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 “zerinden gerçekleşir. Kardan mili transmisyon çıkış miline sabit bir şekilde bağlanamaz.

Drive Shaft Purposes

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

Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin Restoule

Algonquin College, 2007

Görevleri: Hareketi vites kutusundan

diferansiyel iletir Vites kutusu ile arka köpr“n“n

farklı y“ksekliklerde konuşlandırılabilmesine imkan sağlar

Arka aksın yukarı aşağı hareket etmesini sağlar

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

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

KARDAN MİLİ

KARDAN MİLİ

KARDAN MİLİ

KARDAN MİLİ

KARDAN MİLİ

mafsallı tip mafsallı tip

Kardan mafsalı Askı bilyesi Kayıcı çatal Esnek kaplin

Çeşitleri: G“n“m“z araçlarında kullanım durumuna göre; Tek Parçalı Şaftlar: Bu g“nk“ ağır hizmet araçlarında kullanılmaktadır. Çok Parçalı Şaftlar: Ağırlık merkezinin yere daha yakın olması istenilen araçlarda kullanılır. Vites kutusundan itibaren arka köpr“ye 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 “niversal mafsallardır.

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

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

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

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

Tatsuro Sugiyama,Yuichi Asano, “Lightweight and High-efficiency Drive Shafts for Rear-wheel-drive Cars , NTN TECHNICAL REVIEW,

Construction of drive shaft for FWD cars

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 “niversal mafsal bir istavroz ile istavrozun kolları “zerindeki iğne masuralı yataklardan meydana gelir. Masuralı yataklar kardan milinin ve karşılığı olan kayıcı mafsalın “zerindeki yuvalarına sıkı geçerler ve yerlerinde birer tespit segmanı tarafından tutulurlar. Bu şekildeki bir d“zenleme ile kayıcı mafsal ve kardan mili çatallarının istavroz “zerinde 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 g“çs“z araçlarda kullanılır. 4. Bendiks-Weiss Sabit Hız Mafsalı: Otomobilden daha g“çl“ kamyonetlerde

kullanılır. 5. Tracka Sabit Hız Mafsalı: G“çl“ arazi araçları, kamyon ve otob“s 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 s“rekli 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 köpr“ bir t“mseğe 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 “zerine kamalar açılmıştır. Şaft flanşının iç kısmına da aynı kamlardan açılmıştır. Yol şartları nedeniyle şaftın boyunun değişmesi gerektiğinde, şaft flanşı vites kutusu çıkış mili “zerinde kayarak şaftın boyunun kısalmasını veya uzamasını sağlar.

Tatsuro Sugiyama,Yuichi Asano, “Lightweight and High-efficiency Drive Shafts for Rear-wheel-drive Cars , NTN TECHNICAL REVIEW,

Newly developed construction of drive shaft for RWD cars

MAFSALLAR 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

minimize vibration

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.

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

U-Joint Operation The U-joint normally speeds up and slows down twice per revolution.

MAFSALLAR

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 sök“ld“kten sonra birbirleriyle öp“şen 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 kontrol“n 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 “niversal mafsallar kontrol edilirken kayıcı mafsallar unutulmamalıdır. Üniversal mafsal arızalarının tespiti için kontrol edilmesi: Bazı mafsallarda gresörl“k yoktur. Bu t“r mafsallara gres basılmaz. Bu mafsallar fabrikada yapım sırasında greslenmişlerdir ve gresin kaybolmaması için de keçelerle donatılmışlardır. Üzerinde gresörl“k bulunan mafsallarda da keçeler vardır. Zaman zaman mafsal gresörl“ğ“ne basılan gres bu keçeler etrafından dışarıya çıkabilir; daha doğrusu bu keçelerin etrafından gres çıkıncaya kadar gres basılır. Bu nedenle bu t“r 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 y“ks“kteki yerlerine oturtulur. Sonra bir miktar gres daha doldurulur. Muylu da hafifçe greslenir. Fakat keçeler greslenmez ç“nk“ gres keçelere zarar verebilir. Yataklar işleminin tersi takip edilerek yerlerine takılır. Üniversal mafsal tekrar kullanılsa bile sök“len 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. Gresörl“ks“z 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 “zerindeki mafsalın nasıl hareket ettiği kontrol edilir. Mafsal her yöne tutukluk yapmadan dönebilmelidir.

Ekler

MAFSALLAR 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

Automotive Technology, Nelson, Prepared by Martin

Restoule Algonquin College, 2007

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

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 front-wheel 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 four-wheel 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 fuel-economy 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).

Drive Shaft Features

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

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 today

KARDAN MİLİ

Şaftlarda Hareket İletim Sistemleri Motorun g“c“, dönd“rme momenti biçiminde arka tekerleklere uygulanıp, tekerlek yerin göstermiş olduğu dirence karşı dönd“r“lmeye zorlanınca, Newton Kanunu gereğince, bir karşı tepki gör“r. Ortaya çıkan reaksiyon torku köpr“y“ tekerleğin dön“ş yön“n“n tersine dönd“rmeye çalışır. Bu hareketin sonucu olarak meydana gelen torka arka köpr“ torku denir. Arka köpr“n“n, özellikle diferansiyel muhafazasının bulunduğu bölgenin, oluşan arka köpr“ torkunun oluşturacağı aşırı hareketlerden korunabilmesi için arka köpr“ torkunun şasiye faydalı bir şekilde iletilmesi gerekir. Şasiye iletilen bu kuvvet itici olarak aracı y“r“t“r. Arka köpr“ dönd“rme torkunun aracın şasisine iletilmesi “ç şekilde olur.

1. Hoçkis Sistemi Arka köpr“ “zerindeki moment yaylar tarafından şasiye iletilirse, bu sisteme Hoçkis sistemi denir. Özellikle yaprak yaylı sistemlerde bu gör“l“r. Yaylar arka köpr“ye cıvatalarla bağlanmıştır. Yay uçları ise k“pelerle şasiyi tutarlar. Kamyon ve kamyonetlerde bu sistem daha yaygın olarak gör“l“r.

KARDAN MİLİ

Şaftlarda Hareket İletim Sistemleri (dvm)

2. Tork/Moment Kontrol Çubuklu Sistem Arka köpr“ momenti aracın şasesine ve arka köpr“ye tespit edilmiş moment kolları aracılığı ile şaseye iletilir. Moment kolları her iki ucundan da cıvatalarla bağlı olmalarına rağmen salınım yapmalarına m“saade edilmiştir. Genellikle bu g“nk“ otomobillerde kullanılan sistemdir.

3. Tork Tüpü Sistemi Arka köpr“ torkunun şaftı örten bir boruyla şasiye iletildiği sistemdir. Tork t“p“ bir ucundan şasiye diğer ucundan ise k“resel bir muhafaza ile vites kutusu çıkışına bağlanmıştır. Bir bakıma arka taraf sabit ön taraf ise hareketlidir.