DİNAMİK ZORLAMAYA MARUZ

MAKİNA ELEMANLARI TASARIMI

HAZIRLAYANLAR

030720503 AHMET BAHAR030820592 ŞEYDA SAATÇI

030820596 ONUR BEŞTEPE

DANIŞMANDOÇ. DR. GÜLTEKİN KARADERE

BURSA 2012

1. YORULMALAR

• Mühendislik alanında kullanılan malzemelerin ömürleri hakkında bilgi sahibi olmak çok önemlidir. İlk akla gelen örnek olarak uçaklar düşünülebilir. Ufak bir cıvatanın uçak seyir halinde iken yorulma dolayısı ile kopmaya maruz kalması çok büyük facialara yol açabilir. Bunu engellemenin yolu cıvatanın, ömrü tükenmeden değiştirilmesidir.

• Makine elemanları genel olarak değişken yüklerin ve gerilmelerin etkisi altındadır. Elemana etki eden yükler statik olsa bile kesitinde meydana gelen gerilmeler değişken olabilir. Örneğin, dönen bir mile etki eden statik yükün oluşturduğu gerilmeler tam değişkendir. Değişken gerilmelerin etkisi altındaki elemanlarda bunların maksimum değerleri değil tekrar sayısı önemlidir. Çevrimsel olarak değişen gerilmeler malzemenin içyapısında bazı yıpranmalara sebep olur. Böylece kopma olayı statik sınırların çok altında meydana gelir. Değişken gerilmelerin etkisi altında malzemenin içyapısındaki değişikliklere yorulma ve elemanın kopuncaya kadar dayandığı süreye de ömür adı verilir. Elemanın ömrü genellikle çevrim sayısı ile tarif edilir.

• Yorulma olayında çatlak genellikle yüzeyde bir pürüzde, bir çentikte, bir çizikte, bir kılcal çatlakta veya ani kesit değişimlerinin olduğu yerlerde başlar. Çatlak teşekkülü için aşağıdaki üç ana faktör gereklidir.

• a) Yeterli derecede yüksek bir çekme gerilmesi (anma gerilmesi),

• b) Uygulanan çevrimsel gerilmenin oldukça geniş değişimi veya dalgalanması,

• c) Uygulanan gerilmenin yeteri kadar büyük tekrarlanma sayısı.

2.MAKİNE ELEMANLARINDA MUKAVEMET HESABI

2.1.Genel hesap Yöntemleri

• Makine elemanlarında mukavemet hesaplarının iki amacı vardır:

1. Bir konstrüksiyonda öngörülen elemanın taşıması, iletmesi gereken kuvveti veya momenti, istenen süre boyunca emniyetli bir şekilde taşıyabilmesi için hangi malzemeden ve hangi boyutlarda imal edilmesi gerektiğinin belirlenmesi

2. İmal edilmiş bir elemanın düşünülen işletme şartları altında hangi kuvvet veya momente emniyet sınırlarını aşmadan, ne kadar süre taşıyabileceğinin belirlenmesi(maksimum zorlanmanın belirlenmesi)’dir.

• Makine elemanlarına fonksiyonlarına göre dışarıdan noktasal bir kuvvet(tekil kuvvet), alana yayılı yük veya çeşitli kütlesek kuvvetler etkiyebilir. Bu kuvvetler elemanın her kesitinde farklı deformasyonlar oluşturur. İç kuvvetler ise bu deformasyona karşı koyarlar. Deformasyona karşı koyan bu iç kuvvetlerin birim alana düşen miktarına gerilme denir. Makine elemanına etkiyen yükler elemanda çeşitli gerilmeler doğurur.

• Çeki Gerilmesi : Elemanın bir ekseni doğrultusunda etkiyen çeki kuvvetlerinin eksene dik kesitte oluşturduğu gerilmedir.

• Bası Gerilmesi : Çeki gerilmesine benzer şekilde elemanın bir ekseni doğrultusunda etkiyen bası kuvvetlerinin eksene dik kesitte oluşturduğu gerilmedir.

