hoçkis sistemi denir. Özellikle yaprak yaylı sistemlerde bu görülür. Yaylar arka köprüye cıvatalarla bağlanmıştır. Yay uçları ise küpelerle şasiyi tutarlar. Kamyon ve kamyonetlerde bu sistem daha yaygın olarak görülür.

42 Şaftlarda Hareket İletim Sistemleri (dvm) 2. Tork/Moment Kontrol Çubuklu Sistem Arka köprü momenti aracın şasesine ve arka köprüye tespit edilmiş moment kolları aracılığı ile şaseye iletilir. Moment kolları her iki ucundan da cıvatalarla bağlı olmalarına rağmen salınım yapmalarına müsaade edilmiştir. Genellikle bu günkü otomobillerde kullanılan sistemdir. 3. Tork Tüpü Sistemi Arka köprü torkunun şaftı örten bir boruyla şasiye iletildiği sistemdir. Tork tüpü bir ucundan şasiye diğer ucundan ise küresel bir muhafaza ile vites kutusu çıkışına bağlanmıştır. Bir bakıma arka taraf sabit ön taraf ise hareketlidir.

43 Ekler

44 Universal Joint Are sometimes referred to as Cardan, Spicer, or Hooke joints Allow for angle changes between the drive shaft, the transmission output shaft, and the rear axle housing MAFSALLAR

45 Universal Joint Designs Single universal joint Sometimes known as single Cardan/Spicer Universal joint Consists of a cross and four needle bearings Double Cardan joint Consists of two single U-joints joined by a center yoke and a ball and socket MAFSALLAR

46 Universal Joint Designs Slip joint Allows for changes in driveshaft length caused by suspension travel Components include: Transmission output shaft The slip joint A yoke and U-joint The driveshaft MAFSALLAR

47 CV Joint Types Outer joint types Rzeppa or fixed ball joint Fixed tripod joint Inner joint types Double-offset joint Plunging tripod joint Cross-groove plunge joint Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007

48 Axle drive systems for four-wheel platforms in standard vehicle architecture With this concept in vehicles in which the engine is arranged in the longitudinal direction, the transfer box distributes the power to the axle drives from where the power is transferred to the wheels. ZF supplies axle drive systems consisting of the front and rear axle drive units and, where required, the associated CV and prop-shafts. Optionally, an electromechanically locked rear axle drive unit or the VECTOR DRIVE can be employed. With modern vehicles in this category, the axle drives must satisfy very high performance and quality demands, whilst being optimised for weight and compact packaging. These are the normal demands on a tailor-made axle drive solution from ZF. ZF - Driving Dynamics

49 Axle drive systems for four-wheel platforms with front transverse architecture The engine transmission unit arranged transversly above the front axle lends its name to this design. The four-wheel variant is usually derived from a frontwheel drive basic vehicle and includes the additional items of power take-off, rear axle drive unit, prop-shaft and CV-shafts. Within these systems, one can differentiate between variants with a central differential, i.e. Permanent fourwheel drive, and in the meantime dominating versions with a controlled variable coupling which is usually fitted to the rear axle drive unit (torque on demand). The assemblies and system modules developed by ZF are closely orientated to customer requirements and matched to the specific demands of the relevant application. At the same time, the typical product features of ZF axle drives are maintained. ZF - Driving Dynamics

50 Innovation: ZF Electrical Axle Drive Unit The electrical axle drive unit comprises a mechanical reduction transmission with two spur gear stages and bevel gear differential as well as a parking lock acting on the input shaft. The axle of the electric motor is arranged in parallel with the drive axle of the transmission and therefore represents geometrically and also functionally an integrated unit together with the two-stage, non-shiftable reduction transmission. Through the design of a common central housing with a cover on the ends of the transmission and electrical machine, as well as the use of the motor shaft as the transmission input shaft, a range of functional advantages are produced, such as the reduction of bearing and interface points. This leads to an improved performance in relation to consumption and noise behaviour and to a reduction in the weight of the electrical axle drive unit. The high demands made on the transmission acoustics for electric vehicles are satisfied by a gear design which has been specially optimised for noise. ZF - Driving Dynamics

51 Innovation: ZF AWD-Disconnect System ZF has developed a new AWD-Driveline with AWD-disconnect function, which results in fueleconomy improvement between 3 to 5 percent. The new ZF AWD-Disconnect System is solving the target conflict between AWD performance and additional fuel-consumption due to AWD. Disconnect means that always when no AWD function is required, there will not just be no torque transferred to the secondary axle, but also the speed-dependent losses due to friction and oil churning will be avoided. Compared to a conventional AWD system the disconnect system can therefore reduce the friction losses by up to 90 percent. The mode change between 2WD and 4WD is performed by an operation strategy on the move, fast and seamless for the driver. Thanks to an RDU with a twin-clutch, traction and driving-dynamics are improved as the drive-torque can be distributed between the rear wheels as appropriate. Alternatively to the high-end system with synchronizer in the PTU and a twin-clutch RDU, ZF also offers less complex and therefore more cost-efficient systems with AWD-Disconnect function.

52 The VECTOR DRIVE rear axle drive really comes into its own on corners, when the drive torque in distributed asymmetrically between the two drive shafts by the electromechanically actuated multidisk brake of the modulation transmission. The right- and left-hand wheels then accelerate at different speeds which adds to the effectiveness of the steering function. This can increase the amount of steering on corners in order to compensate for understeer (top picture). Alternatively, it can be used to prevent breakaway of the rear of the vehicle (bottom picture).

53 Can be made of steel, aluminum, or composite material May have cardboard liner to reduce noise Drive Shaft Features Has a yoke welded to each end Universal joints are used to connect to pinion flange yoke and sleeve yoke May have balance weights attached KARDAN MİLİ Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule Algonquin College, 2007 Hotchkiss design Can be one piece or two piece The shaft and joints are external Torque tube Uses rigid tube with no universal joints Flexible type A flexible steel rope; rarely used