tarafından finanse edilmektedir

Transkript

1 Bu Proje Avrupa Birliği ve Türkiye Cumhuriyeti tarafından finanse edilmektedir MAKİNA TASARIM VE İMALAT ALANINDA MESLEKİ EĞİTİMİN İÇERİĞİNİN VE KALİTESİNİN ARTTIRILMASI (MUSAVVIR) PROJESİ MESLEKİ EĞİTİM MÜFREDATI MAKİNE TASARIMINA GİRİŞ MAKİNE ELEMANLARI VE SİSTEMLERİ 1. Giriş Mühendislik Tasarımı (Mekanik Tasarım) genel olarak imalat safhasını da içerecek şekilde makine ve makineyi oluşturan alt bileşenlerin tasarımı, hesaplanması, mühendislik problemlerinin bir proje biçiminde düzenlenmesi faaliyetleri olarak tanımlanabilmektedir. Mühendislik Tasarımı, belirlenen fonksiyonları yerine getirebilecek makine, yapı, mekanik sistem ve prosesler için planlamaların yapılması şeklinde ifade edilebilir. Genel olarak tasarım ise, yeni (orijinal) veya adapte makinelerin sanatsal bakış açısınında dikkate alınması ile teknik olarak değerlendirilmesini içeren faaliyetlerin tamamıdır. Bu faaliyetler; teorik modelin kurulması, elemanların seçimi, boyutlandırılması, montaj ve parça resimlerinin hazırlanmasını içermektedir. Makine elmanlarının mekanik sistem içerisinde fonksiyonunu tam olarak yerine getirebilmesi ve emniyetli olarak çalışabilmesi için, uygun bir malzemeden imal edilmiş olması, dış kuvvet ve momentleri emniyetli şekilde taşıyabilecek şekil ve boyutlara sahip olması gerekmektedir. 1

2 Makine Elemanları ise mekanik sistemleri oluşturan elemanların hesaplama ve boyutlandırma prensiplerini araştıran ve belirleyen bir bilim dalıdır. Bir mekanik sstemin kendisinden beklenen fonksiyonu (görevi) yerine getirebilmesi için gereken makine elemanları, mekanik özellikleri, gerilme ve zorlanma durumları ve şekillendirme esasları bakımından çok çeşitli niteliklere sahip olabilir. Dış kuvvet ve momentlere göre yapılacak mukavemet hesapları, uygun mazlzeme seçimi ve imalat yöntemleri tasarımda önemli bir rol oynamaktadır. Makine Tasarım ve İmalat alanında mesleki eğitimin içeriğinin ve kalitesinin artırılması (musavvır) projesi kapsamında hazırlanan bu bölümde, Makine Tasarımı ve temel prensiplerine kısaca değinilecek ve makine elemanları detaylı mukavemet (boyutlandırma) hesaplarına girilmeden uygulama alanları referans alınarak kısaca tanıtılacaktır. 2. İÇERİK VE TARİHÇE Makine Tasarım ve İmalat alanında mesleki eğitimin içeriğinin ve kalitesinin artırılması (musavvır) projesi kapsamında hazırlanan bu bölümde; Mekanik Tasarım Makine Elemanları konularına değinilecektir. Sanayi devrimi öncesi Tasarım, sanat ve çizimle sıkı bir ilişki içindeydi.19. Yüzyılda makineleşmenin artması ile bazı karakteristik ilkeler belirlendi. Bunlara örnek olarak; Yeterli dayanım Az aşınma Düşük sürtünme Minimum malzeme kullanımı Kolay oluşturma (elde etme) Kolay montaj Maksimum akılcılık verilebilir. 2

3 Tasarım ise, yeni (orijinal) veya adapte makinelerin sanatsal bakış açısınında dikkate alınması ile teknik olarak değerlendirilmesini içeren faaliyetler bütünü olarak tanımlanabilir. Bu faaliyetler; teorik modelin kurulması, elemanların seçimi, boyutlandırılması, montaj ve parça resimlerinin hazırlanmasını içermektedir. Makine elmanlarının mekanik sistem içerisinde görevini icra edebilmesi ve emniyet sınırları içerisinde çalışabilmesi için, uygun malzeme seçimi, dış yükleri emniyetle taşıyabilecek ve boyutlara sahip olması gerekmektedir. Günümüzde çok sayıda Makine Elemanı mevcut olup bu bölüm kapsamında kısa tanımlamaları verilecektir. Bölüm kapsamında mukavemet hesaplarında kullanılacak formülasyona girilmeyecek, makine elemanlarının kısa tanımları sonrası çeşitleri ve kullanım alanlarına ilişkin bilgi verilecektir. Bu bağlamda, öncelikli olarak II. Bölüm kapsamında Mekanik Tasarım ve temel ilkeleri anlatılacak ve III. ve diğer bölümlerde ise Makine Elemanları sınıflandırılarak örneklemeler ile detaylı şekilde verilecektir. 3. MAKİNE TASARIMI Tasarım, belirli istekleri olası en iyi tarzda karşılamada harcanan tüm çabalar olarak adlandırılabilir. Tasarım; İnsan yaşamını etkiler Bilimsel görüş ve yasalara dayanır Özel tecrübeye dayalı olarak gelişir 3

