BÖLÜM: 9 TASARIMDA HAFİFLİK 9.1 HAFİFLİK

Transkript

1 BÖLÜM: 9 TASARIMDA HAFİFLİK 9.1 HAFİFLİK Makine tasarımı yapılırken, hafiflik göz önünde bulundurulması gereken önemli faktörlerden birisidir. Günümüzde otomotiv ve özelliklede havacılık sanayisinde önemi gittikçe artmaktadır. Otomobillerin ve hava araçlarının hafif olması yakıt tüketimini azaltmakta, hızlarını ve taşıdıkları yükleri ise arttırmaktadır. Ayrıca hareket etmeyen hafif makine tasarımlarında ise malzeme ve işçilik açısından uygun maliyetler elde edilebilir. Hafif tasarımlar yapılırken genel olarak şu hususlara dikkat edilmesi gerekir; Makine tasarımlarında, hafifliği sağlamak için rijitliğin ve emniyetin azalmasından kaçınılmalıdır. Yükleme şekline uygun kesit seçilmeli ve eşit zorlanan parça tasarımı yapılmalıdır. Dolu kesitler yerine içi boş kesitler kullanılmalıdır. Örn: Dolu mil yerine içi boş boru şeklinde miller kullanılmalıdır. Uygun malzeme seçimleri ile hafiflik sağlanmalıdır. Örn: Al- alaşımları, sandviç paneller vs. Parçadan istenilen fonksiyonu değiştirmeden tasarım değişikliklerine gidilerek de hafiflik sağlanabilir. 125

2 9.2 HAFİFLİK AÇISINDAN TASARIMLARDA DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR a) Tasarımda aynı kesit alanına (ağırlık aynı) sahip değişik profiller kullanılarak, eğilme mukavemeti açısından daha yüksek değerler elde edilebilir. Örn: Şekil 9.1 de aynı kesite (aynı ağırlık) sahip yuvarlak profile nazaran I-profili %520 daha fazla eğilme gerilmesi taşıyabilmektedir. W=1 ; 1.16 ; 1.60 ; 1.73 ; 2.73 ; 3.20 ; 4.60 ; 5.20 I=1 ; 1.06 ; 1.90 ; 2.10 ; 4.50 ; 4.60 ; 9.50 ; W: Mukavemet momenti ; I: Atalet momenti Şekil 9.1 Değişik profillerin mukavemet momentlerinin karşılaştırılması We I Wb b=0.5a a a b=0.5a a J a We I Wb J s=0.1d D b=0.5a s=0.1a a a s=0.1a s=0.1a b=0.5a a We I Wb J s=0.1d D b=0.5a s=0.1a a a a s=0.1a s=0.1a b=0.5a a We I d Şekil 9.2 Değişik profillerin mukavemet momentlerinin karşılaştırılması 126

3 b) Eşit zorlanmalı mil tasarımı yapılarak hafiflik sağlanabilir (A = Ağırlık). a ) A = 1 b ) A = 0.3 c ) A = 0.27 Şekil 9.3 Eşit zorlamalı mil tasarımı ile hafifliğin sağlanması c) Tasarım değişiklikleri yapılarak farklı makine parçaları daha hafif hale getirilebilir (Şekil 9.4). a ) Krank milinin hafifletilmesi b ) Gövdenin hafifletilmesi c ) Yarıklı parçanın hafifletilmesi d ) Konik dişlinin hafifletilmesi Şekil 9.4 Değişik makine elemanlarında hafiflik için alınabilecek önlemler 127

4 a ) b ) c ) d ) e ) f ) g ) h ) ı ) Şekil 9.5 Değişik makine elemanlarında hafiflik için alınabilecek önlemler j ) d) Silindirik parçaların talaşlı imalatı esnasında büyük çaplardan işleme ile daha büyük oranlarda hafiflik sağlanabilir. b z b d1 d2 D1 D2 a d D a Şekil 9.6 Talaşlı işlemede hafifliğin sağlanması 128

5 e) Bir flanşda, dikdörtgen profil yerine trapez profil kullanılarak hafiflik sağlanabilir. A/A 0?/? b B B b/b D Şekil 9.7 Kesit profil değiştirilerek hafifliğin sağlanması f) Bir ara bağlantı kolunda tasarım değişiklikleri yapılarak hafifliğin sağlanması Şekil 9.8 de verilmiştir. a ) b ) c ) d ) Şekil 9.8 Bir ara bağlantı kolunda hafifliğin sağlanması 129

