Deneyin Amacı Kayış - kasnak mekanizmalarında farklı tiplerde ve farklı sarım açılarındaki kayış ve kasnak arasındaki sürtünmenin incelenmesi.

Transkript

1 1 Deneyin Adı Kayışlarda Sürtünme Deneyi Deneyin Amacı Kayış - kasnak mekanizmalarında farklı tiplerde ve farklı sarım açılarındaki kayış ve kasnak arasındaki sürtünmenin incelenmesi. 1. Teorik Bilgi 1.1 Kayış Kasnak Mekanizmaları Kayış kasnak mekanizmalarında hareket, döndüren kasnaklara sarılan (Şekil 1) ve oldukça esnek olan bir kayış vasıtasıyla sağlanır; hareketin iletilmesinde kayış ile kasnak arasındaki sürtünme önemli bir rol oynar. Mekanizmanın başlıca üstünlükleri şu şekilde sıralanabilir: -Basit olmaları nedeniyle,diğer mekanizmalara göre oldukça ucuz bir konstrüksiyon oluşturur. -Birbirinden uzakta bulunan iki mil arasında güç ve hareket iletebilir. -Kayış elastik bir malzemeden yapılmış olduğundan darbeli karşılama ve sönümleme kabiliyeti büyüktür. -Ani yük büyümelerini iletemez; bu nedenle bir emniyet elemanı olarak çalışır. Buna karşılık şu mahzurlar sıralanabilir : -Kayış ile kasnak arasındaki kısmi kaymalardan dolayı tam ve sabit bir çevrim oranı sağlanamaz. -Hareket iletimi için kayışın kasnak üzerine bastırılması gerekir, yani bir basma kuvvetine ihtiyaç gösterir. Bu basma kuvvetinin etkisi altında miller ve yataklar dişli çark ve zincir mekanizmalarındakine göre daha büyük zorlamalara maruz kalırlar. -Kayışta zamanla bir gevşeme meydana geldiğinden, mekanizmanın bir gerdirme tertibatı ile donatılması gerekir. Şekil - 1. Kayış-kasnak mekanizmaları

2 2 Kayış kasnak mekanizmaları, kayışın kesitine göre düz (Şekil 1.a, Şekil 2.a) ve V kayış mekanizmaları (Şekil 1.b, Şekil 2.b, c, d) olmak üzere iki esas gruba ayrılabilir. Bunların yanı sıra dişli (Şekil 2.e) ve mafsallı kayış (Şekil 2.f ) tipleri mevcuttur. Ayrıca hassas cihaz tekniğinde yuvarlak kesitli ( Şekil 1.c ) kayışlarda kullanılmaktadır. Dişli kayışın hareket iletme tarzı şekle bağlı olduğundan böyle bir mekanizma çalışma bakımından zincir mekanizmasına benzer. Kayış mekanizması ile benzerlik ancak kayış malzemesi yönündendir. Kayış Malzemesi: Şekil 2 Çeşitli Kayış Tipleri Mekanizmanın önemli bir elemanı olan kayış şu özelliklere sahip olmalıdır. Bükülme kabiliyeti ve yüksek bir çekme mukavemeti Uygun bir ömür ve yorulma mukavemeti Düşük maliyet fiyatı(ekonomiklik). a) Düz Kayışlar: Ana malzemeye göre kösele, kauçuk ve tekstil kayışlar olmak üzere üç gruba ayrılabilirler. Bunlardan başka plastik malzemelerden yapılan çok tabakalı ve sürtünme katsayısını yükseltmek amacıyla mantar kaplı kasnaklar üzerinde çalışan çelik şeritler mevcuttur. Genellikle sığırların sırt derilerinden yapılan bitkisel, krom bitkisel veya krom bileşikleri ile tabaklanmış olan kösele kayışlar yüksek bir çekme mukavemetine sahip olmakla beraber, aside, rutubete ve alkalilere karşı dayanıklıdır. Genişlikleri 20 ile 600 mm ve kalınlıkları 3 ile 7 mm arasında değişen bu kayışların kalınlığını arttırmak için çift veya çok ender olarak üç tabakalı yapılır. Bu şekilde kalınlık 7 ila 12 mm ye veya 12 mm nin üstüne çıkabilir. Genellikle kayışın kıl tarafı kasnak üzerine oturtulmalıdır. İki tabakalı kayışlar et tarafından birbirinin üzerine yapıştırılmalıdır. Kösele kayışların bükülme kabiliyetini arttırmak için bunlara imalat sırasında belirli bir miktarda hayvansal esaslı yağ emdirilir. DIN standartlarında bükülme kabiliyetine S standart, G bükülür ve HG- yüksek derecede bükülür olmak üzere üç kalite mevcuttur.

