MAK 305 MAKİNE ELEMANLARI-1

Transkript

1 MAK 305 MAKİNE ELEMANLARI-1 5.BÖLÜM Bağlama Elemanları Kaynak Bağlantıları Doç.Dr. Ali Rıza Yıldız 1

2 BU SLAYTTAN EDİNİLMESİ BEKLENEN BİLGİLER Bağlama Elemanlarının Tanımı ve Sınıflandırılması Kaynak Bağlantılarının Sınıflandırılması Malzemelerin Kaynak Kabiliyeti Ergime Kaynak Bağlantılarının Anlaşılması ve Hesabı Kaynak Hesap İlkeleri Alın Kaynağı Hesabı Köşe Kaynağı Hesabı Basınç Kaynağı, Rulo ve Burç Kaynağı Hakkında Temel Bilgiler Çelik Yapılarda Kaynak MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 2

3 BAĞLAMA ELEMANLARI Bağlama elemanları parçaları birbirine, gövdeye veya makineleri temele bağlayan elemanlardır. Bu elemanlar çözülme ve fiziksel olmak üzere iki esasa göre sınıflandırılabilir. -Çözülme bakımından bağlama elemanları çözülemeyen ve çözülebilen şeklinde iki gruba ayrılır. Çözülemeyen bağlama elemanlarında bağlantı, ancak bağlama elemanının tahrip edilmesi ile çözülür.(kaynak, Lehim, Perçin ) -Çözülebilen bağlama elemanlarında bağlantı, elemanları tahrip etmeden çözülür ve tekrar bağlamak için kullanılır.(cıvata, Vida ) MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 3

4 BAĞLAMA ELEMANLARI -Fiziksel esasa göre bağlama elemanları; malzeme, şekil ve sürtünme esasına bağlı olarak gerçekleştirilir. Malzeme Bağı: Kaynak, lehim, yapıştırma Şekil Bağı: Paralel kama, kamalı mil, perçin Sürtünme veya Kuvvet Bağı: Cıvata, kama, sıkı, sıkma ve konik geçemeler MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 4

5 KAYNAK BAĞLANTILARI 1.TANIM İki veya daha fazla parçanın ıs ve/veya basınç yardımıyla ilave malzeme kullanarak veya kullanmadan çözülemeyecek bir şekilde malzeme bağlı olarak birleştirilmesidir. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 5

6 KAYNAK BAĞLANTILARI Avantajları Perçinlerle karşılaştırıldığında daha hafif bir konstrüksiyondur. Daha az zaman aldığından üretim maliyeti düşüktür. Dökümdeki gibi model hazırlama ihtiyacı yoktur. Ucuz bir yöntemdir. Dezavantajları İç yapıda değişikliğe sebebiyet verir ve malzeme gevrekleşir Mukavemeti azaltıcı etkiler ortaya çıkar Oluşan iç gerilmeleri tavlama ile gidermek ek bir masrafa neden olur. Kaynak kalitesi kontrolü pahalıdır. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 6

7 Kaynağın Sınıflandırılması Kaynağın sınıflandırılması, teknoloji ve tasarıma göre yapılır. Teknoloji bakımından kaynak, ergime kaynağı basınç kaynağı olmak üzere iki gruba ayrılır. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 7

8 Ergime kaynağında ısının yardımı ile elektrot denilen ek bir malzemeyi ergitip bağlama gerçekleştirilir. Bu arada ana malzemenin sınırlı bir bölgesi de erir. Isıyı meydana getirme bakımından ergime kaynağı alev(oksiasetilen,oksihidrojen) veya ark(elektrik arkı) olabilir. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 8

9 -Basınç kaynağında (Pressure Welding) ise ek bir malzeme kullanılmaz. Burada ısı ile birlikte parçalar birbirine bastırılır, ısının yoğunluğu temas yerlerinde malzemede bir yumuşama meydana gelir ve bağlama difüzyon(atomların bir malzemeden diğerine geçmesi) ile gerçekleşir. Bu yöntem piyasada elektrik direnç kaynağı olarak bilinir. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 9

