mm 304-yağlama ve kaymalı yataklar
Transkript
mm 304-yağlama ve kaymalı yataklar
13 YAĞLAMA VE KAYMALI YATAKLAR İzafi hareket ederek kuvvet ileten parçalar arasında sürtünme ve buna bağlı olaraktan aşınma ve ısı açığa çıkar ki buda güç kaybına neden olur. Aşınma ve açığa çıkan ısıyı dolayısıyla güç kaybını azaltmak için izafi hareket eden parçalar arasına yağlayıcı maddeler konur. Bu makina tasarımında çok rastlanan durumlardan birisidir. Yağlayıcı maddelerin yağlama özelliğini belirleyen en önemli özellikleri viskozite ve ıslatma kabiliyetleridir. Yağların birde fiziksel özellikleri mevcut olup onlar; ısıl özellikleri, katılaşma noktası, alevlenme noktası, yanma noktası, oksitlenmesi, yoğunluğu, gibi birçok özelliktir. 13.1 YAG ÇEŞİTLERİ Kaymalı yataklar kuvvet iletiminde çok kullanılan makine parçaları olup bir birine göre izafi hareket ederler ve sürtünmeyi dolayısıyla de aşınmayı izafi hareket eden parçalar arasına konan katı, sıvı ya da gaz yağlayıcılar sayesinde azaltırlar. Yağlayıcı olarak genelde akışkan yağlayıcılar kullanılmakla beraber, bazı koşullarda teflon, karbon, molibden disülfit gibi katı ve basınçlı hava gibi gaz yağlayıcılarda kullanılır. Genelde hareketli makina parçalarının yağlanmasında sıvı yağlar kullanılmaktadır. Modern yağlar içerilerine bir ya da birden fazla katkı maddesi katılarak düşük sıcaklıklarda akıcı hale getirilmişlerdir. 13.1.1 KATI YAĞLAYICILAR Katı yağlar yalnız başlarına toz ya da plaka şeklinde kullanıldıkları gibi bazı durumlarda sıvı ya da greslerle karıştırılarak da kullanılabilirler. Örneğin; karbon küçük plakalar halinde tek basına 500oC ye varan ortamlarda yağlayıcı olarak kullanılmaktadır. Polimerler de katı yağlayıcı olarak kullanılmakta olup bazı makine parçaları direk olarak polimerlerden (en çok kullanılanı teflon dur) imal edilirler. 13.1.2 YARI KATI (GRESLER) YAĞLAYICILAR Yarı katı yağlayıcılar sıvı yağlara katılan bir ya da birden fazla katkı maddesi ile elde edilirler ve oda sıcaklığında krem kıvamında bulunurlar. Gresler kullanılan katkı maddesine göre kalsiyum gresi, lityum gresi ve sodyum gresi gibi isimlerle anılırlar, düşük, orta hızla dönen yük taşıyan yatakların ve makine parçalarının yağlanmasında kullanılırlar. Genelde gresler 100oC sıcaklığa kadar kullanılırlar. 13.1.3 SIVI YARĞLAYICILAR Sıvı yağlayıcılar organik (hayvansal ve bitkisel) yağlar, madensel (mineral) yağlar ve sentetik yağlar olmak üzere üç grupta toplanabilir. 1 13.1.3.1 ORGANİK YAĞLAYICILAR Organik yağlar çok pahalı ve aynı zamanda içerisinde taşıdığı asitler nedeniyle korozyona sebebiyet verdiğinden endüstride hemen hemen hiç kullanılmazlar. Ayrıca bu yağların kullanma ömürleri de çok azdır. Bazı örnekler; mafsal ve kemik yağı hayvansal yağlara örnek olup, zeytin yağı, fındık yağı, hint yağı gibi yağlarda bitkisel yağlara örnektir. 13.1.3.2 SENTETİK YAĞLAYICILAR Sentetik yağlar tamamen kimyasal yollarla elde edilen pahalı ve kaliteli yağlar olup, endüstride çokça kullanılmaktadır. Özellikle son yıllarda tasarlanan yüksek performanslı motorlarda tercih edilmektedirler. Bu yağlar aynı zamanda madeni yağların yağlama özelliklerini de artırmak için katkı maddesi olarak da kullanılmaktadırlar. Bu yağların sıcaklığa karşı dayanımı, oksitlenmeye karşı dirençleri, tutuşma sıcaklığı, sıcaklık viskozite değişimi ve kullanıldığı sıcaklık aralığı yüksektir. 13.1.3.3 MADENSEL SIVI YAĞLAR Bu yağlar endüstride kullanılan ve minerallerden (petrolden) damıtılarak elde edilmiş yağlardır. Bu yağların temel bileşeni hidrokarbonlardır. Ham petrolün yapısına göre parafin, naften ve her ikisinin karışımı şeklindedirler. Sıvı yağlar aşağıdaki genel özelliklere sahiptir: 1. Viskozitesi sıcaklıkla azalır. 2. Viskoz yapıları nedeniyle yüksek hızlarda yağ filmimim direnci iyidir ve yük taşıyabilirler. 3. Yüksek sıcaklıklarda dahi oksitlenmeye (korozyona) karşı metalleri korurlar. 4. Hareketsiz ve hareketli parçalar üzerine yapışması en az düzeydedir. 5. Yük altındaki iki parça arasındaki küçük boşluklara sızarak sürtünmeyi ve aşınmayı azaltır. 6. Yağlanan yüzeyleri temizler 7. Hareket eden parçaları soğutur. 8. Akıcı olması nedeniyle kolay depolanabilir ve ucuza üretilebilir. 13.1.4 GAZ YAĞLAYICILAR Gaz yağlayıcılar hızın yüksek ve taşınan yükün az olduğu makine parçalarında kullanılırlar. Aynı zamanda gıda sektöründe de kullanma alanı bulmaktadır. Gaz yağlayıcılarda sürtünme en düşük düzeyde olup, buna bağlı olarak da ısınma en düşük düzeydedir. Genelde hava, 2 hidrojenn ve azot gaaz yağlayıcı olarak kulllanılmakta olup, o diğer gazlarda g uyygulama alan nına bağlı olarak kullanıılabilir. 13.2 K KAYMALII YATAK ÇEŞİTLER Rİ Bir binee karşı izafi hareket edeen, kuvvet yyönünde harreket etmey yen ve bu haareketler sırrasında her iki eeleman arassında oluşan n yağ filmi ssayesinde en n az sürtünm me kaybı olluşturarak kuvvetin k iletiminni temin eden makina parçalarıdır. Dönerek haareket ileten n parçalarınn yataklanmasında kullanılan yataklar kaymalı ya atak, doğruusal hareket ileten parçaaların yatakklanmasındaa kullanılan yataklar kızak olaraak adlandırıllır. Bu konuu altında saddece kaymaalı yataklar incelenecek k olup, iki çeşit kaymallı yatak mev vcuttur. 1. R Radyal kayymalı Yatak k: Silindir şeeklinde tasaarlanmış olu up, radyal yöönde gelen kkuvvetleri karşılarlar k (rradyal yöndde hareket yoktur). y 2. E Eksenel kayymalı yatak k: Bunlar geenelde düz yataklar y olu up, şaft yataağa radyal yönde y m monte edilm miş olup, saadece şaft dooğrultusund da gelen yük kleri alır. Şekil 133.1 de görülldüğü üzere, radyal ve eexsenel kay ymalı yatakllara en güzeel örnek mo otor krank şaaftının yatakklarıdır. Bu urada krank şaftı (mili) iki yatakla yataklanmıış olup, bu yataklar y hem raddyal yükleri hem de ekssenel yüklerri karşılamaaktadırlar. Şekilde görüldüğü gibi krank şaftı ş silindirri üzerindek ki yataklar radyal r kaym malı yatakla ar olarak adlandırrılır ve sadeece radyal yöndeki y kuvvvetlere karşşı yataklamaa yaparken,, krank şaftıı silindiriinin yan taraafındaki yattaklar eksen nel kaymalı yataklar ollarak adlanddırılır ve sad dece eksenel yöndeki kuuvvetlere kaarşı yataklam ma yaparlarr. Kullanma yerlerine bbağlı olarak radyal yataklarr tek parça imal i edildik kleri gibi, ikki yarım halk ka şeklinde de imal ediilirler. Bazı durumlaarda exseneel yataklar laa radyal yattaklar tek biir parça olarrak da imal edilmişlerd dir. 3 Şek kil 13.1 13.3 Krank Şaaftının Rady yal ve Ekseenel Yataklları Y YAĞLAMA A ÇEŞİTL LERİ Şekil 133.2 de görülldüğü gibi, hareket h edenn parçaların n bir birine olan konum muna göre üç ü çeşit yağlamaa şekli mevccuttur. 1. H Hidrodinam mik Yağlam ma (Sıvı Sürrtünmesi): Burada B bir birine b karşı izafi hareket eden iiki parça Şeekil 13.2a da görüldüğüü gibi bir yaağlayıcı elem man yardım mı ile birindeen ttamamen ayyrılmıştır. Metal M - metaal teması söz konusu ollmayıp, sürttünme sadecce sıvı m moleküllerii arasında olluşan kaym ma kuvvetind den ibarettirr. Burada raadyal kuvvet her iki yyüzeyi bir birine b yaklaştırmaya çaalışırken izaafi hareket sonucunda ssıvıda oluşan n basınç bbunu dengeeler. Yüzey sürtünmesi sadece yağ ğlayıcı içind de oluşur ve aşınma meeydana ggelmez. Tippik yağ film mi kalınlığı een düşük no oktada 0.008 8 ila 0.02 m mm olup, tipik ssürtünme kaatsayısı ise 0.002 ila 0..01 aralığınd da değişken nlik gösterirr. 4 2. K Karışık Yağğlama (Yarı Sıvı Sürtü ünmesi): Bu u durumda Şekil 13.2bb de görüldü üğü gibi ççok az bölggelerde metaal-metal tem ması olmakla beraber kıısmen hidroodinamik yyağlamada söz konusu udur. Böylee bir yatak taasarımında yüzey temaası son derecce az oolup, yüzeyy aşınması da d az olur. B Böyle bir yaatakta tipik sürtünme s kaatsayısı 0.00 04 ila 00.1 arasındaa değişkenliik gösterir. 