3 3 Şekil 3 Kauçuk Düz Kayışlar Kauçuklu düz kayışlar, birbirlerine kauçukla yapıştırılmış ve vulkanize edilmiş birkaç dokuma tabakasından meydana gelir (Şekil 3) Bunların arasında balata kayışları, pamuk ipliğinden dokunmuş bez olup balata usaresi içirilmiştir. Ayrıca balata veya kord ipliklerinden (Şekil 3 c, d) oluşan kayışlar mevcuttur. Kalınlıkları 2,5 ile 15mm değerleri arasında değişen kauçuklu düz kayışların çekme mukavemeti normal olup, nem ve asitlere karşı dayanıklı fakat petrol ve yağlara karşı dayanıklı değildir. Ancak ince bir tabaka sentetik kauçuk ile kaplanarak bu maddelere karşı dayanıklılığı arttırılabilir. (Şekil 3.b,c,d,e) Tekstil kayışları, emprenye edilmiş yapay ipek, sentetik yün, pamuk, deve tüyü ve bazı hallerde naylon, perlon gibi sentetik liflerden yapılan kayışlardır. Ancak sürtünme katsayısı nispeten küçük olduğundan daha az enerji iletebilirler. Ortamın etkisinden korumak için bazı hallerde bu kayışlar katran ile emprenye edilirler. Çok tabakalı kayışlar, tarafsız eksen üzerinde veya civarında bulunan tabaka plastik malzemeden yapılmış olup (Şekil 4 a) üst ve alt tabakalar kösele veya biri kauçuk diğeri kösele olabilir. Yüksek bir çekme mukavemetine sahip bulunan bu kayışın sürtünme katsayısı nispeten büyüktür. Şekil 4.b, c de extremultus 80 ve extremultus 81 adını taşıyan çok tabakalı kayışların konstrüksiyon tarzları gösterilmiştir. Genellikle düz kayışlar uçları açık şekilde imal edilirler. Ender olarak, uçları birleştirilmiş olan sonsuz kayış şeklinde de yapılmaktadır.

4 4 Şekil 4 Çok Tabakalı Kayışlar b) V kayışlar: Bu kayışlar çekme mukavemetini ve bükülme kabiliyetini sağlayan bir mukavim diğeri yumuşak olmak üzere, iki ana malzemeden oluşmuştur. Ortamın etkisini önlemek için kayış genellikle kauçuklu bezden yapılan koruyucu bir tabaka ile kaplanır(şekil 5).Bu iki ana malzemenin yerleştirilme tarzına göre üç tip V kayışı mevcuttur. Birinci tipte (Şekil 5.a) kordon dokumadan (1) ibaret olan birkaç tabakalı mukavim kısım kesitin çekme tarafına ve kauçuktan (2) yapılan yumuşak kısım kesitin basma tarafına yerleştirilmiştir. İkinci tipte (Şekil 5.b) kord-tan yapılan ipler (1) kesitin tarafsız kısmına yerleştirilmiş olup,çekme ve basma kısımları kauçuktan (2) yapılmıştır. Şekil 5 V Kayış Her iki tipe ait kayışlar kauçuklu bezden (3) yapılmış koruyucu tabaka ile kaplanmışlardır. Üçüncü tipte (Şekil 5.c) çekme ve basma kısımları kauçuktan (2) yapılmış olup mukavim kısmı oluşturan dokuma bütün kesit boyunca yerleştirilmiştir. Şekil 6 Normal ve Dar V-Kayışları V kayışları standarttır. TS ve DIN standartlarına göre normal V kayışları (Şekil 6.a) ve dar V kayışları (Şekil 6.b) mevcuttur. Dar V kayışlarının ISO standartlarına göre Şekil 7 de gösterildiği gibi SPZ, SPA, SPB ve SPC şeklinde simgelenen dört tipi vardır. Genellikle V kayışları uçları birleştirilmiş olarak sonsuz kayış şeklinde yapılmaktadır. Ender olarak uçları açık olan kayışlar da kullanılmaktadır.

