Atatürk Üniversitesi Kaymalı Yataklar Prof. Dr. İrfan KAYMAZ KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar Atatürk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar
Prof. Dr. İrfan KAYMAZ
KAYMALI YATAKLAR
I: Eksenel Yataklar
Atatürk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Makine Mühendisliği Bölümü
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Giriş
Bu bölüm sonunda öğreneceğiniz konular: Eksenel yataklama türleri Yatak malzemeleri Hidrodinamik Yağlama Teorisi: Temel Prensipler Sonsuz Geniş Düzlemsel Eğilimli Yatakta ve Sonlu eğilimli yatakta
Basınç Dağılımı Yük Taşıma Kapasitesi Basınç Merkezi ve Yük Etki Noktası Sürtünme Katsayısı Yağın Debisi Sıcaklığın
Örnekler onsuz Geniş Düzlemsel Eğilimli Yatak
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Genel Bilgiler
Yataklar makinelerin döner parçalarının aynı konumda kalmalarını
sağlar bu parçalardan etkiyen kuvvetleri gövdeye, temele iletirler
Konstrüksiyonlarına göre: Kaymalı yataklar Yuvarlanmalı yataklar (Rulmanlar)
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Genel Bilgiler
Yataklar, az sürtünme ile hareketi sağlamanın yanı sıra mil veya aksı taşıyıcı bir işlev de gördüğünden bir kuvvete maruz kalırlar. Taşıdığı bu kuvvetin yönü yatağın yarıçapı yönündeyse radyal yatak, ekseni doğrultusunda olması halinde de eksenel yatak
Herhangi bir kuvvet taşıma görevi olmayan, sadece mili belirli bir konumda tutması, kılavuzlaması istenen yataklara da kılavuz yatak ad verilir.
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Genel Bilgiler
Mil ile yatak arasında yağ filminin oluşması açısından ise kaymalı yataklar iki sınıfa ayrılırlar:
Hidrodinamik Kaymalı Yataklar; yağ filminin milin hareketi sayesinde kendiliğinden oluştuğu yataklardır.
Hidrostatik Kaymalı Yataklar; yağ filminin, yağın dışarıdan bir pompa tarafından mil ile yatak arasına basılması sayesinde meydana geldiği yataklardır.
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Yatak Malzemeleri
Kaymalı yatak tasarımında en önemli adım uygun bir yatak malzemesi seçimidir.
Bunu için bir yatak malzemesinden beklenen özellikler:
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Yatak Malzemeleri
Uygulamada kullanılan yatak malzemeleri: • Metalik • Metalik olmayan olarak ikiye ayrılır.
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Hidrodinamik Yağlama Teorisi: Temel Prensipler Hidrodinamik yağlama: yüzeyler arasındaki boşluğun şekline ve izafi hıza bağlı olarak yüzeylerin birbirinden tamamıyla ayrılması için yeter derecede basınca sahip bir yağ tabakası oluşturan yağlama sistemidir.
Hidrodinamik yağlama teorisinin amacı: yağ filmi içinde hangi koşullarda basıncın oluşumu/değişimi, minimum yağ tabakası kalınlığı yatağın yük taşıma kapasitesi sürtünme katsayısını yağın debisini sıcaklığını, ve yatağın gerekli temel boyutlarını hesaplayabilmek için ihtiyaç
duyulan eşitlikleri belirlemektir.
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Hidrodinamik Yağlama Teorisi: Temel Prensipler
Sıvı sürtünmesinin incelenmesinde: • Navier-Stokes Hareket denklemleri • Süreklilik denklemlerine dayanır.
Yapılan kabuller:
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Hidrodinamik Yağlama Teorisi: Temel Prensipler
Navier_Stokes Denklemi
Süreklilik Denklemi:
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Hidrodinamik Yağlama Teorisi: Temel Prensipler
Hidrodinamik Sürtünmenin Genel Denklemi
Reynolds Denklemi
Gerekli basıncın oluşabilmesi için: U izafi hızın oluşumu
𝜕ℎ
𝜕𝑥 yani; x yönünde yağ tabakası kalınlığının azalması gerekir.
