MAKİNE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Ders 10

Makine Elemanları MAKİNE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Ders 10 Makine elemanları; makine ve tesisatları oluşturan, bu sistemlerin içerisinde belirli fonksiyonları yerine getiren ve kendilerine özgü hesaplama ve şekillendirme ilkelerine sahip olan elemanlardır. Makine elemanları basit veya birçok parçadan meydana gelen karmaşık elemanlar olabilir. Doç. Dr. Yüksel HACIOĞLU Cıvata-somun Kavrama Rulman Dişli mekanizması 2 Bağlama elemanları Makine elemanlarını birbirine, gövdeye veya makineleri temele bağlayan bağlama elemanları, çözülme ve fiziksel esasa göre sınıflandırılabilir. Çözülme bakımından bu elemanlar, çözülebilen ve çözülemeyen olmak üzere iki gruba ayrılabilirler. Çözülemeyen bağlama elemanlarında bağlantı, ancak elemanların tahrip edilmesi ile çözülür (örneğin kaynak bağlantısı). Çözülebilen bağlama elemanlarında bağlantı, elemanları tahrip etmeden çözülür ve eleman tekrar bağlamak için kullanılır (örneğin cıvata bağlantısı). 3 iziksel esasa göre bağlama elemanları; malzeme, şekil ve sürtünme esasına bağlı olarak gerçekleşebilir. Malzeme bağında bağlama malzeme ile gerçekleşir (örneğin kaynak, lehim). Şekil bağında bağlama elemanların şekline dayanmaktadır (örneğin kamalı mil). Sürtünme veya kuvvet bağında bağlama sürtünmeye dayanmaktadır (örneğin konik geçme). 4

Perçin bağlantıları Cıvata bağlantıları Perçin bağlantısı ile iki veya daha fazla parça çözülemeyecek şekilde bağlanır. Perçin bağlantılarında bağlanacak parçalara birer delik açılır ve parçalar üst üste yerleştirilir. Perçin delikten geçirilir. Perçinin delik dışında kalan kısmına vurularak kapama başı oluşturulur ve perçinleme işlemi tamamlanır. Cıvata bağlantıları, cıvata ve somun olmak üzere iki elemanın yardımı ile gerçekleştirilen çözülebilen bir bağlantıdır. Cıvata dış yüzeyinde, somun ise iç yüzeyinde diş işlenmiş elemanlardır. cıvata somun Şekilde d ile gösterilen vidanın anma (nominal) çapıdır. d 5 6 Bağlamanın fiziksel esası eğik düzlem ve sürtünmeye dayanır. Bu yüzden sürtünme (kuvvet) bağı ile gerçekleşen bağlama grubuna girer. Helis üçgeni α : Helis açısı d 1 : diş dibi çapı d : dış çap d 2 : ortalama çap h : hatve Vidalar sağ veya sol helisli olabilirler. Vida profilleri 7 a) Metrik b) Metrik-ince c) Whitworth d) Trapez e) Testere f) Yuvarlak 8

Mil-Göbek bağlantıları Mil üzerine yerleştirilen dişli çark, kasnak gibi disk şeklinde elemanlara genel anlamda göbek denir. Mil veya göbek üzerine bir moment veya eksenel bir kuvvet uygulandığında moment veya kuvvet parçalar arası hiçbir kayma meydana getirmeden tamamen milden göbeğe veya göbekten mile iletilir. Mil ve göbek arasında genellikle bir döndürme momenti iletilir Mil Göbek Mil ve göbek bağlantıları şekil ve sürtünme bağı olmak üzere iki gruba ayrılır. Şekil bağı grubuna paralel kama, kamalı mil; sürtünme bağı grubuna sıkı geçme ve konik geçme girer. Konik sıkı geçme 9 10 Pimler Enerji biriktirme elemanları Pimler küçük silindirik parçalar olup, bağlama, ayarlama ve merkezleme işlemlerinde kullanılan makine elemanlarıdır. Havşa başlı, yivli pim Yaylar Yaylar, kuvvetlerin altında büyük elastik şekil değiştirme gösteren ve kuvvet kaldırıldığında eski haline dönen elemanlardır. Yaylar yük altında şekil değiştirme sırasında bir enerji biriktirirler ve bunu, yük kaldırıldığında kısmen geri verirler. Silindirik pim 11 12

