1 Deneyin Adı : Hidrodinamik Radyal Kaymalı Yatak Deneyin Amacı : Hidrodinamik radyal kaymalı yataklarda yük miktarı ve hız gibi faktörlerin yatakta meydana gelen basınç dağılımı üzerindeki etkilerinin incelenmesi. Teorik Bilgi İki eleman arasındaki bir veya birkaç yönde dönme hareketine minimum bir sürtünme ile müsaade eden fakat kuvvet doğrultusundaki harekete engel olan elemanlara yatak denir. Genellikle milleri veya aksları destekleyen yataklar, kaymalı ve rulmanlı olmak üzere iki gruba ayrılır. Kaymalı yataklarda yüzeyler arasında kayma hareketi, rulmanlarda ise yüzeyler arasında yuvarlanma hareketi vardır. Yatak üzerine çalışan kuvvetin doğrultusu yatağın veya milin eksenine dik veya eksen yönünde olabilir. Buna göre sadece yatak eksenine dik doğrultuda gelen yükleri taşıyan yataklara radyal, yatak eksenine paralel doğrultudaki yükleri taşıyan yataklara eksenel, yatak eksenine hem paralel hem de dik doğrultudaki yükleri taşıyan yataklara ise radyaleksenel yatak adı verilir. Kaymalı yataklar yağlama bakımından iki şekilde göz önüne alınır; Hidrodinamik ve hidrostatik kaymalı yataklar. Hidrodinamik Radyal Kaymalı Yataklar Bu yataklar sessiz çalışma, büyük darbeli yüklere dayanıklılık (içten yanmalı motorlarda krank-biyel yatakları) ve titreşim sönümleme gibi isteklerin bulunduğu yerlerde kullanılır. Hidrodinamik yağlama, yüzeyler arasındaki boşluğa ve bağıl hıza bağlı olarak yüzeyleri birbirinden tamamen ayıracak basınca sahip bir yağ tabakası oluşturan yağlama şeklidir. Radyal yataklarda sıvı sürtünmesinin (hidrodinamik yağ tabakasının) oluşması için mil ile yatak birbirine boşluklu geçme şeklinde takılır. Milin açısal hızı w = π.n/30 olduğuna göre w=0 iken yani mil dururken (Şekil 1.a) yüzeyler doğrudan doğruya temas halindedir. Hareketin başlangıcında çok kısa bir süre için yüzeyler arasında kuru sürtünme olur ve mil yatak zarfı içerisinde hareket yönünün ters tarafına doğru tırmanır (Şekil 1.b). Bu durumdan itibaren hareket nedeniyle yağ, yüzeyler arasında yayıldığından sınır sürtünmesi olur ve sürtünme katsayısı azalmaya başlar. Bir müddet sonra tamamen sıvı sürtünmesi bölgesine geçilir ve mil muylusu da yatak zarfı içinde hareket yönüne doğru kayarak eksantrik bir durum alır (Şekil 1.c). Böylece yağ içinde oluşan hidrodinamik basınç, yüzeyleri birbirinden tamamen ayırmış ve sıvı sürtünmesini oluşturmuştur. Sıvı sürtünmesi bölgesinde mil ile yatak merkezi arasındaki eksantriktik hıza bağlı olarak değişmektedir. Bu eksantriklik yağlamanın sürekliliği bakımından hiç bir zaman sıfır olmamalıdır. (Şekil 1.c). Çünkü şekilde görüldüğü gibi yatak yükünü taşıyan maksimum basınç değeri ancak eksantriklik sayesinde oluşan yağ kaması (daralan yağ tabakası) ile süreklilik kazanır. Şekil 1.Hidrodinamik Yağlamanın Oluşması
2 Radyal kaymalı yataklar tek parçalı yatak (Şekil 2.a) veya iki parçalı yatak (Şekil 2.b) şeklinde yapılabilir. Bu yataklarda yatağın bir yarısı taşıyıcı, diğer yarısı da yağlama görevi görür. Buradaki deney cihazında üst yarı taşıyıcı alt yarı da yağlayıcı işlevi görmektedir. Taşıyıcı bölgede bölgede hidrodinamik yağ tabakası önem kazanmaktadır. Şekil 1 de kesik çizgiler ile ifade edilen basıç eğrisi, çoğunlukla gerçekte karşılaşılan bir basınç eğrisi olmaktadır. Basınç eğrisindeki maksimum nokta, dönme yönüne göre bir miktar sağda veya solda olabilir. Şekil 2 Tek ve iki parçalı yatak. Deney Cihazı Ve