Malzeme Bağıyla Konstrüksiyon

Transkript

1 Shigley s Mechanical Engineering Design Richard G. Budynas and J. Keith Nisbett Malzeme Bağıyla Konstrüsiyon Hazırlayan Prof. Dr. Mehmet Fırat Maine Mühendisliği Bölümü Saarya Üniversitesi

2 Çözülemeyen Bağlantılar : Kayna Kayna bağlantıları ile ii ya da daha fazla parça çözülemeyece bir şeilde malzeme bağlı olara birleştirilir. Kayna sırasında genellile ergiyen malzemenin birbirine arışması söz onusu olduğundan anca aynı ve yaın cins malzemelerin ayna edilmesi mümündür. Diğer çözülemeyece bağlantı elamanları/yöntemleri Perçin Lehim Yapıştırma

3 Çözülemeyen Bağlantılar : Kayna Kayna, malzemeleri birbiri ile birleştirme için ullanılan bir imalat yöntemidir, ve metal veya termo plasti malzemeler üzerinde ullanılır. Bu yöntemde genellile çalışma parçalarının ayna yapılaca ısmı eritilir ve/veya bu ısma dolgu malzemesi elenir, daha sonra e yeri soğutulara sertleşmesi sağlanır, bazı hallerde ısı ile birleştirme işlemi basınç altında yapılır. Bu yöntem lehim işlemiyle farlılı gösterir, lehim ve sert lehim yöntemlerinde birleştirme düşü erime notalarında ve çalışma parçaları erimeden oluşur. Kayna için gaz alevi, eletri arı, lazer, eletron ışını, sürtünme, ultra ses dalgaları gibi birço farlı enerji aynaları ullanılabilir. Endüstriyel işlemlerde, ayna açı hava, su altı, uzay gibi birço farlı ortamda gerçeleştirilebilir.

4 Çözülemeyen Bağlantılar : Kayna Kaynağın alitesini ölçme için ullanılan en önemli riter, aynağın ve çevresindei malzemenin (muavemeti) dayanımıdır. Bunu etileyen bir ço fatör vardır; ayna metodu, eleme yöntemi, ısı mitarı, ana malzeme ve dolgu malzemesi ve bunların arasındai etileşimler Kaynağın alitesini ölçme için yapılan muayeneler genel olara,tahribatlı ve tahribatsız muayene yöntemleri olma üzere, ii grupta toplanır. Bu muayenelerle yapılan ölçümlerde, aynata gözle görünür hata olmamalı, alıcı gerilme ve çarpılmalar abul edilebilir düzeyde olmalı, ısıdan etilenmiş bölge özellileri abul edilebilir düzeyde olmalıdır.

5 Kayna Yöntemleri Basınç Kaynağı Ergitme Kaynağı Isı Eletrot Isı Basınç Oca Eletri Sürtünme Osi-asetilen Eletri Direnç Endüsyon Ar Direnç 5/20

6 Kaynağın Sınıflandırılması Alın Kaynağı Kenar Kaynağı Köşe Kaynağı 6/20

7 Kaynağın Diğer İmalat Yöntemlerine Göre Avantajları Az sayıda parça yapılacasa ayna model masrafı bulunmadığından hem zamandan hem de paradan azanç sağlanır anca ço sayıda parça yapımı söz onusu olunca döüm seçilebilir. Kayna onstrüsiyonlar da döüm onstrüsiyonlara göre, özellile büyü dişli çarlar, ayış asnaları, dişli utuları ve benzerlerinde %50 ye adar çıabilen bir ağırlı tasarrufu sağlanabilmetedir. 7/20

8 Kaynağın Diğer İmalat Yöntemlerine Göre Avantajları Perçin bağlantılarına göre ayna onstrüsiyonlarının birleşme notalarında e levhalar, bindirme onstrüsiyonları ve perçin başları olmadığı için ağırlıtan, perçin delilerinin işçiliği dolayısıyla da paradan önemli tasarruf sağlanır. Kayna bağlantılarında perçin delileri gibi çenti etisi olmadığı için malzemeden de daha iyi bir şeilde yararlanılır. 8/20