5 5 Şekil 7 V Kayış Çeşitleri V kayışlarının kesitini tayin eden, genişlik b, yükseklik h ve imalat açısı a dır. Bunların değerleri kayışların uzunlukları ile birlikte, sonsuz normal V kayışları için cetvel 1, sonsuz dar V kayışları için cetvel 1 de verilmiştir. Normal kayışların imalat açıları 35 ila 39 dir. 2.GİRİŞ Kayış kasnak mekanizmasında hareket, döndüren ve döndürülen kasnaklara sarılan ve oldukça esnek olan bir kayış vasıtasıyla sağlanır; hareketin iletilmesinde kayış ile kasnak arasındaki sürtünme önemli bir rol oynar. Bir milden diğerine güç ve hareket iletimi için, iletim mekanizmalarına ihtiyaç vardır. Bu iletim mekanizmaları iletim fonksiyonunu kuvvet ve şekil bağlantılı olarak yerine getirirler. İletim mekanizmaları, kuvvet ve momentin nakline göre: 1. Kuvvet bağlı mekanizmalar (sürtünme esasına göre çalışır.) a)sürtünme çarkları b)kayış- kasnak mekanizmaları 2. Şekil bağlı mekanizmalar a) Dişli çarklar b) Zincir mekanizmaları İki mil üzerine takılı silindirik elemanlar (kasnaklar) ve bu elemanlara sarılan bir elastik elemandan (kayış) meydana gelen, dönme hızı ve moment dönüşünü sağlaması için kullanılan mekanizmaya kayış- kasnak mekanizması denir. Kayışkasnak mekanizmaları, arasında büyük mesafeler bulunan miller arasında güç ve hareket iletimi sağlayan mekanizmalardır.(şekil -8) Şekil - 8. Kayış-kasnak mekanizmaları Kayış-kasnak mekanizmalarının başlıca üstünlükleri şöyle sıralanabilir: Basit olmaları nedeniyle diğer mekanizmalara göre maliyetleri daha düşüktür. Birbirinden uzakta bulunan iki mil arasında güç ve hareket iletimi sağlarlar.

6 6 Kayış elastik bir malzemeden yapılmış olduğundan darbeleri karşılama ve sönümleme kabiliyeti büyüktür. Ani yük büyümelerini iletemez; bu nedenle bir emniyet elemanı olarak çalışır Kayış- kasnak mekanizmalarının kullanımının bir takım sakıncaları da vardır. Kayış ve kasnak arasındaki kısmi kaymalardan dolayı çevrim oranı tam olarak sağlanamaz. Hareket iletimi için kayışın kasnak üzerine bastırılması gerekir. Yani bir basma kuvvetine ihtiyaç vardır. Bu basma kuvveti etkisiyle miller ve yataklar dişli çarklar ve zincir mekanizmalarına göre daha büyük zorlanmalara maruz kalırlar. Kayışta zamanla bir gevşeme oluştuğundan mekanizmanın bir gerdirme tertibatı ile donanması gerekir. Kayış- kasnak mekanizmalarında kullanılan kayışlar farklı tiplerde olabilmektedir: Düz kayışlar(şekil 8.a), V- kayışları(şekil 8.b), Yuvarlak kesitli kayışlar(şekil 8.c) ve Dişli V- kayışları(şekil 8.c). Düz kayışlar geniş bir hız ve moment bölgesinde kullanılabilir. Düz kayışlar V- kayışlara göre kayma olmaması için daha büyük gergi kuvvetlerine ihtiyaç gösterirler.v- kayışları en yaygın olarak kullanılan kayış çeşididir. Standart ölçülerdeki kayış ve kasnakların kolayca bulunabilmesi, hesap ve konstrüksiyonun basitliği orta güçler ve hızlar bölgesinde kullanımı yaygınlaştırılmıştır. Kama etkisi ile yan yüzlerde oluşan sürtünme nedeniyle düz kayışlara göre küçük gerginliklerde çalışabilmektedir. Bu da mil ve yataklara daha az kuvvetin gelmesi anlamına gelir. V- kayışların güç iletme kabiliyeti düz kayışlara göre daha fazladır. Temas yüzeylerinin eğik olması nedeniyle sürtünme katsayısı düz kayışlara göre değişiklik gösterir. Kasnaklar taşıdığı kayışın türüne göre üzerinde özel bir yuvaya sahiptir. Düz kayışlarda yuva düz, V- kayışlarda yuva kama biçiminde ve yuvarlak kesitli kayışlarda ise yuva dairesel kesitli olarak yapılmıştır. 2.1 Kayış kollarında meydana gelen gergi kuvvetleri Şekil 9. Kayış kollarında meydana gelen gergi kuvvetleri