Özellikleri TQ firması tarafından hazırlanmış olan cihaz, Hidrodinamik Radyal Kaymalı Yatağın bir modelidir. Kaymalı yatağın üzerindeki belli noktalardaki basınç dağılımı hız, yük ve viskozite gibi önemli değişkenler yardımıyla tesbit edilebilmektedir. Cihazın Özellikleri: Şeffaf yatak gövdesi yardımıyla yatağın bütün noktalarındaki yağ filmi görülebilmekte ve daralan yağ tabakası (Yağ kaması) gözlemlenebilmektedir. Yatak üzerindeki 16 ayrı noktadaki basınç dağılımı manometre sistemi ile tesbit edilebilmektedir. Mil ve yatak arasındaki eksantriklik kolayca görülebilmektedir. Çeşitli yükler ve hızlar altında çalışmak mümkündür. Deney cihazında çelik bir mil, akrilik (şeffaf) bir yatak ve bir elektrik motoru (DC) bulunmaktadır. Kontrol panosu ile motora bağlı milin devir sayısı ayarlanabilmekte (500-3000 d/d) ve motor istenilen yönde mili döndürebilmektedir. Yatak mil üzerine serbestçe takılmıştır. Motor hızı kontrol paneli üzerindeki göstergeden okunabilmektedir. Yatak çevresinde 11, üst kısmında eksenel olarak 5 delik bulunur (Şekil 3). Bu deliklere bağlanan hortumlar ile manometre paneli üzerinde her noktadaki basınç değeri (16 adet) okunabilmektedir. Yatak içi ve manometre paneline 20/50 motor yağı konulmuştur (1,125lt). Bu yağın rengi sayesinde manometre paneli üzerinde basınç değerleri kolayca okunabilmektedir.
3 Şekil 3 Deney cihazı Yatak alt kısmındaki çubuklar üzerine takılan ağırlıklar ile yüklenebilmektedir. Yatağın genişliği 50 mm, çapı 55 mm ve kuru ağırlığı 650 gr dır. Mil malzemesi çelik ve nominal çapı 50 mm dir. Yatak üzerine takılabilen ağırlıkların her biri 100 gr dır. Cihazın ebatları 990 x 970 x 2850 mm olup net ağırlığı 68 kg dır. Cihazın çalışması için yeterli alan yaklaşık 1m 2 dir Deneyin Yapılışı: Deneye başlamadan önce, deneyin yapılacağı hı ve yük değerleri seçilir Daha sonra kontrol paneli üzerindeki buton yardımıyla saat ibresi yönü dönme yönü olarak seçildikten sonra devir sayısı düğmesi yavaş yavaş çevrilerek ilk seçilen devir değerine ulaşılır.(800 d/d) İki farklı hızda ölçüm yapılacaktır. Her hız grubu için de iki ayrı yükleme yapılacaktır. Öncelikle yatağa yük takılmaz. Sistem yatağın kendi ağırlığı ile yüklenir (650 gr). Daha sonra devir sayısı değiştirilerek (1600 d/d) aynı yük için ölçüm yapılır. Her bir noktadaki yağ yüksekliği not edilir. İki ölçümden sonran sistem kapatılır. Yatak altındaki çubuklara 100 er gr lık 4 adet ağırlık asılır. Böylece ağırlık değeri olarak 1050 gr değerine ulaşılır. Sistem tekrar çalıştırılarak yine iki farklı devir sayısı için deney tekrarlanır. Elde edilen yeni yağ yüksekleri not edilir. Yalnız deney yapılırken şu hususa dikkat edilmelidir. Gerekli olan yükler takıldıktan ve devir sayısı ayarlandıktan hemen sonra ölçüm değerleri manometreden okunmaz. 5 dk bu şartlar altında cihaz çalıştırılır. Böylelikle bir süre sonra basınç, manometre paneli üzerinde sabitlenmiş, rejime gelmiş olacak bunun sonucunda da manometre paneli üzerinde yapılacak olan ölçümler daha sağlıklı olacaktır. Deney sonucunda elde edilen değerler aşağıdaki tabloda verilmiştir. Deneyin Sonuçları ve İrdelenmesi: Test No Hız (d/d) Yük (gr) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 800 650 985 1030 1050 1040 995 925 850 695 550 545 500 585 660 735 810 875 2 1600 650 975 1015 1030 1020 985 1005 900 700 510 450 510 570 660 755 850 930 3 800 1050 980 1035 1055 1045 980 1210 1190 450 215 385 525 605 675 740 815 910 4 1600 1050 1010 1055 1070 1055 1010 1170 1065 575 280 340 480 570 660 740 835 945 Manometre Paneli (mm yağ)
