TASARIM METODOLOJİSİ-8- Özel Cam cıvata - mobilya cıvatası Setskur vida CIVATALI BAĞLANTILARIN ŞEKİLLENDİRİLMESİ Doç.Dr. Ahmet DEMIRER 1 Kaynak: Cürgül İ.,Sınmazçelik T., Makine Tas. Ve Şekillendirme Tek.,Birsen yayınevi, İst. 2012. Gözlü cıvatası Allen başlı imbus cıvata T başlı cıcata 2 Cıvatalar makina inşasında en fazla kullanılan makina elemanları olup, çözülebilir (sökülebilir) bağlantılar yapma işlerinde kullanılırlar. Somunlar, rondelalar (pullar) ve emniyet halkaları bağlantının tamamlayıcı elemanlarıdır. Çok çeşitli tiplerde üretilen cıvatalar gerek bağlanan parçalarda gerekse cıvatanın kendisinde bir hasar ve bozulma olmadan defalarca sökülüp tekrar takılabilirler. Çok geniş kapsamlı olarak standartlaştırılmış olduklarından gerektiğinde kolayca temin edilebilirler Bağlanacak elemanlarda sadece bir delik delme veya delik delme ve vida açma işlemini gerektirmesi, standart oluşları, çok sayıda ucuza üretilmeleri nedeniyle oldukça ekonomiktirler. 3 Cıvatalar makinaların montajında, dişli kutularında, yatakların ve makinaların temele tespitinde, boru flanşlarının ve silindir kapaklarının bağlanmasında, çelik yapılarda vb. birçok yerde bağlantı elemanı olarak kullanılırlar. Ön gerilme temini gereken gergi mekanizmalarında gergi cıvatası, yağ deliklerinde kapama elemanı (kör tapa), aşınma ve boşluk ayarı gereken yerlerde ayar cıvatası, mikrometre gibi ölçü aletlerinde ölçme elemanı olarak kullanılırlar. Vidalı pres, mengene, kriko gibi mekanizmalarda küçük çevre kuvvetleri ile büyük eksenel kuvvetlerin sağlanması da vida mekanizmaları ile kolaylıkla mümkün olur. Bağlantılarda, cıvata kuvvetinin tam olarak ölçülmesi ve verilmiş olan ön gerilmenin işletme sırasında zamanla azalma miktarının tespiti çok zordur. Cıvata bağlantılarının zamanla gevşemesi de kaçınılmazdır. Cıvatanın şeklinden dolayı malzemedeki çentik etkisi büyüktür, özellikle hareket vidalarında büyük öneme sahip olan vida verimi oldukça düşüktür. Vida dişleri arasındaki boşluklar nedeni ile cıvata bağlantıları ile iyi bir merkezleme yapılamaz. 4 1
Cıvata bağlantıları genellikle eksenel kuvvetle zorlanacak şekilde düzenlenirler. Bazı özel hallerde eksene dik kuvvetler de alabilirler. Cıvataların kopması kullanıldıkları makina sisteminde büyük hasarlara neden olabilir. Bu nedenle önemli bağlantılarda cıvataların mukavemetine gereken önem verilmelidir. Cıvatalar da dahil olmak üzere tüm makina elemanlarının mukavemetinin arttırılması, sadece malzemenin iyileştirilmesi veya kesitin arttırılması ile değil, bunların yanı sıra alınan bazı şekillendirme önlemleri ile de mümkündür. Cıvata ve somunların malzemeleri simgelerle belirtilir. İki sayıdan oluşan bu simgeler cıvata başlarının üst yüzeyine somunlarında alın yüzeyine kabartma yoluyla yazılır. Malzeme simgesi: 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 6.8 6.9 8..8 10.8 12.9 14.9 İlk sayı 100 ile çarpılarak cıvata malzemesinin kopma mukavemetini, ikinci sayıda birinci ile çarpılarak sıfır eklenir, bu da akma mukavemetini verir. Örnek: 6.8 cıvata malzemesinin: Ϭk=6*100= 600 N/mm 2 Ϭa=8*6*10= 480 N/mm 2 5 Cıvatalı bağlantıların şekillendirilmesinde göz önünde bulundurulması gereken hususlar: 