MAKİNE ELEMANLARI I TASARIM. Prof. Dr. İrfan KAYMAZ. : 255 (Makine Mühendisliği bölümü II. kat)

Transkript

1 MAKİNE ELEMANLARI I TASARIM Prof. Dr. İrfan KAYMAZ Oda numaram E-posta adresi : 255 (Makine Mühendisliği bölümü II. kat) : ikaymaz@atauni.edu.tr

2 Her hafta ders konusu ile ilgili slaytlar dersin web sayfasından elde edilebilir. Makine elemanları dersinde kullanılacak formüller dersi veren öğretim üyesi tarafından verilecektir. Verilen ödevler, herhangi bir kelime işlemci programı kullanarak bilgisayar ortamında hazırlanacaktır. Ödev deki hesaplamalar MATLAB kullanılarak elde edilecektir. Eğer çizim içeriyorsa Pro/Engineer kullanılarak çizimler yapılması gerekmektedir. Dönem Projesi: Bir tasarım problemini öğrencilerin çözmesi beklenen ödev. Beş öğrenci civarında oluşturulan gruplar.. Makine Elemanları I 2/25

3 Amaç Öğrencilerin, mekanik sistemlerde kullanılan makine elemanlarının analiz ve tasarımı konularında gerekli bilgilere vakıf olmalarını sağlamak Makine tasarımında hayal güçlerini, yaratıcılık ve önsezilerini geliştirmek, tecrübe kazandırmak Öğrencilerin makine elemanlarında ortaya çıkan çeşitli sorunları anlamalarında yardımcı olmak Temel İçerik Gerilme Gerilme-şekil değiştirme ilişkisi Kesit tesirleri: kuvvet, moment diyagramları Basit eğilme Burulma Toleranslar Malzeme bilgisi: Elastisite modulu, young modulu, Akma gerilmesi, çeki mukavemeti, Makine Elemanları I 3/25

4 Hafta İçerik 1. HAFTA Konstrüksiyon faaliyeti ve bu faaliyet içinde makine elemanları bilgisinin önemi 2. HAFTA Makine elemanlarının hesap, şekillendirme ve kullanım esasları. 3. HAFTA Makine elemanlarının hesap, şekillendirme ve kullanım esasları 4. HAFTA Miller ve akslar 5. HAFTA Mil-Göbek Bağlantıları 6. HAFTA Mil-Göbek Bağlantıları 7. HAFTA Bağlama ve Hareket Cıvatalarının tanımlanması 8. HAFTA Bağlama ve Hareket Cıvatalarının tasarımı ve analizi 9. HAFTA Kaynak, Lehim, Yapıştırma ve Perçin Bağlantıları 10. HAFTA Yaylar 11. HAFTA Triboloji 12. HAFTA Kaymalı ve yuvarlanmalı yataklar 13. HAFTA Dişlilerin Genel tanıtımı 14. HAFTA Dişlilerin tasarımı ve analizi Makine Elemanları I içeriği 4/25

5 Makine, enerji, veya güç üreten, ileten, değiştiren veya biriktiren sistemlerdir. Kuvvet makineleri ve iş makineleri olmak üzere iki ana grupta toplanır. Kuvvet makineleri, iş ve enerji üretmek amacıyla icat edilmiş, bir enerji kaynağı tarafından tahrik edilen; enerji kaynağı olmadan iş üretemeyen makinelerdir. İş makineleri, iş yapmak amacıyla imal edilen ve kuvvet makineleri tarafından tahrik edilen, kuvvet makineleri olmadan iş üretemeyen makinelerdir. Makine ve makine elemanları tanımı 5/25

6 İŞ: Kuvvet ile bunun etkisiyle kuvvet doğrultusunda hareket eden bir cismin aldığı yoldur. (1 Nm= 1 Joule) GÜÇ: İş yapılma hızıdır. (1 Watt = 1 Joule/s) ENERJİ: İş yapma yeteneğidir. (Joule) Kuvvet Makinesi Giriş Kuvvet Makinası Çıkış Isı, Kimyasal enerji Nükleer enerji İçten yanmalı motor v.s. Mekanik enerji İş Makinesi Giriş Kuvvet Makinası Çıkış Mekanik enerji Takım tezgahı v.s. İş yapabilecek enerji Makine ve makine elemanları tanımı 6/25

7 Makine elemanları, çok farklı fonksiyon ve konstrüksiyondaki makine parçalarını ele alarak ortak bir değerlendirme tekniği üretmektir. Makine elemanları, kuvvet ve kuvvet çifti ileten, belirli bir fonksiyonu üstlenen, kendine has hesaplama ve şekillendirme metotlarına sahip, birbirlerine göre hareketli veya sabit olan, birinden diğerine hareket ileten, basit veya bir çok parçadan oluşan sistemlerdir. Makine elemanları bilimi, makine elemanlarının konstrüksiyonunu yani hesaplama ve şekillendirme ilkelerini inceler. Makine elemanlarının ana konuları, bağlama elemanları, taşıma elemanları, destek elemanları, enerji biriktirme elemanları, irtibat elemanları, güç ve hareket iletim elemanlarıdır. Makine ve makine elemanları tanımı 7/25

