Makine Mühendisliği Tasarımına Giriş

Transkript

1 Shigley s Mechanical Engineering Design Richard G. Budynas and J. Keith Nisbett Makine Mühendisliği Tasarımına Giriş Hazırlayan Doç. Dr. Mehmet Fırat Makine Mühendisliği Bölümü Sakarya Üniversitesi Doç. Dr. Mehmet Fırat 1

2 Makine Elemanlarının Tanımı Doç. Dr. Mehmet Fırat 2

3 Tanımlar Makine güç ileten, değiştiren veya biriktiren ve bu şekilde faydalı bir iş yapma kabiliyetine sahip bir teknik yapıdır. Makine Elemanları Bilimi, makineleri oluşturan elemanların konstrüksiyon, yani hesaplama ve şekillendirme prensiplerini inceleyen bilim dalıdır. Makine elemanları, farklı makinelerde, farklı boyutlara sahip olarak rastladığımız, temelde yapıları ve işlevleri aynı olan elemanlar olarak tanımlayabiliriz. Örneğin bir cıvata uçakta, dikiş makinesinde, torna tezgâhında, Saatlerde karşılaştığımız bir elemandır. Herhangi bir sistemin makine elemanı olabilmesi için şu şartlara sahip olması gerekir: Belirli bir fonksiyonu yerine getirmesi Başka bir sisteme bağlı olmadan kendine özgü, hesaplama ve şekillendirme prensiplerine sahip olması. Doç. Dr. Mehmet Fırat 3

4 Sınıflandırma Doç. Dr. Mehmet Fırat 4

5 Sınıflandırma A- Bağlama Elemanları: İki veya daha fazla elemanı birbirine veya makineları temele bağlayan elemanlardır. Bu gruba; kaynak, lehim, yapıştırma, perçin, cıvata, pim, perno, paralel kama, kamalı mil, kama, sıkı geçme, sıkma geçme ve konik geçme gibi elemanlar dahildir. B- Mekanik Enerji Biriktirme Elemanları: Belirli bir enerjiyi, şekil değiştirme ile biriktiren ve istenildiğinde geri veren elemanlardır. Bu gruba yaylar girmektedir. C- Taşıma Elemanları: Dişli çark, kasnak, volan gibi kısa silindirik (disk) şeklinde dönel elemanları taşıyan elemanlardır. Bu gruba miller ve akslar girmektedir. Ayrıca milleri, güç ve hareket elemanları grubuna da dahil edilebilmektedir. D- Destekleme Elemanları: Genellikle hareket halinde bulunan elemanları destekleyen elemanlardır. Bu grubu; kaymalı yataklar, yuvarlanmalı yataklar (rulmanlar) ve kızaklar oluşturur. E- İrtibat Elemanları: İki eleman arasında genellikle eksenel yönden irtibat sağlayan elemanlardır. Bu grupta kaplinler ve kavramalar yer alır. F- Güç ve Hareket İletim Elemanları: Makinanın esas fonksiyonunu yerine getiren ve makinanın güç kaynağından iş kısmına doğru enerji akışını sağlayan elemanlardır. Bu grubu; dişli çarklar, sürtünmeli çarklar, kayış-kasnak mekanizması, zincir mekanizması, cıvata mekanizması gibi elemanlar oluşturur. Doç. Dr. Mehmet Fırat 5

6 Sınıflandırma A- Bağlama Elemanları: İki veya daha fazla elemanı birbirine veya makineları temele bağlayan elemanlardır. Bu gruba; kaynak, lehim, yapıştırma, perçin, cıvata, pim, perno, paralel kama, kamalı mil, kama, sıkı geçme, sıkma geçme ve konik geçme gibi elemanlar dahildir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 6

7 Sınıflandırma B- Mekanik Enerji Biriktirme Elemanları: Belirli bir enerjiyi, şekil değiştirme ile biriktiren ve istenildiğinde geri veren elemanlardır. Bu gruba yaylar girmektedir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 7

8 Sınıflandırma C- Taşıma Elemanları: Dişli çark, kasnak, volan gibi kısa silindirik (disk) şeklinde dönel elemanları taşıyan elemanlardır. Bu gruba miller ve akslar girmektedir. Ayrıca milleri, güç ve hareket elemanları grubuna da dahil edilebilmektedir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 8

9 Sınıflandırma D- Destekleme Elemanları: Genellikle hareket halinde bulunan elemanları destekleyen elemanlardır. Bu grubu; kaymalı yataklar, yuvarlanmalı yataklar (rulmanlar) ve kızaklar oluşturur. Doç. Dr. Mehmet Fırat 9