3. S Sınır Yağlaaması: Buraada bir birinne karşı izaffi hareket ed den iki parçaa bir birine ttamamen deeğmektedir.. Bazı yağ zzerrecikleri ancak yüzey pürüzlüklleri arasına sıkışmış oolup, sürtünnmeyi ve aşınmayı az dda olsa azalttır. Böyle biir yatakta tiipik sürtünm me kkatsayısı 0.05 ila 0.2 arrasında değğişkenlik gösterir. Şekil 13.2 Üç Temel Yağlama Ç Çeşidi (Yüzzeyler Oldu ukça Büyüttülmüştür)) Buradann da anlaşılaacağı üzere en iyi yağlaama şekli hidrodinamik h k yağlamaddır. Hidrodiinamik yağllama hidrosttatik yağlam ma şeklinde de yapılabiilmektedir. Yüksek bassınçlı yağ, su veya hava kullanılarak k k kaymalı yaatakta bulun nan iki parça izafi bir hhareket olmaasa bile bir birinnden ayrılabbilir. Bu tip yağlamalarr çök pahalı olup özel durumlar d içiin tasarlanab bilirler. 13.4 H HIDRODİN NAMİK YA AĞLAMA ANIN BASİT TEMELLERİ Şekil 133.3 de tipik bir kaymalıı yatak örneeği görülmektedir. Buraada yatak m muyludan ço ok az büyük tasarlanmış ve aradaki boşluk b ise yyağ ile doldu urulmuştur.. Yağ uygunn bir yerden n yatağı ma görevinii yaptıktan ssonra yatağın sürekli oolarak besleemekte ve iççeriye girenn yağ yağlam kenarlarrından sızarrak yatağı teerk etmekte dir. Mil (muuylu) yatak içerisinde belli b bir açıssal hız ile saaat yönündee dönerek yaatak zarfı ile muylu arasındaa oluşan izaafi hız ve yaatak boşluğuunun dönmee yönünde daralması d yüük taşıyıcı yağ y filmininn oluşmasını sağlar. Ay ynı anda muuylu yatak iççinde sağa doğru d kayarrak eksantriik bir konum almasına vee en ince yaağ filminin ooluşmasını neden n olur (Şekil ( 13.3bb). Hareketiin devamı ile muylu sanki s yatağıın iç kısmınna tırmanıyo ormuş gibi olur o ve bu du durum sınır tabaka t yağlamaasını oluşturur. Harekeetin devamı ve hızlanm ması ile sıvı sürtünme s şaartları oluşu ur ve muylu hhareket yönüünde sol tarrafa doğru kkayarak eksantrik (e) biir konum allır. Bu durum mda yağ filmi kaalınlığı ho deeğerine ulaşşarak yüzeyyleri bir birin nden uzaklaaştırır ve ayn ynı anda da muyluya m gelen raadyal yükü karşılayacak k k basınç değğerine ulaşıır (Şekil 13.3c). 5 Şek kil 13.3 Kaaymalı Yattak Yağlam ması Muylunnun yatak içinde harekeete başlayıp son hızına ulaşıncaya kadar üç aşşamalı bir yağlama söz konnusudur. Bu hareketler sırasında süürtünme katsayısının deeğişimi Stribbeck eğrilerri ile Şekil 133.4 de verilm miştir. Strib beck eğrilerii sürtünme katsayısının k n üç temel yyağlama durrumuna göre nassıl değiştiğiini göstermeektedir. Şekil 133.4 Stribecck Egrisi 1. Viskozite (): Hidrodin namik yağlaama oluşmaası için artan n viskozite ile devir say yısının aazalması geerekir. Hidro odinamik yaağlama oluşşturmak için n gereğindeen fazla visk koz yyağlayıcınınn kullanılması sürtünm me kuvvetlerrinin artmassına neden oolur. Bu durrumda yyük artırılm ması yağ film minin kopm masına neden n olunur. 6 2. Devir sayısı (n(dev/s)): Verilen sabit yük altında hidrodinamik yağlama oluşturabilmek için artan hızla birlikte düşük viskoziteli yağ kullanılmalıdır. Hidrodinamik yağlama oluştuktan sonra devrin (hızın) artırılması yağ filminin kopmasına neden olacağından yatak sürtünmeleri ve aşınma artar. 3. Yatak basıncı (p): Kaymalı yatağa gelen birim yük (basınç), kaymalı yatağa gelen radyal yükün yatağın iz düşüm alanına bölünmesiyle elde edilir. D yatak çapı, L yatak genişliği ve W yatağa gelen yük ise yatağa gelen basınç, p=W/(DL) olarak hesap edilir. Sabit bir viskozite değeri için yatağa gelen kuvveti azaltmak için dönme hızının azaltılması gerekir. Fakat viskozite yatakta hidrodinamik yağ filmini oluşturmalıdır. Kaymalı yatakta sürtünme katsayısı, sürtünme kuvvetinin radyal yüke (W) oranıdır. Hidrodinamik yağlama bölgesinde sürtünme katsayısının artması, / denklemi ile açıklanabilir. Denklemde görüldüğü gibi açısal hızın (devir sayısının) artması kayma gerilmesini artırmaktadır. Kayma gerilmesinin artması sürtünme kayıplarını da artırmaktadır. Şekil 13.4 özel bir yatağa ait olan Stribeck eğrisi görülmektedir. Örneğin; daha düzgün yüzeylerde (daha az pürüzlü yüzeylerde) daha ince hidrodinamik yağ filmi oluşur. Böylece n/p değeri (yatak parametresi) A noktasında azalır. Aynı zamanda yatakla mil (muylu) arasındaki tolerans hidrodinamik yağ filmi oluşması için çok önemlidir. Hidrodinamik yağlama olabilmesi için aşağıdaki üç koşul çok önemlidir. 1. Yüzeylerin ayrılabilmesi için izafi hareket gereklidir. 2. Şaftın (muylunun) yatağın iç duvarına doğru tırmanması. 3. Uygun bir yağın kullanılması. Değişik bir örnek verirsek, bir kişi çıplak ayakla gölde kaymaya çalışırsa, birim alana gelen basınç çok fazla olacağından suya batar. Bu durumda gerekli olan n/p değerlerinin sağlanması için ya göl yüksek viskoziteli sıvı ile doldurulmalı veya kayma hızı artırılmalıdır. Motor krank şaftı başlangıçta yavaş bir dönme hareketi yaparak yatağın içinde sınır yağlaması oluşturur. Hareketin yeni başladığı bu durumda yatağa gelen kuvvetler azdır. Fakat motor çalışır çalışmaz yatağa gelen kuvvetler hızla maksimum değerlerine ulaşır. Buna rağmen krank mili ile yatak arasındaki izafi hızın da artması sonucunda hidrodinamik yağ filmi oluşur ve tüm kuvvetler oluşan yağ filmi tarafından karşılanır. 13.5 VİSKOZİTE Sıvıların en önemli özelliklerinden birisi molekülleri arasındaki sürtünmeden (kayma sürtünmesi) dolayı farklı akış karakteristikleri göstermeleridir. Sıvıların akmasını zorlaştıran kayma sürtünmesine viskozite adı verilir ve bu akışkanlara da viskoz akışkanlar denir. Sıvılardaki viskozite, dinamik viskozite olarak da adlandırılır ve Şekil 13.5 de görüldüğü gibi katılardaki kayma gerilmesiyle aynı karakteristiğe sahiptir. 7 Şekil 13.5 Viskozite ve Kayma Gerilmesi Benzerliğii Şekil 133.5 de görülldüğü gibi sabitlenmiş bbir şaft ile hareketli h birr silindir araasına lastik bir elaman yapıştırılmıış gibi düşü ünülsün. Harreketli silindire herhangi bir kuvveet uyguland dığında şekil 133.5b de görüüldüğü gibi lastik elemaanda sabit bir b yer değişştirme söz kkonusudur. Eğer E lastik elleman Newtton akışkanı ile yer değğiştirilir ise,, şekil 13.5cc de görüldüüğü gibi yerr değiştirm me ( ) de sabit bir hızlla (U) yer ddeğiştirmiş olur. o Bu durrum Newtonn kanununu un viskoz aakışlara uyggulamasıdır ve kanun innce film kallınlığı içind deki hız değiişiminin düzgün olduğunnu kabul edeer. Yağ tabaakaları arasıında oluşan n düzgün kay yma Newtoon kanununaa göre, akışkann moleküllerrinin yüzeyllere çok iyi yapıştığı vee yağ filmi içinde i basınnç olmadığı kabulü ile aşağııdaki gibi yazılır. y / / / 13.1 N-s/m2. İki sistem İngiliz ssisteminde viskozitenin v n birimi lb-ss/in2 veya reeyn ve SI siistemde ise N arasındaaki dönüştürme katsayıısı aynıdır. 1 1 . 68 890 . 6890 . 13.2 The reyyn and Pascaal-saniye ço ok büyük deeğerler olup, mikroreyn n (reynvee milipascall-saniye (mPa.s genelde kuullanılır. Staandart metriik sistemde viskozite birimi olarakk sıkça Poisse biriminee rastlanmakktadır. Buraada; 1 cp(ceentipoise) = 1 mPa.s Akışkann viskoziteleerini ölçmek k için değişşik yollar mevcut m olup, tüm ölçüm mler izafidir. Bazen akışkann viskozitesii, belli bir miktar m akışkkanın, belli çaptaki bir borudan, b yeerçekiminin n etkisi 8 altında akma zamanının ölçülmesiyle elde edilir. Yağların viskozitelerinin belirlenmesinde Saybolt Universal Viscometer kullanılır ve ölçülen değer saybolt saniye olarak verilir. Bazen sonuçlar aşağıdaki şekilde de olduğu gibi verilebilirler, SUS (Saybolt Universal Second), SSU (Saybolt Seconds Universal) veya SUV (Saybolt Universal Viskosity). Bu ölçümler gerçek viskozite değerleri değildir. Çünkü ölçüm sırasında akışkanın kütle yoğunluğu, yerçekimi etkisiyle oluşan akışa etki etmektedir. Böylece, viskozite metreden aynı viskoziteye sahip fakat yüksek kütle yoğunluğuna olan akışkan, az kütle yoğunluğu olan akışkandan daha hızlı akar. Saybolt tipi viskozite metreden ölçülen viskozite kinematik viskozitedir ve viskozitenin akışkan yoğunluğuna bölünmesiyle bulunur. ü ğ ğ 13.3 Burada birim cm2/s olup stoke olarak adlandırılır ve kısaca st ile gösterilir. Net viskozite, Saybolt viskozite metresinden saniye birimiyle ölçülen değerin aşağıdaki denkleme konulmasıyla elde edilir. Denklemde; S zamanı (saniye). . 