1-Cıvata-somun bağlantısında kırılmaların % 15 inin cıvata başı ile cıvata gövdesinin geçiş bölgesinde, % 20 sinin vida dişlerinin bittiği bölgede, % 65 inin de somunun hemen altında meydana geldiği deneylerle sabittir. Yapılan deneyler göstermiştir ki normal cıvata bağlantılarında kuvvetin yaklaşık yarısı somunla temas halindeki ilk iki diş tarafından karşılanmaktadır (Şekil 10.1a). Bu husus; sıkma esnasında oluşan çekme kuvveti nedeniyle cıvatadaki dişlerin çekiye, somundaki dişlerin ise basıya zorlanmasıyla oluşan farklı deformasyonların bir sonucu şeklinde açıklanmaktadır. Şekil 10.1 Farklı somunlarda vidaların zorlanması 6 Buna göre cıvata-somun bağlantısında en büyük gerilme somunun hemen altındaki bölgede oluşmakta veya diğer bir deyimle uygulanan yükün çoğunluğu somunun ilk dişleri tarafından karşılanmaktadır. Taşınan yükün vida dişleri arasında daha düzgün dağılımını temin etmek ve kırılmaları önlemek bakımından somun ve cıvataya özel şekiller verilmelidir. Bunlardan biri ilk dişlerin derinliği kadar somuna çepeçevre çentik açılarak oluşturulmuş elastik somun kullanmaktır (Şekil 10.1b). Böylece ilk dişlere fazla yük gelmesi önlenir. Bir başka önlem ise somunları da çekiye zorlanacak tarzda şekillendirmektir. Şekil 10.1c 'de somunun ilk iki dişi çekiye zorlanırken, Şekil 10.1d 'de tüm somun cıvata gövdesi gibi çekiye zorlanmaktadır. Vidadan cıvata gövdesine geçiş yerinin tamamen somun içinde kalması ve geçiş yerlerinde büyük yuvarlatmalar yapılması sağlanmalıdır. 7 8 2
2-Talaş kaldırma yöntemi ile diş açılırken takımın istenilen yere kadar kesme işlemini yapabilmesi için vida bitimine kanal açılmalıdır. (Şekil 10.3a). Eğer üretim freze, hadde veya ovalama yöntemi ile gerçekleşiyorsa vida bitimine kanal açmaya gerek yoktur. Böylece cıvata hem işlem azlığından dolayı daha ucuz, hem de çentik etkisi ortadan kalkacağı için daha dayanıklı olacaktır (Şekil 10.3 b). Cıvataları takarken zedelenmesini önlemek, kolay ağızlama yapmasını sağlamak ve aynı zamanda iyi bir görünüm için uç kısımları yuvarlatılır veya konik yapılır. Cıvata ucu mercimek değil düz ancak pah kırılarak yapılırsa üretim daha ucuz ve kolay olur. Talaş kaldırarak diş açılacaksa Talaş kaldırmadan diş açılacaksa 3-İç yüzeye açılan vidalarda kesici takımın (kılavuzun) çıkış hareketini sağlamak için delik kalemi ile yeterli derinlikte kanal açılmalıdır. Bu durum aynı zamanda kesici takımın ucunun rahat bir şekilde bitime ulaşmasını da sağlar (Şekil 10.5). İmbus civata 9 10 4-Vida dişleri deliğin sonuna kadar açılamaz. Delik bitimi ile vida bitimi arasında yeterli mesafe olmalıdır (Şekil 10.6). Bu durum aynı zamanda kesici takımın ucunun rahat bir şekilde bitime ulaşmasını temin eder (Şekil 10.8). 5-Normal bir cıvatada vida dişi gövdenin sonuna kadar (cıvata başına kadar) açılamaz. Bu nedenle somun da cıvatanın sonuna kadar vidalanamaz. Şayet somunun dibe kadar vidalanması gerekiyorsa cıvata gövdesine bir fatura açılır (Şekil 10.7a) ve diş açılmış deliklere de bir dip faturası yapılır (Şekil 10.7b). 6-Bir vida veya bir delik bileşiyorlarsa, delik çapı vida diş dibi çapından küçük veya ona eşit olmalıdır. Aksi taktirde parçanın her iki ucundan ayrı ayrı delik açılması ve işlenmesi gerekir (Şekil 10.9). 11 12 3
