arkadaşlar acil yadıma ihtiyacım var

Konu: arkadaşlar acil yadıma ihtiyacım var

ÇEKME, BASMA VE BURULMA YAYLARINDA YAYGIN OLARAK KARŞILAŞILAN PROBLEMLER VE ÇÖZÜM YOLLARI PROBLEMS ENCOUNTERED IN TENSION, COMPRESSION AND TORSION SPRINGS AND THEIR SOLUTIONS

Yrd.Doç.Dr. Hüseyin İMREK
S.Ü. Müh.–Mim. Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü
Arş.Gör. Mehmet BAÐCI
S.Ü. Müh.–Mim. Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü


Özet
Bu çalışma çekme, basma ve burulma yayları ile ilgilidir. Bu yaylarda sık olarak karşılaşılan problemlerin neler olduğu, nasıl çözüleceği hususu üzerinde durulmuştur.

Bu çalışmada belirtilen hususlar yay ve enerji depolama teknolojisinin karmaşıklığını sergilemektedir. Yeni bir ürün ve makine tasarımında verimliliği artırmak için birçok şeyin bilinmesi gerektiğini anlatmaktadır.

Anahtar kelimeler : Çekme yayları, basma yayları, burulma yayları.

Abstract
This p***ect deals with tension, compression and torsion springs. The concern is on problems, frequently encountered in these springs and how to solve them.

Complexities of springs and energy conservation technology are displayed; In addition, necessity of knowing a lot of things in order to increase efficiency of a new product or machine during designing is explained.

Key words: Tension springs, compression springs, torsion springs.

Yaylarda Yorulma Performansını Arttırma
Güvenirlik birçok yay kullanıcısı için çok önemlidir. Uygun yayın seçilmediği birçok uygulamaya çalışmayacak ya da çok az verimle çalışacaktır. Bu yüzden değişken yükler altında çalışan yayların davranışı üzerine birçok çalışma yapılmıştır.

Eğer bir yay çalışma ömrü içerisinde 10000 çevrimden daha az çalışırsa o zaman çalışma statik kabul edilir. Bu durumda yorulma yayın performansına etki etmez. Çalışma 10000 çevrimden daha fazla ise yorulmanın yay performansına etki ettiği düşünülür ve dizaynda hesaba katılır.

Yayların yorulma performanslarına etki eden başlıca faktörler şunlardır;
1. Çalışma gerilmeleri,
2. Malzeme yüzey kaliteleri,
3. Aşınma.

Yaylar çalışma esnasında iki sabit pozisyon arasında çalışırlar. Bu pozisyonlarda çalışma gerilmesi basitçe hesaplanabilir. Bu değerler çalışma ömrünü tahmin etmek için kullanılabilir. Çalışma ömrünü tayin etmek için Goodman diyagramları kullanılır. Bu diyagramlar yapılan birçok deneyden elde edilen verilere dayanır. Goodman diyagramları kullanılan her bir malzeme tipi için ayrı ayrı elde edilebilir. Goodman diyagramının bir örneği Şekil 1’ de gösterilmiştir. Diyagramda yayın çalışma gerilmeleri gösterilmiştir.



Şekil 1. Goodman diyagramı.
Eğer gerilmeler taralı alan içine düşerse yayın grafiğin temsil ettiği çevrim sayısı kadar çalışabileceği beklenebilir. Genellikle grafikler %95 güvenirliği temsil eder. Yani yayların %95’ inin belirtilen çevrimi rahatlıkla tamamlayacağı söylenebilir.


Şekil 2. Helisel basma yayları.

Malzeme yüzey kaliteleri yay yorulma riskini dikkate alan önemli bir faktördür. Malzemede meydana gelen yorulma çatlakları genellikle malzemenin yüzeyinden yayılır. Bu yüzden daha iyi bir yüzey kalitesi daha iyi bir yorulma performansına karşılık gelir. Yüzey kalitesini arttırmak birçok metotla mümkündür. En popüleri çekiçle dövmedir. Buda yay malzemesinin yüzeyinde küçük taneciklerin yanmasına sebep olacaktır. Çekiçle dövme malzeme üzerinde küçük artık basma gerilmeleri oluşturur. Bu ise yayda oluşabilecek yorulma çatlak ilerleme şansını düşürür ve yayın onun çalışma gerilmesi toleransı artar.

