Mekanizma Tekniğinde Temel Kavramlar

Transkript

1 Mekanizma Tekniğinde Temel Kavramlar Sezcan Yılmaz Mekanizma Tekniği eğitimi Mekanizma Tekniğieğitimi ile makineleri oluşturan bileşenlerin çalışmaları esnasında yaptıkları hareketlerin sistematik olarak incelenebilmesi için ihtiyaç duyulan temel kuralların gösterilmesi amaçlanmaktadır. Mekanizmalar makine tasarımının ana unsurlarıdır. Öğrenme Bloomsınıflandırmasına göre öğrenme bilgi sahibi olmakla başlar, kavrama, uygulama, analiz ve sentezle devam ederek en son değerlendirme kabiliyetinin kazanılması ile sona erer. Bu ders kapsamında amaç öğrencilerin bir mekanizmanın tasarımı için analiz ve sentez yapabilecek seviyeye gelmelerini sağlamaktır. Tasarım Bazı durumlarda, bir mekanizmanın sentezinde doğru hareket en önemli kriter olabilir. Bu durumda iletilen güç (kuvvet) küçüktür ve parçaların mukavemet/boyut özellikleri endişe yaratmayabilir. Ancak diğer durumlarda, kinematik analiz tasarımda sadece bir adımı oluşturur. Parçaların birbirine göre hareketleri ortaya konduktan sonra, bu sırada oluşan kuvvetlerin de hesaplanması gerekir. Ancak bu sayede, gerekli mukavemet/boyut şartlarının tespiti mümkün olacaktır. 1

2 Mekanik Sistemlerin Tasarım Mühendislik Mekaniği olarak gruplandırılan konuları kapsayan kavramsal tasarımla başlanır Makine elemanları tasarımı olarak adlandırılan detay tasarımla devam eder Tasarlanan makinenin elemanların detay resimlerinin oluşturulması ile sonlandırılarak imalat aşamasına geçilmektedir. Mekanizmalar makine tasarımının ana unsurlarıdır Silecek Tasarımı Örneği Uygun hareketin tespit edilmesi için: Görüş açısı Tandem veya zıt Silme açısı Mafsal konumları Sileceklerin zamanlaması Silme hızı Sisteme etkiyen kuvvetler Makine nedir? Mekanizmalar makine tasarımının ana unsurlarıdır İşlevlerine Göre Makineler Makine, herhangi bir enerji kaynağından beslenerek iş yapabilen dinamik bir sistem olarak tanımlanabilir. Makineleri yapılarına göre temel olarak, Mekanik makineler Isı makineleri Elektrik makineleri Elektronik makineleri olarak gruplandırmak mümkündür. Ancak katı bir gruplandırma yapmak çoğu zaman mümkün olmamaktadır. Örneğin robotlar, hem mekanik, hem elektriksel hem de elektronik bileşenler içermektedir. Enerji makineleri: Motor, jeneretör, türbin v.b. İletme makineleri: Vinç, kren, asansör, konveyör, robot, otomobil, lokomotif, uçak, gemi v.b. İmalat makineleri: Takım tezgahları, tekstil makineleri, pres v.b. Elektronik makineler: Bilgisayar, otomatik kontrol sistemleri v.b. Tarım makineleri: Biçerdöver, tohum ekici v.b. Diğer makineler: çamaşır makinesi, otopark bariyerleri, otomatik kapılar v.b. 2

