MAKİNE ELEMANLARINA GİRİŞ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE ELEMANLARI-I DERS NOTU Makineler 2 / 30 Makineler: Enerjiyi bir formdan başka bir forma dönüştüren, Enerjiyi bir yerden başka bir yere ileten, Enerjiyi kullanarak faydalı mekanik iş ortaya koyan teknik sistemlerdir. 1
Makineler 3 / 30 Enerji 4 / 30 Enerji; çok meşhur bir kavram olmakla birlikte çok iyi anlaşılabilmiş bir fiziksel büyüklük değildir. Enerjinin maddenin bir özelliği olduğu ve maddenin kendisinin bir enerji formu olduğu (E= m.c 2 ) bilinse de, enerjinin temel birimi olan bir atom altı parçacık tanımlanamamıştır. Enerji, atom altı parçacıkların titreşimi, hareket ortaya çıkarma potansiyeli, ya da iş yapabilme kabiliyeti olarak tanımlanmaktadır. Örneğin, yaygın bir enerji formu olan ısı enerjisi maddenin moleküllerinin titreşimidir. Bu titreşimin seviyesi sıcaklıkla ölçülmektedir. Dışarıdan ısı enerjisi alan maddenin titreşimi artar (yani ısınır), dışarıya ısı enerjisi veren maddenin titreşimi ise azalır (yani soğur). 2
Enerji 5 / 30 Kapalı bir sistemde (evrende) toplam enerji miktarı sabittir (The Law of Conservation of Energy). Atom altı titreşimin tamamen ortadan kalktığı nokta (0 o K: mutlak sıfır noktası) termodinamiğin 3. yasasına göre gerçekleşemez. Enerji değişik formlarda bulunabilir: Nükleer, termal, kimyasal, mekanik, elektrik, güneş, rüzgar vb. Enerji bir formdan diğerine dönüştürülebilir: Ateş suyu ısıtır, buhar pistonu hareket ettirir, tungsten telden geçen elektrik ışık ve ısı verir, vb. Enerji formu değişiminin bir maliyeti vardır (Entropi). Enerji 6 / 30 Makinelerde yaygın olarak kullanılan enerji kaynakları: Sabit sistemlerde elektrik enerjisi Mobil sistemlerde kimyasal enerji (içten yanmalı motorlar) Isı enerjisi Hidrolik enerji Pnömatik enerji Mekanik enerji (doğrusal&dairesel hareket) 3
Enerji 7 / 30 Elektrik enerjisi üretimi de bir enerji dönüşümüdür: Su (hidroelektrik santral) Fosil yakıtlar (termik santral) Nükleer (nükleer santral) Güneş enerjisi (güneş panelleri) Rüzgar enerjisi (rüzgar gülleri) Dalga enerjisi (dalga istasyonları) Kimyasal enerji (içten yanmalı motorlar) Metabolik enerji (biyomekanik enerji üreteçleri) Makine Elemanları 8 / 30 Makineler, standart ya da özel tasarlanmış çeşitli makine elemanlarının bir araya gelmesiyle oluşur. Bir makine elemanı, aynı ilke ve kurallara göre tasarlanan ve boyutlandırılan, tüm makinelerde aynı işlev ve görevler için kullanılan bir elemandır. Ortak özelliklere sahip elemanlar farklı makine elemanı gruplarını oluştururlar. 4
Konstrüksiyon ve İmalat 9 / 30 Bir makine (veya makine elemanı), iki mühendislik faaliyetinin sonucunda elde edilir. Konstrüksiyon: Herhangi teknik bir sistemin işlevinin belirlenmesi, uygulanacak fiziksel prensiplerin saptanması, bu prensipleri sağlayan elemanların seçimi ve bunların montaj ve parça resimlerinin hazırlanmasına kadar geçen bütün faaliyetleri kapsar. Teorik modelin kurulması (tasarım) ve teorik modelin gerçekleştirilmesi (şekillendirme) olarak iki kısımdan oluşur. İmalat: Konstrüksiyon sonucu elde edilen verilere dayanan ve bir ürünü (yani makine veya makine elemanını) somut olarak ortaya çıkaran işlemler dizisidir. Makine Elemanları 10 / 30 Bağlama ve birleştirme elemanları Sökülebilir elemanlar Sökülemez elemanlar Destekleme elemanları (miller, yataklar) İrtibat elemanları (kavramalar, frenler) Hareket (güç aktarma, transport) elemanları Kuvvet bağlı elemanlar Şekil bağlı elemanlar Enerji depolama elemanları Sızdırmazlık elemanları 5