Yaylarda aşınmaya sebep olan birçok unsur vardır. Şekil 2’ de gösterilen bir helisel basma yayı dinamik olarak çalıştığında maksimum sehim, elde edilebilecek maksimum sehimin %85’ ini aşmaması gerekir. Sebebi ise bir helisel basma yayının aktif sarımın da sarımlarından bazılarının aşırı yük altında birbiriyle temas etmesinden dolayı azalmasıdır. Bu durumda sarımların temas yüzeylerinin birbirine değmesi söz konusudur. Bu ise aşınmaya, malzeme kesitinin azalmasına buna bağlı olarak gerilmenin artmasına neden olacaktır. Bu yaylardaki aşınmanın bir başka sebebi de bazı durumlarda yayın bir mil üzerinde veya delik içinde çalışmasıdır.

Eğer yay çalışma esnasında mil ya da deliğin dış yüzeyleri ile temas ederse aşınmalar oluşur ve yayda erken bozulmalar meydana gelir. Özellikle eğer yayın iç çapı aşınırsa bu bölgede çalışma gerilmeleri maksimum olduğundan aşınma daha ciddi sonuçlar doğurur. Sonuç olarak aşınmadan her ne pahasına olursa olsun kaçınılmalıdır.

Mekanik Öngerilme ve Faydaları
Mekanik öngerilme yayın yorulma dayanımını büyük ölçüde arttırır Mesela soğuk çekme karbon çeliğinden üretilen bir basma yayı öngerilme olmaksızın malzeme kopma mukavemetinin ancak %49’ u kadar gerilebilir. Bir yaya mekanik öngerilme verildiğinde boyutsal değişime uğrar. Bu sebepten dolayı yay imalatçıları üretimleri esnasında buna dikkat etmelidir.

Basma yayı için mekanik öngerilme operasyonu izafi olarak basittir. Önce yay sarılır gerilme giderilir ve taşlanır. Yay bir prese veya benzer cihaza yerleştirilir ve maksimum çalışma pozisyonundan daha büyük sabit bir pozisyona veya blokaj durumuna kadar bastırılır. Bu birkaç kez tekrarlanır. Genellikle üçten az olmaz. Yay bu işlem sonunda sarıldığı duruma göre biraz daha kısalabilir. Fakat başlangıçta bu kısalma payı dikkate alınırsa arzu edilen son uzunluğu yakalamak mümkündür.

Mekanik öngerilme aynı zamanda çekme ve burulma yayları içinde yapılabilir.

Ancak çekme yaylarına mekanik öngerilme uygulandığında başlangıç gerilme miktarı biraz azalır. Bu yüzden mekanik öngerilme çekme yaylarında çok fazla uygulanmaz.

Burulma yaylarına mekanik öngerilme vermek için özel kalibreler gereklidir. Mekanik öngerilme gerçekleştirildiğinde sarım sayısı biraz artar. Bir yay üzerinde mekanik öngerilme uygulamak ek bir işlemdir ve sonuç olarak yayın birim maliyetini artıracaktır.

Helisel Konik Basma Yaylarının Kullanımı
Bu yaylar, kullanım alanının sınırlı olduğu yerlerde ve lineer olmayan bir yük – deformasyon oranının gerekli olduğu uygulamalarda kullanılır. Lineer olmayan bu oran yayın sarım şekliyle alakalıdır. Bu yaylarda yay deformasyona uğradığında sarımlar birbirine temas ederler.

En büyük sarım en dıştadır. Yay üzerine yük uygulandığında üzerlerinde maksimum gerilme oluşan büyük sarımlar küçük sarımlardan daha önce temasa başlarlar. Şekil 3’ te görüldüğü gibi aktif sarım sayısını azaltır. Bu durumda kuvvet karşısında yayın deformasyonu artar.


Şekil 3. Konik yaylarda çalışma durumu.

Konik yaylar sarılış tarzları gereği kuvvet karşısında deformasyona uğradıklarında sarımlar birbiri içerisine geçer. Şekil 4’ te gösterildiği gibi maksimum deformasyon durumunda yayın boyu tek bir tel çapı yüksekliğine düşer. Bu özelliğinden dolayı yer sıkıntısı olduğunda bu yaylar çok kullanışlıdır. Ancak konik yayların dizaynı ve üretimi zordur ve pahalıdırlar. Bu yüzden endüstride yaygın olarak kullanılmazlar.