9 Kaynağın Diğer İmalat Yöntemlerine Göre Dezavantajları Kayna bağlantılarında, malzemede ayna sonucu oluşan ve tespiti ço zor olan iç gerilmeler, çemeler ve çarpılmalar önemli saıncalardır. Kayna edilen bölgedei malzeme ergiyip atılaştığından yapısı döüm yapısı niteliğinde olur. Kayna diişinden malzeme geçiş bölgesindei ristal yapı farı muavemete eti eder. 9/20

10 Kaynağın Diğer İmalat Yöntemlerine Göre Dezavantajları Kaynağın alitesi ve onstrüsiyonun muavemeti büyü ölçüde malzemeye, ayna metoduna ve personele bağlıdır. Kayna alitesinin ontrolü de özel ve pahalı ölçüm metotları geretirir. Kayna diişlerindei iç gerilmeler, zorlanma sonucu oluşan dış gerilmelerin elenmesiyle ço esenli gerilme hali, bunun sonuncunda da aniden vuu bulan gevre ırılma meydana gelir. 10/20

11 Kayna Konstrüsiyonuna Ait Esaslar 1) Konstrüsiyonda ayna diişlerini uvvetin yön değiştirdiği bölgelere onulmaması faydalı olur. Böylece uvvet çizgilerinin yığılmasıyla oluşan gerilme artışlarına, ayna diişinin etisi elenmemiş olur 11/20

12 Kayna Konstrüsiyonuna Ait Esaslar 12/20

16 Kayna Konstrüsiyonlarının Hesabı 1. Diiş alınlığı, diiş uzunluğu Bütün alın aynalarında a diiş alınlığı, birleştirilen parçaların alınlığıyla aynı alınır. Eğer parçaların alınlıları farlı ise ince olanın alınlığı göz önüne alınır. Köşe aynağında parçaların en incesinin alınlığı S min ise ayna alınlığı a = 0,7.S min olara alınır. Özel hallerde ise ayna alınlığını a+min e/2 alınabilir. Kayna diiş uzunluğunun değeri, diişlerin toplam uzunluğudur. Açı ayna diişinde bozu uç ısımların uzunluğu yalaşı olara a ya eşit abul edilere ayna diiş uzunluğu 1-2a alınır. 16/20

17 Kayna Konstrüsiyonlarının Hesabı 2. Kayna alitesi Kayna bağlantılarının alitesine, dolayısıyla muavemete etiyen fatörler aşağıdai gibi gruplandırılabilir: 1. Malzeme: Kayna edilmeye uygun olması 2. Hazırlı: Kayna teniğine uygun çalışma ve ayna ağzı açılması ve süreli ontrol 3. Kayna Metodu: Kullanılan ayna metodunun malzeme özellilerine, malzeme alınlığına ve ayna diişinin zorlanma şeline uygun olması 4. Kayna Malzemesi (Eletrot): Kayna edilen malzemeye uygun özellite seçilmesi deneye tabi tutulup uygunluğu anlaşılmış olması 5. Personel: Eğitilmiş tecrübeli aynaçı 6. Kontrol: Kayna bağlantısının hatasız olduğun uygun bir muayene metodu ile (örneğin X ışınları) saptanması. Kalite I: 1 den 6 ya adar bütün şartlar sağlanmış olmalıdır. Kalite II: 1 den 5 e adar olan şartlar sağlanmış olmalıdır. Kalite III: Kayna diişinde muayene ve ontrol yönlerinden özel şartlar aranmaz, aynaçının da mütehassıs bir usta olması istenmez; faat ayna, ayna teniğine uygun olara yapılmış olmalıdır. 17/20

18 Kayna Konstrüsiyonlarının Hesabı 3. Kayna bağlantılarında emniyet gerilmesi Kayna diişinin emniyet gerilmesi belirleniren muavemet azaltıcı etenler Zayıflama Fatörü adı verilen bir atsayı ile hesaba atılır : σ em = V * σ em V zayıflama fatörü: V=v 1 *v 2 *v 3 *v 4 V 1 :Kayna diiş fatörü V 2 :Kayna alite fatörü V 3 :darbe fatörü V 4 :Gerilme yığılması fatörü 18/20

