14-15 EKİM 1999 KONYA

Transkript

1 MAKİNA-İMALAT TEKNOLOJİLERİ SEMPOZYUMU BİLDİRİLER KİTABI Editör: Y. Doç. Dr. Mete KALYONCU MMO Yayın No: EKİM 1999 KONYA

2 tmmob makina mühendisleri odası Sümer Sokak. No: 36/1-A Demirtepe, ANKARA Tel : (0.312) Fax : (0.312) e-posta: mmo@mmo.org.tr MMO Yayın No :228 ISBN : Bu yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odasi'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO 'nun izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alıntı yapılabilir. KAPAK TASARIMI : Y. Doç. Dr. Mete KALYONCU DİZGİ : TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI KONYA ŞUBESİ BASKI : HÜNER-İŞ MATBAACILIK - KONYA Tel: (332)

3 Makina-lmalaî Teknolojileri Sempozyumu, Ekim 1999, KONYA DİŞLİ ÇARK MEKANİZMALARININ BİLGİSAYAR YARDIMIYLA BOYUTLANDIRILMASI Kadir Çavdar 1, Fatih Karpat 2 'Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Bursa TÜRKİYE Tel: E-Posta: cavdar@uludag.edu.tr 2 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Bursa TÜRKİYE Tel: E-Posta: karpat@uludag.edu.tr Özet- Bu çalışmada, düz ve helisel dişli çark mekanizmalarının boyutlandınlması için hazırlanmış h bilgisayar programı tanıtılmaktadır. Program, DİN normuna uygun, genel kabul görmüş bir dişli çark hesap yöntemini kullanarak, tasarımcı ile etkileşimli şekilde çalışmakta ve mekanizmanın sürekli mukavemc! hesaplarının kısa zamanda yapılabilmesine imkan vermektedir. Böylece dişli çark tasarımlarında olabilecek hesap hataları da engellenmektedir. Aynca programda dişli çark tasarımı ve imalatı konusunda teorik ve pratil bilgiler de yer almaktadır. Delphi programlama dili kullanılarak yazılmış olan program kodu Windows işletim sistemi altınd ; çalışmaktadır. Görsel olarak da tasarımcının kullanım kolaylığı sağlanmıştır. Bu bilgisayar programımı! tasarımcılara büyük zaman tasarrufu sağlayacağı düşünülmektedir. Anahtar sözcükler: Makine elemanları, dişli çark hesaplan, konstrüksiyon, bilgisayar destekli tasarım. 1. KONSTRÜKSİYON İŞLEMİ Konstrüksiyon işlemi; mühendisin temel birimlere mühendislik bilgi ve deneyimlerine dayanarak kendisine sorulan teknik bir probleme bir makine veya onun parçası biçiminde -genel olarak bir teknik yapıt biçiminekçözüm bulabilmek için ortaya koyduğu yaratıcı zihinsel faaliyetlerin tümüdür [1]. Konstrüksiyon süreci, konstrüktörün kendinden istenenlere bağlı olarak çözüm önerilerini ortaya kovnıas olduğundan fonksiyonun karmaşıklık derecesine göre konstrüksiyonda da kapsam ve karmaşa açışındır; farklılık olacaktır. Bir makine elemanının konstrüksiyonu da her konstrüksiyon işleminde olduğu gibi çeşitli evrelerden geçere 1- yapılır. Elemanlardan beklenenler, elemanın fonksiyonu vs. gibi özellikler konstrüksiyonun kapsamını belirle r Çok kapsamlı hesaplar hem zaman hem de maliyet açısından konstrüksiyonu etkiler. Bu nedenle makin elemanlarının konstrüksiyonu için kolay kullanımlı yaklaşım hesapları geliştirilmiştir. Uzun yıllardır kullanın I alanı bulan bu yaklaşımların güvenirliliği kanıtlanmış olup ayrıca standartlarda da bu tescillenmiştir. Günümüzde oldukça popüler olan bilgisayar destekli tasarım, analiz ve optimazyon yöntemlerinin yannu;;, halen bu yaklaşımlar pratik, hızlı ve doğru sonuçlarıyla kullanılmaktadırlar. Bu yayında da bu yaklaşımlar h kullanıldığı bir bilgisayar programı hazırlanmıştır. Düz ve helisel dişli çarkları için geliştirilmiş olan bilgisayar programı sonraki bölümlerde tanıtılacaktır. 2. DÜZ VE HELİSEL DİŞLİ ÇARK HESAPLAALVLARI Dişli çarklar yaklaşık iki bin yıldır bilinen makine elemanlarıdır. Günümüzde değişik boyut, malzeme ve türdeki dişli çarklarla hemen her makine de karşılaşmak mümkündür. -60-

