MAKİNE TASARIMI (DERS NOTLARI)

Transkript

1 MAKİNE TASARIMI (DERS NOTLARI) Prof. Dr. Ahmet Çetin CAN

2 İÇİNDEKİLER BÖLÜM 1 MAKİNE TASARIMI BÖLÜM 2 KAYNAKLI KONSTRÜKSİYONLAR Tasarım Kuralları Kaynaklı Parçaların Sağlamlığını Artırma Yöntemleri BÖLÜM 3 DÖKÜMLE ÜRETİLEN PARÇALARIN TASARIMI Et Kalınlığı ve Döküm Dayanımı Döküm parçalarının kalıplanması Döküm parçalarının Tasarım Kuralları BÖLÜM TALAŞLI İŞLEMLE ÜRETİLEN PARÇALARINTASARIMI BÖLÜM 5 MAKİNE TASARIMINDA HAFİFLİK Uygun Kesit Seçilmesi Şekil Değişimi Yaparak Hafiflik Sağlanması Zorlamaların Azaltılması İle Hafiflik Sağlanması Malzeme Seçimi ile Hafiflik Sağlanması BÖLÜM 6 YORULMAYA GÖRE TASARIM Gerilme Yığılması Meydana Getiren Şekiller ve Gerilme Yığılmalarını Azaltmak İçin Yapılan Tasarım Değişiklikleri Cıvata ve Somunların Tasarımı BÖLÜM 7 RULMANLI ve KAYMALI YATAKLARININ TASARIMI Rulmanların Millere Montajı Rulmanların Gövdelere Montajı Millerin Yataklama Örnekleri Kaymalı yatak tasarımı BÖLÜM 8 SIZDIRMAZLIK ELEMANLARININ TASARIMI Hidrolik Keçelerin Montajı Yağ Keçelerinin Montajı Labirentler

3 BÖLÜM 9 MAKİNE TASARIMINDA KENDİ KENDİNE YARDIM PRENSİBİ BÖLÜM 10 MAKİNE TASARIMINDA BASİTLİK BÖLÜM 11 MAKİNE TASARIMINDA BELİRLİLİK BÖLÜM 12 MAKİNE TASARIMINDA EMNİYET BÖLÜM 13 KOROZYONA GÖRE TASARIM BÖLÜM 1 ZORLANMANIN AZALTILMASI

4 BÖLÜM 1 MAKİNE TASARIMI Bir makinenin meydana gelmesi, kabaca, makineyi hayal etme, taslak şeklini çizme, elemanlarını yerleştirme, mekanizmanın çalışmasını sağlama, elemanları boyutlandırma, montaj resimlerini çizme, yapım resimlerini çizme, prototip makinenin üretimini yapıp deneme yapma ve yapımına karar verilen makinenin üretimini yapma safhalarından geçer. Üretim safhasına kadar olan tüm işlemler tasarım olarak adlandırılır. Tasarım kelimesinin karşılığı olarak, dizayn ve konstrüksiyon kelimeleri kullanılmaktadır. Bu kelimeler, yabancı kelimeler olup, Türkçe okunuşları ile kullanılmaktadır. Konstrüksiyon kelimesi, elemanları yerleştirme anlamında kullanılmakla birlikte, tasarım anlamı vermektedir. Burada, bütün bu kavramlar için tasarım kelimesi kullanılacaktır. Bir makinenin tasarım şu safhalardan geçer: 1- Fonksiyonun Belirlenmesi Fonksiyon, yapılacak makinenin çalışması esnasında yapması gereken iştir. Tasarım esnasında çözülmesi gereken ilk iş budur. Yapılacak makinenin yapacağı iş tam ve kesin belirlenmelidir. 2- Tasarım Sentezleri Makinenin yapacağı işi yerine getirebilmesi için temel fikirleri bir araya getirmektir. Tasarımın bu safhası, buluş kabiliyeti gerektirdiğinden zordur. İstenen fonksiyonu yerine getirebilecek sonsuz sayıda sistem geliştirilebileceği için bu safhada karar vermek ve son noktayı koymak, önemli bilgi birikimi ve tecrübe.ister. 3- Taslak Tasarım Yapma, Malzeme Seçimi ve Analiz Yapma. Tasarımcı, malzeme seçimini, üretim metodunu, boyutları, toleransları vs. bu safhada belirler. Bu safha, sentezleme safhasından daha az buluş kabiliyeti istediğinden, daha kolaydır; fakat daha fazla teknik tecrübe gerektirir. Tasarımcının kullanabileceği, gerilme formülleri, malzeme özellikleri, üretim metotları gibi bilgi birikimi gerektirir. Bu safhada, işlemlerin verimliliği, faydalılığı sıraya konmalıdır. Seçilen malzeme ve işlemler, çok iyi, iyi, zayıf gibi tercihler konulmalıdır. Tatmin edici bir tasarıma ulaşıldığında, analiz yapmak uygun olur. Eğer tasarım iyi ise imalata geçilebilir. Çoğu zaman yapılan tasarım, prototip üretimden sonra, tatmin edici olmaması, yeterli malzeme bulunamaması, gibi nedenlerden yetersiz kalır ve taslak tasarım safhasına geri dönülür. Bir makine tasarımı, yukarıda bahsedilen ve aşağıdaki şemada verilen işlemleri bir çok defa tekrar ederek başarılır. 1

5 Bilgi Tecrübe Kabiliyet Fonksiyonun belirlenmesi Tasarım sentezleri Üretim yöntemleri Pazar araştırması Para kaynakları Tekrar tasarım yap Taslak tasarım Gerekli malzeme özelliklerinin belirlenmesi Hayır Uygun malzeme var mı? Evet Malzeme üreticilerinin cevabı Yeni malzeme geliştirilebilir mi? Hayır Evet İşletmede dene Prototip üretim yap ve dene Standartlara ve tüketiciyi koruma kanunlarına uygunluğunu kontrol et Malzeme yetersiz Tatmin edici değil Tatmin edici Tasarım yetersiz Detay özellikler Üretim planı Üretim Satış Kötü İyi Maliyeti düşür 2

6 BÖLÜM 2 KAYNAKLI KONSTRÜKSİYONLAR Kaynak işlemi, düz haddelenmiş levhalardan ve profillerden birleştirilerek imal edilen, presler, çeşitli makine gövdeleri, boru hatları, değişik depolama işlerinde kullanılan kaplar, çelik konstrüksiyon binalar gibi yerlerde önemli bir şekilde kullanılmaktadır. Kaynak, parçaların yapım kolaylığından, çoğu kez döküm ve dövme işlemlerine tercih edilmektedir. Bilhassa az sayıda imal edilecek parçaların döküm ve dövme ile imal edilmesi pahalıya mal olmaktadır. Kaynak işlemi, karbon oranı %0,25 den küçük olan alaşımsız çeliklerde kolaylıkla uygulanabilmektedir. Karbon oranı yüksek olan veya alaşım elementi içeren çeliklerin kaynak dikişleri sertleşebilmekte ve kırılganlığa sebep olmaktadır. Bakır ve alüminyum gibi demir olmayan metallerin, ısı iletim katsayılarının çok yüksek olması ve kolayca oksit oluşturmalarından dolayı kaynakla birleştirilmeleri zor olmaktadır. Kaynak dikiş metali esas metale göre daha zayıf olmaktadır. Kaynak dikişi mikroyapısı daha kaba taneli olmakta, kaynak dikişinde boşluklar oluşabilmekte, iç gerilmeler oluşmakta, ve kaynak dikişinde gerilme yığılmaları meydana getiren düzensizlikler meydana gelmektedir. Dış çentiklerin talaşlı işlemle düzeltilmesi ve ısıl işlemler ile mikroyapının düzeltilmesi durumunda kaynak dikişi, esas metalin dayanımını gösterebilmektedir. Kaynaktan dolayı parçanın çarpılması söz konusudur. Bu bölümde kaynaklı parçaların temel tasarım kuralları ve kaynaklı parçaların dayanımlarını artırma kuralları incelenecektir. TASARIM KURALLARI 1.1 1)-Hazır standart üretimi yapılan yarı mamüller tercih edilmeli 1-Levhalardan kesilerek üretilmiş. 2-iki adet U-profil kullanılmış. 3-I-profili ve U- profili kullanılmış 3

7 2.1 2) Kaynak işlemi uygulanabilmelidir. Uygun olmayan tasarım Uygun tasarım 2.2 Kaynak dikişleri iç kısma konulmuş, kaynağın yapılması zor, belki mümkün değil İki flanş arası açılarak kaynak yapmak mümkün hale gelmiş. Diğer çözüm ise kaynak dikşinin biri dışarı alınarak kaynak yapılması mümkün hale gelmiş. İç kısımdaki kaynak dikişlerinin yapılması mümkün değil Üst kısımdaki kaynak dikişleri dışarı alınarak kaynak yapımı mümkün hale gelmiş ) Daha basit kaynak şekilleri bulunmalı 3.2 1ve 2 nolu parçalar dışarıdan kaynatılmış. 2 nolu parçada delik açarak dolgu (perçin) kaynağı ile birleştirme basitleştirilmiş. İki boru elektrik ark kaynağı ile birleştirilmiş. Elektrik ark kaynağı yerine direnç kaynağı kullanılmış.

8 Boru ile flanşın birleştirilmesinde boru tornalanarak merkezleme yapılmış. Tornalama flanşta yapılmış. Flanş boruya göre daha küçük bir parça olduğu için tornalanması daha kolaydır. 3.5 Kaynaklanacak parça 2m çapında ve 3m yüksekliğinde olsun. Parça ister dikilerek isterse yatırılarak kaynatılmaya çalışılsın kaynatılması zor olur. Parça dikilerek kaynak dikişleri kolayca yapılabilir. 3.6 Eğik yüzeyi matkapla delmek zordur İşlemi kolaylaştırmak ve düzgün delme yüzeyi elde etmek için parça ilave edilmiş Bir borunun ucuna iki adet parça kaynatılarak çatal oluşturulmuş. Silindirik parçaların düz parçalara kaynatılması zordur ve dayanımı azdır Borunun ucu ezilerek yassılaştırılmış ve kaynak kolaylaştırılmış. Çatal aralığı aynı kalmış ve kaynak işçiliği azaltılmış. 5

9 .1 ) Kaynak dişlerinin üst üste gelmesinden kaçınılmalıdır..2 Kaynak dikişi malzemenin mikroyapısını bozar ve iç gerilmeler oluşturur. Kaynak dikişlerinin üst üste gelmesi malzemeyi iyice zayıflatır.dört adet kaynak dikişi tek noktada toplanmış. Levhalar şaşırtmalı kaynatılarak kaynak dikişleri biri birinden ayrılmış.3 İki levha tek noktada birleştirilmiş. Altta I profili üstte iki adt L profili Levhalar biri birinden ayrılmış. Kaynak dikişleri köşede birleşmiş Kaynak dikişlerinin birleşmesi önlenmiş 6

10 5.1 5) Kalın parçalar ile ince parçalar ön işlemsiz kaynatılmamalıdır. 1-Kalın parça kalınlığının ince parça kalınlığına oranı üçten küçük ise ön işlemsiz birleştirme yapılabilir ancak yine birleşme yerinde gerilme yığılması meydana gelir. 2, 3 Kalın parça ön işlemle işlenerek ince parça kalınığına getirilerek kaynak yapılmıştır. 5.2 küresel bir parçanın kapak kaynağı köşeden uzaklaştırılmış Kalın bir mil ile ince levha birleştirilmiş. Mile ön işlem yapılarak kaynak yapılmış; aynı zamanda kaynak dikişi gerilme yığılması olan köşeden uzaklaştırılmış. 7

11 Kalın mil ince levhanın üzerine açılan deliğe geçirilerek kaynatılmış. Milin üzerine ilave delik açılarak kaynak bölgesinin esnemesi sağlanmış. Bu şekilde gerilme yığılması azaltılmış. Kalın dişli çark çemberi ince flanşlara kaynatılmış Dişli çark çemberinde ön işlem yapılarak flanşlara kaynatma yapılmış ) Merkezleme yapılacak parçalara ön işlem yapılarak işlem basitleştirilmelidir. Küre başlık ile milin merkezlenmesi zordur Küreye delik açılarak merkezlenme basitleştirilmiş. 8

12 Burç levhaya delik açılarak merkezlenmiş. Burç ekseninin levhaya dik olarak kaynatılması zordur. Burca fatura açılarak merkezleme basitleştirilmiş ) Ön işlem yapmak yerine basit çözümler bulunmalı İki levhaya ayrı ayrı kaynak ağzı açılmış. 7.2 Levhalardan biri kaydırılarak ön işlemden yapmaya gerek kalmamış Silindir ve taban parçasına kaynak ağzı açılmış. Alt parça kaydırılarak ön işlem yapmaya gerek kalmamış 9

13 Köşebent ile levha birleştirmelerinde levhaya ön işlem yapılmış. Levhalar kaydırılarak ön işlemden yapmaya gerek kalmamış Levha ile köşebentler aynı hizada kaynatılmış. Köşebentler aşağı yukarı çekilerek kaynak ağzı oluşturulmuş. İki boru bir ara parça yardımıyla birleştirilmiş. Borulara kaynak ağzı açılmış. Ara parçanın dış çapı biraz küçük yapılarak kaynak ağzı oluşturulmuş. 10

14 7.7 Silindirik parça kapakla birleştirilmiş. Her iki parçaya da ön işlem yapılmış. Sadece kapağa ön işlem yapılmış ) Parçaların üretimi basitleştirmeli 8.2 Silindirik parça ile düz levhanın birleştiği köşenin aynı yarıçapta işlenmesi zordur. Levhanın köşesi kesilerek bu işleme gerek kalmamıştır. 8.3 Destek levhası eğrisel işenmiş. Destek levhasının düz kesilmesi daha kolaydır. Şekildeki kasnağın yapılabilmesi için iki adet ayrı İki ayrı parça aynı şekil verilerek neticeye ulaşılmıştır. 11

15 8. parça şekillendirmek gerekir. 8.5 Silindirik parça için farklı şekilde iki parça gerekir. İki aynı parça ile neticeye varılmış. 8.6 dört adet parça kaynaklanarak kutu şeklinde parça oluşturulmuş Üç adet parça yerine bir adet U şeklinde parça kullanılmış 12

16 Destek için iki levha kullanılmış. Tek parça kıvrılarak hem işlem basitleştirilmiş hem de esneme zorlaştırılmış 8.9 Torna ile şekillendirilmiş parça kullanılmış. Torna ile işlenecek parça yerine presle daha kolay şekillendirebilecek tasarım Dokuz adet parça kesilerek kaynatılmış. Üç adet parça kıvrılarak kaynatılmış ) Kaynak esnasında yanacak ince kenarlar konulmamalıdır. g ve f ile gösterilen uç kısımlar kaynak esnasında bozulur. Uç kısımlar kesilmiş. 13

17 K ile gösterilen kısım kaynak esnasında bozulur. Silindirik parçaya açılan delik flanşa çok yakın olduğu için kaynak esnasında delik kenarı bozulur. Burç biraz aşağıya çekilerek köşenin bozulması engellenmiş. Kaynak dikişi delikten uzaklaştırılmış. Diğer bir yöntem, deliği kaynak açıldıktan sonra açmaktır Rekor üstüne açılmış vida dişleri kaynak esnasında bozulur. Vidalar kaynaktan etkilenmeyecek kadar uzak olmalıdır. Kaynak dikişi taşlanmış yüzeyi bozar. Kaynak dikişi taşlanmış yüzeyden uzaklaştırılmış. 1

