Pnömatik Silindir Tasarımı Ve Analizi

Benzer belgeler
INSA 473 Çelik Tasarım Esasları Basınç Çubukları

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

Tanım: Boyuna doğrultuda eksenel basınç kuvveti taşıyan elemanlara Basınç Çubuğu denir.

MAKİNE ELEMANLARI 1 GENEL ÇALIŞMA SORULARI 1) Verilen kuvvet değerlerini yükleme türlerini yazınız.

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM VE ANALİZ (ANSYS) (4.Hafta)

MUKAVEMET FATİH ALİBEYOĞLU

5. BASINÇ ÇUBUKLARI. Euler bağıntısıyla belirlidir. Bununla ilgili kritik burkulma gerilmesi:

Çözüm: Borunun et kalınlığı (s) çubuğun eksenel kuvvetle çekmeye zorlanması şartından;

Prof. Dr. Berna KENDİRLİ

Şekil Çekmeye veya basmaya çalışan kademeli milin teorik çentik faktörü kt

ÇELİK YAPILARIN TASARIM, HESAP ve YAPIM ESASLARI. ÖRNEKLER ve TS648 le KARŞILAŞTIRILMASI

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü (1. ve 2.Öğretim / B Şubesi) MMK208 Mukavemet II Dersi - 1. Çalışma Soruları 23 Şubat 2019

29- Eylül KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü ( 1. ve 2. Öğretim 2. Sınıf / B Şubesi) Mukavemet Dersi - 1.

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

BASINÇLI KAPLAR Endüstride kullanılan silindirik veya küresel kaplar genellikle kazan veya tank olarak görev yaparlar. Kap basınç altındayken

MUKAVEMET DERSİ. (Temel Kavramlar) Prof. Dr. Berna KENDİRLİ

MAK 305 MAKİNE ELEMANLARI-1

Ara Sınav. Verilen Zaman: 2 saat (15:00-17:00) Kitap ve Notlar Kapalı. Maksimum Puan

2009 Kasım. MUKAVEMET DEĞERLERİ KONU İNDEKSİ M. Güven KUTAY

Burma deneyinin çekme deneyi kadar geniş bir kullanım alanı yoktur ve çekme deneyi kadar standartlaştırılmamış bir deneydir. Uygulamada malzemelerin

MAKİNE ELEMANLARI DERS SLAYTLARI

GEMİLERİN MUKAVEMETİ. Dersi veren: Mustafa İNSEL Şebnem HELVACIOĞLU. Ekim 2010

ÖZHENDEKCİ BASINÇ ÇUBUKLARI

BURULMA (TORSİON) Dairesel Kesitli Çubukların (Millerin) Burulması MUKAVEMET - Ders Notları - Prof.Dr. Mehmet Zor

TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN

MUKAVEMET HESAPLARI : ÇİFT KİRİŞLİ GEZER KÖPRÜLÜ VİNÇ

Sıkma sırasında oluşan gerilmeden öngerilme kuvvetini hesaplarız. Boru içindeki basınç işletme basıncıdır. Buradan işletme kuvvetini buluruz.

Mukavemet-I. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

MAK 305 MAKİNE ELEMANLARI-1

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

BASINÇ ÇUBUKLARI. Yapısal çelik elemanlarının, eğilme momenti olmaksızın sadece eksenel basınç kuvveti altında olduğu durumlar vardır.

Makine Elemanları I. Yorulma Analizi. Prof. Dr. İrfan KAYMAZ. Erzurum Teknik Üniversitesi. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

MUKAVEMET SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE ELEMANLARI-I DERS NOTU

Perçin malzemesinin mekanik özellikleri daha zayıf olduğundan hesaplamalarda St34 malzemesinin değerleri esas alınacaktır.

İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi

KALIN CİDARLI SİLİNDİR

ÇELİK YAPILARDA BİRLEŞİMLER

ÇELİK YAPILAR 2. Hafta. Onur ONAT Munzur Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tunceli

Kırılma Hipotezleri. Makine Elemanları. Eşdeğer Gerilme ve Hasar (Kırılma ve Akma) Hipotezleri

Deneyin Amacı Çekme deneyinin incelenmesi ve metalik bir malzemeye ait çekme deneyinin yapılması.