4 Mühendislik Tasarımı ise; Uygulamalı doğal bilimler; yani objektiflik Ticari yatırım; yani maddi kazanç Problem çözme; yani hedefe kilitlenme Endüstriyel üretim; yani iş bölümü Tasarlama; yani geometri ve malzeme özelliklerini tanımlama ile ilgilidir.mühendislik Tasarımı, kesişen teknik ve kültürel iki akımın ortasında gösterilebilir (Şekil 3.1). Şekil3.1.Mühendislik Tasarımı 4

5 Makine Tasarımı; Sistematik Tasarım ve Makine elemanlarının etkileşimi biçiminde ifade edilebilir (Şekil 3.2.) MAKİNE TASARIMI SİSTEMATİK TASARIM Bir teknik sistemde problemin tanımlanması (Tasarım Şartnamesi), uygulanacak fiziksel prensiplerin belirlenmesi (teorik modelin kurulması) MAKİNE ELEMANLARI Tasarım şartnamesinde belirlenen ihtiyaçları gerçekleştirebilmek için gerekli olan elemanların seçimi, gerilmeler ve mukavemet hesapları, makine elemanlarının boyutlandırılması ve son şekillerin belirlenerek ayrıntılı çizim dokümanlarının oluşturulması Makine Tasarımının temel kademeleri ise; Şekil 3.2. Makine Tasarımı Tasarım şartnamesinin belirlenmesi (Ödev Tespiti) İhtiyaçlar listesinin hazırlanması ve detaylı olarak açıklanması Fonksiyon yapılarının oluşturulması (Tüm fonksiyon ve Alt fonksiyonlar) Her bir alt fonksiyonu karşılayacak çözüm alternatiflerinin geliştirilmesi, ön hesaplamalar ve ön taslak tasarım Projelendirme ve prototip üretiminin yapılıp değerlendirilmesi (prototip üretim yerine katı modelleme yazılımlarının değişik modülleri kullanılarak dijital modeller geliştirilebilir) Detaylandırma, tüm çizim ve üretim dokümanlarının (teknik resimler vb.) hazırlanması, Üretim planlama ve üretim 5

6 oluşmaktadır. Burada belirtilen Makine Tasarım kademeleri bir akış diyagramı ile verilebilir (Şekil 3.3.) Şekil3.3.Makine Tasarımı Kademeleri Makine Tasarımı sırasında bazı temel ilkelerin dikkate alınması gerekmektedir. Bu ilkeler; Tüm fonksiyona uygun olması durumu Standartlara uygun olması durumu Yükleme şekline uygunluk Malzeme uygunluğu Genleşmeye uygunluk İmal usullerine uygunluk Korozyona karşı uygunluk Maliyet uygunluğu Montaj ve demontaj uygunluğu 6

7 Taşımaya uygunluk Emniyet Estetik ve ergonomiye uygunluk Fonksiyona Uygunluk Tasarımı yapılan makine, istenilen fonksiyonu (ödevi) tam olarak yerine getirmelidir. Standartlara Uygunluk Tasarımda kullanılacak olan parçalar, mümkün olduğunca standart parçalardan seçilmelidir. Bu şekilde bir seçim ilgili parçaların teminini kolaylaştırmaktadır. Yükleme Şekline Uygunluk Tasarımı yapılan parça üzerine gelen yükler doğru bir şekilde tespit edilmlidir. Makine Tasarımında kullanılan parçalar üzerine farklı türde yüklemeler etki edebilir. Statik, dinamik (değişken) ve darbeli yüklemeler buna örnek olarak verilebilir. Statik bir yüke maruz bir parçanın ve/veya makine elemanının boyutlandırılması statik mukavemet sınırına (Akma Sınırı) göre yapılırken dinamik yüke uğrayan parçaların mukavemet hesabı dinamik mukavemet sınırına (Yorulma Sınırı) göre yapılmaktadır. Mekanik sistemlerdeki hasarların yaklaşık olarak % lık kısmı yorulma hasarıdır. Yorulma hasarının temel nedenlerinden biriside gerilme yığılmalarıdır (Çentik Faktörü) Faturalı geçişler veya makine tasarımı gereği bulunan geometrik süreksizlikler (kama yuvası, faturalı geçiş v.b.) eleman içerisinde kuvvet akış yönlerinde değişikliklere ve gerilme yığılmalarına neden olmaktadırlar (Şekil 3.4.) (a) 7