10 KAYNAĞIN SINIFLANDIRILMASI ( ANİMASYON VIDEO) MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 10

11 Malzemelerin Kaynak Kabiliyeti Genellikle malzemelerin kaynak kabiliyeti farklıdır. Çeliklerde kaynak kabiliyeti karbon ile alaşım miktarına bağlıdır. Karbon ve alaşım miktarı az olan çelikler kolayca kaynak edilebilir. Kaynak dikişlerinde soğuma sırasında artık gerilmeler meydana gelir ve bunlar parçaların aşırı şekil değiştirmesine ve ayrıca özellikle karbon ve alaşım miktarı yüksek olan çeliklerde çatlaklara yol açabilirler. Bu sebepten ötürü genellikle kaynak dikişleri normalizasyon tavlamasına tabi tutulur. Termoplastiklerin geneli kaynak edilebilirken, termosetler kaynak edilemezler. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 11

12 ERGİME KAYNAK BAĞLANTILARININ HESABI 1. HESAP İLKELERİ Ayrı ayrı olan parçalar kaynakla tek bir parça durumuna getirildikten sonra, bu parçanın mukavemet bakımından en zayıf noktasının kaynak bağlantısı olduğu varsayılır. Kaynak esasen bir çentik etkendir. Değişken zorlanmalarda bu etki çentik faktörü ile göz önüne alınır. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 12

13 ERGİME KAYNAK BAĞLANTILARININ HESABI 1. HESAP İLKELERİ Kaynak bağlantılarının önemli bir özelliği kaynak yöntemine ve işçiliğe bağlı olan kaynak kalitesidir. Kaynak bağlantıları alın ve köşe kaynağı olmak üzere iki esasa dayanarak hesaplanır. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 13

14 1.ALIN KAYNAĞI (Butt Welding) Alın kaynağı hesabında dikkate alınan boyutlar s : Parça Kalınlığı L k : Kaynak Uzunluğu Kaynak uzunluğu L k parçanın genişliği ile aynı olabilir ya da olmayabilir. Genelde kaynak işleminde kaynak kalınlığı en çok a 1.2s değerindedir. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 14

15 1.ALIN KAYNAĞI (Butt Welding) Bazı durumlarda a=s olacak şekilde bir düzeltme yapılabilir. Buna göre bağıntının kopma kesiti A k = a. L k s. L k bağıntısına göre hesaplanır. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 15

16 1.ALIN KAYNAĞI (Butt Welding) Parça kalınlığı s, iki parçanın kalınlıkları farklı olduğu durumda en küçük kalınlık alınır. Alın kaynak bağlantısındaki zorlanmalar, ana parçaların zorlanmaları ile aynıdır. Ayrıca bu bağlantıların a ve L k boyutları, ana parçanın s kalınlığı ve b genişliği ile sınırlıdır. Genelde a s alınır ve L k en çok b parça genişliği kadar olabilir. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 16

17 a. Çekme Zorlanma Durumunda Alın Kaynağı Hesabı Alın kaynağının çekmeye zorlanan hesap modelleri aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir. σ ck = F A k = F a. L k F s. L k σ kem MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 17

18 b. Eğilme Zorlanması Durumunda (Saf Eğilme Durumu-Pure Bending) Alın kaynağının saf eğilme durumundaki hesap modelleri aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir. σ ek = M e I k. y max = M e W k = M e al k 2 /6 σ kem MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 18

19 b. Eğilme Zorlanması Durumunda (F Kesme Kuvvetinin Etkisi) Alın kaynağının kesmeye zorlanan hesap modeli aşağıdaki gibidir. F kuvvetinin etkisi ile konstrüksiyon üzerinde bir eğilme momenti ve kesme gerilmesi oluşacaktır. Eğilme Gerilmesi; σ ek = M e L k. y max = M e W k = M e al k 2 /6 F Kayma Gerilmesi; τ kk = F AL k MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 19