Makine Elemanları I Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Temel bilgiler-flipped Classroom Mukavemet Esasları

MAKİNA ELEMANLAR I MAK Bütün Gruplar ÖDEV 2

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DOĞA BİLİMLERİ, MİMARLIK VE MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 3 NOKTA EĞME DENEYİ FÖYÜ

MUKAVEMET-I DERSİ BAUN MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ FİNAL ÖNCESİ UYGULAMA SORULARI ARALIK-2018

Birleşim Araçları Prof. Dr. Ayşe Daloğlu Karadeniz Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

GERİLME Cismin kesilmiş alanı üzerinde O

Kirişlerde Kesme (Transverse Shear)

MAK4061 BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM

T.C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER II DERSİ

idecad Çelik 8 Kullanılan Yönetmelikler

MMU 420 FINAL PROJESİ. 2015/2016 Bahar Dönemi. Bir Yarı eliptik yüzey çatlağının Ansys Workbench ortamında modellenmesi

MMU 420 FINAL PROJESİ

Makine Elemanları I Prof. Dr. İrfan Kaymaz. Temel bilgiler-flipped Classroom Mukavemet Esasları

Mukavemet 1. Fatih ALİBEYOĞLU. -Çalışma Soruları-

MENGENE HESAPLARI A-VĐDALI MENGENE MĐLĐ.

KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar

Burulma (Torsion): Dairesel Kesitli Millerde Gerilme ve Şekil Değiştirmeler

2009 Kasım. MUKAVEMET DEĞERLERİ ÖRNEKLER. 05-5a. M. Güven KUTAY. 05-5a-ornekler.doc

Saf Eğilme(Pure Bending)

BURKULMA DENEYİ DENEY FÖYÜ

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

STATİK GERİLMELER a) Eksenel yükleme Şekil 4.1 Eksenel Yükleme b) Kesme Yüklemesi Şekil 4.2 Kesme Yüklemesi

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM VE ANALİZ (ANSYS)

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 9A GERİNİM ÖLÇER KULLANARAK GERİLİM ANALİZİ YAPILMASI

Burulma (Torsion): Dairesel Kesitli Millerde Gerilme ve Şekil Değiştirmeler

Bileşik kirişlerde kesme akımının belirlenmesi İnce cidarlı kirişlerde kesme akımının belirlenmesi

Makine Elemanları I Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Temel bilgiler-flipped Classroom Akslar ve Miller

Shigley s Mechanical Engineering Design Richard G. Budynas and J. Keith Nisbett

δ / = P L A E = [+35 kn](0.75 m)(10 ) = mm Sonuç pozitif olduğundan çubuk uzayacak ve A noktası yukarı doğru yer değiştirecektir.

MECHANICS OF MATERIALS

BÖLÜM-2 ÇELİK YAPILARDA BİRLEŞİM ARAÇLARI

Çelik Yapılar - INS /2016

Prof.Dr. Mehmet Zor DEU Muh.Fak. Makine Muh. Bölümü

MAKĠNE ELEMANLARI II REDÜKTÖR PROJESĠ

3. BİRLEŞİMLER VE BİRLEŞİM ARAÇLARI

MAKINA TASARIMI I Örnek Metin Soruları TOLERANSLAR

MAK 305 MAKİNE ELEMANLARI-1

MMU 402 FINAL PROJESİ. 2014/2015 Bahar Dönemi

KAYMA GERİLMESİ (ENİNE KESME)

29. Düzlem çerçeve örnek çözümleri

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

MUKAVEMET-2 DERSİ BAUN MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ VİZE ÖNCESİ UYGULAMA SORULARI MART Burulma 2.Kırılma ve Akma Kriterleri

MAKİNE ELEMANLARI DERS SLAYTLARI

MAKİNE ELEMANLARI - (7.Hafta)

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 9 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

PROF.DR. MURAT DEMİR AYDIN. ***Bu ders notları bir sonraki slaytta verilen kaynak kitaplardan alıntılar yapılarak hazırlanmıştır.

