KALIP YAYLARI ĠÇĠN YORULMA DENEY CĠHAZI TASARIMI HAKAN HOCAOĞLU T.C. ULUDAĞ ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ KALIP YAYLARI ĠÇĠN YORULMA DENEY CĠHAZI TASARIMI HAKAN HOCAOĞLU Doç. Dr. Kadir ÇAVDAR (DanıĢman) YÜKSEK LĠSANS TEZĠ MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI BURSA-2015 Her Hakkı Saklıdır. TEZ ONAYI Hakan HOCAOĞLU tarafından hazırlanan “Kalıp Yayları Ġçin Yorulma Deney Cihazı Tasarımı” adlı tez çalıĢması aĢağıdaki jüri tarafından oy birliği ile Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı‟nda yüksek lisans tezi olarak kabul edilmiĢtir. DanıĢman: Doç. Dr. Kadir ÇAVDAR BaĢkan : Doç. Dr. Kadir ÇAVDAR Uludağ Üniversitesi Ġmza Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Üye : Prof. Dr. ……………………. Uludağ Üniversitesi Ġmza Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Üye : Yrd. Doç. Dr. ………………….. Bursa Teknik Üniversitesi Ġmza Doğa Bilimleri, Mimarlık ve Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Yukarıdaki sonucu onaylarım. Prof. Dr. Ali Osman DEMĠR Enstitü Müdürü ..../..../2015 U.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, tez yazım kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalıĢmasında; - tez içindeki bütün bilgi ve belgeleri akademik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, - görsel, iĢitsel ve yazılı tüm bilgi ve sonuçları bilimsel ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, - baĢkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda ilgili eserlere bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunduğumu, - atıfta bulunduğum eserlerin tümünü kaynak olarak gösterdiğimi, - kullanılan verilerde herhangi bir tahrifat yapmadığımı, - ve bu tezin herhangi bir bölümünü bu üniversite veya baĢka bir üniversitede baĢka bir tez çalıĢması olarak sunmadığımı beyan ederim. 01/12/2015 Hakan HOCAOĞLU ÖZET Yüksek Lisans Tezi KALIP YAYLARI ĠÇĠN YORULMA DENEY CĠHAZI TASARIMI Hakan HOCAOĞLU Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı DanıĢman: Doç. Dr. Kadir ÇAVDAR Bilindiği gibi yaylar, makine elamanı arasında çok büyük öneme sahiptirler. Endüstride, geniĢ bir kullanım alanları vardır. Genellikle, makine parçalarını aynı konumda tutmak, darbeleri, titreĢimleri azaltmak ve parçalara hareket sağlamak amacıyla kullanılırlar. Yaylar, zorlu çalıĢma koĢulları altında çalıĢma esnasında maruz kaldığı yükler nedeniyle aniden kırılırlar. Bu yayların çalıĢması esnasında, yorulmanın ne gibi etkisinin olduğu bilinmediğinden, kırılmalar tahmin edilenden daha önce olmaktadır. Ancak günümüzde yorulma davranıĢının anlaĢılmasıyla ilgili birçok çalıĢma yapılmaktadır. Bu tür sorunların azaltılması için yayların yorulma ömrünün doğru bir Ģekilde belirlenip, yorulma faktörünün yay tasarım aĢamasında devreye sokulup buna göre yayların yeniden tasarlanması gerekmektedir. Bu çalıĢmada kalıp yayları ve helisel bası yayları esas alınmıĢtır. Yaylarla ilgili yapılan yorulma araĢtırmaları incelenmiĢ ve yorulma davranıĢı analizi yapılmıĢtır. Bununla birlikte bu yorulma araĢtırmalarının yapıldığı test makineleri incelenmiĢtir. Bu test makinelerinin yapısı incelenmiĢ ve daha avantajlı yönleri olan yay yorma makinesi tasarımı yapılmıĢtır. Kalıp yayları ile ilgili mevcut tablolar incelenmiĢ ve buna göre test edilebilecek yaylar belirlenmiĢtir. Ardından, çalıĢma esnasında oluĢan yükler hesaplanarak yeni tasarımın analizleri yapılmıĢtır. Bu çalıĢmada tasarlanan makinede, yüksek rijitlik, boy, sarım çapı ve tel kesiti gibi değiĢken parametrelerde daha fazla çeĢitliliğe sahip olduğu görülmüĢtür. Bu çeĢitlilik sayesinde, daha fazla yayın test edilebileceği, bu tasarımda çalıĢma sırasında iĢ güvenliği açısından daha emniyetli ve daha sessiz çalıĢma ortamı sağlanabileceği görülmüĢtür. Anahtar Kelimeler: Kalıp Yayları, Helisel Yaylar, Yorulma, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Yorulma Ömrü 2015, viii+ 100sayfa. i ABSTRACT MSc Thesis DESIGN OF THE FATIGUE TEST DEVICE FOR DIE SPRINGS Hakan HOCAOĞLU Uludağ University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mechanical Engineering Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Kadir ÇAVDAR As it is known, springs have great importance among the machine components. There are many usage areas in industry. Generally; springs are used in order to fix components of machines, to reduce impacts, vibrations and to help movement of the parts. Due to the loads which are exposed to springs during the operations under harsh conditions, some failures occur in the springs. During the operations of these springs, because of unknown impact of fatigue effect, these failures occur before the estimated lifetime. But nowadays, many studies have made regarding to the understanding of fatigue behaviours. To reduce such problems, the fatigue life of the springs should be correctly identified, springs fatigue should be considered at the design stage and springs should be redesigned. In this study, mould springs and the helical compression springs were considered. The studies on fatigue that done about springs was investigated and fatigue behaviour analysis was performed. In addition to this, machines that the fatigue tests were done on those researches were examined. Structure of this fatigue testing machines have been examined and machine that more advantageous aspects have designed. Current mould springs tables were examined and according to these tables, springs that can be tested were determined. And then, the loads that occurred during operation of the analysis were calculated and new design was made. The machine that designed in this study, it was observed that variable parameters such as high rigidity, length, coil diameter and wire section, have more ranges. With help of these ranges, it was seen that more springs can be tested; safety conditions can be better and more silent work environment can