• Eğilme Gerilmesi : Kiriş, travers, aks, mil v.b. elemanlarda kesme kuvvetleri eğilme momentleri oluştururlar.

• Burulma Gerilmesi : Bir kiriş, çubuk veya mil iki ucundan karşı yönlere yönelik birer kuvvet çifti ile zorlanıyorsa kuvvet çiftlerinin oluşturduğu momente dik kesitler burulmaya zorlanır.

• Kesme Gerilmesi : Kesme kuvvetleri etkidikleri noktada kesme gerilmesine neden olurlar. İncelenen düzlem içinde bir gerilme olduğunda kesme gerilmesi kayma gerilmesidir.

2.2. Kuvvetin Zamanla Değişimi, Statik Yük, Dinamik

Yük• a)Sürekli artan kuvvet: Numuneye sıfırdan başlayarak kalıcı deformasyon

meydana gelinceye kadar sürekli artan bir kuvvet etki eder. Kuvvet daha da arttırılınca kopma meydana gelir.

• b)Statik kuvvet: Değeri zamanla değişmeyip sabit kalan kuvvetlerdir. Etkiyen kuvvet statik karakterli ise oluşturduğu gerilmenin malzemenin emniyet gerilmesinden küçük olup olmadığı kontrol edilir

• c) Dinamik kuvvet: Değeri zamanla değişen kuvvetlerdir. Makine elemanlarına etkiyen dinamik kuvvetlerde değişme çoğunlukla periyodiktir. Örneğin bir taşıt mili taşının ağırlığı nedeniyle eğilmeye zorlanacaktır. Eğilme momentinin değeri ve yönü sabittir ancak mil döndüğü için milin her bir noktasındaki eğilme gerilmesi maksimum bir bası gerilmesi ile maksimum bir çeki gerilmesi arasında, milin dönme frekansıyla değişen zorlamaya uğrayacaktır.

2.3. Makine Elemanlarında Çentik Ve Büyüklük Etkisi

• Mukavemet hesapları,elemanların basit ve düzgün parçalar oluşundan hareket edilerek kolayca yapılabilir. Malzemelerin mukavemet değerleri de standart düzgün numunelerden elde edilmiştir. Ne var ki gerçek makine parçaları basit silindirler veya prizmalar şeklinde değildir. Örneğin geometrik açıdan en basit eleman diyebileceğimiz mil de bile faturalar, kama yuvaları,çevresel yuvalar, kanallar, yivler, merkezden geçen pim delikleri vs. mevcuttur.

Resimlerde krank biyel kolu (sağda) ve üzerinde kama ve faturalar olan bir iş mişi (aşağıda) gösterilmektedir

• Makine elemanlarında deneylerle elde edilen sonuçlar, yer yer nominal gerilmelerden çok daha büyük gerilmelerin varlığını göstermiştir ki bunun nedeni parçalardaki geometrik düzgünsüzlüklerdir. Çentik genel adıyla tanımlanan bu düzgünsüzlükler, iç çentikler ve dış çentikler olarak ikiye ayrılır.

• İç çentikler malzemenin içindeki boşluklar, atom yerleşim hataları, iç gerilmeler vb. dir. İç çentiklerin etkenliği; malzemenin cinsi, kalitesi ile birlikte literatürde mukavemet değerleri verilirken dikkate alınır.

• Dış çentikler ise konstrüksiyon gereği delikler, yuvalar, kesit değişiklikleri, yüzey pürüzleri vb. gibi parçanın imalatı esnasında oluşan geometrik değişikliklerdir ki hesaplamalarda bunların göz önüne alınması gerekir. Makine elemanlarında anılan çentikler bu tür dış çentiklerdir.

2.7.1 Emniyet Katsayısı

• Tüm hesaplamalarda nominal gerilme değerlerinin malzeme mukavemet değerlerinden küçük olması istenir. Yani mukavemet değeri nominal gerilmenin S katı büyük olmalıdır. Burada S emniyet katsayısıdır. S; mühendislik deneyimlerine bağlı olarak belirlenir. Tecrübesiz mühendis, emniyet katsayısını büyük seçmekle hesapladığı elemanı tehlikeden uzak tuttuğu kanısındadır. Ancak bu sefer de gereksiz büyük boyutlar ortaya çıkabilir ki bu da fazla malzeme kullanılmasına neden olur.

