U-Mafsalın Amacı Nedir? İşlev ve Önem

Bir amacı U-bağlantısı — evrensel mafsalın kısaltması — mükemmel şekilde hizalanmayan iki şaft arasında dönme torkunu ve hareketi iletin . Açısal yanlış hizalamayı telafi eden esnek bir mekanik bağlantı görevi görür ve şaftlar düz bir çizgi yerine belirli bir açıda buluştuğunda bile gücün dönen bir bileşenden diğerine sorunsuz bir şekilde akmasına olanak tanır.

Pratik anlamda, bir u-mafsal, süspansiyon yukarı ve aşağı hareket ederken ve aktarma organları konum değiştirdiğinde bile aracın tahrik milinin motor gücünü tekerleklere iletmesini mümkün kılar. Bu olmadan, şaftlar arasındaki katı uyumsuzluk titreşime, mekanik sıkışmaya veya aktarma organlarının tamamen arızalanmasına neden olur. U-bağlantılar otomobillerde, kamyonlarda, tarım ekipmanlarında, endüstriyel makinelerde ve deniz tahrik sistemlerinde bulunur.

U-Mafsal Mekanik Olarak Nasıl Çalışır?

Bir u-mafsal, 90° açılarla dışarı doğru uzanan dört muyluya (kol) sahip, haç veya örümcek adı verilen çapraz şekilli bir merkezi parçadan oluşur. Her bir muylu, bir yatak çanağına oturur ve iki çift yatak çanağı, bağlanan iki mile bağlanan boyunduruklara monte edilir. Bu konfigürasyon birbirine dik açıda iki pivot ekseni oluşturarak dönüşün belirli bir açıyla geçmesini sağlar.

Tek bir u-bağlantısı tipik olarak açısal yanlış hizalamayı karşılayabilir 15° ila 25°'ye kadar tasarıma bağlı olarak yüksek açılarda çalıştırılması rulmanlar üzerindeki baskıyı artırarak çıkış milinde hız değişimine neden olur. Hız dalgalanması olarak bilinen bu hız değişimini ortadan kaldırmak için, genellikle aralarında bir kayar boyunduruk veya merkez yatağı olacak şekilde seri halinde iki u-mafsal kullanılır; bu konfigürasyona çift Kardan veya iki parçalı tahrik mili adı verilir.

Kardan Bağlantı Prensibi

Standart u-mafsal tasarımına resmi olarak Kardan mafsalı adı verilir ve adını 16. yüzyılda ilkelerini açıklayan İtalyan matematikçi Gerolamo Cardano'dan alır. Temel özelliği, torku etkili bir şekilde aktarırken, çıkış milinin girişe göre tamamen sabit bir hızda dönmemesidir; hız, devir başına döngüsel olarak iki kez değişir. Bu değişiklik, küçük çalışma açılarında (3°'nin altında) minimum düzeydedir, ancak 3°'nin üzerinde önemli hale gelir ve potansiyel olarak zarar verir. 10° ila 15° .

Alternatif Olarak Sabit Hız (CV) Bağlantıları

Yüksek çalışma açılarında düzgün çıkış hızının gerekli olduğu durumlarda (özellikle önden çekişli aks millerinde) CV mafsalları, u mafsalların yerini alır veya onları tamamlar. CV mafsalları, Kardan u-mafsalların doğasında bulunan hız dalgalanmasını ortadan kaldırır ancak üretimi daha karmaşık ve pahalıdır. U-bağlantılar, sağlamlıkları, basitlikleri ve değiştirilme kolaylıkları nedeniyle tahrik millerindeki ağır hizmet uygulamaları için tercih edilmeye devam etmektedir.

Araçtaki U-Mafsalın Temel İşlevleri

Bir otomotiv aktarma organında, u-bağlantılar aynı anda birbiriyle ilişkili birçok mekanik amaca hizmet eder:

• Açılar arasında güç aktarımı: Birincil rol, süspansiyon hareketi bileşenler arasındaki açıyı değiştirse bile, motor torkunun şanzıman çıkışından tahrik mili aracılığıyla diferansiyele aktarılmasıdır.
• Uyumlu süspansiyon hareketi: Arka aks yol yüzeyleri üzerinde yukarı ve aşağı hareket ettikçe, tahrik mili ile diferansiyel pinyon mili arasındaki açı sürekli olarak değişir. U-bağlantısı, güç akışını kesintiye uğratmadan bu açısal değişimi emer.
• Tahrik milinde uzunluk değişikliklerine izin verilmesi: Kayar boyunduruk ile birleştirilmiş u-mafsallar, süspansiyon sıkıştıkça ve uzadıkça tahrik milinin etkin uzunluğunun değişmesine izin vererek milin yerinden çıkmasını önler.
• Aktarma organlarındaki stresin azaltılması: Esnek bir bağlantı noktası sağlayarak u-bağlantılar, sert şok yüklerinin doğrudan şanzıman ile diferansiyel arasında iletilmesini önleyerek her iki bileşenin ömrünü uzatır.