4 Yataklardaki basınç dağılımının tespiti ile yatakların mukavemet sınırları dahilinde boyutlandırmaları yapılmaktadır. Bu nedenle basıncın maksimum olduğu değerler boyutlandırma hesaplarında dikkate alınır. Basınç; P=ρ.g.h (pa) Yağın yoğunluğu; p=785 kg/m 3 Yerçekimi ivmesi; g=9.81 m/s 2 Basınç; h=m yağ yüksekliği Ps değeri sistem çalıştırılmadan önce manometre panelindeki hareketsiz halde duran yağ basıncı değeridir. Ps değeri 1-5 noktalar sırasında ve 6-16 noktalar arasında farklı değerlerdedir. Manometreden okunan basınç değerlerinden Ps (1-5) =875mm ve Ps (6-16) =675mm olarak bilinen statik basınç değerleri düşülerek, Pa cinsinden yazılırsa aşağıdaki tablo elde edilir. h ( m yağ yüksekliği ) P ( Pa ) P-Ps ( Pa ) 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 0,99 0,98 0,98 1,01 7585 7508 7547 7778 847 770 809 1040 2 1,03 1,02 1,04 1,06 7932 7816 7970 8124 1194 1078 1232 1386 3 1,05 1,03 1,06 1,07 8086 7932 8124 8240 1348 1194 1386 1502 4 1,04 1,02 1,05 1,06 8009 7855 8047 8124 1271 1117 1309 1386 5 1,00 0,99 0,98 1,01 7662 7585 7547 7778 924 847 809 1040 6 0,93 1,01 1,21 1,17 7123 7739 9318 9010 1925 2541 4120 3812 7 0,85 0,90 1,19 1,07 6546 6931 9164 8201 1348 1733 3966 3003 8 0,70 0,70 0,45 0,58 5352 5391 3465 4428 154 193-1733 -770 9 0,55 0,51 0,22 0,28 4235 3927 1656 2156-963 -1271-3542 -3042 10 0,50 0,45 0,39 0,34 3850 3465 2965 2618-1348 -1733-2233 -2580 11 0,55 0,51 0,53 0,48 4197 3927 4043 3696-1001 -1271-1155 -1502 12 0,59 0,57 0,61 0,57 4505 4389 4659 4389-693 -809-539 -809 13 0,66 0,66 0,68 0,66 5083 5083 5198 5083-116 -116 0-116 14 0,74 0,76 0,74 0,74 5660 5814 5699 5699 462 616 501 501 15 0,81 0,85 0,82 0,84 6238 6546 6276 6430 1040 1348 1078 1232 16 0,88 0,93 0,91 0,95 6738 7162 7008 7277 1540 1964 1810 2079 Elde edilen bu sonuçlar sayesinde aşağıdaki grafikler çizilir. Birinci grafikte 1-5 noktaları arasındaki basınç dağılımı, ikincisinde ise 6-16 noktaları arasındaki basınç dağılımları görülmektedir. Her iki grafikte de farklı yük ve devir sayılarının sonuçları birlikte ifade edilmektedir. Değişimlerin daha rahat izlenebilmeleri için grafiklerde farklı deney şartları, farklı renk grupları ile ifade edilmiştir. Böylelikle Test No Hız (d/d) Yük (gr) Renk 1 800 650 Yeşil 2 1600 650 Pembe 3 800 1050 Mavi 4 1600 1050 Kırmızı
5 Grafik 1 1-6 Noktaları Arasındaki Basınç Dağılımı 1750 1500 1250 1000 P - Ps 750 500 250 0-250 -500 1 2 3 4 5 Ölçüm Noktaları 1) Hız=800 d/d, Yük=650 gr 2) Hız=1600 d/d, Yük=650 gr 3) Hız=800 d/d, Yük=1050 gr 4) Hız=1600 d/d, Yük=1050 gr Grafik 2 6-16 Noktaları Arasındaki Basınç Dağılımı P - Ps 5000 4000 3000 2000 1000 0-1000 -2000-3000 -4000 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Ölçüm Noktaları 1) Hız=800 d/d, Yük=650 gr 2) Hız=1600 d/d, Yük=650 gr 3) Hız=800 d/d, Yük=1050 gr 4) Hız=1600 d/d, Yük=1050 gr
