shigley’s mechanical engineering design richard g. budynas...
Post on 30-Aug-2019
15 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Shigley’s Mechanical Engineering DesignRichard G. Budynas and J. Keith Nisbett
Malzeme Bağıyla Konstrüksiyon
HazırlayanProf. Dr. Mehmet Fırat
Makine Mühendisliği BölümüSakarya Üniversitesi
Çözülemeyen Bağlantılar : Kaynak Kaynak bağlantıları ile iki ya da daha fazla parça çözülemeyecek bir şekilde
malzeme bağlı olarak birleştirilir. Kaynak sırasında genellikle ergiyen malzemenin birbirine karışması söz
konusu olduğundan ancak aynı ve yakın cins malzemelerin kaynak edilmesimümkündür.
Diğer çözülemeyecek bağlantı elamanları/yöntemleri Perçin Lehim Yapıştırma
Çözülemeyen Bağlantılar : KaynakKaynak, malzemeleri birbiri ile birleştirmek için kullanılan bir imalat yöntemidir,
ve metal veya termo plastik malzemeler üzerinde kullanılır. Bu yöntemdegenellikle çalışma parçalarının kaynak yapılacak kısmı eritilir ve/veya bukısma dolgu malzemesi eklenir, daha sonra ek yeri soğutularak sertleşmesisağlanır, bazı hallerde ısı ile birleştirme işlemi basınç altında yapılır.
Bu yöntem lehim işlemiyle farklılık gösterir, lehim ve sert lehim yöntemlerindebirleştirme düşük erime noktalarında ve çalışma parçaları erimeden oluşur.
Kaynak için gaz alevi, elektrik arkı, lazer, elektron ışını, sürtünme, ultra sesdalgaları gibi birçok farklı enerji kaynakları kullanılabilir. Endüstriyelişlemlerde, kaynak açık hava, su altı, uzay gibi birçok farklı ortamdagerçekleştirilebilir.
Çözülemeyen Bağlantılar : KaynakKaynağın kalitesini ölçmek için kullanılan en önemli kriter, kaynağın ve
çevresindeki malzemenin (mukavemeti) dayanımıdır. Bunu etkileyen bir çokfaktör vardır; kaynak metodu, ekleme yöntemi, ısı miktarı, ana malzeme ve dolgu malzemesi ve bunların arasındaki etkileşimler
Kaynağın kalitesini ölçmek için yapılan muayeneler genel olarak,tahribatlı vetahribatsız muayene yöntemleri olmak üzere, iki grupta toplanır. Bumuayenelerle yapılan ölçümlerde, kaynakta gözle görünür hata olmamalı,kalıcı gerilme ve çarpılmalar kabul edilebilir düzeyde olmalı, ısıdanetkilenmiş bölge özellikleri kabul edilebilir düzeyde olmalıdır.
5/20
Kaynak Yöntemleri
Basınç Kaynağı Ergitme Kaynağı
Isı
Basınç
ElektrotIsı
Ocak Elektrik Sürtünme Oksi-asetilen Elektrik
Direnç Endüksyon DirençArk
Kaynağın Sınıflandırılması
Alın Kaynağı Kenar Kaynağı Köşe Kaynağı
6/20
Kaynağın Diğer İmalat Yöntemlerine Göre Avantajları
7/20
• Az sayıda parça yapılacaksa kaynak model masrafıbulunmadığından hem zamandan hem de paradan kazançsağlanır ancak çok sayıda parça yapımı söz konusu oluncadöküm seçilebilir.
• Kaynak konstrüksiyonlar da döküm konstrüksiyonlaragöre, özellikle büyük dişli çarklar, kayış kasnakları, dişlikutuları ve benzerlerinde %50’ye kadar çıkabilen bir ağırlıktasarrufu sağlanabilmektedir.
Kaynağın Diğer İmalat Yöntemlerine Göre Avantajları
Perçin bağlantılarına göre kaynak konstrüksiyonlarınınbirleşme noktalarında
• ek levhalar,• bindirme konstrüksiyonları ve• perçin başları olmadığı için
ağırlıktan, perçin deliklerinin işçiliği dolayısıyla da paradanönemli tasarruf sağlanır.
Kaynak bağlantılarında perçin delikleri gibi çentik etkisiolmadığı için malzemeden de daha iyi bir şekilde yararlanılır.