Farklı Uygulamalarda U-Mafsalların Bulunduğu Yerler

U-bağlantılar binek araç tahrik milleriyle sınırlı değildir. Dönme hareketinin açısal bir boşluktan geçmesi gereken çok çeşitli mekanik sistemlerde görülürler:

U-Mafsal Çeşitleri ve Özel Amaçları

Çalışma açısı, tork kapasitesi, hız ve güç dağıtımının düzgünlüğü açısından farklı talepleri karşılamak için farklı u-mafsal tasarımları mevcuttur:

Tek Kardan U-Mafsal

En yaygın tür. Basit, güçlü ve ucuz. Arkadan çekişli tahrik millerinin çoğunda kullanılır. Aşağıdaki çalışma açıları için en uygunudur 10° . Standart binek otomobil ve hafif kamyon tahrik milleri genellikle 1° ve 7° U-bağlantısında normal sürüş yüksekliği altında.

Çift Kardan (CV U-Mafsal)

Aralarında bir merkezleme soketi olacak şekilde seri olarak monte edilmiş iki Kardan mafsalı. Bu düzenleme, her bir eklemin hız dalgalanmasını ortadan kaldırarak düzgün sabit hız çıkışı üretir. Genellikle 4WD kamyonların ön tahrik millerinde ve direksiyon açısının büyük çalışma açıları oluşturduğu (bazen bu açıları aşan) ön aks uygulamalarında kullanılır. 20° ila 30° .

Spicer / Dana U-Mafsalları (Ağır Hizmet)

Adını Dana Spicer markasından alan bunlar, kamyon, otobüs ve arazi araçlarındaki yüksek tork uygulamaları için tasarlanmış ağır hizmet tipi Kardan mafsallardır. Standart binek araç u-bağlantılarını tahrip edebilecek tork yüklerini karşılamak için daha büyük yatak çanakları ve daha kalın muylular kullanıyorlar. Sınıf 8 kamyon için derecelendirilmiş ağır hizmet Spicer mafsalı, aşan tork kapasitelerini kaldırabilir 10.000 lb-ft .

Direksiyon U-Mafsalları

Direksiyon kolonlarında kullanılan daha küçük, hassas u-bağlantılar. Bunlar, aktarma organları bağlantı noktalarına kıyasla çok düşük torkta çalışır ancak direksiyon geri bildiriminin doğru olması için yumuşak, sıfır boşluklu hareket sağlamalıdır. Aşınmış direksiyon u-bağlantıları fark edilir derecede gevşek veya tıkırdayan bir direksiyon hissine neden olur.

U-Mafsalının Arızalı Olduğunu Gösteren İşaretler

U-bağlantılar, özellikle yüksek açılarda çalışan veya ağır yük taşıyan araçlarda aşınma bileşenleri olduğundan, arıza belirtilerini erken tanımak, aktarma organlarının daha ciddi hasar görmesini önler. Arızalı bir u-mafsal, tahrik milinin araçtan tamamen ayrılmasına neden olabilir ve bu da önemli bir güvenlik tehlikesi oluşturur.

• Vites değiştirirken tıkırdama veya çarpma sesi: Aşınmış bir u-mafsal, aktarma organları hızlanmadan yavaşlamaya veya sürüşten geri vitese geçerken belirgin bir tıkırtı üretecektir. Bunun nedeni yatak kaplarındaki aşırı boşluktur.
• Otoyol hızında titreşim: Aşınmış veya tutukluk yapan yataklara sahip bir u-mafsalı, dönen tahrik milinde bir dengesizlik yaratarak tipik olarak yukarıdan daha da kötüleşen bir titreşim üretir. 45 ila 55 mil/saat .
• Düşük hızlı hareket sırasında gıcırtı: Yağlama özelliğini kaybetmiş kuru veya aşınmış u-mafsal yatakları, tahrik mili döndükçe ritmik olarak gıcırdayacaktır; bu ses genellikle en çok park yeri manevralarında duyulur.
• Çapraz ve yatak kapaklarında pas veya görünür aşınma: Görsel inceleme sırasında, yatak başlığı tespit klipslerinin etrafındaki pas lekeleri veya muylulardaki gözle görülür aşınma olukları, u-mafsalın derhal değiştirilmesi gerektiğini gösterir.
• Arka contanın yakınında şanzıman yağı sızıntısı: Arızalı bir u-mafsal, titreşim ve radyal yükleme yaratarak şanzımanın çıkış mili contasına zarar verebilir, bu da bir u-mafsal sorunu yerine bir conta sorunuyla karıştırılabilecek bir sıvı sızıntısına neden olabilir.