6 Grafik 1 i inceleyecek olursak; 1-5 noktaları arasında öncelikle 1 ve 3 no lu test sonuçlarını karşılaştıralım. 1 ve 3 no lu testlerimizde hızımız 750 d/d da sabit kalmış yükümüz 650gr dan 1050gr a çıkarılmıştır. Yük 400gr artırıldığında basınç değerlerinde yükselme yaşandığı gözlemlenmektedir. Bunun sebebi şöyle açıklanabilir; hidrodinamik yataklarda yatağın yarısı taşıyıcı, diğer yarısı da yağlayıcı görevi görmekteydi, dolayısıyla yük arttıkça cihazımızda taşıyıcı işlevi gören yarı olan üst kısımdaki basınç da artmaktadır. Aynı olayı 2 ve 4 no lu testlerde de görmek mümkündür. Bu basınç farkı hızların iki katı kadar büyüklüğünden (1500 d/d) ötürü çok daha rahat gözlemlenebilmektedir. Aynı şekilde 1 ve 2 no lu testleri karşılaştıralım. Yük 650gr da sabit kalıp hız 750 d/d dan 1500 d/d ya çıkarıldığında basınçta olan küçük bir düşme yaşandığı gözlemlenmektedir. Bu düşmenin sebebi; hızın iki katına çıkmasıyla, mil ile yatak arasındaki eksantrikliğin artması ve dolayısıyla ağırlığın yağ kamasına doğru kaymasıyla gerçekleşir yani maksimum basınç oraya doğru yönelir. 3 ve 4 no lu testlerde ise bu olayın tam tersi bir şekilde yük 1050gr da sabit kalmasına rağmen hız yine 750 d/d dan 1500 d/d ya çıkarıldığında basıncın bariz bir şekilde arttığı gözlemlenmektedir. Bunun sebebi ise; radyal yükün fazla olması, hız arttığında sarsıntı ve torku kuvvetlendirerek aksi tesir edeceğinden taşıyıcı bölgede basıncın artmasına neden olacaktır. Böylece yükün, basınç faktöründe ne kadar önemli bir değer olduğu anlaşılmaktadır. Grafik-1 e genel olarak baktığımızda tüm eğrilerde 3 noktasında bir ekstremum noktadan geçtiği ve tekrar aşağıya doğru düştüğü görülmektedir. Bunun sebebi ise şöyle açıklanabilir; 3 noktası yatağın üst kısmında bulunan eksenel deliklerin tam ortasında kalmaktadır ve yağ kaçağı ihtimalinde en az riskli bölgedir. En önde bulunan 1 ve en arkada bulunan 5 noktaları dışarıya en yakın bölgeler olduğundan ve buralarda yağ kaçağı gerçekleşeceğinden idealde eşit olması gereken yağ basınçları buralarda en düşük seviyededir. Grafik-2 yi inceleyecek olursak; 6-16 noktaları arasında öncelikle 1 ve 2 no lu test sonuçlarını karşılaştıralım. İlk başta fazla bir fark yokmuş gibi gözükse de hızın artması Grafik-1 de incelerken belirttiğimiz gibi 1-5 arası noktaların düşmesine sebep olsa da bu düşmeler direkt olarak yağ kaması (6-7 arası) bölgesine yansımış, ve basınçların arttığı gözlemlenmiştir. Ama bu fark az önce söylediğimiz gibi düşük bir farkdır. 9-10-11 bölgelerinde pembe çizginin çok az kırmızı çizginin gerisinde kaldığı farkedilse de bu bölgenin yağlayıcı bölge olduğu için o kadar da önemli olmadığı anlaşılmaktadır. 3 ve 4 no lu test sonuçlarına baktığımızda aynı yükte (1050gr) fakat düşük hızda (750 d/d) olan yeşil renkli eğri mavi renkli eğriye göre sadece 6-7 noktalarında daha yüksek basınçlara tırmanmakta diğer noktalarda daha düşük basınçlara inmektedir. Cihazın şematik görüntüsünü göz önüne getirdiğimizde 6-7 noktalarının üst yarı bölgede olduğunu görürüz yani taşıyıcı bölgededirler. Bu nedenle, yükün fazla olması ve hız düşük olduğunda nerdeyse yükün tamamının sadece yağ kamasına yüklenmesi bu bölgedeki basıncı artırmaktadır. 1-3 no lu ve 2-4 no lu test sonuçlarına baktığımızda bir kez daha bize yükün ne derece etken bir faktör olduğunu kavratmaktadır. 1-3 no lu testlerin karşılaştırılmasında düşük hızda yük artışının ne derece fark yaratacağı kırmızı eğrinin grafiğin en alt kısımlarında, yeşil eğrilerin ise tepelere vurmasıyla apaçık
7 bellidir. 2-4 no lu testlerdeki yük artışından dolayı kaynaklanan bu fark bile, hız artışlarından kaynaklanan farklardan kat kat fazladır. Grafiği genel olarak inceleyecek olursak; teorik bilgilerde belirttiğimiz yağ kamasının pratikte; 7-8 arasından, 6-7 ye doğru kaydığı da apaçık gözlenebilmektedir.