10 Sınıflandırma Genelde ürün olarak adlandırdığımız herhangi bir makine veya makine elemanı, konstrüksiyon ve imalat denilen iki mühendislik faaliyetinin sonucu elde edilir. Konstrüksiyon; herhangi teknik bir sistemin ödevinin kesin olarak belirtilmesi, uygulanacak fiziksel prensiplerin saptanması, bu prensipleri sağlayan elemanların seçimi, bunların montaj ve parça resimlerinin hazırlanmasına kadar geçen bütün faaliyetleri kapsar. Bu durumda konstrüksiyonu, teorik modelin kurulması yani tasarım ve teorik modelin gerçekleştirilmesi yani şekillendirme olarak iki kısma ayırabiliriz. İmalat; ise konstrüksiyon sonucu elde edilen verilere dayanan ve bir ürünü yani makine veya makine elemanını somut olarak ortaya çıkaran işlemdir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 10

11 Shigley s Mechanical Engineering Design 9th Edition in SI units Richard G. Budynas and J. Keith Nisbett Bölüm Ana hatları Makine Mühendisliği Tasarımına Giriş 1-1 Tasarım 1-2 Makine Mühendisliği Tasarımı 1-3 Tasarım Proseslerinin Aşama ve Etkileşimleri 1-4 Tasarım Araçları ve Kaynakları 1-5 Tasarım Mühendisinin Profesyonel Sorumlulukları 1-6 Standartlar ve Yasal Düzenlemeler 1-7 Tasarım Ekonomisi 1-8 Güvenlik ve Ürün Sorumluluğu 1-9 Gerilme ve Dayanım 1-10 Belirsizlik 1-11 Tasarım Faktörü ve Emniyet Faktörü 1-12 Güvenilirlik 1-13 Ölçüler ve Toleranslar 1-14 Birimler 1-15 Hesaplamalar ve Anlamlı Basamaklar 1-16 Tasarım Konularının Etkileşimi 1-17 Güç aktarma örnek çalışması detayları Doç. Dr. Mehmet Fırat 11

12 Makine Mühendisliği Tasarımına Giriş Tasarım, birbiriyle etkileşimli bir çok aşaması bulunan ve bir çok kaynağın kullanımına dayanan yinelemeli bir prosestir. Bir çok bilgi kaynağı içerir. Sıklıkla hesaplamalı tasarım araçları kullanılır. Tasarım mühendisleri, alanlarında sadece geliştirme yeteneklerine ihtiyaç duymazlar fakat kendilerinde güçlü bir sorumluluk hissi ve profesyonel çalışma etiği bulundurmak zorundadırlar. Doç. Dr. Mehmet Fırat 12

13 Makine Mühendisliği Tasarımına Giriş Tasarım Nedir? Tasarım Belirtilen bir ihtiyaca yönelik bir plan oluşturmak veya Belirli bir problemi çözmek. Eğer herhangi bir şey oluşturmada plan sonuçları fiziksel bir gerçekliğe sahipse, ürün, fonksiyonel, güvenli, güvenilir, rekabet edebilen, kullanılabilir, üretilebilir ve pazarlanabilir olmalıdır. Bu nedenle, tasarım, yenilikçi ve oldukça yinelemeli bir prosestir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 13

14 Tasarım Nedir? Tasarım, aynı zamanda bir karar verme prosesidir. Kararlar, Çok az bilgiyle, nadiren doğru miktarda bilgiyle veya Kısmen çelişkili bilgiyle verilmek zorundadır. Kararlar bazı zamanlar tereddütle verilir, ancak bu arada, gerektiğinde belirsizlikler azaldıkça ayarlanabilen / güncellenebilen nitelik taşımaları gerekir. Buradaki esas nokta, mühendislik tasarımcısının karar verme ve problem çözme aşamalarında kişisel olarak rahat olmasıdır. Tasarım yoğun bir iletişim aktivitesidir. İletişim görsel, yazılı ya da sözel biçimde olabilmektedir. Mühendisler etkili bir biçimde iletişim kurabilmeli ve farklı disiplinlerdeki insanlarla çalışabilmelidir. Bunlar önemli yeteneklerdir ve bir mühendisin başarısı bunlara bağlıdır. Doç. Dr. Mehmet Fırat 14