7-Vida delikleri kenardan yeterli uzaklıkta açılmalıdır. Aksi taktirde takım tek yönlü zorlanır ve eğilerek kırılabilir (Şekil 10.10) 9-Bağlama amacı ile kullanılan cıvataların gövdeye veya somuna yeteri kadar vidalanması gerekir (Şekil 10.12). Vidalama derinliği için vida dişlerindeki yüzey basıncı esas alınmalıdır. Ancak genel olarak çelik somunlarda H=d, dökme demir somunlarda H=1,5.d ve alüminyum alaşımlarında H=2.d olarak alınması uygun olur. Şayet somunu sık sık ayarlamak veya çözmek gerekiyorsa (salmastra cıvatalarında olduğu gibi), ya somun yüksekliği daha fazla seçilmeli veya cıvata çapı büyütülerek vida taşıma yüzeyi arttırılmalıdır. Dökme demir somunlar sık sık gevşetme ve sıkıştırma sonucu bozulacağından bunlardan mümkün olduğunca kaçınılmalıdır. 8-Somunların sıkılması sırasında oturma yüzeyinin, keskin köşeler nedeni ile, zedelenmemesi için somunun iç kısmına vida diş dibine kadar 120 lik bir havşa açılır (Şekil 10.11). 13 10-Seri üretimde cıvata-somun çifti yerine, eleman sayısını azaltmak bakımından, ya gövdeye vida açılmalı (Şekil 10.13a) veya somun gövdeye kaynatılmalıdır (Şekil 10.13b 14 11-Cıvatanın diş açılmış kısmı yeterli uzunlukta olmalıdır, aksi taktirde parçaların sıkıştırılması mümkün olmaz (Şekil 10.14). 13-Cıvata başı veya somunun bütün yüzeye tam olarak oturması gerekir. Bunun için: a)somun veya cıvata başının oturduğu yüzey pürüzlü veya yumuşak malzemeden ise (hafif metal, ahşap vb.) sünek çelik malzemeden bir rondela kullanılmalıdır (Şekil 10.16a). b)cıvata başı ve somunun temas yüzeyleri eğik ise (örneğin I, L, T vb. profillerin cıvatalı bağlantılarında olduğu gibi) ya oturma yüzeyi cıvata eksenine dik konumda olacak şekilde eğik rondela kullanılarak (Şekil 10.16b) veya düzleştirilerek (Şekil 10.16c) cıvata gövdesinin eğilmesi önlenmelidir. 12-Cıvatalar veya saplamalar vidalı deliğin sonuna kadar sıkılamaz. Sıkma işleminin gerçekleşebilmesi için delik içinde yeterli boyda vida açılmış olmalıdır (Şekil 10.15). 15 16 4
14-Düşük kalite malzemeden altıgen başlı cıvata yerine yüksek kalite malzemeden, silindirik ve içten altı köşe başlı (allen) cıvata ile hacim, malzeme ve işçilik süresinde tasarruf sağlanabilir (Şekil 10.17). 15-Cıvata eksenine dik doğrultuda gelen kuvvetleri (radyal kuvvetler) karşılamak üzere ya faturalı cıvata (Şekil 10.18a ve b) veya kesme burcu kullanılır (Şekil 10.18c). Çünkü cıvatalar anma çapına karşılık gelen kesitleri ile kesilmeye çalıştırılmamalıdır 17 16-Değişken yüklerin taşınmasında esnek cıvatalar kullanılarak sisteme ön gerilme verilmelidir. Böylece esnek cıvata, sert rondela ve rijit gövde uygulaması ile yükün genliği düşürülür ve sürekli mukavemet bölgesinde kalması temin edilir. Biyel büyük başının cıvatalı bağlantısı buna örnek gösterilebilir (Şekil 10.19 17-Flanş bağlantılarında kullanılan malzeme türü, zorlanma şekli ve montaj kolaylıkları göz önünde bulundurularak, cıvata-somun çifti (Şekil 10.20a), saplamasomun çifti (Şekil 10.20b), karşı parçanın somun olarak kullanılması (Şekil 10.20c) ve uzar (esnek) cıvata kullanılarak (Şekil 10.20d ve e) kuvvet ve gerilme yayılışının iyileştirilmesi mümkündür. 