3 Mekanizma Mekanizma, herhangi bir kaynaktan giriş elemanına uygulanan hareket ve kuvveti belirli bir fonksiyonu yerine getirmek üzere çıkış elemanına iletmek üzere birbirine boşluksuz olarak mafsallanmış rijit cisimlerden oluşturulmuş bir sistem olarak tanımlanabilir. Otomasyon ve kontrol ekipmanları Alıp-yerleştiren robotlar ve mekanizmalar Kaynak ve boyama robotları Montaj robotları ve mekanizmaları Konveyör sistemleri Fikstürler Mobil robotlar Otomotiv: Süspansiyon mekanizmaları ve CV mafsallar Yönlendirme mekanizmaları Diferansiyel & vites (dişli, planet dişli) mekanizmaları Eksantrik (kam) mili, krank-biyel mekanizması Zamanlama zinciri, kayış-kasnak mekanizması Motor kapağı, Bagaj ve kapı mekanizmaları Silecek ve cam açma mekanizması Üstü açılan araç (konvertibl) mekanizması Kriko, Anten Römork sistemleri Tüketici Elektroniği: Dijital kameralar/fotoğraf makineleri CD/DVD oynatıcılar Steady, Jimmy-Jeep & sky cams Bilgisayar CD-ROM ve HD mekanizmaları Ofis Ekipmanları: Fotokopi, yazıcı, faks, tarayıcı, kağıt öğütücü vs 3

4 Ağır makineler: Uçak kontrol, iniş, merdiven, koltuk vs mekanizmaları Lunapark mekanizmaları Tarım makineleri Çöp kamyonları (alma, sıkıştırma ve boşaltma mekanizmaları) İnşaat makineleri (ekskavatör, vinç vs) Ev cihazları ve mobilya sektörü: Fırın, bulaşık makinesi, buzdolabı vsgibi cihaz ve dolap kapak mekanizmaları Çamaşır/bulaşık makinesi zamanlayıcı kam mekanizmaları Konserve ve şarap açacağı Katlanır ütü masası, çamaşırlık, masa, sandalyeler ve çekyat/kanepe Spor ekipmanları: Bisiklet & motosiklet süspansiyonu Bisiklet frenleri ve vites mekanizmaları Kondüsyon/Fitness alet ve cihazları Aletler: Kerpeten, pense, makas, ayarlı anahtar, mengene vs Çizim masası Bahçe aletleri (budama & çim biçme makineleri vs) 4

5 Oyuncaklar ve bebek araçları: Salıncak vs Katlanır mama vssandalyesi Oyuncak mekanizmaları (köpek, robot, transformer vs) Bebek arabası Kinematik Kinematik, mekanizmalarda harekete neden olan veya sonucunda meydana gelen kuvvetlere bakılmaksızın, hareketin sadece yörünge, hız ve ivme bakımından incelenmesidir. Kinematik analiz, yapısal ve boyutsal olarak bilinen mekanizmaların hareket özelliklerinin belirlenmesi çalışmalarıdır. Kinematik sentez, tipi belirlenmiş olan bir mekanizmanın kendisinden beklenen hareket özelliklerini gerçekleştirebilmesini sağlayacak şekilde boyutlandırılması çalışmalarıdır. Kinetik Kinetik, mekanizmaların hareket esnasında üzerine etkiyen (etki kuvveti, sürtünme v.b.) ve elemanların hareketi neticesinde meydana gelen kuvvetlere (atalet, merkezkaç, Coriolisv.b.) göre analiz edilmesidir. Harekete bakılmaksızın mekanizmayı oluşturan elemanlara etkiyen kuvvetler neticesinde eleman üzerinde meydana gelecek olan gerilme, burulma v.b. etkilerin incelenmesine mukavemet analizi denir. Uzuv ve Kinematik Eleman Uzuv, iki veya daha fazla sayıda kinematik elemanı üzerinde bulunduran rijitcisimdir. Kinematik eleman, iki uzvun birbirine bağlanarak bu uzuvların uzaydaki serbest hareketlerinden istenilenlerin kısıtlanmasına olanak veren yapılardır. İki uzvun kinematik elemanlarının birbirine bağlanması sonucu oluşan yapı kinematik çiftyada mafsalolarak isimlendirilmektedir. 5

6 Genel Kavramlar Kinematik diyagram İki kinematik elemanlı uzuv Üç kinematik elemanlı uzuv Dört kinematik elemanlı uzuv Kinematik eleman Kinematik çift (mafsal) İkili uzuv Üçlü uzuv Dörtlü uzuv zeminde 2-DOF mafsal (yüksek eleman çifti) Hareketli döner mafsal Sabitlenmiş döner mafsal Hareketli kayar mafsal Zeminde ötelenen mafsal Hareketli 2- DOF mafsal Örnek Kinematik diyagramlarda sembolik kullanım Kinematik diyagramlarda sembolik kullanım 6