U-Mafsal Bakımı ve Değişimi

Pek çok modern u-mafsal sızdırmazdır ve bakım gerektirmez, ancak greslenebilir u-mafsallarla donatılmış araçlar (çaprazdaki gres bağlantı noktası veya zerk bağlantı noktasıyla tanımlanır) düzenli aralıklarla - genellikle her yıl - yağlanmalıdır. 5.000 ila 10.000 mil veya aracın servis kılavuzunda belirtildiği şekilde. Gresleme, her kapağın içindeki iğneli yataklara taze yağlayıcıyı zorlar, kirletici maddeleri uzaklaştırır ve erken arızaya yol açan metal-metal aşınmasını önler.

Değiştirme Aralıkları

U-bağlantı değişimi için evrensel bir kilometre aralığı yoktur çünkü kullanım ömrü çalışma koşullarına göre önemli ölçüde değişir. Az kullanılmış bir binek otomobildeki iyi bakımlı bir u-mafsal, aracın kullanım ömrü boyunca dayanabilir — 150.000 mil veya daha fazla . Ağır yüklü bir kamyonun çekme veya arazide sürüş için kullanılan u-mafsalı, zamanla aşınabilir. 50.000 ila 80.000 mil . Her yağ değişiminde düzenli kontrol en güvenilir bakım yaklaşımıdır.

Değiştirme Maliyeti

Yedek bir u-bağlantı parçasının maliyeti genellikle 20$ ve 100$ çoğu binek araç için. Eski bağlantı yerinin preslenmesi ve yenisinin kurulumu için gereken emek eklenir 75 ila 200 ABD Doları Tahrik milinin karmaşıklığına ve milin sökülüp dengelenmesi gerekip gerekmediğine bağlı olarak tipik bir atölyede. Ağır hizmet tipi kamyon u-bağlantıları önemli ölçüde daha pahalıya mal olabilir — Eklem başına 150 ila 500 ABD Doları Seriye ve uygulamaya bağlı olarak.

U-Mafsal Neden Kritik Bir Aktarma Organı Bileşeni Olarak Kalıyor?

Önden çekişli ve dört tekerlekten çekişli sistemlerde CV mafsallarının artan kullanımına rağmen, geleneksel Kardan u-mafsal, arkadan çekişli kamyonlarda, ticari araçlarda, tarım ekipmanlarında ve endüstriyel makinelerde hakim olmaya devam ediyor. Avantajları basittir:

• Yüksek tork kapasitesi boyut ve ağırlığa göre, çekme veya taşıma işlemlerinin aşırı aktarma organları yüklerine neden olduğu kamyonlar ve ağır ekipmanlar için idealdir.
• Sahada değiştirilebilirlik — Özel ekipman veya tam aks mili değişimi gerektiren birçok CV mafsal grubunun aksine, u-mafsal, sahadaki temel el aletleriyle değiştirilebilir.
• Daha düşük maliyet Bileşen maliyetlerinin yüzlerce araçta katlandığı ticari filo operasyonlarında önemli ölçüde önemli olan, eşdeğer tork değerlerine sahip eşdeğer CV mafsallarından daha fazladır.
• Kanıtlanmış dayanıklılık Rutin incelemeyle öngörülebilir ve yönetilebilir, iyi anlaşılmış bir arıza moduna sahip, yüzyılı aşkın bir mekanik gelişim süreci boyunca.

U-mafsal, temel bir mühendislik problemini (mükemmel bir hizada tutulamayan iki şaft arasındaki dönme gücünün nasıl iletileceği) çözer ve bunu, 20. yüzyılın başlarında yaygın olarak benimsenmesinden bu yana çok az değişen mekanik zarafetle yapar.