be provided during operation of this design. Key Words: Mould Springs, Helical Springs, Fatigue, Finite Element Methods, Fatigue Life. 2015, viii+ 100 pages. ii ĠÇĠNDEKĠLER Sayfa ÖZET ................................................................................................................................. i ABSTRACT ..................................................................................................................... ii ĠÇĠNDEKĠLER ............................................................................................................... iii TEġEKKÜR ..................................................................................................................... v ġEKĠLLER DĠZĠNĠ .......................................................................................................... vi ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ ................................................................................................. viii 1.GĠRĠġ ............................................................................................................................ 1 2.MATERYAL VE YÖNTEM ........................................................................................ 3 2.1. Yaylar Hakkında Genel Bilgiler ............................................................................... 3 2.2. Yayların Sınıflandırılması ........................................................................................ 5 2.3. Yay Karakteristiği ..................................................................................................... 5 2.4. Yay Sistemlerinde Rijitlik ......................................................................................... 6 2.4.1. Paralel Bağlı Yaylar ............................................................................................... 6 2.4.2. Seri Bağlı Yaylar ................................................................................................... 7 2.5. Helisel Yay ÇeĢitleri ............................................................................................................... 7 2.5.1. Helisel Bası Yayları ............................................................................................................. 7 2.5.1.1. Yay parametreleri .............................................................................................................. 8 2.5.1.2. Helisel bası yay hesaplama parametreleri ......................................................................... 9 2.5.1.3. Yay Uçlarının Detayları ................................................................................................... 9 2.5.1.4. Yay sapması ................................................................................................................... 10 2.5.1.5. Helisel yay karakteristiği .............................................................................................. 11 2.5.1.6. Helisel baskı yaylarındaki gerilmeler ............................................................................. 11 2.5.1.7. Helisel bası yaylarının burkulması ................................................................................. 13 2.5.1.8. Helisel baskı yaylarının titreĢimi ................................................................................... 13 2.6. Yaylarda Malzeme Seçimi ................................................................................................... 14 2.6.1. Yayların sahip olması gereken özellikler .......................................................................... 15 2.6.2. Yay teli malzemeleri .......................................................................................................... 17 2.7. Malzemelerde Yorulma Ve Yorulma Analiz ÇalıĢmaları .................................................... 17 2.7.1. Çevrimli Yüklemenin Tanımı ............................................................................................ 20 2.7.2. Gerilme-Ömür ( -N) Eğrileri ............................................................................................ 21 2.7.2.1. Zaman mukavemet bölgesi ............................................................................................. 22 2.7.2.2. Sürekli mukavemet bölgesi ............................................................................................. 22 2.7.3. Yorulma Mekanizması ....................................................................................................... 24 2.7.3.1. Çatlak baĢlaması ............................................................................................................ 25 iii 2.7.3.2. Kayma bandı çatlak geliĢimi ........................................................................................... 26 2.7.3.3. Yüksek çekme gerilmesine sahip düzlemlerde çatlak geliĢimi ...................................... 27 2.7.3.4. Kopma ............................................................................................................................. 27 2.7.4. Çatlağın Ġlerlemesi ............................................................................................................ 29 2.7.5. Yorulmayı Etkileyen Faktörler .......................................................................................... 29 2.7.5.1. Gerilme YoğunlaĢması .................................................................................................... 29 2.7.5.2. Boyut ............................................................................................................................... 30 2.7.5.3. Yüzey etkileri .................................................................................................................. 30 2.7.5.4. Sıcaklık ........................................................................................................................... 