İRTİBAT ELEMANLARI
İRTİBAT ELEMANLARI Genel anlamda irtibat elemanlarının görevi, güç kaynağı olan motor veya döndüren eleman ile döndürülen eleman arasında irtibat sağlamak ve bu şekilde hareketi iletmektir. Mekanik irtibat elemanları olarak pratikte kaplinler ve kavramalar kullanılmaktadır. Kaplinlerde bağlantı, mekanik bağ ile gerçekleştirilir. Bu nedenle iki mil arasındaki irtibatı sağlamak veya kesmek, mekanik bağlantı elemanının takılıp sökülmesi ile yapılır; bu da ancak döndüren mil dururken mümkündür. Kavramalarda ise irtibat, mekanik veya fiziksel bir olaya (genellikle sürtünme olayına) dayanmaktadır; şöyle ki döndüren mil döndüğü halde istenildiği zaman irtibat sağlanabilir veya kesilebilir.
KAVRAMALAR Milleri birbirine bağlayarak dönme hareketini ve dönme momentini dolayısıyla güç naklini sağlayan elemanlara kavrama denir. Kavramaların temel görevi iki mili birbirine bağlamaktır. Bu temel görevin yanında şartlara göre kavramaya daha başka görevler de verilebilir. Bazen uzun millerin taşınma gibi problemlerden dolayı parça parça yapılarak kavramalarla birleştirilebilir. Yine eksenleri çakışmayan miller de bir başka kavrama türü ile birleştirilir. Ayrıca bir mile gelen darbe ve titreşimlerin diğer mile geçmesini önlemek gibi görevler istenebilir. 3
Bu mekanizmalarda bir kavrayan eleman birde kavranan elaman mevcuttur. Kavramalar makinelerde birçok amaç için kullanılırlar. Bunlar; Motor-pompa bağlantılarında, Radyal, eksenel veya açısal temaslı mil bağlantılarında, Eksantrik pres, şahmerdan gibi darbeli iş makinelerinde, darbeli yükün makinelerin birinden diğerine iletilmesinde veya mekanik esneklik temin etmek amacıyla, Aşırı yüklemelere karşı emniyet sağlamak için, Dönen elemanların titreşim karakteristiğini değiştirerek kritik frekansı yok etmek amacıyla, Uzak mesafelere güç veya moment taşınmasında milleri aynı doğrultuda birleştirmek amacıyla 4
KAVRAMA SEÇİMİ VE TASARIMDA DİKKAT EDİLMESİ GEREKENLER Kavramanın montaj ve demontajı bağlı oldukları milleri eksenel yönde harekete zorlamadan mümkün olmalıdır. Kavramanın kendi ağırlığı ne kadar az olursa, millere getireceği eğilme zorlaması da o kadar az olur. Kütlesel balans sağlanmalıdır. Ataletleri tutma açısından Savurma momenti=g.d küçük tutmalıdır. 5
KAVRAMALARIN SINIFLANDIRILMASI Mil şalteri adı verilen kavramalar hareketli sürekli veya isteğe bağlı olarak aralıklı iletmelerine göre çözülemeyen ve çözülebilen kavramalar şeklinde iki ana grupta toplanabilirler. Çözülemeyen kavramalar; mil eksenlerinin konumlarına göre rijit, oynak (esnek) veya elastik şekilde yapılırlar. Bu nedenle de rijit kavramalar ve esnek kavramalar adını alırlar. Çözülebilir kavramalar ise moment nakil şekline göre şekil bağlı ve kuvvet bağlı olmak üzere iki gruba ayrılır. *** Kavramlar, yay rijitlikleri, sönümleme kabiliyetleri, kütleleri, konum sapmalarını dengeleyebilmeleri gibi özellikleriyle bağlantı sağladıkları sistemin özelliklerini etkilerler. Hem bu özellikleri hem de montajda zorluk ve kolaylıkları dikkate alarak kavrama türünü seçmek gerekir. 6