18 9.6 Burcun iç çapı kaynaktan dolayı çarpılır. Delik kaynak yapıldıktan sonra işlenmiş ) Kaynak esnasında parçaların kaynaktan dolayı hasara uğramasına karşı tedbir alınmalıdır Kapalı bölgede kalan gazın hacim genişlemesinden dolayı çarpılma meydana gelir. Gazın dışarı çıkmasını sağlamak için delik açılmış. Sertleştirilen kısım kaynak esnasında sertliğini kaybeder. kaynak sertleştirilmiş yüzeyden uzaklaştırılmış. Sertleştirilmiş parça sıkı geçme olarak takılmış. Sertleştirilmiş parça sıcak geçirilmiş. 15

19 10.3 İşlem yapılmış yüzeylere kaynak dikişi konulmamalıdır. Ayrıca bileşik gerilmelerin olduğu yerlere kaynak yapmaktan kaçınılmalıdır. İşlenmiş yüzeye konan kaynak dikişi içeriye alınıp, köşedeki kaynak yukarıya alınarak doğru işlem yapılmıştır Kaynaklı Parçaların Sağlamlığını Artırma Yöntemleri Dikkate Alınmalıdır Eğmeye zorlanan kaynak dilişinin atalet momenti küçük. 2-3 kaynak dikişi atalet momenti artırılarak sağlamlaştırılmış 1-Burulmaya zorlanan parçada kaynak dikiş çapı küçük ve momenti taşıyan alan küçük olduğu için zayıftır. 2-Kaynak dikiş çapı büyütülmüş 3-Kaynak dikiş sayısı ikiye çıkarılmış.-kaynağa ilave olarak mile vidalanmış.5- Kaynağa ilave olarak sıkı geçme yapılmış. Not: Hem kaynak dikişi hem de vidalı veya sıkı geçmeli bağlantı tasarımda belirlilik kuralına terstir. 16

20 : Kuvvet kaynak dikişine doğrudan etkilemekte. 2-:- Kuvvet fatura tarafından karşılanmakta Basınçlı kabın kaynak bağlantısında kuvvetler doğrudan kaynak dikişine etkilemektedir. 2- Yapılan konstrüksiyon değişikliği ile kaynak dikişine kuvvet doğrudan gelmemektedir Eğilme gerilmesi doğrudan kaynak dikişini zorlamakta. 2-Pim plakaya geçirilerek sağlamlaştırılmış. 3-Kaynak arkaya alınarak gerilmenin tümü pim tarafından karşılanmaktadır Dayamadaki kaynak dikişi eğme gerilmesinin çeki olduğu bölgeye gelmektedir. Kırılma ve kopma çeki gerilmesi ile meydana gelir. 2-Kaynak dikişine gelen gerilme basıya dönüşmüştür. Kaynak dikişinin bası gerilmesi ile kapması söz konusu değildir. 17

21 İki köşebent T şeklinde birleştirilmiş. 2- Kaynak dikiş alanı büyütülerek sağlamlaştırılmış Kaynak dikişi çekmeye ve eğilmeye zorlanmaktadır. 2-Kaynak dikiş alanı genişletilmiş. 3-Ters tarafa da kaynak yapılmış. -Kaynak V şeklinde yapılmış. Kaynak dikişlerindeki sağlamlaşma: Şekil No Çekme Eğme , Kaynak dikişine ilave kayma gerilmesi gelmektedir. 2-V şeklinde kaynak yapılarak dengeleme yapılmış ve kayma gerilmesinin tamamen kaynak dikişinde oluşması engellenmiş m ile gösterilen kısımda daha fazla çeki gerilmesi oluşmaktadır. 2-Profil ters çevrilerek çeki gerilmesi azaltılmıştır. 3- Eğilmeye zorlanan U profili bindirme yapılarak sağlamlaştırılmış. - İlave kapak kaynatılarak sağlamlaştırılmış. 18

22 :-Basınçlı kaptaki kaynak dikişine, çekme gerilmesine ilave olarak eğme gerilmesi, gelmektedir. 2-- Yapılan tasarım değişikliği ile eğme gerilmesinin oluşması engellenmiş Kaynak dikişi eğme gerilmesinin fazla olduğu yere konmuş. 2-Kaynak dikişi eğme gerilmesinin olmadığı asal eksene konulmuş Kaynak dikişi gerilme yığılması bölgesinde 2-Kaynak dikişi gerilme yığılması olan bölgeden uzaklaştırılmış. 3-Kaynak dikişi gerilme yığılması olan bölgeye konacaksa şekildeki gibi içbükey yapılabilir. İç bükey kaynak dikişinin yorulma dayanımı daha iyidir fakat yapılması zordur. 19

23 Kaynak dikişi yapıldıktan sonra talaşlı işlemle düz köşe kaynağı iç bükey kaynak haline getirlmiş. 2- Küt kaynak yapıldıktan sonra talaşlı işlemle gerilme yığılması oluşturacak kaynak çıkıntıları temizlenmiş Kaynak dikişinde en zayıf nokta, dikiş köküdür. Kaynak dikişinin zorlanmasında bu bölgelerin dikkate alınması gerekir. Çeki gerilmesi dikiş köküne gelmeyecek şekilde kaynak yapılmalıdır ve de kaynak dikişleri gerilme yığılmaların olduğu bölgeden uzakla Ştırılmış 20

24 11.19 Bolamasına kaynak dikişi şaşırmalı yapılmış Kaynak dikişi köşeden uzaklaştırılmış. Köşe kaynağı küt kaynak haline dönüştürülmüş. Kaynak dikişlerinin değişken gerilme ile zorlanması durumunda, yorulma dayanımındaki düşüşü hesaba katmak için, yorulma dayanımı düşüş faktörü, K f değerleri hesaba katılır. K f değeri en düşük olan kaynak dikişini tercih etmek gerekir. Aşağıdaki çizelgede K f değerleri verilmiştir. 21

25 Kaynak Dikişleri İçin Yorulma Dayanımı düşüş faktörü K f değerleri ALIN KAYNAĞI Çeki-bası 2 1,5 1,1 1,5 1,2 Eğme 1,7 1,2 1 1,2 1,1 Kesme, burma 2, 1,8 1, 1,8 1,6 T KÖŞE KAYNAĞI Çeki-bası 3,1 2,9 2,5,5 1,6 1,8 1,5 Eğme 1,5 1,5 1,2 9 1,3 1,3 1,2 Kesme, burma 3,1 2,9 2,5,5 2 2,2 1,8. * Bu katsayılar şekilde görülen mil için de kullanılabilir DİK KÖŞE KAYNAĞI Çeki-bası,5 3,3 2,2 1,7 2,9 Eğme 9 1,7 1,8 1, 1,5 Kesme, burma,5 3,3 2,7 2 2,9 BİNDİRME KÖŞE KAYNAĞI Çekibası,5 2,1 22

26 23

27 2

28 25

29 26

30 27

31 28

32 BÖLÜM 3 DÖKÜM YÖNTEMİ İLE ÜRETİLEN PARÇALARIN TASARIMI Takım tezgahları, içten yanmalı motorlar, türbinler, kompresörler gibi pek çok makinenin ağırlıklarının %60-80 kısmı döküm parçalardan meydana gelmektedir. Bilhassa çok sayıda üretilecek parçalar, diğer imalat yöntemleri ile şekillendirilmesi zor olan parçalar, çok ağır ve büyük parçalar için döküm alternatifsiz olmaktadır. Bu yüzden makine tasarımcısı temel döküm kurallarını bilmelidir. Döküm parçaların dayanımı, haddeleme ve dövme yöntemiyle üretilen parçaların dayanımına göre daha zayıftır. Döküm esnasında parçada boşluk ve çatlaklar oluşabilmekte; ayrıca mikro yapı bozuk olmaktadır. Bütün çelikler döküm yoluyla üretilebilmekle beraber, döküm parçaların pek çoğu dökme demirlerdendir. Çeliklerin ergime sıcaklıklarının yüksek olmasından dolayı kalıp içinde akıcılıkları az olmakta; ayrıca çekme miktarları da yüksek olmaktadır. 3.1 Et kalınlığı ve Dökümün Dayanımı Döküm parçalarının dayanım değerleri kalınlıkları ile önemli bir şekilde değişmektedir: -Parça kalınlığına bağlı olarak soğuma hızı değişmekte; soğuma hızının değişmesi de mikroyapıyı değiştirmektedir. Soğuma hızının fazla olması sementitin oluşmasına neden olur. Sementit sert ve kırılgan bir mikro yapıdır. Sementit veya grafitin dışında kalan mikro yapı da yine soğuma hızına bağlı olarak perlit, beynit, hatta martenzit olabilir. -Soğuma hızı tane boyutunu değiştirir. Hızlı soğuyan kısımların tane boyutu küçük, yavaş soğuyan kısımların ise büyük olur. Tane boyutunun küçük olması malzemenin dayanımını iyileştirir. -Döküm parçaların kalın kısımlarında, çekmelerden dolayı boşluklar meydana gelir. Bu boşluklar döküm parçasının dayanımını düşürür. Şekil 3.1 de lamel grafitli dökme demirler için boyuta bağlı dayanım değerlerinin değişimi verilmektedir. Lamel grafitli dökme demirlerin sembol ile gösteriminde verilen dayanım değerleri 30mm çapta dökülmüş, 20mm çapa torna edilmiş numune için geçerlidir. Döküm parçalarının dayanımını artırmak ve esnemesini zorlaştırmak için, döküm tekniğinin izin verdiği en küçük et kalınlığı kullanılmalı, uygun şekiller seçilmeli, parçalara kaburga, destek kolu gibi şekillendirmeler yapılmalıdır. Döküm parçaların şekil kalitesini belirlemek için, yüzey alanının hacme oranı veya çevre uzunluğunun kesit alanına oranı kıyaslanır. Şekil 3.2 de uygun şekiller ve şekil kaliteleri verilmiştir. 29

33 Şekil 3.1 Lamel grafitli dökme demirlerde boyuta bağlı dayanımın değişmesi. 30

34 Şekil 3.2 Döküm parçaların dayanımının artırılması ve esnemesinin azaltılması için yapılan uygun şekillendirme örnekleri. a,b,c) Dolu kesitler, şekil kaliteleri 1. Şekillerde değişiklik yapılarak şekil kaliteleri 2,2 ve olmuştur. d) kalın kesitli uygun olmayan tasarımlar, e) kesit inceltilmiş destek kolu oluşturulmuş uygun tasarımlar. Çeşitli döküm malzemeler için verilmesi gereken en az cidar kalınlıklarını Şekil 3.3 ve Çizelge 3.1 de verilmektedir.. Şekil 3.3 Çeşitli döküm malzemeleri için en az cidar kalınlıkları. 1) Dökme çelik, 2) ENGJL-150, 3) Bronz, ) Alüminyum alaşımları. s:cidar kalınlığı, N: parçanın tüm ölçülerini hesaba katan boyut değeri. 2L b h N 3 L: Dökülecek parçanın boyu, b:genişliği, h: yüksekliğidir. 31

35 Çizelge 3.1 Alaşımsız lamel grafitli dökme demirler için tavsiye edilen minimum et kalınlığı. Lamel grafitli dökme demir kalitesi (Rm, Mpa) Minimum et kalınlığı, mm Hacim/yüzey alanı (Kare kesit için) 20 (136) 3,2 1,5 25 (170) 6, 3 30 (20) 9,5,3 35 (238) 9,5,3 0 (272) 15,9 7,1 50 (30) 19 8, 60 (08) 25, 10,7 3.2 DÖKÜM PARÇALARININ TASARIM KURALLARI 1 Döküm Parçaların Kalıplanması Mümkün olmalı veya Kolay Olmasına Dikkat edilmelidir. Döküm parçalar, genellikle kum kalıplara dökülür. İmal edilecek parçanın şeklini elde edebilmek için, genellikle ahşaptan modeli yapılarak, kum kalıpların içinde boşluk oluşturulur. Parçanın tasarımı yapılırken kalıplama esnasında meydana gelebilecek sorunlar iyi düşünülmelidir Siyah gösterilen bölgeler modelin kalıptan çıkartılması esnasında kopacak kısımlardır. Tasarımlarda yapılan değişiklikler ile kalıbın bozulması önlenmiş. Oklar modelin çıkartılma yönünü göstermektedir. a)derece yüzeyleri kademeli, kalıplama zor, b) derece yüzeyleri aynı düzleme getirilmiş. 32

36 1.3 a) Eğri boruların kalıplanması zordur, b,c) tasarım değişikliği yapılıp, borular düz hale getirilerek kalıplama kolaylaştırılmış 1. Kalıplamada doğrudan elde edilemeyen boşlukları oluşturmak için maçalar kullanılır. Maça kullanımı hem maliyeti artırır hem de işi zorlaştırır. a) maça kullanılmasını gerektiren döküm parçası b) maça kullanılmadan, dökülebilecek şekilde yapılan tasarım 1.5 a) İmalatı zor eğrilerden oluşan döküm parçası. Modelin yapımı zor. b) eğriler yerine mümkün olduğu kadar düz şekillerden meydana gelen döküm parçası. 1.6 a) Tek parça halinde tasarlanan döküm parçası. b)parçalara ayrılarak basitleştirilmiş tasarım. 1.7 a) m ile gösterilen kısmın dökümü için maça kullanılması gerekir. b)m ile gösterilen kısımda yapılan değişiklik ile parçanın kalıplanması basitleştirilmiş. 33

37 1.8 a) Tek parça döküm yerine, b) ayrı ayrı dökülmüş ve kaynakla birleştirilmiş çelik döküm 1.9 Maca tek gözlü yapılınsa döküm esnasında kayma olur ve parça düzgün çıkmaz. İkinci tasarımda maçalar birleştirilerek üç gözlü yapılmış 2- Modelin Kalıptan Çıkarılabilmesi İçin Koniklik Veya Eğim Verilmelidir. 2.1 a)imalatı düşünülen parça, koniklik verilmemiş, b) üst çap esas alınarak koniklik verilmesi durumunda işlenmesi gereken 560mm çapındaki kısım içeride kalmaktadır, c) alttaki çap büyütülerek koniklik verilmiş, d) üstteki çap küçülterek koniklik verilmiş. 2.1 Parçaların büyüklüklerine bağlı olarak verilmesi tavsiye edilen koniklikler. 2.3 Koniklik verilmiş, esnemesi azaltılmış, dayanımı artırılmış döküm parçalar. 3