8 Makine Elemanları Bağlama elemanları Taşıma elemanları Destek elemanları Enerji biriktirme elemanları İrtibat elemanları Güç ve hareket iletim elemanları Çözülebilen Çözülemeyen Mil ve aks Kaymalı ve yuvarlanmalı yataklar Yaylar Kaplin Dişli çarklar Civata Kaynak Kavrama Sürtünmeli çarklar Mil-göbek Lehim Fren Kayış-kasnak mekanizmaları Pim-perno Perçin Zincir-kasnak mekanizmaları Yapıştırıcı Makine ve makine elemanları tanımı 8/25

9 Bağlama elemanları, iki veya daha çok elemanı birbirine veya makinaları temele bağlayan elemanlardır. Bunlara kaynak, lehim, yapıştırma, perçin, civata, pim, perno, kama, mil, sıkı geçme bağlantıları örnek olarak verilebilir. Makine ve makine elemanları tanımı 9/25

10 Mekanik enerji biriktirme elemanları, belirli bir enerjiyi şekil değiştirme ile biriktiren ve bunu istenildiği durumda geri veren elemanlardır. Örneğin yaylar. Makine ve makine elemanları tanımı 10/25

11 Taşıma elemanları, dişli çark, kasnak, volan gibi silindirik dönel elemanları taşıyan elemanlardır. Örneğin mil, aks. Makine ve makine elemanları tanımı 11/25

12 Destekleme elemanları, genellikle hareket halindeki elemanları desteklemek amacıyla kullanılır. Örneğin kaymalı yataklar. Makine ve makine elemanları tanımı 12/25

13 İrtibat elemanları, iki eleman arasında genellikle eksenel yönden irtibat sağlayan elemanlardır. Örneğin kaplin ve kavramalar. Makine ve makine elemanları tanımı 13/25

14 Güç ve hareket iletim elemanları, makinanın esas fonksiyonunu yerine getiren ve makinanın güç kaynağından iş kısmına doğru enerji akışını sağlayan elemanlardır. Örneğin dişli çark, kayı kasnak mekanizmaları, zincir bağlantıları.. Makine ve makine elemanları tanımı 14/25

15 Konstrüksiyon, herhangi bir teknik sistemin ödevini belirlenmesi, uygulanacak fiziksel prensiplerin saptanması, bu prensipleri sağlayan elemanların seçimi, bunların montaj ve parça resimlerinin hazırlanmasına kadar geçen bütün faaliyetleri kapsamaktadır. Tasarım Hesaplama ve şekillendirme Konstrüksiyon Tasarım = Sistematik konstrüksiyon Hesaplama ve şekillendirme = Makine elemanları Konstrüksiyon 15/25

16 Tasarım yapmak, belirli bir ihtiyacı karşılayacak bir plan formüle etmek veya bir problemi çözmektir. Eğer bu plan fiziksel bir realite ortaya çıkaracaksa yani bir ürün elde edilecekse, bu ürün aşağıda belirtilen özellikleri taşımalıdır: Fonksiyonel: Ürün belirtilen ihtiyacı gidermeli ve müşteriyi memnun etmelidir. Emniyetli: Ürün çevreye, kullanıcıya zarar vermemelidir. Güvenilir: Belirlenen süre zarfınca ürün kendisinden beklenilen fonksiyonları yerine getirmelidir. Rekabetçi: Ürün piyasada bir yarışçıdır. Kullanılabilirlik: Ürün kullanıcı dostu olmalıdır. Üretilebilirlik: Ürün minimum parça sayısına sahip olmalı, seri üretime uygun olmalı Pazarlanabilirlik: Ürün, hedef kitlenin alım gücüne uygun olmalı, Tasarım 16/25

17 Bir mühendislik tasarımına başlamak için mühendisin önünde çözülmesi zorunlu somut bir sorun bulunmalıdır. Sorun ve gereksinme ortaya konduktan sonra tasarımcı, tasarım sürecinde belli başlı üç etkinlikte bulunur; Yaratıcılık: Zihinsel etkinlik. Karar verme: Tasarım sürecinde çeşitli aşamalarda ortaya çıkan seçenekler ve yöntemler arasında en uygun olanı seçmek. Modelleme: Mühendislik bilgi birikiminin hesaplama yöntemleri ile tasarıma uygulanması. Bir tane saati olan zamanı bilir, ancak iki saati olan saatin kaç olduğundan hiçbir zaman emin olamaz. Tasarım 17/25