15 Makine Mühendisliği Tasarımı Nedir? Makine mühendislerinin ilgilendiği konular, Enerji üretimi ve işlenmesi, Üretim yöntemlerinin sağlanması, taşıma araçları, otomasyon teknikleri. Yetenek ve bilgi tabanı geniş çaplıdır. Temel disiplinleri, Katı ve akışkanlar mekaniği, Kütle ve momentum taşınımı, Üretim prosesleri ve Elektronik ve bilgi teorileri. Makine mühendisliği tasarımı makine mühendisliğinin bütün disiplinlerini içerir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 15

16 Tasarım Proseslerinin Aşama ve Etkileşimleri İhtiyacın Belirlenmesi Başlangıçtan bitişe tasarım prosesi akışı kendini tekrarlayan bir iş akış şeklindedir. İhtiyacın belirlenmesi ve bu konuda neler yapılacağının karar verilmesi ile başlar. Birçok iterasyondan sonra, ihtiyacı karşılamak için belirlenen planın sunulması ile süreç sona erer. Bir takım tasarım aşamaları ürün ömrü süresince tekrar edilebilir. Problemin Tanımı Sentez Analizler ve Optimizasyon Değerlendirme İterasyon Çözüm Sunumu Doç. Dr. Mehmet Fırat 16

17 Tasarımda Dikkate Alınacak Hususlar Bazen, bir sistem içerisindeki bir eleman için ihtiyaç duyulan dayanım elemanın ölçü ve geometrisini belirlemede önemli bir faktördür. Dayanım önemli bir tasarım faktörüdür. Tasarım faktörü, bir elemanın belki de bütün sistemin tasarımını etkiler. Verilen bir tasarım durumu için genellikle tasarım faktörlerinin büyük çoğunluğu dikkate alınmalıdır. Doç. Dr. Mehmet Fırat 17

18 Tasarım Faktörleri İşlevsellik Dayanım / gerilme Şekil değişimi / Rijitlik Aşınma Korozyon Güvenlik Güvenilirlik Üretilebilirlik Fayda Maliyet Sürtünme Ağırlık Ömür Gürültü faktörü Sitil Geometri Boyut Kontrol Termal özellikler Yüzey Yağlama Pazarlanabilirlik Bakım Hacim Sorumluluk Yeniden üretilebilirlik / iyileştirilebilirlik Doç. Dr. Mehmet Fırat 18

19 Tasarım Araçları ve Kaynakları Bilgisayar Destekli Araçlar Bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı Bilgisayar destekli mühendislik (CAE) yazılımı Mühendislik dışı, bilgisayar destekli yazım ve çizelge düzenleme yazılımları Teknik Bilgi Toplama Kütüphaneler (halk, üniversite ve özel kütüphaneler), Mühendislik sözlük ve ansiklopedileri, Ders kitapları, kılavuzlar, makaleler, Çeviriler, teknik raporlar, patentler, ve firma katalogları. Devlet kaynakları. Savunma, ticaret, enerji ve ulaştırma kurumları. Profesyonel topluluklar. Makine Mühendisleri Odası, Türkiye Alüminyum Sanayicileri Derneği (TALSAD), Ulusal Kalıp Üreticileri Birliği, Türkiye Döküm Sanayicileri Derneği, Otomotiv Sanayii Derneği v.b. Kataloglar, teknik literatür, test verileri, örnekler ve maliyet bilgileri. İnternet. Doç. Dr. Mehmet Fırat 19

20 Tasarım Mühendisinin Profesyonel Sorumlulukları Genellikle, tasarım mühendisinden, Müşterinin isteğine cevap verebilmesi (yönetim, müşteri, tüketici vb.) ve bunu uzman bir bakış açısıyla, sorumlulukla, etik bir biçimde ve profesyonelce yapması beklenir. Mühendislik eğitimlerinin ve pratik uygulamaların çoğu işteki yetkinliğe odaklanır fakat mühendislik sorumluluğu ve profesyonelliği ne zaman başlar? Yola başarıyla başlamak için bu karakteristik özellikler eğitimin başında geliştirilmeye başlanılmalıdır. Profesyonel çalışma ahlakı ve proses becerileri mezuniyetten önce geliştirilmelidir, böylece iş hayatına başlanıldığında zorluklarla mücadeleye hazırlanılmış olunur. Doç. Dr. Mehmet Fırat 20