Şekil 4. Konik yaylardaki maksimum deformasyon.

Seri Montajlı Helisel Yayların Faydaları
Eş merkezli ve seri monte edilmiş bu yaylar dizayncılara sınırlı bir alanda daha fazla yük taşıma imkanı tanır. Böylece seri montajla bir yayın taşıyabileceği yükten daha büyük bir yük taşınabilir.

Seri montajlı yaylar burkulma riskini azaltmanın yanında daha az yüksekliğe sahip yay oluşturma imkânı da verir.
Seri montajlı yayların dizaynında yayların birbirine çok yakın olduğu ve farklı yönlerde sarılması gerektiği unutulmamalıdır. Bu hususlar dikkate alınmaz ise düzgün bir çalışma sağlanamaz ve yaylar birbiri içine girebilir. Bu yaylar yüksek yük ve çok iyi yorulma ömrü gerektiren ve özellikle sınırlı çalışma alanlarına sahip yerlerde yaygın olarak kullanılırlar. Bu yayların dizaynında şu hususlar dikkate alınır.
 Her iki yayda oluşan gerilme değerleri eşit olmalıdır.
 Her iki yayın deformasyon miktarı eşit olmalıdır.
 Her iki yayın blokaj uzunlukları eşit olmalıdır.

Çekme Yaylarında Öngerilme ve Kopma
Öngerilme, bir çekme yayının sarımlarını bir arada tutan gerilmedir. Şekil 5’ te verilen bir çekme yayına kuvvet uygulandığında yayın herhangi bir deformasyon değeri verebilmesi için bu kuvvetin başlangıç gerilimini aşması gerekir. Bu durum Şekil 6’ da verilmiştir.



Şekil 5. Helisel çekme yayları.


Şekil 6. Çekme yayı karakteristik eğrisi.

Yük – deformasyon eğrisinin başlangıç kısmı yayın ucundaki halkaların uzadığını ve öngerilmenin sabit olmadığını bazı sarımların aktif olduğunu gösterir.

Öngerilmenin değeri ortalama sarım çapı ve tel çapı arasındaki ilişkiye, malzemenin mukavemetine ve üretim prosesine bağlıdır. Öngerilme için tavsiye edilen değerler vardır. Bu değerlerin dışına çıkıldığında daha büyük üretim toleranslarına gerek duyulur.

Öngerilmeleri yüksek olan yaylar dizayn edilir ancak bu yaylarda F/  oranı düşük değerlerdedir. Yük–deformasyon değişimi hemen hemen sabittir. Elektrik siviçleri gibi bazı uygulamalarda bu tarz yaylar kullanılır. Bazı uygulamalarda yay üzerinde öngerilme değeri istenilmez. Bu durumda yay hafif düzeyde sarıma ihtiyaç duyar. O zaman çeki yayı, bası yayı gibi lineer bir yay grafiği verecektir.
Çekme yaylarındaki kopmanın en sık karşılaşıldığı yer yayın uç kısmındaki dairesel şekilli büküm yeridir. Bu kısım yayın kancası ile kütlesinin birleştiği yerdir. Bu bölgedeki kırılmanın bir sebebi buralara şekil verilirken kaçınılmaz olarak oluşan küçük işleme izleridir. Bu işleme izleri gerilme yığılmalarına yani gerilme artışlarına sebep olur.Bu gerilme artışları bu noktada yayın kırılması ihtimalini artırır.

Çekme yaylarının bir diğer kırılma sebebi bu kısımların oldukça küçük radyuslarla şekillendirilmeleridir. Yine bu küçük radyuslar gerilme artışı oluşturacak ve kırılmaya sebep olabilecektir. Şekil 7’ de görüldüğü gibi farklı tiplerdeki uç kıvrım şekilleri farklı yorulma performansları verecektir. Bu kırılmalara çözüm olarak büküm ile yay gövdesi arasındaki geçiş radyusunun yaklaşık gövde radyusu ile eşit değerde olması tavsiye edilir. Bir başka çözümde Şekil 8’ de gösterilen yayın uç kısmını konikleştirmektir. Bu tip çözüm bu bölgedeki yorulmayı azaltmada çok etkilidir.


Şekil 7. Çekme yayı uç kıvrım şekilleri.


Şekil 8. Çekme yaylarının konikleştirilmiş uç kısmı.