19 Kayna Konstrüsiyonlarının Hesabı 3. Kayna bağlantılarında emniyet gerilmesi V 1 : Kayna diiş fatörü V 1 zorlanma stati ise pratite olara v 1 =1 alınabilir. Dinami zorlanmalarda, zorlama haline bağlı olara Tablo değerleri ullanılabilir. V 2 : Kayna alite fatörü Kalite I için v 2 =1 Kalite II için v 2 =0,8 Kalite III için v 2 =0,5 V 3 : Darbe fatörü Çalışma sırasında çeşitli darbe durumların için φ fatörü verilmiştir. Darbe fatörü v 3 = 1/φ formülü ullanılara hesaplanabilir. V 4 : Gerilme yığılması fatörü Gerilme yığılması fatörü uygulamalarda 1 alınır. Anca belirgin bir gerilme yığılması aynağı veya iç gerilme varsa v 4 = 0,8. 0,9 alınabilir. 19/20

20 Kayna Konstrüsiyonlarının Hesabı 3. Kayna bağlantılarının hesabı: Alın aynağı F F ç. em a. l s l M M e e e 2 em We 1/ 6( s. l ) σ top = σ ç +σ e σ em 20/20

21 Kayna Konstrüsiyonlarının Hesabı 3. Kayna bağlantılarının hesabı : Yan öşe aynağı F F F. em a. l 4. a. l 2,8. s l M e e em 2. a. l.( b a) M 1,4. s. l.( b 0.7s) 21/20

22 Kayna Konstrüsiyonlarının Hesabı 3. Kayna bağlantılarının hesabı : Yan öşe aynağı top F Me F 2,8. s. l M e 1,4. s. l( b s) em 22/20

23 Kayna Konstrüsiyonlarının Hesabı 3. Kayna bağlantılarının hesabı : Alın öşe aynağı F F. em a. l 2. a l 23/20

24 Kayna Konstrüsiyonlarının Hesabı ) 2.( 4 D a D A a d d a d W b 2 ) 2 ( em b b W M em A F em bil 2 2 max. 3 24/20 3. Kayna bağlantılarının hesabı : Kapalı ayna diişleri

25 UYGULAMA

26 Problem: Şeil dei ayna bağlantısında taban yüseliği h = 8 mm olduğuna göre bağlantının taşıyabileceği F yüünün masimum değeri ne adardır? Bağlantıda ullanılan malzemelerin emniyet gerilmesi σ em = 1200 dan / cm 2, ayna 2. alite ve yü statitir. 26/12

27 Çözüm: Kayna diişi çeme zorlanması etisindedir: ç F (a.l ) em Burada ayna diiş alanı: ( a. l ) 2( b 2. a). a = 2.(2-2.0,57).0,57 = 0,98 cm2 Kayna diişinin emniyeti: σ em = 1200 dan / cm 2 σ em = V 1.V 2.V 3.σ em V 1 = 1 (stati yü durumu) V 2 = 0,8 (2. alite ayna) V 3 = 1 (darbe yo) Buna göre: σ em = 1.0, = 960 dan / cm 2 Bu durumda taşınaca masimum yü: F em.( a. l ) = 960.0,98 = 941daN 27/12

28 Problem: Düz bir levha çapraz (X) alın diişi ile bir çeli onstrüsiyona bağlanmıştır. Levhaya etiyen uvvet F = dan, levha malzemesi St 37 ( σ a = 23 dan / mm 2 ), ayna alitesi II ve emniyet atsayısı 1.7 olduğuna göre en üçü levha esitini hesaplayınız. 28/12