32 2.7.5.5. Frekans ............................................................................................................................ 32 2.7.6. Metalurjik DeğiĢmeler ....................................................................................................... 32 2.7.6.1. Tane boyutu .................................................................................................................... 32 2.7.6.2. AlaĢımlama ..................................................................................................................... 32 2.7.6.3. Ġkinci fazlar ..................................................................................................................... 33 2.7.6.4. Isıl iĢlem .......................................................................................................................... 33 2.7.7. Yorulma AraĢtırmaları ....................................................................................................... 33 3. ARAġTIRMA SONUÇLARI VE BULGULAR ..................................................................... 59 3.1. Yay Yorma Test Cihazı Tasarımı Ve AĢamaları .................................................................. 60 3.1.1. Makinenin Tasarımı ........................................................................................................... 60 3.1.2. Tasarımdaki aĢamalar ....................................................................................................... 61 3.1.3. Mekanik Tasarımcının Sorumluluğu ................................................................................. 62 3.1.4. Tasarım Ve Ömür Hesapları .............................................................................................. 63 3.1.4.1 KayıĢ Kasnak Hesapları ................................................................................................... 65 3.1.4.2. Rulman Ömür Hesabı ..................................................................................................... 69 3.1.4.3. Motor Hesabı .................................................................................................................. 71 3.1.5. Tasarlanan Yay Yorma Makinesi ...................................................................................... 71 3.1.5.1. Yay Yorma Makinesi Teknik Resimleri Ve Parça Bilgileri ........................................... 75 3.1.6. Tasarlanan Cihaz Ġçin Yapılan Analizler ........................................................................... 81 3.1.6.1. Modal Analiz .................................................................................................................. 81 3.1.6.2. Statik Analiz .................................................................................................................... 87 3.1.6.3. Kinematik Analiz ............................................................................................................ 89 4. SONUÇ .................................................................................................................................... 95 4.1. Tasarlanan Cihazdaki Aksaklıklar Ve ĠyileĢtirmeler ............................................................ 95 4.2. Değerlendirmeler ve karĢılaĢtırmalar .................................................................................... 95 4.3. Öneriler ................................................................................................................................. 96 5.KAYNAKLAR ......................................................................................................................... 97 ÖZGEÇMĠġ .............................................................................................................................. 100 iv TEġEKKÜR Bu tez çalıĢmamın hazırlanması süresince bana her konuda yardımcı olan ve beni yetiĢtiren değerli danıĢman hocam Doç. Dr. Kadir ÇAVDAR' a teĢekkür ederim. Tezin yazım kısmında desteklerini esirgemeyen ArĢ. Gör. Oğuz DOĞAN' a teĢekkür ederim. Bugünlere gelmemde büyük emeği olan aileme ve eğitim hayatım boyunca emeklerini ve desteklerini esirgemeyen tüm hocalarıma teĢekkür ederim. Hakan HOCAOĞLU 05/12/2015 v ġEKĠLLER DĠZĠNĠ Sayfa ġekil 2.1. ÇeĢitli yay örnekleri .......................................................................................... 3 ġekil 2.2. Yayların sınıflandırılması ................................................................................. 5 ġekil 2.3. ÇeĢitli yay karakteristikleri ............................................................................... 6 ġekil 2.4. Helisel bası yayları ............................................................................................ 8 ġekil 2.5. Helisel bası yayı uzunlukları ............................................................................. 9 ġekil 2.6. Helisel bası yayına uygulanan kuvvet............................................................. 10 ġekil 2.7. Helisel yay karakteristikleri ............................................................................ 11 ġekil 2.8. Yayda oluĢan gerilmeler ................................................................................. 12 ġekil 2.9. Helisel bası yayında burkulma tipleri ve ilgili burkulma katsayıları .............. 13 ġekil 2.10. Gerilme-uzama eğrisi .................................................................................... 15 ġekil 2.11. Yorulma kırılması meydana gelmiĢ parça yüzeyi ......................................... 19 ġekil 2.12. Yorulma parametreleri .................................................................................. 21 ġekil 2.13. Wöhler eğrisindeki süreli ve sürekli bölgeler .............................................. 22 ġekil 2.14. Wöhler eğrisinin yorumlanması ................................................................... 