DÜZLEM YÜREK MEKANİZMALARI Yüksek eleman çifti içeren mekanizmalardır. Hareket esnasında yürek ile tahrik edilen uzuv, doğrudan doğruya temasta olabilirler. Genellikle yürek ile tahrik edilen uzuv arasına toparlak denilen bir elemanda takılabilir. Toparlak takılsın veya takılmasın hareketin konumu değişmez.
Kam mekanizmaları dönme hareketini öteleme ya da salınım hareketine dönüştüren sistemlerdir. Bu mekanizmalar vasıtasıyla açma kapama, bekleme ve bunların çeşitli sırayla dizilimi gibi karmaşık hareketler gerçekleştirilebilir. Senkronize hareket gereken yerlerde kullanımı oldukça iyidir. Mesela araç sübap kapaklarının belli bir sürede açılıp kapanması ya da beklemesi gibi çok hızlı ve senkronize olması gereken hareketleri oldukça iyi gerçekleştirebilirler.
Kinematik olarak kam tasarımı, istenilen bir hareket için gerekli kam profilinin belirlenmesidir. Tasarım açısından kamlar iki değişik guruba ayrılırlar: 1.Düşük hız kamlar: Bu kamlar için kinematik tasarım düşünülecek olan tek kriter olabilir. Atalet kuvvetleri ihmal edilebilir. Yüzey kalitesi pek önemli olmadığından bu tür kamlar çok ucuza üretilebilir (örneğin bir saç presinde basılarak pul gibi veya plastik enjeksiyon yöntemi ile imal edilmeleri mümkündür). Bu tür uygulamalarda, kamlar döner ve kayar mafsallı mekanizmaların yerine kullanılarak hareketli parça sayısı azaltılabilir. Kam profili sadece kinematik açıdan tasarlanabilirse de yüzey profilinin sürekli olması sağlanmalı ve bağlama açısı tasarım sırasında göz önüne alınmalıdır. Bu tür kam tasarımına örnek olarak oyuncaklar, ölçüm aletleri, göstergeler ve evlerde kullanılan dikiş makinaları kamları gösterilebilir. 2.Yüksek hız kamlar: Yüksek hızda, büyük kütlelerin bulunduğu durumlarda ve esnek sistemlerde kullanılan kam mekanizmaları (tüm bu sistemlere yüksek hız kam diyeceğiz), sadece kinematik tasarım yapılması ve istenilen her hareketin elde edilebilmesi mümkün değildir. Sistemin dinamiği kinematiğinden çok daha önemlidir. Örneğin içten yanmalı motorlarda motor hızı 6000 devir/dakikaya kadar çıkabildiği düşünülür ise, sipopun 0.05 saniye içinde açılması gerekecek ve çıkış uzvunda gereken ivme yerçekimi ivmesinin çok üstünde değerler alacaktır.
Kam Malzemeleri Kam mekanizmalarının çok farklı tiplerde üretimi ve kullanımı vardır. Kullanım yeri çok çeşitli olduğu için farklı tiplerde ve farklı malzemelerde üretilirler. Ancak genelde otomotiv sektörü başta olmak üzere tekstil makinaları, dikiş makinaları, imalat makinaları gibi güç ve dayanım gereken yerlerde kullanıldıkları için dayanımı yüksek olan sert çeliklerden imal edilirler. Başlıca şu malzemelerden üremi yapılmaktadır: GS50 St50 GGL25 20MnCr5 GTS-45 GGG-50
Kam mekanizmaları kam şekillerine göre şu şekilde sıralanırlar: Radyal Eksenel (alın) Kama Silindirik Konik Küresel
Kam Çeşitleri
Şekil kapalı
İzleyiciler genel olarak üç kategoride incelenirler a-) Temas yüzeyinin konstrüksiyonuna göre Sivri uçlu Toparlaklı Tablalı Küresel b-) İzleyicinin hareketine göre Doğrusal hareketli Salınım hareketli c-) Doğrusal hareketli izleyiciler için hareket hattının yerine göre: Eksen kaçık Radyal
Toparlaklı yürek mekanizmaları tij toparlak yürek Kam mekanizması basit olarak şu elemanlardan oluşur: Kam (yürek) İzleyici (tij) Sabit gövde
Tablalı yürek mekanizmaları tij yay tabla yürek
Sarkaç kollu yürek mekanizmaları yürek
Kam Mekanizmalarının Hareket Kanunları Kam mekanizmaları için genellikle silkelemesiz (hızda sıçrama yok) ve darbesiz (ivmede sıçrama yok) hareket kanunları tercih edilir. Kam mekanizmasında tahrik edilen uzvun hareket denkleminin gösterdiği eğri dirsek noktası içerirse silkeleme ortaya çıkar. Bu dirsek noktasındaki ivmeler önemlidir.
