Kayış ve Kasnak Mekanizmaları

Shigley s Mechanical Engineering Design Richard G. Budynas and J. Keith Nisbett Kayış ve Kasnak Mekanizmaları Hazırlayan Makine Mühendisliği Bölümü Sakarya Üniversitesi 1

Güç Aktarma Mekanizmaları Güç Aktarma Mekanizmaları Kayış -kasnak mekanizmaları Zincir mekanizmaları Sürtünmeli (dişsiz) çarklar Dişli çark Mekanizmaları olmak üzere dört ana başlık altında incelenebilir. 2

Kayış ve Kasnak Mekanizmaları Tanım: Döndüren ve döndürülen millere bağlı kasnaklara çevresel sarılan esnek bükülebilir bir kayış aracılığıyla bir güç milinden bir iş mile güç ve hareket aktaran mekanizmalardır. Kayışın esnek ve bükülebilir oluşu; bir milde ortaya çıkabilecek titreşim, darbe gibi olumsuzlukların diğer mile geçişini önler. gürültüsüz bir çalışma sağlar. kayış boyu uzatılarak oldukça uzaktaki bir mile moment aktarılabilir. 3

Kayış ve Kasnak Mekanizmaları 4

Kayış ve Kasnak Mekanizmaları 7

Kayış ve Kasnak Mekanizmaları Güç aktarma işlemi kayışla kasnak arasındaki sürtünme (kuvveti) bağı ile gerçekleşir. Bu sebeple, moment artışlarında kayışla kasnak arasında kaymalar olabilir. Bu durumdan dolayı: ani yük artışlarının motor miline iletilmemesi sağlanır, buna karşılık sabit bir çevrim oranı elde edilmesi, dişli kayışlar dışında, genel olarak mümkün değildir. Diğer güç aktarma mekanizmalarına göre daha basit, ucuz ve imalatı kolaydır. Dezavantajı ise: kayışta zamanla kalıcı uzamaların ortaya çıkması (bollaşma) ve bu sebeple germe sistemleri gerektirmesidir. Ayrıca kayışı kasnağa doğru bastıran kol kuvvetlerinden ötürü mil yataklarının zorlanması ve güç iletiminin kayış mukavemeti ile sınırlıdır. 15

Kayış ve Kasnak Mekanizmaları Sarılış Düzenleri : Milleri paralel iki kasnak arasına düz çapraz olarak sarılabilir. Milleri dik açılı iki kasnak arasına yarım çapraz sarılışlar, her hangi bir açıda aykırı geçen miller arasında açıya göre kısmi çapraz sarılışlar uygulanabilir. 16

Kayış ve Kasnak Mekanizmaları Sarılış Düzenleri : Milleri dik açılı iki kasnak arasına yarım çapraz sarılışlar, her hangi bir açıda aykırı geçen miller arasında açıya göre kısmi çapraz sarılışlar uygulanabilir. 17

Kayış ve Kasnak Mekanizmaları Diğer uygulamalar 18

Kasnaklar 19

Kayış ve Kasnak Mekanizmaları Düz Sarılış Düzeni : Kayışın kasnaklara değerek sarıldığı kısımlar: β1 ve β2 açıları sarılma açıları β1 = β, β2=2π- β Döndüren kasnağın çekerek gerdiği kola sarılan kol, serbest bıraktığı kola ise boşalan kol adını verilir. 20

Kayış ve Kasnak Mekanizmaları Düz Sarılış Düzeni : Kayış boyu,l : döndüren kasnağa sarılan kısım + döndürülen kasnağa sarılan kısım + kasnağa teğet olan iki kol un toplamıdır. L=β.r1+(2π-β).r2+2a Sin(β/2) 21

Kayış ve Kasnak Mekanizmaları Düz Sarılış Düzeni : Teorik Çevrim oranı: Kayışla kasnak arasında kayma olmaz kabulüne dayanır. Kayışın döndüren ve döndürülen kasnak üzerinde, birim zamanda eşit yol olması dikkate alınarak: Teorik çevrim oranı elde edilir. Gerçekleşen durum : Elastik kayma Bu durumda kol kuvvetlerinin farklılığından ötürü sarılma yaylarında farklı kayış uzamaları oluşur ve bu farklı uzamalar kayma yaratır. Döndürülen kasnak döndürenin gerisinde kalır ve teoride eşit olması gereken kasnak çevre hızları v1>v2 olur. Elastik Kayma miktarı Kf kayma faktörü ile ifade edilebilir. Kf = l- Kk=v2/v1 Gerçek çevrim oranı 22

Kayış ve Kasnak Mekanizmaları Çapraz Sarılış Düzeni : Temel Amaç: sarılma açılarının büyütmek ve bu yolla iletilebilecek momenti arttırmaktır. Her iki kasnakta sarılma açıları eşit olur. kayış boyu, L: L=β.(r1+r2)+2a.Sin (β/2) Çapraz sarılışta kasnakların dönme yönleri ters olur. Teorik çevrim oranı, düz sarılış düzenindeki gibi hesaplanır. 23