38 Çizelge Döküm parçaları için, genel olarak verilen, koniklikler Döküm parçasının eğim veya koniklik verilecek Koniklik veya eğim açısı kısmının yüksekliği mm 20 mm ye kadar 3 o ,5 o o mm nin üstünde 15 3 Döküm Parçalarda Büzülme Dikkate Alınmalıdır. Döküm parçalarında, soğuma esnasında büzülme meydana gelir. Döküm parçasının modeli yapılırken büzülme miktarı hesaplanıp ölçüler ona göre verilmelidir. Boylamasına büzülme oranı: L Lo (Tk To )100 % Lo Bağıntısı ile hesaplanabilir. Bu bağıntıda: L: Parçanın döküm sıcaklığındaki boyu, L o : Parçanın oda sıcaklığındaki boyu, : Dökülen malzemenin ısıl genleşme katsayısı, T k : Malzemenin katılaşma sıcaklığı T o : Oda sıcaklığı. Çeşitli döküm malzemeleri için büzülme miktarları Çizelge de verilmiştir. Çizelge Değişik Döküm Malzemelerinin Büzülme Oranları Dökümü yapılacak malzeme Büzülme oranı % Yüksek fosforlu dökme demir 0,7-0,8 Gri dökme demirler 1-1,2 Yüksek dayanımlı dökme demirler 1,5-1,8 Sade karbonlu dökme çelikler 1,8-2 Alaşımlı çelikler 1,8-2,5 Fosfor bronzu 0,6-0,8 Kalay bronzu 1,3-1,6 Alüminyum bronzu 2-2,2 Alüminyum-bakır alaşımları 1,-1,5 Alüminyum magnezyum alaşımları 1,2-1,3 Alüminyum-silisyum alaşımları 1-1,2 Magnezyum alaşımları 1,5-1,7 Döküm parçalarındaki büzülme miktarı, farklı bölgelerde farklı miktarlarda olur ise veya döküm parçalarının farklı bölgeleri farklı zamanlarda soğur ise, ki bundan kaçınmak mümkün değildir, iç gerilmeler meydana gelir. Bu iç gerilmeler parçanın çarpılmasına, hatta çatlamasına sebep olabilir. 35

39 3.1 1)Dökülmesi istenen parça, 2)Dış kısmının önce soğuması, iç kısmının geç soğuması durumunda meydana gelen çarpılma, 3) İç kısmın önce soğuması, dış kısmın sonra soğuması durumunda meydana gelen çarpılma. Eşit soğumanın meydana gelmesi için iç cidarların kalınlığı, dış cidarların kalınlığının 0,8 katı olması tavsiye edilir. 3.2 Döküm ile imal edilen büyük çaplı, kollu dişli çarkta iç gerilmeleri azaltmak için yapılan tasarım değişiklikleri. a)yanlış tasarım. Kollar ilk önce soğur; daha sonra soğuyan çemberin büzülmesi kollar tarafından engellendiği için.çarpılır. b-d)kollar esneyebilecek şekilde tasarlanmış. Keskin Köşelerden ve Ani Kesit değişikliğinden Kaçınılmalıdır..1 a) Döküm parçasının cidarlarının geçiş kısımları yumuşak bir eğimle birleşmelidir. Keskin bir köşe birleşmesi olur ise, iç köşede ısı birikimi meydana gelir; ayrıca bu köşelere metalin doldurması zor olur ve bu bölgelerde döküm boşlukları meydana gelir. b) Köşelerin yuvarlak yapılması durumunda ısı birikiminin azalması 36

40 .2 Cidar birleştirme şekilleri ve ölçüleri. a)köşe birleştirme yarıçapı R=1,5-2s tavsiye edilir. iç ve dış yarıçap aynı merkezli. b) Kalıbın kayması durumunda köşe incelir; bunu önlemek için iç ve dış yarıçapların değeri aynı fakat merkezleri farklıdır. Bu şekilde köşe biraz kalınlaştırılmıştır. c) Dış yarı çap 0,7R alınarak aynı işlem yapılmış. d) iç kısma destek konularak daha küçük yarıçap oluşturulmuş..3 e) Döküm parçalarına tasarımın müsaade ettiği en büyük yarıçap verilmelidir. R=50-100s olabilir.. H,i) Farklı kalınlıktaki iki cidarın birleştirilmesinde radyus ölçüleri. So=(S+s)/2 j) Cidar kalınlıkları farkı fazla ise birleşme l>5(s-s) uzunluğundaki bir geçiş mesafesinde olmalıdır. k) Kanat dar açı ile birleşmemelidir. Böyle bir durum zorunlu ise birleşme yerinde R=0,5-1So olmalıdır. 37

41 .5.6 l,m) T birleşmesinde tavsiye edilen ölçüler. n,o) Flanş birleşmesi için tavsiye edilen ölçüler..7 a) Değişik kalınlıktaki cidarlarda ani geçiş yapılmamalıdır. b,c) 1:5 ve 1:10 eğim tavsiye edilir. d) En güzeli hem eğim verip, hem de destek kolu konulmasıdır. e,h) Cidarlarda T birleşme yerlerinde açılacak delik bölgelerinin şekillendirilmesi 38

42 .8 Yan cidarlarda açılacak delik bölgelerinin şekillendirilmesi.9 m,p) Cidarlardaki deliklerin kesit görünüşlerindeki ölçüler 5-Döküm Parçalarında Malzeme Birikimi Olmamalıdır. Döküm parçalarında malzeme birikiminin olduğu yerlerde ısı birikimleri meydana gelir. Çekmelerden dolayı iç boşluklar oluşur a- c) Cıvata bağlantısı için m ile gösterilen bölge kalın yapılması gerekir. Bu durumda malzeme yığılması olmuştur. Malzeme yığılmasını engellemek için sadece cıvata bağlanacak yerler kalın yapılabilir. Çapraz taralı yerler işleme paylarıdır. 39

43 d-f) Gerekli olan vida boyu kalınlığında döküm yapılmış. Sadece vida olacak yerlerde kalınlığı bırakıp diğer yerler inceltilerek malzeme birikimi engellenmiş ) m ile gösterilen bölgede malzeme birikimi var. 2,3) Malzeme birikimini ortadan kaldırmak için yapılan tasarım değişiklikleri 5. j,k) Halkaların birleşme noktalarındaki malzeme birikimlerini gidermek için yapılan tasarım değişikliği. 6-Döküm Parçalarında Gaz Boşluklarının Oluşması Engellenmelidir. Döküm metali sıvı iken içinde çözmüş olduğu gazlar vardır. Metalin ısısı düşerken gazları çözme oranı azalır ve bu gazlar dışarı atılır. Uygun tasarım yapılmaz ise bu gazlar dökümde boşluklar oluşturur; ve parçanın zayıflamasına sebep olur. 0

44 6.1 1) Yanlış tasarım. Kaburga üst tarafa gelmiş.; gazlar kaburganın üst kısmında birikir ve zayıflamasına sebep olur. 2) Kaburga ters tarafa alınmış, 3) En iyisi kalıplama, kaburga aşağıya gelecek şekilde yapmaktır. Not: Döküm parçalarının hatasız olması istenilen yüzeylerin aşağıya gelecek şekilde kalıplanması gerekir. Örnek olarak, tornanın kızak kısmı önemlidir. Kızakta herhangi bir boşluk ve hata olması istenmez. Ayak kısımlarında ise hata olmasının önemi yoktur. Bu nedenden dolayı kızaklar aşağıya, ayaklar yukarıya gelecek şekilde kalıplama yapılır. 6.2 Silindirik parçalarda gaz çıkışını kolaylaştırmak için en iyi çözüm, üst kısma düz veya eğrisel meyil vermelidir. 6.3 Gaz çıkışını kolaylaştırmak için kasnak kollarına meyil verilmiş, 6. j) Gazlar ortadaki kısımda birikir, dışarı çıkamaz, k,) Ortadaki parçaya gazların çıkması için meyil verilmiş ve delik açılmış, l)gaz çıkışı için kum kalıba delikler açılmış 1

45 7-Döküm Kenarlarının Tasarımı 7.1 Döküm parçalarının dış kenarları, rijitlik sağlamak, homojen soğuma sağlamak, dökme demirlerde sert mikro yapı oluşmasını engellemek için genellikle kalınlaştırılır. 8.Flanşların Şekillendirilmesi 8.1 a) alın kısmı işlenmiş, b) her iki yüzey işlenmiş, c) rijitlik ve sağlamlığı artırmak için destek konulmuş. 8.2 Flanşlarda malzeme birikimini azaltnak için yapılan tasarım değişikliği 2

46 9.Delikler 9.1 Döküm parçalarda, küçük çaplı ve uzun deliklerden kaçınılmalıdır. En küçük çap; d=d o +0,1L.alınması tavsiye edilmektedir. Alüminyum alaşımları ve bronz için d o =5mm, Dökme demirler için d o =7mm, Çelik dökümler için d o =10mm alınması tavsiye edilir 10 Kaburgalar ve Destek Kollarının Tasarımı Kaburgalar ve destek kolları, döküm parçalarının rijitliğini ve sağlamlığını artırmak için kullanılır. Verilmesi gereken eğimler için daha önce döküm parçalar için Çizelge 3.1 de verilen değerler kullanılabilir Kaburganın kalınlığı olarak uç kısmının ölçüsü s 1 =(0,6-0,7)S dir. 1) Kaburganın uç yuvarlatma yarıçapı en az 1mm, kaburganın cidara birleştiği yerdeki dip yarıçapı R=0,5S olması tavsiye edilir, 2) kaburga kalınlığı 6-8mm den az ise R=0,5s 1 alınır, 3)kaburganın uç kısmının kalınlaştırılması dayanım ve rijitliği iyice artırır; ancak kalıplama zorlaşır Malzeme birikimini azaltmak için kaburgalar şaşırtmalı konulmalıdır 3

47 10.3 Malzeme birikimini azaltmak için omurgaların birleşme yerleri biri birinden ayrılmalıdır. 10. Parçanın işlenmesinde kısalacağı hesaba katılarak destek kolları, işleme payından biraz kısa yapılmalıdır 10.5 Kaburgalar ile işlenecek yüzeyler arası uzaklık yeteri kadar olmalıdır. 10 ve 13 şekillerinde yüzeyler çok yakın olduğu için işleme esnasında kaburgalar kesilmiştir(11-1) tavsiye edilen k=3-6mm 10.6 Destek kollarının çeki tarafına gelmesi uygun değildir. Çekme gerilmesi daha fazla oluşur. Malzemelerin çeki gerilmesi ile hasara uğraması daha kolaydır.

48 ) Destek kollarının şekli basit geometrik çizgilerden meydana gelmelidir. Modelin ve parçanın işlenmesi kolaylaşır Eğme gerilmesi ile zorlanan destek, eğme momentinin dağılımına uygun olmalıdır 10.9 Kaburga flanşa kadar ulaşmamalıdır. m ile gösterilen bölgenin kalıplanması zordur Kolların silindirik yüzeylere birleşme yerinde yarıçap en az R=3-6 mm olmalıdır (21 destek kollarının birleşme yerleri köşeli 22) destek kolların birleşme yerlerinde eğimli bir geçiş sağlanmış. 5

49 Destek, rijitlik sağlanılması istenen bölgenin sonuna kadar devam etmelidir 23,25 uygun olmayan tasarım, 2-26 uygun tasarım. (27-28) İç basınç altında çalışan kaplarda destek kolları içe konulması zorlanmanın azalmasına sebep olur. Basınçlı kabın dış kısmında çeki gerilmesi daha fazla oluşur. Kaburgaların cidarla aynı zamanda soğumaması durumunda çarpılmalar meydana gelir. Yan yana kaburgaların bulunması durumunda, kaburgaların en kenarda kalanı daha hızlı soğur; bu yüzden içte kalan kaburgaların kalınlığı s 1 =(0,5-0,6)S alınır. Yan yana kaburga konulması söz konusu ise Şekil 3.5 de verilen diyagram kullanılabilir. Şekil 3.5.Döküm parçalarındaki yan yana konan kaburgaların aralıkları. 6

50 11-Büyük döküm parçalarında rijitlik düşünülmelidir Çemberin ve kolların farklı zamanlarda soğuması neticesi iç gerilmeler meydana gelir. Isıl gerilmeleri azaltmak için, b) destek kollarının teğetsel, c)spiral olarak tasarlanmış. Parçanın rijitliğini artırmak için (d), ve (e) tasarımları yapılmış.. Döküm parçalarının rijitliğini artırmak için yapılan tasarımlar. 7

51 8

52 9

53 50

54 BÖLÜM TALAŞLI İŞLEME İLE ÜRETİLEN PARÇALARIN TASARIMI Makine parçalarının talaşlı işlem safhası, üretimin en önemli kısmıdır. Üretim maliyetinin %70 lik kısmı talaşlı işlemeye gider. Talaşlı işleme verimliliğinin artırılması yöntemleri şunlardır: 1-İşleme zamanını azaltmak: Bu işlem, hızlı kesme işlemi yapılması, derin talaş verilmesi, çoklu kesme takımlarının bir arada kullanılması, içten ve dıştan tornalama delme vs işlemlerinin bir arada yapılabilmesi vs. ile mümkün olur. 2- Parçanın tezgaha söküp takma zamanını azaltma: Bu işlem, işlenecek parçanın tezgaha otomatik beslenmesi, otomatik bağlama, otomatik ölçü kontrolü, otomatik boşaltma vs. ile mümkün olur. 3- Tezgahın ve parçanın bekletilmemesi, iyi üretim planlamasının yapılması. -CNC tezgahlarında olduğu gibi işlemleri ardışık yapabilme. 5- Parçaların kolay ve az işleme ile üretilebilmesi. Bu bölümde tasarımcıyı ilgilendiren bu son bölüm ile ilgili bilgiler verilecektir ) Makine Parçalarının İşleme Yüzeyleri Azaltılmalı a,b) Küçük parçanın yerleşmesi için kanal açılmış. Bu kanalın derin olmasına gerek yoktur. Kanal derinliği azaltılarak işleme zamanı azaltılabilir. c,d) Somunun takılacağı yer kople işlenmiş. Silindirik yüzeyin işlenmemesinin zararı yoktur. Sadece somun altının işlenmesi yeterli. e,f) Kapağın üst yüzeyi kople işlenmiş. Halbuki işlenmesi gerekli yerler sadece cıvata altlarıdır. Orta kısımlar dökümde boşluk oluşturarak işlenmesine gerek kalmamıştır. g,h) Döküm parçasının üst kısmı kople işlenmiş. İşlenmesi gerekli yerler şişirilerek işleme yüzeyi azaltılmış. 1. i,j) Sol taraftaki rulmanın takılabilmesi için rulman baştan sona sıkı çakılması gerekir. Halbuki iki yatak arası çap küçültülmüş olsa rulmanın takılması kolaylaşır. Delik için de aynısı geçerlidir. 51

55 k,l) Burcun takılması için derin bir yüzeyin işlenmesi gerekir. Daha kısa bir yüzey yeterli olabilir. m,n) Cıvatanın sap kısmı merkezleme yapmaktadır. Merkezleme yapılan kısım azaltılarak işlem kolaylaştırılmıştır. 2) İşlenecek malzeme hacminin azaltılmalı a) İstenilen parçayı elde edebilmek için büyük bir hacim işlenerek atılması gerekir. b) ince kalınlıktaki faturadan vazgeçilerek işlenecek hacim azaltılmış. c) Soğuk çekilmiş malzeme kullanılması ile işlenecek hacim iyice azaltılmış. 2.2 Not: Bir parçanın boyut ölçüsü verilirken piyasada satılan ölçü dikkate alınmalıdır. Mesela, Piyasada satılan mil malzemesi ölçüsü 60mm ve 65mm ise 61mm lik ölçü vermek doğru değildir. Verilecek ölçü 59mm ve ya 6mm verilmesi uygundur. d,e,f) Altı köşe malzemeden işlenerek elde edilen cıvatanın işleme miktarını azaltmak için altı köşe ölçüsünü cıvata sap ölçüsüne en yakın seçmek gerekir. Silindirik parçanın uç kısmına dört köşe açılması en az işlem gerekir. 3) Silindirik parçaların işlenmesi 3.1 1)Uygun olmayan tasarım,parça dolu milden yapılmış, 2)Parça borudan yapılarak delik açma işlemine gerek kalmamış, 3)Faturanın dış çap ölçüsü azaltılarak işçilik azaltılmış, 52