Çelik Yapılar - INS /2016

Temel bilgiler-flipped Classroom Akslar ve Miller

UYGULAMALI ELASTİSİTE TEORİSİ

Beton sınıfına göre tanımlanan hedef (amaç) basınç dayanımları (TS EN 206-1)

STATIK MUKAVEMET. Doç. Dr. NURHAYAT DEĞİRMENCİ

ASİSTAN ARŞ. GÖR. GÜL DAYAN

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE FAKÜLTESİ

PERÇİN BAĞLANTILARI (Riveted Joints)

AKSLAR ve MİLLER. DEÜ Makina Elemanlarına Giriş Ç. Özes, M. Belevi, M. Demirsoy

MAKİNE ELEMANLARI - (8.Hafta) VİDALAR -1

2009 Kasım. BANTLI FRENLER. 40-4d. M. Güven KUTAY. 40-4d-bantli-frenler.doc

ÇELİK YAPILAR EKSENEL BASINÇ KUVVETİ ETKİSİ. Hazırlayan: Yard.Doç.Dr.Kıvanç TAŞKIN

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

MAKİNE ELEMANLARI I Mukavemet Esasları (Flipped Classroom)

Transkript:

Pnömatik Silindir Tasarımı Ve Analizi Burak Gökberk ÖZÇİÇEK İzmir Katip Çelebi Üniversitesi y170228007@ogr.ikc.edu.tr Özet Bu çalışmada, bir pnömatik silindirin analitik yöntemler ile tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan katı model, Ansys ile analiz edilmiş, analitik ve sonlu elemanlar yöntemlerinin sonuçları karşılaştırılmıştır. Keywords:Pnömatik Silindir Tasarımı, Basınçlı Kap Tasarımı, Ansys İle Pnömatik Silindir Analizi Tasarım İhtiyaçları ve Kabulleri Çalışma basıncı: 6 Bar Maksimum çalışma basıncı: 10 Bar İhtiyaç duyulan minimum itme kuvveti: 1178N Stroke:100mm Silindir gövdesi malzemesi: AL 6061 Silindir mili malzemesi: ST37 Silindir sadece eksensel yüklemeye maruz kalacaktır. Silindir Çapının Hesaplanması Silindir çapı, ekipmanın diğer bazı parçalarının hesabında parametre olarak kullanılır. Bu sebeple tasarıma silindir çapı ile başlamak mantıklı bir hamle olacaktır. Bu hamle sayesinde, tasarımın ilerleyen kısımlarında meydana gelebilecek uyumsuzluklar için tekrar başa dönme ihtiyaç duyulmayacaktır. Silindir çapını belirlerken referans noktamız ihtiyaç duyulan itme kuvvetidir. Silindir yüzey alanı ve silindir içindeki sıkıştırılmış hava basıncı kullanılarak itme kuvveti kolaylıkla bulunabilir.

F=P A P π d2 F= 4 6 Bar=0,6 MPa 0,6 π d2 1178= 4 d 2 = 1178 4 0,6 π d=50 mm Silindir Et Kalınlığının Hesaplanması Pnömatik silindirler, içlerinde sıkıştırılmış hava barındırdığı için basınçlı kap olarak ele alınabilir. Basınçlı kaplar ikiye ayrılır; İnce Cidarlı Kaplar ve Kalın Cidarlı Kaplar. Silindir için et kalınlığını belirlemeden önce, silindirin hangi basınçlı kap grubuna dahil olduğuna bakalım. D >10 İnce Cidarlı Kap t D <10 Kalın Cidarlı Kap t Et kalınlığımız 2mm olsun. D=50mm için, pnömatik silindir, ince cidarlı bir kap olacaktır. İnce cidarlı kaplar içerisinde çembersel(hoop) ve uzunlamasına(longitudinal) gerilme adında iki adet gerilme tipi meydana gelir. Çembersel gerilme değeri, her zaman uzunlamasına gerilme değerinden büyük olduğu için, hesapların çembersel gerilme kuvvetine göre yapılması zaman tasarrufu sağlayacaktır. σ H = P D m 2t Bu formülde Dm ortalama çaptır. Aşağıdaki bağlantı ile hesaplanabilir. D m =D+t Hesabı maksimum basınç olan 10 bar'a göre yapalım. Hesaplanan çembersel gerilme değeri, ince cidarlı kabın üretileceği malzemenin akma değerinden küçük ise tasarım güvenlidir. Bu karşılaştırmaya emniyet katsayısı dahil edilmesinde herhangi bir problem yoktur.