7 7 Kayış- kasnak mekanizmalarında moment iletmek için gerekli basma kuvveti kayışı gerdirmek suretiyle olur. Çalışma anında sürtünme nedeniyle kayış kollarında birbirine eşit olmayan F 1 ve F 2 gergi kuvvetleri oluşur. Gergi kuvvetleri arasında Euler denklemi en genel halde aşağıdaki gibi yazılır: F 1 = e µθ sin(α 2) F 2 Bu ifadede: F 1 -Gergin koldaki kuvvet (F 1 >F s ) F 2 - Gevşek koldaki kuvvet θ - Kasnak üzerindeki sarım açısı (rd) µ - Kayış- kasnak arasındaki sürtünme katsayısını temsil eder α - Kayışlardaki imalat açısı( ) Euler denklemi Düz kayışlar için aşağıdaki gibi düzenlenir: α=180 (düz kayışlarda) olduğundan Sin(α 2)=1olarak alınırsa F 1 = e µθ F 2 İfadesi elde edilir. Euler denklemi V- kayışları için de aşağıdaki gibi düzenlenir: genellikle V- kayışlar ve kasnakları α=35 39 açılarda üretilir. Burada α=40 alınacak. (α 2=20 ) F 1 = e µθ sin(α 2) F 2 İfadesi elde edilir. Denklemlerinde logaritmik düzenlemeler yapılarak sürtünme katsayısı ifadesi çekilirse: Düz kayışlarda sürtünme katsayısı: ln[f 1/ F 2 ] µ= θ V- kayışlarda sürtünme katsayısı: Sin[α/2] ln[f 1/ F 2 ] µ= θ

8 8 3.Deney Cihazı TQ firması tarafından hazırlanmış olan deney cihazı katış- kasnak mekanizmasının bir modelidir. Bu cihaz yardımıyla kasnak üzerindeki kayışlardaki gergi kuvvetleri yardımıyla farklı tiplerde ve farklı sarım açılarındaki sürtünme katsayısı değerleri tespit edilebilmektedir Temel Özellikler Saptırma çubuğu yardımıyla kasnak üzerindeki sarım açıları kolayca değiştirilebilmektedir. Tek kasnak üzerindeki üç farklı kayış çalışabilmektedir. Farklı çalışma şartları için sürtünme katsayısı değerleri hesaplanabilmektedir Cihazın Tanıtılması Bu cihaz yardımıyla teorik olarak görülmüş olan temel mühendislik prensibi gerçekleştirilebilmektedir.cihaz duvara monte edilmiş 150 mm çapında bir kasnak ve yüklenmiş kayıştan oluşmaktadır. Kasnak dökme demirden yapılmış olup yuvarlanmalı yatak ile yataklanmıştır. Kasnak üzerinde düz kayış, V- kayış ve dairesel kesitli bir tel için uygun yuvalar bulunmaktadır. Önceden seçilmiş bir sarım açısında kasnak üzerindeki iki koluna ağırlıklar uygulanarak dönme momenti oluşturulmaktadır. Bu işlem sonunda Euler denklemi yardımıyla yüzeyler arasındaki sürtünme katsayısı tanımlanabilmektedir. Kasnağın üstü 18 lik dilimlere bölünerek farklı sarım açılarında çalışma imkanı elde edilmiştir. ( a ) ( b ) Şekil-10.Üzerinde üç farklı yuva bulunan kasnak 3.3. Deneyin Yapılışı Kasnak üzerinde kayış kollarına yükleme yapılmadan önce hangi sarım açılarında çalışacağı başlangıçta tespit edilir. En az üç farklı sarım açısında çalışması tavsiye edilir. Önce birinci sarım açısında düz ve V- kayışı için ölçümler yapılır. Daha sonra aynı işlemler ikinci ve üçüncü sarım açılarında tekrarlanır. Kayış kasnak üzerindeki yuvasına takıldıktan sonra kayışın serbest olan koluna bir miktar yük (F 2 )asılır. Daha sonra kasnak üzerindeki diğer kola ağırlık yüklemesi