21 Tasarım Mühendisinin Profesyonel Sorumlulukları Burada iletişim becerileri oldukça önemli bir rol oynamaktadır. İletişim becerilerinin edinilmesi eğitim hayatı içerisinde başlamalıdır. Mühendislik yaşamındaki başarı büyük oranda mesleki yeterliliğe bağlıdır fakat fikirler iletişim yolu ile açık bir şekilde aktarılamazsa mesleki başarı sekteye uğrama tehlikesi ile karşılaşır. İletişim yetenekleri günlük aktivitelerin sıklıkla düzenli bir şekilde kayıt altına alınması ile (günlük v.b.) ilerletilebilir (Bir çok firma patent ve yükümlülükler için mühendislerden günlük rapor tutmalarını istemektedir). Her bir tasarım projesi için ayrı raporlar tutulmalıdır. Bir projeye ya da problem çözümüne başlanırken, rapor tutma sıklığı fazla olmalıdır. İyi bir kronoloji ile tutulmuş kayıtlar, sonraki dönemlerde verilen kararların açıklanabilmesini kolaylaştırır. Bir çok mühendislik öğrencisi mezuniyetten sonra kendilerini ürün ve proses tasarlayan, geliştiren, analiz eden kişiler olarak görürler, sözlü ve yazılı iletişimler ikinci plandadır. Fakat bu düşünce gerçekten oldukça uzaktır. Sıklıkla uygulama yapan mühendisler zamanlarının ciddi bir kısmını diğer insanlarla iletişime, teknik raporlar yazmaya ve mühendis ya da mühendislik dışı destek personeline sunumlar yapmaya ayırırlar. Bu nedenle iletişim becerilerinin eğitim hayatında geliştirilmesi, iletişimin iş hayatında öğrenilmesi için harcanacak zamanın önüne geçer. Doç. Dr. Mehmet Fırat 21

22 Tasarım Mühendisinin Profesyonel Sorumlulukları Bir tasarım problemi üzerinde çalışılırken, sistematik bir yaklaşımın geliştirilmesi önemlidir. Birbirini takip eden adımlara dikkat gösterilmesi, çözüm tekniğini organize etmede oldukça faydalı olmaktadır. Problemi anlamak. Problemin tanımı, mühendislik tasarım sürecinde büyük oranla en önemli adımdır. Problemi dikkatli okumak, anlamak ve problemi basitleştirmek önemlidir. Bilinenleri tanımlamak. Basitleştirilmiş problemden hangi bilgilerin bilindiği ve ilişkili olduğu tanımlanır. Bilinmeyenleri tanımlamak ve çözüm stratejisini formülüze etmek. Çözüme ulaşıncaya kadar hangi parametrelerin tanımlanması gerektiği sırasıyla belirlenmelidir. Bilinen ve bilinmeyen parametreler belirlenerek sistem taslağı oluşturulmalıdır. Çözüme ulaşmak için gerekli adımlar bir iş akış şeması şeklinde elde edilmelidir. Bu adımlar, serbest cisim diyagramlarına, malzeme özelliklerine ve denklemlere ihtiyaç duyabilir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 22

23 Tasarım Mühendisinin Profesyonel Sorumlulukları Kabulleri ve kararları belirlemek. Gerçek tasarım problemleri genellikle benzersiz, ideal ve kapalı formda çözümler içermez. Malzeme seçimi, uygulanacak ısıl işlem gibi seçimler karar vermeyi gerektirir. Analizler, sistemin gerçek parçalarını modellemekle ilgili kabullere ihtiyaç duyar. Bütün kabuller ve kararlar tanımlanmalı ve kayıt altına alınmalıdır. Problemi analiz etmek. Kabuller ve kararlarla bağlantılı olarak belirlenen çözüm stratejisi kullanılarak problemin analizi yapılmalıdır. Yazılım çözümleri, tablolar, kullanılan bütün denklemler v.b. belirlenmelidir. Çözümlerin güvenilirliği kontrol edilmelidir. Aynı zamanda önem sırası, doğruluk, eğilimler v.b. de kontrol edilmelidir. Çözümü değerlendirmek. Çözümdeki her adım değerlendirilmelidir. Verilen kararlar, kabuller ve yapılan uygulamalar çözümü negatif ya da pozitif yönde değiştirebilir. Uygun görülen pozitif değişikler final adımı için uygulanmalıdır. Çözümü sunmak. İletişim yeteneklerinin önemli olduğu kısımdır. Bu noktada, tasarımı gerçekleştiren kişi hem kendisini hem de teknik yeteneklerini aktarmaktadır. Eğer yapılan iş başarılı bir şekilde açıklanamazsa, yapılan iş anlaşılamaz ve reddedilebilir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 23