Çözülemeyen kavramalar Rijit Kavramalar Rijit kavramalar, iki mil ucunu rijit (katı) bir şekilde birbirine bağlayan elemanlardır. Bazı uzun şaftların gerektiği uygulamalarda bu şaftların birkaç parçanın uç uca bağlanması ile oluşturulması, gerek imalat gerekse montaj kolaylığı açısından daha uygundur Darbesiz çalışan, nakledilebilecek momentin sabit olduğu veya çok az oranda değiştiği sistemlerde kullanılırlar. Bu kavramadan herhangi kinematik ve dinamik özellik istenmez. Örnek Uygulamalar Gemilerde motor ile pervane arasında kullanılan şaftlar Köprülü krenlerin tahrik sistemlerinde kullanılan bazı şaftlar Bazı tekstil makinalarında birbirine benzer bir dizi ünitenin tek motorla tahriki durumunda kullanılan uzun şaftlar 7
Çözülemeyen kavramalar Rijit Kavramalar Rijit kavramalar, bağladıkları mil uçlarının eksenlerini üst üste getirecek (merkezleyecek) bir yapıya sahiptir. Rijit kavramalar döndürme momentini değil aynı zamanda sistemde oluşan eğilme momenti ve eksenel kuvveti de herhangi bir sönüm olmaksızın iletirler. Çok parçalı uzun şaftların kullanılması durumunda bu çok parçalı mili yataklamak için kullanılan yatak sayısı birçok halde ikiden fazladır ve statik belirsiz bir sistem oluşur. Kavramanın mil uçlarının eksenlerini üst üste getirecek şekilde merkezlemesi, bu milde bazı hallerde aşırı elastik şekil değiştirmeler ve oldukça büyük yatak kuvvetlerine neden olabilir. 8
A) Flanşlı (Diskli) Kavramalar Bu tip bağlantılar, bağlanacak millerin iki ucuna takılan iki diskten oluşurlar. Genellikle dökme demirden yapılmış diskler uygu kaması ile mile ve çevredeki uyar cıvatalarla (şaft çapı delik çapına eşit) birbirine bağlanırlar. 9
A) Flanşlı Kavramalar Kavramanın iki parçası birbirine uyar cıvatalarla ile bağlandıysa iletilecek olan döndürme momenti M d zf ç Dd Çevre kuvveti ise F D d Cıvata deliklerinin oluşturduğu dairenin çapı F ç Bir cıvatanın ilettiği çevre kuvveti Z Cıvata sayısı ç A c em formülü ile hesaplanabilir. em ak EK 0,67 EK Eğer kavramada merkezleme kavrama parçalarının girinti çıkıntısı ile sağlanıyor ve sadece normal cıvata kullanılıyorsa nakledilebilecek moment D 0 Kavrama parçalarının temas yüzeylerinin ortalama çapı (D d +D i )/ ak M d zf c D 0 F ç Somunun sıkılmasıyla oluşan cıvata kuvveti Z Cıvata sayısı μ Yüzeyler arasındaki sürtünme katsayısı 10
B) Zarflı Kavramalar Küçük ve orta büyüklükteki döndürme momentlerinin iletilmesinde zarflı kavramalar kullanılır. Bu kavramalar eksen boyunca bölünmüş iki yarım zarftan oluşur. Her iki zarf yarısı mil uçlarına takıldıktan sonra cıvatalar sıkılarak mil uçlarına bastırılır. Mil çapının 55 mm geçtiği durumlarda uygu kaması ile sistem emniyete alınır. Zarflı kavrama 11
B) Zarflı Kavramalar Cıvata kuvvetlerinin bütün yüzeye düzgün yayıldığı düşünüldüğünde, bu kavramanın iletebileceği moment; M k zf ön d d mil çapı F ön Bir cıvatanın sıkılmasıyla elde edilen eksenel yönde kuvvet z Konstrüksiyondaki toplam cıvata çifti sayısı (Toplam/) Her bir mil ucuna düşen cıvata sayısı z ise, bağlantıda meydana gelen normal kuvvet; p. d. l zf ön p Ortalama yüzey basıncı l L/ her bir mil ucunun kavrama zarfı ile temas uzunluğu Momentin emniyetli bir şekilde iletilebilmesi için; M k. k M d gerekir. Fön tan( ) d T Cıvatayı sıkma momenti 1
Örnek 1 İki milin bağlantısı, 4.6 kalitesinde 8 adet cıvata kullanılarak, toplam uzunluğu 160 mm olan bir zarflı kavrama ile yapılmıştır. Cıvatalara uygun ön gerilme kuvveti 150 dan olup çapı 50 mm olan milin devri 1000 dev/dk dır. Mil ile kavrama zarfı ve vida ile somun dişleri arasındaki sürtünme katsayısı 0,15 alınabileceğine göre; a) Mil ile kavrama arasında ortalama basınç farkı nedir? b) Kavramanın 1,5 emniyetle iletilebileceği güç ne kadardır? c) Bu bağlantı için uygun cıvata çapı ne olmalıdır? Emniyetli gerilme değeri: 500 dan/cm d) Gereken ön gerilmeyi temin etmek için somuna uygulanması gereken moment ne olmalıdır? Fön tan( ) d T tan ' cos h tan d 13