23 ġekil 2.15. Orta mukavemetli çelikler için -N eğrisi .................................................... 24 ġekil 2.16. Yorulma hasar örnekleri ............................................................................... 25 ġekil 2.17. Yorulma kırığı yüzeyi ................................................................................... 26 ġekil 2.18. Yorulma hasarı çatlak geliĢimi ..................................................................... 27 ġekil 2.19. Çatlak oluĢunun Ģematik olarak gösterilmesi ............................................... 28 ġekil 2.20. Çeliklerin yorulma özelliklerinde yüzey Ģartlarının etkisi ............................ 31 ġekil 2.21. Yay yorma makinesi ve test edilen yay tipleri .............................................. 35 ġekil 2.22. Tasarım eğrisini gösteren dayanım sınırı ...................................................... 36 ġekil 2.23. Elektronik Mikroskop ile kırık yüzeyi analizi .............................................. 37 ġekil 2.24. Elektron Mikroskobu Taraması ile kırık yüzeyi ve çatlak baĢlangıcı........... 38 ġekil 2.25. Farklı malzemelerde 1, 2, 3, 5 ve 8 mm tel çapında helisel yay numuneleri 39 ġekil 2.26. (a) Dalga izleri, ilerleme yönü ve çatlak baĢlangıcı (A) hızlı kırılma (F), (b) büyütülmüĢ görünüm, (c) korozyon belirtileri ................................................................ 40 ġekil 2.27. (a) Eksenel yüklemeli helisel yay ve (b) Yay için serbest cisim diyagramı . 41 ġekil 2.28. Farklı ısıl iĢlem sıcaklığı ve süresinin yorulmaya etkisi ............................... 42 ġekil 2.29. Yorulma sınırı ve gerilme giderme durumu ................................................. 43 ġekil 2.30. Dikdörtgen ve dairesel kesitli yayların deneylerinde kullanılan cihaz ......... 49 ġekil 3.1. Tasarımdaki aĢamalar ..................................................................................... 61 ġekil 3.2. Dikdörtgen kesitli kalıp yayları için yükleme ve strok durumu ..................... 64 ġekil 3.3. Yay yorma makinesi ....................................................................................... 73 vi ġekil 3.4. Yay yorma makinesi ön görünüĢ ................................................................... 75 ġekil 3.5. Makine test bölmesi detay görünümü ............................................................. 75 ġekil 3.6. Makine tahrik bölümü kesiti ........................................................................... 76 ġekil 3.7. Makine üstten görünümü ................................................................................ 76 ġekil 3.8. Test bölmesi .................................................................................................... 77 ġekil 3.9. Mil kesit görünümü ......................................................................................... 77 ġekil 3.10. Test bölmesi yay baskı plakası ..................................................................... 77 ġekil 3.11. Yay baskı aparatı........................................................................................... 78 ġekil 3.12. Model ağ yapısı genel görünüm .................................................................... 82 ġekil 3.13. Model ağ yapısı yan görünümü..................................................................... 83 ġekil 3.14. Makine için sabitleme yerlerinin tanımlanması ............................................ 83 ġekil 3.15. Mod 1 analizi ................................................................................................ 84 ġekil 3.16. Mod 2 analizi ................................................................................................ 85 ġekil 3.17. Mod 3 analizi ................................................................................................ 85 ġekil 3.18. Mod 4 analizi ................................................................................................ 86 ġekil 3.19. Mod 5 analizi ................................................................................................ 86 ġekil 3.20. Mod 6 analizi ................................................................................................ 87 ġekil 3.21. Vidalı ayar mekanizması statik analizi ......................................................... 88 ġekil 3.22. Vidalı ayar mekanizması ağ yapısı ............................................................... 88 ġekil 3.23. Vidalı ayar mekanizması statik analiz sonucu ............................................ 89 ġekil 3.24. Kinematik analiz uygulanan mekanizma geometrisi ................................... 90 ġekil 3.25. Temas noktaları tanımlamaları ..................................................................... 91 ġekil 3.26. Kinematik analiz dönme hareketi tanımları .................................................. 91 ġekil 3.27. Yataklar için toplam kinematik analiz sonuçları .......................................... 92 ġekil 3.28. Üst bağlantı noktası kinematik analizi .......................................................... 92 ġekil 3.29. Üst bağlantı noktası toplam kinematik analiz sonuçları ............................... 93 ġekil 3.30. Alt bağlantı cıvatası kinematik analizi .......................................................... 93 ġekil 3.31. Alt bağlantı cıvatası toplam kinematik analiz sonuçları ............................... 94 vii ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ Sayfa Çizelge 2.1. Helisel bası yay parametreleri ve açıklamaları ............................................ 8 Çizelge 2.2. Helisel bası yaylarının uç biçimleri ve sarım sayıları ............................................. 10 Çizelge 2.3. ASTM standart malzemelere göre oranlar ................................................. 17 Çizelge 2.4. Goodman diyagramı ömür hesap parametreleri ......................................... 