ÖNSÖZ
Üretimi yapılacak bir makinenin ödevinin kesin olarak saptanması, uygulanacak temel ilkelerin belirlenmesi, bu ilkeleri yerine getirecek elemanların seçimi, mukavemet hesaplarının yapılması, seçilen elemanların montaj ve imalat resimlerinin çizilmesi işlemlerinin hepsi makine tasarımının aşamalarını oluşturur.
Makine tasarımı sürecinde, makine elemanları bilgisine ihtiyaç vardır. Makine Elemanları, özellikle makine mühendisliği eğitiminde verilen önemli derslerden birisidir. Ayrıca tekstil, endüstri gibi mühendislik dallarında da tamamlayıcı ders olarak okutulmaktadır. İlk üç yılda alınan Teknik Resim, Statik, Dinamik, Malzeme, Mukavemet ve Isı Transferi gibi derslerde elde edilen alt yapı ve Makine Elemanları dersi kapsamında kazanılan bilgiler ışığında, makine tasarımları gerçekleştirilmektedir. Her bir makine elemanı belirli bir fonksiyonu yerine getirmek için tasarlanmış olup her makinede aynı işlemi yerine getirir. Çeşitli makinelerde işlev ve görevleri benzer olan, ortak özelliklere sahip, aynı ilke ve fiziksel prensiplere göre tasarlanan elemanlar bir makine elemanı grubunu oluştururlar. Örnek vermek gerekirse, kaynak, perçin, cıvata ve somunlar bağlama elemanı, rulmanlar yataklama elemanı, dişli çarklar, kayış kasnak ve zincirler hareket-güç iletim elemanı olarak her makinede aynı işlevi yerine getirirler. Aynı makine elemanı grubu içerisinde farklı tiplerin kullanılması, sisteme gelen yükün şekli (eksenel, radyal, dinamik, statik, darbe vb.) ve iletilen güç gibi faktörlere bağlıdır.
Kitap, temel problem çözümüne yönelik hazırlanmıştır. Bunun için, metin bilgisi yerine, problem ve proje çözümlerinde gerekli olan eşitlik, şekil ve çizelgelere daha fazla yer verilmiştir. Hacmin fazla olmaması için, çözümlü problemler ve uygulamalar içeriğe dahil edilmemiştir. Anlatılan konuların sayısal uygulaması ve pekiştirilmesi amacıyla, ayrıca “Makine Elemanları Çözümlü Problemler” kitabı hazırlanmıştır. Hazırlanan iki kitap, konuların anlatımı açısından bir bütünlük sağlamaktadır.
2013, 2015, 2017, 2019 ve 2021 baskılarından sonra kitabın gözden geçirilmiş 6. baskısı yapılmıştır. Öğretim üyelerinden, sanayiden ve mezun öğrencilerden gelen öneriler doğrultusunda şekil, kavram ve yazım hataları düzeltilmeye çalışılmıştır.
Kitap içinde bulunan şekiller, AutoCAD ve SolidWorks ortamında çizilmiştir. Teknik resimlerin çizilmesi ve metnin yazılması işlemlerinde katkısı olan herkese ve kitabın 6. baskısını gerçekleştiren Birsen Yayınevi’ne çok teşekkür ederim. Kavram ve yazım hatalarının tarafıma bildirilmesinden memnuniyet duyarım. Kitabın öğrencilere, ilgili mühendislere ve teknik elemanlara faydalı olmasını dilerim.