σ H = 106 50 4 σ H =13 MPa σ yield =276 MPa σ H σ yield S 276 =22 Emniyetli 13 Çembersel gerilme hesaplanırken silindirin maksimum işletme basıncı olan 10Bar kullanılmıştır. Hesaplanan emniyet katsayısı 22 dir. Tasarım 2mm et kalınlığı için güvenlidir. Geometrik Tasarıma Başlanması ve Cıvataların Hesabı Tasarımın temel parametleri belirlendikten sonra, ihtiyaçlara göre kabaca bir tasarım yapılır. Bu tasarım yapılırken, tasarlanan ekipmanın fonksiyonelliği göz önüne alınmalıdır. Tasarım esnasında, mümkün mertebe standart parçalardan faydalanmak maliyet düşürecektir. Bu çalışmada 4 ated cıvata ile silindir kapakları gövdeye tutturulacaktır. Cıvatalar, gövde içindeki basınç sebebiyle eksenel çekmeye maruz kalacaktır. Cıvata başına düşen gerilme değeri, cıvatanın akma değerinden küçük ise tasarım güvenlidir. F=P A P π d2 F= 4 F=2359 N P max =1 MPaiçin F b =F /4 F b =590 N

σ b = F b A b σ b σ yield bolt S Cıvata başına 590N bir kuvvet düşmektedir. Bu değer oldukça küçüktür. M8 cıvata için meydana gelen gerilme, yaklaşık 12MPa dır. Bu değer civatanın akma değerinden düşüktür. Silindir Mili İçin Çap Hesabı Ekseninden baskıya zorlanan ince sütunun kesitinin boyuna oranı küçük ise, bu sütunda burkulma oluşabilir. Eksenel yüklemeye maruz kalan silindir mili için, burkulma ihtimaline göre bir çap hesabı yapılacaktır. Burkulma durumunun başladığı andaki kuvvete burkulma kuvveti denir. Burkulma kuvveti hesaplamak için Euler ve Tetmajer teorileri bulunmaktadır. Euler teorisi elastik bölge içerisinde geçerlidir. Plastik bölgede Tetmajer teorisi kullanılır. Euler e göre burkulma kuvveti şu şekilde hesaplanır. F bk = π 2 E I 2 L bk Lbk, burkulma boyudur. Lbk=KxL formülü ile hesaplanır. K ise çubuğun mesnet tipine göre belirlenen bir katsayıdır. Hangi teorinin kullanılacağı, burkulmanın tipik büyüklüğü olan narinlik derecesi ile belirlenir. Eğer çubuğun narinlik derecesi, malzemenin narinlik sınırından büyük ise Euler küçük ise Tetmajer metodu kullanılır. λ he λ o Tetmajer λ he λ o Euler λ he = K L ( IA ) λ 0 = ( π 2 E σ ) o σ o =0.8 σ yield