8/20
Kaynağın Diğer İmalat Yöntemlerine GöreDezavantajları
•Kaynak bağlantılarında, malzemede kaynak sonucuoluşan ve tespiti çok zor olan iç gerilmeler, çekmeler veçarpılmalar önemli sakıncalardır.
• Kaynak edilen bölgedeki malzeme ergiyipkatılaştığından yapısı döküm yapısı niteliğinde olur.Kaynak dikişinden malzeme geçiş bölgesindeki kristal yapıfarkı mukavemete etki eder.
9/20
Kaynağın Diğer İmalat Yöntemlerine GöreDezavantajları
10/20
• Kaynağın kalitesi ve konstrüksiyonun mukavemeti büyük ölçüdemalzemeye, kaynak metoduna ve personele bağlıdır.
• Kaynak kalitesinin kontrolü de özel ve pahalı ölçüm metotlarıgerektirir.
• Kaynak dikişlerindeki iç gerilmeler, zorlanma sonucu oluşan dışgerilmelerin eklenmesiyle çok eksenli gerilme hali, bunun sonuncundada aniden vuku bulan gevrek kırılma meydana gelir.
Kaynak Konstrüksiyonuna Ait Esaslar
11/20
1) Konstrüksiyonda kaynak dikişlerini kuvvetin yön değiştirdiği bölgelerekonulmaması faydalı olur. Böylece kuvvet çizgilerinin yığılmasıyla oluşangerilme artışlarına, kaynak dikişinin etkisi eklenmemiş olur
Kaynak Konstrüksiyonuna Ait Esaslar
12/20
Kaynak Konstrüksiyonuna Ait Esaslar
13/20
Kaynak Konstrüksiyonuna Ait Esaslar
14/20
Kaynak Konstrüksiyonuna Ait Esaslar
15/20
Kaynak Konstrüksiyonlarının Hesabı1. Dikiş kalınlığı, dikiş uzunluğu
• Bütün alın kaynaklarında a dikiş kalınlığı, birleştirilen parçaların kalınlığıyla aynıalınır. Eğer parçaların kalınlıkları farklı ise ince olanın kalınlığı göz önüne alınır.
• Köşe kaynağında parçaların en incesinin kalınlığı Smin ise kaynak kalınlığıa = 0,7.Smin olarak alınır. Özel hallerde ise kaynak kalınlığını a+min e/2 alınabilir.
• Kaynak dikiş uzunluğunun değeri, dikişlerin toplam uzunluğudur. Açık kaynakdikişinde bozuk uç kısımların uzunluğu yaklaşık olarak a’ya eşit kabul edilerekkaynak dikiş uzunluğu 1-2a alınır.
16/20
Kaynak Konstrüksiyonlarının Hesabı2. Kaynak kalitesiKaynak bağlantılarının kalitesine, dolayısıyla mukavemete etkiyenfaktörler aşağıdaki gibi gruplandırılabilir:1. Malzeme: Kaynak edilmeye uygun olması2. Hazırlık: Kaynak tekniğine uygun çalışma ve kaynak ağzı açılması ve sürekli
kontrol3. Kaynak Metodu: Kullanılan kaynak metodunun malzeme özelliklerine,
malzeme kalınlığına ve kaynak dikişinin zorlanma şekline uygun olması4. Kaynak Malzemesi (Elektrot): Kaynak edilen malzemeye uygun özellikte
seçilmesi deneye tabi tutulup uygunluğu anlaşılmış olması5. Personel: Eğitilmiş tecrübeli kaynakçı6. Kontrol: Kaynak bağlantısının hatasız olduğun uygun bir muayene metodu
ile (örneğin X ışınları) saptanması.Kalite I: 1’den 6’ya kadar bütün şartlar sağlanmış olmalıdır.Kalite II: 1’den 5’e kadar olan şartlar sağlanmış olmalıdır.Kalite III: Kaynak dikişinde muayene ve kontrol yönlerinden özel şartlar aranmaz,kaynakçının da mütehassıs bir usta olması istenmez; fakat kaynak, kaynak tekniğineuygun olarak yapılmış olmalıdır. 17/20
Kaynak Konstrüksiyonlarının Hesabı
3. Kaynak bağlantılarında emniyet gerilmesi
Kaynak dikişinin emniyet gerilmesi belirlenirken mukavemet azaltıcı etkenlerZayıflama Faktörü adı verilen bir katsayı ile hesaba katılır :
σkem = V * σem
V zayıflama faktörü:
V=v1*v2*v3*v4
V1:Kaynak dikiş faktörüV2:Kaynak kalite faktörüV3:darbe faktörüV4:Gerilme yığılması faktörü
18/20
Kaynak Konstrüksiyonlarının Hesabı
3. Kaynak bağlantılarında emniyet gerilmesi
V1: Kaynak dikiş faktörü
V1 zorlanma statik ise pratikte olarakv1=1 alınabilir. Dinamik zorlanmalarda,zorlama haline bağlı olarak Tablodeğerleri kullanılabilir .