Şekil bakımından yaylar; yaprak yay, helisel yay, burulma yayları gibi değişik şekillerde olabilirler. yaprak yay Yaylar pratikte; belirli bir kuvvet uygulamak; darbe ve titreşimlerin etkilerini azaltmak (sönümleme elamanı); biriktirilen enerjiyi harekete dönüştürmek (motor fonksiyonu); kuvvet ölçmek (dinamometre); gibi amaçlarla kullanılırlar. helisel yay burulma yayları 13 14 Esnek bir yayda sıkıştırma veya gerilme sonucu oluşan kuvvet ve depolanan potansiyel enerji x k lineer Serbest yay yükselen k =k x k: yay sabiti / rijitliği Sıkışmış yay 1 W kx 2 2 {lineer yayda depolanan potansiyel enerji} alçalan x W 0 = W - W s yükleme boşaltma W : Yükleme durumunda depolanan enerji W s : Yay elemanları arasındaki sürtünmeden ve yay malzemesinin iç sürtünmesinden dolayı kaybolan enerji W 0 : Geri verilen enerji W s W 0 x 15 16

Kaymalı ve yuvarlanmalı yataklar Miller, dönel ve doğrusal hareketlerini bir yerden başka bir yere nakletmek amacıyla üzerlerine dişli çark, zincir, kayış-kasnak ve kavramalara bağlanır. Yataklar; millerin bu görevlerini yapabilmesi için desteklik yapar ve millerin hareketini kolaylaştırır. Dönel ve doğrusal hareket altında kuvvet ve hareket ileten mil, aks ve tabla gibi elemanların eksenel ve radyal yöndeki kuvvetleri taşıyan ve destekleyen elemanlara yatak denir. yatak yağ mil 17 Hidrodinamik sıvı sürtünmeli yataklar Hidrodinamik yataklarda sıvı yağlama belirli koşullar yerine getirildiğinde kendiliğinden oluşur. Hidrodinamik teorisi birisi hareketli diğeri hareketsiz ve aralarında yağ bulunan iki plaka ile açıklanabilir. Yağ tabakası içinde hız dağılımı Bu plakalar arasındaki sıvı içinde plakaları birbirinden ayırarak yükü taşımak için bir basınç oluşması ve hidrodinamik sıvı sürtünmesi meydana gelmesi için; Plakalar arası yeterli bir bağıl hızın olması Plakalar arasındaki kalınlığın (mesafenin) değişken olması Plakalara arasında yeterli yağ bulunması gerekmektedir. yatak yağ mil U h 18 Hareketsiz haldeyken milin durumu Şekil 1 de görülmektedir. Mil dönmeye başladığında ilk önce kuru sürtünme meydana gelir (Şekil 2) ve bunun etkisiyle mil yatak içinde hareketle ters yönde yatağa tırmanır. Bu arada yatağa yağ gelmeye başlar, sınır sürtünmesi oluşur ve milin dönme hızı n belirli bir hızdan (n 0 ) büyük olduğu durumda mil yatağa göre eksantrik olarak dönmeye başlar (Şekil 3). Aynı anda oluşan yağ tabakası içinde bir basınç meydana gelir ve bu basınç yatağa gelen kuvvetini dengeler. Mil ve yatak arasında oluşan yağ tabakası bunları birbirinden ayırır. n = 0 Q n > n 0 Kaymalı yataklarda basınç yağın bulunduğu tüm yatak çevresinde değil yalnızca kuvvetin etkileme yönünde olan bir kısmında meydana gelir. Maksimum basınç minimum yağ tabakasında meydana gelir. Yatağın basınç oluşan kısmında herhangi bir kanal veya yağ girişi için delik açılmamalıdır. Açıldığı durumda basınç dağılımı bozulur ve yatağın yük taşıma kabiliyeti azalır. h 0 Şekil 1 Şekil 2 Şekil 3 19 20

Kaymalı yataklar tek parça bir burç veya şekildeki gibi iki parçalı burç şeklinde yapılır. Bu burçlara yağın girmesi için delikler ve yağın yatak içinde yayılması için kanallar açılır. Yataklar tek bir malzemeden yapılabileceği gibi, bazı yataklar çok tabakalı olarak da yapılabilir. Bunlarda alt tabakalar metalik olup mille temasta olan ve çalışma tabakası denilen tabaka bir plastik malzeme olan PTE ve kurşun karışımından yapılır. Hidrostatik sıvı sürtünmeli yataklar Hidrostatik kaymalı yataklarda mil ile yatağın birbirinden ayrılması için gereken basınç dışardan yüksek basınçlı bir pompanın yardımıyla sağlanır. Burada mil durgun haldeyken dahi, mil ve yatağı ayıran yağ tabakası dış basıncın etkisi altında olduğu için sıvı sürtünme meydana gelir. Böylece mil, hiçbir kuru veya sınır sürtünmesi meydana gelmeden direkt olarak sıvı sürtünme koşullarında çalışır. Kaymalı yatak 21 Bu nedenle bu yataklarda aşınma hemen hemen hiç olmaz. Ancak sistem daha karmaşık ve pahalıdır. 22 Rulmanlar (yuvarlanmalı yataklar) Rulmanlı yatakların şu avantajları vardır: Rulman adını taşıyan yuvarlanmalı yataklarda, destekleyen ve desteklenen elemanlar arasına bilye veya makara şeklinde yuvarlanma elemanları konulur. Böylece destekleyen ve desteklenen elemanlar arasında yuvarlanma hareketi meydana gelir. Esasen bir rulman iç bilezik, dış bilezik, yuvarlanma elemanları ve bunları birbirlerine göre belli bir mesafede tutan kafesten meydana gelir. Harekete başlama ve çalışma sırasında hemen hemen eşit ve düşük sürtünme vardır Düşük enerji kaybı ve sıcaklık Eksenel yönde az yer işgal etmesi Hazır olarak piyasada bulunması kolay değiştirilebilmesidir. Bunlarla birlikte ömürleri daha az ve özellikle yüksek hızlarda gürültülü olarak çalışırlar. 23 24

