Bir ticari araç arka aks milinin modellenmesi veyorulma analizi /
Yazar: OZAN SEREN
Danışman: DOÇ. DR. EMEL KURAM
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Bilgisayar destekli analiz = Computer aided analysis ; Dingil mili = Axle shaft ; Mekanik yorulma = Mechanical fatigue ; Mil tasarımı = Shaft design ; Tahrik mili = Drive shaft

Özet:
Ürün geliştirme ve iyileştirme süreçlerinde tasarım ve analiz büyük önem taşımaktadır.
Teknoloji ve üretim süreçlerindeki gelişmeler ışığında ürün yelpazesi sürekli olarak
yükselmiş ve çeşitlenmiştir. Hızla genişleyen (ve değişen) Ağır ve Orta Hizmet Araç
pazarlarını karşılamak için yeni bileşenler tasarlamak ve geliştirmek önemlidir. Aks
mili, tekerlek hareketini ve tahrik kuvvetini iletmek için genellikle tekerlekleri ve
diferansiyeli bağlamak için kullanılan döner bir mildir. Tahrik torkunu tekerleklere
iletir ve tekerleklerin birbirlerine ve araç gövdesine göre konumunu korurlar. Çoğu
ticari araçta, tahrik tekerleklerinin dairesel hareketi, arka aksın ayrılmaz bir parçası
olan aks milleri aracılığıyla sağlanır. Şaftlar diferansiyellerin yakınında lastiğin
tekerlek yuvasına oturur ve aracın alt kısmı boyunca uzanır. Şaftlar genellikle ağır
yükler veya ani hızlanma nedeniyle çalışma sırasında çok büyük torka maruz kalır ve
bu nedenle çeşitli sertleştirilmiş çelik sınıflarından üretilir. Bu şaftlar milyonlarca
çevrimden geçer ve burulma gerilmelerine maruz kalır. Çevrimsel yükleme nedeniyle
aks milleri yorulma deformasyonuna yatkındır. Aşırı durumlarda, sürüş sırasında
şaftlarda meydana gelen kırılmalar aracın devrilmesine neden olabilir. Aks milinin
tasarımında dikkatle incelenmesi gereken birçok parametre olmakla birlikte; bu
çalışma kapsamında, aks mili tasarımında çok fazla önemli olan aks miline etkiyen en
yüksek tork değerlerinin saptanması hususu ayrıntılı şekilde incelenecektir. Taşıt
işletim koşullarında aks miline etkiyen ve dikkatle incelenmesi gereken 2 farklı tork
türü vardır. Bunlar, başlangıç torku ve tekerlek kuvvet bağlantısı torklarıdır. Motorda
üretilen torkun, şanzıman (debriyaj) ve/veya transfer kutusunda belirli çevrim oranları
doğrultusunda artırıldıktan sonra aks miline iletilen değeri, hareket ettirici tork ya da
başlangıç torku olarak adlandırılır. Tekerlek kuvvet bağlantı torku ise araç tahrik
aksına etkimekte olan toplam yüke göre tekerleklerden yola iletilen maksimum tahrik
kuvvetinden hareketle hesaplanan tork değeridir. Çalışmada 470 hp motor gücünde ve
otomatik vitesli, 4x2 arkadan itişli bir çekici için teorik tork hesaplamaları yapılmıştır.
Bu hesaplamalar doğrultusunda aks milinin modellenmesi sağlanmış olup, sonlu
elemanlar yöntemi ile aks milinin lineer statik analizleri ve yorulma analizleri
gerçekleştirilmiştir. Aks milinin deneysel olarak testleri gerçekleştirilmiştir.
Gerçekleşen testler ile sonlu elemanlar analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Gerek statik
gerekse yorulma dayanımına etki eden aks mili parametrelerinin incelemesi detaylı bir
şekilde gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Design and analysis are of great importance in product development and improvement
processes. In the light of developments in technology and manufacturing processes,
the product range has continuously increased and diversified. It is important to design
and develop new components to meet the rapidly expanding (and changing) Heavy
and Medium Duty Vehicle markets. The axle shaft is a rotating shaft usually used to
connect the wheels and differential to transmit wheel motion and drive force. They
transmit the drive torque to the wheels and maintain the position of the wheels relative
to each other and the vehicle body. In most commercial vehicles, the circular motion
of the drive wheels is provided by axle shafts, which are an integral part of the rear
axle. The shafts fit into the wheel well of the tyre near the differentials and extend
through the lower part of the vehicle. Shafts are often subjected to very large torque
during operation due to heavy loads or sudden acceleration and are therefore
manufactured from various grades of hardened steel. These shafts go through millions
of cycles and are subjected to torsional stresses. Due to cyclic loading, axle shafts are
prone to fatigue deformation. In extreme cases, fractures in the shafts during driving
can cause the vehicle to tip over. Although there are many parameters that should be
carefully examined in the design of the axle shaft, this study will examine in detail the
determination of the highest torque values acting on the axle shaft, which is of great
importance in axle shaft design. Under vehicle operating conditions, there are 2
different types of torque acting on the axle shaft that should be carefully analysed.
These are starting torque and wheel force coupling torque. The value of the torque
produced by the engine, which is transmitted to the axle shaft after being increased in
the transmission and / or transfer case in line with certain cycle ratios, is called
travelling torque or starting torque. The wheel force coupling torque is the torque value
calculated from the maximum drive force transmitted from the wheels to the road
according to the total load acting on the vehicle drive axle. In this study, theoretical
torque calculations were made for a 4x2 rear-wheel drive tractor with 470 hp engine
power and automatic transmission. In line with these calculations, the axle shaft was
modelled, and linear static analyses and fatigue analyses of the axle shaft were carried
out by finite element method. Experimental tests of the axle shaft were carried out.
The results of the tests and finite element analyses were compared. The axle shaft
parameters affecting both static and fatigue strength have been analysed in detail.