Slayt 1 - Abdullah Demir

MARMARA ÜNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ
KARDAN MİLİ
TAHRİK MİLİ
ve
MAFSALLAR
Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR
Abdullah DEMİR, Yrd. Doç. Dr.
KARDAN MİLİ
FRONT WHEEL DRIVE
http://www.procarcare.com/includes/content/resourcecenter/encyclopedia/ch22/22Fig8.html
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:



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
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
Ref.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology
KARDAN MİLİ
Ref.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology
Ref.: Oymak – Şaft ve Mafsal Kataloğu, 2012
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
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
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
KARDAN MİLİNİN KONFİGÜRASYON ÇEŞİTLERİ
Ref.: Oymak – Şaft ve Mafsal Kataloğu, 2012
Ref.: Oymak – Şaft ve Mafsal Kataloğu, 2012
KARDAN MİLİNİN MAKSİMUM ÇALIŞMA HIZI
Ref.: Oymak – Şaft ve Mafsal Kataloğu, 2012
KARDAN MİLİ ÇEŞİTLERİ
Ref.: Oymak – Şaft ve Mafsal Kataloğu, 2012
KARDAN MİLİ ÇEŞİTLERİ
Ref.: Oymak – Şaft ve Mafsal Kataloğu, 2012
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
Fig. 1: Half-shafts for a driven rear axle
Chassis Handbook / 2011
Fig. 2: Half-shafts for a driven front axle [11]
Chassis Handbook / 2011
Fig. 3: Fixed and extendable CV joints (top) and a
constant-velocity tripod-type joint (bottom) [11]
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
Fig. Front-wheel output shaft of GKN Automotive. A constant-
velocity 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
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
Constant Velocity Universal Joint
Ref.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology
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
MAFSALLAR
Cross-and-Roller
Universal Joint
Ref.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology
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.
• Slip yoke, or slip joint
• Splined to transmission
output shaft
• Allows for changes in
driveline length by sliding in
and out of transmission
Ref.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology
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, Ujoints speed up and slow down
twice per revolution
Joint phasing
–
The vibrations caused by one Ujoint 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.
MAFSALLAR
U-Joint Operation
The U-joint normally speeds up and slows down twice per revolution.
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
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
Ref.: James E. Duffy, Modern Automotive Tech. - Drive Shaft and Transfer Case Technology
Hotchkiss driveline
Torque Tube Drive
Torque Arm Drive
http://automotiveenginemechanics.tpub.com/TM-9-8000/TM-9-80000590.htm
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.
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.
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
 Inner joint types
 Double-offset joint
 Rzeppa or fixed ball joint
 Plunging tripod joint
 Fixed tripod joint
 Cross-groove plunge joint
Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin
Restoule Algonquin College, 2007
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).
KARDAN MİLİ
•
•
•
•
•
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
Drive Shaft Features
 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
today
Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule
Algonquin College, 2007