29 Çözüm: Kayna diişi çeme zorlanması etisindedir. Gerilme: ç F A em Bu durumda: σ em = 1.0, = 1080 dan / cm 2 Burada A = (b 2.a).a Alın aynağında a = s olduğundan A = (b 2.s).s Kayna diişinin emniyetinin emniyet gerilmesi σ em = V 1.V 2.V 3.σ em Burada V 1 = 1 (stati yü) V 2 = 0,8 (2. alite ayna) V 3 = 1 (darbe yo) em daN / cm2 1,7 A F em ,8.cm Eğer aynağın başlangıç ve bitimindei bozu ısımları göz ardı edece olursa, ayna esiti alanı aynı zamanda levha esiti alanı olur. Yani A L = A = 14,8 cm 2 olara alınabilir. 29/12

30 Problem: Şeildei ayna bağlantısının değişen zorlanma etisinde taşıyabileceği masimum F uvvetini hesaplayınız. Kayna alitesi III, ayna yapılan malzemeler St 37 ( τ bd = 1600 dan / cm 2 ), V 1 = 0,4 ve S = 1,75 tir. 30/12

31 Çözüm: Kayna diişindei zorlanma ayma gerilmesi şelindedir. O halde ayna diişindei gerilme: M W b em Burada (çift taraflı ayna için); W. 16 D 4 d D 4.2 olara alınabilir. Buna göre D = d + 2.a = = 50 mm, d = 40 mm olacağı için: W cm3 31/12

32 Kayna diişindei emniyet gerilmesi ise τ em = V 1.V 2.V 3. τ em Burada V 1 = 0,4 (verilmiş) V 2 = 0.5 (3. alite ayna) V 3 = 1 (darbesiz yüleme) olduğundan τ em = 0,4.0, ,3 = 183 dan / cm 2 Böylece ayna diişi tarafından taşınan moment M b = (W. τ em ) = = 5307 dan.cm Bağlantıda döndürme momenti için M b = F. l yazılabileceğine göre, bağlantıya uygulanan uvvet em 1600 = 914,3.daN / cm 1, F 442,25.daN 12 32/12

33 Problem: Didörtgen esitli bir iriş düşey bir olona alınlığı a = 5 mm olan çöü dolgu ayna diişi ile bağlanmıştır. Kirişe α = 30 eği F = 1500 dan lu değişen bir yü eti etmetedir. Kiriş malzemesi St 50 (σ ed = 24 dan / mm 2 ), l = 40 mm, h = 40 mm, b = 20 mm, ayna alitesi II, öşe aynağı için V 1 = 0,4 ve ayna emniyeti 2 olması istendiğine göre ayna diişinin emniyetli olup olmadığını ontrol ediniz. 33/12

34 Çözüm: a)çeme gerilmesi: A = (b + 2.a).(h + 2.a) (b.h) = = 7 cm 2 Çeme uvveti F ç = F.cosα = 1500.cos30 = 1299 dan olduğuna göre: ç F A ç ,6.daN / cm2 7 b) Eğilme gerilmesi: I (b 2.a).(h 2.a) 12 3 b.h 3 Kayna diişinin muavemet momenti: I ,6.cm4 W I h / 2 a 20,6 4 / 2 0,5 8,24.cm3 34/12

35 Eğilme momenti M e = F.l.sinα = sin30 = 3000 dan.cm Böylece eğilme gerilmesi: e M W e , daN / cm2 c) Kesme gerilmesi: Kesme uvveti Q = F. sinα = sin 30 = 750 dan Kesilen alan A = 2.a.(h+2a)=2.0,5.(4+2.0,5)=5 cm2 Kesme gerilmesi: Q A daN / cm2 5 35/12

36 d) Bağlantıda tehlieli diiş, çeme etisindei üst diiştir. Buna göre diiştei en büyü gerilme σ mas = σ ç + σ e = 185, = 549,6 dan / cm 2 e) Kayna diişinin emniyeti σ em = V 1.V 2.V 3. σ em = 384 dan / cm 2 Sonuç olara; σ mas = 549,6 dan / cm 2 > σ em = 384 dan / cm 2 olduğundan yapılan ayna bağlantısı emniyetli değildir. 36/12