Design and production of a torque measurement system on a driveshaft

Öz

The driveshafts are responsible for transmitting power and rotational movement from the engine to the rear axles. Driveshaft’s subcomponents are designed to fullfill high torque transmission requirements. Expected torque tranmission capability is calculated analitically regarding engine torque, transmission type and type of vehicle. However actual torque transmission level can only be detected by data acqusition from driveshaft in test applications. Although COTS measurement systems allow us to measure the torque generated on the drivehshaft, these systems are expensive and instrumentation of these system are not suitable to operate in field conditions. These systems are required for change test routes and for running certain scenarios. In this study, the design and the production of a system in order measuring torque on driveshaft has been realized. Thus, a low-cost measurement system that can run on the field which is integrated with the drivehaft and take measurements instantly has been developed. Static torsion tests were carried out for values that are in accordance with the functional limits of the driveshaft for the measurement accuracy. The results of verified test bench and measuring system were compared with repeated tests. Comparisons show that the torque values read from the measuring system appears to be compatible with the values applied by the verified test system within a 5% margin of error.

Anahtar Kelimeler

• Driveshaft
• torque measurement
• static torsion test

Kardan mili üzerinden tork ölçme sistemi tasarımı ve üretimi

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

• Kardan mili
• tork ölçümü
• statik torsiyon testi

Kaynakça

1. Turner, J., Development of a rotating-shaft torque sensor for automotive applications, IEE Proceedings D (Control Theory and Applications), IET, (1988).
2. Beth, R. A., ve Meeks, W. W., Magnetic measurement of torque in a rotating shaft, Review of Scientific Instruments, 25(6), 603–607, (1954).
3. Murakami, Y., et al., Data acquisition by a small portable strain histogram recorder(mini-rainflow corder) and application to fatigue design of car wheels, Technical Research Centre of Finland, Fatigue Design 1998., 2: 373–383, (1998).
4. NagaÝama, T., et al., Wireless strain sensor development for civil infrastructure. Presented at INSS, (2004.6), (2004).
5. Vanieiev, S.M., et al., Data Measuring System for Torque Measurement on Running Shafts Based on a Non-Contact Torsional Dynamometer, (2019).
6. Hoeppner, C., et al., 3.5 Telemetering Systems, (2006).
7. Telemetry, K., Telemetric steering wheel KMT–CLS.
8. Instruments, T., Lm741 operational amplifier. LM741 datasheet, May, (1998).

9. Hx711, D., 24-Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scales. AVIA Semiconductor, (2014).
10. Akkas, O., et al., A Correlation Study of an FEA Method Developed for Heavy Duty Driveshaft Applications, The Eurasia Proceedings of Science Technology Engineering and Mathematics, 7, 315–320, (2019).
11. Hibbeler, Russell Charles, Mechanics of Materials, 84, 221, Prentice Hall Pearson, (2010).