56 3.2 d) Yapılması düşünülen rulman yuvası, e) Dolu malzemeden yapılırsa atılacak malzeme çok fazla, f) Basit parçalardan kaynaklı olarak veya g)dövme ile istenilen parçaya yakın bir malzeme hazırlanır 3.3 Silindirik parçalar kesilir iken kesme payları hesaba katılmalı. Kesilen silindirin kesiti birleştirilince dairesel olmaz ) Talaşlı işlemeyi azaltmak için başka üretim yöntemlerinden faydalanılabilir a)dolu malzemeden talaşı imalat ile elde edilecek parça. Resimden işlenecek malzeme miktarının fazlalığı görülmektedir,. b-h) çeşitli dövme kalıpları ile işlenecek kısmın azalması açıkça görülmektedir. g,h de. delik zımba ile açılmıştır a) Her tarafı talaşlı imalat ile işlenerek elde edilecek parça, b) Düz levhadan kesilerek imal edilmiş, c) Ekstrüzyon ile imal edilen parça kesilerek yapılmış, d) Kalıpta dövme ile elde edilebilecek parça, e) m ile gösterilen kısımda vazgeçilir ise düz plakadan yapılabilir. 53

57 5.1 5) Tek parça yerine parçalı tasarım yapılarak işlemler kolaylaştırılabilir. 1,2) Tek parça olarak yapılmak istendiğinde işlenecek miktar fazladır, iki parçalı olarak tasarlandığında işleme miktarı azalmaktadır 5.2 3,) Piston başı iki parçalı olarak tasarlanmış 5.3 1,2,3) Sütun bağlantısında tasarım değişikliği yapılarak işlem kolaylaştırılmış. 5. 8,9) Labirentin tek parça halinde işlenmesi mümkün değildir ,11)Ara bölgenin işlenmesi parçalı yapılarak kolaylaştırılmış. 5

58 5.6 12,13,1) Burcun dış çapının taşlanması için özel taş gerekir. Parçalı yapılarak burcun taşlanması kolaylaştırılmış. 5.7 Rekorun konik kısmının işlenmesi parçalı yapılarak işlem kolaylaştırılmış. 5.8 İç kısımdaki küresel yüzeyin işlenmesi parçalı yapılarak kolaylaştırılmış ,20) Her iki taraftaki deliğin işlenmesi için parçanın sökülüp tekrar takılması gerekir. Bu şekildeki bir işleme deliklerde eksen kaçıklıklarına neden olur. Ara parça sonradan takılarak, parçanın tek bağlamada işlenmesi sağlanmış olur ,22,23) Çatalın silindirik yüzeylerinin işlenmesi epeyce zordur. Parçalı yapılarak işlem kolaylaştırılmış. 55

59 5.11 2,25) Krank parçalı yapılarak işlem kolaylaştırılmış ) Kardan mafsal parçasının parçalı yapılarak işlemimin kolaylaştırılması ,29,30) Küresel yüzeyin işlenmesi tek parça halinde zordur. Parçalı yapılırsa işlem kolaylaşır. Başka bir çözüm, yuvanın büyük parçaya açılmasıdır ,32) Dış parçanın imalatı zordur. parçalı yapılarak işlem kolaylaştırılmıştır ,3) Merkezleme yüzeyi büyük parçada olması işlemi zorlaştırı. 56

60 6) Gereksiz toleranslardan kaçınılmalı 6.1 Toleranslı işlem gerektiren işçilikten kaçınılmalıdır. 2mm kalınlığındaki segmanı, 2mm kalınlığındaki segman kanalına yerleştirmek hassas işçilik gerektirir. Segman kanalı biraz büyük yapılarak fonksiyon yerine getirilebilir. 7) Kademeli işleme yüzeylerinden kaçınılmalı 7.1 a,c)kademeli yüzeyin işlenmesi için takımın iki ayarlanması gerekir. b,d) Takımın bir kere ayarlanması ile,işlenebilecek yüzey 8) Delikler basit işenebilecek şekilde tasarlanmalıdır ) Deliğin içine rulmanın oturacağı kanalın açılması zordur. 2) İşlemin kolaylaştırılması için bir tarafı açık tasarlanmış. 3) İki tarafı açık yapılarak işlem daha da kolaylaştırılmış ) Segman yerine burç kullanılarak segman kanalı açma işleminden de kurtulunmuş. 57

61 8.2 5,6) İç yüzeydeki rulmanın oturacağı kanal açmak yerine, kapaklar ayrı yapılarak işlem kolaylaştırılmış. 8.3 İki rulman arasına fatura konulmuş. Fatura görevini görecek segman konularak işlem kolaylaştırılmış. 8. 9,10) Sürgünün çalıştığı deliğin hassas işlenmesi gerekir. Deliğin dibine kadar hassas işlenmesi zordur. Parçalı yapılarak deliğin hassas işlenmesi kolaylaştırılmış. 8.5 Kapakta cıvatanın oturacağı yüzeyler işlenecektir. İşlenmesi gerekmeyen yüzeyler iç kısma alınarak işlem kolaylaştırılmış. 58

62 8.6 Cıvata başlarının altı freze ile işlenmiş. Bu deliklerin işlenmesi için, her cıvata için ayrı ayrı ayarlama yapılması gerekir. Sağ taraftaki gibi işlenmesi durumunda ayrı ayrı ayarlama yapmaya gerek kalmaz ,16) Pimin çalıştığı kanalın kapalı olması işlemeyi zorlaştırır. 8.8 Burcun takılacağı deliğin alt kısmının geniş yapılması işlemeyi kolaylaştırır. 8.9 İki parçayı merkezlemek için yüzük konulmuş. Yüzüğün oturacağı yuvaların ayrı işlenmesi ve merkezlemenin sağlanması zordur. Tasarım değişikliği yapılarak iki delik beraber işlenmiş. 59

63 ,22) Kör deliğin konik olarak işlenmesi zordur. Böyle bir tasarımda konik pimin görevini yerine getirmesi de çok zordur. Tasarım değişikliği yapılarak deliğin karşı tarafa çıkması sağlanmış ,2) işlenecek deliklerin karşı tarafı kapalı olması işlemeyi zorlaştırır. 9) yüzeylerin birleşme yerlerinin işlenmesi kolaylaştırılmalı ) Taşlanacak faturanın dik olarak yapılması mümkün değildir. 2) Taşın yan yüzeyinin faturaya temas etmemesi için fatura dibine yiv açılır. Böyle bir yiv açılması gerilme yığılmasını da artırır. 3) Fatura dibine taşlama taşının radyus ölçüsü verilebilir. 9.2,5,6) Delik içindeki omuz kısmının işlemesi zordur. İşlemeyi kolaylaştırmak için önce bir yiv açılabilir; veya arkada kalan delik ölçüsü büyütülebilir. 60

64 ,11,12) Vidanın kolay açılabilmesi için vida bitimine yiv açılmalı veya vida bitimi diş dibi çapında tornalanmalıdır. 9.5 Düz delik içindeki vidanın açılmasını kolaylaştırmak için vida bitimine yiv açılmalı veya vida arkasındaki delik çapı büyütülmelidir. 61

65 9.6 19) Delik içine kama kanalının açılabilmesi için m ile gösterildiği gibi kama kanalının sonuna bir delik açılmalı veya yiv açılmalı (20) veya arkada kalan delik genişletilmelidir Kör deliğe açılacak kama kanalı için yeterli boşluk yok. 2-yeterli boşluk oluşturulmuş. 3- arkada kalan delik çapı büyütülmelidir ,28,31,3) Konik ve küre işlenecek yüzeyler için uygun olmayan tasarımlar. 26,27,28,30,32,33,35,36) Uygun tasarın şekilleri. 10) Şekillendirme yapılırken takımın kesme şekli dikkate alınmalıdır ,2,3) Kamalı milin dip kısmının radyuslu işlenmesi zordur. Dip kısmı kalemin işleme şekline uygun olmalı veya dip kısma yiv açılmalıdır V-kanalının dip kısmının kolayca işlenebilmesi için kanal dibine boşluk açılmalıdır. 62

66 Bilyenin oturacağı yüzeyin işlenmesini kolaylaştırmak için tasarım değişiklikleri ,13) Testerenin kesme ağzının kolayca taşlanabilmesi için dip kısma yiv açılmış. 63

67 10.6 1,15) Parçanın üç kanallı yapılması durumunda, kanalın biri açılırken karşı tarafın kesilmesi söz konusudur. Parçanın dört kanallı yapılması durumunda bu şekilde bir problem meydana gelmez ) Kanalın açılmasını kolaylaştırmak için yapılan tasarım değişikliği ) Kanalın işlenmesi mümkün değil. 2) Kanalın işlenmesini mümkün kılmak için dip kısma yiv açılmış. 6

68 3) Parçalı tasarım yapılarak işlem iyice kolaylaştırılmış ) Taşlanacak yüzeye taşın yanaşması mümkün değil. Taşlamak için ya özel taş kullanılmalı veya tasarım değişikliği yapılmalıdır Taşlama yapılabilmesi için yapılan tasarım değişikliği Küçük dişli açılırken büyük dişli kesilir. 2) iki dişli arası açılmış 3) parçalı yapılmış. 1- ) Kama kanallarının açılması mümkün değil. 2-) kama kanalı açılmış, fatura görevini görmek için mil segmanı takılmış. 3-) Fatura ile kama kanalı arası açılarak işlenmesi mümkün olmuş 65

69 10.13 Takım işlenecek bölgeye kolayca yaklaşabilmelidir. 1-) göbeğin iç kısmına deliğin açılması mümkün değil. 2-)göbekteki deliği açabilmek için kasnakta delik açılmış. 3-)Delik açılacak kısım dışarı alınmış ) Dibe kadar tırtıl ile işlemek mümkün değildir. Tırtılın yanaşabileceği kadar s boşluğu verilmeli veya parçalı yapılmalıdır. 66

70 11) Daha kolay talaşlı işlem yapabilmek için tasarım değişiklikleri yapılmalıdır ,2) m ile gösterilen boşluğun işlenmesi zordur. Vida çapı büyütülerek işlem kolaylaştırılmış ) n ile gösterilen kısmın işlenmesi tasarım değişikliği yapılarak kolaylaştırılmış ,7) Borunun içine açılan vida uzakta olduğu zaman işlenmesi zorlaşır ,9) Labirent kanallarının işlenmesi tasarım değişikliği yapılarak kolaylaştırılmış ,11) Vidanın açılması zor. Tasarım değişikliği yapılarak vidanın açılması kolaylaştırılmış. 67

71 ) İç kısma monte edilecek v ile gösterilen parçanın takılacağı yerin işlenmesi mümkün değildir. İşlenebilir şekilde yapılan tasarım değişiklikleri. 12) Değişik yöntemler ile işlenecek yüzeyler bir birinden ayrılmalıdır ,2) Parça işlenirken ilk önce tornalanır daha sonra freze ile kanal açılır. Tornalama ile oluşacak fatura ile freze ile açılacak kanalın dibi aynı seviyede olacak şek,ilde tasarım yapılmış. Bu iki yüzeyin aynı düzlemde elde edilmesi zordur. Kanal bitiş düzlemini s kadar geride bırakmak gerekir ) Freze ile açılan düz yüzey ile torna ile açılan fatura aynı düzlemde.,5) Yapılan tasarım değişiklikleri ,7) Freze ile oluşturulacak diş dibi düzlemi ile tornalama ile oluşturulacak g ile gösterilen dış çap aynı seviyede işlenmesi zordur. s kadar bir fark verilmelidir ) Biyel kolunun perno takılacak kısmının bu şekilde işlenmesi pratik olarak mümkün değildir. 9) h ve i ile gösterilen yüzeyler freze ile işlenir; torna ile işlenecek yüzeyler freze ile işlenecek yüzeylerden s,s 1,s 2, kadar farklı ölçülerde işlenir. 68

72 ) Taşlanacak yüzey ile tornalanacak yüzey aynı seviyede. 11) Farklı işlemler ile işlenecek iki yüzey biri birinden ayrılmış ) m,n,q,r ile gösterilen yüzeyler tornalanır, t ile gösterilen yüzey frezelenir. Farklı tezgahlarda işlenecek yüzeyler aynı seviyede gösterilmiş. 13) Farklı tezgahlarda işlenecek yüzeyler bir birinden s kadar ayrılmış ,15) u ile gösterilen yüzey freze ile diğer yüzeyler torna ile işlenir. Farklı tezgahlarda işlenecek yüzeyler s kadar birbirinden ayrılmış ,18) Silindirik pimlerin torna ile işlenmesi zordur. İşlemi kolaylaştırmak için v ile gösterilen yüzeyin s kadar daha aşağıda olmalıdır. Bu işlem ya dökümle veya planya ile elde edilir ,20) Altı köşe yüzey ile silindirik yüzeyin aynı seviyede işlenmesi zordur. 69

73 13) Değişik kalitede işlenecek yüzeyler bir birinden ayrılmalı. 13.1) N5 yüzey kalitesi elde etmek için taşlama yapmak gerekir. Vida çapı ile taşlanacak çapın aynı yapılması durumunda gereksiz olarak vida üstü de taşlanır. 1) Bir defa ayarlama ile işlemler bitirilmeli. 1.1 a,b) Redüktör kutusunun yataklarının işlenmesi için, deliğin biri,işlendikten sonra diğerinin işlenebilmesi için parçanın döndürülmesi ve tekrar ayarlanması gerekir. Bu işlem yapılırken eksenlerin aynı düzlemde olacak şekilde ayarlanması mümkün değildir. Oluşabilecek eksen kaçıklıkları dişli yüzeylerinin düzgün basmamasına ve dişlilerin kırılmasına neden olur. Parçanın döndürülmeden işlenebilmesi için m ile gösterilen delik fazladan açılmış. 1.2 c,d) Redüktör kutusu yatak deliklerinin çapları farklı yapılmış. Bir defa ayarlama yapmakla parça işlenemez; bir defada işlenebilmesi için delik çapları aynı ölçüde tasarlanmış. Delik çapını küçültmek için burç konulmuş. 1.3 e,f,g) Ortadaki delik çapı küçük yapılmış. Kenarlardaki deliklerin işlenebilmesi için parçanın döndürülmesi gerekir. Döndürülmeden işlenebilmesi, için delik çapları aynı yapılabilir veya bir tarafa doğru büyütülebilir. 70

74 1. h,i,j)yatakların takılacağı deliklerin işlenebilmesi için parçanın döndürülmesi gerekir. d çapı, tek taraftan işlenmeye müsaade edecek büyüklüğe getirilerek veya işlenecek yatak çapından daha büyük yapılarak tek taraftan, döndürülmeden işlenmesi sağlanmış olur. 15) Aynı merkezli yüzeylerin işlenmesi. a) İç delik işlenecek, parça n ile gösterilen yerden aynaya bağlanacak ve m ile gösterilen yüzey işlenecek. İşlenecek m yüzeyi ayna ile fatura arasına geldiği için işlemesi zor olur. b) İçteki omuz ters tarafa konularak, c) içteki omuz kaldırılarak işlem kolaylaştırılmış; fakat söküp takma işleminde eksen kaçıklığı meydana gelir. En uygun çözüm bir defa bağlamakla her iki yüzeyin işlenmesidir. d) p ile gösterilen yüzey ilk önce işlenir, daha sonra m ve n yüzeyleri işlenir; ancak o ile gösterilen omuz işlemi zorlaştırır, e) işlemin kolaylaşması için omuz ters tarafa konulmuş, veya f) omuz kaldırılmış. 16) İşlenmesi zor bölgeler kolay işlenebilecek parçaya konulmalıdır. a,b) Labirent kanallarının dıştaki parçanın içine açılması zordur; içteki parçanın dışına açılması ise daha kolaydır. 71