0.22 180 13.4 ve 0.145 0.22 180 13.5 Burada; kütlenin yoğunluğu olup, birimi gram/santimetre küp (g/cm3) tür. Petrolden elde edilen yağlar için 60 oF (15.6 oC) deki kütle yoğunluğu 0.89 g/cm3 dür. Diğer derecelerdeki yoğunluk ise aşağıdaki denklemden elde edilir. oCa oFb Amerikan Otomobil Mühendisleri Derneği tarafından yağlar viskozitelerine göre sınıflandırılmıştır. Bazı SAE yağlar için viskozitenin sıcaklıkla değişimi Şekil 13.6 da verilmiştir. Herhangi bir yağ verilen viskozite eğrisinden fazlasıyla sapabilir, fakat SAE sürekli olan birçok viskozite aralığı tanımlanmıştır. Örneğin; Bir SAE 30 yağının, SAE 20 yağından biraz daha viskozdur veya SAE 30 yağı SAE 40 yağından biraz daha az viskozdur. Bununla birlikte, her bir viskozite aralığı (bantı) sadece bir sıcaklık için belirlenmiştir. SAE 20, 30, 40 ve 50 yağları 100oC (212oF) de değişik SAE 5W, 10W ve 20W yağları ise -18oC (0oF) de viskozite bantları belirlenmiştir. Birden fazla numaralı yağlarda ise yağ verilen değerlerdeki viskozite değerlerini taşır. Örneğin, SAE 10W-40 yağı 10W viskozite değerlerine -18oC (0oF) de ve 40 viskozite değerlerini 100oC (212oF) de sağlamak zorundadır. 9 Ş Şekil 13. 6 SAE S Yağlaarı İçin Visk kozite Sıcaklık Eğrileeri Endüstrride kullanıllan akışkanlların viskozziteleri geneelde uluslaraarası standar artlar da AST TM D 2422, A American Naational Stan ndart Z11.2332, International Standart Organizzation ISO standart s 3448ve bazıları. Faarklı viskoziite değerlerii için ISO VG V olarak iffade edilip, takip eden numara o 40 C deeki kinematiik viskozitee değerini göösterir. Gres, N Newton bir akışkan a olmadığından, kkayma gerilmesi akmaa gerilmesinni geçinceyee kadar akış özeelliği yokturr. Dolayısıy yla viskoziteeleri belli biir sıcaklık ve v akma oran anı (debi) içiin belirlennir. (bak AST TM D1092)). Problem m:1 Bir motorda kullan nılan yağın viskozitesi Saybolt visskozite (Şekkil 13.7) meetresi o kullanılarak 100 C de ve 58 saaniyede testt edilmiştir. Viskozitesii milipascall-saniye olarrak marası nedirr? (veya ceentipoises), ve microreyns olarak nnedir? Yağıın SAE num Verilen nler: 100oC,, akış zaman nı: 58 s 10 İstenen n: Viskozite? Çözüm: Denklem m 13.6a; oC g/cm g 3 Denklem m 13.4; Denklem m 13.5; . , 0.22 5 8 0.145 0 0.22 58 0.837 0 0.837 8.0 08 . 8.08 1.17 1 Şekil 133.6 dan bakııldığında prroblemdeki yağın SAE 40 yağına yakın y olduğğu anlaşılır. 13.6 S SICAKLİĞ ĞİN VE BA ASINCIN V VİSKOZİT TEYE ETKİSİ Çok num maralı yağlaarın (SAE 10W-40) 1 tekk numaralı yağlara y (SA AE 40 veya SAE 10W) oranla viskozittelerinin sıccaklıkla değişimleri dahha azdır. Viskozitenin sıcaklıkla s deeğişiminin ölçülmeesine viskozzite indexi (sıralaması) adı verilir. Viskozite sıralaması s (iindexi) ilk kez k 1929 yıllında Pensillvanya ham m petrolündeen elde edileen yağlar vee Gulf Coasst ham petro olünden elde ediilen yağlar için i Dean vee Davis taraafından yapılmıştır. Pen nsilvanya ppetrolünden elde edilen yyağlara VI 100 1 değeri ve v Gulf Coaast petrolünd den elde ediilen yağlaraa ise 0 değerri verilmişştir. Diğerleeri ise indek kste 0 ila 1000 arasına seerpiştirilmiştir. Çağdaş viskozite in ndeksi ANSI/A ASTM şartnname D2270 0 de verilmiiştir. Petroldeen elde edilm meyen (sen ntetik) yağlaarın viskozitteleri sıcaklıkla çok az değiştiğind den bunlar ppetrolden ellde edilen yaağların viskkozite indek ksinin dışınaa çıkarlar. Y Yani viskoziite indeks nnumaraları 100 den fazzladır. Tüm yağlayıcılaarın viskozittelerinin sabbit sıcaklıktaa basınçlaa değiştiği bilinmekted b ir. Bu etki kkaymalı yattaklarda basıncın yatakk basıncının üzerine çıktığı ddurumlarda fazlasıyla etkili e olur. 11 13.7 Y YATAK SÜ ÜRTÜNME ESİ İÇİN P PETROFF DENKLEM Mİ me analizi ilk Hidrodiinamik yatakta (Şekil 13.8) sürtünm i kez 1883 3 yılında Peetroff tarafın ndan yapılmıştır. Petrofff denklemleri basit ideaal bir durum m için aşağıd daki kabulleer yapılarak k elde edilmişttir. 1. 2. 3. 4. Y Yatakla mill (muylu) merkezleri m arrasında eksaantriklik yoktur. M Muylu yataağın içine do oğru tırmanm nma hareketii yapmıyor. Y Yağ filmi yük y taşımıyo or. E Eksenel doğğrultuda yağ ğ akımı yokk. Şekiil 13.8 P Petroff’un Analizlerin A nde Kullandığı Yük Taşımayan T K Kaymalı Yatak Y Şekil 133.5 i referanns alarak sürrtünme mom mentini, yağ ğ filmini birr akışkan blooğu gibi kaabul edip, şekil 13.8 i kuullanarak aşşağıdaki dennklemi eldee ederiz. / / / Burada;; ; ; 2 ; , 4 2 ç ç 2 Eğer W yükü safta uygulanırsaa, sürtünme momenti aşağıdaki a gib bi ifade edillir, 2 Burada p birim iz düşüm d alanıının gelen raadyal basınç (yataktakii yağ basınccı). Şüphesiiz, yükün uyygulanması sonucundaa şaft yatağın n merkezinee göre eksanntrik bir kon num alır. Bu durumun etkisin denkllem b de ihm mal edip vee denklem b denklem c ye eşitlenip p gerekli işlemlerr yapılışa aşşağıdaki den nklem elde eedilir. 12 2 13.7 Elde ediilen denklem m (denklem m 13.7) Petrroff denklem mi olarak ad dlandırılır. PPetroff denk kleminin açısal hıız cinsindenn ifadesi aşaağıdaki gibiidir. 2 2 2 13.7 Denklem m 13.7a kulllanılarak haafif yük altıındaki kaym malı yataklarrda oluşan ssürtünme katsayıssının basit bir b hesaplam mayla elde eedilmesini sağlar. Petroff ddenklemi kaymalı yataaklardaki ikii önemli parrametreyi belirler. Biriincisi n/p ve v ikicisi dde R/c oranı, bazen boşluk oranı ollarak da adllandırılır ve genelde 5000 ila 1000 arasında a bir değeere sahiptir. Problem m 2: Şekil 13.9 1 da görü ülen kaymallı yatak için nde 100 mm m çapında m muylu, 80 mm m boyundaa yatağın iççine 0.10 mm m lik toleranns ile yerleşştirilmiştir. Yağlama Y yaağının visko ozitesi 50 mPa.s dır. Şaft 600 6 rpm hızzla dönerkenn 5000 N lu uk yük taşım maktadır. Yaatakta oluşaan sürtünm me katsayısınnı ve güç kaaybını bulunnuz. 50 V Verilenler:: D = 100 mm, m c = 0.055 mm, L = 80 8 mm, n = 600 rpm, F = 5000 N İİstenenler: ve Güç G Kaybı = ? . , Şekil 133.9 Kaymallı Yatak Ç Çözüm: Dennklem 13.7 kullanılarak k k; 600 2 60 2 0.0 05 . 10 0 5000 0.08 0.1 / 50 5 0..05 . 13 Sürttünme mom menti; 0.0158 0 500 00 üç NOT TE: 3.9 95 0.1 2 2 10 1 . 24 48 B Burada kayıp enerji, isi enerjisi ollarak sistem mden atılır. Bu B durumdaa yağın ısısı artar, ggerçek bir hesaplamada h a viskozitennin sıcaklıklla değişimi kontrol edillmelidir. 13.8 H HİDRODİN NAMİK YA AĞLAMA A TEORİSİ Şeekil 13.10 Beauchamp Tower Deney Düzzeneği ve Ölçülen Ö Bassınç Dağılım mı Hidrodiinamik yağllama teorisi Osborne R Reynoldsa kaadar uzanm makta olup, B Beauchamp Tower tarafınddan 1880 li yıllarda y Şek kil 13.10 görrülen bir deeney düzeneeği kullanılaarak laborattuvarda demiryoollarında kuullanılan maakinelerin yaatakları için n deneysel çalışmalar ç yyapılmıştır. Deney D düzeneğğinde yağlam ma yağını yatağın y içinee göndermeek için bir delik açılmışştır. Tower deneyleeri sırasında, bu delikten n yağ göndeermediği zaaman, yağın n buradan dıışarı aktığın nı gözlemllemiştir. Toower deliği kapamasına k a rağmen, hiidrodinamik k yağ basınccının tapayıı fırlattığıını gözlemlemiş ve bun nun üzerinee başka delik klerde delerrek buralarddan hidrodin namik yağ basııncını ölçm meye başlamıştır. Ölçüm mler sonucun nda, toplam m bölgesel hhidrodinamik k basıncınn, diferansiyyel yatak iz düşüm alannıyla çarpım mının yatak tarafından kkarşılanan yüke y eşit olduğunnu bulmuş. Reynoldds teorik annalizi sonucu unda hidroddinamik yağ ğlamanın tem mel denklem mini elde ettmiştir. Reynolddsun bunu takip t eden denklemleri, d , bir boyutlu u iki düzgün n plaka arassındaki akışş içindir. Bu denkklemler kayymalı yatakllara da uyguulanabilir çü ünkü yağ fillminin kalınnlığı yatağın n çapına oranla ççok küçük olduğundan o yatak düz kkaymalı yataak gibi düşü ünülebilir. B Bir boyutlu akış kabul eddilip, yatağıın kenarların ndan olan aakış göz önü üne alınmad dan ve yaklaaşık olarak L/D L 14 oranı 1.5 alınarak kabuller k yap pılmıştır. Şeekil 13.11 de görülen ellemana x-dooğrultusund daki etkiyen kuvvetlerinn denge duru umu aşağıddaki kabuller yapılarak yazılır. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Y Yağlayıcı viskoz v Newttonian akış özelliği gössterir. Y Yağlayıcınıın atalet kuv vvetleri ihm mal edilir. Y Yağlayıcı sıkıştırılamaaz. Y Yağın viskoozitesi yağ filmi f boyunnca sabittir. B Basınç ekseenel doğrulttuda değişm mez. Y Yatak boyuu (z yönündee) sonsuzduur. Bunun an nlamı yatak k boyunca akkış yoktur. yy-yönünde basınç b sabitttir. Böylecee basınç sad dece x-yönü ünde değişirr. Y Yağ filmi iççindeki herh hangi bir yaağ zerresinin n hızı x ve y yönünde ddeğişir. Şekil 133.11 Basıınç ve Sürttünme Kuvvvetleri x-D Doğrultusun ndaki Bir Y Yağlama Ellemanı Üzerind de Görülmektedir 0 Gerekli işlemler yaapılınca, Denklem m 13.1 de F/A F değeri kayma k gerilm mesi değeeridir. Şekil 13.11 deki blok şeklin ndeki diferanssiyel elemannın yüksekliği dy, hızı u, üsten altaa doğru hız değişimi duu dur. Bunlaarı / dda yerine ko denklem m 13.1 de veerilen oyalım. Burrada sadece u hızı x ve y doğrultuusunda değiiştiğinden kısmi k türev kkullanılır. 15 Aynı şeekilde , x ve y doğrultu ularında değğişmektedirr. / kıssmi türev şeekil 13.11 vee denklem m a da kullaanılmıştır. Basıncın B y vee z doğrultu ularında değ ğişmediği kaabul edildiğ ğinden sadece ddp/dx türevii kalır. Denklem m c nin y yee göre türev vi alınıp dennklem b de yerine y yazılırsa; 1 y ye görre iki kez inntegral alınırrsa (x sabit)), ç 1 : ve İ ç ğ : 1 2 Sınır şarrtları olarakk, akışkan ille sınır yüzeeyler arasınd da kayma kabul k edilmeez. Buradan n katsaayıları hesapplanır. 0 0 Gerekli işlemler yaapılınca; 2 ve 0 Bu değeerler denkleem d de yeriine yazılırsaa; 1 2 Şekiil 13.12 8 Y Yağlayıcınıın Hız Değiişimi m 8 yağlayııcı filmin heerhangi bir yyz düzlemin ndeki hız daağılımını, m mesafenin (y)), basınç Denklem değişim minin (dp/dx)), yağ filmi kalınlığı (hh) ve yüzey hızının (U) fonksiyonuu olarak ifad de edilmekktedir. Dikkkat edilirse hız h değişimii iki terime bağlıdır. 1) düzgün dağğılım, ikinci terimle ifade eddilir ve şekill 13.12 de kesik k kesik ççizgi ile gössterilmiştir. 2) paraboliik dağılım isse 16 birinci terim ile verilmiştir. Parabolik terim, düzgün değişim olan kısmın toplanması ya da çıkarılması sonucu ya pozitif ya da negatif olabilir. Basıncın maksimum olduğu yerde dp/dx=0, olur ve hız dağılımı denklem 8 den aşağıdaki gibi ifade edilir. ,şekil 13.11 de görülen z doğrultusundaki Yağlayıcının birim zamanda belli bir debiyle kesitten aktığını kabul edelim. 12 2 Sıkıştırılamayan akış için, debi (akış oranı) kesit boyunca aynı olmalıdır. 0 Denklem e de gerekli işlemler yapılırsa; 2 0 12 veya 6 9 Denklem 9, bir boyutlu akış için Reynolds denklemidir. Yapılan kabulleri özetlersek: Newtonian akışkan, sıkıştırılamaz, sabit viskozite ve yerçekimi veya atalet yükü, laminer akış, sınır tabakada kayma yok, yağ filminin çok ince olması nedeni ile film kalınlığı boyunca basınç değişimi yok ve mil çapı sonsuz (z- yönünde akiş yok) düşünülmüştür. z-yönünde de akış olduğu düşünülürse, aynı yöntemle iki boyutlu akış için Reynolds denklemi elde edilir. 6 10 Denklem 11 için analitik çözüm yoktur. Sadece sayısal ve analog çözümler mevcuttur. Uygulamada modern yataklar eskilere nazaran daha kısa yapılmaktadır. Genelde L/D oranı 0.25 ila 0.75 arasında değişmektedir. Bu durumda toplam akışın çok büyük bir kısmı z yönünde yataktan dışarıya doğru akar. Böylece, kısa yataklarda x –doğrultusunda basınç değişimi göz önünde bulundurulmaz. Buna göre; 6 11 17 Denklem m 9, 10 ve 11 1 integral edilip e kaym malı yataklarrın tasarımın nda ve anallizinde kullaanılır. Bu prossese genel olarak o Ocvirrk,s kısa yaatak yaklaşıımı denir. 13.9 H HİDRODİN NAMİK YA ATAKLAR RDA TASA ARIM EĞR RİLERİ Şek kil 13.13 En İnce Fiilm Kalınlıığının Değişşim Grafikkleri Denklem m 9 un çözüümü ilk kez 1910 yıllarrda yapılmışş olup, L/D oranının 1. 5 dan az vee yatağın sonsuz uuzunlukta olduğu o kabu ulü yapılarakk son derece iyi sonuçllar elde edillmiştir. Diğeer çözüm oolan Ocvirkk kısa yatak çözümü (deenklem 11), L/D oranın nın 0.25 ila 0.75 olduğu u durumdda da gerçeğğe çok yakın n sonuçlar vvermektedirr. Günümüzde denklem m 11 kısa yattak tasarımıında sıkça kullanılmakt k tadır. Raim mondi ve Boy yd denklem m 10 nu nüm merik olarak k çözüp pratik kkullanım içinn eğriler eld de etmişlerddir. Bu eğriller şekil 13.13 ila 13.199 arasındakii şekillerdde gösterilm miş olup, yaatak tasarımllarında kulllanılmaktad dırlar. Raimoondi ve Boy yd kismi o o o yataklarr (60 , 120 veya 180 ) ve eksenel yataklar içiinde eğrilerr elde etmişllerdir. Eğriller kullanılarak elde eddilmiş birço ok yatak değğeri şekil 13 3.20 de göstterilmiştir. Raimonndi ve Boydd grafiklerinin tümü yattak karakteristik numa arası veya SSommerfeld d değişkeeni, S, gibi boyutsuz b yattak paramettreleri ile ifa fade edilmek kte olup, buurada S, yata ak karakteeristik numaarası olarak k adlandırılıır. S değerii hesaplanırrken kullanıılacak birim mler; 18 , , , , . , , , , Görüldüğü gibi S daha önce anlatılan ; nin ve ninkaresininfonksiyonudur. Eğriler logaritmik skalada çizilmiş olup lineer (düzgün) kısmı 0 ila 0.01 arasındadır. Şekil 13.18 ve 13.19 daki eğriler elde edilirken yağın atmosferik basınçla yatağa girdiği, yağın debisinin değişmediği ve yağ kanallarının göz önünde bulundurulmadığı durumda elde edilmiştir. Yağlama süresince yağın sıcaklığının yatak girişi ve çıkışı arasında değişmediği dolayısıyla viskozitenin değişmediği kabul edilmektedir. Şekil 13.14 ile şekil 13.19 za kadar olan tüm şekillerde gösterilen eğriler herhangi bir yatağın performans değerleri L/D oranının 0.25 den büyük herhangi değerleri için Raimondi ve Boys in verdiği aşağıdaki İnterpolasyön denklemi kullanılarak elde edilmiştir. 1 1 1 8 1 1 1 4 1 2 4 1 4 1 1 24 1 1 3 1 2 2 1 4 12 Burada, y istenen ve L/D oranının ¼ den büyük olduğu performans değeridir. Ayrıca, sırasıyla , , / ve / yatağın L/D oranına karşılık gelen değerler olup sırasıyla ∞, 1, dür. 19 Ş Şekil 13.14 Şekil 13.15 1 Sürtünm me Katsayıssının Değişkeni Grafiğği Ma aksimum F Filim Basın ncının Belirrlendiği Graafikler 20 Şekil 13.16 Minimum m Filim Kallınlığının ho Olduğu Yeri Y Belirley eyen Grafik kler kil 13.17 Şek Maksimum Filim Baasıncının Olduğu O ve Filimin F Kayybolduğu Yeri Y Belirrleyen Graffikler 21 Şekil 13.18 Şekil 13.19 Akışk kan Değişk kenlerinin Grafikleri G Kenarr Akışının T Toplam Ak kışa Oranın nı Gösterenn Grafikler 22 Şekill 13.20 Filimin F Basıınç Dağılım mını Gösterren Polar G Grafik Problem m 3: Şelik 13.21 1 de görrülen kaym malı yatağın boyu 1 inch h, toleransı 00.0030 inch h, muylu çapı 2 innch olup raddyal yönde 1000 lb yükkü 3000 rpm m de taşımaaktadır. SAE E 20 yağı kullanılmakta olup atmosferik k basınçla yaağlama yapm maktadır. Yağ Y filimininn ortalama sıcaklığı 130oF ddır. Raimonndi-Body grrafiklerini ku ullanarak, m minimum fillim kalınlığ ğını, yatak süürtünmesin ni, filimin m maksimum basıncını, açıları a , ve ve toplam yağ debisinni bulunuz. Kenardaan akan yağğ kadar yataağa sürekli yyağ katılmaktadır. V Verilenler:: D = 2 inch h, L = 1 inchh, c = 0.001 15 inch, n = 3000 rpm,, W = 1000 lb, T = o 1130 F İİstenenler: Raimondi--Body grafikklerini kullaanarak, min nimum filim m kalınlığını, yatak ssürtünmesinni, filimin maksimum m bbasıncını, aççıları , ve vve toplam yağ y ddebisini, yaağlamada ku ullanılan ve dışarıya ak kan yağ debii oranlarını bulunuz. Şekil 13.21 Basit Ka aymalı Yata ak 23 Öncelikle verilenlerden yatak karakteristik numarasının hesaplanması gerekmektedir. Çünkü bütün grafikler bu değere bağlı olarak hazırlanmıştır. Burada; p = W/(LD) 4450 0.025 0.050 Şekil 13. 