3. DEĞİŞKEN ZORLAMA

• Malzemelere ait Gerilme - Gerimin diyagramlarının elde edilmesi için yapılan çoğu test yönteminde yük yavaşça uygulanır, bu sayede germimin tamamıyla artması için yeterli zaman verilmiş olur.

• Uygulamalarda ise şartlar sıkça değişir. Gerilmeler belirli seviyeler arasında değişir yada diğer bir deyişle "dalgalanır". Mesela dönen bir milin üzerindeki herhangi bir metal kordonu eğilme yüklemesi etkisi altında iken, milin her bir dönüşü neticesinde hem çekme nemde basma zorlanmasına maruz kalırlar. Eğer elektrik motoruna bağlı mil dakikada 1725 devirle dönüyorsa bu lifler her dakika 1725 kez çekme ve basma zorlanmasına maruz kalıyor demektir.

• Sık sık makine elemanlarının tekrarlı veya dalgalı gerilmeler nedeniyle hasara uğradıklarına rastlanmaktadır. Analizler sonucu görülmektedir ki malzemenin gerçekte maruz kaldığı gerilmeler maksimum çekme etkisinin altındadır. Bu hasarlarda dikkati çeken en önemli nokta ise gerilmelerin oldukça büyük sayıda tekrarlanmış olmasıdır. Bu tür hasarlara YORULMA HASARLARI adı verilir.

• Makine parçalan statik yükler altında hasara uğramadan önce yapısal birtakım değişiklere maruz kalırlar. Akma sınırını geçen bir gerilime maruz kalınca parçada plastik şekil değişimleri söz konusu olur. Bu sayede statik gerilmeler nedeniyle oluşan basarlar gizli bir ikaz verirler. Fakat yorulma hasarlarında bu çeşit bir ikaz söz konusu değildir. Bu ikaz çok ani ve de büyüktür, bu yüzden tehlikelidir.

Metallerde Yorulmaya Giriş• Statik yükler sonucu meydana gelen kırılmalar için yapılan deneyde, deney parçamız kırılan ya da plastik deformasyona uğrayana kadar yük uygulanır. Elde edilen bilgi ile oluşturduğumuz ampirik formül ve diyagramlar ile gerçek uygulamalarda gerçeğe yakın sonuçlara ulaşmamızı sağlar. • Ancak bu durum zamanla değişen yükler için böyle değildir. Dönen bir milin dış kısmında ufak bir alanı düşündüğümüzde buradaki gerilmelerin milin dönmesiyle birlikte değiştiğini yada dalgalandığını düşünebiliriz. Bunlar genel ismiyle dinamik gerilmeleri oluşturur. Makine elemanlarında meydana gelen kırılmaların çoğunun bu tekrar eden yada dalgalanan kuvvetlerin oluşturduğunu söyleyebiliriz.

•Statik olarak kırılan bir parçanın kırılmadan önce eğilerek uyarı verdiğini görebiliriz, fakat dinamik gerilmeler uyarı vermez ve bir anda gerçekleşir. Bu yüzden daha tehlikelidir.

Metallerde Yorulmaya Giriş

• Yorulma kırılması gevrek kırılma gibi boyun vermeden ve gerilme yüzüne dik düz bir yüzey oluştursa da aslında gevrek kırılmadan farklı olarak 3 aşamadan oluşmaktadır.

1. Aşamada en zayıf noktada plastik şekil değiştirme ile birkaç mikroçatlak oluşur. Bu çatlaklar bu noktada gözle görülemeyecek seviyededir.

2. aşamada mikroçatlaklar makroçatlaklara genişleyerek siyah, ara ara beyaz dalgalı bir görünüm oluşturur.