75 c,d) Silindirik makaralı yatakta, makaranın oturacağı kanalın iç bileziğe açılması daha kolaydır. e,f) İki parçanın merkezleme yüzeyi A ile gösterilen somun içine açılmış kanal olarak seçilmiş. B ile gösterilen kısmın hassas olarak işlenmesi daha kolaydır. g,h) cır cır dişlide kanalların dış bileziğin içine açılması zordur. Somun içine uzun vida açmak yerine, mil üzerine uzun vida açmak daha kolaydır ) Takımın kesme ağzının bir kısmı boşta kalmamalıdır. a) Takım m ile gösterilen yüzeyi keserken delikte ters tarafa doğru kayma meydana gelir. b,c,d) Takımın homojen kesmesini sağlayacak tasarım değişiklikleri. 72

76 17.2 e) n ile gösterilen konik yüzeyin kaymadan işlenebilmesi için, takımı desteklemek gayesi ile pim konulmuş. f) Çapı ve yüksekliği büyük bir takımla yandan girilerek işlenebilir. g) Tornalama ile işlenebilir h-i) Matkap ucunun yarım kestiği yüzeyi delmek zordur. j) n ile gösterilen yüzey delik delik açıldıktan sonra işlenebilir. Bu durumda n yüzeyinin tornalanması zor olur. k,l) Delik yüzeyinin düzgün olması en iyi tasarımdır. 17. m-o) Eksenden kaçık iki deliğin delinmesi zordur. s nin mümkün olduğu kadar büyük, e nin mümkün olduğu kadar küçük olması iyidir p-s) Deliğin cidara yakın veya cidarla aynı hizada olması işlemi zorlaştırır. Delik yüzeyden k kadar uzakta olmalıdır veya kör delik yapıulmalıdır ) Kesme esnasında deformasyon oluşmasını engellemelidir. a-c) m ile gösterilen yüzey kesme esnasında eğilir. Kesme işlemi bitince işlenmiş yüzey eğri kalır. d-f)eğilmeyi önlemek için yapılan tasarım değişiklikleri. 73

77 18.2 g,h ) n ile gösterilen kısım kalın, m ile gösterilen kısım ise incedir. Kesme esnasında m kısmı esner ve delik oval oluşur. Kesitin homojen kalınlıkta yapılması ile problem ortadan kalkar i-k) Kesme esnasında deliğin bir kısmının kesilip diğer kısmının kesilmemesi deliğin eğri olmasına sebep olur. İlk önce delik delinip daha sonra kesme işlemleri yapılmalıdır. 18. p) İç kısım işlenirken içte eğrilik, dış kısım işlenir iken dışta eğrilik meydana gelir. q,r) Esnemeyi engelliyecek, rijitliği artıracak tasarım değişikliği. l- 19) Takım değişik sertlikteki parçaları aynı anda kesmemelidir. Değişik sertliklerdeki parçalar beraber işlenecek olursa, takım yumuşak malzeme tarafına kaçar. a,d yanlış, b,c,e doğru tasarım. 7

78 20) Takım darbeli kesmemelidir a,b) Parçanın dış yüzeyi tornalanır iken destek kollarının kesilmesi esnasında takıma darbe gelecektir. Destek kollarının çaplarının küçük yapılması durumunda bu şekilde bir problem oluşmaz c,d) Flanşın yan yüzeylerinin işlenmesi durumunda takıma darbe gelir. Flanş çapının büyütülmesi ile bir tarafın işlenmesinde darbe önlenmiş olur e,f) Çokken yapılması durumunda darbe gelir. Dairesel yapmakla darbeli işleme ortadan kalkar. 21) Matkabın yüzeye mümkün olduğu kadar dik gelmesini sağlamak gerekir o den daha küçük eğim açılı deliklerin açılması zordur. Böyle bir durum söz konusu ise matkabın ağızlayacağı kısım düzeltilmelidir Deliğin ağzı eğik kısımdan düz kısma getirilmelidir. 75

79 21.3 Matkabın ağızlayacağı kısımlar düzeltilmelidir. 21. Döküm parçasında eğik delik yerine yapılan tasarım değişiklikleri Krank milinde açılacak deliğin eğimi artırılmış veya eğik delik açmak yerine düz delik açılmış 22) Uzun ince deliklerden kaçınılmalıdır. a,c)ince derin deliklerin işlenmesi zordur.b,d,e) İşlemi kolaylaştırmak için yapılan tasarım değişilklikleri 23) Takım sayısı azaltılmalı 23.1 Tornalama yapan kalem üçgen şeklindedir. Faturanın dik yapılması için takımın döndürülmesi gerekir. Gerek yok ise takımın kestiği şekliyle bırakmak daha kolay işlemeyi sağlar. 76

80 23.1 e,f) Ortadaki delik hassas olarak rayba ile işlenecek. Bu deliğin ilk önce 10mm den küçük bir matkapla delinip daha sonra raybalanarak 10mm ye getirilmesi gerekir. Halbuki deliklerin tümü 9,8mm ile delinse ikinci bir matkap değiştirmeye gerek kalmaz M1 vidanın açılabilmesi için çapı 11,7mm olan matkapla deliğin delinmesi gerekir. Parçanın işlenmesi için iki farklı matkap kullanılması gerekir. Halbuki bütün çaplar 11,7mm yapılsa tek bir matkapla işler bitirilir. 23. i-k) Çatalın altındaki radyusun işlenmesi için ayrı bir takım yapılması gerekir. Ayrı bir takım yapılmaması için mevcut takıma gödre ölçü verilmelidir l,m) Özel bir şekil verilmesi durumunda özel bir takım yapılması gerekir. Standart takımlara göre tasarım yapılması iyidir. 77

81 BÖLÜM 5 MAKİNE TASARIMINDA HAFİFLİK Makine tasarımında hafiflik çok önemlidir. Bilhassa, otomobil, tren, uçak gibi hareket eden makinelerde yakıt tüketimini etkiler. Hareket etmeyen makinelerde ise malzemeden ve işçilikten tasarruf sağlanır; makinenin maliyeti düşer. Bilhassa çok sayıda yapılan üretimlerde bir ülke çapında önemli tasarruf sağlanır. Bunun yanında makinelerde hafifliği sağlamak için dayanımı, rijitliği ve emniyeti azaltmamalıdır. Makinelerin ağırlıklarını karşılaştırmak için, ağırlık faktörü tanımı yapılmaktadır. Ağırlık faktörü, Makine ağırlığının, makinenin güce oranı olarak verilmektedir. İçten yanmalı motorla tahrik edilen makinelerde, ağırlık faktörü şöyledir: Hareket etmeyen makineler, ; gemi, 3...8; otomobil; 2...5; uçak 0,5...0,8kgf/BG. Taşımacılıkta ağırlık faktörü olarak, makine ağırlığının, yolcu ağırlığına oranı olarak da verilmektedir. Buna göre ağırlık faktörü, vapurlarda ; raylı taşıtlarda ; otomobilde 3...5; uçakta 1,2...2,5 olarak verilmektedir. Makinelerin ağırlıklarını azaltmanın değişik yöntemleri vardır. 5.1 Uygun Kesit Seçilmesi Makinelerde en önemli ağırlık azaltılması, eşit zorlanan parça tasarımı yapmakla sağlanır. Çekme zorlamasında kesitin her tarafı aynı gerilme ile zorlanmaktadır. Burma ve eğme zorlamasında, asal eksende gerilme sıfır, merkezden en uzak noktada ise en fazladır. Eğilme zorlamasında, gerilmenin miktarı eleman boyunca da değişmektedir. Makine elemanlarının boyutlandırılmasında yapılan hesaplamalar, en fazla gerilmenin geldiği yere göre yapılmakta ve boyutlar bu kesite göre belirlenmektedir. Gerilmenin daha az olduğu kesitlerde veya kesitin daha az zorlanan kısımlarında kullanılan malzemeler fazlalık olmaktadır. Örnek olarak burma zorlaması ile zorlanan silindirik bir kesiti alarak inceleme yapalım. Dolu mil yerine boru kullanılması ile elemanı zorlayan gerilme azalır (Şekil5.1). Kesit alan sabit tutulup, kesit boru şekline getirilince atalet momenti artmaktadır. Eğilme zorlaması altında da benzer gerilme düşüşü meydana gelecektir. En ideal durum kesitteki gerilme dağılımı farkının en az olduğu durumdur; bu da delik çapının artmasıyla iyileşmektedir. Delik çapının fazla artması rijitliğin bozulmasına sebep olur. Eğilmeye zorlanan silindirik, kare ve dikdörtgen kesitlerde mukavemet momenti ve atalet momentinin değişimi Şekil 5.2 de verilmektedir. Aynı kesit alana; yani bir metresinin ağırlığı aynı olan değişik kesitler incelendiğinde en uygun kesitin I profili olduğu görülmektedir. 78

82 Şekil 5.1 Burma zorlaması altındaki silindirik kesitin, içinin boşaltılması ile meydana gelen gerilme azalması. Kesit alan sabit tutulmuş. Şekil 5.2 Eğilmeye zorlanan kesitlerde W ve I değişimi. W Eğme zorlaması altında profilin ağırlık düşüşünü kıyaslamak için, ( w ) 3 / 2 I ve ( i ) boyutsuz sayılar kullanılır. Değişik kesitlerin w ve i değerlerinin 2 S o karşılaştırması Çizelge 5.1 de verilmiştir. Çizelge 5.1 Değişik kesitlerin, Kesit Alanları, Mukavemet Momentleri, Atalet W I Momentleri, ( w ) ve ( i ) Değerleri 3 / 2 2 Kesit S o Kesit alan S o S o Mukavemet momenti W Ataalet momenti I ( 3 / 2 S o S o W I w ) ( i ) 2 0,785D 2 0,1D 3 0,05D 0,1 0,08 S o B 2 B 3 /6 B /12 0,166 0,083 79

83 B 2 c B 3 c 2 /6 B c 3 /12 0,166 c 0,083c (c=h/b) 0,785D 2 (1- a 2 ) 0,1D 3 (1-a ) 0,05D (1-a ) 2 1 a 0,1 (1 a ) 2 3 / 2 1 a 0,08 2 (1 a ) 2 (a=d/d) B 2 (1-e) (e=b/b) B 3 /6(1-e ) B /12(1-e ) 1 e 6(1 e ) 2 3 / 2 1 e 12(1 e 2 ) 2 BH(1 e) (e=b/b; =h/h) BH 2 /6(1- e 3 ) BH 3 3 (1 e ) 12 1 e 0,166 3 (1 e) e 0,166 (1 e) Dolu Mil Yerine Delikli (Boru) Mil Kullanılması a) Delikli milin dış çapı D sabit olsun iç çap d değişsin D d Ib 6 6 D d Ib 6 6 I D 6 d a = denilir ise D Ib 1 a I 80

84 81 2 b a 1 G G Dolu milin mukavemet momenti ve ağırlığı (W, G) bir kabul edilir ise. Şekil.5.3., D d a oranına bağlı olarak W W b ve G G b değişimini vermektedir. Şekil.5.3 Dolu milin içinin boşaltılması ile ağırlık değişimi ve mukavemet momenti değişimi. a=0,6 için ağırlık oranı % 0 azalırken mukavemet momenti düşüşü % 10 civarındadır. Ağırlık düşüşü daima fazladır. b) Mukavemet momenti sabit olsun.( W d =W b ): Bu durumda dış çap değişir b b 3 D 2 6 d D 32 D b b 3 D 1 ) d (D D b 3 b 3 D d D D D b d a denilir ise 3 b 3 a 1 D D 3 b a 1 D D 3 b a 1 1 D D 3 2 / b b b ) a (1 a 1 D d D D ) d D ( G G 3 3 b b b b a 1 1 ) a (1 a 1 ) a 1 ( a 1 D D a 1 D d D 6 D 6 d 6 D I I 3 Şekil 5.6 çap değişimi ve ağırlık değişimini diyagram olarak göstermektedir. D b d a ve D b artarken ağırlık ve rijitlik iyileşmektedir.. Şekil 5.7 de ağırlık düşüşü

85 82 resim olarak verilmektedir. Şekil 5.6 Mukavemet momentinin sabit tutulması durumunda çap değişim oranı ve ağırlık değişim oranı. 7 0, D d b durumunda profilin dış çapı % 10 artmakta, fakat ağırlık % 0 düşmektedir Şekil 5.7 Mukavemet momentinin sabit tutulması durumunda ağırlık düşüşünün resimle görünüşü. c) Milin Ağırlığı Sabit Olsun g.l D g.l ) d D.( b 2 b 2 b 2 2 b b a 1 1 D D a 1 D D a 1 D D D d D b 3 b 3 b b 3 b b ) a 1- ( a 1 D D a 1.D D d - D 2 D 32 D ) 6 d 6 D ( W W

86 b D d - Ib 1- a 1 - a 1- a I D D ( 1 a ) (1- a ) 6 Db D Şekil 5.8 de bu bağıntılar grafik olarak verilmektedir. a 0, 9 Db olduğunda mukavemet momenti,5 kat, atalet momenti 10 kat artmaktadır. d a=0,95 olduğunda bu oranlar 6-20 kat artmaktadır. a çap oranları arttıkça delik çapı büyümekte ve et kalınlığı, milin rijitliğini bozacak kadar ince olmaktadır. D b Şekil 5.8 Mil ağırlığının sabit tutulması durumunda, atalet momenti, mukavemet momenti ve çap oranlarının değişimi. Geliştirilmiş makinelerde dolu mil yerine içi boşaltılmış miller kullanılmaktadır. Şekil 5.9 da iki hafif mil örneği verilmiştir. Şekil 5.9 İçi boşaltılarak hafifletilmiş mil tasarımı. Yukarıda da bahsedildiği gibi, borunun D/d oranı artarken hafiflik artmaktadır. Bu oranın daha da artması durumunda rijitlik problemleri meydana gelir. Bir metre çapında ve 1 milimetre et kalınlığında boru yapılmış olsa, boru kendi ağırlığı ile bile şekil değiştirir. Bu şekilde tasarlanan elamanın kullanılması mümkün olmaz. Bu gibi durumlarda rijitliği artırıcı tasarımlar yapılır. Petrol varillerinde yapıldığı gibi kordon çekme rijitliği artıran bir tasarım şeklidir. 83

87 5.1.2 Eşit Zorlanmalı Mil Eğilme durumunda meydana gelen gerilme: M e.y e I Şekil 5.10 da görüldüğü gibi eğilme momenti ortada en fazla ve yataklara yakın yerde en azdır. Mil üzerinde meydana gelecek gerilme, eğilme momentine bağlı olduğu için milin sabit kesitli olması durumunda eşit zorlanma meydana gelmez. Boyutlandırmalar en büyük gerilmeye göre yapıldığı için milin az zorlanan kısımlarında fazla malzeme kullanılmış olur. Şekil 5.10 de değişik eşit zorlanmalı mil şekilleri ve bir dişli çark için uygulaması verilmektedir. Şekil 5.10 Eşit zorlanmalı mil tasarımları a) Dış çap değiştirilerek eşit zorlamalı mil tasarımı Me Milin ortasındaki en büyük gerilme e yataktan kadar uzakta 3 0,1 D meydana gelen moment ve gerilme: 2 Me Me. L 2M e. el 3 L.0,1.D M L.D e 3 0,1.D D 3 İki gerilmenin bir birine eşit olması istenmektedir. 2M. L.0,1.D 2.D D L e 3 3 elde edilir. 8