6 kullanılarak viskozite . 25 23 10 50 0.04 3560000 . S = 0.13 ve L/D = 1/2 = 0.5 kullanılarak Şekil 13.13 den, 0.245 0.04 . . . / 0.245 ve buradan Şekil 13.14 den, (R/c) = 4.25 ; buradan; =(4.25)(0.04)/25 = 0.0068 Şekil 13.15 den, p/pmax = 0.29, buradan; pmax = 3560000/0.29 = 12275862 Pa Şekil 13.16 den, o Şekil 13.17 den, ve Şekil 13.18 den, Şekil 13.19 den, 5.25 5.25 25 0.04 50 25 . 0.85, buna göre yağın %85 inin sürekli yağlama yağına ilave edilmesi gerekirken %15 si yatakta kalır. NOTE: Burada sadece dengede olan ve radyal yükün hiç değişmediği bir problem çözülmüştür. Gerçek sistemde örneğin krank milinde yükler çok hızlı bir şekilde çok büyük değerlere ulaşabilmekte ve yağ filimi sıkıştırılmakta ve sonra tekrar yük azalmaktadır. Bu durum çok az zaman aralıklarında olduğundan denge durumu söz konusu değildir. Bu olay bazen sıkıştırılan filim davranışı olarak adlandırılmakta olup, yağ filimi sıkıştırılan filim davranışı olarak incelenir. 13.10 YAĞLAYICI TEMİNİ Hidrodinamik yağlama prensibinde yataktan sızan yağ miktarı kadar yeni yağın sürekli olarak yatağa kazandırılması gerekmektedir. Mühendisler bu amaca yönelik değişik yatak tasarımları yapmıştır. Yağ Halkası: Şekil 13.22 de görüldüğü gibi yağ halkası milin 1.5 ila 2 katı çapında imal edilmiş olup, milin üzerine serbest olarak takılır, fakat mil ile döner. Mil dönerken, halka yağı alarak milin üzerine taşır. Tecrübeler göstermiştir ki bu yöntem efektif yağlama için uygun bir yöntemdir. 24 Şekil Ş 13.222 Yağ Ha alkalı Yatak k Yağ Kaşşığı: Burada mile takılan kaşık şekklindeki parrça yağ tank kından aldığğı yağı üst yağ y deposunna taşır. Yattakların üstü üne gelecekk şekilde üstt yağ deposu una açılmışş olan delikllerden yerçekim minin etkisiiyle akan yaağla yataklaar yağlanır. Çarpmaa: Burada hareket h eden n (dönen) paarçalar küçü ük bir yağ banyosunun içine hızla dalarak yağı yattaklara ve etrafa fırlatırr. Her tarafaa fırlayan bu u yağla tüm m yataklar vee piston silin ndirleri yağlanırr. Bu yöntem m motorlarıın tasarlanddığı ilk yıllarrda kullanılmıştır. Yağ Ban nyosu: Bunna örnek Şek kil 13.10 daa görülmekttedir. Şekild de de görülddüğü gibi, dönen d parçanınn (milin, yaatağın) belli bir kısmı yyağ banyosu unun içine daldırılmıştır d r. Bu durum mda, dönmeyyle birlikte yağ y taneciklleri yatağın içine taşınaarak yağlam ma gerçekleşştirilir. Fakaat dönme hhızının artm masıyla türbülansların ooluşması ve buna bağlı olarak sürtü tünmelerin artması a kaçınılm maz olur. Yağ delliği ve Kanaalı: Şekil 13 3.23 de yağ deliği ve kaanalı görülm mektedir. Yaağ kanalı yaağın exsenel olarak dağıılımını sağlaamaktadır. Y Yağ içeriyee grince ya yerçekimi y kkuvveti ya da d basınçlaa yatağın içiine dağılır. Genelde yaataklarda kaanal istenmeemektedir çüünkü kanalıın olduğu bbölgede hiddrodinamik basınç sıfırra düşer. Bu u durum şekil 13.24 de gösterilmiştir. Burada yatak silinddir şeklinde bir kanal ille ikiye ayrıılmış olup her h bir taraf ayrı ayrı L//D oranına sahip olup,, her bir taraafın genişliğği kanal olm mayan yatağ ğın genişliğiinin yarısınd dan biraz azzdır. Hidrodiinamik yağllamayı etkillemeyecek şşekilde, silin ndir şeklind de uygun birr kanalın oluşturuulması bazı uygulamalaarda son derrece zor olaabilmektedirr. 25 Şekil 133.23 Exseenel Kanallı Yatak Şekil 13 3.24 Silin ndir Kanalllı Yatakta Basınç B Dağıılımı Yağ Pom mpası: Şekil 12.25 de görüldüğü ggibi, kaymaalı yatak yağ ğlamalarındda en çok po ompalı yağlamaa sistemleri kullanılır. Motorlarda, M , krank şaftıının içine aççılmış olan ana yağ dağ ğıtma kanalınıın, her bir kaymalı k yataağın miline acılan delik k ile birleştirilmesiyle, pompanın bastığı b yağ kayymalı yatakllara ulaştırıllmaktadır. K Kaymalı yattağa ulaşan yağ öncelikkle yatak üzzerindeki kanalı ddoldurur ve yatak içine dağılır. Şekil 13.26 1 Kr ank Milind deki Yağ Delikleri 26 13.11 ISI YAYILIMI VE YAĞ FİLİMİ SICAKLIĞININ DENGESİ Denge durumunda, kaymalı yatakta üretilen ısının tamamı dışarıya taşınır. Bu durumda yağın sıcaklığı istenilen düzeyde tutulur. Genelde yağlama yağının sıcaklığı yaklaşık 70oC (160oF) civarlarında tutulmaya çalışılır. Yağ sıcaklığının yaklaşık 90oC ila 120oC (200oF ila 250oF) arasında olması durumunda petrol menşeli yağların yağlama özelliklerinde önemli oranda azalmalar görülür. Yağların yağlama özelliklerinin azalması nedeniyle kaymalı yataklarda hasar oluşmaya başlar. (Hatırlatma; maksimum yağ filimi sıcaklığı yağın averaj sıcaklığının çok üzerinde olabilir). Kaymalı yatakta kaybolan enerji (ğüç) sürtünme momenti ve şaftın dönme hızından hesaplanır. Bu kayıp gücün bir kısmı isi iletim yoluyla yataktan diğer makine parçalarına akan ve belli bir özgül ısı aktarılırken, önemli bir kısmı da ısı olarak belli bir debiyle değerine sahip (ısı kapasitesi çarpı yoğunluk) olan yağ tarafından yataktan uzaklaştırılır. Petrol menşeli yağlarda 1.36 veya 110 . Yağ sıcaklığının ısıl dengesi yataktan çevreye aktarılan ısıya direk olarak bağlıdır. Yataklar tasarlandıktan sonra, çalışma esnasında yatakta oluşan sıcaklık dağılımı ölçümleri yapılarak, yatağın fazla ısınıp ısınmadığı kontrol edilmelidir. Denklem 13 kullanılarak yataktan atılan ısı yaklaşık olarak hesaplanabilir. 13 14 H : Transfer edilen ısı (watt) C: Birleştirilmiş (ışınım ve taşınım) ısı transfer katsayısı (watt/(saat m2oC)) A: Yatağın yüzey alanı (m2) to: Yatağın (yağ filminin) ortalama sıcaklığı (oC) ta: Yatak etrafındaki hava sıcaklığı (oC) Tablo 13.1 de C katsayısı bazı koşullar için verilmiştir. Alan, şekil 13.22 de görülen bir yatak için genelde 20DL olarak alınabilir. 27 Tabllo 13.1 Ş Şekil 13.22 ye y Benzer Y Yataklar İççin Yaklaşıık Isı Trannsfer Katsay yıları 13.12 Y YATAK MALZEME M ELERİ y mettaller kalın ffilim yağlam masında Yeteri kkadar basmaa mukavemeetine sahip ve düzgün yüzeyli yatak m malzemesi ollarak kullan nılabilirler. Ö Örneğin çellik, yatak malzemesi m ollarak kullan nılabilir fakat haareketin başlangıcı ve bitişi b sırasınnda kaymalıı yatakta incce filim ve kkarışık filim m yağlamaası oluşur, bu b durumdaa yatak ile m mil yüzeylerrinde temasttan dolayı bbir birine kaynam malar meydaana gelir. Bö öylece oluşaan herhangi bir metal parçası, p eğerr yağ filmi kalınlığından daha kalınsa mill ya da yatakk veya her ikisinin i de yüzeylerini y bozarak kullanılmaz hale geetirebilir. Eğ ğer yatak m malzemesi yu umuşak bir malzemedeen imal edillirse bahsi geecen sert paarçacıklar yaatak malzem mesinin için ne gömülereek mile zarar ar vermeleri engellennir. Tipik kaaymalı yataak tasarımı şşekil 13.26aa da verilmiş olup, aşağğıda yatak malzem melerinde araanan önemli özellikler sıralanmışttır. Şek kil 13.26a Kaymalı Yatak Y Tasarrımı 28 1. Mekanik özellikler. Düşük elastik modülü ve düşük plastik şekil değiştirme özelliği şaftın eğilmesinden ve yatak ekseni ile mil ekseninin tam çakışmamasından dolayı oluşan bölgesel basınçların giderilmesinde, yatak malzemesinin yumuşak olması, ise yabancı maddelerin yatak malzemesinin içine gömülmesine müsaade ederek mil yüzeyinin bozulmamasını, düşük kayma gerilmesi, ise yüzey pürüzlüklerinin kısa sürede düzelmesini ve aynı zamanda yüksek yorulma direncine ve basma gerilmesine sahip olması ise, yatağa gelen yükleri güvenilir olarak taşımasını sağlar. 