24 Standartlar ve Yasal Düzenlemeler Standart parçalar, malzemeler veya süreçler için belirlenen özellikler olarak adlandırılır. Değişmezlik, verim ve istenilen kalitede iş Standartların önemli amaçlarından birisi parça üretiminden, malzemeden veya prosesten kaynaklanan değişkenlikleri minimuma indirmektir. Yasal Düzenlemeler analizler, tasarım, üretim ve konstrüksiyon için belirlenen özellikler olarak adlandırılır. Yasal düzenlemelerin amacı belirlenen bir emniyet derecesi, verimlilik, performans ve kalite elde etmektir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 24

25 Tasarım Ekonomisi Tasarım proseslerinin karar aşamalarında maliyet oldukça önemli bir role sahiptir. Bütün tasarım konularında olduğu gibi maliyet faktörünün çalışılmasına da geniş zaman ayrılmaktadır. Burada birkaç genel durum ve basit kurallar verilmiştir. Malzeme ve işçilik, her geçen gün, genellikle artan bir maliyet göstermektedir. Otomasyona sahip makinalar ve robotlar nedeniyle malzeme işleme maliyetinin gün geçtikçe azalma eğilimi gösterdiği söylenebilir. Tek bir ürünün üretimi şehirden şehre ve firmadan firmaya değişim gösterir, çünkü Genel giderler, işçilik, vergiler ve nakliye farklılıkları mevcuttur ve Küçük miktarda zorunlu üretim değişiklikleri bulunmaktadır. Doç. Dr. Mehmet Fırat 25

26 Tasarım Ekonomisi Standart Boyutlar Standartların kullanımı ve stok boyutu maliyet kazancının ilk prensibidir. Örnek: Bir mühendis malzeme olarak 53mm 2 lik sıcak haddelenmiş AISI 1020 çeliğini tercih ediyor. Örneğin 53mm 2 ölçüsü 60mm 2 lik çubuğun haddelenmesi, talaş kaldırılması veya başka özel yöntemlerle elde edilebilir fakat bunların tamamı üretime maliyet eklemektedir. Standartların ya da istenilen ölçülerin belirlendiğinden emin olmak için tasarımcıların stok ve malzeme listesine erişiminin olması gerekmektedir. Tercih edilen boyutların seçimine dikkat edilmesi gerekmektedir. Bununla beraber kataloglarda geniş miktarda boyut mevcuttur fakat bu kataloglar kolay bulunamamaktadır. Stoklanmayan bazı boyutlar çok nadir kullanılırlar. Bu gibi boyutlar için talep edilen acil siparişler zaman ve maliyet kaybına neden olur. Doç. Dr. Mehmet Fırat 26

27 Tasarım Ekonomisi Geniş Toleranslar Tasarım parametrelerinin maliyete etkisine bakıldığında en belirgin olarak öne çıkan toleranslardır. Toleranslar, üretim prosesi ve yüzey işlemleri ürünün üretilebilirliğini birçok yönden etkilemektedir. Dar toleranslar prosese ilave adımlar eklenmesini gerektirmektedir ve ekonomik üretim yapılması zorlaşır. Toleranslar, ölçü değişkenliklerini ve yüzey pürüzlülüğünü ayrıca ısıl işlemlerden ya da diğer proseslerden kaynaklanan mekanik özelliklerdeki değişimi telafi eder. Parçalar geniş toleranslara sahip olursa tezgahlarda daha yüksek üretim oranı ile imal edilirler ve maliyet belirgin bir şekilde azalır. Doç. Dr. Mehmet Fırat 27

28 Tasarım Ekonomisi : Geniş Toleranslar % Maliyet Malzeme: Çelik Nominal tolerans (mm) Kaba işleme Yarı işleme Son işleme Zımpar alama Honlama İşleme Operasyonları Bir maliyet-tolerans/işleme prosesi eğrisi. Daha hassas işleme ile toleransların daralması sonucu üretim maliyetinin şiddetli bir biçimde arttığı gözlemlenmektedir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 28

29 Tasarım Ekonomisi Kesişim Noktaları İki veya daha fazla tasarım yaklaşımı maliyet açısından karşılaştırıldığında, bu yaklaşımlar arasında yapılacak tercih, üretim miktarı, montaj hatlarının hızı gibi durumlara bağlıdır. Burada bir noktada, karşılaştırma yapılan tasarım yaklaşımlarının aynı maliyette olduğu gözlemlenir. Bu noktaya kesişim noktası denilir. Kesişim noktası Otomatik vida makinesi Maliyet Manuel vida makinesi Üretim Doç. Dr. Mehmet Fırat 29

