Mühendislikte Tasarım. Makine Elemanları. Tasarım ve Tasarım Süreci

Transkript

1 Makine Elemanları Tasarım ve Tasarım Süreci

2 Makine Elemanları Dersi Amaç: öğrencilerin, mekanik sistemlerde kullanılan makine elemanlarının analiz ve tasarımı konularında gerekli bilgilere vakıf olmalarını sağlamak makine tasarımında hayal güçlerini, yaratıcılık ve önsezilerini geliştirmek, tecrübe kazandırmak öğrencilerin makine elemanlarında ortaya çıkan çeşitli sorunları anlamalarında yardımcı olmak

3 Makine Elemanları dersinin temel aldığı konular Gerilme Gerilme-şekil değiştirme ilişkisi Kesit tesirleri: kuvvet, moment diyagramları Basit eğilme Burulma Toleranslar malzeme bilgisi: Elastisite modulu, young modulu, Akma gerilmesi, çeki mukavemeti,

4 DERSİN İÇERİĞİ Mühendislikte Tasarım 1. HAFTA Konstrüksiyon faaliyeti ve bu faaliyet içinde makine elemanları bilgisinin önemi 2. HAFTA Makine elemanlarının hesap, şekillendirme ve kullanım esasları. 3. HAFTA Makine elemanlarının hesap, şekillendirme ve kullanım esasları 4. HAFTA Miller ve akslar 5. HAFTA Mil-Göbek Bağlantıları 6. HAFTA Mil-Göbek Bağlantıları 7. HAFTA Bağlama ve Hareket Cıvatalarının tanımlanması 8. HAFTA Bağlama ve Hareket Cıvatalarının tasarımı ve analizi 9. HAFTA Kaynak, Lehim, Yapıştırma ve Perçin Bağlantıları 10. HAFTA Yaylar 11. HAFTA Triboloji 12. HAFTA Kaymalı ve yuvarlanmalı yataklar 13. HAFTA Dişlilerin Genel tanıtımı 14. HAFTA Dişlilerin tasarımı ve analizi

5 Kendimizi Tanıyalım: Makine Nedir? Mühendislikte Tasarım Enerji veya güç üreten, ileten, değiştiren veya biriktiren sistemlerdir İŞ: belirli bir mesafede bir kuvveti uygulamaktır (1 Nm= 1 Joule) ENERJİ: İş yapma kapasitesidir (Joule) GÜÇ: iş yapma oranı veya enerji kullanma oranı (1 Watt = 1 Joule/s) Bilmece: Aşağıda verilen iki kamyon aynı momentuma (kütlexhız) sahip ise bu kamyonlardan hangisini durdurmak için daha fazla işe ihtiyaç vardır??

6 Makinelerin Sınıflandırılması Kuvvet Makineleri İş Makineleri

7 Makine Elamanları: Makinelerin fonksiyonlarını veya hareketlerini yerine getirmek için kullanılan elemanlardır

8 Makine Elemanlarının Özellikleri Mühendislikte Tasarım Belirli bir fonksiyonu (bağlama, destekleme, hareket iletimi vb.) yerine getirmelidir Bağımsız olarak hesaplanma ve şekillendirme esaslarına sahip olmalıdır Yerine getirdiği fonksiyon makine cinsi ve büyüklüğünden bağımsız olmalıdır Bu ders kapsamında belirlenen ihtiyaca cevap verecek ürünler istendiğinden, tasarım bu ders kapsamındaki en önemli işlemdir.

9 TASARIM (DİZAYN) NEDİR? Tasarım yapmak: belirli bir ihtiyacı karşılayacak bir plan formüle etmek veya bir problemi çözmektir. Eğer bu plan fiziksel bir realite ortaya çıkaracaksa yani bir ürün elde edilecekse, bu ürün aşağıda belirtilen özellikleri taşımalıdır: Fonksiyonel: ürün belirtilen ihtiyacı gidermeli ve müşteriyi memnun etmelidir. Emniyetli: ürün çevreye, kullanıcıya zarar vermemelidir. Güvenilir: belirlenen süre zarfınca ürün kendisinden beklenilen fonksiyonları yerine getirmelidir. Rekabetçi: ürün piyasada bir yarışçıdır. Kullanılabilirlik: ürün kullanıcı dostu olmalıdır. Üretilebilirlik: ürün minimum parça sayısına sahip olmalı, seri üretime uygun olmalı Pazarlanabilirlik: ürün, hedef kitlenin alım gücüne uygun olmalı,

10 Tasarım ve Tasarım Süreci Tasarım; yenilikçi ve oldukça fazla iterasyon gerektiren bir süreçtir. Tasarım aynı zamanda bir karar-verme prosesidir. Bazı durumlarda kararlar çok az bilgi ile çok nadiren de tam gerekli bilgiyle verilmek zorundadır. Fazla ve çelişki bilgiler ise tam bir problemdir. Bir tane saati olan zamanı bilir, ancak iki saati olan saatin kaç olduğundan hiçbir zaman emin olamaz. Tasarım; iletişimin çok yoğunluklu olduğu kelimelerin ve resimlerin kullanıldığı bir aktivitedir. Mühendisler kendilerinden çok az veya fazla bilgiye sahip kişilerle veya uzmanlarla verimli bir şekilde iletişim kurmalıdır.