20 b. Kesme+Eğilme Zorlanması Durumunda Gerilmeler farklı tip oldukları için bunların toplanması kopma teorilerine göre yapılır. Kaynak için daha uygun olan maksimum normal gerilme teorisine göre bileşik gerilme ve mukavemet koşulu; F σ kb = 0, 5(σ ek + σ ek 2 + 4τ kk 2 σ kem ve maksimum kayma gerilmesi teorisine göre; σ kb = σ k 2 + 4τ k 2 σ kem olarak yazılır. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 20

21 c. Çekme+Eğilme Gerilmesi Durumunda Burada gerilmelerin ikisi de normal gerilme olduğundan burada maksimum değere sahip toplam σ ktop gerilmeleri ve mukavemet koşulu; σ ktop = σ ck ± σ ek σ em MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 21

22 2.KÖŞE KAYNAĞI (Fillet Welding) Köşe kaynağı bindirme ve T şeklinde olabilir. Bindirme kaynağı alın, yan veya hem alın hem yan olabilir. Bindirme Köşe Kaynağı T Köşe Kaynağı MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 22

23 Kaynağın a kalınlığı, iki kenarı eşit olan dik üçgenin yüksekliğidir. Kopmanın bu yükseklik boyunca gerçekleştiği varsayılır ve kopma kesit olarak A k = a. L k alınır. Kopma kesitinin kenarları a s, parçaların s kalınlığından daha küçük veya eşit a s =s alınabilir. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 23

24 Kesme kesitinin yüksekliği a ile kenarları a s arasındaki açı 45 dir. Genellikle a s, parça kalınlığı s ile a s =s şeklinde eşit veya bundan 1-1,5 mm daha küçük olarak alınır. Buna göre bindirme kaynağında kesme kesitinin yüksekliği a = a s cos45 = a s sin45 =0,707a s 0,707s MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 24

25 Köşe Kaynağı Mukavemet Hesabı a. Parçaların Çekmeye Zorlanması (Alın Köşe Kaynağı İçin) Hesaplama yapılırken F kuvveti kaynağın kopma kesitini indirgenir. Bunun sonucunda bir M e = F. s/2 eğilme momenti oluşur. Genelde bu momentin etkisi ihmal edilir ve yalnızca F kuvveti dikkate alınır. F kuvveti iki bileşene ayrılır. Bunlar F k kesme ve F c bileşenleri olmak üzere bu kuvvetler birbirlerine eşit olan τ kk, ve σ ck gerilmelerini oluşturur. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 25

26 b. Parçaların Çekmeye Zorlanması (Alın Köşe Kaynağı İçin) Köşe kaynağının hesabında yalnızca kayma gerilmeleri τ kk dikkate alınır ve bu gerilmeler; τ kk = F al k = F 0, 707a s L k F 0, 707sL k τ kem MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 26

27 -Yan Köşe Kaynağı için (Çekme Durumunda) Burada iki kaynak dikişi söz konusu olduğundan nominal gerilmeler ve mukavemet koşulu; τ kk = F 2aL k = F 2 0, 707a s L k F 1, 4sL k τ kem MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 27

28 -Alın-Yan Köşe Kaynağı için (Çekme Durumunda) Eğer mukavemet açısından hesaplanan L k kaynak uzunluğu L k >50s mm olursa, alın ve yan köşe kaynağı kullanılır. Bu durumda kaynağın toplam uzunluğu; L k =L ak + 2L yk olarak ifade edilir. Nominal gerilme ve mukavemet koşulu; MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 28