3. Aşamada artık malzemede çatlakların oluştuğu kesitte statik yükü kaldıramayacak kesit ani bir kırılma ile beyaz parlak bir görüntü oluşturur. Bu son kırılma gevrek, sünek yada her ikisi şeklinde oluşabilir.

• Çatlakların oluşma hızı ve yönü genel olarak belli bölgede yoğunlaşan gerilmelere bağlı olmakla birlikte burulma ile oluşan yorulmalarda burulma yönü bile çatlakların oluşma formatını değiştirir. Bununla beraber değişken çalışma sıcaklıkları, korozif ortam ve yüksek dönme hızları da çatlağın büyümesini hızlandıran etmenlerdir

Yorulma Ömrü Metodları • Yorulma ömrünü belirlemede 3 yöntem kullanılır. Bu metodlar

belli sabit bir yük altında devir sayısı, N, olarak parçanın kırılma ömrünü tahmin etme girişimleridir. 1 ≤ N ≤ 103 arasındaki devirler düşük devirli yorulma, 103 üstündeki devirlerde yüksek devirli kırılma olarak düşünülebilir.

1. Gerinim-ömür metodu2. Gerilme-ömür yaklaşımı3. Lineer statik kırılma mekaniği metodu1.Gerinim-ömür metodu: Bölgesel olarak detalı bir plastik

deformasyon analizi ile gerilme ve gerinim de hesaba katılarak kalan ömür bulunmaya çalışılınır. Düşük devirli uygulamalarda iyi sonuçlar verir fakat genel olarak yorulmanın doğasını anlamak için kullanılır.

2. Gerilme-Ömür Yaklaşımı • Bu yaklaşımda tekrar eden ve değişen kuvvet ve genliklerde

malzemenin dayanımını ölçme mantığı ile gerçekleşir. Kırılmanın meydana geldiği devir sayısından bir grafik çıkarılır. Bu yorulma deneyleri için kullanılan en yaygın makine R.R.Moore’ un yüksek hızlı çubuk döndürme makinesidir.Eksenel hiçbir kuvvet olmadan sadece eğilme kuvveti altında döndürülür. Bunun dışında burulma kuvvetleri ve dalgalı (değişken) kuvvetler için yorulma testi makineleri de vardır.

Şekil: Moore’ un test parçasının geometrisi

Gerilme ömür yaklaşımı

• Bir malzemenin yorulma dayanımı tablosunu çıkarmak için bir çok deney yapılır. İlk deney malzemenin statik olarak maksimum dayanabileceği yükte yapılır ve kuvvet giderek azaltılır. Kuvvet ve devir olarak çizilen tablo yarı ya da tam logaritmik olarak çizilir.

Şekil:UNS G41300 Çeliğinin S-N diyagramı

Gerilme ömür yaklaşımı

• Bir deney malzemesi ile gerçek bir parça aynı özelliklere sahip olsa bile geometriden dolayı S-N diyagramında farklılıklar olacaktır.

• Bir mühendis açısından yapılan her tasarımda yorulma kontrolü yapmak zorunlu bir durumdur. Ancak gerilme-ömür yaklaşımı ile daha fazla ilerlemek gereksizdir. Çünkü ampirik formülleri yaratmadan önce yorulmanın nasıl oluştuğunu, mekaniğini anlamaya çalışmak daha doğru olacaktır. Önceden de belirttiğimiz gibi bu yaklaşım özellikle düşük hızlarda en başarısız yaklaşımdır. Ancak pratikliği ve hakkında edinilen bilginin niceliği açısından önemlidir.

3.Lineer Elastik Kırılma Mekaniği Metodu

• Yorulma kırılmasının ilk aşaması dışardan görülemeyecek tanecikler arasındaki kaymalar ve dislokasyonlar ile yerleşir. Çatlağın ilerlemeye başladığı 2. aşamada çatlak elektron mikroskobu ile gözlenebilecek seviyeye gelir. Son kırılmada 3. aşamada olur.