14
C) Konik Bilezikli Zarflı Kavramalar Kolay sökülüp takılması ve paslanabilecek cıvata somun gibi elemanları olmadığından dolayı korozyonlu ortamlarda tercihen kullanılan bir kavrama türüdür. İki tarafı konik olan iki parçalı zarf ve iç yüzeyi buna uygun koniklikte iki bilezikten oluşmaktadır. Herhangi bir sebeple meydana gelebilecek kayma hareketine karşılık bağlantıda feder kullanılmalıdır. =-3 0 arasındadır. Bu kavramalarda taşınabilecek olan moment M k F e d 15
D) Basınçlı Yağ Kavraması Bu kavrama, içi silindirik dışı ise konik olan bir gömlek ile bu gömleği dıştan saracak bir kovan ile bağlantı sağlanır. Gemi milleri gibi büyük moment taşıyan yerlerde kullanılabilirler. Bu kavramalarda taşınabilecek olan moment; M k p d L 4 16
Sürtünme Yüzeyli Kavramalar Bu kavramalar, sadece kuvvet etkisi ile moment taşıyan sürtünme plakalı kavramalardır. Çalışma şekli nedeniyle sürtünmeli kavramalar olarak ta bilinirler. Döndüren ve döndürülen miller arasında devir sayısı farklı olduğundan kolaylıkla devreye girip çıkabilirler. Bir çok kavramada tek ya da arkalı önlü iki komşu yüzey olarak disk şeklindeki sürtünme yüzeyi söz konusudur. Temas noktasının her noktasında aynı basıncın oluştuğu ve sürtünme katsayısının kayma hızından etkilenmediği varsayımı ile kavrama momenti; M k M s p r 3 3 d r 3 i Temas basıncı, disk şeklinde bir parçanın diğerine eksen yönünde bir F e kuvveti ile bastırılması sonucu oluşuyorsa bu kuvvet; F e = Kavramayı devreye sokmak veya kapamak için gerekli olan kuvvet (Yüzeye dik olan kuvvet) r d = Dış yarıçap r i = İç yarıçap 17
Sürtünme Yüzeyli Kavramalar Sürtünme momenti eksenel kuvvet cinsinden yazacak olursak; M A) Düz Sürtünme Yüzeyli Kavrama k Ms F 3 Bu tip kavramalarda kavramayı kapamak veya devreye sokmak için gerekli olan eksenel kuvvet etkisiyle temas yüzeylerinde bir p basıncı ve buna bağlı olarak ta bir sürtünme momenti oluşur. e r 3 d d r r r 3 i i 18
Sürtünme Yüzeyli Kavramalar B) Konik Kavrama Aynı eğimli konik iç ve dış iki yüzeyin birbirine sürtünmesiyle tasarlanan kavramalardır. Yüzeyler arasında bir blokaj olmaması için koniklik açısı 0 5 0 arası seçilir. Küçük α açıları daha büyük sürtünme momentleri verir. Ancak, α nın küçük değerlerinde bir konik geçmede olduğu gibi bir otoblokaj tehlikesi vardır. Bu nedenle, tanα > μ koşulunu her zaman sağlayacak bir α açısı seçilmelidir. Devreye girme sırasında ilk temastan sonra basınç etkisiyle dış konide genişleme, iç konide ise büzülme olur ve hareketli parça eksen Fe istikametinde bir miktar ilerler ve böylece gerekli basınç oluşur. d 0 ( r i r d ri ) M k Fe d 0 sin p Fe d btg 0 p em 19
Sürtünme Çifti Malzemeleri ve Özellikleri Sürtünme Malzemeleri Kavramanın boyutlarının küçük kalması için seçilen malzeme çiftinden büyük sürtünme katsayısı beklenir. Aynı şekilde yüksek temas basınçlarında çalışabilmelidir. Sürtünme katsayısının kayma hızından ve basınçtan etkilenmemesi diğer bir istektir. Devreye girme sırasında temas yüzeyinde ve kavramanın bütününde oluşan sıcaklıklardan fazla etkilenmeme, yüksek bir aşınma direnci ve ısıyı iyi iletme gibi istekler desıralanabilir. Bu isteklerin tamamını iyi bir şekilde karşılayan malzeme çifti henüz söz konusu değildir. Sinter bronz oldukça uzun bir süredir yağlı ortamlarda çalışan kavrama ve frenlerde en fazla kullanılan sürtünme malzemesidir. Çeliğe karşı çelik de geçmişte oldukça fazla kullanılan bir malzemedir. Yağlı ortamlarda çalışan birçok lamelli kavramada bu çift kullanılmıştır. Kavramalarda henüz uygulama alanı bulunmasa da preslenmiş karbon ya da karbon grafit karışımları da uçak ya da yarış otomobilleri frenlerinde sürtünme malzemesi olarak kullanılmaktadır. 0