45 Çizelge 2.5. Ġncelenen makalelerde kullanılmıĢ olan malzemeler ............................................... 51 Çizelge 2.6. Ġncelenen makalelerde kullanılmıĢ olan yay tel çapları .......................................... 52 Çizelge 2.7. Ġncelenen makalelerde uygulanmıĢ frekanslar ............................................ 53 Çizelge 2.8. Ġncelenen makalelerde bulunmuĢ Ps değerleri ........................................................ 54 Çizelge 2.9. Ġncelenen makalelerdeki test baskı aralıkları ............................................. 55 Çizelge 2.10. Ġncelenen makalelerde kullanılmıĢ analiz ve yöntemler .......................... 56 Çizelge 2.11. Ġncelenen makalelerdeki yüzey sertleĢtirme ve ısıl iĢlemler ................................. 57 Çizelge 3.1. Kalıp yayları sınıflandırılması ................................................................................ 63 Çizelge 3.2. Test Cihazında deney yapılabilecek yaylar ............................................................. 64 Çizelge 3.3. YeĢil kalıp yayı Dh=20 mm için katalog değerleri .................................................. 65 Çizelge 3.4. SPA 1 kanallı kasnak katalog değerleri .................................................................. 66 Çizelge 3.5. Standart dar V kayıĢ boyları ve bunlara karĢılık gelen C3 boy faktörleri .. 67 Çizelge 3.6. Sarılma açıları ve bunlara karĢılık gelen sarılma açısı faktörleri ............................ 68 Çizelge 3.7. Seçilen örnek rulman için katalog değerleri .............................................. 69 Çizelge 3.8. Makine parçaları ve adetleri ....................................................................... 74 viii 1. GĠRĠġ GeniĢ kullanım alanı, çeĢitlerinin artması ve fonksiyon açısından çok önemli makine elemanı olmaları yayların önemini daha da arttırmaktadır. Yayların daha verimli kullanılmaları ve yay davranıĢlarının belirlenmesi yıllardan beri araĢtırmacıların konusu olmuĢtur ve bu konuda birçok çalıĢma yapılmıĢtır. Günümüzde bu araĢtırmalar, yorulma davranıĢının anlaĢılması, yayların ömrünün belirlenmesi gibi konulara yönelmiĢtir. Bununla birlikte, yorulmanın yayların tasarımı aĢamasında göz önüne alınarak yayların tasarımının yapılabilmesi amaçlanmıĢtır. Yaylar, bir kuvvetle basılarak veya çekilerek üzerine yüklenen yükün etkisi yönünde esneyerek bu etkiyi karĢılayan ve üzerindeki yük kalktığında tekrar ilk durumunu alan makine elemanlarıdır. Yaylar, kendilerine uygulanan kuvvetin etkisi altında deformasyon gösteren ve bu deformasyon esnasında enerji biriktiren makine elemanlarıdırlar. Yayların endüstride geniĢ bir kullanım alanı vardır. Genellikle makine parçalarını aynı konumda tutmak, darbeleri, sarsıntıları ve titreĢimleri azaltmak ve parçalara hareket sağlamak amacıyla kullanılır. Yay malzemesi olarak sıklıkla metal kullanılmasına rağmen plastik gibi farklı malzemelerden imal edilmiĢ yaylar da mevcuttur. Yaylar çeĢitlerine göre, otomatik mekanizmalarda, ölçü aletlerinde, motorlu taĢıtlarda, frenlerde, mekanik saatlerde, oyuncaklarda, kalıp endüstrisinde vb. yerlerde kullanılırlar (Burhan 2010). DeğiĢken gerilmelere maruz makine elemanlarında, gerilmelerin maksimum değerleri yerine bunların periyodik değiĢimi yani tekrarı önem taĢır. Tekrarlanan kuvvetlerin oluĢturduğu gerilmeler sonucu malzemedeki kopma olayı statik sınırların çok altında meydana gelebilir. Bu olaya yorulma denir. Eleman kırılıncaya dek geçen süreye de elemanın ömrü denir. Genellikle, elemanın ömrü gerilme değiĢim sayısıyla tarif edilir. DeğiĢken zorlamada kopma, elemanın iç bünyede hata bulunan bölgesinden veya dıĢ yüzeyde zayıf bir noktadan baĢlar. Bu nokta civarındaki malzeme önce yorulur ve daha sonra bir çatlak meydana gelir. Zamanla bu çatlak gittikçe derinleĢir ve en sonunda çatlağın dıĢındaki bölgede gerilme mukavemet sınırını aĢınca, malzeme yükü kaldıramaz olur ve burada aniden kırılır. Yayların Ģekil değiĢtirme ve yükleme 1 karakteristikleri, kullanıldıkları uygulama alanlarına göre değiĢim gösterirler. Yaylar boyutlandırılırken bu karakteristiklere göre yay teli çapı, sarım çapı gibi parametreleri uygun yaklaĢımlara göre belirlenir. Ancak, yayların ömürleri konusunda henüz yeterli çalıĢma literatürde yer bulamamıĢtır. Dinamik yüklemeye maruz kalan yaylar için yapılan tasarımlar da bu nedenle eksik kalmakta ve yay kırılması nedeni ile makine fonksiyon kayıplarına sıklıkla rastlanmaktadır. Özellikle kalıp yayları bu çalıĢmada ele alınmıĢ ömür tespitinin önemi ve bu alanda yapılabilecek çalıĢmalar vurgulanmıĢtır. 2 2. MATERYAL VE YÖNTEM Bu bölümde, ilk olarak genel metalik yaylar, yayların önemli özellikleri ile ilgili bilgiler verilmiĢtir. Ardından yayların sınıflandırılması, kullanım alanları gibi temel bilgilere değinilmiĢ daha sonra literatürde yer alan yayların yorulması ile ilgi yapılan araĢtırmalar ve bu araĢtırmalarda kullanılan test cihazları ile ilgili önemli noktalara yer verilmiĢtir. 2.1. Yaylar Hakkında Genel Bilgiler Yaylar, kuvvetlerin etkisinde büyük elastik Ģekil değiĢtirme gösteren ve kuvvet kaldırıldığında eski haline dönen elemanlardır. Yaylar, yük altında sekil değiĢtirme sırasında bir enerji biriktirirler ve bunu yük kaldırıldığında kısmen geri verirler. Temel mekanizmaların olduğu gibi metal yayların ortaya çıkısı Bronz Çağına dayanır. Metal yaylar kullanılmadan önce ağaç gibi bitkisel ve hayvansal esaslı malzemelerden yapılmıĢ esneklik kabiliyeti olan yaylar elde edilmiĢ ve ok yaylarında ve askeri mancınıklar gibi silahlarda kullanılmıĢlardır. Daha hassas yaylar 1400‟lü yılların ortalarına doğru yeni ortaya çıkan mekanik saatlerin vazgeçilmez elemanı olmuĢlardır. Daha sonraları yay kendi kendine gidebilen basit araçların tasarımında yer almaktadır. ġekil 2.1. ÇeĢitli yay örnekleri (http://www.ortaklaryay.com, 2015) 3 Buhar makinelerinin ortaya çıktığı devirde