Ekim 2024, Denizli
Prof. Dr. Tezcan ŞEKERCİOĞLU
Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Makine Mühendisliği Bölümü
Kınıklı Yerleşkesi / DENİZLİ
e-posta: [email protected]
İÇİNDEKİLER
1 GİRİŞ................................................................1
1.1 Tanımlar...........................................................1
1.2 Makine Elemanlarının Sınıflandırılması.............................2
1.3 Makine Tasarımı-Makine Elemanı İlişkisi............................2
1.4 Makine Tasarımında Temel İlkeler...................................4
2 BOYUT VE YÜZEY DURUMLARI.............................................11
2.1 Norm Seriler.......................................................11
2.2 Toleranslar ve Geçmeler............................................13
2.2.1 Boyut Toleransları...............................................13
2.2.1.1 Tanımlar.......................................................13
2.2.1.2 Tolerans Çizelgeleri...........................................17
2.2.1.3 Tolerans ve Geçme Uygulamaları.................................21
2.2.2 Geometrik (Form ve Konum) Toleranslar............................22
2.2.2.1 Tanımlar.......................................................22
2.2.2.2 Geometrik Tolerans Sembolleri..................................23
2.2.2.3 Geometrik Tolerans Örnekleri...................................23
2.3 Yüzey Kalitesi.....................................................26
2.3.1 Yüzey Pürüzlülüğü................................................26
2.3.2 Yüzey Pürüzlülüğü Ölçümü.........................................28
2.3.3 Yüzey Kalitesi Sembolleri........................................31
2.4 Tolerans-Yüzey Kalitesi İlişkisi...................................33
3 MUKAVEMET HESAPLARI VE MALZEME SEÇİMİ................................34
3.1 Çekme Eğrisi ve Hooke Kanunu.......................................34
3.2 Makine Elemanı Üzerindeki Gerilmeler (Zorlama).....................36
3.3 Burkulma...........................................................39
3.4 Eşdeğer Gerilmeler.................................................41
3.5 Makine Elemanlarında Yükleme Şekilleri.............................42
3.6 Metallerin Yorulması...............................................45
3.7 Wöhler Diyagramı...................................................46
3.8 Ortalama Gerilmenin Etkisi.........................................47
3.9 Smith Diyagramı....................................................49
3.10 Emniyet Gerilmesi (Dayanım).......................................50
3.11 Çentik Etkisi.....................................................55
3.12 Malzeme Seçimi....................................................58
3.12.1 Çelikler........................................................58
3.12.1.1 Genel Yapı Çelikleri..........................................58
3.12.1.2 Islah Çelikleri...............................................59
3.12.1.3 Sementasyon Çelikleri.........................................59
3.12.1.4 Nitrür Çelikleri..............................................59
3.12.1.5 Paslanmaz Çelikler............................................59
3.12.2 Dökme Demirler..................................................65
3.12.3 Bakır ve Alaşımları.............................................66
3.12.4 Alüminyum ve Alaşımları.........................................67
3.12.5 Plastikler......................................................68
3.12.6 Kompozitler.....................................................69
4 KAYNAK BAĞLANTILARI....................................................70
4.1 Giriş..............................................................70
4.2 Kaynak Yöntemleri..................................................71
4.3 Kaynak Kabiliyeti..................................................71
4.4 Teknik Resimlerde Kaynak Sembollerinin Kullanımı...................73
4.5 Kaynaklı Bağlantılarda Emniyet Gerilmesi...........................77
4.6 Kaynak Mukavemet Hesapları.........................................79
4.6.1 Alın Kaynağı.....................................................79
4.6.2 Köşe ve Boğaz Kaynağı............................................80
4.6.3 Bindirme Alın Köşe Kaynağı.......................................81
4.6.4 Bindirme Yan Köşe Kaynağı........................................82
4.6.5 Dairesel Kesitli Kaynak Dikişleri................................83
4.6.6 Basınçlı Kaplarda Kaynak Dikişleri...............................83
4.6.7 Punta (Nokta) Kaynağı............................................83
4.7 Kaynaklı Bağlantılarda Tasarım Önerileri...........................86
4.8 Kaynaklı Tasarım Örnekleri.........................................89
5 LEHİM VE YAPIŞTIRMA BAĞLANTILARI.....................................91
