This paper deals with the friction welding of the tube yoke and the tube of the drive shaft used in light commercial vehicles. Tube yoke made from hot forged microalloyed steel and the tube made from cold drawn steel, with a ratio (thickness/outside diameter ratio) of less than 0.1, were successfully welded by friction welding method. Hardness distributions on both sides of the welded joint across the welding interface were determined and the microstructure of the joint was investigated. Furthermore, joint strength was tested under tensile, static torsional, and torsional fatigue loadings. The tested data were analyzed by Weibull distribution. The maximum hardness value along the welded joint was detected as 553 Hv1. The lowest detected tensile strength of the joint was 13% less than the base materials’ tensile strength. The torsional load carrying capacity of the friction welded thin walled tubular joint without any damage was obtained as 4.252,5 Nm in 95% confidence interval. After conducting fully reversed torsional fatigue tests, the fatigue life of friction welded tubular joints was detected as 220.066,3 cycles.

Bu çalışmada, ağır ticari araçlarda kullanılan kardan miline ait çatallı flanş birim parçasının torsiyonel yorulma testi sırasında meydana gelen hasarın analizi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Malzeme bilimindeki üretim-yapı-özellik ve performans ilişkisine göre hasarın kök nedeninin tespit edilmesi amacıyla çatallı flanş üretiminde kullanılan yuvarlak çelik hammaddenin kimyasal analizi, sertlik ölçümü, tane boyutu analizi, dekarbürizasyon ölçümü, inklüzyon analizi ve taramalı elektron mikroskobu yardımı ile mikroyapı incelemeleri ile hammadde karakterizasyonu tamamlanmıştır. İlave olarak, çatallı flanş birim parçasının tasarımının doğrulanmasında sonlu elemanlar analizi kullanılarak söz konusu çalışma desteklenmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde, çelik hammaddeden elde edilen değerler 41Cr4 ıslah TS EN ISO 683-2 standardına göre uygun olduğu tespit edilmesine rağmen SEM incelemesi ve EDX analizlerinde mikroyapıda uzamış MnS inklüzyonları ve metal matris ile MnS inklüzyonlarının ara yüzeylerinde çatlak tespit edilmiştir. Aynı kapsamda yapılan çatallı flanş birim parça karakterizasyonu sonucunda da MnS oranının hammadde ile aynı seviyede ASTM E45 standardına göre 2-4 μm x 898-1.181 μm değerlerinde olduğu ve A tipi 3,0-3,5 değerine eşdeğer olduğu belirlenmiştir. Yüzey altı bölge MnS inklüzyon oluşumlarının çatlak ilerleme bölgeleri oluşturduğu tespit edilmiştir.

Kardan milleri motordan aldığı torku ve dönme hareketini akslar üzerinden arka tekerleklere ileten bir aktarma elemanıdır. Yüksek tork taşıma gereklilikleri nedeniyle alt parça tasarımları bu beklentilere uygun olarak gerçekleştirilmektedir. Taşıması beklenen tork kapasiteleri aracın motor torku, aracın kullanım yeri, şanzıman tipi gibi birçok faktöre bağlı olarak analitik bir yaklaşımla belirlenmektedir. Kardan milinin gerçek kullanım koşullarında karşılaması gereken tork seviyeleri ise ancak test ortamında kardan mili üzerinden gerinim verisinin toplanmasıyla ortaya çıkabilmektedir. Ticari olarak ulaşılabilen ölçüm sistemleri, kardan mili üzerinde ortaya çıkan torku ölçebilmemizi sağlasa da, bu sistemlerin yüksek maliyetleri ve saha koşullarında çalışmaya ve enstrümantasyona uygun olmamaları sahada bu ürünlerin kullanımını zorlaştırmaktadır. Belirli test rotalarında ve belli senaryoların koşturulmasında bu sistemlerin kullanıldığı görülmektedir. Bu çalışmada, kardan mili üzerinden tork ölçümü gerçekleştirebilecek bir sistemin tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Böylece kardan miline entegre şekilde sahada koşabilecek ve anlık olarak ölçüm gerçekleştirebilecek düşük maliyetli bir ölçüm sistemi geliştirilmiştir. Çalışma kapsamında sistemin ölçüm doğruluğu belirlemek amacıyla ürünün fonksiyonel limitlerine uygun değerler için statik torsiyon testleri gerçekleştirilmiştir. Test cihazı ve ölçüm sistemi tekrarlayan testlerle karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonucunda ölçüm sisteminden okunan tork değerlerinin test cihazından uygulanan değerlerle maksimum %5’lik bir hata payı içinde uyumlu olduğu görülmüştür.

In this study, a torque sensor design that can be used in both laboratory and field tests simulating road conditions of drivetrain of the vehicles is explained. Mechanical design of the sensor has been carried out via finite element method (FEM). Material of the torque sensor and the relevant heat treatment were determined. Electronic measurement circuit design and its setup have been carried out including amplifier, filter, ADC and data transmission features which are suited for full bridge connection. Verification and calibration tests have been performed with respect to DIN-51309. As a result of the studies, it was determined that the measurement accuracy of the system in the torque range of 250 ÷ 2500 Nm was 0.5%. The effect of noise-induced deviations was found 0.05% for the precision value. Consequently, a verified universal torque sensor has been developed for any drivetrain application under torsional effect with the given specifications. It is hoped that this sensor might become a common feature on any and every drivetrain for advanced monitoring of the drive components.

ÖZ: Kardan milleri, motordan aldığı torku ve dönme hareketini arka akslara ileten bir aktarma organı elemanıdır. Yüksek tork taşıma gerekliliklerini karşılamak amacıyla, hafif ticari araç uygulamalarında kullanılan kardan milleri çelik malzeme kullanılarak üretilmektedir. Çelik malzeme kullanılarak üretilmiş kardan mili ve parçalarında ağırlık azaltma, geometrilerin sınır koşulları nedeniyle çoğu zaman kısıtlı olabilir. Bu nedenle alüminyum gibi düşük yoğunluklu malzemeler kullanılarak geliştirilen uygulamalar önem kazanmaktadır. Bu çalışma kapsamında pickup tarzı hafif ticari araç uygulamalarında kullanılmak üzere alüminyum kardan mili için mühendislik hesapları gerçekleştirilmiş ve sonlu elemanlar analizleri ile hesaplar doğrulanmıştır. Doğrulmalar sonucunda iki yöntem arasında dayanım hesaplarında %1, doğal frekans hesaplarına %8 sapma hesaplanmıştır ve sapma değerlerinin kabul edilebilir olduğu belirlenmiştir. Birim parçaların, için sonlu elemanlar ile elde edilen sonuçlar kullanılan alüminyum malzemenin akma limitleri ile güvenlik katsayıları hesaplanmıştır. Elde edilen güvenlik katsayıları kardan milleri için uygun olduğu tespit edilmiştir.