29 2. Parçaların Eğilmesi Durumunda Mukavemet Hesabı Parçaları eğilmeye zorlayan bir moment, etkileme düzlemine göre kaynak bağlantısında eğilme veya burulma gerilmeleri meydana getirebilir. Şekildeki F kuvveti kaynak kesitine indirgenirse M=F.L momenti elde edilir. Yaklaşık çözüm yöntemi kullanılırsa kaynak dikişlerinin birbirinden bağımsız çalıştığı kabul edilir. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 29

30 2. Parçaların Eğilmesi Durumunda Mukavemet Hesabı Yaklaşık çözüm uygulanırsa nominal gerilme değeri ve mukavemet hesabı aşağıdaki gibi bulunur. τ k = F AL k F = M e (a + b) τ k = M e 0,7sL k (b + a) MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 30

31 KAYNAK BAĞLANTILARININ EMNİYET GERİLMELERİ Kaynak bağlantılarının mukavemeti elektrot malzemesinin veya ana parçaların mukavemet sınırlarına bağlı olarak tayin edilir. Bu iki mukavemet sınırında en düşük olanı seçilir ve hesaplar buna göre yürütülür. Kaynak bağlantılarında çatlaklar, boşluklar, yabancı maddeler gibi hatalar meydana gelebilir. Kaynak kalitesini oluşturan bu hatalar kaynak mukavemetini azaltır ve kopma tehlikesini meydana getirir. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 31

32 Kaynağa elverişli malzemeler sünek malzemeler olduğundan, kaynak bağlantılarının mukavemet sınırı, parça malzemesinin σ AK akma sınırına göre tayin edilir ve emniyet gerilmeleri de bu sınıra göre hesaplanır. Statik Zorlanmada: Çekme ve eğilmeye zorlanan kaynağın mukavemet sınırı ve emniyet gerilmesi; σ sk = K k σ AK BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) KAYNAK BAĞLANTILARININ EMNİYET GERİLMELERİ σ kem = K k σ AK S bağıntısı ile hesaplanır. Benzer şekilde kesme ve burulmaya zorlanan kaynak bağlantıları için; τ sk = K k τ AK K k : Kaynak Kalitesi τ kem = K k τ AK S MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 32

33 KAYNAK BAĞLANTILARININ EMNİYET GERİLMELERİ Değişken Zorlanmada: Bu durumda tam değişken zorlanmalarda mukavemet koşulları; (σ m = 0) σ ak σ Dk S ve genel değişken zorlanmada; τ ak τ Dk S σ gdk = σ mk + σ AK σ Dk σ σ ak K k D S τ gdk = τ mk + τ AK τ Dk τ τ ak K k D S şeklinde yazılır. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 33

34 KAYNAK BAĞLANTILARININ EMNİYET GERİLMELERİ σ m = 0 ve τ m =0 olan tam değişken zorlanmada kaynağın sürekli mukavemet sınırları; σ gdk = K k σ D = K k K bk K yk K ck σ De τ gdk = K k τ D = K k K bk K yk K ck τ De şeklinde hesaplanır. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 34

35 KAYNAK TASARIM İLKELERİ Kaynak işlemi oldukça yüksek sıcaklıklarda gerçekleştiğinden parçalarda soğuma sırasında şekil değiştirmelere, çarpılmalara ve çatlaklara neden olan artık gerilmeler meydana gelir. Bu olayları önlemek için kaynak dikişleri az ve basit ayrıca kısa ve kalın kaynak dikişlerinin yerine ince ve uzun kaynak dikişleri tercih edilmelidir. Kaynak dikişlerinde kuvvet akış çizgilerinin düzgün olmasına dikkat edilmelidir. Kaynak bağlantılarının kesişmesi çentik olayını artırır ve önlenmelidir. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 35

