Shigley’s Mechanical Engineering Design Richard G. Budynas ...content.lms.sabis.sakarya.edu.tr/Uploads/49092/39186/microsoft... · Çözülemeyen Bağlantılar : Kaynak Kaynak bağlantıları

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