88 W b e b) İç çap değiştirilerek eşit zorlamalı mil tasarımı Boru milin mukavemet momenti: (D - d ) 2 3 d 3. (D ) 0,1.D.(1 a ) 6 D 32 D Yataktan mesafedeki kesitte meydana gelen gerilme 2.M e. L.0,1.D(1 a ) Me 0,1.D 3 2..Me 3 L.0,1.D (1 a ) L.( 1 a ) = a = L 2 a = 1 L d 2 ( ) 1 D L 2 d D. 1 L c) Boru milin dış çapı değiştirilerek eşit zorlanmalı mil tasarımı Eşit kesitli boruda meydana gelen gerilme: Me Me e 3 Wb 0,1.D (1 a ) Kesitin değiştiği bölgedeki mukavemet momenti: D d 2 3 W 0,1.D (1 a ) 6 D a d D, d a D Yataktan kadar uzakta meydana gelen gerilme: 2M e e LW e e Me 2Me ,1.D (1 a ) L.0,1.D (1 a ) D D (1 a L.(1 a (1 a ) 2 D D. 3 (1 a ) L ) ) 85

89 86 d). Boru milin dış çapı sabit iç çapını değiştirerek eşit zorlanmalı mil tasarımı Yataktan kadar uzaklıkta meydana gelen gerilme W M e e ) D d 0,1.(D D 2 6 d D W 3 ) D d 0,1.(D Me L 2 ) a (1 0,1.D M 3 3 e ) D d L.(D 2 ) a (1 D a D d ) D d (1 L.D 2 ) a (1 D ) a (1 2 ) D d L(1 ) a (1 L 2 1 D d a ) (1 L 2 1 D d Not: Bu bağıntılar, mil üzerinde bulunan, yorulma dayanımını düşüren etkiler hesaba katılmadan yapılmıştır. Hesap edilen kesitlerdeki çaplar yorulma mukavemeti dikkate alınarak kontrol edilmelidir. Şekil 5.11 Eşit zorlamalı mil tasarımına örnekler.

90 5.2 Şekil Değişikliği Yaparak Hafiflik Sağlanması Şekil 5.12 a) Eşit zorlamalı olarak tasarlanan gerdirme parçası. b) Konveyör zinciri pimi. I. Şekilde pim zayıf, çatal yeterli, II.Eşit zorlamalı tasarım yapabilmek için pim çapı büyütülmüş, III. Şekilde pimin çapı artırılmadan kesme kesiti artırılarak eşit zorlamalı hale getirilmiş. Şekil 5.13 Makine parçalarını Hafifletme örnekleri. Şekil 5.1 Flanşın ağırlığının azaltılması. 87

91 Şekil 5.15 Kanallı plakada ağırlığın azaltılması Şekil 5.15 Manivela kolunun ağırlığının azaltılması. 88

92 Şekil 5.16 Değişik parçalarda ağırlığın azaltılması. Şekil 5.17 Silindirik parçalarda hafiflik sağlanırken büyük çaplardan hafifletmek daha etkindir 89

93 Şekil 5.18 Flanşların trapez yapılması ile hafiflik sağlanması Şekil 5.19 Yay merkezleyicisinde hafiflik sağlanması Şekil 5.20 Rulmanlı yatakların, yataklanmasında kullanılan burçlardaki tasarım değişikliği ile hafifliğin sağlanması. 90

94 İlk tasarım Disk inceltilmiş Delik kenarları destekler ile kuvvetlendirilmiş. Hafifletmek için ilave delik ve kanallar açılmış. Dış kenarlar boşaltılmış. Dış kenarlardan kesilmiş, delik kenarlarına destek konulmuş. Göbek kısmında kanal açılmış Delik kenarları desteklenmiş Dış kenarlar boşaltılmış İlave delikler açılmış. Delik kenarları içten desteklenmiş Aralara ilave delikler açılmış Dış kenarlara destek konmuş İlave açılan delik kenarları boşaltılmış Dış kenarlar içe doğru boşaltılmış ve ilave delik açılmış 91

95 Şekil 5.21 Planet takozunun ağırlığını azaltma şekilleri Şekil 5.22 Döküm parçasının disk kısmındaki tasarım değişikliği ile yapılan hafiflik. Şekil 5.23.Yatak kapağı ve kasnakta hafiflik. 92

96 5.3 Malzeme Seçimi İle Hafiflik Sağlanması Çeki ve Bası Zorlaması Gerilme ile zorlama açısından Malzemenin ağırlığı: G L S F S o o G L F R e R e S o F R e Bu bağıntıda, L ve F sabit terimlerdir. değeri ise değişkendir. R e R e değeri ne kadar büyük olursa kullanılacak malzemenin ağırlığı da o kadar fazla olur; veya tersi ifade olarak e R ifadesi ne kadar büyük olur ise malzemenin hafifliği de o kadar iyi olur. Malzemeye göre R e yerine R p0,2 veya R m değerleri alınır. 93

97 Rijitlik açısından: Çekme zorlaması durumunda meydana gelen uzama miktarı: FL S E o G L S E o S o FL E FL FL L E 2 E değeri ne kadar büyük olursa aynı esneme miktarına karşı, malzeme o kadar hafif olur. Not: Basıya zorlanan ince uzun çubuklar burkulmaya zorlanır. Burkulma durumunda, malzemenin dayanım değerinin yanında kesit geometrisinin de büyük önemi vardır. Burkulma zorlamasında en uygun kesit borudur. Kıyaslama E 1/ 2 İle yapılır. 9

98 F br 2 E I L 2 e Eğme Zorlaması Gerilme ile zorlama açısından Kesiti kare olan, konsol kirişi ele alalım: e 6FL R 3 a e a 3 6FL R a: Kare kesitli kirişin bir kenar uzunluğu. G L S o L 3 6FL R e 2 e L 2 3 6FL 2 / 3 R e Bu bağıntıda değeri hariç diğerleri sabit ifadelerdir. 2 / 3 2 / 3 değeri R e R e ne kadar fazla ise malzemenin ağırlığı da o kadar artacaktır. Başka bir ifade ile kadar iyidir. 2 / 3 R e değeri ne kadar büyük ise malzemenin hafifliği de o Rijitlik açısından Yine kare kesitli konsol kirişi ele alalım: Konsol kirişin ucunda meydana gelen çökme miktarı: FL Ea 3 a 2 FL E 3 G L S E 1/ 2 o L 3 FL E FL 5 E 1/ 2 değeri ne kadar büyük olursa aynı esneme miktarına karşı, malzeme o kadar hafif olur Burma Zorlaması Gerilme ile zorlama açısından: Malzemenin ağırlığı: G L S o Burma zorlamaları altındaki parçalar genellikle silindiriktir. S o d 2 95

99 b M b 3 d 16 R 2 e d 3 32M R b e G L 3 32M R b e 2 L 32M 3 b R 2 / 3 e Bu bağıntıda değeri hariç diğerleri sabit ifadelerdir. 2 / 3 2 / 3 değeri R e R e ne kadar fazla ise malzemenin ağırlığı da o kadar artacaktır. Başka bir ifade ile kadar iyidir. 2 / 3 R e değeri ne kadar büyük ise malzemenin hafifliği de o Not: Malzemenin burma durumunda akma sınırı olarak R e /2 alınmıştır. Kullanılan malzemenin burmada akma sınırı biliniyor ise o değer alınmıştır. Rijitlik açısından Dolu bir mili inceleyelim: Burma momenti zorlaması ile milin dönme miktarı: Mb L 32M b L GI Gd p d 2 32M bl G G: Malzemenin kayma modülü 32M L b Malzemenin ağırlığı= SoL 1/ 2 Verilen bir dönme açısı için o kadar hafifi olur. L G 1/ 2 G değeri ne kadar büyük ise malzeme 96

100 Malzeme tasarrufu, tabiattaki canlılarda mükemmel bir şekilde uygulanmaktadır. Ekin sapındaki tasarım çok güzel bir örnektir. Ekin sapının tasarımı Şekil 5.2 de görüldüğü gibi boru şeklindedir. Borunun et kalınlığı arı peteğine benzer hücreler ile örülmüştür. En az malzeme ile en geniş alan arı peteği şeklindeki tasarım ile mümkün olur. Bu tasarım şekli uzay araçlarının tasarımında örnek alınmıştır. Şekil 5.2 Ekin sapı ve örnek alınarak yapılan sandviç paneller. 97

101 BÖLÜM 6 YORULMAYA GÖRE TASARIM Mekanik hasarların %90 sebebi yorulma hasarlarıdır. Yorulma hasarlarının da %90 sebebi tasarımcılardır; %10 metalurjistlerin payı vardır. Yorulma olayı, çatlağın oluşması, ilerlemesi ve kırılmanın meydana gelmesi safhalarından oluşur. Yorulma çatlakları genellikle, gerilme yığılması meydana gelen bölgelerde başlar. Makine tasarımcısının, bilhassa gerilme yığılması meydana getiren şekillendirmelerden kaçınması gerekir. Bu bölümde, yorulma kırılmasına neden olan gerilme yığılmaları ve yapılabilecek tasarım değişiklikleri üzerinde durulacaktır. 6.1 Gerilme Yığılması Meydana Getiren Şekiller ve Gerilme Yığılmalarını Azaltmak İçin Yapılan Tasarım Değişiklikleri Şekil 6.1 Millerin faturalarında oluşan gerilme yığılmalarını azaltmak için yapılan değişiklikler: a) Gerilme yığılması olan fatura, b) Fatura yarıçapı büyütülerek gerilme yığılması azaltılmış. Böyle bir işlem faturaya takılacak parçadan dolayı çoğu kez mümkün olmaz. Yani faturadaki yarıçap istenildiği kadar büyütülemez. Bu durumda c-d-e ' deki gibi şekillendirmeler yapılabilir. c) Faturanın hemen arkası yuvarlak olarak işlenmiş, d) Faturanın hemen arkası konik olarak işlenmiş, e) Faturanın hemen arkası konik olarak işlenmekle beraber faturanın içine doğru yiv açılmış, f) Dik köşe istendiği durumlarda fatura yarıçapı büyütülmüş ve ilave halka konulmuştur. 98

102 Bilhassa millerin rulman takılan faturalarının, hem rulmanın faturaya iyi oturması, hem de gerilme yığılmalarının azaltılması için Çizelge 6.1 de verilen şekillendirme ölçülerine dikkat edilmelidir. Millerin faturalarının yorulma dayanımını artırmak için yüzey pürüzlülüğü azaltılmalıdır. Faturaların dipleri ezilerek soğuk deformasyon ile sertleştirilmesi yorulma dayanımını artırır. Şekil 6.2 DIN 509 a göre mil fatura formları Çizelge 6.1 Statik zorlama Dinamik zorlama d <1.6 >1.6 >3 >10 >18 >8 >18 >50 >80 > R t f g t Şekil 6.3 Milin üzerindeki iki taraflı fatura biribirine yaklaştırılarak gerilme yığılmaları azaltılmıştır. 99

103 Şekil 6. Milde gerilme yığılmasını oluşturan deliğin iki tarafına yiv açılmıştır. Ayrıca yağ deliğinin ağız kısımların yuvarlatılması ve plastik şekillendirilmesi yorulma dayanımını artırır d e Şekil 6.5 a) Milin üzerinde gerilme yığılmasına sebebiyet veren kama kanalı. b) Gerilme yığılmalarını azaltmak için kama kanalı köşeleri radyuslu yapılır. (Parmak freze yerine disk freze çakısı kullanılır). c) Kama kanalının bulunduğu kısımda fatura oluşturularak çap düşürülür. d) Mil 1 ile gösterilen kısımdan kırılır. Bu bölgedeki gerilme yığılmasını azaltmak için, e) kama kanalının etrafına havşa açılmış. Kama kanalının dip yarı çapı yuvarlatılması yorulma dayanımını artırır. Yuvarlatma neticesinde Karbonlu çelikte Kf değeri 1,57 den 1,32 ye, nikel-kromlu çelikte 2,07 den 1,6 ya düşmüştür (Metal Fatigue sf3). Önemli not: Kama kanalı bitimi faturaya yaklaştırılmamalıdır. İki gerilme yığılması oluşturan şekil bir arada olursa; K K 1K 2 olur. t t t durumunda K t =1,1 olmuştur. Şekil 6.6 a) Sıkı geçme yapılmış bir mil eğilme gerilmesi etkisinde gerilme yığılması meydana gelen bölgeler. Kaygan geçme durumda K t =2, sıkı geçme durumunda K t = olmaktadır. b) Gerilme yığılmasını azaltmak için radyuslu pah kırılmıştır. Bu durumda K t =3 olmuştur. c) Gövdeye yiv açılmış, K t =2,3 olmuş.d) Mil kademeli yapılmış. Çap oranı 1,2 olması 100

104 Şekil 6.7 a) Sıkı geçme yapılmış bir mil burulma etkisinde kalınca, mil göbek bağlantısı kenarında gerilme yığılması oluşur. b) Gerilme yığılmasını azaltmak için eğimli geçiş yapılmıştır. Şekil 6.9 Segman kanalındaki gerilme yığılmasının azaltmak için kanalın iki kenarına ilave yiv açılmış Cıvata ve Somunların Tasarımı Cıvata üstündeki nokta K t 3-5 1, K f 2-1-1, , Ortalama K f (3) (1,7) (6,5) Şekil 6.9 Bir ön gerilmeli cıvatanın ekseni boyunca gerilme yığılma ve çentik faktörünün değişimi. Şekil Gerilme yığılmasını azaltmak için somunun şekillendirilmesi; a) Standart somunlarda kuvvet dağılımı eşit değildir. Genelde ilk iki vida dişi, fazla zorlanmaktadır.. Kuvveti eşit bir şekilde vida dişlerine dağıtabilmek için: b) Şeklindeki gibi somuna yiv açılarak ilk iki veya üç dişin esnekliği sağlanır. c) Şeklindeki gibi esneklik artırılır. Bu durumda kuvvetin dişlere dağılımı hemen hemen eşit olmaktadır Bu gibi tedbirler önemli cıvata bağlantılarında veya özel bağlantı yerlerinde kullanılır. 101

105 Şekil 6 11 Cıvatalarda vida bitimine yiv açılması ile taşıyabileceği gerilme genliği değişimi Şekil 6.12 Cıvata başı altı yuvarlatılarak gerilme yığılması azaltılmış. 102

106 7 YATAKLAR 7.1 RULMANLI YATAK ÇEŞİTLERİ Çizelge Rulmanlı yatak çeşitleri (Kaynak: SKF) 1 Sabit bilyeli yatak Tek sıralı derin yivli 2 Tek sıralı derin yivli doldurma ağızlı 3 Çift sıralı derin yivli Y yataklar 5 Eğik bilyeli yataklar Tek sıralı 103

107 6 Çift sıralı 7 Dört nokta temaslı 8 Oynak bilyeli 9 Silindirik makaralı 10 Bileziksiz 11 İğneli yataklar Dış bileziği kıvrılmış sac 10

108 12 Dış bileziği tornalama ile yapılmış 13 1 Kombine Konik makaralı 18 X düzeni 105