11 Tasarım için neler gereklidir? Bir tasarımcının kişisel hazineleri: yaratıcılık, iletişim kurma becerisi problem çözme becerisi teknolojik bilgi ve temel bilimler Mühendislik Araçları (matematik, istatistik, bilgisayar ve dil); fonksiyonel, emniyetli, güvenilir, rekabatçi, kullanılabilir, üretilebilir ve pazarlanabilir bir ürün ortaya çıkarmak için gerekli bir planla bütünleştirilmelidir.

12 NİÇİN TASARIM YAPARIZ? Kısaca yaşamak için İnsanların çoğu, bazı şeyleri başkalarına temin ederek yaşarlar Bu mühendis açısından ise tasarım; müşterisinin kendisine sunduğu probleme çözüm bulmasıdır. Eğer bulduğunuz çözümler müşterilerinizi tatmin etmiyorsa yavaş yavaş işinizi kaybediyorsunuz sayılır.

13 ÖRNEK: Mühendislikte Tasarım Ali endüstriyel fırınlar üreten bir firmada baş mühendis olarak çalışmaktadır. Bir firma, mevcut fabrikasına bu fırınlardan kurmak istemektedir ve bu işi Mühendis Ali nin firmasına verir. Mühendis Ali nin çözmesi gereken teknik konular: Enerji kaynağı: fırınların sıcaklığını yükseltmek için Fırının yeri: malzeme transferi için en optimum yer Güvenlik: Herhangi bir işçi fırın için de unutulmayacak!!! Ve diğer pek çok problem???? Mühendis Ali işi zamanında tamamlar. Ancak belirli bir süre sonra şikayetler başlar?? Fırının fanı: titreşim meydana getirmektedir Sonuç: Hava giriş yeri değiştirilir ancak firmaya pahalıya patlar

14 BU ÖRNEKTEN ALINACAK DERSLER: Tasarım, sadece teknik hesaplamalar değildir İlgili herkesin görüşü alınmamış bir tasarım bir problemler yumağıdır İlgili kişilerin görüşlerinin alınması tasarımcının problemidir

15 NASIL TASARIM YAPARIZ? Mühendislikte Tasarım Tasarım yapmak için mekanik bir yol yoktur. Ancak belirli adımların gerçekleştirilmesi bu sürece olumlu katkı yapabilir (Pahl ve Beitz). 1. Verilen problemi direkt olarak almaktan ziyade, Tasarımcı problemi geniş ve tam olarak tanımlamalıdır. 2. Yaratıcılığı geliştiren metotlarla tasarımcı, probleme mümkün çözüm sunacak fikirler üretmelidir. Bu konuda en büyük engel eleştirdir. 3. Tasarımcı, tasarım kısıtlamaları ve kriterlerini belirlemelidir. Bunlar aday çözümlerin uyması gereken şartlardır ve sonsuz çözümden ziyade belirli sayıda aday çözümlerin oluşmasına katkı sağlar. 4. Aday çözümler pratiğe uygulanabilir olmalıdır; üretilebilir ve işletilebilir çözümler olmalıdırlar. 5. Son aşamada tasarımcı pratik olan adayları, daha önce konulan kriterlere uygunluk açısından karşılaştırarak, optimum olan çözüm seçmelidir. Optimum çözüm, kriterlerin HEPSİNİ karşılayan çözümdür.

16 Tasarımın Aşamaları Bir tasarım problemi üzerinde çalışırken, sistematik bir yaklaşım geliştirmek oldukça önemlidir: Problemi anlama: mühendislik tasarım sürecinin en önemli aşamasıdır. Dikkatlice okunmalı, anlamalı ve problem tanımı sadeleştirilmelidir. Bilinenleri belirleme: problemle ilgili bilinenler belirlenmelidir Bilinmeyenleri belirleme ve çözüm stratejisini formüle etme: hangi sırada hangi bilinmeyenlerin belirlenmesi gerektiğine karar verilmelidir. Bu karardan sonra bir akış diyagramı oluşturarak çözüm adımları belirlenmelidir. Her bir çözüm adımında ilgili büyüklükleri belirlemek için; serbest çizim diyagramları malzeme bilgisi mukavemet formülleri standartlar kullanılarak bilinmeyenler bulunmalıdır.

