Kardan mafsalındaki hasarların sonlu elemanlar yöntemi ile araştırılması
Investigation of damages in universal joint by finite element method
Yazar: ÖZGÜR SÜMER
Danışman: PROF. DR. ÇİÇEK ÖZES
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Kardan mafsalı = Universal joint ; Kardan mili = Cardan axle ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Kardan milleri, motorda meydana gelen ve vites kutusu aracılığıyla aktarılan gücün sonucu olarak oluşan döndürme momentini diferansiyele ileten güç aktarma organıdır. Kardan milinin açısal hareketi kardan mafsalı tarafından sağlanır. Kardan mafsalının görevi, hareketin sağlanması sırasında eksen konumunun değişmesine sebep olan miller arasında ya da farklı açılarda konumlandırılmış miller arasında güç ve hareketi mekanik olarak iletmektir. İstavroz, kardan mafsalının en önemli parçalarından biridir. Çoğu durumda mafsalın ömrü istavroza bağlıdır. Mafsalın bir elemanı olan, çatallı flanş ve tüp çatalı birbirine bağlayan istavroz gövdesi, araç için elverişli kardan mili seçiminde öncelikli olarak göz önünde bulundurulur. Bunun sebebi, kardan milinin diğer parçalarına göre oldukça yüksek gerilmelere maruz kalmasıdır. 
Günümüzde ticari araçlar hafif ve ağır ticari araçlar olmak üzere gruplandırılmaktadırlar. Ticari araçlar binek araçlara kıyasla ömür açısından bakıldığında tekrarlı yüklere maruz kalmaktadırlar. Bu yüklemeler bileşenler üstünde yorulmalar ve aşınmalar meydana getirir. Malzemelerde yorulma ve aşınma gibi karşılaşılabilecek durumları önlemek için, elemanların çalıştığı süre boyunca maruz kalabileceği yüklerin saptanması için ve kardan millerinin tasarım doğrulamaları için sonlu elemanlar yöntemi gibi sanal analizler yapılmaktadır. 
Bu çalışmada, kardan mafsalı ve bileşenlerine ait tasarımsal detaylar kardan mafsalında oluşabilecek hasarlar hakkında bilgiler verilerek mafsalın maruz kaldığı yükler ve aşınma hasarı bilgisayar destekli olarak modellenmiştir. Kardan mafsalının üç boyutlu modellenmesi SolidWorks programında yapılmıştır. Analitik ve sonlu elemanlar analiz metotları ile kardan mili istavrozunun kritik kesiti üzerinde meydana gelen Von Mises gerilme değerleri tespit edilmiş ve her iki metot için değerler karşılaştırılmıştır. Mafsalın kritik bileşeni olan istavroz üzerine gelen gerilme değerleri SolidWorks Simulation modülü kullanılarak bulunmuştur. İstavroz muylularının alın yüzeyi ve taban pulu arasında meydana gelen aşınmalar disk üzerinde pim metodu benimsenerek Ansys programında simüle edilerek sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmiştir.

Abstract:
Cardan shafts are a powertrain that transmit the rotational torque, which results from the power generated in the engine and transferred via the gearbox, to the differential. The angular motion of the cardan shaft is facilitated by the universal joint. The cardan joint's role is to mechanically transmit power and motion between shafts that may be misaligned or positioned at different angles during operation. The universal joint is one of the most critical components of the cardan joint. The lifespan of the cardan joint is often dependent on the condition of the universal joint. In the selection of an appropriate cardan shaft for a vehicle, the universal joint's body, which connects the flange yoke and the tube yoke, is a primary consideration due to its exposure to significantly high stresses compared to other parts of the cardan shaft. 
Nowadays, commercial vehicles are categorized into light and heavy commercial vehicles. Compared to passenger vehicles, commercial vehicles are subjected to repetitive loads over their service life. These loadings induce fatigue and wear on components. To prevent issues such as fatigue and wear in materials, virtual analyses, such as finite element methods, are performed to determine the loads that components will be exposed to during their operational lifetime and to validate the design of cardan shafts. 
This study provides detailed information on the design of the cardan joints and their components, modeling the loads and wear damage that may occur using computer-aided simulations. The three-dimensional modeling of the cardan joint was performed using SolidWorks. Von Mises stress values at the universal joint is the critical section of the cardan joint were determined using both analytical and finite element analysis methods, and the results from each method were compared. The stress values on the universal joint is the critical section of the cardan joint, were obtained using the SolidWorks Simulation module. Additionally, wear occurring between the front surface of cross trunnions and thrust washer was simulated and analyzed using the pin on disk method in the Ansys program through finite element analysis.