8 Malzeme Uygunluğu (b) Şekil 3.3. Yorulma Hasarları (a) Rulman Bilezikleri (b) Mil Ara Kesiti Tasarım esnasında, makine elemanının özelliğine uygun tarzda malzeme seçilmelidir. Örnek olarak, sementasyon işlemi uygulanarak yüzeyi sertleştirilecek bir dişli tasarımı yapılması gerekiyorsa, sementasyonyüzey sertleştirme işlemine uygulanabilecek bir çelik belirlenmelidir. Malzeme uygunluğu aşağıda tanımlanan hususları içermektedir. Malzeme mukavemeti Malzeme üzerine gelen yüklemeleri karşılayabilecek nitelikte olmalıdır. Fiziksel özellikler Kullanım yerine göre elektriksel ve termal özellikleri (iletkenlik, yalıtkanlık vb.) uygun olmalıdır. İşlenebilirlik Seçilen malzeme herhangi bir üretim yöntemiyle kolaylıkla şekillendirilebilmelidir. Korozyona karşı direnç Korozif ortamlara karşı dirençli olmalıdır. Fiziksel görünüm Dış görünümün önemli olduğu yerlerde, malzemenin albenisi olmalıdır. Maliyet 8

9 Tasarım toplam maliyetinin optimum olması için uygun malzeme seçilmesi gerekir. Diğer özellikler Hafiflik, rijitlik gibi faktörler de önem taşımaktadır. Malzeme seçimini etkileyen faktörler: MUKAVEMET Çekme dayanımı Sertlik Yüksek sıcaklık dayanımı Düşük sıcaklık dayanımı İŞLENEBİLİRLİK Şekillenme kabiliyeti Kolay talaşlı imalat Kaynak edilebilirlik FİZİKSEL ÖZELLİKLER Elektrik İletkenliği Termal İletkenlik DİĞER MALZEME ÖZELLİKLERİ Rijitlik Yoğunluk MALİYET KOROZYONA KARŞI DİRENÇ GÖRÜNÜM (ESTETİK) 9

10 Genleşmeye Uygunluk Yüksek sıcaklıklarda veya yüksek hızlarda çalışan makine elemanları genleşmek zorunda kalırlar. Bu genleşme payları tasarım esnasında dikkate alınmalıdır. İmal usullerine uygunluk Tasarımı yapılan parçanın üretiminde hangi metodun kullanılacağı, seçilen yöntemin seri üretime uygun olup olmadığı, üretim maliyeti gibi faktörler dikkate alınmalıdır. Korozyona Karşı Uygunluk Atmosfer şartlarına, asidik, tuzlu vb. ortamlara maruz kalan parçaların tasarımı yapılırken, korozyonu önlemek için korozif direnci yüksek malzemeler (paslanmaz çelik) seçilmeli ya da yüzeyler uygun kaplama metotları ile kaplanmak suretiyle koruma altına alınmalıdır. Uygun Maliyet Tasarım, sadece istenilen fonksiyonu yerine getirmelidir. İstenmeyen gereksiz özelliklerin ilave edilmesi maliyeti gereksiz yere yükseltecektir. Montaj ve Demontaja Uygunluk Tasarımı yapılan sistemin montajı ve demontajı, ilave aparat, zaman ve işçilik gerektirmeden rahatlıkla yapılabilmelidir. Taşımaya (Transport) Uygunluk Tasarımı yapılan makinanın, üretimi yapılan yer ile tüketim yeri arasında nasıl taşınacağı göz önünde bulundurulmalıdır. Büyük hacim kaplayan makineler modüler tasarlanarak, alt parçalara ayrılıp kolayca taşınabilmelidir. Emniyet Tasarımı yapılan makinelerin insan sağlığı ve makina ömrü açısından emniyetli olmaları gerekmektedir. Mil üzerine montaj edilen dişli, kayış-kasnak, zincir, kaplin gibi döner sistemler ve hidrolik silindirler gibi öteleme yapan sitemler, insanlara ve çevreye zarar vermemeleri için mekanik, elektrik, hidrolik ve optik gibi sistemlerle koruma altına alınmalıdır. 10

11 Estetik ve Ergonomiye Uygunluk Tasarımın dış görünüşü estetik olmalıdır. Bu uygun malzeme veya uygun kaplama yöntemleri (nikel kaplama gibi) kullanılarak sağlanabilir. Ayrıca yapılan tasarım ergonomik olmalıdır. 11