Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Makine Elemanları II. KAPLİN ve KAVRAMA

Transkript

1 KAPLİN ve KAVRAMA

2 Kavramalar ve kaplinler, genellikle güç ve hareket aktarımı için iki veya daha fazla mili birbirine bağlayan makine elemanlarıdır. Kavrama ve kaplinler arasındaki tek fark kavramaların çalışma halinde çözülebilir bağlanabilir, kaplinlerin ise sadece durgun halde iken çözülebilir bağlanabilir olmasıdır. Diğer bir deyişle kaplinler çalışma esnasında çözülemeyen kavramalardır denebilir. Emniyet kaplinleri ise istisna olarak gösterilebilir. Bu tür kaplinler çalışma esnasında belirlenen torkun üzerine çıkıldığında sistemi hareketsiz hale getirmek için çalışma esnasında kendiliğinden çözülürler. Motor Yük Kaplin/Kavrama Redüktör

3 Kaplinlerin Sınıflandırılması Kaplinler Rijit Kaplin Elastik Kaplinler Zarflı Kaplin Civatalı Zarflı Kaplin Flanşlı Kaplin Burçlu Pim Tipi Flanşlı Kaplin Oldham Kaplini Çok amaçlı Kaplin

4 Rijit Kaplinler Rijit Kaplinler eksenler arası kaçıklık olmayan yani tam manasıyla eş eksenli milleri birleştirmek için kullanılırlar. Zarflı Kaplin: En basit rijit kaplin tipidir. Genellikle dökme demirden yapılırlar. İki ucu alın alına birleştirilen millerin ortasına kama aracılığıyla birleştirilirler. Tek parça olmasından dolayı bağlama ve sökme işlemleri zordur. Kama d 0 =2.d+13 d Mil L=3,5.d Zarf

5 Mil ile zarf arasındaki toplam sürtünme kuvveti; FF nn = pp aa FF nn = pp dd LL 22 FF ss = FFFF μμ FF ss = pp dd LL 22 μμ olarak hesaplanır. Sürtünme Momenti ise; M s = π d2 p µ L şeklindedir. 4 Döndürme Momentinin iletilebilmesi için; M s k Md şartı sağlanmalıdır. Burada k emniyet katsayısı M d ise Döndürme Momentidir.

6 Cıvatalı Zarflı Kaplin: Silindirik iki parçadan oluşur. Silindirik parçaların birbirine bağlantısı cıvata ve somun ile sağlanır. Alın alına birleştirilen millerin ortasında sabitlenirler. İki parça olmalarından dolayı bağlama ve sökme işlemleri zarflı kavramalara göre çok daha kolaydır. d 0 =2.d+13 d Cıvata L=3,5.d Kama Zarf Mil

7 Sürtünme Momenti; M s = π d2 4 p µ L şeklindedir. Döndürme Momentinin iletilebilmesi için; M s k Md şartı sağlanmalıdır. Cıvatalara verilen ön gerilme kuvveti F ön ve cıvata sayısı n ise; n.fön= ππd L p şeklindedir. Buradan F ön çekilirse; F ön = 1 n ππd L p olacaktır.

8 Flanşlı Kaplin: Bu tür kaplinler iki ayrı flanştan oluşur. Her bir flanş döndüren ve dönen millerin ucuna kama kullanılarak bağlanır. Milleri merkezlemek için flanşlardan bir tanesinin alın yüzeyine fatura, diğerininkine ise oyuk yapılır. Yüksek tork aktarımı ve düşük hız uygulamalarında kullanılırlar. Civataların açıkta veya flanşa gömülü olmasına göre korumasız veya korumalı olarak adlandırılırlar. 0,5.d 0,5.d Flanş d d 1 D 3 =1,5.d A B Göbek Mil D 2 =4.d D=2.d Kama D 1 =3.d L=1,5.d L=1,5.d

9 Flanşları birbirlerine bağlayan civatalar boşluklu veya boşluksuz olarak takılır. Boşluklu halde moment iletimi cıvataların sıkılması sonucu temas yüzeyleri arasında meydana gelen sürtünme yolu ile olur. Cıvatalarda çekme kuvveti meydana gelir. Bu durumda cıvatalarda meydana gelen gerilme; F σ= (burada d olarak diş dibi çapı alınmalıdır.) şeklinde hesaplanır. ( πd2 4 ) Cıvatalar boşluksuz olarak takıldığı durumda, moment iletimi doğrudan doğruya cıvataların gövdeleri vasıtasıyla olur. Bu durumda cıvatalar da kesmeye zorlanır. τ= F ( πd2 4 ) (burada d olarak diş üstü yani anma çapı alınmalıdır.) şeklinde hesaplanır. MM ss = n 3 F ön µ DD dd 33 DD dd 22