Eğer bir çeki yayı dinamik zorlanmaya maruz ise çekme yaylarının basma yaylarındaki yorulma performansından yaklaşık %20 daha az olduğu dikkate alınmalıdır.

Burulma Yaylarında Dikkat Edilecek Hususlar
Taşıt marşları kapı mekanizmaları gibi yerlerde kullanılan ve kangal yay olarak da bilinen ve Şekil 9’ da gösterilen burulma yaylarının çalışma tarzı basma ve çekme yaylarından farklıdır. Basma ve çekme yayları burulmaya zorlanır iken burulma yayları eğilmeye zorlanır. Genellikle küçük dönme hareketleri elde etmek için ve bu şekilde moment iletiminde kullanılır. Burulma yayları her zaman sarım yönünde çalıştırılmalıdır. Şekil 10’ daki gibi eğer bir burulma yayı ters yönde çalıştırılırsa yay büyük deformasyonlara dayanamaz.
Bu yaylar sarım yönünde çalıştırıldığında yayın iç çap değeri azalır ve yay gövdesinin uzunluğu artar. Bu yüzden dizayn esnasında bu durum dikkate alınarak gerekli boşluk bırakılmalıdır. Aksi takdirde yay uygulamanın içine girecektir.


Şekil 9. Helisel burulma yayı.


Şekil 10. Burulma yayı çalışma yönü.

Burulma yaylarında kullanılacağı uygulamaya göre yay bacak şekilleri oluşturulur. Yay bacak tipleri Şekil 10’ da görüldüğü gibi basit şekilli olabildiği gibi Şekil 11’ de görüldüğü gibi kompleks şekilli de olabilir. Kompleks bacak şekilleri kompleks üretim prosesinin gerektirir ve maliyeti arttırır.


Şekil 11. Kompleks şekilli burulma yayı.

Aynı şartlarda sarım yönünde çalıştırılan bir burulma yayındaki tork sarım yönü tersine çalıştırılan bir yaydaki torktan daha büyüktür.

Bu ise yay ve mekanizma içindeki sürtünmeden dolayıdır. Bunu azaltmanın bir yolu burulma yayını hafif bir düzeyde sarmaktır. Ancak burulma yaylarının çalışma prensibi gereği sürtünmeyi tamamen kaldırmak mümkün değildir.


Sonuç
Bu makalede sadece sık kullanılan üç tip yayın kullanımında karşılaşılan problemlerden ve bunlarla ilgili çözüm yollarından bahsedilmiştir. Çalışmanın kısa tutulabilmesi için bu konularda kısa ve öz bir bilgilendirme yoluna gidilmiştir. Burada tartışılmayan birçok yay türü ve problem vardır. Ayrıca burada tartışılan konular derinlemesine değil yüzeysel olarak incelenmiştir.

Görüldüğü gibi bu makalede bahsedilen konular hassas ve önemli konular olup bir uzmanlık gerektirmektedir. Eğer yeterli derecede bir uzmanlık bilgisi yoksa gereksiz ve sonuçsuz tasarımlara ve gereksiz maliyete katlanmamak için bu konuda uzman kişilerden bilgi alınmalıdır. Onların destekleri daha ekonomik ve daha verimli bir sonucu getirecektir.

Kaynakça
1. Akkurt, Mustafa, “Makine Elemanları Cilt 1”, Birsen Yayınevi, İstanbul, 1979.

2. Juvinal, Robert C., Marshek, Kurt M., “Fundamentals of Machine Component Design”, Second Edition, by John Wiley & Sons, Inc., 1991.

3. Shigley, Joseph Edward, “Mechanical Engineering Design”, First Metric Edition, McGraw-Hill, Inc., U.S.A., 1986.

4. Carlson, Harold, “Spring Designer’s Handbook”, Marcel Dekker, Inc., U.S.A., 1978.

5. “Spring Design Manual”, Second Edition AE-21, Prepared Under The Auspices Of The SAE Spring Committee, Society Of Automotive Engineers, Inc., U.S.A., 1996.

6. Drew, Matthew, “What Every Designer Should Know About Springs Part II”, Springs, The International Of Spring Manufacture, A Publication Of The Spring Manufacturers Institute, October 2002, Vol. 41, No. 5.

http://www.metalmakina.com/Print.asp...D=19&ISSUE=154 printer için

Konu: arkadaşlar acil yadıma ihtiyacım var

güzel bir çalışma doğrusu