Kardan şaftının geometrik modellenmesi ve sonlu elemanlar analizi
Geometric modelling and finite element analysis of a cardan shaft
Yazar: BEYHAN UZUNOĞLU
Danışman: DOÇ.DR. C. ERDEM İMRAK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalısmada, otomotivde kullanılan ve bir diger adı hareket mili olan kardan saftıincelenmistir. Kardan Saftı, araçlarda kritik önem sahiptir, motordan çıkan döndürmemomentini güvenli bir sekilde 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dogrulanmalıdır. Bu hesaplamalar genel olarak, mukavemet (dayanım) , mafsal ömrü,kritik hız, burulma katılıgı gibi büyüklüklerle ilgilidir. Yol durumuna göre, aracın arkabölümünün asagı ve yukarı hareketine müsaade edecek olan kayıcı mafsallar ve builerleme hareketine imkan veren kayıcı kanalların tasarım kalitesi, saftın ömrünüdogrudan etkilemektedir. Bu yüzden saftın tasarımı asamasında bazı matemetikselformüller kullanılmakta veya günümüzde gelisen bilgisayar teknolojisinin kazandırdıgıkolaylıklardan faydalanılarak saft elemanları üzerinde pekçok analiz yapılabilmektedir.Saft üzerinde bulunan elemanların malzeme bilgileri,bu elemanlara gelen tork degeri vegerçek çalısma sartlarını temsil edecek uygun sınır sartlarının tanımlanmasıyla sonluelemanlar analizi gerçeklestirilebilmektedir. Bu çalısmada üç parçalı bir kardan saftınınkritik hızının ve burulma katılıgının bulunması amacıyla saft üzerinde bulunan çatalelemanları ve üç adet borunun üç boyutlu geometrik modelleri hazırlanmıs ve uygun birformata çevrilerek bir sonlu elemanlar analizi programı olan M.S.C. Nastran `aaktarılmıstır. Bu programdan elde edilen sonuçların, formüller vasıtasıyla elde edilenteorik sonuçlara çok yakın oldugu gözlemlenmistir.Anahtar Kelimeler: Kardan Saftı, Sonlu Elemanlar Analizi, Geometrik Modelleme

Abstract:
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.Keywords: Driveshaft, Finite Element Modelling, Geometric Modelling