10 Elastik Kaplinler Elastik Kaplinler, eksenler arası kaçıklık olan yani tam manasıyla eş eksenli olmayan milleri birleştirmek için kullanılırlar. Bu tür kaplinler çalışma esnasında oluşan, titreşimlerden, şoklardan veya aşırı gerilmelerden makinaları korurlar. Burçlu Pim Tipi Flanşlı Kaplin: Pimlerin üzerine ve iki flanşın arasına yerleştirilen kauçuk parçalar sayesinde elastikiyet elde edilir. Cıvata Başı Bronz Burç (2 mm) Flanş İki flanş arasında elastikiyet için 5 mm mesafe bırakılır. Elektrik motorlarında d 2 d 1 Kauçuk Burç (6 mm) çokça kullanılır. Göbek D 1 D 2 D=2.d d L=1,5.d 5 mm L=1,5.d l l

11 Oldham Kaplini: Eksenleri arasında mesafe bulunan paralel millerin bağlanması için kullanılır. İki adet flanş ve ortalarında bu flanşlara bağlı olarak dönen bir disk olmak üzere 3 parçadan oluşurlar. M Merkezinde oluşan kuvvet; F M = m.(2ω) 2. a 2 şeklindedir. Bir açısı ile dönme olduğunda millere etkiyen kuvvetler; F 1 =2.m.ω 2.a.cos φ ve F 2 =2.m.ω 2.a.sin φ olarak hesaplanır.

12 Çok Amaçlı (Universal) Kaplin: Çok değişik şekilde adlandırılabilirler. Piyasada kardan kavraması olarak da bilinir. Eksenleri arasında mesafe ve açı bulunan, diğer bir deyişle eksenleri birbirini açılı olarak kesen milleri birbirine bağlamak için kullanılır.

13 Kavramaların Sınıflandırılması Kavramalar Mekanik Elektro manyetik Pnömatik Hidrolik Pozitif Kavramalar Sürtünme Kavramaları Düz Çeneli Kavrama Eğri Çeneli Kavrama Disk Kavraması Konik Kavrama Santrifüj Kavrama

14 Düz çeneli ve eğri çeneli kavramalar: Bu tür kavramalar herhangi bir kayma olmadan miller arasında bağlantı sağlarlar. Birbirine simetrik olan iki kısımdan oluşur. Tahrik miline bağlı olan kısım sabittir. Döndürülen mil üzerindeki kısım ise kayar bağlantı ile bağlanır. Kullanıcı istediği zaman kayar mil üzerindeki parçayı ileri geri hareket ettirerek bağlama ve sökme işlemini gerçekleştirir. Düz Çeneli Kama Hareket Kama Eğri Çeneli Tahrik Mili Döndürülen Mil

15 Disk Kavrama: Bu tür kavramalarda karşılıklı iki adet disk bulunmaktadır. Biri sabit olarak tahrik miline diğeri de kama veya kayar mafsal aracılığıyla döndürülen mile bağlanır. Aktarılacak momentin miktarı uygulanan basınç, sürtünme yüzeylerinin büyüklüğü ve sürtünme kuvvetine bağlıdır. Tek disk ile karşılanamayan moment değerleri için çok diskli kavramalar kullanılır. Sürtünme Yüzeyleri Sürtünme Yüzeyleri Krank Mili Volan Gövde Yay Baskı balatası Göbek Baskı Plakası Pedal Eksenel Hareke t Tahrik Mili Perçin Mil Manivela Tek diskli kavramalar Keskin Köşe

16 Dış Sürtünme yüzeyi (Lamel) İç Sürtünme yüzeyi (Lamel) Yay r 1 Kama r 2 Tahrik Mili Döndürülen mil Çok diskli kavrama

17 Santrifüj - Merkezkaç Kavrama: Bu tür kavramalar eş merkezli iki mili merkezkaç gücünü kullanarak birbirlerine bağlar veya ayırırlar. Balataların (pabuçların) yaylar ile bağlı olduğu göbek tahrik milinin üzerinde bulunur ve döndürülen mil üzerine sabitlenmiş bir kasnağın içine yerleşmiş vaziyettedir. Tahrik milinin hızı arttıkça pabuçlardaki merkezkaç kuvveti artar. Merkezkaç kuvveti yayların kuvvetini geçtiğinde pabuçlar yani balatalar döndürülen milin üzerindeki kasnağın iç yüzeylerine baskı yapmaya başlar ve moment iletimi sağlanır. Ağır yüklenmelerde pabuçlarda kayma olabileceğinden dolayı hassas tork aktarımlarında tercih edilmezler. Sürtünme Yüzeyi Kama Pabuç Göbek Tahrik Mili Döndürülen Mil Kasnak

18 Konik Kavrama: Bu tür kavramalar tahrik miline sabitlenmiş bir adet iç (dişi) konik ve döndürülen mile kayar mafsalla bağlanmış dış (erkek) konikten oluşur. Koniklik açısı genellikle 8 0 ile 15 0 arasındadır. Sürtünme yüzeyi büyük olduğundan yüksek tork iletiminin gerektiği yerlerde kullanılmaktadırlar. Disk kavramalara göre avantajı daha az kuvvet ile ayrılmayı sağlayabilmeleridir. Tahrik Mili Sürtünme Yüzeyi αα r 1 r 2 b Sürtünme Plakası Göbek Yay F Kayar Mil Konik Flanşlar Pedal Tahrik mili Dişi Konik Döndürülen mil Erkek Konik

19 Kavrama Momenti Kavrama momenti; sürtünen yüzeyler arasında oluşan sürtünme momentidir. Kavrama (veya frenleme) momenti denklemi iki temel varsayımdan birine dayandırılır. Bunlar: 1- Değme yüzeyi boyunca basınç düzgün dağılmaktadır. 2- Değme yüzeyi boyunca aşınma düzgün olmaktadır. Kavramalarda düzgün basınç varsayımı, disk frenlerde ise düzgün aşınma varsayımı daha çok tercih edilmektedir.