4 Sağ yan yüzey Yuvarlanma silindiri Taban" Taksimat W Şekil 1. Dişli Çarkın Geometrik Boyutları ; 'ı çaklar; aralannda bir kayma olmadan, iki mil arasında kuvvet ve hareket ileten elemanlardır. Eş çalışan i: i dişli çarktan meydana gelen sisteme dişli çark mekanizması denir [2]. h I i»ark mekanizması hesaplan hem geometri hem de mukavemet açısından birbiri ile uyumlu olmalıdır. Bu tenle dişli çark hesaplan karmaşık olmasının yanında birçok faktörün deneme yoluyla tekrar tekrar.kg i sürümesinin gerekliliği gibi zorluklara sahiptir. Bu nedenle sıklıkla hatalı sonuçlara ulaşılması veya Hesapların çok uzun sürmesi gibi sonuçlarla karşılaşılır. > I Biıü Çarkların Geometrik Hesaplamaları uişlı çark geometrisini belirleyen boyutlar (Şekil 1.) ve oranlann hesabında basit bağıntılar kullanılır. E.; jhcmli karakteristik sayılardan biri olan mekanizmanın çevrim oranı: ı ıiı.' 112 ^ a>ı/o)? = d;/di (1) ıijiiıiı:>ı;>la bulunur. Burada n, co, d sırasıyla çarkın devir sayısı (dev/dak), açısal hızı ve taksimat dairesi çar: olup 1 \ c 2 indisi sırasıyla giriş ve çıkış kademelerini ifade eder. Oişli t.ırkı karakterize eden boyutlardan en önemlisi taksimat dairesi (do), taksimat (p), diş sayısı (z).nûdükliir. Taksimat dairesi: do=(p/jt)z (2).,:ıgınh:,ı ile hesaplanır. Buradaki (p/71) değeri (m) harfi ile gösterilir ve dişli çarkın modülü olarak bilinir. Modül değeri keyfi alınamaz, standartlaştınlmıştır. i uksinuıt (p) içerisinde bir tane diş kalınlığı (So) ve bir tane diş boşluğu (eo) bulunur. ı./işli jmofıllcrinin oluşturulmasında kullanılan takımlar standartlaştırılmıştır. Bu takımların diş başı tepe açılan 10 derecedir. Ülkemizde de kabul gören bu değer referans profilinin yan yüzey eğim açısı olup aynı zamanda kavrama açısına da eşittir, değeri 20 derecedir (Şekil 2.)

5 j» P * TC iti \ profil Profil Referans çizgisi 0 I Fbydalanıton yon yüzey Referans profil OIN 867 Şekil 2. Dişli Çark İmalatında Kullanılan Kremayer Mekanizmanın Referans Profili Bir dişli çarkın ana boyutları ve aralarındaki bağıntılar şöyle tanımlanabilir: Dış sayısı Modül Diş başı yüksekliği Diş başı dairesi çapı Taban yüksekliği Diş başı boşluğu Taban dairesi çapı Temel dairesi çapı Z = (7l/do)/ P m = p / TI 1I4 " nı d a = do + 2 h» ± 2xm hf= m + Sic = 1,2 m s k (~0,2m) df=do-2 hf±2xm dg= do. cos oto (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) Burada x profil kaydırma oranı olup profil kaydırma işleminin pozitif veya negatif olmasına göre bağlantılardaki işaret değişir. Boyutların dışında moment nakli sırasında temasta olan diş sayısı olarak tanımlayabileceğimiz, mekanizmanın kavrama oranı (E) da hareketin sürekliliğinin belirlenmesinde önemli bir kriterdir. Kavrama oram: p cos a 0 - r/ 2 - a sin a w (11) bağıntısıyla hesaplanır. Burada; o» işletme kavrama açısıdır. Kavrama oranının 1,25' ten büyük olması arzu edilen bir durumdur. Helisel dişlilerde helis sayesinde kazanılan adım (atlama e sp ) kavrama oram da bu değere eklenir ve daha büyük kavrama oram değerlerine böylece ulaşılabilir: (Pt alın düzlemdeki taksimat). (12) Mekanizmanın eksenler arası mesafe değeri de diş sayılan ve modüle bağlı olarak: a o =(m/2)(z, +z 3 ) (13) bağıntısıyla hesaplanır. -62-