2. Isı özellikleri. Isı iletim katsayısı, ısının yataktan atılmasında, mil dönmeye başladığı anlarda, yatakla temas halinde olduğundan ısı temas yüzeylerinden geçerek yataktan uzaklaştırılır. Mil dönmeye başladığında ise ısı oluşan yağ filmi ve yatak elemanı üzerinden uzaklaştırılır. Herhangi bir şekilde mil ile yatakta oluşan ısıl genleşmeler sonucunda, milin yatağa sıkışmasına engel olmak için mil ve yatak malzemesinin ısıl genişleme katsayıları bir birine yakın olmalı ve bu özellikler istenilen yağ filimi özellikleri göz önünde bulundurularak yatakla mil arasındaki boşluk belirlenmelidir. 3. Metalürjik özellikleri. Yatak malzemesi mil malzemesi ile kaynamaya ve yüzey tutmasına karşı dayanıklı olmalıdır. Yani mil ve yatak malzemeleri bir birine kolayca kaynamamalıdır. 4. Kimyasal özellikleri. Yağlama sırasında oluşan oksitler veya dışarıdan gelen yabancı etkenler sonucunda mil ve yatak malzemeleri korozyona karşı dayanıklı olmalı. En çok kullanılan yatak malzemesi babbitts (kalay esaslı) malzemelerdir. Bunlar bir kaç guruba ayrılıp; teneke temelli olanlar (%89 Sn, %8 Pb, %3 Cu ve diğerleri), kurşun temelli olanlar ( %75 Pb, %15 Sb, %10 Sn) ve bakır temelli olanlar (büyük bir kısmi bakırdır. Ayrıca, bakır kurşun, teneke bronz, alüminyum ve bronz da kullanılır. Bunlarla birlikte, gümüşte yaygın olarak kullanılan yatak malzemeleridir. Yukarıdaki malzemeler yumuşaklıkları nedeniyle yabancı parçacıkları içine almakta iyi olmalarına karşılık, yorulmaya ve basmaya karşı çok dayanımlı olmadıklarından yaklaşık 120oC (250oF) üzerindeki sıcaklıklarda kullanılmaları tavsiye edilmez. Yatak maddesi çelik taşıyıcı zarfın üzerine, genel kullanım için 0.5 mm (0.02 inch) kalınlığında ve motorlarda ise 0.13 mm (0.005 inch) kalınlığında dökülür. Bu kalınlıklar yorulma ya karşı en uygun kalınlıklar olarak ortaya çıkmıştır. Yatağın çelik zarfının hareketleri (deformasyonu) yatak malzemesinin kalınlığından bağımsızdır. Bazen yumuşak yatak malzemesi (babbitt) çok ince (yaklaşık 0.025 mm veya 0.001 inch) kalınlığında başka bir metal ile desteklenerek yatağın yorulma direnci daha da artırılabilmektedir. 29 Plastik vve diğer elaastik maddeler şekil 13 .26b de görrüldüğü gibii kaymalı yaatak olarak kullanılabilirler. Örrneğin gemii şaftlarınınn (pervane Şaftının) Ş yalltaklanmasınnda kullanılmaktadır. Burada, B plasstik yataklarr genelde biir koruyucu gövdenin iççine monte edilmiş ve olukllu olarak im mal edilmişlerdir. Su buu yataklardaan akarak heem yatağın yyağlanmasıını hem de yatağğın kumlarddan temizlen nmesini sağğlar. Kaymaalı yatak olaarak kullanıllan bazı plaastikler: 1. 2. 3. 4. P PTFE (Tefllon) P PA (Poliam mid) : PA6, PA66, P PA4..6, PA 12 gibi malzemelerdir. P POM : Delrrin P PI ve PMM MA(Polimetiil Metagrilaat) (yüksek sıcaklıklard s a) Şekil 13.26 6b Plastik k Yataklarıın Tasarım Örneklerii Yatak m malzemesindde aranan özellikler: 1. Y Yağlama yaağı tarafındaan iyi ıslatıllmalıdır. 2. Y Yüksek bassma ve aşınm ma mukaveemetine sahııp olmalıdırr. 30 3. Y Yatak zarfı üzerine iyi yapışmalıddır (adeziv bağları b yükssek olmalı). 4. Ç Çalışma sıccaklığında sertlik özelliiğini kaybettmemelidir. 5. Y Yağsız kalm ma durumun nda mile hem men kaynam mamalı. 6. İİmalatı kolaay olmalı vee düzgün yüüzey elde ed dilebilmeli. 7. IIsıyı iyi ilettmeli. 8. K Korozyona dayanıklı olmalı. o 9. Ö Özgül ağırlığı düşük ollmalı. 10. Ç Çok pahalı olmamalı. 13.13 H HİDRODİN NAMİK YA ATAK TA ASARIMI Daha önnce basit birr hidrodinam mik yatağınn hesaplamaaları problem m 3 de yapılldı. Normallde kaymalıı yatak tasarrımı şu ana kadar verileen bilgileri ve bundan sonra verileecek bilgilerri de içeren ddaha kapsam mlı hesaplam malar gerekttirir. Buradaa deneysel olarak o elde edilmiş (am mpirik) formülleer ve grafikkler kullanılaarak yatak ttasarımı anllatılmaktadıır. Çok dahaa detaylı yattak tasarım bilgileri liteeratür araştıırmasıyla ellde edilebiliir. Birim Y Yükleme: Taablo 13.2 dee uygulandııkları yerlerre göre geneelde yataklaar için seçileen yaklaşıkk birim yükller verilmek ktedir. Motoor krank miili yatakların na kısa süreede olsa uyg gulanan maksim mum yük gennel olarak normalde n uyygulananın yaklaşık y 10 katı kadarddır. Bu anda yatak basıncı da aynı oranda artar. Tablo 13.2 2 Uygulaandığı Yeree Göre Yattak Birim Y Yükleri Yatak L L/D Oranı: Modern maakinalarda L L/D oranı 0..25 ila 0.75 arasında deeğişmekte olup, daha eskki makinalaarda bu oran n 1.0 civarınndadır. L/D oranının bü üyük olmasıı yatağın bo oyunu uzatacağğından, yataak kenarlarıından sızan yağ azalır. Buna bağlı olarak da yyağ kullanım mı düşer, fa fakat yağın yatak y içindee kaldığı sürrenin uzamaası yağın daaha fazla ısıınmasına needen olur. K Kısa yataklarr ise, şaftın eğilmesindeen ve uygun n yerleştirilm memesindenn (eksenleriin çok 31 az sapması) fazla etkilenmezler. Yatak ve yatağın içindeki milin boyutlandırılmasında genelde şaft çapı milin eğilmeye karşı olan direnci göz önüne alınarak belirlenirken, yatak boyu yatağın kapasitesi (taşıyacağı yük) göz önüne alınarak belirlenir. Kabul Edilebilir ho Kalınlığı: En az (minimum) kabul edilebilir filim kalınlığı, yüzey pürüzlüğüne bağlıdır. Minimum filim kalınlığı hesabı için birçok ampirik (deneysel) formül mevcut olup, aşağıda Trumpler’in önerdiği formül verilmiştir. ≧ 0.0002 0.00004 veya ≧ 0.005 0.00004 15 Bu denklemler yüke etki eden uygun bir güvenlik katsayısı ile kullanılmalıdır. Trumpler düzgün yükler için güvenlik katsayısını SF = 2 önermektedir. Bunlarla birlikte, denklem 15 sadece maksimum yüzey pürüzlülüğünün 0.005 mm (0,0002 inch) geçmediği ve iyi geometrik düzgünlüğe sahip yataklarda kullanılır. Motor yatakları genelde hızlı değişen ve çok kısa süreli maksimum değerlere ulaşan yüklere maruz kalırlar. Kaymalı yataktaki denge durumunun maksimum yükte olduğu kabul edilerek hesaplar yapılır. Hesaplanan filim kalınlığı gerçek filim kalınlığının üçte biri kadar bir değerdedir. Denklem 15 kullanılırken bu mutlaka göz önüne alınması gereken bir durumdur. Gerçekte bu durum için sıkıştırılabilen filim davranışı göz önüne alınmalıdır. Sıkıştırılabilen filim davranışı burada incelenmeyecektir. Tolerans Oranı (c/R veya 2c/D): Mil çapı 25 mm den 150 mm ye kadar olan miller için, iyi tasarlanmış yataklarda bu oran 0.001 olarak alınır. Genel tasarımlar için 0.002 ve daha kötü tasarımlar içi se 0.004 olarak alınabilir. Genelde bu oran tasarımcı tarafından belirlenir. Aşağıda hidrodinamik yatak tasarımı yapılırken göz önüne alınacak önemli maddeler sıralanmıştır. 1. Minimum yağ filmi kalınlığı kalın-filim yağlamasını oluşturacak kalınlıkta olmalıdır. Denklem 15 i kullanırken yük değişimini ve yüzey pürüzlüğünü hesaba katmak gerekir. 2. Uygun bir filim kalınlığında en düşük sürtünme olması sağlanmalıdır. Tasarımda, şekil 13.13 deki uygun alanda kalınmalıdır. 3. Mutlaka yeteri kadar debide, temizlikte ve uygun sıcaklıkta olan yağın yatağın girişinde her zaman hazır olması gerekir. Bu durum pompalı sistem ve yağ soğutucu gerektirebilir. 4. Yağın maksimum sıcaklığı kabul edilebilir değerlerden (genelde 100oC veya 200oF) az olmalıdır. 5. Yağ yatak boyunca uygun bir şekilde dağılmalıdır. Bu durum yatağa kanal açılmasını gerektiriyor olabilir. Eğer yatağa kanal açılacaksa, kanalın maksimum basıncın oluşacağı bölgeden uzak tutulması gerekir. 32 6. Y Yatak için çalışma ç sıcaaklığında geerekli direncci sağlayacaak, yeteri kaadar elastiklliğe ve kkorozyona karşı k dayan nıma sahip m malzeme seççilmelidir. 7. T Tasarım, milin m eğilmessinden ve düüzgün olmaayan yatak - mil yerleşm mesinden gelecek uuygun olmaayan yükleri karşılayabbilmelidir. Yatağın Y bu özellikleri ö oolmaz ise, yatak zzarar görebilir. 8. M Mil yatak iççinde dönm meye başlarkken ve dururrken yatağa gelen yükleer hesaplan nmalı ve kkontrol edillmelidir. Yaatak basıncı her iki duru umda da 2 Mpa M veya 3300 psi değeerinin aaltında kalm malıdır. Eğeer düşük hızzda uzun sürre kalınıyorr ise, ince-fiilim yağlam ması göz öönünde buluundurulmallıdır. 