Yuvarlanma elemanları bilye, silindirik makara, konik makara ve iğne şeklinde olabilirler. Kuvvetin yönüne göre rulmanlar radyal ve eksenel olabilirler. Radyal rulmanlarda kuvvet yatağın eksenine dik, eksenel yataklarda kuvvet yatak ekseni yönündedir. Radyal rulman Eksenel rulman sabit bilyalı rulman eğik bilyalı silindirik makaralı konik makaralı rulman rulman rulman 25 26 jant rulmanlar Bir aracın ön tekerlek rulmanları (a) O-düzenindeki eğik bilyalı rulmanlarla yapılmış ayarlı yataklama (b) X-düzenindeki eğik bilyalı rulmanlarla yapılmış ayarlı yataklama 27 28

Kaplin ve kavramalar Kaplinler ve kavramalar mekanik elemanlar arasında eksenel yönde irtibat sağlayan elemanlardır. Kaplinler sabit bir irtibat meydana getirirler ve bu irtibat makineyi durdurarak ve kaplin çözülerek kesilebilir. Kaplin ve kavramalar genelde millere uygulanırlar, dolayısıyla bu durumda bir döndüren bir de döndürülen mil vardır. döndüren mil döndürülen mil Güç ve hareket iletim elemanı (redüktör) İş makinesi (tambur) Kavramalarda ise irtibat makine çalışırken kesilebilir ve tekrar sağlanabilir. Elektrik motoru Kavrama Bu nedenle kaplinlere çözülemeyen kavramalar, kavramalara ise çözülebilen kavramalar da denir. Kardan kaplinleri Yük 29 30 Oldham kaplini basit ve genellikle küçük güçlerde kullanılır. Oldham kaplininde döndüren ve döndürülen mil uçlarına, alın yüzeylerinde kanallar bulunan iki yarı kaplin monte edilir. Kaplinler arası bağlantı alın yüzeylerinde birer çıkıntısı olan bir ara elemanın yardımıyla gerçekleştirilir. Bu bağlantıdan radyal yönden küçük kaymalara izin verir. Kardan kaplinleri, birbirine göre açısal konumda bulunan iki mil arasında hareket iletmek için kullanılır. Kaplin birbirine göre 90 de bulunan iki çatal ve genelde haç şeklinde olan bir ara elemandan oluşur. Bu şekilde kaplin 15 ye kadar açısal konumda bulunan iki mil arasında moment iletebilir. Kardan kaplinlerinin sakıncalı tarafı döndüren milin açısal hızı sabit olmasına rağmen döndürülen milin açısal hızının değişken olmasıdır. Bunu ortadan kaldırmak için genelde bir ara milin yardımıyla iki kardan kaplini kullanılır. 31 32

Sürtünmeli kavramalar; pratikte en çok kullanılan kavramalardır. Bu kavramalarda döndüren mil üzerinde sabit yarı kavrama ve döndürülen mil üzerine eksenel kayabilen diğer kavrama yerleştirilir. Kayan yarı kavrama bir eksenel kuvvetle diğer yarı kavrama üzerine bastırılır, yüzeyler arasında bir sürtünme kuvveti ve buna bağlı olarak bir sürtünme momenti oluşur. Sürtünmeli kavramalar ile Kavramaya girme ve çıkma herhangi bir hızda basit ve kolay bir şekilde yapılabilir. Moment iletimi darbesiz ve yumuşak bir şekilde gerçekleşir. Bu moment diğer mile iletilir. Momentin iletilebilmesi için burulma momentinin sürtünme momentinden küçük olması gerekmektedir. 33 Sürtünmeli konik kavrama Sürtünmeli lamelli kavrama 34