6 Bunların dışında diş dibi kesilmesinin olmaması, istenen eksenler arası mesafenin sağlanması için profil kaydırma miktannın seçimi gibi konularda hesaplamalarda kontrol edilir. 2.2 Mukavemet Hesaplan Dişli çarklar, iletmeleri gereken dönme momentinden dolayı etkiyen çevresel kuvvetlerin dışında işletme şartlanndan, imalat ve konstrüksiyon özelliklerinden doğan bazı ek dinamik kuvvetler tarafından da zorlanırlar. Dişli çark mekanizmasının bağlandığı tahrik ve iş makinesi, aradaki mekanizmanın çalışma karakteristikleri, hareket ettirilen kütleler, millerin yataklanması, dişli kutusunun rijitliği, dişlilerin kalitesi vb. Konstrüksiyon ve imalat özelliklerinden doğan ek dinamik kuvvetleri oluşturur. Hesaplarda tüm bu kuvvetlerin dikkate alınmasının gerekliliğinin yanı sıra bunlann kesin hesaplannın zorluğu çoğu deneylerden elde edilmiş çeşitli katsayıların kullanılmasını zorunlu kılar. Dişli çark mukavemet hesaplan iki temele dayanır: İlk olarak dişe etkiyen kuvvetin diş dibinde oluşturduğu eğilme gerilmesi ve ardından dişli yan yüzeylerinde oluşan bası gerilmeleri açısından mukavemet hesaplan yapılır. Bulunan değerler dişli malzemesine göre bilinen malzemenin mukavemet değerleriyle karşılaştınlır. Hızlı bir hesap için sadece çarklann modüllerinin hesabım yapmak genelde tercih edilir. Emniyetli şekilde bulunan modül değeriyle çarkın dişlerinin yan yüzeyinin ezilmeyeceği ve aynı zamanda eğilme gerilmesi nedeniyle dişlerin dipten kesilmeyeceği garanti altına alınmış olur. Aynca uygulamalar göstermiştir ki dişli malzemesinin kınlgan ve yumuşak olmasına göre sırasıyla diş gibi veya yan yüzey mukavemet hesaplannın sadece küçük dişli için yapılması ve modül değerinin seçilmesi yeterli olacaktır. Modül değeri diş dibi mukavemetinin sağlanması açısından: (14) : Helis açısı, b: Dişli genişliği, a e era : Dişli malzemesinin eğilme emniyeti. bağıntısıyla hesaplanır. Bu bağıntının dışında konstrüktif olarak bazı tavsiyelerde şöyle sıralanabilir: - Çevrim oram tek kademeli mekanizmada en çok 8, iki kademede 45, üç kademelide 200 olabilir. İki kademeli mekanizmada ilk kademenin çevrim oram i r = 1,25 v/ olmalıdır. - Pinyon (küçük tahı :.) dişlisinin diş sayısının alt sının teorik olarak 17'dir. Ancak bu değer 14'e kadar düşürülebilir. Boyut açısından bir sınırlama yoksa arasında bir seçim uygundur. Yan yüzey mukavemeti açısından modül değeri: / + 1 M d cos 2 /3(Z H Z M y TT Z~ Z H : Yan yüzey form faktörü, Z M : Malzeme faktörü, a bem : Dişli malzemesinin bası emniyeti, bağıntısıyla hesaplanır. 3. HAZIRLANAN BİLGİSAYAR PROGRAMI önceki bölümde özetlenen düz ve helisel dişli çark hesabı için Borland Delphi programlama dili kullanılarak bir bilgisayar programı hazırlanmıştır. Program konstrüktör ile etkileşimli olarak çalışmakta ve hesabın başında verilen verilerin yamnda hesap sürecinde konstrüktörün tanımlanna dayanarak mekanizmayı boyutlandırmaktadır. Programın mantığım gösteren akış diyagramı Şekil 3.'de verilmiştir. Program; tüm makine elemanlannın, standart hesap yöntemlerine bağlı kalarak boyutlandmlmasını amaçlayan bir bilgisayar paket programının yazılmasını amaçlayan bir projenin ilk adımıdır. Hesaplamalann dı^nh- - 63