Çatlak Büyümesi• gerilme dağılımı veren formül ise ve bizim gerilmemiz σmax

ve σmin arasında dalgalanıyorsa;

• formülü bize her çevirmdeki yük yoğunluğunu verecektir. β - Yük yoğunluğu modifikasyon faktörü a – Çatlak boyu

Şekil : Farklı genliklerde çatlağın büyümesi

Dayanıklılık Limiti• Yorulma testleri ile dayanıklılık sınırının

bulunması artık rutin ancak uzun bir prosedürdür. Ancak prototip tasarımı ve bazı yorulma analizlerinde dayanıklılık limitini hızlı bir şekilde tahmin edebileceğimiz bir metot gereklidir. Grafik 1450 Mpa (210 kpsi)’a kadar dayanıklılık sınırını, gerilme mukavemetinin %40 ila %60’ı arasında seyrettiğini gösteriyor. Gerilme mukavemeti 1450 Mpa (210 kpsi) ‘ın üstüne çıktığında dağılımın arttığını ancak dayanıklılık limitinin 700 Mpa (105 kpsi)’ da belli bir standart sapma ile devam ettiğini görüyoruz.

Dayanıklılık Limiti

Şekil: Gerilme mukavemeti-Dayanıklılık limiti gerilme testi sonuçları

Dayanıklılık Limiti Faktörleri• Deneysel olarak bulunan dayanıklılık limitinin (Se

’) kontrollü bir ortamda yapılmasından dolayı gerçek bir dayanıklılık limitine yaklaşması için (Se) malzemeye, çevreye, yüzey kalitesine ve tasarıma bağlı olarak ampirik katsayılar eklenir. Yani ;

İse; • ka – yüzey kalitesi faktörü;

• kb – boyut faktörü;

• kc – yük faktörü;

• kd – sıcaklık faktörü;

• ke – güvenlik faktörü;

• kf – diğer faktörler

Diğer Etkenler Korozyon

Korozif ortamlarda çalışırken parçanın yorulma limiti yoktur. Her an yorulma kırılması gerçekleşebilir. Yapılması gereken aşağıdaki faktörler göz önüne alınarak korozif etkiyi en aza indirmeye çalışmaktır.

• Statik gerilim • Dinamik gerilim • Elektrolit yoğunluğu • Malzeme özellikleri • Sıcaklık • Devir frekansı • Parça üstündeki sıvı akış miktarı • Bölgesel çatlaklar

Kaplamalar • Krom, nikel ve kadmiyum gibi metal kaplamalar ile dayanıklılık

limit % 50 ‘ye kadar düşebilir. Öyle ki bazen kaplama işlemini iptal etmek gerekebilir. Çinko kaplamanın yorulma dayanımına etkisi yoktur. Düşük alaşımlı çeliklerde oksidasyon eğilme için dayanıklılık limitini % 39’a kadar düşürürken burulmada bir etkisi yoktur.

Metal Boyama • Yüzey boyama ile kalitesini düşürerek çatlak oluşumuna

sebebiyet verileribilir. Bu da % 14 ‘e yorulma dayanımını düşürür.

Devir Frekansı • Her ne kadar yorulma ömrü zamandan bağımsız düşünülse de

frekansa bağlı bir hale gelebilir. Normal koşullarda olmasa bile yüksek korozyon ve sıcaklıklarda frekans önem kazanır. Yüksek sıcaklıklarda frekans ne kadar düşükse çatlağın ilerlemesi o kadar artar, ömür de bağlı olarak azalır.

Özel Yüzey İşlemleri • Yüzey tabakasının özelliklerinin parçanın yorulma dayanımı üzerine önemli

etkileri vardır. Oysa bu etkilerin statik dayanıma etkisi olmamaktadır. Bu nedenle yüzey işlemlerinin kullanılması ile önemli ölçüde yorulma dayanımının artırımı söz konusu olmaktadır. Yüzey bölgesinin mukavemetinin artması ve yüzeyde kalıcı bası gerilmelerinin oluşturulmasına çalışılmaktadır.