7 Kinematik çift (mafsal) Kinematik çiftlerin sınıflandırılması Açık kinematik çiftler: mekanizmanın hareketi boyunca kinematik çift belirli konumlarda hareket/kuvvet iletimi yapıyorken diğer konumlarda yapmamaktadır. Kapalı kinematik çiftler: her konumda hareket/kuvvet iletimi yapacak şekilde oluşturulmuş yapılardır. Kinematik çiftlerin sınıflandırılması Kapalı kinematik çiftler: her konumda hareket/kuvvet iletimi yapacak şekilde oluşturulmuş yapılardır. Kuvvet kapalı: mafsal şeklinden dolayı uzuv konumlarının tümünde kuvvet/hareket iletimi gerçekleştirmektedir. Şekil kapalı: mafsalın kuvvet hareket iletimini gerçekleştirebilmesi için mafsala belirli bir yönde ve şiddette kuvvet uygulanması zorunludur. Kapalı kinematik çiftlerin sınıflandırılması Basit kinematik çiftler: kinematik iki elemanın birbirlerine yüzeysel olarak temas etmeleri ile sadece bir eksende harekete izin veren yapılardır. Yüksek kinematik çiftler: kinematik elemanlar birbirlerine çizgisel yada noktasal olarak temas etmekte olup iki veya daha fazla eksende harekete izin veren yapılardır. 7

8 İki veya daha fazla uzvun bağlanarak göreceli hareket oluşturması Örnek: Dört-kol mekanizması 4-çubuk-şelilli uzuv ve 4-döner mafsaldan oluşur Bağlayan (hareket aktaran) uzuv Input (motor) Uzvu Mafsal (elemançifti) Gövde (Sabit Uzuv) Gövde genellikle ayrı bir uzuv gibi gösterilmez Output Uzvu 29 + = + Mekanizma terminolojisi Mekanizma (Linkage) Uzuv (Link) Gövde (Frame) Mafsal /Eleman çifti Adi eleman çifti (Primary joint) Döner mafsal Kayar mafsal Yüksek eleman çifti(half joint) Dönme ve kayma birlikte Kam & dişlilerdeki eleman çiftleri 30 Mekanizma terminolojisi devam Basit uzuv İki mafsal içeren rijitbir cisim Kompleks uzuv İkiden fazla sayıda mafsala sahip rijitbir cisim Kuvvet ve şekil kapalı eleman çiftleri

9 KİNEMATİK DİYAGRAMLAR hareketin geometrisini gösteren basitleştirilmiş (ama doğru) diyagramlar KİNEMATİK DİYAGRAMLAR hareketin geometrisini gösteren basitleştirilmiş (ama doğru) diyagramlar Arka silecek (Rear-window wiper) Mekanik pres Manüel su-pompası (Manual water-pump) Pense (vise grips) KİNEMATİK DİYAGRAMLAR hareketin geometrisini gösteren basitleştirilmiş (ama doğru) diyagramlar Kenet (Toggle clamp) KİNEMATİK DİYAGRAMLAR hareketin geometrisini gösteren basitleştirilmiş (ama doğru) diyagramlar Kesme presi (Shear press) Teneke kutu ezici (Can crasher) Kriko (Lift table)

10 KİNEMATİK DİYAGRAMLAR hareketin geometrisini gösteren basitleştirilmiş (ama doğru) diyagramlar Kepçe (Excavator) Kepçe Fren (Brake) Kutu kapaklarını kapatan mekanizma 6-kollu prostetik diz mekanizması Krank-biyel mekanizması 1.uzuv gövde/ referans 2.uzuv krank (crank) 3.uzuv biyel (con-rod) 4.uzuv kayar eleman / piston (slider) 39 10