Sürtünme Çifti Malzemeleri ve Özellikleri 1
Örnek (Konik Kavrama) Aşağıda şekli ve özellikleri verilen konik kavrama kuru bir ortamda, bir iş makinesi ve bir motor arasında güç aktarımını sağlayacaktır. Kavrama malzemesi olarak dökme demir, mil malzemesi olarak ise ıslah çeliği düşünülmüştür. İş makinesinin çalışması için gerekli olan maksimum moment (yük momenti) M =300Nm olduğuna göre bu kavrama uygun mudur? Neden? Yorumlayınız. Ortalama çap d 0 =80 mm, Genişlik b=6 mm, koniklik açısı α=0 0, Emniyet basıncı 6N/mm,
Örnek (Konik Kavrama) Şekildeki çözülebilir konik kavrama n=3000 dev/dk hızda P=15kW güç nakledebilecek şekilde tasarlanmıştır. I. Nolu konik disk nolu milin üzerinde eksenel yönde kayarak hareket etmektedir. r d =90 mm, r i =60 mm, μ=0,3, α=70 0,a=350 mm, b=50 mm verildiğine göre; Kumanda kolunu, kavramayı devreden çıkarmak için hareket ettirecek kuvveti hesaplayınız. 3
Sürtünme Yüzeyli Kavramalar C) Lamelli Kavrama Lamelli kavramada çok sayıda sürtünme yüzeyi çifti mevcuttur. Bu nedenle nakledilebilecek olan döndürme momenti de büyük olur. İç lamellerin iç kısmında mile kama veya sıkı geçme yöntemiyle bağlanmış kovanın girintilerine girecek şekilde çıktılar bulunur. Buraya takılan iç lameller eksenel yönde hareket edebilirler ancak kovanla birlikte dönebilirler. Dış lameller ise dış çevrelerindeki çıktıları, döndürülecek kısma bağlı göbeğin iç yüzeyindeki yuvalarak oturacak şekilde tasarlanmıştır. Dış Lameller 4
5 Lameller ya sertleştirilmiş çelikten yada sinter bronz kaplanmış çelikten imal edilirler. Sertleştirilmiş çelik lamele sahip kavramalarda lamel yüzeyleri yağlanır. Bu nedenle sürtünme katsayısı bir miktar küçük seçilebilir. Sürtünme Yüzeyli Kavramalar Lamelli kavramada sürtünmeyle aktarılabilecek sürtünme momenti; 3 3 3 i d i d e s k r r r r F M M Tek lamelli kavramalarda Çok lamelli kavramalarda 3 3 3 i d i d e s k r r r r F z M M Yüzey basıncı p, lamelleri birbirine bastıran ve lamelli kavramayı devreye alan eksenel yöndeki kumanda kuvvetinden kaynaklanan baskı kuvvetinin lamel temas alanına bölünmesiyle bulunur. i d e r r F A F p Z=lamel sayısı
Kavrama Momenti Hesabı (Devam) C) Lamelli Kavrama (Devam) Mekanik Kumandalı lamelli kavrama Örnek (Lamelli Kavrama) Bir lamelli kavramada iç lamel sayısı 8, iç lamellerin dış yarıçapı 10 mm, dış lamel sayısı 8, dış lamellerin iç yarıçapı 80 mm, sürtünme katsayısı 0,1 ve yüzey basıncı p= 50 N/cm olduğuna göre, en büyük moment değeri için; Kavramanın 50 dev/dk da iletebileceği gücü hesaplayınız. 6
Örnek (Lamelli Kavrama) Şekilde verilen çözülebilir lamelli kavramanın M k =630 Nm lik döndürme momenti nakletmesi isteniyor. a) Döndürme momentinin emniyetle iletilebilmesi için kaç tane lamel gereklidir. Verilenler; r d =9,5 mm, r i =67,5 mm, μ=0,1 p em =0,8 N/mm, 7
Kavramalarda Devreye Girme Olayı Devreye girme olayı için iki rijit taraftan oluşturulan basit fiziksel model Hareket denklemleri Çözüm sonucu açısal hızlar 8
Kavramalarda Devreye Girme Olayı Devreye girme süresi ve bu süre içinde açısal hızların değişimi; 9