109 19 O düzeni 20 Tandem düzeni 21 Oynak makaralı 22 Tek sıralı oynak makaralı CARP 23 Eksenel sabit bilyeli Tek yönlü 2 Çift yönlü 106

110 25 Tek yönlü küresel alt yataklı 26 Çift yönlü küresel alt yataklı 27 Eksenel makaralı yataklar Tek tönlü Tek sıra makaralı 28 Tek yönlü çift sıra makaralı 29 Çift sıralı mil merkezlemeli 30 Çift sırlı delik merkezlemeli 31 Oynak makaralı eksenel yataklar 107

111 Çizelge Rulmalı yatakların yük taşıma özellikleri (Kaynak: SKF)

112

113 7 Çizelge Rulmalı yatakların mil ve gövdelere montajı (Kaynak: SKF)

114

115

116 12 13 Çizelge 7.1. Mil yataklamalarına örnekler (Kaynak: SKF)

117

118

119

120 Rulmanlı Yatak Bileziklerinin Faturaya Ve Omuza Montajı Rulmanlı yatak bileziğinin oturacağı fatura veya omuzun köşe kavisi yarıçapı, rulmanlı yatağın köşe yarıçaplarından büyük olmamalıdır. Şekil de rulmanlı yatağın köşe yarıçapının fatura yarıçapından küçük olması durumunda rulman iç bileziğin faturaya oturmadığı açıkça görülmektedir. Rulmanlı yatak kataloglarında mil ve omuzlarda köşe kavisi yarıçaplarının en büyük değerleri verilmektedir. Şekil Fatura köşe yarıçapının rulmanın faturaya oturmasına etkisi Faturanın köşe yarıçapının küçülmesi yorulma dayanımını düşürdüğü için yiv açılması iyi olur. Çizelge de fatura dibine yiv açılmış durumda tavsiye edilen değerler verilmektedir. Rulmanlı yatağın takılacağı faturada veya gövde belirli bir omuz bırakılmalıdır. Rulmanlı yatak kataloglarında her bir rulman çeşidi için ölçüler verilmektedir. Çizelge Rulmanlı yatakların takılacağı, yiv açılmış fatura ve omuz ölçüleri. r r b a h a r m 1 2 0,2 1,3 1,1 2, 0,3 1,5 1,5 3,2 0, 2 2 0,5 2,5 2,1 0,5 2,5 3,7 0,5 3 5,9 0,5 5 7, 0, ,6 0,6 6 7,5 10 0,6 7 9,5 12 0,

121 Millerin Yataklanması Miller dönen elemanlardır. Duran gövdenin üzerinde milin dönmesi durumunda sürtünme ve aşınma meydana gelir. Aşınmanın azaltılması için rulmanlı ve kaymalı yataklar kullanılır. Bir mil iki noktasından yataklanır. Yataklanmış milin hiperstatik olmaması gerekir. Yatağın biri hem eksenel hem de radyal kuvveti (sabit yatak), diğer yatak ise sadece radyal kuvveti (Serbest yatak) karşılamalıdır; yani statikteki basit kiriş şeklinde olmalıdır (Şekil 7.1.2). Şekil Basit kiriş Yatakların biri serbest olmaz ise, ısıl genleşme gibi sebeplerden dolayı her iki yatağa eksenel yükler gelir, ve rulman hesap edilenden daha az bir ömürde hasara uğrar. Statikten bilindiği gibi, bu gibi durumlarda hangi yatağa ne kadarlık eksenel yük geldiği hesap edilemez. Hiperstatik sistem denilen olay budur. Miller Şekil de verilen basit kiriş sistemine uyacak şekilde değişik şekillerde yataklanabilir. Şekil de en altta verilen ve karşılıklı kılavuzlama denilen yataklama şekli kısa miller için kullanılabilir. Şekil Sabit yatak ve serbest yatağa örnekler (Kaynak SKF Rulman Katoloğu) 118

122 Çizelge Rulmanlı Yatakların İç Bileziklerinin Takılacağı Çelikten yapılmış Millere Verilmesi Gereken Toleranslar (Kaynak SKF Rulman Kataloğu) Rulmanın yüklenme şekli İç bilezik için nokta yükü İç bilezik için çevre yükü veya belirsiz yük İstenilen özellik Kullanım örneği Mil çapları Tolerans İç bilezik kolayca kayabilmeli İç bilezik kolayca kayabilmesi gerekli değil Küçük ve değişken yükler Normal ve büyük yükler Büyük yükler ve ağır işletme şartlarında darbeli yükler Küçük yüklerde hassas dönme hususundaki isteklerin büyük olduğu haller Hareketsiz akslara takılan tekerlekler (Serbest yatak) Gergi makaraları, Halat makaraları Kaldırma iletme makineleri, kreynler. Elektrik motorları, pompalar, dişli çark mekanizmaları, Ağaç işleme makineleri Ağır raylı taşıtların aks yatakları, Haddehane makineleri Takım tezgahları Tüm ölçüler Tüm ölçüler Bilyeli(18-100mm) Bilyeli(100-10mm) Silin. ve konik maka.( 0) Silin. ve konik maka.( 0-100) Bilyeli( 18mm) Bilyeli(18-100mm) Bilyeli(100-10mm) Bilyeli(10-200mm) Bilyeli( mm) Silin. ve konik maka.( 0) Silin. ve konik maka.(0-100) Silin. ve konik maka.(100-10) Silin. ve konik maka.(10-200) Silin. ve konik maka.(200-00) Oynak maka.( 0) Oynak maka.(0-65) Oynak maka.(65-100) Oynak maka.(100-10) Oynak maka.(10-280) Oynak maka.( ) Oynak maka.(>500) Silin. ve konik maka.(50-10) Silin. ve konik maka.(10-200) Silin. ve konik maka.(>200) Oynak maka.(50-100) Oynak maka.(100-10) Oynak maka.(>10) Bilyeli( 18mm) Bilyeli(18-100mm) Bilyeli( mm) Silin. ve konik maka.( 0) Silin. ve konik maka.(0-10) Silin. ve konik maka.(10-200) 250 >250 Yalnız eksenel yük Bütün yataklamalar j6 js6 Açıklamalar: Nokta yükü: Bilezik dururken yükün durduğu veya bileziğin ve yükün aynı devir sayısında dönmesi; yani yükün aynı noktaya etkimesi durumu. Nokta yükler için sıkı geçme gerekmez. Çevre yükü: Bilezik dönerken yükün durması veya bilezik dururken yükün dönmesi yani; yükün çevre boyunca etkimesi durumu. Çevre yükü etkiyen rulman bileziklerinde kayma söz konusu olur ve sıkı geçirilir. Belirsiz yük: Hem çevre yükü hem de nokta yükü var ise belirsiz yük olur. Küçük yük: Normal yük: Büyük yük: F 0,07C F 0,1 C F 0,15C g6 h6 j6 k6 j6 k6 j5 k5 m5 m6 n6 k5 m5 m6 n6 p6 k5 m5 m6 n6 p6 r6 r7 n6 p6 r6 n6 p6 r6 h5 j5 k5 j6 k6 m5 119

123 Çizelge Rulmanlı Yatakların Dış Bileziklerinin Takılacağı Çelikten ve Dökme Demirden yapılmış Gövdedeki Rulman Yuvalarına Verilmesi Gereken Toleranslar (Kaynak SKF Rulman Kataloğu) Rulmanın yüklenme şekli Kullanım örneği Tolerans Dış bileziğin Açıklama kayabilmesi Dış bilezik için çevre yükü İnce cidarlı yuvalardaki yataklarda büyük yükler; büyük darbe yükleri Normal ve büyük yükler Küçük ve değişken yükler Makaralı yataklı tekerlek göbekleri, bilyeli yataklar. Bilyeli yataklı tekerlek göbekleri, kreynlerin serbest tekerlekleri. Halat makaraları, kayış gergi makaraları Belirsiz yük P7 Kayamaz D>500mm olan yataklarda P7 yerine N7 kullanılmalıdır N7 Kayamaz D>500mm olan yataklarda N7 yerine M7 kullanılmalıdır M7 Kayamaz Büyük darbe yükleri Büyük ve normal yükler Normal ve küçük yükler Elektrikli taşıt motorları M7 Kayamaz Elektrik motorları, K7 Kural olarak pompalar kayamaz Orta büyüklükteki J7 Kural olarak elektrik makineleri, kayabilir pompalar, krank yatakları Hassas veya sakin çalışma Takım tezgahlarında K6 Kural olarak iş milleri için makaralı kayamaz yataklar Taşlama milleri için J6 Kayamaz bilyeli yataklar, küçük elektrik makineleri Küçük elektrikli H6 Kolay kayabilir makineler Küçük elektrikli H6 Büyük yüklerde M6 veya N6 seçilmelidir. makineler Dış bilezik için nokta yükü Genel yük hali H7(H6) Kolay kayabilir Normal ve küçük yükler H8 Kolay kayabilir Milin ısınarak genleşmesi Kurutma silindirleri G7 Kolay kayabilir Açıklamalar: Nokta yükü: Bilezik dururken yükün durduğu veya bileziğin ve yükün aynı devir sayısında dönmesi; yani yükün aynı noktaya etkimesi durumu. Nokta yükler için sıkı geçme gerekmez. Çevre yükü: Bilezik dönerken yükün durması veya bilezik dururken yükün dönmesi yani; yükün çevre boyunca etkimesi durumu. Çevre yükü etkiyen rulman bileziklerinde kayma söz konusu olur ve sıkı geçirilir. Belirsiz yük: Hem çevre yükü hem de nokta yükü var ise belirsiz yük olur. Küçük yük: Normal yük: Büyük yük: F 0,07C F 0,1 C F 0,15C 120

124 Çizelge Yarıklı Somunlar (Ts 3573) (Metrik) Ankoş d Vida Dişi 5H d 2 d 1 B b 1) h S d 2) 10 M 10 0, , M M M M M M 25 1, ,0 28 M 28 1, M 30 1, M 32 1, M 35 1, M 0 1, ,5 5 M 5 1, ,5 50 M 50 1, ,5 55 M M M M ,5 75 M ,5 80 M ,5 85 M ,5 0,05 90 M M M M M M M M M M M M M , M M M M M M M Tr Tr Tr , Tr ) Gerçek genişlik b 2) Yarıçap ölçüsü = (d + d 1) 2 121

125 Makine Tasarımı Ders Notlar Çizelge Kulaklı Rondelalar (Ts 3573) d 3 d d 5 3) f 1 M f ) 5) B 1 N 6) C11 C , , , , , , , , , ,5 5 1, ,5 5 1, ,5 5 1, ,5 6 1, ,5 6 1, ,5 6 1, ,5 7 1, ,5 7 1, ,5 7 1, ,5 8 1, ,5 8 1, ,5 8 1, ,5 8 1, ,5 10 1, ,5 10 1, ,5 10 1, ,5 12 1, ,5 12 1, , ,5 16 2, , ,5 16 2, , , , , ) Gerçek genişlik f 1 ) Gerçek genişlik f 5) Kalınlık yaklaşık olup küçük farklılık göstermesine göz yumulur. 6) N = En az dil sayısıdır. Somun yarıkları tane olduğu için, rondeladaki dış dillerin sayısı tek olmak zorundadır. 122

126 Çizelge Segman kanalı ölçüleri (kaynak: Roloff/Matek) 123

127 KAYMALI YATAK TASARIMI 1- Basınçlı yağlamada, Yağlama yağının yataklara iletilmesi 1.1) a,b Kural olarak yağlama yağı yatak yuvalarına veya millere açılan delikler vasıtası ile iletilir. c,d) Yatağın içine yağ akımını kuvvetlendirmek için yağ kanalı açılır e) Basınçlı yağ alından verilebilir. Prensip olarak yağ, yatağın yüklenmediği bölgeden iletilir. 2- Basınçlı yağlamada yağ kanallarının şekillendirilmesi 2.1) Yatağın sürtünen kısımlarına yağ kanalı konmamalıdır. a) yarım ay çevresel yağ kanalı, b) eksenel yağ kanalı, c) çevresel ve eksenelin birlikteliği, d) sipral yağ kanalı, e) yüksek hızlarda çalışan yataklar için geniş yağ kanalı.. 12

128 2.2 ) Yağ kanalları keskin köşeli bırakılmamalı, yuvarlatılmalıdır. a) Delik içinde, b) mil üstünde 3.3 Basınçlı yağlamada yağın yatak içinde dolaşımı 3.1 a) 1 ile gösterilen yerden basınçlı yağ verilmektedir; s ile gösterilen bölgede yağ sirkülasyonu olmaz. b) Kapak altında sıkışan yağın sirkülasyonunu sağlamak için 2 ile gösterilen delik açılmış.c) Yağın milin ortasına açılan delik içinden akışı sağlanmış. 3.2 d) Basınçlı yağ milin anlından verilmektedir. s ile gösterilen bölgede yeterli yağ akışı olmaz. e) Radyal delik kaldırılarak yağ akışının yatak arsından geçmesi sağlanmış. 3.3 f) Yağ radyal deliklerden geçerek sağa sola dağılır. ortadaki s ile gösterilen bölge yeterli yağlanmaz. g) Yağ delikleri çapraz açılır ise yatağın her tarafı sağlanmış olur. 3. h) s ile gösterilen bölge yetersiz yağlanır. i) 3 ile gösterilen delikten tahliye yapılır ise yağ akışı sağlanır. j) ile gösterilen bölgede kanal açılarak yağ akışı sağlanmış. 125

129 3.5 k) Eksenel yönde gelen F kuvvetinden dolayı s ile gösterilen bölgede yağ akışı zorlanır. l,m) Yağ akışını kolaylaştırmak için yapılan tasarım değişiklikleri. ) Basınçlı yağlamada kalkış esnasında yağlama Kalkış anı, yatağın aşınması açısından en tehlikeli olduğu zamandır. İlk hareket esnasında, yağın ilk önce boruları doldurmasından dolayı yağ beslemesi az olur. Bunun için yağ deliği içine 1 ile gösterilen boru yerleştirilerek yağın hızlı akışı sağlanmalıdır. Ayrıca 2 ile gösterilen yerde yağ birikimi sağlanmıştır. 5-) Yataklarda Homojen Yük Dağılımın Sağlanması a)hatlı tasarım. Yük eksantrik etki ettiği için kenarlarda zorlama yığılmaları meydana gelmektedir. b) yatak boyu uzatılmış, c) yük merkez alınmış,.d) Göbek genişletilerek yüzey basıncı azaltılmış. e) yatak tek parça yapılarak dişli çark göbek genişliği azaltılmış. 126