V3: Darbe faktörü
Çalışma sırasında çeşitli darbe durumlarıniçin φ faktörü verilmiştir. Darbe faktörüv3= 1/φ formülü kullanılarak hesaplanabilir.
V2: Kaynak kalite faktörü
Kalite I için v2=1Kalite II için v2=0,8Kalite III için v2=0,5
V4: Gerilme yığılması faktörü
Gerilme yığılması faktörüuygulamalarda 1 alınır. Ancakbelirgin bir gerilme yığılması kaynağıveya iç gerilme varsa v4= 0,8…. 0,9alınabilir.
19/20
Kaynak Konstrüksiyonlarının Hesabı3. Kaynak bağlantılarının hesabı: Alın kaynağı
kemçk ls
F
la
F
..
keme
ek
eek ls
M
W
M
).(6/1 2
σktop = σçk+σek ≤ σkem
20/20
Kaynak Konstrüksiyonlarının Hesabı3. Kaynak bağlantılarının hesabı : Yan köşe kaynağı
kemk ls
F
la
F
la
F
..8,2..4.
kemee
k sbls
M
abla
M
)7.0.(..4,1).(..2
21/20
Kaynak Konstrüksiyonlarının Hesabı
keme
kMekFktop sbls
M
ls
F
)(..4,1..8,2
22/20
3. Kaynak bağlantılarının hesabı : Yan köşe kaynağı
Kaynak Konstrüksiyonlarının Hesabı
kemk la
F
la
F
..2.
23/20
3. Kaynak bağlantılarının hesabı : Alın köşe kaynağı
Kaynak Konstrüksiyonlarının Hesabı
22 .4
)2.(4
DaDAk
ad
dadWbk
2
)2(.32
44kem
bk
bk W
M
kemk
k A
F kemkkbilk 22
max .324/20
3. Kaynak bağlantılarının hesabı : Kapalı kaynak dikişleri
UYGULAMA
Problem:Şekil’deki kaynak bağlantısında taban yüksekliği h = 8 mm olduğuna görebağlantının taşıyabileceği F yükünün maksimum değeri ne kadardır? Bağlantıdakullanılan malzemelerin emniyet gerilmesi σem = 1200 daN / cm2, kaynak 2. kaliteve yük statiktir.
26/12
Çözüm:Kaynak dikişi çekme zorlanması etkisindedir:
kemk
çk )l.a(
F
Buna göre:σkem = 1.0,8.1.1200 = 960 daN / cm2
cm20,98=0,57).0,572.-(22.=)..2(2).( aabla k
Kaynak dikişinin emniyeti:σkem = V1.V2.V3.σem
σem = 1200 daN / cm2
V1 = 1 (statik yük durumu)V2 = 0,8 (2. kalite kaynak)V3 = 1 (darbe yok)
Burada kaynak dikiş alanı:
Bu durumda taşınacak maksimum yük:
daN941=960.0,98=).(. kkem laF 27/12
Problem:Düz bir levha çapraz (X) alın dikişi ile bir çelik konstrüksiyona bağlanmıştır. Levhayaetkiyen kuvvet F = 16000 daN, levha malzemesi St 37 (σak = 23 daN / mm2), kaynakkalitesi II ve emniyet katsayısı 1.7 olduğuna göre en küçük levha kesitini hesaplayınız.