36 BASINÇ KAYNAĞI Basınç kaynağı ek malzeme kullanılmayan ve genelde saç parçalarda kullanılan bir yöntemdir. Geniş yüzeyli parçaların birbirine kaynak edilmesinde taşıt, gövde, karoseri konstrüksiyonlarında uygulanan ekonomik bir yöntemdir. Piyasada en çok kullanın basınç kaynağı Elektrik Direnç Kaynağıdır. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 36

37 ELEKTRİK DİRENÇ KAYNAĞI (VIDEO) MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 37

38 Nokta(Punto) Kaynağının Hesap Yöntemi ve Tasarım İlkeleri Bağlanacak sacların kalınlığına göre iki taraflı veya tek tarafı olabilir. Genelde bir sırada en az iki en çok beş kaynak noktasının bulunması önerilir. Genelde nokta kaynağı kesmeye zorlanır. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 38

39 NOKTA KAYNAĞI(SPOTWELD) VIDEO MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 39

40 Nokta(Punto) Kaynağının Hesap Yöntemi ve Tasarım İlkeleri Kesmeye zorlanma durumu referans alınırsa, punto kaynağının mukavemet hesabı aşağıdaki gibi yapılır; τ k = F z. n. A k = 4F z. n. π. d 2 τ kem A k = π. d 2 /4 Burada A k : Nokta kaynağının Kesit Alanı z: nokta sayısı n:kesmeye zorlanan kesit sayısıdır. (Bindirme kaynağında n=1 ve alın kaynağında n=2 alınır) MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 40

41 ÖRNEK SORU Bindirme kaynağı ile birbirine bağlanan iki plaka F=50000N kuvvet ile çekmeye zorlanmaktadır. Kuvvet statik olduğu durumda köşe yan kaynak (a), ve köşe alın kaynak(b) için kaynak bağlantılarının mukavemet bakımından kontrolü istenmektedir. Parça malzemesi St50-2, plaka kalınlıkları s1=s2=s=8mm, genişliği b=25 mm, yan kaynağın uzunluğu L ky =50 mm ve kaynak kalitesi 1.kalite olarak verilmektedir. Kaynak alın ve yan kaynak şekil c deki gibi yapıldığında, yan kaynağın uzunluğunu hesaplayınız. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 41

42 ÇÖZÜM St50-2 için; σ K = N/mm 2 ve σ AK = N/mm 2 arasındadır Buna göre plakanın kalınlığı 10 mm için σ AK = 290 N/mm 2 seçilirse kayma akma sınırı ; τ AK = 0,577σ AK = 0, = 167,33N/mm 2 bulunur. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 42

43 Kontrol hesabı için S=2 değerinde bir emniyet katsayısı seçilebilir. Buna göre 1.kalite için, kaynak kalitesi faktörü K k = 0,95 seçilirse; Alın Köşe Kaynağı İçin; τ ka = F = = 178,57 1,4.s.b 1, N/mm2 bulunur. ve hesaplanan emniyet katsayısı; τ S ha = K AK k = 0, ,33 bulunur ve bu sonuç = 0,89 τ ka bağlantının emniyetli olduğunu gösterir. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 43

44 Yan Köşe Kaynağı İçin Nominal Gerilmeler ve Emniyet Katsayısı; τ ky = F = ,4. s. L ky 1, ve hesaplanan emniyet katsayısı; = 89,29 N/mm2 S hy = K k τ AK τ ka = 0, ,33 89,29 = 1,78 S hy < S = 2 olduğundan yan köşe kaynağı için bağlantı emniyetlidir. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 44

45 Alın ve Yan Köşe Kaynağının Birlikte Olduğu Durum; L ktop = b + L ky = F 1,4. s. K k. τ AK /S = ,4.8.0,95.167,33/2 70mm Buna göre alın ve yan köle kaynağının uzunluğu sırasıyla; L ka = b = 25mm ve L ky = L ktop b = 70-25= 45 mm bulunur. MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 45

46 SORULARINIZ??? MAK 305 Makine Elemanları-Doç. Dr. Ali Rıza YILDIZ 46