Hareket planı ya önceden belirlenmiştir ya da tasarımcı bunu belirler. Önceden belirlenmiş olanlar strok ve beklemelerdir. Tasarımcı genelde geçiş eğrilerini belirler. Geçiş eğrileri tasarlanırken vurmasız ve gürültüsüz çalışma eğrileri, maksimum ivmenin küçük olması, titreşimsiz çalışma gibi kriterler göz önünde bulundurulur. Geçiş eğrileri olarak genellikle Adi sinoid Yüksek sinoid Polinomlar Birleşik eğriler (parabol + doğru + parabol...) seçilirler. Polinomlarda terimlerin katsayılarını biz belirleriz. Böylece eğrimiz için en uygun olanı belirlemek kolaylaşır. Yüksek dereceden polinomlar kullanarak en uygun olanı bulabiliriz.
s [mm ] : gidip gelme mesafesi (strok) Hareket kanunu ; Öteleme hareketinin öteleme hareketine çevrilmesi s [mm] 45 90 135 180 225 270 315 360 Açi S So o φ
Dönme hareketinin öteleme hareketine çevrilmesi; tij (hız) ; toparlak s 1 45 s 2 90 s135 3 0360 s o s o s o s o s o s o 180s 4 315 s 7 270 s 6 225 s 5 s o s o yürek ds = dt V ; s = s( ϕ ) ; r,s o dan bağımsızdır. dv dt = γ (ivme)
Tahrik uzvu olarak yüreğin ve Tahrik edilen uzuv olarak kol veya sarkaç kolun hareketlerini Gösteren kinematik büyüklükler En genel halde x ve y ile gösterilir. Hareketleri : -Yüreğin dönüş açısı veya yürek yolu -kolun sarkaç açısı ya da storoğudur.
Hareket Kanunu İçin Açıklamalar; s [mm] S Kalkis bekleme inis S max φ φ φ 1 2 3 1 peryot φ 4=2π φ Açi ds ds = = 0 Kalkış ve iniş eğrileri sabittir 2 d s (hız) V; ; = 2 Darbe etkisi yapar. dt dt dt Not : Şekilde ifade edildiği gibi kalkış-bekleme -iniş peryotlarında hız ve ivmedeki ani değişiklikler, bu mekanizmanının gürültülü,vuruntulu çalışmasına sebep olur. Bu ise istenmeyen durumdur.