6 g) Bir bağlantı flanşında hafifliğin kademeli olarak sağlanması Şekil 9.9 ve 9.10 da verilmiştir. İşleme maliyeti artmakta, ancak ağırlık olarak %25 e varan oranlarda azalma sağlanmaktadır. A=1 A=0.84 A=0.76 Şekil 9.9 Bir flanşda hafifliğin sağlanması Şekil 9.10 Bir flanşda hafifliğin sağlanması h) Malzeme tasarrufu, sandviç panellerin kullanılmasıyla da sağlanabilir. Doğadan esinlenerek (bal peteği, ekin sapları gibi, Şekil 9.11) yapılan sandviç paneller, son otuz yıldır hafifliğin önemli oluğu uçak ve uzay araçlarında artarak kullanılmaktadır. Günümüzde kullanılan sandviç paneller 5052 ve 2024 alüminyum alaşımlarından, camla güçlendirilmiş polyesterden veya aramid lifleriyle güçlendirilmiş malzemelerden üretilmektedir. Alüminyum petek yapılar, alüminyum alaşımından yüzey sacları alüminyum alaşımından üretilmiş peteklere yapıştırıcılar yardımıyla birleştirilerek (Şekil 9.12 ) eğilmeye karşı dirençli, rijit ve hafif bir yapı elde edilir. Şekil 9.13 de ise bu yöntemle üretilmiş yapıların, uzay araçlarında ve uçaklarda kullanımı gösterilmiştir. 130

7 Şekil 9.11 Bal peteği ve ekin sapının hafiflik açısından yapısı Şekil 9.12 Sandviç panelin imalatı 131

8 Şekil 9.13 Uçaklarda kullanılan değişik paneller 132

9 BÖLÜM: 10 TASARIMDA SIZDIRMAZLIK 10.1 SIZDIRMAZLIK ELEMANI SEÇİMİ Sızdırmazlık elemanları önemli makine elemanlarından birisidir. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte makinelerin daha zor şartlar altında çalışmaları gerekmektedir. Bu zor şartlar direkt olarak sızdırmazlık elemanlarının seçimini de etkilemektedir. Sızdırmazlık elemanı seçerken aşağıdaki faktörlere dikkat edilmelidir; Sistem basıncı, Kayma (ötelenme) ve dönme hızı, Çalışma sıcaklığı, Sistemde dolaşan akışkan (hava, mineral yağ vs.), Mil yüzey kalitesi, Yuva toleransları SIZDIRMAZLIK ELEMANLARININ SINIFLANDIRILMASI Sızdırmazlık elemanları genellikle temaslı ve temassız olmak üzere iki ana gruba ayrılabilir. Temaslı sızdırmazlık elemanları ise çalışma yerine göre statik ve dinamik sızdırmazlık elemanları olmak üzere iki alt guruba ayrılabilir (Şekil 10.1). 133

10 SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI TEMASLI TEMASSIZ - Labirent sızdırmazlık elemanları - Aralıklı sızdırmazlık elemanları Hareketsiz (statik) Hareketli (dinamik) - Boru bağlantılarında sızdırmazlık Eksenel Hareketler İçin Radyal Hareketler İçin - Yassı ve form sızdırmazlık elemanları - Piston halkaları - Radyal sızdırmazlık halkaları - Metal halkalar - O-ring halkaları - Eksenel sızdırmazlık halkaları - Sızdırmazlık macunları ve - U-halkaları - V-halkaları sıvı contalar - Mil sıyırıcıları - Nilos halkaları -Diyaframlar - Foter manşetler - Mekanik sızdırmazlık elemanları - Körükler - V takım halkaları - Keçeler - Kompakt setler - Salmastralar Şekil 10.1 Sızdırmazlık elemanlarının sınıflandırılması 134

11 10.3 SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI İÇİN TOLERANS VE YÜZEYY KALİTELERİ Radyal sızdırmazlık elemanları için milin ve gövdenin boyutlandırılması, verilmesi gereken toleranslar, açılar ve yüzeyy kaliteleri Şekil 10.2 de verilmiştir. t2 b t1 t1?0.85b t 1 0,85..b t2? 0.3+b t 2 0,3+bb max=6μm z = μm a = μm Rm Rz Ra 5 ile 10 Rmax=16μm Taşlamaa ve parlatmaa R d3 d1 h11 H8 d2 Şekil 10.2 Sızırmazlık elemanı için tolerans ve yüzey kaliteleri Şekil Statik O-ring halkaları için yuva ölçüleri ve verilmesi gereken toleranslar 135

12 10.4 SIZDIRMAZLIK ELEMANLARININ UYGULAMA ALANLARI Şekil 10.4 Yivli aralık Şekil 10.5 Radyal labirent Şekil 10.6 Dik eksenel labirent Şekil 10.7 Açılı eksenel labirent Şekil 10.8 Çelik sacdan pres edilmiş Z tipi sızdırmazlık lamelleri Şekil 10.9 Yağ biriktirme diski 136

13 Şekil Rulmanlı yataklarda radyal labirentlerle sızdırmazlığın sağlanması 137

14 Şekil Çelik sactan pres edilmiş Z tipi sızdırmazlık lamellerinin bir yataklamada uygulanması Şekil Bir halat makarasının yataklamasında Z tipi sızdırmazlık lamellerinin Kullanılması 138

15 Şekil Radyal sızdırmazlık elemanı ile içten sızdırmazlık Şekil Radyal sızdırmazlık elemanı ile dıştan sızdırmazlık Şekil V halkaları ile sızdırmazlık Şekil V halkaları ile sızdırmazlık Şekil Eski tip keçe ile sızdırmazlık Şekil Esnek plaka ile sızdırmazlık 139