yaylar mekanizmaların vazgeçilmez unsurudur. Tel ve Ģerit malzemelerden üretilmektedirler. Tekstil makinelerinde, preslerde, buhar makinelerinde, silahlarda kısaca otomatik hareketlerin bulunduğu her alanda kullanımı artmıĢtır. Yeni çeĢitlerinde daha dayanımlı malzemeler kullanılmakta, hidrolik, pnömatik ve bilgisayar kontrollü tezgahlarda daha hassas, daha ekonomik ve uzun ömürlü olarak üretilmektedirler. Yayların kullanım alanları ve amaçları aĢağıdaki Ģekilde sınıflandırılabilir: 1. BaĢlıca Kullanım Alanları:  Makineler,  Kavramalar – Frenler,  Araçlar ve Süspansiyon Sistemleri,  Tarım Aletleri,  Elektrik, Elektronik Sanayi,  Mobilya Sektörü,  Demiryolları Sektörü,  Savunma Sanayi,  Havacılık Sektörü,  Denizcilik Sektörü,  Medikal ve Sağlık Sektörü. Yaylar, teknikte birçok değiĢik amaçlarla kullanılmaktadır. En belirgin kullanım amacı bir dereceye kadar esneyerek üzerlerine yüklenen kuvveti taĢımak ve kuvvet kaldırılınca kısmen veya tamamen eski konumuna gelerek kuvvetin etkisini karĢılamaktır. 2. Yayların baĢlıca kullanım amaçları:  Belirli bir kuvvet uygulamak (kavrama, fren, kam mekanizmaları),  Darbe ve titreĢim etkilerinin azaltımı,  Biriktirilen enerjiyi harekete dönüĢtürme (saat, oyuncak vb.),  Kuvvet ölçümü (dinamometre). 4 2.2. Yayların Sınıflandırılması Yaylar üzerine yüklenen yükün veya kuvvetin etki ve yönüne göre de sınıflandırılabilirler. Yaylar, etkiyen bu kuvvetlere göre basılmaya, çekilmeye, eğilmeye ve burulmaya çalıĢır. Geometrik Ģekillerine göre silindirik, konik, disk, yaprak, spiral, gazlı ve özel gibi sınıflandırılmaktadır. Tel kesitlerine göre yuvarlak, dikdörtgen ve kare Ģekilli, üretim Ģekillerine göre sıcak veya soğuk ĢekillendirilmiĢ, malzemelerine göre de madeni, kauçuk veya plastik olarak sınıflandırılırlar. ġekil 2.2. Yayların sınıflandırılması 2.3. Yay Karakteristiği Herhangi bir yaya etkiyen kuvvet veya momentlerle bunların doğurduğu Ģekil değiĢiklikleri (boy değiĢimi veya burulma/dönme açısı) arasındaki iliĢkiye yay karakteristiği adı verilir ve bu iliĢkiye göre yay özelliği belirlenir. Bu karakteristik doğrusal, yükselen veya alçalan Ģeklinde olabilir (ġekil 2.3). 5 a) Yükselen Karakterli Kauçuk Yay b) Doğrusal Karakterli Silindirik Helisel Yay c) Alçalan Karakterli Tabak Yay ġekil 2.3. ÇeĢitli yay karakteristikleri (Babalık ve Çavdar 2015) Eğimi fazla karakteristiğe sahip yayların rijitlikleri de o oranda büyük olmaktadır. Doğrusal karakteristiğe sahip yayların rijitliği sabit, yükselen veya artan karakteristikli yaylarda rijitlik kuvveti büyümesi ile artarken, alçalan yaylarda kuvvetin büyümesi ile azalmaktadır. 2.4. Yay Sistemlerinde Rijitlik Uygulamada hacimlerin sınırlı olması halinde veya belirli bir karakteristiğin elde edilmesi için çok sayıda yaydan meydana gelen seri, paralel veya karma olarak bağlanmıĢ çok yaylı sistemler kullanılabilir. Bu yayların rijitlikleri yayların bağlanıĢ Ģekillerine göre belirlenir. 2.4.1. Paralel Bağlı Yaylar Paralel bağlanmıĢ yaylarda yayların sapması birbirlerine eĢittir. Kuvvet yayların rijitlikleri ile orantılı olarak paylaĢılarak taĢınır. 6 2.4.2. Seri Bağlı Yaylar Seri bağlanmıĢ olan yay sistemlerinde ise bütün yaylar aynı kuvvetle zorlanırlar. Toplam sapma ise yayların sapmalarının toplamına eĢittir. 2.5. Helisel Yay ÇeĢitleri  Helisel bası yayları (ġekil 2.4)  Helisel çekme yayları  Helisel burulma yayları  Helisel konik yaylar 2.5.1. Helisel Bası Yayları Helisel bası yayları pek çok alanda kullanılmaktadır. En çok bilinen helisel bası yayı sabit sargı çapına, sabit adıma sahip yuvarlak telden sarılmıĢ silindirik formlu yaydır. Üzerine uygulanan kuvveti sıkıĢtırma yoluyla enerji olarak depolamak, istenilen yere kuvvet uygulamak, gelen darbeleri sönümlemek amacı ile kullanılmaktadır. En basit olarak tükenmez ve kurĢun kalemlerin içindeki yay örnek verilebilir. Arabaların, motosikletlerin, kamyon, otobüs ve trenlerin süspansiyon sistemlerinde, yine motorlu taĢıtların pek çok sistemlerinde örneğin motor supap yayı olarak, fren sistemlerinde, debriyaj baskı balatasında, kaput ve kapı kilit mekanizmalarında vb. kullanılmaktadır. ÇeĢitli helisel bası yay tipleri mevcuttur. Helisel bası yayları blokaj sorununu çözmek, blok boy ve aĢırı titreĢimi azaltmak veya lineer olmayan yük (kuvvet) özelliklerini elde etmek için, konik, fıçı, ya da ters fıçı, değiĢik adımlı gibi tiplerde basma yay üretimi de yapılabilmektedir. Helisel bir yay sağ helis ya da sol helis olarak sarılabilir. 7 ġekil 2.4. Helisel bası yayları (http://www.arcnorm.com.tr, 2015) 2.5.1.1. Yay parametreleri Helisel bası yaylarının tanımlanması için gerekli olan parametreler Çizelge 2.1‟de gösterilmiĢtir. Çizelge 2.1. Helisel bası yay parametreleri ve açıklamaları (Özkan 2009) 8 2.5.1.2. Helisel bası yay hesaplama parametreleri Bası yaylarının çeĢitli boyutları ve sapma miktarları mevcuttur (ġekil 2.5). ġekil 2.5. Helisel bası yayı uzunlukları (Burhan 2010) Sarım sayısının tel çapına oranı yay indeksini verir. [1] Burada D yayın anma çapını, d ise tel çapını ifade eder. 2.5.1.3. Yay Uçlarının Detayları Helisel basma yaylarında dört çeĢit uç detayı vardır. Serbest, serbest ve taĢlanmıĢ, düzeltilmiĢ ve düzeltilmiĢ taĢlanmıĢ. Bunlara ait Ģekiller Çizelge 2.2‟de belirtilmiĢtir. 9 Çizelge 2.2. Helisel bası yaylarının uç biçimleri ve sarım sayıları (Burhan 2010) 2.5.1.4. Yay sapması ġekil 2.6‟da helisel yay parçasına eksensel bir “F” kuvveti uygulanmıĢtır. Yayın üzerindeki kuvvet baskı kuvveti olmasına rağmen yayın teli burulmaya çalıĢır. Herhangi bir sarımdaki kuvvetin, teli kendi ekseninde burmaya çalıĢtığı gibi. Telin eğriliği ihmal edilirse helisel baskı yayı aslında burulmaya çalıĢan bir çubuktur. Bu çubuk helisel bir Ģekil alacak biçimde sarılmıĢ bir araya toplanmıĢtır (Burhan 2010). ġekil 2.6. Helisel bası yayına uygulanan kuvvet (Burhan 2010) Yuvarlak telli bir helisel baskı yayının sapması; 8.F.D3.N s= a4 [2] d .G 10 Ģeklinde ifade edilir. Burada: d - Tel çapı (mm) F - Uygulanan kuvvet (N) 2 G - Kesme modülü (N/mm ) D - Anma çapı (mm) Na - Aktif sarım sayısı s - Sapma miktarı (mm) 2.5.1.5. Helisel Yay karakteristiği Helisel yay karakteristiği doğrusal, yükselen veya alçalan Ģeklinde olabilir. ġekil 2.7‟ de doğrusal yay karakteristiği görülmektedir. ġekil 2.7. Helisel yay karakteristikleri (Özkan 2009) Yay karakteristiği hesaplanırken: [3] denklemi kullanılmaktadır. 