kardan mili ve mafsallar

KARDAN MİLİ VE MAFSALLAR
Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR
HAZIRLAYAN:
Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR
KARDAN MİLİ
Rear Wheel Drive
Four-Wheel Drive
All-Wheel Drive
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.
Görevleri:



Drive Shaft Purposes
Hareketi vites kutusundan
diferansiyel iletir
Vites kutusu ile arka köprünün
farklı
yüksekliklerde
konuşlandırılabilmesine imkan
sağlar
Arka aksın yukarı aşağı hareket
etmesini sağlar
 Transmits power from the
Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule
Algonquin College, 2007
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
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
aluminum,
or
material
of steel,
composite
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.
KARDAN MİLİ
KARDAN MİLİ
KARDAN MİLİ
KARDAN MİLİ
KARDAN MİLİ
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
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
Fig. 1: Half-shafts for a driven rear axle
Chassis Handbook / 2011
Fig. 2: Half-shafts for a driven front axle [11]
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
Chassis Handbook / 2011
Fig. 3: Fixed and extendable CV joints (top) and a
constant-velocity tripod-type joint (bottom) [11]
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
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
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
MAFSALLAR
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
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.
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


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

Canceling angles
–
–
The angle of the front U-joint is offset by
the rear one
The correct angle must be maintained to
MAFSALLAR
minimize vibration
U-Joint Operation


Vibration may be felt if the Ujoint angles are too steep or are
unequal.
U-joints must be in phase with
each other to reduce noise and
vibration.
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
MAFSALLAR
Single Hooke’s joint:
(a) Geometry
(b) Speed fluctuation
MAFSALLAR
Hooke’s joints correctly phased to provide cancellation of speed fluctuations
Conditions for constant-velocity drive with two Hooke’s joints
Sökme - Takma
KARDAN MİLİ
Kardan Milinin Sökülmesi:
Kardan mili araçtan alınır. Mil diferansiyel tarafındaki mafsal cıvataları alınmak
suretiyle indirilir ve geriye çekilerek araçtan çıkarılır. Kardan milinin eski
konumunda takılabilmesi için arka kısım indirilmeden önce işaretlenir. Arka
taraftaki bağlantı özel U cıvataları ile sağlanmıştır. Cıvatalar söküldükten sonra
birbirleriyle öpüşen mafsal parçaları yerlerinden rahatlıkla alınabilir ve şaftın ucu
serbest kalır. Bazılarında da flanşlar vardır. Cıvatalar alınınca flanşlar birbirinden
ayrılır.
Kardan Milindeki Titreşimler:
Dengesiz olan millerde titreşim hızla birlikte giderek artar. Bu bakımdan titreşimin
balanssızlıktan olup olmadığı saptanabilir. Bu kontrolün yapılması için balans
tezgahları vardır.
Kardan milinin titreşimlerinden biride mafsaldan kaynaklanır. Mafsalda hız
değişimleri meydana geldiği zaman hareketteki dengesizlik mile iletilir. Kardan
milinin iki ucundaki mafsalların mil ile yapacakları açı eşit olmalıdır. Farklı
açılardaki bağlantılar dengesizliklere yol açarlar. Kardan mili ve mafsalların
işaretlenerek takılmaları eski dengeli hallerini korumak içindir.
MAFSALLAR
Üniversal mafsalın sökülüp-takılması-bakımı:
Arızaları aramak için üniversal mafsallar kontrol edilirken kayıcı mafsallar
unutulmamalıdır.
Üniversal mafsal arızalarının tespiti için kontrol edilmesi:
Bazı mafsallarda gresörlük yoktur. Bu tür mafsallara gres basılmaz. Bu mafsallar
fabrikada yapım sırasında greslenmişlerdir ve gresin kaybolmaması için de
keçelerle donatılmışlardır. Üzerinde gresörlük bulunan mafsallarda da keçeler
vardır. Zaman zaman mafsal gresörlüğüne basılan gres bu keçeler etrafından
dışarıya çıkabilir; daha doğrusu bu keçelerin etrafından gres çıkıncaya kadar gres
basılır. Bu nedenle bu tür mafsallar gözle kontrol edilirken gres izine
rastlanabilir.
Mafsaldaki boşlukların kontrol edilmesi için bir el ile şaft tutulur ve diğer el ile
mafsal oynatılarak boşluk olup olmadığına bakılır. Mafsalın yağsız kalmasının
meydana getirdiği aşınma ve bozulmalar gözle ve elle hissedilecek kadar
boşluklara yol açarlar. Bu basit kontroller sırasında boşluklara rastlanırsa
mafsalın değiştirilmesi gerekir.
MAFSALLAR
Mafsalın Toplanması:
Yapılan kontroller sonunda değiştirilmesine karar verilen parçalar ile birlikte mafsal
toplanır. Yatak masuraları hafifçe greslenir ve tek tek yüksükteki yerlerine oturtulur.
Sonra bir miktar gres daha doldurulur. Muylu da hafifçe greslenir. Fakat
keçeler greslenmez çünkü gres keçelere zarar verebilir. Yataklar işleminin tersi takip
edilerek yerlerine takılır. Üniversal mafsal tekrar kullanılsa bile sökülen bir mafsalın
keçeleri yenileştirilmelidir.
Mafsal Arızaları:
Kayıcı mafsal kuru ve yağsız ise ilk hareketin arka tarafa iletilmesi sırasında, örneğin;
yerinden kalkışlarda bir darbe sesi duyulur. Böyle bir durumda mafsalı gresleyiniz.
Çok maksatlı gres yeterlidir.
Üniversal mafsalın keçeleri yağ kaçırabilir. Gresörlüksüz olan mafsallarda yağ
kaçaklarının meydana gelmesi halinde yapılacak iş mafsalı değiştirmektir.
Özellikle kasislerde motorun altından “klik” şeklinde gelen sesler mafsalın ya çok sıkı
olduğunu yada eğildiğini gösterir. Bu arızanın tam tespiti için şaftın alınarak
üzerindeki mafsalın nasıl hareket ettiği kontrol edilir. Mafsal her yöne tutukluk
yapmadan dönebilmelidir.
Ekler
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
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
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
CV Joint Types
 Outer joint types
 Rzeppa or fixed ball joint
 Fixed tripod joint
Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin
Restoule Algonquin College, 2007
 Inner joint types
 Double-offset joint
 Plunging tripod joint
 Cross-groove plunge joint
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
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
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
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.
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).
 Can be made of steel, aluminum, or
composite material
 May have cardboard liner to reduce
noise
 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
Drive Shaft Features
 Hotchkiss design
 Can be one piece or two piece
 The shaft and joints are external
 Torque tube
 Uses
Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule
Algonquin College, 2007
rigid
tube
with
no
universal joints
 Flexible type
 A flexible steel rope; rarely used
KARDAN MİLİ
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.
KARDAN MİLİ
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.