5.1 Lehim Bağlantıları.................................................91
5.1.1 Giriş............................................................91
5.1.2 Mukavemet Hesapları..............................................92
5.2 Yapıştırma Bağlantıları............................................95
5.2.1 Giriş............................................................95
5.2.2 Yapıştırmanın Avantaları.........................................95
5.2.3 Yapıştırmanın Dezavantajları.....................................96
5.2.4 Yapıştırıcı Çeşitleri............................................97
5.2.5 Yapıştırma Bağlantılarında Gerilmeler ve Tasarım Önerileri.......102
5.2.6 Mukavemet Hesapları..............................................104
5.2.7 Yapıştırıcıların Kullanım Alanları...............................105
6 PERÇİN BAĞLANTILARI..................................................108
6.1 Giriş..............................................................108
6.2 Mukavemet Hesapları................................................110
6.3 Eksantrik Yüklenmiş Perçin Grupları................................112
6.4 Uygulama Alanları..................................................113
7 PERNO VE PİM BAĞLANTILARI............................................115
7.1 Perno Bağlantıları.................................................115
7.1.1 Giriş............................................................115
7.1.2 Mukavemet Hesapları..............................................116
7.2 Pim Bağlantıları...................................................118
7.2.1 Giriş............................................................118
7.2.2 Mukavemet Hesapları..............................................119
7.2.2.1 Radyal Pim.....................................................119
7.2.2.2 Eksenel Pim....................................................120
7.2.2.3 Saplama Pim....................................................121
7.3 Emniyet ve Sabitleme Elemanları....................................122
8 CIVATA BAĞLANTILARI..................................................126
8.1 Tanımlar...........................................................126
8.2 Cıvata-Somun Bağlantıları..........................................133
8.3 Cıvata-Somun Malzemeleri...........................................134
8.4 Yükleme Durumu.....................................................135
8.5 Ön Yüklemeli Bağlantılarda Sıkma ve Çözme Momentleri...............135
8.6 Otoblokaj (Kendiliğinden Çözülmeme) Şartı..........................137
8.7 Vidalarda Verim....................................................137
8.8 Ön Yüklemesiz Cıvata Hesapları.....................................137
8.9 Ön Yüklemeli Cıvata Hesapları......................................138
8.9.1 Kuvvet-Deformasyon Diyagramları ve Rijitlikler...................138
8.9.2 Deformasyondan Dolayı Ön Gerilme Kuvvetindeki Azalma.............140
8.9.3 İşletme Yükü Altındaki Ön Yüklemeli Cıvata Bağlantıları..........140
8.9.4 İşletme Kuvvetinin Etki Yeri ve Önemi............................141
8.9.5 Esnek-Rijit Cıvata Bağlantısı....................................142
8.9.6 İşletme Kuvveti Altında Mukavemet Hesapları......................143
8.10 Enine Çalışan Cıvatalar...........................................143
8.11 Hareket Vidaları..................................................145
8.12 Cıvata Bağlantılarının Emniyete Alınması..........................147
8.13 Cıvata Bağlantılarında Tasarım Önerileri..........................148
9 YAYLAR...............................................................152
9.1 Giriş..............................................................152
9.2 Yay Karakteristikleri..............................................153
9.3 Silindirik Helisel Yaylar..........................................155
9.4 Yaprak Yaylar......................................................158
9.5 Çubuk Yaylar.......................................................160
9.6 Disk Yaylar........................................................161
9.7 Kauçuk Yaylar......................................................165
10 AKS VE MİLLER.......................................................166
10.1 Tanımlar..........................................................166
10.2 Mil Malzemeleri ve Üretimi........................................169
10.3 Mukavemet Hesapları...............................................169
10.3.1 Akslar..........................................................169
10.3.2 Miller..........................................................170
10.4 Deformasyon Hesapları.............................................173
10.5 Titreşim Hesapları................................................174