2.5.1.6. Helisel baskı yaylarındaki gerilmeler Yaya uygulanan F kuvveti neticesinde herhangi bir kesitte T momentinden dolayı burulma gerilmesi ve F kuvvetinden dolayı da kesme gerilmesi oluĢur (Özkan 2009). Yayda oluĢan gerilmeler ġekil 2.8‟de gösterilmiĢtir. 11 ġekil 2.8. Yayda oluĢan gerilmeler (Özkan 2009) Yaya uygulanan F kuvveti neticesinde herhangi bir kesitte T momentinden dolayı burulma gerilmesi ve F kuvvetinden dolayı da kesme gerilmesi oluĢur (Özkan 2009). Bu iki gerilmenin birbirine eklenmesi ile maksimum kesme gerilmesi oluĢur: [4] Kesilmeden dolayı tel kesitinde meydana gelen kesme gerilmesinin yayılıĢı düzgün olmadığından KS düzeltme faktörü kullanılır. [5] [6] Burada, KS direk kesme düzeltme faktörü ve C yay sabitidir. Eğer bir yay statik olarak yüklenirse çökme hata faktörü olarak adlandırılır. Yayın eğriliği, sarımın tel kesitinin iç yüzeylerinde gerilmenin artmasına sebep olur. Wahl direk kesme gerilmelerini ve eğilme gerilmelerini içine alan bir gerilim düzeltme faktörü (Kw) tespit etmiĢtir (Burhan 2010). [7] [8] 12 Yay dinamik olarak yüklendiğinde, Wahl gerilim düzeltme faktörü devreye sokulur ve [8] eĢitliği kullanılır. 2.5.1.7. Helisel bası yaylarının burkulması Eksenel olarak yüklenen yaylar, belirli bir kritik uzunluğa kadar sıkıĢtırıldıklarında burkulmaya meyilli olurlar. Bu yayların tasarımında, burkulmaya karĢı yeterli bir emniyete müsaade edilmelidir. Uygulamada, burkulma sınırına eriĢme teorik hesaplamaya göre daha muhtemeldir (Özkan 2009). ġekil 2.9. Helisel bası yayında burkulma tipleri ve ilgili burkulma katsayıları (Özkan 2009) Yayın serbest boyu Lf‟nin ortalama çapına oranı Lf/D>4 ise burkulma tehlikesi vardır. Yayın kritik burkulma sapması [9] eĢitliği kullanılarak bulunabilir (ġekil 2.9): [ √ ( ) ] [9] 2.5.1.8. Helisel baskı yaylarının titreĢimi TitreĢimli zorlamalara maruz kalan yaylarda, önlenmesi gereken önemli bir olay rezonans yani yayın doğal frekansı ile kuvvetin oluĢturduğu frekans çakıĢmamalıdır. Yayın ucuna uygulanan bir kuvvetle bunu dalga dalga diğer sargılara aktarır. Bu belirli 13 bir süre gerektirir. Yayın dalgalanması denilen bu süre sonunda, yay kuvveti sönümler ve hareketsiz kalır. Ġdeal olarak yayın doğal frekansı uygulanan kuvvetin frekansından 13 ile 20 kez fazla olmalıdır. Her iki baĢı kılavuzlanmıĢ ve çalıĢma aralığında bir baĢı periyodik olarak tahrik edilen yayın birinci dereceden doğal frekansı [10] eĢitliği ile bulunur: √ [10] 2.6. Yaylarda Malzeme Seçimi Yay malzemeleri, endüstride kullanılan en mukavemetli malzemelerdir. Yaylar, genellikle diğer elemanlardan daha fazla zorlanmaya maruz oldukları dikkate alınarak tasarlanır. Örnek olarak, helisel sarılmıĢ basma yayları kopma mukavemetinin %70‟i hatta daha fazlası bir değerde gerilmeye maruz kalabilir. ġekil 2.10‟da yapı çelikleri ve yüksek karbonlu yay çelikleri için gerilme-uzama grafiği gösterilmiĢtir. Buna ilaveten, yay malzemeleri yüksek ve düĢük sıcaklığın olduğu, korozif çözeltilerin bulunduğu yerlerde ani ve dinamik yüklemenin mevcut olduğu yerlerde çalıĢabilmelidir. Yay malzemelerinin, sadece mekanik özellikleri değil elektrik ve manyetik özellikleri de önemlidir (http:// www.yayse.com, 2015). Helisel yaylar için malzeme seçimini yönlendiren birkaç faktör vardır. Bunlar, yükleme durumu, çalıĢma gerilimi aralığı, ağırlık, çalıĢma sınır ölçüleri, yorulma ömrü, sıcaklık, korozyon, üretim metodu (soğuk ve sıcak sarım) ile malzeme özellikleri olarak sayılabilir (http:// www.yayse.com, 2015). 14 ġekil 2.10. Gerilme-uzama eğrisi (http://www.yayse.com, 2015) 2.6.1. Yayların sahip olması gereken özellikler  Büyük bir elastik Ģekil değiĢtirme özelliği göstermeleri için yüksek elastiklik sınırına sahip olmalıdırlar.  Diğer nitelik yüksek dayanımlı olması, yüksek yorulma mukavemeti,  Metal malzemeler yüksek kopma dayanımına sahip olmalı,  Isıya veya korozyona karsı direnç,  Mıknatıslanmama,  DüĢük ısı yayılımı ve ısı karĢısında elastik özelliklerin değiĢmezliği,  Malzemenin yorulmaya dayanımlı olması sonucu uzun süre özelliği bozulmadan kullanılması,  Kolay elde edilebilmesi ve ekonomik olması,  Ġdeal yay malzemesi maksimum enerji depolamak için yüksek elastikiyet modülüne sahip olması, gibi özelliklerde çeliğin özel bileĢimleri sayesinde elde edilebilir. Bu isteklerin bir kısmı demir olmayan metallerle de elde edilebilir (Burhan, 2010). Örneğin bakır, bronz, titanyum, pirinç, veya diğer alaĢımlar gibi. Hatta metal olmayıp elastik özelliğe sahip kauçuk, plastik ağaç, hava ve mantar, seramik gibi malzemelerden 15 de yapılmıĢ yaylar vardır. Sınırlı sayıdaki malzeme ve alaĢımlar yay yapımı için uygundur. Ġdeal yay malzemesi, yüksek mukavemetlere dayanımlı, maksimum enerji depolamak için düĢük elastikiyet modülüne sahip olmalıdır. Yay hesaplarında, yay mukavemeti hesaplanırken standart yay malzemesi olarak ASTM standardı esas alınmıĢtır. Malzemeye bağlı olarak elde edilen sabitler kullanılarak mukavemet hesabı yapılmıĢtır. Bu çalıĢmada, seçilen yay ve yay malzemesi için “Fibro” firmasının kataloğundan yeĢil, mavi, kırmızı ve sarı kalıp yaylarının katalog değerleri dikkate alınarak hesaplamalar yapılmıĢtır. Fibro firması, yay malzemesi olarak 50CrV4 yüksek performanslı çelik malzeme kullanmıĢtır. Ve bu malzemenin üstün özeliklerini elde etmek için ısıl iĢlem uygulanmıĢ ve bilya vuruĢ yöntemi ile dayanıklılık kazandırılmıĢtır. Yay malzemesinin yaklaĢık 250 ‟ye kadar çalıĢma sıcaklığı vardır. Örnek olarak; Otomotiv sektöründe üretim yapılan kalıplarda %90‟ı 90 civarı sıcaklıklarda çalıĢır. Bu sıcaklık kullanılan plastik malzemeye göre değiĢmektedir. Termoset kalıplarının sıcaklıkları ise 200 ‟ ye ulaĢmaktadır. Yani, yay çalıĢma sıcaklığının uygun değerde olduğu görülmektedir. 