Kayış Malzemeleri Düz kayışlar kösele (TS 99) kauçuk emdirilmiş bez (pamuk) (TS 97) balata emdirilmiş bez (TS 96) tekstil kayışları (TS 98) çok tabakalı kayışlar ve mantar sarılmış çelik şeritler 24

Kayış Malzemeleri Çok tabakalı kayışların üç fonksiyonu kasnağa sürtünme, kuvvet taşıma ve iyi sürtünme katsayısı veren kauçuk veya kösele kullanılması Aradaki taşıyıcı tabaka polyamid ve kordlu polyester seçilir Koruyucu tabaka olarak dokuma plastik veya kösele kullanılır 25

Kayış Malzemeleri V-kayışlar yük taşıyıcı malzeme ve sürtünme özelliği iyi yumuşak malzeme katmanlarından oluşurlar. Taşıyıcı malzeme kordon dokuma ve kord iplerinden, dolgu malzemesi kauçuktan koruyucu tabaka ise kauçuklu bezden yapılır. 26

Kayış Malzemeleri (a) Çok tabakalı kayış, (b)iki tarafı çalıştırılabilen kayış,(c)v-kayış 27

Kayış Malzemeleri (a) Tabakalı düz kayışların mekanik özellikleri 28

Kayış kesitleri ve Kullanılan Kasnaklar Düz kayışlar ve kasnakları A tipi düz profilli kasnaklar B-tipi (ortası) bombeli kasnaklar 29

Kayış kesitleri ve Kullanılan Kasnaklar V-kayışlar ve kasnakları V-Kayışlarının kesitleri yamuk şekline sahiptir ve eş-çalışacak oluklu kasnaklarla beraber kullanılırlar. Bu eş-çalışmada, yan yüzeyleri oluk yanaklarına otururken, kayışın iç yüzeyi asla oluk yatağına değmemesi gerekir. Fn baskı kuvveti toplam olarak Fn'=Fn/Sin(α/2) kadar büyür, bunda Oturma alanına doğan sürtünme kuvveti (bağı) μfn = μ'fn (μ'=μ/ Sin (α/2)) kadar büyüyeceğinden mekanizma daha büyük momentler iletebilecektir. 30

Kayış kesitleri ve Kullanılan Kasnaklar V-Kayışın boyutları: b genişliği, h yüksekliği, α oluk (imalat) açısı Li iç boyu ve Ld dış boyu olarak belirtilmektedir. Bu boyutlandırma TS/DIN/ISO standartlarında belirtilmektedir. Kayış kesiti için genişlik/yükseklik (b/h) oranı sınıflandırmada bir ölçüt olarak kullanılmaktadır. Buna göre iki tip V-Kayışı tanımlanmıştır: Normal V-kayışları b/h 1,6 Dar V-kayışları b/h 1,23 :Normal V-kayışlara göre dar V-kayışlar ağırlık ve hacimde, mekanizmanın büyüklüğüne göre, %50 lere varan ölçüde kazanç sağlarlar. Bu nedenle dar V-kayışlar daha fazla tercih edilmektedir. TS ve ISO dar V-kayış kesitlerini SPZ, SPA, SPB ve SPC harfleriyle simgelenen dört gruba ayırmıştır. 31

Kayış kesitleri ve Kullanılan Kasnaklar V-Kayışın boyutları: b genişliği, h yüksekliği, α oluk (imalat) açısı Li iç boyu ve Ld dış boyu olarak belirtilmektedir. 32

Kayış kesitleri ve Kullanılan Kasnaklar V-Kayışlarında boy standartlaştırılmıştır. Büyük bir çoğunlukla kapalı çevre (sonsuz) olarak imal edilmektedirler. Boy standartları R20 ve R40 norm sayılar dizisine göre imal edilirler. Normal V-kayışlarda boy içten ölçülürken (Li), dar V-kayışlarda boy Le tarafsız düzlem üzerinde ölçülür. İç boy Li dış boy Ld ve etken boy Le Ld=Li+π.h Le=Le+π.he Li=Le-π.(h-he) bağıntıları yazılabilir. Düz veya çapraz sarılış geometrisinde de etken çap esas alınırsa hesaplanan kayış boyu da Le olacaktır. 33

Kayış kesitleri ve Kullanılan Kasnaklar Yivli kayışlar ve yuvarlak kayışlar Dişli kayışlar 34

Kayış-Kasnak Mekanizmalarında Kuvvetler ve Gerilmeler 35

Kuvvetler ve Gerilmeler Kol Kuvvetleri Kol Gerilmeleri Kol kuvvetleri; a)kasnak dururken, b)moment iletilirken 36