Malzeme Kaybına Neden Olan Yorulma • Oyulma ile sonuçlanan korozyon olayı sıkıca birbirine tutturulmuş parça

veya yapıların mikroskobik hareketleri neticesinde oluşmaktadır. Cıvatalı bağlantılar, yatak kafes-göbek arasındaki bölge, tekerlek göbeği (dişli göbeği) gibi sıkıca bağlanmış 8birleştirilmiş) makine parçaları bunlara örnektir. Bu işlemler yüzeyde deformasyona, pitting oluşumuna ve sonuçta yorulmaya neden olmaktadırlar. Korozyon faktörü ke temas eden parçaların malzemelerine bağlıdır ve 0.24 ila 0.90 arasında değişir.

Yorulma Kırılması Sebepleri

• Mikroskobik muayeneler köşe ve kenarların gerilim etkilerinin,bölgesel olarak metal taneleri arasında olduğunu kanıtlamıştır.Gerilim arttırma etkisi deformasyona uğramış taneler üzerinde üstünlük sağlar, yer değiştirme ve tel tel kırılma görülecektir.Bütün araştırmacılar aynı fikirdedir.Gerilim arttırıcı etkileri yükseltmek, çatlağın ilerlemesini hızlandırır.HEMPEL'e göre ilerlemenin hızı çatlak derinliğinin karesi ile orantılıdır.Çatlak çok derin olduğunda geri kalan kesim yüklü taşımaya devam edemediğinden aniden kırılma olur.

• Yorulma kırılması yüzeyinin iki çeşit görünümü vardır:

Şekil: Yorulma kırılmasının genel görünümü

• a- Malzemede,köşelerde,keskin kenarlarda çentikle başlayan kırılma yüzeyi,iş parçasının dış yüzeyinden içine işleyen harici kirlilikler ve havanın oksijeni ile renklenir, siyahlanır , karşı yüzeyler aşınır tanelerin parlaklığı gider.

• b- Statik test makinesinde kırılan deney numunelerinde kırılma yüzeyinin geri kalan kesimi parlaktır çünkü ayılma aniden oluşur.

• Eğme gerilmesi altında yorulma ayrılması ilerlemesi açık ve görünür biçimde ağaç gövdesindeki halkalar gibi adım adım gider. Sonuç olarak yorulma kırılması ve kırılmanın alanlarının (yorulma ayrılmasının olduğu bölge ve aniden kopmaya uğrayan bölge) oranı, geri kalan kısmın yetmezliğinden dolayıdır ve bu durum gerilimin göstergesidir. Mesela daha büyük yorulma kırılması alanı düşük gerilme demektir.

• Tersine eğme gerilmesi altında halkalar her iki tarafta görülür. Test numunelerinde gerilim verildikçe bu durum değişir ve yüzeydeki final kırılma geri kalan ortadaki kesimde eğriler şeklinde tabakalar halinde görülür.

YORULMAYA KARŞI MAKİNE TASARIMI

Yorulmanın Önlenmesinde Tasarımın Önemi • Gerilme yığılmalarının ve yorulma dayanımını etkileyen

değişik genlik yükleri, bileşik statik ve dinamik yükler gibi diğer pek çok faktörün hesaba katılmasının gerekliliğinden dolayı parçaların yorulma kırılmasını önlemek için gerekli mühendislik tasarımı temel statik mukavemet tasarımından daha karmaşık bir işlem olarak karşımıza çıkar. Bu açıdan tasarımda etkili olan faktörlerin çokluğu nedeniyle konumun etraflıca araştırılması zor unludur. Bir tasarımcının tasarım aşamasında yorulma nedeniyle oluşacak kırılmalara engel olabilmek için aşağıda ki başlıklar altında önem sırasına göre verilen faktörlere uyması zorunludur.

4.1. Malzeme Seçimi • İşletme sırasında dalgalı yüklere maruz

parçalar için malzeme seçimi yorulma dayanımına göre yapılmalıdır.

• Çekme ve yorulma dayanımı arasındaki yakın ilgiden dolayı çekme gerilmesinin seçimi kesin ölçü için yeterli kriter olmaktadır.