130 f) Yatak boyu çok kısa ve kenarlarda yük yığılmaları var. g) Yatak genişletilmiş, h) Yatak iki parça yapılarak yük yığılmaları azaltılmış. 6-) Sınır Sürtünme Şartlarında Yatağın Tasarımı Sıvı sürtünme şartlarını sağlamak her zaman mümkün olmayabilir. Büyük yükler ve düşük hızlarda sınır sürtünme şartlarında çalışması çoğu zaman mecbur olur. Doğru malzeme ve yağlama seçimi ile sınır sürtünme şartlarında güvenli bir şekilde çalışılabilir. Bu durumda yatağın üstündeki yağdanlıkla yağ beslemesi yapılır. Bazı yatak malzemeleri için sınır sürtünme katsayıları: Yatak Malzemesi Sürtünme katsayısı Kalay esaslı beyaz yatak alaşımı 0,01-0,02 Kurşun esaslı beyaz yatak 0,015-0,025 alaşımı Kurşun bronzları 0,02-0,03 Alüminyum alaşımları 0,03-0,0 Dökme demir 0,05-0,08 Sınır sürtünme şartlarında yatak hesabı yapmak zordur. Yatak kapasitesini artırmak için bazı tedbirler alınabilir. a) Yatak çapı artırılarak basınç düşürülebilir. Fakat boyun çapa oranı 1,2 den küçük olmamalıdır. b) Yağ viskositesi artırılarak yağlama kolaylaştırılabilir c) Adezyon aşınması dikkate alınarak malzeme seçimi yapılmalı d) Hafif yük ve yüksek hızlarda beyaz yatak alaşımları, yükün artması durumunda kurşun bronzları, aşırı yük ve düşük hızlarda bronz malzeme kullanılmalıdır. e) Mil sertliği 50 RSD-C den küçük olmamalı ve yüzey pürüzlülüğü mümkün olduğu kadar az olmalıdır. Mil yüzeyinin kükürtleme ve silisyumlama işlemleri yapılması tavsiye edilir. 127

131 f) Yatak boşluğu =0,0005-0,001 den küçük tutulmalıdır. Şayet bol yağlama D d yapılabilirse =0,001-0,002 seviyesine çıkabilir ( ). Yatak boşluğunun d ayarlanması yandaki şekilde verilmiştir. g) Yağ kanalları, yatağı yükleme ve yüklenmeyen bölgelerin tümüne açılmalıdır. aşağıdaki şekilde yataklara açılan yağ kanalları şekilleri verilmiştir. 128

132 Şekil Kaymalı yatak burçları (Kaynak: ISO 357-1:2006) 129

133 Çizelge Kaymalı yatak burç ölçüleri (Kaynak: ISO 357-1:2006) 130

134 131

135 Yağ deliği ölçüleri (Kaynak: ISO 357-1:2006) 132

136 BÖLÜM 8 SIZDIRMAZLIK ELEMANLARININ TASARIMI HİDROLİK KEÇELER A) Boğaz takım keçesi B) Piston başı keçesi C) O halkaları D) Lastikli rondela E) Toz sıyırıcı keçe Şekil 8.1 Hidrolik silindirde keçelerin kullanıldığı yerler 133

137 Hidrolik Keçeler ile İlgili Temel Tasarım Kuralları 1-Keçelerin çalışacağı yüzeylerin en büyük pürüzlülük değerleri R max =R t =0,5-2 m küçük olmalıdır. Bu pürüzlülük değeri R a 0, m veya başka bir ifade ile N5 kalitesine karşılık gelmektedir. Böyle bir yüzey işlemi, taşlama honlama gibi işlemler ile yapılabilir. Hidrolik silindir tasarımları için, piyasada taşlanmış ve sert krom kaplanmış borular ve miller satılmaktadır; mümkün olduğu kadar bu malzemeler kullanılmalıdır. 2- Şekil 8.2 de görüldüğü gibi, keçenin ağız kısmına yağın gelmesi sağlanmalıdır. Keçe ağzına gelen basınçlı yağ, keçenin sızdırmazlık sağlayan kenarına basınç uygulayacak ve yağın ters tarafa geçmesini zorlayacaktır. Şekil 8.2. Hidrolik keçenin takıldığı yüzeylerin pürüzlülük değerleri ve keçe ağzına yağın gelmesi için açılan delik. 3- Keçelerin takılırken geçeceği, boru ağızları ve mil uçlarına pah kırılmalıdır. Çap Pah genişliği Z -80, Şekil Keçelerin takılırken geçeceği, boru ağızları ve mil uçlarına açılan pahlar. - Keçeler yuvalarında serbest durmalı, herhangi bir şekilde eksenel kuvvet uygulanmamalıdır. Şekil 8.1 B de görüldüğü gibi, keçenin oturduğu yuvanın genişliği, 13

138 keçe genişliğinden büyüktür. Bu ölçüler, üretici firmalar tarafından verilen keçe kataloglarında verilmektedir. O HALKALARI d 2 b r 1 r 2 Toleran s 1,6 1,9 +0,1 0 0,1 0,25 2 2,3 +0,1 0 2,5 2,9 +0,15 0 3,15 3,6 +0,2 0,5 +0, ,5 +0,3 0,2 0,63 0 6,3 7 +0, ,6 +0, ,7 +0,5 0 t min Sabit Hareketli Hidrolik Pnömatik F G H F G F G Z 1,33 1,330 1,3 1,1 1,16 1,26 1,28 1 1,67 1,671 1,7 1,776 1,778 1,801 1,803 1,2 2,099 2,099 2,1 2,229 2,23 2,273 2,277 1, 2,663 2,66 2,7 2,82 2,829 2,897 2,902 1,6 3,22 3,03 3, 3,605 3,611 3,719 3,72 2,27,275,3,527,533,676,686 2,5 5,08 5,13 5,5 5,720 5,728 5,926 5,938 3,2 6,900 6, ,287 7,298 7,578 7,588 8,626 8,638 8,7 9,136 9,18 9,525 9,537,5 Şekil 8.. O halkalarının takılacağı yuvaların şekillendirilmesi YAĞ KEÇELERİ b t 1 t 2 7 5,95 7,3 8 6,8 8,3 10 8,5 10, ,3 12,3 135

139 15 12,75 15, ,3 Şekil 8.5 Yağ keçelerinin takılacağı yuvaların tasarımı. Şekil 8.6 Sızdırmazlık elemanlarının hidrolik silindirde uygulanması 136

140 LABİRENTLER 137

141 138

142 BÖLÜM 9 MAKİNE TASARIMINDA KENDİ KENDİNE YARDIM PRENSİBİ Kendi kendine yardım prensibi demek, elemanın zorlanmasını azaltacak ve elemanın hasara uğramamasını sağlayıcı şekilde tasarım düşünmektir. Aşağıdaki şekillerde örnekler verilmiştir. 9.1 Hidrofor tankının kapağı içten kapatılır ise (sol taraftaki şekil) kapak gövdeye baskı yaparak sızdırmazlık işlevine yardımcı olur. Sağ taraftaki gibi kapak dıştan kapatılmaya çalışılır ise basınç kapak ile gövdenin açılmasına yardımcı olur ve sızdırmazlığı sağlamak zorlaşır. 9.2 iç basınç sızdırmazlığın sağlanmasını kolaylaştırıyor. 9.3 Otobobil lastiğinde iç basınç sızdırmazlığın sağlanmasını kolaylaştırıyor. 139

143 9. Yağ keçesinde yağ basıncı sızdırmazlığın sağlanmasını kolaylaştırıyor. 9.5 Hidrolik keçenin genişliği takılacağı kanalın genişliğinden büyük yapılırak kanal içinde sıkışması sağlanır ve sızdırmazlığın sağlanmasına yardımcı olur. 9.6 cıvata altına konan lastik rondelanın ezilerek hasara uğramaması için çelik rondela ile kompozit üretilmiştir. 9.7 Varyatörde V şeklindeki parça, moment aktarımı artarken sürtünmeyi artırır. 10

144 9.8 Türbin kanadının eğik yapılması zorlanmasını azaltır. 9.9 Konik dişli çarkta oluşan eksenel kuvvetten dolayı cıvataya zorlama gelmemektedir. 11

145 BÖLÜM 10 MAKİNE TASARIMINDA BASİTLİK -Parça sayısı az olmalı. Şekil 10.1 deki resimde görüldüğü gibi, mafsal ve eleman sayısı azaltılmıştır. -Kolay hesaplanabilen ve üretim yapılabilen geometrik çizgiler ve şekiller tercih edilmeli (10.1). Makine parçaları, basit geometrik şekillerden meydana gelmelidir. Bu şekilde mukavemet hesaplarının yapılması ve bilgisayar ile hesap yapılması için, matematik model kurulması kolay olur. -Parçalar kolay sökülüp takılabilmeli. -Parçaları işleyen tezgaha kolayca bağlanabilmeli. -Mümkün olduğu kadar fazla farklı eleman kullanılmamalı. Bir makinede kullanılacak elemanların aynı ölçülerde kullanılması basitlik sağlar. Mesela, M8, M10, M12 üç ayrı çapta veya aynı çaplı, farklı boyda cıvata kullanılması montaj esnasında zorluk meydana getirir. Aynı çap ve aynı boyda cıvata kullanılması ise basitlik sağlar. Bu aynı zamanda stoklama maliyetlerini de düşürür. -Üretimi özel olarak atölyede yapılacak parça yerine standart parça kullanmaktır. Mesela, özel somun yapmak yerine standart somun kullanmayı tercih etmelidir Simetrik şekiller seçilmesi üretimi kolaylaştırır. -Kullanma ve kumanda sistemleri kolayca anlaşılabilir olmalıdır. İşlenmesi ve üretimi zor şekil yerine işlenmesi basit şekil haline getirilmiş. 12

146 10.2 Çeşme musluğunu açıp kapama kolu iki parça ve üç mafsal yerine bir parça bir mafsal haline getirilmiş. BÖLÜM 11 MAKİNE TASARIMINDA BELİRLİLİK Makine tasarımı yaparken, elemanların fonksiyonları belirli olmalıdır. Aşağıda verilen şekillerde örnekler verilmiştir a) Milin yataklanmasında iğneli yatak ve bilyeli yatak beraber kullanılmış. Radyal yükün ne kadarını hangi yatak taşıyacak belirli değil. b) İğneli yatak, radyal yükün tamamını, bilyeli yatak, eksenel yükün tamamını taşır; Fonksiyonlar belirlenmiştir Silindirik makaralı yatak radyal yükü taşır, eksenel yükü bilyeli yatak taşır. Bilyeli yatağın radyal yükü taşımaması için dış bilezik boşluklu takılmıştır. 13

147 11.3 Kasnağın mile merkezleme işini göbeğin iç çapı yapmakta, göbeğin mile sıkıştırılması işini konik bilezikler yapmaktadır. 11. Mil göbek bağlantısında, hem kama konulmuş, hem de sıkı geçme yapılmıştır. Mildeki momenti hangisinin taşıyacağı belirsizdir. İkisinden birini tercih etmek gerekir. Momenti bir tanesinin taşıdığı düşünülerek hesap yapılıp diğer eleman emniyet için kullanılabilir. Örneğin, momenti taşıyacak şekilde sıkı geçme yapılır, kama emniyet elemanı olur. BÖLÜM 12 MAKİNE TASARIMINDA EMNİYET Tasarımı yapılan makinenin emniyetli olması, başta insan sağlığı ve can emniyeti olmak üzere, pek çok yönden önemlidir. Aşağıda alınabilecek emniyet tedbirleri hakkında bilgi verilecektir Buhar kazanı gibi basınçlı kaplarda buhar basıncının aşırı artması durumlarında sistemin kendini koruyabilmesi için tedbir alınmalıdır. Buhar kazanındaki basınç aşırı yükselmesi durumunda şekilde görüldüğü gibi buhar boşaltılabilir. 1

148 Daire testerenin kesme bıçağı işçinin güvenliği açısından koruma kapağı ile kapatılmış. 12. Cıvatanın kendi kendine sökülmesi durumunda içteki parça görevini yapamayacaktır. Ortadaki ve sağdaki tasarımda cıvata çözülse de içteki parça kısmen de olsa görevini yerine getirecektir. Zincir-dişli mekanizmasında elemanların arasına işçilerin ellerini sokmamaları için koruma yapılmıştır. 15

149 12.5 Hizar makinasında şerit testere kapak içine alınmış 12.6 Torna makinasında tahrik elemanları kapalı kutunun içine alınmış 16

150 BÖLÜM 13 KOROZYONA GÖRE TASARIM Korozyon bir aşınma çeşididir. korozyon, malzemenin çevre etkisi ile kimyasal, elektrokimyasal yolla madde kaybına uğramasıdır Elektrokimyasal korozyon, sıvı ortamda etki eden bir elementle bu etkiye karşı duran malzeme arasındaki reaksiyon ile oluşur. Elektrokimyasal korozyonun oluşması için, anot, katot ve elektrolitin bir arada bulunması gerekir. Bu üç elemandan birisi bulunmaz ise korozyon oluşmaz. Bilhassa elektrolitin olmamasını sağlamak tasarım açısından en önemlidir.. Uygun bir tasarım ile temas korozyonu önlenebilir. İki ayrı parça birbirinden izolasyon malzemesi ile ayrılırsa korozyon pili oluşumu önlenir Civata bağlantısını korozyondan korumak için civata ile bağlantı yapılan elemanlar arasına yalıtkan malzeme konulmuş; yani anotla katot arasındaki bağlantı kesilmiş Kötü İyi Kötü İyi Korozyondan korumak için tank ile zemin arasında su birikimi önlenmiş. Sağdaki tasarımda ise tankın içinde su birikimi önlenmiş 13.3 Kaynak dikişlerinin korozyondan korunması için yapılan tasarım değişiklikleri. 17

151 BÖLÜM 1 BÖLÜM 1 ZORLANMANIN AZALTILMASI 1.1 a) Bası gerilmesi ile beraber eğme gerilmesi de var; b) Destek kolu konarak gerilme azaltılmış, c) Kuvvet tam asal eksenden zorlayacak şekilde yapılan tasarım değişikliği ile sadece bası gerilmesi oluşmuş. 1.2 Yükü taşıyan kolların kuvvet tatbik noktasından kaçık olması nedeniyle eğilme gerilmesi ile beraber burulma gerilmesi de oluşur. Tasarım değişikliği yapılarak burulma gerilmesinin oluşması engellenmiş. 1.3 Makine parçasında çeki gerilmesinin fazla olması hasar uğrama açısından daha tehlikelidir. Kuvvetin yönüne göre parçanın yönü değiştirilerek çeki gerilmesinin değeri azaltılabilir. 18

152 Darbeli Zorlanan Elemanlar Makine elemanını zorlayan kuvvet darbeli olarak etki edecek olursa, meydana gelen darbeli gerilme, bağıntısı ile hesap edilir. d M 2h FE M m L S o Bu bağıntıdan, darbeden meydana gelen dinamik gerilmenin, alanla değil, hacimle (S0 L=V) ilgili olduğu açıkça görülmektedir. Çarpılan cismin hacmi ne kadar büyük ise meydana gelen dinamik çarpan da o kadar az meydana gelir. Dinamik çarpanın küçülmesi, yani darbeli zorlama durumunda zorlamanın azaltılması için; - Elastisite modülü küçük olan malzeme seçilmeli - Çarpılan cismin hacmi büyük seçilmeli -Büyük elastik deformasyon yapabilecek şekilde dizayn edilmeli: Eşit zorlanmalı kirişler sabit kesitli kirişlere göre daha çok çöker. Eşit zorlanmalı kiriş aynı malzeme hacmi için sabit kesitliye göre üç misli fazla esner. 1. Darbeli yüklemelerde, zorlamayı azaltmak için yapılan en önemli tasarım, darbe enerjisini absorbe edecek yay elemanı kullanmaktır. Otomobil amortisörlerine yay kullanılmasının en önemli sebebi budur. Yandaki Şekil de darbe etkisini azaltmak için kreyn kancasında kullanılan yay görülmektedir. Benzer tasarım asansörlerde de kullanılmaktadır. 19

153 1.5 Redüktörde darbeyi azaltmak için, yay görevi görecek, ilave uzunca bir mil kullanılmıştır. 150