Kardan Şaftının Geometrik Modellenmesi Ve Sonlu Elemanlar Analizi

Abstract

Bu çalışmada, otomotivde kullanılan ve bir diğer adı hareket mili olan kardan şaftı incelenmiştir. Kardan Şaftı, araçlarda kritik önem sahiptir, motordan çıkan döndürme momentini güvenli bir şekilde aracın arka kısmında bulunan diferansiyele iletebilmelidir. Ayrıca, tasarımı esnasında tork, mafsal açısı ve eksenel ilerleme parametreleri üzerinde özellikle durulmalıdır. Bununla birlikte, pekçok hesaplama yapılmalı, gerek bilgisayar analiz programları kullanılarak, gerekse gerçek araç testleri yapılarak tasarım doğrulanmalıdır. Bu hesaplamalar genel olarak, mukavemet (dayanım) , mafsal ömrü, kritik hız, burulma katılığı gibi büyüklüklerle ilgilidir. Yol durumuna göre, aracın arka bölümünün aşağı ve yukarı hareketine müsaade edecek olan kayıcı mafsallar ve bu ilerleme hareketine imkan veren kayıcı kanalların tasarım kalitesi, şaftın ömrünü doğrudan etkilemektedir. Bu yüzden şaftın tasarımı aşamasında bazı matemetiksel formüller kullanılmakta veya günümüzde gelişen bilgisayar teknolojisinin kazandırdığı kolaylıklardan faydalanılarak şaft elemanları üzerinde pekçok analiz yapılabilmektedir. Şaft üzerinde bulunan elemanların malzeme bilgileri,bu elemanlara gelen tork değeri ve gerçek çalışma şartlarını temsil edecek uygun sınır şartlarının tanımlanmasıyla sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilebilmektedir. Bu çalışmada üç parçalı bir kardan şaftının kritik hızının ve burulma katılığının bulunması amacıyla şaft üzerinde bulunan çatal elemanları ve üç adet borunun üç boyutlu geometrik modelleri hazırlanmış ve uygun bir formata çevrilerek bir sonlu elemanlar analizi programı olan M.S.C. Nastran ‘a aktarılmıştır. Bu programdan elde edilen sonuçların, formüller vasıtasıyla elde edilen teorik sonuçlara çok yakın olduğu gözlemlenmiştir.

In this study, a driveshaft used in automotive industry is examined. A driveshaft has a critical importance and it must be capable of transmitting the applied torque safely from the engine to the differential. At the design stage, the most important parameters that must be considered are torque, universal joint angles and axial movement of the driveshaft. Additionally, some calculations must be made and the design must be confirmed by whether using a computer aided analysis program or executing real vehicle tests. These mentioned computations are related to strength, endurance of the shaft material, predicted life of the universal joints, critical speed, torsional stiffness. The quality of the design of splines that allow for length changes due to vehicle geometry motions effect the life of the driveshaft directly. So, when designing the driveshaft some mathematical formulations are used or some certain computer analysis can be made by taking the advantage of the progressing computer technology. The finite element analysis procedure can be executed by entering some physical data to the appropriate areas of the analysis program. This data may be material information of the shaft components, the applied torque and some boundary conditions that simulate the real road conditions of the vehicle. In this study, the geometric model of a driveshaft assembly is prepared by using I-DEAS and then it is transferred to M.S.C. Nastran analysis program after converting the data to an appropriate format. Finally, It has been showed that the results of critical speed and torsional stiffness obtained from this analysis is identical to the results calculated by using the mathematical formulations.