• Küçük çentikli numunelerle yapılan yorulma testi sonucunda çekme dayanımının artmasıyla yorulma dayanımı da genellikle az bir miktar artar.

• Düz numunelerin yorulma dayanımında dövülmüş veya dökülmüş olandan daha yüksektir.

• Çok defa titreşim sonucunda oluşan yorulma kırılmalarını önlemek için yüksek sönümleme kapasitesine sahip malzeme kullanımı faydalı olacaktır.

• Bu nedenle malzemede yapılacak bir değişiklikten önce ilk olarak tasarımdaki, montajdaki veya işletme sırasındaki yanlış kullanmadan doğabilecek hatalar dikkate alınmalıdır.

4.2. Parça Tasarımı • Büyük bir çoğunluğu işletme sırasında meydana

gelen yorulma kırılmaları parça tasarımındaki iyileştirme ile önlenebilmektedir, bu konunun sürekli tekrarlanmasına rağmen pratikte iyi bir şekilde parça tasarımını sağlamak kolay değildir.

• Ana parçaların tasarım ayrıntısı gerilme dağılmasına göre tayin edilir. Karmaşık şekildeki parçalar için deneysel gerilme analizi çoğunlukla usandırıcı ve çok masraflı olduğundan eldeki teorik çözümlere güvenilmektedir.

• Bütün yapı elemanlarının çap değişimi olan yerlerinde veya elemanların birleşme yerlerinde yuvarlak kavisler kullanılarak keskin köşe ve kenarlardan kaçınmalıdır.

• Ayrıca delikler ve ikincil bağlantılardan kaçınılmalı, zorunluluk halinde bunlara başvurulmalı ve bu durumlarda da düşük gerilme bölgesinde çalışılmalıdır.

• Kaynak bağlantılarında mümkün olduğunca alın kaynağı kullanılmalıdır. Çünkü alın kaynağı yorulmaya karşı bindirme kaynağından daha dayanıklıdır.

• Parçaların tasarımı büyük bir dikkatle yapılsa bile gözden kaçan zayıf noktalar veya fazla tahmin edilen yorulma dayanımı yüzünden tasarım kontrolü sırasında yapıdaki kritik unsurların (kısımların) yorulma testlerinin yayılması çok daha faydalıdır.

• Bu şartlarda yorulma testi izlenerek kritik kısım istenen yorulma dayanımına erişinceye kadar tasarımda düzeltmeler (yenilikler) yapılarak işleme devam edilir.

4.3. Yorulma Dayanımı Tahmini • Ana parçaların en güvenilir şekilde yorulma

dayanımı tahmini, hakiki parçaların yorulma testi sonuçlarından elde edilir. Fakat başlangıç olarak tasarım kademesinde bu gibi bilgiler genellikle mevcut değildir ve yorulma dayanımı laboratuar numunelerinden elde edilen yorulma verilerine göre tahmin edilmek zorundadır.

• Boyut ve gerilme yığılmaları için kabul en önemli faktördür ve doğru olarak yapılması çok zordur.

• Tecrübi çalışmaların büyük çalışmaların büyük bir çoğunluğu gerilme yığılmaları etkisinde yapılmaktadır. Fakat boyutların büyümesiyle yorulma dayanımındaki azalmadan dolayı bu sonuçlar doğrudan tasarım problemlerine uygulanamaz.

4.4. Yorulmaya Karşı Tasarım Prensipleri • Sonsuz Ömür Tasarımı : Uygulanan gerilme

malzeme için tespit edilen yorulma limitinin altında uygulanması sonucu bu durum söz konusu olur.

• Güvenli Ömür Tasarımı : Bu elemanlar belirli bir ömre göre tasarım edilirler. Ancak bu ömür süresince de sıfır hasar esas alınır. Bu yaklaşım büyük emniyet katsayılarını gerektirir ve yaygın kullanım alanına sahiptir. Bu ömre göre tasarım edilen yapılara örnek olarak köprüler ve binalar verilebilir.