9 9 yapılır (F S ). Başlangıçta kasnak hareketsizken F S belli bir değere ulaşınca (sürtünme kuvveti yenilince) kasnak dönmeye başlar. Bu anda kayıştaki sürtünme kuvveti F S tespit edilir. F 2 yükü sabit tutularak bu işlem ard arda tekrarlanır. Elde edilen sürtünme kuvveti F S değeri kullanılarak kasnak üzerinde diğer koldaki gergi kuvvetleri F 1 hesaplanır (F 1 = F 2 +F S ). Hesaplanan ve ölçülen bütün değerler Tabloda bir araya getirilir. Yükleme esnasında ağırlıkların asıldığı yükleme çubuklarının kendi ağırlıkları da dikkate alınmalıdır. Her bir çubuğun ağırlığı 5 N dur. Tabloda F 2 ve F S değerleri alınırken 5 N ilave edilerek gerçek F 2 ve F S değerleri bulunur. Sürtünme katsayısı hesabında bu gerçek değerler göz önüne alınacaktır. 3.4 Deney Sonuçları Deney No Sarım Açısı θ ( ) Kayış Tipi Şekil - 11.Deney düzeneğinin şeması Kayış Tipi F2 (N) Gerçek Fs (N) Gerçek F1 (N) F1=F2+Fs F1 (N) Sarım Açısı θ ( ) Sürtünme Katsayısı (µ) 1 54 V - Kayış V - Kayış , Düz Kayış Düz Kayış 30 1, ,5 54 0, Düz Kayış Düz Kayış 30 5, , , V - Kayış V - Kayış 30 24, , , V - Kayış V - Kayış 30 24, , , Düz Kayış Düz Kayış ,1291 Tablo 1 Deney Sonuçlarının Tablo Üzerine Yansıması Tabloda bulduğumuz deney sonuçlarına göre µ sürtünme katsayısı düştükçe kayıştaki sürtünme artmaktadır. Değerlere göre V-Kayışındaki sürtünmenin fazla olduğunu görmekteyiz. Bunun nedeni de V-Kayışının yan yüzeylerinden doğan temas yüzeylerinin eğik olmasıdır. Böylece düz kayışlara göre sürtünme katsayısı µ az olmakta, buna karşın sürtünme kuvveti azaldıkça sürtünme katsayısı artmaktadır. Bu da V-Kayışlarında güç ve hareket iletiminin daha iyi olmasını sağlamaktadır. Bulduğumuz sonuçlara göre sarım açısının belli bir değerden sonra sürtünme kuvvetini fazla etkilemediğini, hatta değiştirmediğini gördük. Tabi bunda deney şartlarının, kayış kalınlığının ve kayışların yıpranmasının etkili olduğunu göz ardı edemeyiz. Ayrıca V-Kayışlarındaki gerilmenin azaldığını ve mil yataklarına gelen kuvvetin daha az olduğunu söyleyebiliriz.

10 10 SONUÇ OLARAK : Yapılan hesaplamalar sonucunda Düz kayışlarda Sarım Açısı (θ) büyüdükçe sürtünme katsayısı (µ) zıt olarak küçülür ve bununla beraber uygulanacak kuvvet değeri artar. Yapılan hesaplamalar sonucunda V kayışlarda Sarım Açısı (θ) büyüdükçe sürtünme katsayısı (µ) zıt olarak küçülür ve bununla beraber uygulanacak kuvvet değeri artar. Yapılan bu deney çalışmaları gösteriyor ki V-kayışları, Düz-kayışlara nazaran daha iyi güç ve moment iletebilme özelliğine sahiptir. Bu yüzdendir ki V-kayışları en çok kullanım alanlarına sahiptir. Şekil 12.Farklı deney şartlarında kayış kollarındaki gergi kuvvetleri