18 Tasarım düzeyi Tasarımın temel felsefesi Asimow tarafından özetlenmiştir. Bilimsel ve teknolojik etkiler Tasarım süreci Tasarım ürünü Tasarımın irdelenmesi Tasarım bilgileri Geri besleme Kabul edilemez Kabul edilemez İş Mükemmel tasarım Tasarım ürünü Zaman Tasarım 18/25

19 Hedef Ödev (Teknik özellikler, özel istekler) Çalışma prensiplerinin saptanması Ön şekillendirme alternatifleri (temel prensiplere uygun kinematik tertip) Fizibilite analizi (ekonomik ve teknolojik) Teknik ve ekonomik analiz Şekillendirme (genel teknik isteklere uygun) Montaj ve detay resimleri Prototip Üretim Tasarımın aşamaları 19/25

20 Örnek Ağız açıklığı en fazla 400mm olacak, her türlü geometride ve sertlikte malzemeyi sıkıştırabilecek, küçük veya büyük atölye kullanımına uygun, satış fiyatı en fazla 20 TL olacak ve yıllık adet üretilecek bir mengene tasarımı yapınız. Değerlendirme Maliyet (kar edilebilir mi?), Sıkıştırma yöntemi ve çene tasarımı, Sistemin gövde tasarımı, Hesaplamalar ve güvenilirlik, Standartlara uygunluk ve görünüm Kinematik analizi Kuvvet analizi Görünüş, renk, estetik vb. Parça tasarımı (Mukavemet) Modifikasyon (malzemenin elverişli olup olmaması Sınırlamalar (ağırlık, yer) Ömür güvenilirlik Pazarlama Üretilebilirlik Tasarım 20/25

21 ÖRNEK: Ali endüstriyel fırınlar üreten bir firmada baş mühendis olarak çalışmaktadır. Bir firma, mevcut fabrikasına bu fırınlardan kurmak istemektedir ve bu işi Mühendis Ali nin firmasına verir. Mühendis Ali nin çözmesi gereken teknik konular: Enerji kaynağı: Fırınların sıcaklığını yükseltmek için Fırının yeri: Malzeme transferi için en optimum yer Güvenlik: Herhangi bir işçi fırın için de unutulmayacak!!! Ve diğer pek çok problem???? Mühendis Ali işi zamanında tamamlar. Ancak belirli bir süre sonra şikayetler başlar???? Fırının fanı: Titreşim meydana getirmektedir. Sonuç Hava girişi yer değiştirilir ancak firmaya pahalıya patlar. Tasarım 21/25

22 BU ÖRNEKTEN ALINACAK DERSLER: Tasarım, sadece teknik hesaplamalar değildir. İlgili herkesin görüşü alınmamış bir tasarım bir problemler yumağıdır. İlgili kişilerin görüşlerinin alınması tasarımcının problemidir. Tasarım 22/25

23 Mukavemet hesaplarında takip edilecek adımlar. Dış etkiler F, M Kesit A, W, I Mukavemet sınırı Emniyet katsayısı Nominal gerilme Emniyet Gerilmesi Mukavemet Şartı Boyutlandırma Yük taşıma kabiliyet Kontrol Emniyet katsayısı 23/25

24 Bir elemanın dış kuvvetlere karşı dayanımı için boyut ve mukavemet hesabı yapılır. Ancak; Çok defa elemanı zorlayan kuvvet veya momentin büyüklüğü, doğrultusu ve zaman içinde değişimleri tam olarak bilinmez. Bazı hallerde kütle, frenleme, ısı kuvveti gibi bir takım kuvvetlerin hesaplanması zordur ve bunların tespiti için yaklaşık yöntemler kullanılır. Elemanda meydana gelen gerilmeler mukavemet kanunlarına göre hesaplanır. Mukavemet kanunları ise basit cisim olan çubuğu esas alır. Makine elemanları ise çubuktan çok farklı cisimler olduklarından matematiksel model kurulurken bir çok hata yapılabilir. Mukavemet kanunları, ideal özelliklere sahip malzemeler (tam elastik, homojen, izotrop gibi) için tanımlanır. Gerçekte tüm elemanların yapıldıkları malzemeler bu özelliklere sahip değildir. Isıl işlem, soğuk çekme, kaplama gibi işlemler malzeme mukavemetine etki eder Bu etkiler tam olarak tespit edilip hesaplara alınamamaktadır. Çevre şartları ve zaman da malzeme mukavemetine etki eden diğer unsurlardandır. Bu etkilerin hesaplara katılması zordur. Yukarıda sıralanan sebeplerden dolayı elemanlar hiçbir şekilde kendisi için tehlikeli olabilecek sınır değerlere kadar yüklenemez. Daima bir emniyet payı bırakılmalıdır. Emniyet katsayısı 24/25

25 Gelecek Hafta... Mukavemet Esasları Emniyet katsayısı 25/25