10.6 Esnek Miller......................................................177
10.7 Mil Tasarımında Öneriler..........................................178
11 MİL-GÖBEK BAĞLANTILARI..............................................180
11.1 Giriş.............................................................180
11.2 Uygu Kamaları.....................................................182
11.3 Yarım Ay Kama.....................................................185
11.4 Enine Kamalar.....................................................186
11.5 Boyuna Eğimli Kamalar.............................................186
11.6 Konik Geçme Bağlantıları..........................................187
11.7 Konik Bilezik Çiftleri............................................188
11.8 Kamalı Miller.....................................................190
11.9 Sıkı Geçme Bağlantıları...........................................193
12 KAPLİNLER...........................................................199
12.1 Giriş.............................................................199
12.2 Çözülmeyen Kaplinler..............................................200
12.2.1 Flanşlı Kaplin..................................................200
12.2.2 Zarflı Kaplin...................................................200
12.2.3 Kauçuk Manşonlu Kaplin..........................................201
12.2.4 Dişli Kaplin....................................................202
12.2.5 Kardan Kaplini..................................................203
12.2.6 Oynak Bilyeli Kaplin............................................204
12.2.7 Oldham Kaplini..................................................204
12.2.8 Paralel Kaplin (Schmidt Kaplini)................................205
12.2.9 Yaylı Kaplinler.................................................205
12.2.10 Özel Kaplinler.................................................206
12.3 Çözülebilen Kaplinler (Kavramalar)................................208
12.3.1 Çözülebilen Dişli Kaplin........................................208
12.3.2 Konik Yüzeyli Sürtünmeli Kaplin.................................209
12.3.3 Lamelli (Diskli) Kaplin.........................................209
12.3.4 Sürtünmeli Kaplin Örnekleri.....................................211
12.3.5 Tek Yönlü Çalışan Kaplin........................................212
12.3.6 Hidrolik Kaplin.................................................213
13 YUVARLANMALI YATAKLAR...............................................214
13.1 Yatakların Sınıflandırılması......................................214
13.2 Rulman Sembolleri ve Gösterimi....................................219
13.3 Rulman İmalat Toleransları........................................220
13.4 Rulmanlı Yataklarda Montaj Toleransları...........................221
13.5 Rulmanların Sabitlenme Şekilleri..................................225
13.6 Yataklama Şekilleri...............................................227
13.6.1 Sabit-Serbest Yataklama.........................................227
13.6.2 Ayarlanabilir Yataklama.........................................228
13.6.3 Serbest-Serbest (Yüzer) Yataklama...............................231
13.7 Rulmanların Eksenel Yataklanması..................................232
13.8 Rulmanlı Yatakların Seçimi........................................233
13.9 Rulmanların Yağlanması............................................246
13.10 Rulmanların Montaj ve Demontajı..................................248
13.11 Kılavuz Yataklar.................................................250
14 KAYMALI YATAKLAR....................................................252
14.1 Triboloji.........................................................252
14.2 Kaymalı Yatak Malzemeleri.........................................255
14.3 Kaymalı Yatakların Sınıflandırılması..............................256
14.3.1 Hidrostatik Kaymalı Yataklar....................................256
14.3.1.1 Hidrostatik Eksenel Kaymalı Yataklar..........................257
14.3.1.2 Hidrostatik Radyal Kaymalı Yataklar...........................259
14.3.2 Hidrodinamik Kaymalı Yataklar...................................259
14.3.2.1 Hidrodinamik Eksenel Kaymalı Yataklar.........................259
14.3.2.2 Hidrodinamik Radyal Kaymalı Yataklar..........................262
14.4 Kaymalı Yatak Konstrüksiyonları...................................268
15 SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI.............................................270
15.1 Giriş ve Sınıflandırma............................................270
15.2 Kullanılan Polimer Malzemeler.....................................271
15.3 Radyal Sızdırmazlık Elemanları....................................273
15.4 O-Ring Halkaları..................................................279