30 Güvenlik ve Ürün Sorumluluğu Eksiklikten doğan hasarlardan üretici sorumludur. Böyle durumlarda üreticinin eksiklik hakkında bilgisinin olması önemli değildir. Ürün sorumluluğunun sağlanması için en iyi yaklaşımlar şunlardır; Analiz ve tasarımda iyi mühendislik, Kalite kontrol ve Geniş kapsamlı test prosedürleri. Reklam yöneticileri genellikle ürünleri için iddialı sözler kullanırlar. Bu ifadeler, mühendisler tarafından aşırılık içeren kısımların çıkarılması için dikkatlice incelenmelidir ve ürünün kullanımı için gerekli uyarılar eklenmelidir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 30

31 Gerilme ve Dayanım Kritik noktalarda bir parçaya etkiyen maksimum gerilme o parçanın taşıyabileceği maksimum gerilmeden daha düşük olmalıdır. Bir çok ürünün devamlılığı tasarımcının bunu nasıl ayarladığına bağlıdır. Tasarımcı, belirsizliklere, hatalara karşı belirli bir toleransla parçaya düşen gerilmeyi, parça dayanımından daha az olacak şekilde ayarlamalıdır. Dayanım bir malzemenin ya da mekanik parçaların özelliğidir. Bir elemanın dayanımı Malzeme seçimine, Uygulanan işlemlere, Proseslere bağlıdır. Gerilmenin (S),bir parçanın doğal özelliği olduğu unutulmamalıdır. Bu özellik belirli malzeme ve proseslerin kullanılması ile parçaya aktarılır. Gerilme tipleri: S y : akma gerilmesi, S u : maks. Kopma gerilme, S sy : kayma akma gerilmesi ve S e : yorulma (dayanımı) gerilmesi Doç. Dr. Mehmet Fırat 31

32 Gerilme ve Dayanım Gerilme, bir parçadaki belirli bir noktanın durum özelliğidir. Gerilme, Yükün, Geometrinin, Sıcaklığın ve Üretim prosesinin bir fonksiyonudur. Malzeme mekaniğinde, gerilme, yük ile ilişkilidir ve tasarım geometrisi aynı zamanda termal (ısısal) gerilemeler acısından da irdelenmelidir. Bununla beraber, ısıl işlemlere,döküm prosesine, montaja v.b. bağlı gerilmeler de önemlidir fakat birçok durumda ihmal edilirler. Doç. Dr. Mehmet Fırat 32

33 Belirsizlik Makine tasarımında belirsizliğin sayısız kaynağı vardır. Gerilme ve dayanımı içeren bazı belirsizlik örnekleri; Malzeme kompozisyonunun özelliklere etkisi. Bölgeden bölgeye özelliklerin değişimi. Parça üzerindeki bölgesel proseslerin özelliklere etkisi. Kaynak ve sıkı geçme gibi montajların gerilme durumu üzerine etkisi. Termo-mekanik işlemlerin özelliklere etkisi. Yüklemenin yoğunluğu ve dağılımı. Sistemi temsil eden matematiksel modelin doğruluğu. Gerilme yığılmasının yoğunluğu. Gerilme ve geometri üzerine zamanın etkisi. Korozyonun etkisi. Aşınmanın etkisi v.b. Doç. Dr. Mehmet Fırat 33

34 Belirsizlik Belirsizlikleri tespit etmek için matematiksel metodlar mevcuttur. En önemli teknikler Deterministik yöntemler ve Stokastik yöntemler. Deterministik yöntemler kabul edilebilir maksimum parametrenin ve fonksiyon yitirme parametresinin mutlak belirsizliğine dayanan tasarım faktörünü belirler. Burada tasarım parametreleri yük, gerilme vb. olabilir. Tasarım faktörü n d şöyle tanımlanabilir: n d fonksiyon yitirme parametresi kabul edilebilir en büyük parametre Eğer parametre yük ise, kabul edilebilir en büyük parametre şuradan bulunabilir; Kabul edilebilir en büyük yük fonksiyon yitirme yükü n d Denklem (1-1) Denklem (1-2) Doç. Dr. Mehmet Fırat 34

35 Belirsizlik ÖRNEK: Bir yapıdaki maksimum yük % ±20 belirsizlikle bilinmektedir. Aynı zamanda hasara neden olacak kuvvet de % ±15 belirsizlikle bilinmektedir. Eğer yük 2000N değerinde hasara neden oluyorsa, tasarım faktörünü ve mutlak belirsizlikleri azaltan kabul edilebilir en büyük yükü bulunuz. ÇÖZÜM: Belirsizliği hesaplamak için, fonksiyon yitirme yükü 1/0.85 olacak şekilde arttırılırken kabul edilebilir en büyük yük 1/1.2 olacak şekilde azaltılmalıdır. Böylelikle mutlak belirsizlikleri azaltmak için tasarım faktörü Denklem (1-1) den n d 1/ / Denklem (1-2) den, kabul edilebilir en büyük yük şu şekilde bulunabilir; Kabul edilebilir en büyük yük N Doç. Dr. Mehmet Fırat 35