16 Şekil Tek dudaklı ve çift dudaklı radyal sızdırmazlık elemanlarının Uygulanması Şekil Millerin eksenel yataklanmalarında V-halkalarının ve radyal sızdırmazlık elemanlarının uygulanması 140

17 Şekil Sızdırmazlık elemanının gövde ve mil üzerine burç kullanılarak montajı 141

18 Şekil Kapak üzerine montaj edilmiş sızdırmazlık elemanının mil ve gövde üzerine burç kullanılarak montajı Şekil O-ring halkalarının kompresör silindir gömleğindee uygulanması 142

19 Şekil O-ring halkalarının boru bağlantılarında uygulanması Şekil Çeşitlii konstrüksiyonlarda O-ring halkalarının kullanılması 143

20 Günümüzde, sızdırmazlık elemanlarından birisi olan sıvı contaların, makine imalat sanayisinde kullanımları giderek artmaktadır. Şekil da bir dişli kutusu kapağında klasik conta yerine sıvı conta otomatik ekipmanlar yardımıyla uygulanmaktadır. Şekil de ise bir pompa gövdesindeki sızdırmazlığın sağlanması için sıvı conta uygulaması görülmektedir. Şekil Dişli kutusu kapağında sıvı contanın uygulanması Şekil Pompa gövdesinde sıvı contanın uygulanması 144

21 Şekil Hidrolik silindir üzerine takılan sızdırmazlık elemanları; 1) U veya V halkası; 2) O-ring halkaları; 3) Boğaz takım keçesi; 4) Yataklama 5) Toz sıyıcıcı 6) Lastik rondela; 145

22 10.5 SIZDIRMAZLIK ELEMANLARININ TEKNİK RESİMLER ÜZERİNDE GÖSTERİLMESİ Sızdırmazlık elemanlarının gerçek teknik resimleri, kataloglarda, kullanma kılavuzları ve broşür gibi yerlerde kullanılır. Bir makinenin teknik resmi çizilirken, sızdırmazlık elemanlarının tam resimleri yerine genel sadeleştirilmiş (basitleştirilmiş) ya da ayrıntılı sadeleştirilmiş resimleri kullanılır. Şekil ve da en çok kullanılan sızdırmazlık elemanlarının sadeleştirilmiş gösterimleri verilmiştir. Genel sadeleştirilmiş gösterim Aşağıdak resimler genel olarak teknik resimlerde kullanılmaz ancak katologlarda, kullanma kılavuzlarında ve broşürlerde kullanılır Sızdırmazlık doğrultusunun belirtilmesi gerekli ise, çarpı işaretine bir ok eklenmelidir. Kesit resmi taranır veya karalanır Ayrıntılı sadeleştirilmiş gösterim Dönme hareketi Düz doğrultuda hareket Aşağıdak resimler genel olarak teknik resimlerde kullanılmaz ancak katologlarda, kullanma kılavuzlarında ve broşürlerde kullanılır. Toz dudakları Sıyırmasız piston olmayan radyal - kolu sızdırmazlık mil mekanik sızdır- elemanları mazlık elemanları Tip 1 (TS ISO ) Kauçuk kaplı Tip 2 (TS ISO ) Metal muhafazalı Tip 3 (TS ISO ) Çok parçalı metal muhafazalı Ayrıntılı sadeleştirilmiş gösterim Toz dudaklı radyal- mil sızdırmazlık elemanı Dönme hareketi Düz doğrultuda hareket Sıyırmalı piston kolu sızdırmazlık elemanları Aşağıdaki resimler genel olarak teknik resimlerde kullanılmaz ancak kataloglarda, kullanma kılavuzlarında vb. yerlerde kullanılır. Tip 4, 5, 6 (TS ISO ) Tip 4 Tip 5 Küçük dudaklı Küçük dudaklı kauçuk kaplı metal muhafazalı Tip 6 Küçük dudaklı çok parçalı metal kaplanmış Şekil Sızdırmazlık elemanlarının sadeleştirilmiş gösterimleri 146

23 Ayrıntılı sadeleştirilmiş gösterim Ugulama Ayrıntılı sadeleştirilmiş gösterim Ugulama U- halkası Conta Labirent Şekil Sızdırmazlık elemanlarının sadeleştirilmiş gösterimleri Şekil a da eksenin üzerinde tek dudaklı radyal sızdırmazlık elemanının sadeleştirilmiş resmi, eksenin altında ise normal resim gösterilmiştir. Şekil b de ise çift dudaklı (toz dudağı) radyal sızdırmazlık elemanının sadeleştirilmiş ve normal resmi verilmiştir. Sadeleştirilmiş gösterim O ring Resim Yağ cebi a) b) Şekil Sızdırmazlık elemanlarının sadeleştirilmiş gösterimlerinin resim üzerinde uygulanması 147

24 Şekil a da hidrolik ve pnomatik sistemlerde kullanılan conta takımlarının (packingler), b de ise labirent sızdırmazlık elemanlarının sadeleştirilmiş gösterimi verilmiştir. Sadeleştirilmiş gösterim Normal resim a) b) Şekil Sızdırmazlık elemanlarının sadeleştirilmiş gösterimlerinin resim üzerinde uygulanması 148