Eksenel yataklarda: yağ tabakası kalınlığının hareket yönünde küçülmesi için yatak yüzeyi birtakım lokmalara ayrılır ve hareket yönünde eğim verilir.
Radyal yataklarda ise mil ile yatak boşluklu geçme olmalıdır.
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Eksenel Kaymalı Yataklar
Ref: http://www.dac-3d.com/DACTRNG/PRODSALV/SLV-Kingsbury1.html
Dikey milli makinelerde veya mil ekseni yönünde de kuvvet alan makinelerde millerin yataklanmasında kullanılır.
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Radyal Kaymalı Yatak
Ref: http://www.machinerylubrication.com/Read/779/journal-bearing-lubrication
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Hesaplama Esasları
Takip eden bölümde eksenel ve radyal kaymalı yatakların hesabında kullanılan adımlar aşağıdaki parametreler hesaplanarak verilecektir:
Basınç Dağılımı Yük Taşıma Kapasitesi Basınç Merkezi ve Yük Etki Noktası Sürtünme Katsayısı Yağın Debisi Sıcaklığını
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Sonsuz Geniş Düzlemsel Eğilimli Yatak
Hareket yönünde daralan yağ kamasına sahip tipik bir eksenel yatak modeli
Sonsuz Geniş Düzlemli Yatak: Z ekseni doğrultusunda sonsuz geniş Yan akışkan kaçağı olmayan
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Basınç Dağılımı
İntegre edilip gerekli sınır şartları yazılırsa:
Hidrodinamik Sürtünmenin Genel Denklemi
Z ekseni ile ilgili terimler yok edildiğinde ve 𝑈 = −𝑈 yazıldığında:
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Basınç Dağılımı
Boyutsuz Büyüklükler
Kaymalı yatakta Boyutsuz basınç dağılımı
Boyutsuz maksimum basınç eğime bağlı olarak Boyutsuz maksimum basınç eğime bağlı olarak
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Yük Taşıma Kapasitesi
Birim genişlik için yatak yükü:
P değeri yerine yazılır ve
Yük Taşıma Kapasitesi
Minimum Film Kalınlığı
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Basınç Merkezi ve Yük Etki Noktası
Basınç Merkezi yükün etki ettiği yer olarak tanımlanır Başlangıç noktasına göre moment alınarak elde edilir
Eğim cinsinden basınç merkezi:
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Sürtünme Kuvveti
B genişliğine sahip bir yatakta viskoz sürtünme kuvveti
Kayma gerilmesi, hız gradyeni ile birlikte yazıldığında
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Sürtünme Kuvveti
𝜏𝑧: hareket doğrultusuna dik olduğundan sürtünme hesabında dikkate alınmaz. Dolayısıyla 𝜏𝑥
y=0 hareketli yüzeyde
y=h hareketli yüzeyde
Yataktaki toplam sürtünme kuvveti:
Sürtünme katsayısı:
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Debi
Maksimum basıncın oluştuğu 𝑥∗
Bu noktada film kalınlığı
Hız ve Kayma etkisinde akış miktarı:
Boyutsuz akış veya akışkan miktarı:
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Boyutsuz Büyüklükler
Maksimum basıncın dağılımı
Yük taşıma kapasitesi(B genişliğinde bir yatak)
Yük taşıma kapasitesi(∞ genişliğinde bir yatak)
Sürtünme kuvveti
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Boyutsuz Büyüklükler
Boyutsuz yatak parametrelerin eğimle değişimi
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Lokmalı Yataklar
Hidrodinamik eksenel yatakların esası hareket yönünde eğik düzleme dayanmaktadır.