Mil malzemesi St37 dir. Mil çapı için 20mm lik bir tahmin ile hesap yapmaya başlayalım. Stroke boyumuz 100mm ve çubuk mesnet tipi ankastre-serbest(k=2) olsun. Narinlik derecesi ve narinlik sınırı hesaplandığında çubuğun elastik bölge dışında geçerli olan Tetmajer teorisine göre hesaplanması uygun bulunmuştur. λ he =20<λ o =104 St 37 Tetmajer teorisine göre burkulma gerilmesi aşağıdaki gibi hesaplanır. σ bk =a b λ he Formüldeki a ve b değerleri Çizelge 1 den okunabilir. Çizelge 1 σ bk =310 1.14 20 σ bk =287.2 MPa Hesaplanan burkulma gerilmesi 287.2MPa dır. Çubuğun burkulmaya dayanıklı olup olmadığı bası gerilmesiyle kıyaslanarak bulunur. σ c = F max A σ c = 2360 314.15 σ c =7.51 MPa σ bk =287.2 MPa σ bk σ c S 287.2 7.51 S=5 S bk =38.24 S=5 Hesaplanan emniyet katsayısı 5 ten büyük olduğu için burkulma ihtimali düşüktür. Tamamıyla yok denilemez. Çünkü uygulamada, tam anlamıyla bir eksenel yükleme söz konusu değildir.

Geometrik Tasarımın Tamamlanması Geometrik tasarımı etkileyen parametrelerin güvenli değerleri hesaplandıktan sonra, tasarımcı, diğer fonksiyonel ihtiyaçlara göre pnömatik silindir tasarımını tamamlar. Tasarımcı, silindiri tasarlarken, kullancağı sızdırmazlık elemanlarının maksimum çalışma sıcaklığı ve yüzey kalitesine dikkat etmelidir. Ansys Analizi Bu başlık altında, silindir gövdesi, ön ve arka kapak ve silindir mili için yapısal analiz yapılmıştır. Tanımlanan sınır şartları ve elde edilen sonuçlar görsel olarak ifade edilmiştir. Silindir Gövdesi Silindir İçine 10Bar Basınç Tanımlanması Kapak Yüzeylerine Fixed Support Tanımlanması Von Misses Gerilmesi Max=12MPa Total Deformation Max=1.2e-6mm

Arka Kapak Mesh Yapısı Yüzeye 10Bar Basınç Verilmesi Havşa Yüzeylerine Fixed Support Tanımlanması Von Misses Gerilmesi Max=7MPa

Ön Kapak Mesh Yapısı Yüzeye 10Bar Basınç Verilmesi Havşa Yüzeylerine Fixed Support Tanımlanması Von Misses Gerilmesi Max=6MPa

Silindir Mili Line Body Oluşturulması Bası Kuvvetinin Verilmesi Alt Uca Fixed Support Tanımlanması Line Body İçin Section Atanması ve Mesh Oluşturma

Bası Gerilmesi Max=7,5MPa Lineer Burkulmada Deformasyon Oranı Max=1mm Sonuç İnce cidarlı kap teorisine göre yapılan hesapta elde edilen gerilme 13MPa dır. Ansys ile yapılan analiz sonucu ise Von Misses Kriterine Göre 12MPa dır. Ön ve arka kapaklarda 6MPa ve 7MPa lık gerilme meydana gelmektedir. Kapaklardaki et kalınlığı silindir gövdesinden kalındır. İç basınçtan dolayı dikkate alınacak bir deformasyon meydana gelmemektedir. Mil çapı için yapılan burkulma analizinde, statik bası gerilmesi 7,5MPa olarak görülmektedir. Analiz sonucunda elde edilen bu değer, analitik yöntem ile tutmaktadır. Elde edilen bu gerilme değeri, malzemenin akma mukavemetinden oldukça düşüktür. Ayrıca lineer burkulmadaki deformasyon değeri Max=1mm dir. Bu değer çubuğun burkulma ihtimalinin düşük olduğunu göstermektedir. Referanslar Khurmi R.S., Gupta J.(1987)-Machine Design Nisbet K.,Budynas G.(2003)-Shigley's Mechanical Engineering Design Kutay M.(2003)-Makinacının Rehberi Çolak Ü. Bozacı A. Koçaş İ.(2012)-Makine Elemanlarının Projelendirilmesi