28/12
Çözüm:Kaynak dikişi çekme zorlanması etkisindedir. Gerilme:
kemk
çk A
F
BuradaAk = (b – 2.a).a
Alın kaynağında a = s olduğundanAk = (b – 2.s).s
Kaynak dikişinin emniyetinin emniyet gerilmesiσkem = V1.V2.V3.σem
BuradaV1 = 1 (statik yük)V2 = 0,8 (2. kalite kaynak)V3 = 1 (darbe yok)
cm2 /daN13537,1
2300em
Bu durumda:σkem = 1.0,8.1.1353 = 1080 daN / cm2
cm2.8,141080
16000
kemk
FA
Eğer kaynağın başlangıç vebitimindeki bozuk kısımları gözardı edecek olursak, kaynak kesitialanı aynı zamanda levha kesitialanı olur. Yani
AL = Ak = 14,8 cm2
olarak alınabilir.
29/12
Problem:Şekildeki kaynak bağlantısının değişken zorlanma etkisinde taşıyabileceğimaksimum F kuvvetini hesaplayınız. Kaynak kalitesi III, kaynak yapılanmalzemeler St 37 ( τbD= 1600 daN / cm2), V1 = 0,4 ve S = 1,75’ tir.
30/12
Çözüm:Kaynak dikişindeki zorlanma kayma gerilmesi şeklindedir. O halde kaynak dikişindekigerilme:
kemk
bk W
M
Burada (çift taraflı kaynak için);
2..16
44
D
dDWk
olarak alınabilir. Buna göreD = d + 2.a = 40 + 2.5 = 50 mm, d = 40 mm
olacağı için:
cm3.292.5
45.
16
44
kW
31/12
Kaynak dikişindeki emniyet gerilmesiise
τkem = V1.V2.V3. τemBurada
V1 = 0,4 (verilmiş)V2 = 0.5 (3. kalite kaynak)V3 = 1 (darbesiz yükleme)
2em cm/daN.3,914
75,1
1600=
olduğundanτkem = 0,4.0,5.1.914,3 = 183 daN / cm2
Böylece kaynak dikişi tarafından taşınan momentMb = (Wk . τkem)
= 29 . 183 = 5307 daN.cmBağlantıda döndürme momenti için
Mb = F . lyazılabileceğine göre, bağlantıya uygulanan kuvvet
daNF .25,44212
5307
32/12
Problem:Dikdörtgen kesitli bir kiriş düşey bir kolona kalınlığı a = 5 mm olan çökük dolgukaynak dikişi ile bağlanmıştır. Kirişe α = 30˚ eğik F = 1500 daN’ luk değişken bir yüketki etmektedir. Kiriş malzemesi St 50 (σeD = 24 daN / mm2), l = 40 mm, h = 40 mm, b= 20 mm, kaynak kalitesi II, köşe kaynağı için V1 = 0,4 ve kaynak emniyeti 2 olmasıistendiğine göre kaynak dikişinin emniyetli olup olmadığını kontrol ediniz.
33/12
Çözüm:a)Çekme gerilmesi:Ak = (b + 2.a).(h + 2.a) – (b.h)
= 3.5 – 2.4 = 7 cm2
Çekme kuvvetiFç = F.cosα = 1500.cos30 = 1299 daN
olduğuna göre:
cm2 /daN.6,1857
1299
k
ççk A
F
b) Eğilme gerilmesi:
12
h.b)a.2h).(a.2b(I
33
k
cm4.6,2012
4.25.3 33
kI
Kaynak dikişinin mukavemet momenti:
cm3.24,85,02/4
6,20
2/
ah
IW k
k
34/12
Eğilme momentiMe = F.l.sinα = 1500.4.sin30 = 3000 daN.cm
Böylece eğilme gerilmesi:
cm2 /daN.36424,8
3000
k
eek W
M
c) Kesme gerilmesi:Kesme kuvveti
Q = F . sinα = 1500 . sin 30 = 750 daNKesilen alan
Ak = 2.a.(h+2a)=2.0,5.(4+2.0,5)=5 cm2Kesme gerilmesi:
cm2 /daN.1505
750
kk A
Q
35/12
d) Bağlantıda tehlikeli dikiş, çekme etkisindeki üst dikiştir. Bunagöre dikişteki en büyük gerilme
σkmaks = σçk + σek = 185,6 + 364 = 549,6 daN / cm2
e) Kaynak dikişinin emniyetiσkem = V1.V2.V3. σem = 384 daN / cm2
Sonuç olarak; σkmaks = 549,6 daN / cm2 > σkem = 384 daN / cm2 olduğundan yapılankaynak bağlantısı emniyetli değildir.
36/12
top related