15.5 Diğer Sızdırmazlık Elemanları.....................................282
16 GÜÇ VE HAREKET İLETİM ELEMANLARI....................................285
16.1 Giriş.............................................................285
16.2 Çevrim Oranı......................................................287
16.3 Mekanizma Verimi..................................................289
17 DİŞLİ ÇARK MEKANİZMALARI............................................290
17.1 Giriş.............................................................290
17.2 Genel Dişli Kanunu................................................292
17.3 Diş Profilleri....................................................293
17.4 Dişli Çarklarda Temel Büyüklükler.................................297
17.5 Evolvent Dişli İçin Referans Profil...............................298
17.6 Dişli Çark Üretimi................................................299
17.7 Kavrama Olayı ve Kavrama Doğrusu..................................301
17.8 Kavrama Uzunluğu..................................................301
17.9 Kavrama Oranı.....................................................302
17.10 Diş Dibi Kesilmesi (Alttan Kesilme)..............................302
17.11 Alt kesilme Olmadan Eş Çalışabilecek Diş Sayıları................303
17.12 Profil Kaydırma (Öteleme)........................................304
17.13 Profil Kaydırmalı Mekanizmalar...................................307
17.14 Dişli Çark Malzemeleri ve Emniyet Gerilmeleri....................311
17.15 Düz Dişli Çarklarda Kuvvetler....................................314
17.16 Modül Hesapları..................................................314
17.17 Helis Dişli Çarklar..............................................319
17.17.1 Giriş..........................................................319
17.17.2 Temel Boyutlar.................................................320
17.17.3 Eşdeğer Diş Sayısı.............................................320
17.17.4 En Az Diş Sayısı...............................................321
17.17.5 Kavrama Oranı..................................................321
17.17.6 Profil Kaydırma................................................322
17.17.7 Helis Dişli Çarklarda Kuvvetler................................322
17.17.8 Modül Hesapları................................................324
17.18 Konik Dişli Çarklar..............................................325
17.18.1 Giriş..........................................................325
17.18.2 Temel Boyutlar.................................................326
17.18.3 Eşdeğer ve En Az Diş Sayısı....................................326
17.18.4 Kavrama Oranı..................................................327
17.18.5 Konik Dişli Çarklarda Kuvvetler................................327
17.18.6 Modül Hesapları................................................328
17.18.7 Helisel - Spiral Konik Dişli Çarklar...........................329
17.19 Sonsuz Vida Mekanizmaları........................................333
17.19.1 Giriş..........................................................333
17.19.2 Vida ve Çark Boyutları.........................................334
17.19.3 Kavrama Oranı, Kayma Hızı ve Verim.............................335
17.19.4 Sonsuz Vida Mekanizmasında Kuvvetler...........................336
17.19.5 Modül Hesapları................................................337
17.20 Dişli Çark Tasarımında Öneriler..................................337
17.21 Dişli Kutuları...................................................340
17.21.1 Kutu Tasarımı..................................................340
17.21.2 Döküm Dişli Kutusu.............................................341
17.21.3 Kaynaklı Dişli Kutusu..........................................342
17.21.4 Kutu Tasarım Örnekleri.........................................342
17.22 Diferansiyel Mekanizması.........................................344
17.23 Planet Dişli Sistemleri..........................................345
17.23.1 Giriş..........................................................345
17.23.2 Planet Dişli Sistemlerinin Kinematiği..........................345
17.24 Dişlilerin Kalite Kontrolü.......................................348
17.24.1 Dişli Kalitesi.................................................348
17.24.2 Dişli Üretim Hataları..........................................349
17.24.3 Dişli Kontrolünde Kullanılan Alet ve Cihazlar..................349
18 KAYIŞ-KASNAK MEKANİZMALARI..........................................353
18.1 Giriş.............................................................353
18.2 Kayış Mekanizmalarının Avantaj ve Dezavantajları..................354
18.3 Kayış Çeşitleri...................................................355
18.3.1 Düz Kayışlar....................................................355