• Emniyetli Hasar Tasarımı : Bu yaklaşım ise daha ziyade uçak ve uzay yapıları için geliştirilmiştir. Burada amaç can güvenliğinden herhangi bir ödün vermeksizin yüksek emniyet katsayılarından kaynaklanan ekstra ağırlıklardan kaçınmaktır.

• Hasara Toleranslı Tasarım : Bu yaklaşımla bir adım daha ileri gidilerek, gerek üretimden gerekse kullanım esnasında yorulma sonucu oluşan çatlakları göz önüne alarak ve kırılma mekaniğinin prensiplerini kullanarak çatlakların periyodik kontroller sonucu tespit edilmelerinden önce çatlağın hasara neden olacağını esas alır. (basınçlı kaplar)

• Deneysel Çalışmalar : Bu çalışmada dizel otomobil motorlarının mazot pompalarında kullanılan mazot pompa milinin kullanılması ele alınmıştır. Otomobil mazot pompalarında çok yaygın olarak kullanılan bu miller sürekli çalışmaları sonucunda ani kırılmalara uğramaktadır.

• Bu millerin işlenebilirliği kolay olması için içerinse belli oranda kurşun ilave edilir. Daha sonra ısıl işlem uygulanarak mekaniksel özellikleri iyileştirilir.

Dizel motor pompa milinin kırılmış komple hali

Kırık Yüzey Resimleri

Kırık yüzeyin çatlak başlangıç noktasının Optik mikroskop ile 5x ve 20x olarak çekilmiş görüntüleri

ÖRNEK PROBLEMLER

SORU 1 :

Çeliğin sertliği 1050 HR olarak kabul edilirse ;

a) devirde döner yorulma dayanıklılık sınırını, (= ?)

b) yüzeyi parlatılmış bir döner yorulma testine tabi

tutulacak numune de çevrim için tam değişken

yüklemeyi,

c) 55 kpsi tam değişken yüklemede ömrü bulunuz.

CEVAP:(a)

tablo’dan = 90 kpsi (ultimate tensile stress) maksimum çekme gerilmesi = 0.5 (90) = 45 kpsi

b)

103 -106 için f (yorulma dayanımı değeri) grafiği

= 90 kpsi için grafiktenden f = 0.86 bulunur.

a = = 133.1 kpsi

b = - log ( ) = - 0.0785

= 133.1 = 64.6 kpsi

N = = 77500 çevrim

• Bunların sadece birer tahmin olduklarını

unutmayalım. Gerçekle karşılaştırıldığında

sonuçlar biraz yanıltıcıdır.

SORU 2: Şekildeki mil A ve D yüzeylerinden bilyeli rulmanlar ile yataklanmış ve F kuvveti ile yüklenmiştir. %99.9 güvenilirlik için milin çevrim ömrünü hesaplayınız. (Sut=690 MPa, mil yüzeyi takım tezgahları kullanılarak islenmiştir.)

= 0.5 (690) = 345 MPa

= a = 4.51 = 0,798

= 1,24 = 1,24 x= 0,858

= 1 (Eğilmeye mağruz)

= 1 (Çalışma sıcaklığı ile ilgili bilgi yok. Oda

şartları temel alındı)

= 0,753 (Güvenilirlik %99,9)

Çentik faktörü için, kritik kesitin bilinmesi

gerekmektedir. Bu örnekte B kesiti kritik kesittir.

Bu kesitte, = = 1,1875 ve = = 0,09375 için =

1,65 q=0.82 (r=3 mm için tablodan) sonuç

olarak

= 1+q() = 1+0,82() = 1,53

= O halde;

= x 347,8 MPa = 117,2 MPa

B kesitinde meydana gelen tam değişken gerilmeyi

bulmak için,

= 250mm x = 695 Nm

= = = 216MPa

Bu değer parçanın yorulma değerinden daha

yüksektir. Bu durumda sonlu bir ömrü olacaktır.

Bu çevrim sayısını bulmak için;

a = = = 2914,3

b = - log = -0,2326

Bu durumda,

N = = 72189 çevrim

DİNLEDİĞİNİZ İÇİN

TEŞEKKÜR EDERİZ...