17 Tasarımın Aşamaları Varsayımları ve karaları ifade etme: Mühendislikte Tasarım Gerçek mühendislik problemleri genellikle tek, ideal ve kapalı br çözümleri yoktur. Örneğin malzeme seçmek, ısıl işlem tipini seçmek karar vermeyi gerektirir. Analizleri gerçekleştirirken, çoğunlukla varsayımlarda bulunuruz. Problemi analiz etmek: yapılan varsayımlar/sadeleştirmeler ve alınan kararlarla çözüm stratejisini kullanarak problem çözülür. Sonuçları değerlendirmek: çözümdeki her bir adım değerlendirilir, yapılan varsayımların ve alınan kararların sonuca nasıl etki ettiği belirlenir ve pozitif ve negatif yanları belirlenir. Çözümünüzü sunma: burada sunum yeteneğinizin öne çıktığı aşamadır. Yani kendinizi ve yeteneğinizi ne kadar satabiliyorsunuz. Eğer ne yaptığınızı anlatamıyorsanız, ne kadar iyi çözmüş olursanız olun, çalışmalarınızın bir kısmı veya tamamı anlaşılamaz ve kabul edilemez.

18 Tasarımdan İmalat aşamasına kadar takip edilecek adımlar Mühendislikte Tasarım

19 KONSTRÜKSİYONDA FİZİBİLİTE ANALİZİ Mühendislikte Tasarım

20 Makine Mühendisliğinde Tasarım Makine mühendisleri; enerjinin üretimi ve işlenmesi ile ilgilidirler. Bunu gerçekleştirmek için sahip olmaları gereken yetenek ve bilgi çok önemlidir. Dolayısıyla; makine mühendisliği alanında tasarım yaparken farklı disiplinlerdeki bilgileri özümsemeleri gerekir, zira basit bir makine tasarımında dahi; Katı cisimler mekaniği Akışkanlar mekaniği Kütle ve momentum transferi İmalat teknikleri ve Bilgi teknolojilerini kullanmak zorundadır.

21 PARÇA TASARIMINDA ADIMLAR Mühendislikte Tasarım

22 Tasarımda Dikkat edilecek Hususlar Kodlar ve Standartlar Sanayi devriminin başlangıcında, cıvata, somun vb. makine elemanları için herhangi bir standart yoktu. Dolayısıyla, her bir üretici kendi tasarımlarında kendilerinin belirlediği bu tip makine elemanları kullanımı daha sonra tamir ve serviste büyük sıkıntılara yol açmaktaydı. Bu nedenle; Belirlenen kaliteyi, veremliliği ve birliği sağlamak için işlemlerin, malzemelerin ve parçaların özelliklerini belirten standartlar ortaya çıkmıştır. Türkiye de Türk Standartlar Enstitüsü (TSE) ve son yıllarda ISO standartları makine elemanlarının tasarımlarında kullanılmaktadır.

23 Tasarımda Dikkat edilecek Hususlar Tasarımda Ekonomiklik Tasarımda ekonomiklik oldukça önemlidir ve kimi mühendislik tasarımlarında, tasarımın elde edilmesi için harcanan zamandan daha fazla bir zaman o tasarımının maliyet analizleri için harcanmaktadır. Standart boyutlar: Maliyeti azaltmanın ilk prensibi standart veya piyasada bulunan boyutları veya geometrileri kullanmaktadır. Mukavemet bakımından hemen hemen eşit olan millerden hangisini tasarımınızda tercih edersiniz?

24 Tasarım Mühendislerinin Profesyonel Sorumluluğu Tasarım mühendisinin profesyonel zorunlulukları; etik olarak işleri yapmayı içerir. Amerikan profesyonel mühendisleri (NSPE) yemini: Bir profesyonel mühendis olarak; profesyonel bilgimi ve yeteneklerim insanlığın refahının geliştirilmesine ve iyileştirilmesine adayacağım. Söz veriyorum ki; performansımı en üst düzeyde kullanacağıma; dürüst işlere katılacağıma; İnsanlık kanunlarına göre yaşayıp çalışacağıma Hizmetimi kar ın önüne koyacağıma, kişisel çıkarlarımdan önce, onurumu ve profesyonelliğimi önceleyeceğime, ve halkın çıkarlarını her şeyin üstünde tutacağıma söz veriyorum. İlahi yardımla ve alçak gönüllükle bu sözü veriyorum.