7 program aynca konstrüktörü hesabım yaptığı makine elemammn özellikleri hakkında da destekleyecektir. Bu anlamda programı bir hesap programı değil de bir hesap bilgi bankası şeklinde adlandırmak doğru olacaktır. Bilgisayar programının çalıştınlması sırasında alınmış ban örnek sayfalar Şekil 4., 5. ve 6,'da görülmektedir [3]. Bilgisayar Programı DİŞLİ ÇARK BİLGİ BANKASI BAŞLA - Dişli çark temel bilgileri - D.Ç ana kanunu, boyutlar, geometri, bağıntılar - Geometri konusunda tecrübi bilgiler, standartlar, yönetmelikler - Dişli çark malzemeleri hakkında bilgiler - Mukavemet hesap yöntemleri, yardımcı faktörler, faktörlerin nasıl seçileceği - İmalat Yöntemleri Veriler: i, z, P, n, a Geometrik Hesaplamalar Mukavemet Hesaplamalan Sonuçlann Görselleştirilmesi ONSTRÜKTÖR) Kesin Sonuçlar Şekil 3. Bilgisayar Programının Çalışma Mantığı -64-

8 J >? Şekil 4. Verilerin Programa Girilmesi 1 o- P' ft"». -.^.,,..., ı imal jiı ı lıfıııf ^ Ll ti l" ~* **»ft* \rt I ^ *.in"-1- - v.: Şekil 5. Hesaplamada Kullanılan Faktörlerin Seçimi 65-

9 ^-» I.B.^-1'ıM. İLtl '.' Huri» teü* -rji-'ı Şekil 6. Faktör Seçimi ve Profil Kaydırma Oranlannın Bulunması Şekil 7. Hesaplanan Dişli Çark Geometrik Boyutları -66-

10 /MUKAVEMET DEŞERLER! Şekil 8. Hesaplanan Dişli Çark Emniyet Değerleri 4. SONUÇ Makine elemanlann tümünün hesabı için hazırlanmış.aynca hesabı yapılan eleman hakkındaki literatür de yer alan bilgileri, standartları, yönetmelikleri vs. içeren ve konstrüktöre kendi tecrübi bilgilerini programa eklemeye izin veren bir paket sisteminin ilk adımı tanıtılmaya çalışılmıştır. Bir bilgisayar programı hiçbir zaman tamamlanmış şekilde kullanıcıya sunulmaz. Zamanla gelişmeler programa eklenerek eksiklik veya yanlışlıklar azaltılmaya çalışılır. Bu gözle bakıldığında oluşturulan program ilk adımın atılması nedeniyle önemlidir ve zamanla geliştirilecektir. Sonraki aşamalarda bilgi bankasının çok daha fazla büyütülmesi, kullanıcılardan gelen istekler doğrultusunda daha çok kullanıcıya dost hale getirilmesi amaçlanmaktadır. 6. REFERANSLAR [1] F.C. Babalık, "Makine Elemanları ve Konstrüksiyon Örnekleri Cilt 1", UÜ Basımevi, [2] F.C. Babalık, "Kayış Kasnak ve Dişli Çark Mekanizmaları", UÜ Basımevi, Bursa, [3] K. Deliçay, "Helisel Dişli Çark Mekanizmalarının Bilgisayar Yardımıyla Hesaplanması", Bitirme ödevi, UÜMMF,