Ancak pratikte bu eğimi (çok küçük değerler almaktadır) elde etmek oldukça zordur.
Bunun yerine yatak yüzeyini bir takım lokmalara ayırmak ve bu lokmalara hareket yönünde bir eğim vermek suretinde gerekli hidrodinamik sıvı sürtünmesi için gerekli daralan yağ kaması elde edilir.
Bu lokmalar sabit veya mafsallı olabilir. Bu tür yataklara MICHELL lokmalı yataklar (KINGSBURY) denir.
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Lokmalı Yataklar
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Lokma Mafsal Yeri
Başlangıç noktasına göre moment alınırsa:
Gerekli büyüklükler yerine yazılırsa:
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Sürtünme Direnci
Hareketli yüzeydeki sürtünme dikkate alındığında birim genişliğe etkiyen sürtünme kuvveti
Sürtünme Katsayısı: 𝜇∞ =𝐹1𝑠∞𝑊1∞
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Sürtünme Direnci
Eğik Kayma Yüzeyine Ait Boyutsuz Büyüklükler
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Sonlu genişlikte lokmalı yatak
Yük Taşıma Kapasitesi
Gerçekte kayma yüzeylerinin z-ekseni doğrultusundaki uzunlukları sonludur.
Bu durumda iki boyutlu Reynolds diferansiyel denklemi geçerlidir.
Sonlu genişlikte yatakta yağın yanlardan akmasından dolayı yük taşıma kapasitesi azalır.
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Sonlu genişlikte lokmalı yatak
Yük Taşıma Kapasitesi
Birim yatak genişliğinin taşıyacağı yük:
Yatak yükünün azalış oranı (düzeltme faktörü):
Minimum film kalınlığı:
veya
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Sonlu genişlikte lokmalı yatak
Eğik plakalar için fb değerleri
Yük Taşıma Kapasitesi
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Sonlu genişlikte lokmalı yatak
Sürtünme Katsayısı
Sonlu ve sonsuz geniş yataklarda sürtünme katsayıları arasında fb kullanılarak
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Sonlu genişlikte lokmalı yatak
Sürtünme Isısı Hesabı
Hidrodinamik kaymalı yataklarda viskoz sıvı sürtünmesi nedeniyle film içinde oluşan sürtünme ısısı:
Isının dışarı atılması iki yolla gerçekleşir:
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Sonlu genişlikte lokmalı yatak
Sürtünme Isısı Hesabı
Hidrodinamik kaymalı yataklarda viskoz sıvı sürtünmesi nedeniyle film içinde oluşan sürtünme ısısı:
Isının dışarı atılması iki yolla gerçekleşir: 1. Soğutma kanununa göre yatak ve gövde cidarlarından dış ortama verilen ısı miktarı
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Sonlu genişlikte lokmalı yatak
Sürtünme Isısı Hesabı
Isının dışarı atılması iki yolla gerçekleşir: 2. Yatak içine sevk edilen fazla miktarda yağ ile dışarıya verilen ısı miktarı
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Eksenel yataklarda Pratik Değerler
Uygulamada eksenel kaymalı yatak olarak en çok eğik plaka elemanlarından (lokmalardan veya pabuçlardan) meydana gelen Michell eksenel yatağı kullanılır.
Bu nedenle Michell lokmalı yatağı esas alınacaktır
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Eksenel yataklarda Pratik Değerler
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Pratik Değerler
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Pratik Değerler
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Pratik Değerler
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Pratik Değerler
İfadesine göre düşük hız dezavantajlıdır. Hız düştüğünde h0 küçük olacağından aşınma en fazla bu
durumda meydana gelir. Emniyet için bir geçiş hızı veya devir sayısı belirlenerek hesaplar
bu kritik duruma göre yapılır.
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Örnek:
Atatürk Üniversitesi
Kaymalı Yataklar Gelecek dersin konusu
Radyal Kaymalı Yataklar…