Aşağıda Hareket diyagramı verilen kam profilini ölçekli çiziniz ve her ışında Toparlağın merkezinin yerini belirtiniz. hmax=60 mm, r=20 mm h h max 0 120 210 360 ϕ
Trace point(iz noktası): İzleyici merkezleri Pitch curve En üst eğri : İzleyici merkezleri tarafından çizilen eğri. Prime circle (reference circle)asıl Daire: Kam merkezinden en üst eğriye teğet en küçük daire
Taban Dairesi (base circle): Kam profiline teğet olan en küçük daire. İlk Daire (prime circle): Kam merkezinden en üst eğriye teğet en küçük daire. En Üst Eğri (pitch curve): Toparlaklı izleyici, sivri uçlu izleyici ya da küresel izleyici merkezleri tarafından çizilen eğri. Basınç Açısı (α) (pressure angle): En üst eğrinin normali ile izleyici hareket doğrultusu arasındaki açı olup bağlama açısını 90 dereceye tamamlar. Trace Point (dönüm noktası): En üst eğri üzerinde basınç açısının maksimum olduğu teorik noktanın konumu. İzleyici Yer Değişimi (follower displacement): İzleyicinin 0 olarak kabul edilen ilk bulunduğu noktadan hareket edebildiği en uzak noktaya olan uzaklık. İzleyici yataklarına etki eden normal kuvvet bileşeni Tan α= İzleyici uzvu hareket ettiren kuvvet bileşimi
Kam profilini tanımlamada kullanılan terimler: Taban dairesi: Kam profiline teğet olan en küçük daire. En üst eğri: Toparlaklı, sivri uçlu ve ya küresel izleyici merkezleri tarafından çizilen eğri. Basınç açısı (α): En üst eğrinin normali ile izleyici hareket doğrultusu arasındaki açı olup bağlama açısını 90 0 ye tamamlar. Dönüm noktası: En üst eğri üzerinde basınç açısının maksimum olduğu noktanın konumu. Dönüm dairesi: Dönüm noktasından geçen daire. Asıl daire: Kam merkezinden en üst eğriye teğet en küçük daire.
BAĞLAMA AÇISI
Başlıca temel hareket kanunları aşağıdaki gibidir: Sabit Hızlı Hareket Kanunu Parabolik ya da Sabit İvmeli Hareket Kanunu Harmonik Hareket Kanunu Sikloidal Hareket Kanunu Polinomial Hareket Kanunu Trapezoidal İvme Eğrisi
Tasarımı kolay ve sürekli bir hareket olmasından dolayı basit harmonik hareket bilhassa düşük veya orta hızlı kamlarda çok sıkca kullanılan bir harekettir. Geometrik olarak basit harmonik hareket Şekilde gösterildiği gibi, bir daire üzerinde bulunan noktaların s öteleme eksenine projeksiyonu ile elde edilir. Çapı toplam öteleme strokuna eşit yarım daire kam yükselme açısı bölümü kadar bölümlere ayrılır ve daire üzerinde alınan her noktanın dikey eksene projeksiyonu sırasında kamın belirlenen aralık kadar döndüğü öngörülür. Şekilden anlaşılacağı gibi, hareket başlangıç ve bitişte daha yavaş, orta noktalarda daha hızlı olacaktır. Bu tüm beklemehareket-bekleme için kullanılan eğrilerde aranılan özelliktir.
Parabolik harekette hareketin ilk yarısında izleyici sabit bir ivme ile hızlandırılırken ikinci yarısında sabit bir eksi ivme ile yavaşlatılır. Bu hareket eğrisini grafik olarak çizmek için izleyici yükselişi ile kamın dönme açılarını eşit sayılara bölmemiz gerekir. Yükseliş bölümlerini orta noktada bir dikey doğru üzerinde gösterelim. O başlangıç noktasından dikey doğru üzerinde bulunan 1,2,3 ve 4 noktalarına çizilen doğrular ile kam dönme açısı bölümlerinden çizilen dikey doğruların kesiştiği noktalar bu parabol üzeride bulunan noktalardır. Hareketin ikinci yarısı için O yerine O' noktası kullanılarak aynı işlem tekrarlanır.
İzleyicinin hareketi, hızı ve ivmesi kam dönme açısına göre:
Şu ana kadar açıklanmış olan eğriler arasında sikloid hareket eğrisi en iyi dinamik özellikere sahip kam sistemini verebilecektir. İvme her noktada sınırlı olup başlangıç ivmeside sıfırdır. Bu en az titreşim, gürültü oluşturan bir kam sistemini vereceğinden genellikle tavsiye edilir. Ancak bu özelliklere erişilebilmesi için kamın çok hassas imal edilmesi şarttır
: The rotary angle of the cam, measured from the beginning of the motion event; : The range of the rotary angle corresponding to the motion event; h : The stoke of the motion event of the follower; S : Displacement of the follower; V : Velocity of the follower; A : Acceleration of the follower
Lineer hareket Paraboloik hareket Adi sinoid hareket