Makine Elemanları 11 / 30 1) Bağlama Elemanları 12 / 30 Bağlama elemanları, bir makineyi oluşturan parçaların özellikleri korunarak birbirine bağlanmasını sağlayan elemanlardır ve önemli bir makine elemanı grubunu oluşturur. Büyük seriler halinde standart elemanlar olarak imal edilirler. Konstrüktör, hesapla bulduğu büyüklüğe uygun bir standart eleman kullanmak zorunda olduğundan ilgili standartları da iyi bilmelidir. Montaj şekline göre Çözülebilen ve Çözülemeyen bağlantılar olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Ayrıca, bağlantının yapılma prensibine göre Malzeme Bağlı, Kuvvet Bağlı ve Şekil Bağlı bağlantılar olmak üzere üç gruba ayrılırlar. 6
1) Bağlama Elemanları 13 / 30 Çözülebilen Bağlantılar: Gerek bağlanan parçada ve gerekse bağlantı elemanında bir hasar, bozulma olmadan istenildiği kadar sökülüp takılabilir. Cıvatalar, kamalar, konik geçmeler bu tür bağlantının örnekleridir. Çözülemeyen Bağlantılar: Parça veya bağlantı bölgesi bozularak bağlantı çözülür ve bağlantının tekrar yapılması mümkün olmaz. Perçin, kaynak, lehim bu tür bağlantının örnekleridir. 1) Bağlama Elemanları 14 / 30 Malzeme Bağlı Bağlantılar: Parçalar bağlantı yerinde malzemenin birleşmesi ile çözülemeyecek bir şekilde bağlanır. Bağlantıda ilave malzeme (elektrot, lehim malzemesi, yapıştırıcı) kullanılabilir. Kuvvet Bağlı Bağlantılar: Parçalar uygun şekilde sıkılarak temas yüzeylerinde normal kuvvetler (ön gerilme) oluşturulur. Hareket ve kuvvet iletmesi halinde, harekete zıt yönde etkiyen sürtünme kuvvetleri bağlantının devamını sağlar. Sıkı geçmeler, konik geçmeler, pres geçmeler tipik örnekleridir. Şekil Bağlı Bağlantılar: Kuvvet ve hareket iletimi bağlantı elemanının şekli ile sağlanır. Elemanın şekli bozulmadıkça (kırılma, ezilme vb. olmadıkça) bağlantı devam eder. Pim ve pernolar, paralel yüzlü kamalar tipik örnekleridir. 7
1) Bağlama Elemanları: Mil-Göbek Bağlantıları 15 / 30 2) Destekleme Elemanları: Miller 16 / 30 8
2) Destekleme Elemanları: Krank Milleri 17 / 30 2) Destekleme Elemanları: Kam Milleri 18 / 30 9
2) Destekleme Elemanları: Rulmanlı Yataklar 19 / 30 3) İrtibat Elemanları: Kavramalar 20 / 30 10
3) İrtibat Elemanları: Kavramalar 21 / 30 3) İrtibat Elemanları: Frenler 22 / 30 11
4) Hareket Elemanları: Dişli Çark Sistemleri 23 / 30 4) Hareket Elemanları: Kayış&Kasnak Sistemleri 24 / 30 12
4) Hareket Elemanları: Zincir&Dişli Sistemleri 25 / 30 5) Enerji Depolama Elemanları: Yaylar 26 / 30 13
5) Enerji Depolama Elemanları: Hidrolik Akümülatörler 27 / 30 Hidrolik enerjiyi basınç altında depolayan elemanlardır. Çalışma basıncını kontrol etmek, sistemde oluşabilecek ani şokları sönümlemek, sızıntılardan kaynaklanan kayıpları karşılamak, pompa arızalarında ve elektrik kesilmelerinde sistemi kısa bir süre besleyerek hareketin tamamlanmasını sağlamak amaçlarıyla kullanılır. 1: Basınç kabı 2: Akümülatör balonu 3: Gaz giriş valfi 4: Yağ giriş valfi SI Birim Sistemi 28 / 30 14
Makinelere Bir Örnek: Hidrolik Pres 29 / 30 Elektrik E. Mekanik E.(dairesel) Hidrolik E. Mekanik E.(doğrusal) 15