9. K Kabul edileebilir toleran ns ve yağ viiskozitesi iççin tasarımın n uygun oldduğundan em min oolunmalıdırr. Çalışma to oleransı ısıll genleşme ve v buna bağ ğlı aşınma ggöz önüne alınarak a kkontrol edillmelidir. Yaağ sıcaklığı ve buna bağ ğlı olarak viskozite değğişimi ısıl ffaktörlerdenn etkilenereek yağın zam manla değişmesine ned den olabilir. Kullanıcı bazen b hhesapladığıından bir deerece daha kkalın yağ ku ullanabilir. Problem m 4: Şekildde görülen buhar türbinii kaymalı yatağı 1800 rpm r hızla ddönerken 17 kN yük taşımakktadır. Şaftınn çapı 150 mm m olarak vverilmiştir. Yağlayıcı olarak o SAE 10 yağı seççilmiş o olup, yaağ filiminin sıcaklığı 82 2 C de ve yyağ pompa ile basılmak ktadır. Uyguun yatak boy yunu ve toleranssını hesaplayyın. Ayrıca sürtünme kkatsayısını, sürtünmedeen doğan güüç kaybını, yağın y giriş ve çıkış debisiini ve yatak k boyunca yyağ sıcaklığıını bulunuz.. Verilen nler: n = 18800 rpm, W = 17 kN, D = 150 mm,, Yağ SAE 10 1 ve sıcaklılık 82oC İstenen nler: L = ? sürtün nmeden doğğan güç kayybını, yağın giriş ve çıkkış debisini, ve yatak booyunca yağ sıcaklığını bulunuz. 6 Şekil 13.26 Problem m 4 İçin Veerilen Kaym malı Yatakk Çözüm: 1. T Türbin yataakları için taablo 13.2 dee yatak basııncı 1Mpa dan d 2 Mpa a kadar olan n bir aaralıkta verrilmiştir. p = 1.6 Mpa sseçildi. 33 17000 150 B Bu değer L = 75 mm olarak o alınsıın. 1.6 . L L/D = 75/1550= 1/2 Bu u oran Raim mondi-Boyd d grafiklerin ni kullanmakk için uygun ndur. Bu oorana göre yatak y basınccı yeniden hhesaplanırsaa; 17000 1 0.15 50 0.075 . 0 2. Şekil 13.13 den L/D = 1/2 için uyggun yatak taasarım aralıığı S = 0.0337 den S = 0.35 kkadardır. Hesaplar H için n S = 0.037 aalınsın. Şekil 13.6 dan d SAE 10 0 yağı için 882oC deki viiskozite 6.3 mPa.s dır. 1800 0.037 6.3 75 60 1 10 . 30 1.5 511 10 30 . c/R = 0.0 00184 E Eğer S = 0.335 alınır isee, c = 0.00448 mm vee c/R = 0.00 006 G Görüldüğü üzere S = 0.35 0 için hessaplanan tollerans oranı 0.001 den az olup, iyi bir yyatak tasarımı için isten nilen koşuluu sağlamakttadır. 3. R Radyal yönndeki toleran nsa karar veermeden öncce, , , , değeerleri c ye bağlı b oolarak uyguun alanın heer iki tarafınna doğru hessaplayalım. Tablo 13.33 hesaplamaalardan vve önceki grafiklerden g elde edilirkken, Şekil 13.27 ise tab blo 13.3 denn elde edilm miştir. Tablo 13.3 P Problem 4 ün ü c ye Görre Değerlerri 34 Ş Şekil 13.277 , , , , , , nin c ile Değişimi D Sabit) 4. Şekil 13.27 gösteriyor ki boşluk c nin 0.04 mm m ila 0.15 mm m arasınddaki değerleer için bbir operasyoon bölgesi elde e edilir. F Fakat bu deenklem 15 ille kontrol eddilmelidir ≧ 0.00 05 0.0000 04 150 . B Bu değeri hesaplanan h en e küçük fillim kalınlığ ğı ile karşılaştıralım. Buurada emniy yet kkatsayısı 2 olarak ve en n kötü koşuul için c = 0..15 mm alın nır. 75 0.15 Şekil1 13.13den; 6.3 10 30 1.511 10 2 0.06 . . B Bu değer fillm kalınlığıı olan 0.0111mm değerin nden daha küçüktür. k B Bununla birliikte bbaşlangıçta yatak için kabul k edilenn sıcaklık ço ok gerçekçii değildir. G Genelde yük ksek ddebide akann yağın etkisiyle, yatakk sıcaklığı verilenden v daha düşük oolur buda daaha kküçük yatakk toleransı verir. v Daha sonra, yatağ ğın aşınmassı ile daha kkalın yağ ku ullanılır. o Ö Örneğin. SA AE 20 yaği 82 C de, c = 0.15 mm ve 17 kN yük y taşımasıı durumund da en iince filim kalınlığı k hesaplan nır. Buda 0.0 011 den büyyüktür. 0.012 5. B Bu noktadaa yatak için tolerans t karrarı verilebiilir. Eğer yaatak boşluğuu 0.05 mm ila i 0.07 m mm aralığınnda seçilir ise, yatak çaalışma koşulları en iyi bölgede b kallsa bile yataakta aaşınmalar olur. o Boşluğ ğu biraz dahha artırıp 0.0 05 mm ila 0.09 mm araasına çekersek, daha uucuza yatakkların imal edilmesi e müümkün olur. Eğer boşlu uk biraz dahha artırılıp 0.08 0 mm 35 ila 0.11mm arasına çekilir ise, yatak sürtünmeleri azalır buna bağlı olarak da yatak sıcaklığı düşer. 6. Yağlama yağı debisi Şekil 13.27 de görülmektedir. Yağlama yağı atmosfer basıncında ve yatağın girişinde her zaman hazır durumdadır. Yağ pompası yatağa sürekli olarak miktar kadar basınçlı yağı basmaktadır. Basınçlı yağ kullanılması, yataktan sızan yatağa gereğinden fazla yağın basılmasına neden olur ve de birim miktardaki yağın yataktan taşıdığı ısı azalır. Şekildeki yatakta kalan ve yataktan dışarıya akan yağ debisi arasındaki fark yatak boşluğu ile pek değişmez. Belli bir toleransla imal edilen yatağa yüksek duyarlılıkla basılan yağ debisinin, basıncındaki değişmeler takip edilerek, yatakta oluşan aşınmalar belirlenebilir. 7. Sürtünme sonucu oluşan güç kaybı Tablo 13.3 de veya şekil 13.27 de verilen herhangi bir c değeri için hesaplanır. Şüphesiz en büyük kayıp, boşluğun en az olduğu durum için söz konusu olur. Hesabı c = 0.04 mm tolerans için yaparsak, 2 9550 17000 0.0053 0.15 2 6.76 1800 9550 9550 . . 8. Kayıp gücün (1.27 kW) tamamının ısı enerjisine dönüştüğünü ve bu ısının yatağa atmosfer basıncında belli bir debiyle giren yağ tarafından yataktan taşındığını kabul edersek. Yağın ısınması şöyle hesaplanır. ∆ ∆ ∆ 21.5 1270 10 1.36 10 ∆ . 9. Yağın yatağa giriş sıcaklığını 60 oC kabul edersek, çıkış 103.4 oC olur ki bu değer sıcaklık limiti olan 100oC nin üzerindedir. Eğer yatak boşluğunu 0.05 mm ye çıkartırsak, yağ debisini artması ve sürtünme kuvvetlerinin azalması sonucu, yağ çıkış sıcaklığının çok fazla düşeceğini hesaplarız. Bunlarla birlikte bu değerler atmosfer basınçlı yağ için olup, gerçekte yağın pompa ile basılıyor olmasından dolayı, yatağa daha fazla yağ girmiş olur. 36 Yatak boyu, L = 75 mm Radyal yatak boşluğu, c = 0.05mm ila 0.07 mm Kayıp Güç, P = 1.18 kW ila 0.99 kW Yağ debisi, / ila 52100 / o o Yağ sıcaklığı değişimi, ∆ = 27.3 C ila 13.9 C 13.14 KARIŞIK YAĞLAMA Karışık yağlama konsepti şekil 13.2b de gösterilmiş olup, sürtünme katsayısı ile / değerlerinin değişimi ise şekil 13.4 de verilmiştir. Karışık yağlamada yatak yüzeyleri çok düzgün dahi olsa, metal- metal temasının olduğu alan toplam yatak yüzey alanının çok az bir kısmıdır. Bunun sonucunda, bölgesel temas yerlerinde kısa süreli de olsa çok fazla basınç ve sıcaklık oluşmaktadır. Bu bölgeler herhangi bir şekilde korunmaz iseler, sürtünme soncunda yataklar kullanılamaz hale gelirler. Böyle durumlarda yatak yüzeylerinde bazı yağlayıcılar veya yağlayıcı özelliği olan katılar, örneğin, yağ, molibden disülfit, grafit ve gres gibi kullanılarak yağlayıcı bir yüzeyin oluşması sağlanır. Bu oluşan filimin kayma direnci az olduğundan yük altında kesilir ve oluşan sert yüzeyleri de ortadan kaldırır. Fakat hemen arkasında yeni bir filim tabakası takip eder. Bu filim tabakası yatağa gelen yükün az bir kısmını taşırken, yükün büyük kısmı yine hidrodinamik filim tarafından taşınır. Karışık yağlama genelde yatakların imalat tekniklerinin değiştirilmesiyle geliştirilebilirler. Sinterlenmiş yataklar buna genel bir örnektir. Bu yataklar genelde bakır, teneke gibi metal tozlarının basınç altında sinterlenmesi ile elde edilir ve daha sonra her iki metalin ergime sıcaklıklarının ortasına kadar ısıtılarak gözenekli bir yapıya kavuşturulurlar. Daha sonra bu yataklar kullanılmadan önce yağ banyosuna daldırılırlar gözenekli yapı sayesinde içlerine yağ emdirilir. Kullanım sırasında, yatağa emdirilmiş yağ basınç altında iken yatağın yüzeylerine yayılarak yağlama sağlar ve yük kalkınca tekrar yatak tarafından emilir. Bazı metaller (grafit) ve plastiklerin (teflon) doğal yapıları gereği sürtünme katsayıları düşüktür ve bu metallerden direk olarak düzgün yüzeyli yataklar üretilebilir. Bazı plastikler, örneğin naylon ve teflon, herhangi bir katkı maddesi kullanılmadan orta derecenin altındaki yükler için yatak malzemesi olarak kullanılmaktadırlar. Plastik yatak malzemeleri için iki önemli sorun vardır: 1) Malzemenin fazla yük altında akması, 2) ısı transfer katsayılarının düşük olması nedeni ile fazla ısınmalarıdır. Bu iki nedenden dolayı plastik malzemeler endüstriyel uygulamalarda pek kullanılmazlar. Bunlara karşın, karışık yağlama, tüm dişlilerde çeşitlerinde, silindirin içindeki piston hareketinde ve bir biri üzerinde kayan diğer makine parçalarında (rulmanlarda, kızaklı yataklarda) söz konusudur. 