kaymali yataklar i: eksenel yataklarmuhserv.atauni.edu.tr/makine/ikaymaz/makelii/... · uygulamada...

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…