18.3.1.1 Mekanizma Şekilleri...........................................356
18.3.1.2 Hareket İletimi ve Kayış kollarında Oluşan Kuvvetler..........357
18.3.1.3 Mile Etkiyen Kuvvet...........................................358
18.3.1.4 Kayışlarda Gerginliğin Sağlanması.............................358
18.3.1.5 Geometrik Boyutlar............................................359
18.3.1.6 Kayış Hızı ve Eğilme Frekansı.................................361
18.3.1.7 Kayış Genişliğinin Hesabı.....................................361
18.3.1.8 Kayışta Meydana Gelen Gerilmeler..............................362
18.3.1.9 Düz Kayış Kasnakları..........................................366
18.3.2 V Kayışları.....................................................367
18.3.2.1 V Kayışların Düz Kayışlara Göre Yük Taşıma Kabiliyeti.........367
18.3.2.2 V Kayışlarının Yapısı.........................................368
18.3.2.3 V Kayış Tipleri...............................................368
18.3.2.4 V Kayış Mekanizmalarının Boyutlandırılması....................369
18.3.2.5 Ön Gergi Kuvveti..............................................376
18.3.2.6 V Kayış Kasnakları............................................378
18.3.3 Çok Profilli V Kayışları (Poly V Kayışlar)......................380
18.3.3.1 Profil (Yiv) Tipinin Seçimi ve Yiv Sayısının Bulunması........380
18.3.3.2 Çok Profilli V Kayış ve Kasnak Boyutları......................382
18.3.4 Dişli (Senkronize) Kayışlar.....................................383
18.3.4.1 Avantaj ve Dezavantajları.....................................383
18.3.4.2 Dişli Kayış Tipleri...........................................384
18.3.4.2.1 Trapez Diş..................................................384
18.3.4.2.2 Yuvarlatılmış Diş (HTD).....................................388
19 ZİNCİR MEKANİZMALARI................................................392
19.1 Giriş.............................................................392
19.2 Zincir Çeşitleri..................................................393
19.2.1 Makaralı Zincirler..............................................394
19.2.2 Burçlu Zincirler................................................396
192.3 Gall Zincirleri..................................................397
19.2.4 Fleyer Zincirleri...............................................397
19.2.5 Dişli (Sessiz) Zincirler........................................397
19.2.6 Özel Zincirler..................................................398
19.3 Zincir Dişli Çarklar..............................................399
19.4 Dişli Çark Boyutları..............................................400
19.5 Zincir Mekanizmalarının Kinematiği................................400
19.6 Zincir Seçimi ve Boyutlandırma....................................401
19.7 Mekanizmada Oluşan Kuvvetler ve Mukavemet Hesapları...............406
19.8 Zincir Gergi Sistemleri...........................................408
19.9 Zincirlerin Yağlanması............................................409
19.10 Zincir Mekanizmalarının Montajı..................................411
19.10.1 Mil ve Çarkların Montajı.......................................411
19.10.2 Zincirlerin Montajı............................................412
20 KADEMESİZ HIZ AYAR MEKANİZMALARI....................................413
20.1 Giriş.............................................................413
20.2 Varyatörlerin Sınıflandırılması...................................415
20.2.1 Mekanik Varyatörler.............................................415
20.2.1.1 Sürtünmeli Varyatörler........................................415
20.2.1.2 Kayışlı Varyatörler...........................................419
20.2.1.3 Zincirli Varyatörler..........................................420
20.2.2 Hidrolik Varyatörler............................................421
20.2.2.1 Hidrostatik Varyatörler.......................................421
20.2.2.2 Hidrodinamik Varyatörler......................................421
20.2.3 Elektromanyetik Varyatörler.....................................423
KAYNAKLAR..............................................................424
EKLER..................................................................427
EK-1 Temel ve Türetilmiş SI Birimleri..................................427
EK-2 SI Birimleri ile Birlikte Kullanılan Ön Ekler.....................428
EK-3 Yunan Alfabesi....................................................428
EK-4 Bazı Kesitlerin Alanları ve Atalet Momentleri.....................429
EK-5 Standart Elektrik Motoru Güçleri..................................429
EK-6 Çeliklerin Farklı Standartlardaki Gösterimi.......................430
DİZİN..................................................................431