36 Güvenilirlik Tasarımcı ve üretici için ürünlerinin güvenilirliğini bilmek oldukça önemlidir. Tasarım için güvenilirlik yöntemi, gerilme ve dayanım dağılımlarının kabul edilebilir bir oranda tutulmasıdır. Bir mekanik elemanın kullanım sırasında hasara uğramayacağı olasılığının istatistiksel ölçümüne o elemanın güvenilirliği denilir ve R ile gösterilir. R = 1- P f 0 < R < 1.0 Burada P f, hasar olasılığıdır. Hasar örneklerinin sayısının, uygun örnek sayısına oranıdır. Örneğin R = 0.90 güvenilirliği, parçanın %90 oranında hasara uğramadan çalışacağını gösterir. İyi istatistiksel veri ve tahminlerle kabul edilebilir gerçekçi analizler yapmak mümkündür. Bu proses başarılı testler ve düzgün veri dağılımına ihtiyaç duyar. Bir çok durumda bu prosesler çok pratik değildir ve deterministik yöntemler kullanılır. Doç. Dr. Mehmet Fırat 36

37 Ölçüler ve Toleranslar Ölçülendirmede genellikle kullanılan terimler, Nominal ölçü. İki sınır değerini tarif etmek için esas alınan referans boyuttur. Boyut sınırları. Parçanın müsaade edilen en büyük ve en küçük boyutudur. Tolerans. En büyük ve en küçük boyut arasındaki farktır. İki taraflı tolerans. En büyük ve en küçük boyutların ana ölçüyle arasındaki farklardır. Ana ölçü iki limit arasındadır örneğin, ± mm. (+) ve (-) toleranslar eşit olmak zorunda değildir.. Tek taraflı tolerance. Ana ölçü ile limitlerden birisi arasındaki farktır ve fark (+) ya da (-) yönlerden birisinde verilir. Örneğin, Boşluk. Cıvata ve delik gibi silindirik parçaları ilişkilendirmede kullanılan genel bir tanımdır. Boşluk ifadesi yalnızca iç elemanın dış elemandan küçük olduğu durumlarda kullanılır. Çapsal boşluk. İki ölçü arasındaki farktır. Radyal boşluk. İki radyüs arasındaki farktır. Doç. Dr. Mehmet Fırat 37

38 Ölçüler ve Toleranslar ÖRNEK: Kademeli bir mil kademe üzerinde somundan önce yerleştirilmiş üç adet içi boş silindirik parçayı birleştirmektedir. w boşluğu 0.003mm ye eşit ya da daha fazla olmalıdır. Sistemin montajı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Ölçüler ve toleranslar şu şekildedir: a = ± mm b = ± mm c = ± mm d = ± mm d ölçüsüne sahip parça hariç bütün parçalar desteklidir. d ölçüsüne sahip parça el ile üretilmiştir. (a) w boşluğunun ölçüsünü ve toleransını tahmin ediniz. (b) w 0.003mm şartını sağlayan d ölçüsü nedir? Doç. Dr. Mehmet Fırat 38

39 Ölçüler ve Toleranslar ÇÖZÜM: (a) w parametresinin ölçüsü; w a b c d mm Eşit çift taraflı tolerans için, boşluğun (w) toleransı t w t mm all Sonra, w=0.005 ± mm ise w w max min w t w t w w mm mm Böylelikle, hem boşluklu geçme hemde sıkı geçme durumu ortaya çıkabilir. (b) eğer w min = milimetre ise, w w min t w mm Böylelikle, d a b c w mm olarak bulunur. Doç. Dr. Mehmet Fırat 39

40 Birimler Tanım : Sembolik birimlerde, Newton un ikinci hareket kanunu, F=ma F=MLT -2 burada F; kuvvet, M; kütle, L; uzunluk ve T; zamanı temsil eder.. Bu terimlerden herhangi üçü için seçilen birimlere temel birimler denilir. Kalan dördüncü birime türetilmiş birim denilir. Kuvvet, uzunluk ve zaman temel birim olarak, kütle türetilmiş birim olarak seçilirse bu sisteme yerçekimsel birim sistemi denilir. Kütle, uzunluk ve zaman temel birim olarak, kuvvet türetilmiş birim olarak seçilirse bu sisteme mutlak birim sistemi denilir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 40