Kuvvetler ve Gerilmeler Kol Kuvvetleri Kol kuvvetlen arasındaki kuvvet farkı, çevre kuvveti Fç : Kol kuvvetleri σ1= F1/A, σ2 = F2/A Kollardaki gerilmelerin oranı: 37

Kuvvetler ve Gerilmeler Merkezkaç etki: Özellikle ağır kayışların yüksek hızlarda kullanılması durumunda önem kazanan ve kayışı kasnaktan uzaklaştırma yönünde etki eden bir merkez kaç kuvvet (Fm) doğar. Bu kuvvet bir yandan kayışı kasnağa bastıran Fn kuvvetini küçülttüğünden sürtünme kuvvetini de küçültmekte diğer yandan da kayış kollarına eşit büyüklükte ilave çekme yükü (Fmç) getirmektedir. Kayışı kasnağa bastıran kuvvet Fmn =Fn-Fm Kol kuvvetleri arasındaki oran yeniden belirlenirse Ve bu denklemde, kuvvetler kayış kesit alanına bölünerek Elde edilen bağıntılar tüm kayış tipleri için geçerlidir (μ yerine μ' alınarak Vkayışlar içinde kullanılabilirler). 38

Kuvvetler ve Gerilmeler Eğilme etkisi: Kayış kasnağa sarılırken eğilir ve oluşan tarafsız eksenin dışında çeki gerilmesi ve uzama, içinde ise bası gerilmesi ve kısalma meydana gelir. Burada sadece eğilmeden ötürü ortaya çıkan bu durumun kol kuvvetlerinin yaptığı çekmeden ayrı olarak düşünülmesi gerekir. Uzamanın elastik sınırlar içinde olduğu varsayılırsa eğilme gerilmesi e Ee. Eğilme gerilmesinin Döndüren kasnak çapı d1 >100δ büyük olmalıdır. 39

Kuvvetler ve Gerilmeler Gerilmeler arasındaki bağıntılar Kayışın yorulması, eğilme frekansı 40

Kayış-Kasnak Mekanizmalarında Güç İletimi, Optimum Hız ve Elastik Kayma 41

Güç İletimi, Optimum Hız ve Elastik Kayma Mekanizmanın iletebileceği güç: Genel güç bağıntısı uyarınca iletilecek güç P, çevre kuvveti (Fç) ile çevre hızının çarpımına eşittir. P=Fç.v ve Fç=F1-F2 Mekanizmanın güç iletme yeteneğinin kol kuvvetleri arasındaki farkın büyüklüğüne bağlı olmakla beraber,kollar üzerindeki çekme kuvveti farkının büyümesi; kayışın kasnak üzerindeki kayma bölgelerini büyütmektedir. İletilen Güç Merkezkaç kuvveti dikkate alındığında; Kritik hız Optimum Hız Mekanizmanın güç iletebilmesi için kasnak çevre hızının bu sınır hızdan mutlaka küçük olması gerekir (v<vsınır). 42

Güç İletimi, Optimum Hız ve Elastik Kayma Mekanizmanın iletebileceği güç: Mekanizmanın güç iletme yeteneğinin kol kuvvetleri arasındaki farkın büyüklüğüne bağlı olmakla beraber,kollar üzerindeki çekme kuvveti farkının büyümesi; kayışın kasnak üzerindeki kayma bölgelerini büyütmektedir. İletilen Güç Kritik hız Optimum Hız Mekanizmanın güç iletebilmesi için kasnak çevre hızının bu sınır hızdan mutlaka küçük olması gerekir (v<vsınır). Çekme faktörü: Pratikte çekme faktörü φ<0,5 olmalıdır Elastik (kısmi) ve tam kaymanın sarılma açıları boyunca değişimi 43

Kayış-Kasnak Mekanizmalarında Germe yöntemleri Eksenler arası mesafeyi ayarlamak: Çok kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemin uygulanabilmesi için döndüren kasnağın motoruyla birlikte bir kızağa oturtulması ve vidalı elemanlarla bu kızak üzerinde kaydırılabilmesi gerekir. Buna uygun düzenekler kayışın ilk montajında da büyük kolaylık sağlarlar. Germe kasnağı kullanmak: Kayışın boşalan kolu üzerine ağırlıklı veya ağırlıksız (yaylı) olarak bir germe kasnağının yerleştirilmesi etkili bir yöntemdir. 44

Kayış-Kasnak Mekanizmalarında Germe yöntemleri Kendi kendine gerginleşen sistemler: Burada elektrik motorlarının bir özelliğinden yararlanılır. Stator üzerinde rotor momentinin tersi yönünde bir moment doğar ve bu moment bütün gövdeyi arkaya doğru devirmeye çalışır. Eğer motor ve döndüren kasnak bir mafsal üzerine monte edilirse bu etki doğrudan kayış kollarını germek için kullanılabilir. 45

GÜÇ AKTARMA MEKANİZMALARI KAYIŞ -KASNAK MEKANİZMALARININ BOYUTLANDIRILMASI 46