18 18-Kapaklarda uygulanan cıvatalı bağlantılar sistemin özeliklerine ve kullanma kolaylığına göre çeşitli şekillerde seçilir. Şekil 10.21a da normal cıvata- somun çifti, 10.21b de cıvata-gövde bağlantısı, 10.21c de basınçlı kaplar için esnek (uzar) cıvata ve gövde bağlantısı görülmektedir. Şekil 10.21 d ve e 'de kolay açıp kapama özellikli kapaklar için, kelebekli ve kollu somun bağlantısı görülmektedir. Kelebekli ve kollu somunlar çok defa mafsallı cıvatalarla kullanılmaktadır. Yarıklara oturan cıvatanın somunu biraz gevşetilince cıvata yana yatırılarak bağlantı çözülmüş olur. 19-Sıkma esnasında cıvata veya saplamanın burulmaması için önlem alınmalıdır. Bunlar: a)karşı moment uygulayabilmek için saplama sonu kare kesitli yapılabilir (Şekil a). b)somun altına, içine diş açılmış ve dönmeye karşı bir pimle emniyete alınmış bir altlık konabilir (Şekil b). c)cıvata boyuna uygun bir kovan kullanılarak kovan ve cıvataya ince diş açılabilir (Şekil c). Kare kesit 19 20 5
20-Montaj esnasında somunun veya cıvatanın döndürülebilmesi için anahtar ve el hareketlerinin serbest olmasına dikkat edilmelidir (Şekil 10.23). 21-Hareket sahası sınırlı yerlerde, daha az yer gerektirdiği için, altıgen başlı cıvatalar yerine silindirik başlı cıvatalar kullanılmalıdır (Şekil 10.24). 21 22-Hafif metal veya dökme demir gibi malzemelerde vida dişleri aşınarak kısa zamanda bozulabilir. Bu gibi yerlerde en uygun çözüm boydan boya geçen cıvata ve somun kullanılmasıdır. Bu olmadığı taktirde saplama kullanılabilir. Cıvatanın takılıp sökülmesi ve başlı cıvata kullanılması zorunlu olan özel hallerde, döküm parçalara daha döküm sırasında çelik bir burç yerleştirilmesi ve vidanın buna açılması bir ara çözüm olabilir (Şekil 10.25). HELICOIL [2] [2]http://www.boellhoff.com/tr/tr/baglanti-elemanlari/oezel-baglanti-elemanlari/disteknolojisi/helicoil-plus-ile-dis-tamiri.php 22 23-Saplamaların yerlerine takılma şekilleri dişlerin zorlanmasında önemli rol oynar. Normal saplamada ön gerilme, vida bitimi ile parça arasında oluşturulur (Şekil a). Bu bölgede kırılma tehlikesi yüksektir. Sürekli mukavemet bakımından faturalı şekil verme pahalı fakat en uygun çözüm yoludur (Şekil b). 23 24 6
24-Cıvata-somun bağlantıları her ne kadar kilitlenmeli (otoblokajlı) sistemler ise de işletmedeki değişken zorlanmalar, sarsıntı ve titreşimler karşısında gevşeyebilirler. Bu nedenle cıvatalı bağlantılarda ek emniyet önlemleri alınmalıdır. Bunlardan şekil bağlı emniyet tertipleri (tertibatı) somunun konumunu tespit ederler. Bu amaçla pim (a), gupilya (b), profilli emniyet sacları (c,d,e, f,g) ve vidalı pim (h) gibi elemanlar kullanılır. 25 Kuvvet bağlı emniyet tertipleri ise, somun ve cıvata dişleri arasında ek bir gerilme meydana getirirler (Şekil 10.27) ve bu yüzeyler arasındaki sürtünmeyi artırırlar. Bu tertiplerden en çok kullanılan yaylı ve tırtıllı rondelalar (a,b,c, d, e, f) somunun altına konur. 26 27 Ayrıca; emniyet vidası (g), sac kontra somunu (h), yumuşak malzemeden (genellikle plastikten yapılmış) bilezikli somun (i), yarıklı somun (j), bilezik şeklinde somun (k) veya iki somundan oluşan kontra somun (I) gibi sistemler kullanılır. 28 7