20 Düzgün basınç dağılımı varsayımına göre; rr mm = rr rr rr rr MM kk = FF kk μμ rr mm Düzgün aşınma varsayımına göre; P P r 1 r 2 F k r 1 r 2 r m dr r m = r 1+r 2 2 MM kk = FF kk μμ rr mm Çok diskli (lamelli) kavramalarda; kavrama momenti hesaplanırken formüle n yani sürtünme yüzey sayısı eklenir. Bu durumda formüller; MM kk = nn. FF kk μμ rrrr şeklinde olacaktır. Burada n = iç disk (lamel) sayısının iki katı olarak alınmalıdır.

21 Konik kavrama için ; MM kk = FFFF. μμ. rrrr /ssssssss Baskı Kuvveti ; Devreye almak için; FF kk = FFFF (ssssssss + μμμμμμμμμμ) Devrede Tutmak için; FF kk = FFFF SSSSSSαα Devreden çıkarmak için; FF kk = FFFF(ssssssαα μμccccccαα) şeklinde hesaplanır.

22 Kavramalarda Yük Altında Devreye Girme Hareketsiz duran makina parçasını hareketli bir mil ile harekete geçirmek bir an içinde olamaz. Bu bir işleme ve zamana bağlıdır. Bu işleme kavrama işlemi denir. Sürtünme yüzeyli çözülebilen kavramalarda iki eş yüzey arasında kayma kaçınılmaz olduğundan en büyük aşınma, ısınma ve zorlanma geçiş (devreye girme ve çıkma) dönemlerinde olur. Motor İş Makinası Kaplin / Kavrama I II

23 I mili ω 1 = sbt hızıyla ve M 1 momentiyle dönüyor. Açısal ivmesi ε 1, açısal yol ϕ 1, indirgenmiş kütlesel eylemsizlik momenti I m1 ve kütle momenti M m1 =I m1.ε 1 dir. II mili ise ω 2 hızında ve M 2 dönme momentiyle gösterilmiştir. Buna karşılık diğer büyüklükleri ise ε 2, ϕ 2, I m2 ve M m2 dir. M k (2. sistemde -M k ) kavramadan geçen momenti temsil eder. Başlangıçta durmakta olan II mili, kavramanın devreye girmesiyle dönmeye başlar. Mil sistemlerinin ayrı ayrı dengesinden; M 1 -M m1 -M k =0 ve M 2 +M m2 -M k =0 elde edilir. Herhangi bir t anında hız ifadesi; ω 1 =(M 1 -M k ) t / Im 1 ω 2 =(M k -M 2 ) t / Im 2 şeklinde elde edilir.

24 Devreye girme süresi: Genellikle biri ω 1 hızıyla dönerken diğeri durmakta olan (ω 2 = 0) iki sürtünme yüzeyinin ilk değmeye başladıkları andan itibaren ω 1 = ω 2 oluncaya kadar geçen t k süresine devreye girme süresi denir. 0-t 1 arasında döndürme momenti, kavrama momentine eşitlenir (M 1 = M k ). Bu sırada 2. mil dönmez (ω 2 = 0). Kavrama devreye girer ve t 1 -t 2 arasında 2. milin hızı artarken, 1. milin hızında düşüş olur ve t 2 sonunda iki milin hızı eşitlenir (ω 1 = ω 2 ).

25 Yine t 2 sonunda iki milin dönme momentleri eşit olur (M 1 = M 2 ). Son kısımda yani t 2 -t 3 aralığında ise birlikte dönen millerin hızları artarak t 3 sonunda başlangıçtaki ω 1 = sbt hızına erişir. Kayma sona erince (yani t=t k süresi sonunda) Δω=0 olacağından yukarıdaki bağıntıyı 0 a eşitleyerek devreye girme süresi bulunabilir. Bu durumda devreye girme süresi aşağıdaki şekilde hesaplanır. ωω 11 ωω 22 II mmmm II mmmm tt kk = MM kk II mmmm + II mmmm (MM 11 II mmmm + MM 22 II mmmm )

26 Devreye girme süresinin fiziksel anlamı olan pozitif bir değer çıkması için sağ tarafın paydası sıfırdan büyük olmalıdır. M k > M 1 I m2 + M 2 I m1 I m1 + I m2 Kavrama yüksüz durumda devreye giriyorsa M 1 =0; M 2 =0 alınabilir ve t=0 için ω 2 = 0, t=t k için ω 1 = ω 2 ve Δω=0 olacağından: ω 1 = ω 2 =M k t k / I m2 ve t k = I m2 ω 1 / M k eşitlikleri elde edilir.