41 Birimler Amerikan foot-pound-second birim sistemi (fps) ve inch-pound-second birim sistemi (ips) mühendislerin sıklıkla kullandığı birim sistemleridir. Fps birim sisteminde kütlenin birimi; M FT L 2 (pound force)(saniye) (foot) 2 lbf.s 2 / ft slug Fps sisteminde kuvvet birimi pound dur. (genellikle bu birim lbf ya da lb olarak kullanılır). Mühendislikte 1000 lbf yi 1 kilopound olarak almak kullanışlıdır ve kısaltması kip olarak gösterilir. Not: Fps sisteminde; kütlenin birimi slug tır. Slug için bir kısaltma mevcut değildir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 41

42 Birimler The SI birim sistemi (Système international d'unités ) uluslararası birim sistemidir. Bu sistem bilimde ve teknolojide kullanılmak üzere önerilmiştir. SI Birim Sistemi'nin genel kabulü, teknik iletişimi kolaylaştırmaya yöneliktir. SI sisteminde kütlenin birimi FT M L 2 (newton)(saniye) (metre) 2 Ns 2 / m kg Bir cismin ağırlığı o cisme etki eden yerçekimi kuvvetidir. Ağırlık W ile, yerçekimi ivmesi g ile gösterilirse, W mg SI biriminde, standart yerçekimi katsayısı veya yaklaşık 9.81 m/s dir. Böylece 1kg kütlenin ağırlığı, W (1kg)(9.81m / s 2 ) 9.81N Doç. Dr. Mehmet Fırat 42

43 Fiziksel Nicelik Kütle Işık şiddeti Sıcaklık Akım Madde miktarı Uzunluk Zaman SI TEMEL BİRİMLER Birim Kilogram Candela Kelvin Amper Mol Metre Saniye Sembol kg cd K A Mol M s Doç. Dr. Mehmet Fırat 43

44 Hesaplamalar ve Anlamlı Basamaklar Reel sayıların hassasiyeti anlamlı basamakların sayısına bağlıdır. Mühendislik hesaplama hassasiyeti için genellikle üç ya da dört adet anlamlı basamak bulunmalıdır. Aksi bir durum belirtilmedikçe, üç adet anlamlı basamaktan daha düşük hassasiyet kullanılmamalıdır. Örnekler 230 rakamı 3 anlamlı basamaktan oluşmaktadır. 4 anlamlı basamakla gösterilmek istenilirse => anlamlı basamakla gösterilmek istenilirse => rakamı 5 anlamlı basamaktan oluşmaktadır. 3 anlamlı basamakla gösterilmek istenilirse => 23.0e3 6 anlamlı basamakla gösterilmek istenilirse => ya da e5 Doç. Dr. Mehmet Fırat 44

45 Hesaplamalar ve Anlamlı Basamaklar Bir sayı, hesaplaması için kullanılan en küçük anlamlı basamak sayısından daha fazla sayıda anlamlı basamakla gösterilmemelidir. Örneğin, çapı d=0.40 mm olan bir milin çevresi hesaplanmak isteniyor. Çevre C=πd olarak verilmiş olsun. d çapı iki anlamlı basamak ile verildiğinden, C iki anlamlı basamakla ifade edilmelidir. π için iki anlamlı basamak kullanılırsa çevre; C=3.1(0.40)=1.24mm olacaktır. Bu ifade iki anlamlı basamağa yuvarlanırsa 1.2mm olarak bulunur. Bununla beraber, π= olarak kullanılırsa çevre; C= (0.40)= mm olarak bulunur. Bu ifade de iki anlamlı basamağa yuvarlanırsa C=1.3 mm olur ki bu sonuç ilk sonuçtan %8 daha fazladır. d çapı iki anlamlı basamak ile verildiğinden, d çapının 0.40 ± aralığında olduğu anlaşılmaktadır. Bunun anlamı çevre (C) hesabı yalnızca ± 0.005/0.40 = ± = % ± 1.25 hassasiyetindedir. Hesaplamalar bir seri şeklinde olabilir ve her hesaplamayı ayrı ayrı yuvarlamak hassasiyeti düşürür. Bu nedenle, mühendislik hesaplamaları mümkün olan en hassas şekilde yapılmalıdır ve sonuçlar hesaplarda kullanılan rakamlarla aynı hassasiyette verilmelidir. Doç. Dr. Mehmet Fırat 45