37 Gözzenekli metaal yataklar genelde g bas ınç, zaman ve hıza vey ya PV faktörrüne bağlı olarak o tasaarlanırlar. Verilen herhaangi bir sürttünme katsaayısına karşılık gelen, P PV faktörü birim b yataak alanında oluşan sıcak klıkla oranttılıdır. Gözeenekli metall yataklar iççin maksimu um PV değeeri 50000 (ppsi x fps) ku ullanılır. Uzzun zaman yüksek y sıcak klıkta yada yüksek PV değeerinde çalıştırılan yatak klara yağ ilaave edilmelidir. Yağ ilaavesi kılcal burularla ya y da gresslikle yapılaabilir. PV deeğeri yarıyaa indirilmesii durumund da, uzun bir kullanma zamanı z için herhangi biir yağlamay ya gerek kallmaz. Tablo o 13.4 de gö özenekli yattaklar için gerekli g değeerler verilm miştir. Bu yaataklarla kulllanılan milllerin mutlak ka sertleştiriilmesi gereekmektedir. Tablo 13.5 5 de ise metaal olmayan yatak malzemelerine aait değerler buluunmaktadır. Tablo 133.4 Taablo 13.5 Karışık K Yağğlamalı Porrost Yatakların Çalışm ma Koşulla arı Karışıık Yağlamaalı Metal Olmayan O Ya atakların Ç Çalışma Ko oşulları EKSENEL L YATAK 13.15 E Tüm döönen şaftlar,, örneğin kraank şaftı, geemi mili ve diğerleri (şşekil 13.1 dee görülmekttedir) şaftın exxsenel yönüünde yataklaanmalıdır. B Bazı durumllarda eksenel yük ayrı bbir eksenel flange tarafınddan taşınmakktadır. Ekseenel yataklaarda, kaymaalı yataklard da olduğu giibi hidrodin namik 38 yağlamaanın gerektiirdiği bir yaatak iç tırmaanması söz konusu k değildir. Fakat hafif yükleerde sınır ve karışşık yağlamaa mevcuttur.. Eğer şaffta gelen yüük büyük deeğerlerde isee Şekil 13.2 28 de görüld düğü gibi ekksenel yatak k kullanılır. Yağlamaa, dönmektee olan yatakk elemanının n yağa kazaandırdığı meerkezkaç ku uvvetiyle yağın ekksenel yatakk elemanlarrı arasından dışarıya do oğru savrulm masıyla sağllanır. Yağın n yatak içinde silindirik olaarak sürükleenmesi sonuucunda, yataak içi tırman nması olayıı, kullanılan n sabit pet sayıısına da bağğlı olarak geerçekleşir. Ş Şekil 13.3 deeki kaymalıı yatakta oluuşan yatak içi i tırmanm ma hareketinnin aynısı bu uraya uygullanabilir. Şek kil 13.28 Tipik Bir Eksenel E Ya atak Şekil 133.28 de görüülen eksenel yatakta, peetler belli bir sabit köşee kırma acıllarına sahip p olabilir veya peetler belli birr açıda bellii bir pivot eetrafında dön ndürülerek monte edilm miş olabilir veya onlar kıısmi olarak sabitlenmişş ve bir birleerine karşı belli b acılarda döndürülm müş olabilirrler. Eğer peetlerin köşelleri sabit birr açı ile kesiilmiş ise, bu u yatakta hid drodinamikk yağlama saadece bir dönm me yönündee oluşur. 13.16 R RADYAL VEEKSEN V NEL YATA AK KONST TRÜKSİYO ONLARI (T TASARIMLARI) Şekill 13.29 Rad dyal Yataklların Montaaj Şekillerii; a) Silindirik, b) Kürresel ve c) Açısal A 39 Şekil 13.30 Parççalı Radyall Kaymalı Yatak Y Şekil 13.31 1 Parçalı Raadyal ve Ek ksenel Kay ymalı Yatakk Şek kil 13.32 Tü ürbin Milin nin Radyal Kaymalı Yatak Y Tasarrımı 40 Şeekil 13.33 Çok Ç Kadem meli Su Pom mpasında Radyal R Kaymalı Yatakk Uygulaması Şekil 13.3 34 Polimerr Kaplı Ekssenel Kaym malı Yatak Şekiil 13.35 Hid droelektrik k Santral T Türbininin 5,000,000 5 N Eksenel Y Yatak Tasa arımı 41 Şekil 13.336 1,000,000 N luk Ek ksenel ve Ra adyal Kaym malı Yatakk Tasarımı Şek kil 13.37 10 00,000 N lu uk Radyal Kaymalı K Ya atak Tasarrımı Şekil 13.38 170,00 00 N luk Seerbest Rady yal Kayma alı Yatak Taasarımı 42 Problem m 5: Şekildde boyutları verilen pistton, silindir içinde hareeket etmekteedir. Piston silindir cidarlarrına değmeyyip pistonla silindir arassında 30 oC de SAE 40 0 yağı mevccuttur. Pisto onu 1 m/s lik hhızla harekeet ettirmek için i gerekli olan kuvveeti bulunuz. Verilen nler: Şekildeeki boyutlarr, 30 oC de SAE 40 yaağı, piston hızı h = 1 m/s İstenen n: F = ? Çözüm: K Kayma geriilmesini bullalım: Δ Δ B BuradaSAE E40yağının n30 Cdekkıviskozitesi:η 0.25 . 1 0.0002 25 Δ Δ . S Sürtünme Kuvveti: K 1000 0.14 0.011 . P Pistona uyggulanması gereken kuvvvet sürtünm me kuvvetinee eşittir. Problem m 6: Şekildde görüldüğü ü gibi iç içee iki kap bullunmakta ollup dıştaki kkabın içi yağ ile dolduruulmuştur. İçtteki kaba 2.5 Nm lik dööndürme mo omenti uygu ulandığındaa içteki kap n = 800 dev/d hıızla dönmekktedir. İki kap k arasındaa toplam 0.8 8 mm boşluk k olup içtekki kap dıştak kinin tam merrkezine yerlleştirilmiştirr. Yağın visskozitesini bulunuz? b Verilen nler: M = 2..5 Nm, n= 800 8 dev/d, Δ Δr İstenen n: Çözüm: 0.4mm m , L = 110 0 mm ve D = 110 mm 43 Δ Δ 2 3.14 3 2.5 120Δ . . 30Δ 2 2 2 0.11 1 800 00.11 120 0.0004 . NOTE: cp (centipooise) ye çeviirmek isteniirse 1 cp = 1 mPa.s Problem m: 7 Şekildde görüldüğü ü gibi biri saabit diğeri 1200 1 dev/d ile dönen ikki disk arasıında 0.13 mm m lik boşlukk mevcutturr. 240 mm ççapındaki diiskler bir yaağ kabına daaldırılmış ollup, yağ dönmennin etkisiylee iki diskin arasını a tamaamen doldu urmaktadır. a) a Diske uyygulanması gereken g döndürm me momenttini bulunuzz? b) Yağın viskozitesin nin 40 mPa.s olduğu kaabulüyle, orrtaya çıkan ısı nedir? Verilen nler: n = 12200 dev/d, h = 0.13 mm m, D = 240 mm, m 40 mPa.s İstenen nler: M ?, İsi kaybı = ? Çözüm: a) 60 2 0.04 30 2 3.14 120 00 0.12 60 0.00 0013 . 30 15 b) 30 . 12 2.58 3.14 1200 1 30 . 44 SINAV V SORULARI: Soru a) (10P) Petrooff denklem mini hangi kkabuller yap pılarak elde edilmiştir? b) (110P) Petrofff denkleminni elde et. a) 1. 2. 3. 4. Y Yatakla mill (muylu) merkezleri m arrasında eksaantriklik yoktur. M Muylu yataağın içine do oğru tırmanm nma hareketii yapmıyor. Y Yağ filmi yük y taşımıyo or. E Eksenel doğğrultuda yağ ğ akımı yokk. / b / / ; ; 2 ; ç ç 4 2 Eğer az bir yük W safta s uygulaanırsa, sürtüünme momeenti şöyle iffade edilir, 2 2 ; , 2 2 2 ; 2 ; SORU: Tek silindiirli bir moto orda krank m mili iki adett ana yatakla motor gövvdesine yataklannmıştır. Anaa yataklar raadyal ve ekksenel yatak kların kombiinasyonu şeeklinde imall edilmişttir. Piston krank k muylu usuna sadec e radyal yattakla bağlan nmıştır. Anaa yataktaki krank mili çappı 80 mm, yatak y çapı 80 0.3 mm, yattak genişliğ ği 60 mm, ek ksenel yatakk dış çapı 100 mm, eksenel yatak iç çappı 80.3 mm m ve eksenell yatak boşlu uğu 0.15 mm m dir. Pistoonun bağlan ndığı muylu ççapı 70 mm, yatak geniişliği 35 mm m ve yatak çapı ç 70.3 mm m dir. Yanm ma sonundaa 2 pistonunn önünde olluşan basınçç 3.0 N/mm m , piton çap pı 90 mm vee pistonla siilindir arasın ndaki sürtünm me kayıpları ihmal ediliiyor. Yağlam ma yağının viskozitesi 50 mPa.s ddir. Krank mili m 4000 rpm le ddönerken: a) Her bir yaataklarda oluuşan sürtün nme momentini, b)Topllam kayıp gücü g bul. 45 80 Verilenler: ∆ 0.15 , , 80.1 70 , 50 . , 4000 İstenenler: ü ü Çözüm: a) Muyluya uygulanan kuvvet, Ana yataklara gelen kuvvet, , 60 70.1 , ?, , 3 100 35 ? 19076/2 , , , 80.1 3.0 , üç 45 90 , , ? Petroff denkleminden 2 Muyluda oluşan sürtünme katsayısı 19076 0.07 0.035 2 . / 0.05 4000/60 0.035 7786122 0.00005 2 3.14 Ana yatakta oluşan sürtünme katsayısı 19076/2 0.08 0.06 2 . . / 0.05 4000/60 0.04 1987083 0.00005 2 3.14 . Sürtünme Momenti, Muyluda oluşan sürtünme momenti 0.006 19076 0.035 Ana yatakta oluşan sürtünme momenti 0.026 9538 0.04 Eksenel yataklarda oluşan sürtünme momenti 2 0.05 60 b) Toplam sürtünme momenti 2 Kayıp güç 9550 2 . 30 3.14 4.0 . 2 4000 0.05 60 0.00005 2 9.92 9550 30 23.72 4000 9550 15 0.040 2 2.42 . . . 46