16 2.6.2. Yay teli malzemeleri Helisel yay üretiminde en çok kullanılan tel malzemeleri ve özellikleri Çizelge 2.3‟te verilmiĢtir. Çizelge 2.3. ASTM standart malzemelere göre oranlar ASTM Malzeme Tak/σk Td/σk No Soğuk ÇekilmiĢ A227 0,42 0,21 Piyano Teli A228 0,4 0,23 Yağ Temperli A229 0,45 0,22 Krom Vanadyum A232 0,52 0,2 Krom Silikon A401 0,52 0,2 2.7. Malzemelerde Yorulma Ve Yorulma Analiz ÇalıĢmaları Mühendislikte önemli konulardan biri de yayların emniyetli bir çalıĢma temin edecek Ģekilde ömürlerinin ve yük altındaki gerilmelerinin tespiti olmaktadır. Bunun nedeni, yayların daha çok emniyet amacıyla kullanılmalarından ileri gelmektedir. Hemen hemen bütün yaylar, tekrarlanan yükler altında çalıĢırlar. Bu nedenle yayların ve yay malzemelerinin yorulma özelliklerinin veya karakteristiklerinin tespiti çok önemli bir husus olmuĢtur. Yorulma özelliklerinin tespiti iç yapı ve malzeme yüzey Ģartlarına bağlıdır. Yay malzemeleri üzerine ASTM, ASME ve SAE kuruluĢları tarafından yapılan geniĢ çalıĢmalar bulunmaktadır (ASTM: American Society for Testing and Materials, ASME: The American Society of Mechanical Engineers, SAE: Society of Automotive Engineers). Bu çalıĢmalar, daha çok yay malzemeleri üzerinde yoğunlaĢtırılmıĢtır. Yayların yorulma ömürleri genellikle yüzeyi metal tanecikleri ile dövme metodu sayesinde artırılabilmektedir. Bu iĢlem küçük çelik bilyaların yay üzerine yüksek hızla çarpmasıyla olmaktadır. 17 Yayların üretim ve kullanımında en önemli karakteristik değerlerden biri statik veya dinamik yük altındaki ömürleridir. Yayların ömürlerinin tespiti değiĢik Ģartlar altında belirli deneylerin uygulanmasıyla yapılabilmektedir. Bu deneylerde amaç, yayların tekrarlanan yükler altında ne kadarlık bir süre içinde kırılacağını veya yaylanma özelliğini kaybederek gevĢeyeceğini belirlemektir. Ancak, bu deneylerin çok dikkatlice yapılmaları gerekmektedir. Deneylerde aynı malzemeden sarılmıĢ ve özellikleri aynı 5 veya 10 yay, aynı Ģartlarda denenerek yorulma değerleri tespite çalıĢılır. Bu iĢlemde deney hızı oldukça önemlidir. Çok hızlı çalıĢmalarda ısı açığa çıkar. Bu durumda basmaya ve çekmeye uğratılan yayın ilk birkaç sarımı diğer sarımlara nazaran daha erken yorulur ve erken kırılma meydana gelir. Yayların kırılmalarına genellikle yorulma sebep olduğundan, sıcak ĢekillendirilmiĢ yayların en kötü hali yüzeyin zayıflığıdır. Yorulma kırılması daha çok gerilme yoğunlaĢmasının meydana geldiği bir yüzey düzgünlüğünde baĢlar. Bu nedenle çok yüksek devirlerde deney hızları pek tavsiye edilmemektedir. Bu konuda uluslararası standartlar geliĢtirilmiĢ bulunan ASTM ve DIN normlarında deney hızlarının 200-500 dev./dak arasında olması tavsiye edilmektedir. Bugünkü teknolojide meydana gelen yeni değiĢim ve geliĢmeler ile yayların deneyleri için yeni teori ve teknikler geliĢtirilmeye çalıĢılmaktadır. Özellikle yeni çatlak ilerlemesi ve kırılma teorileri esas alınarak elektro mikroskobunun kullanılması ile malzeme iç bünyesinde meydana gelen bozukluklar daha iyi tespit edilerek imalata yön verilebilmektedir. Böylelikle eskiye nazaran daha sağlıklı ve emniyetli yay imalatı ve kullanılması mümkün olabilmektedir. Çünkü yorulma iĢlemi gerilmelerin yığıldığı bölgelerde ince lifler boyunca oluĢarak geliĢmektedir. Bu bölgelerde yorulmanın ne zaman baĢlayacağını önceden kesin olarak belirlemek hiçbir zaman mümkün değilse de, yorulma eğrisinin çizim ve emniyetli bir gerilim sınırı içinde çalıĢma Ģartlarını tespit imkanları bulunmaktadır (Pıhtılı ve Özler 1997). Yorulma, tekrar eden Ģekil değiĢtirme ve gerilmelere maruz kalan malzemelerde meydana gelen, ilerleyen yerel ve sürekli yapısal bir değiĢimdir. Belirli bir devir sayısından sonra çatlama ve kırılma ile ortaya çıkar. Yorulma kırılmaları plastik Ģekil değiĢtirme çekme gerilmesi ve çevrimli gerilmenin aynı zamanda tesiri ile meydana gelir. Bu nedenle bu üç faktörden herhangi birinin 18 olmaması halinde yorulma çatlakları oluĢmayacak ve ilerlemeyecektir. Çevrimli gerilme ve Ģekil değiĢtirme çatlaklarının ilerlemesinde etkili olurlar. Yorulma sureci üç aĢamadır (ġekil 2.11):  Çatlağın baĢlamasına yol açan baĢlangıç yorulma hasarı,  Çatlağın ilerleyerek, kalan kesitin uygulanan yükleri taĢıyamayacak kadar zayıflaması,  Kalan kesitin ani olarak kırılması ġekil 2.11. Yorulma kırılması meydana gelmiĢ parça yüzeyi (http://engineering108.com/Data/Engineering/Mechanical/Material_Science/Module8.p df, 2015) Yorulma çatlağı, genellikle malzemelerin statik akma mukavemetinin altındaki tekrar eden gerilmelerden kaynaklanmakta ve Ģekil değiĢtirmenin en Ģiddetli olduğu bölgelerde baĢlayarak ilerlemektedir. Parçanın geometrik, fiziksel ve metalürjik özellikleri gerilmeyi yoğunlaĢtırmaya eğilim gösterir ve yorulma hasarının muhtemel bölgesini oluĢtururlar. Bu yüzden gerilme yığılması metallerin yorulmasında temel bir faktördür. Ayrıca malzemelerin çeĢitli türlerde hatalar içermesi ve gerilme yoğunlaĢmasına sebep olan bu bölgelerde Ģekil değiĢtirmenin artması yorulma çatlaklarının baĢlamasında etkili olur. Mikroskobik düzeyde ise, yorulma sürecinin en önemli özelliği tane sınırlarında veya devamlı kayma bantlarında çatlakların geliĢimini müteakip akma gerilmesini aĢan tersinir gerilmelerin tesiri altında bir veya daha fazla çatlağın oluĢumudur. Herhangi bir numune veya yapının yorulma ömrü, hasarın 19 meydana gelmesine sebep olan gerilme çevrimlerinin toplam sayısıdır. Bu sayı gerilme durumu, dalga Ģekli, yorulma ortamı ve malzemenin fiziksel ve metalürjik durumunu içeren birçok değiĢken fonksiyonudur (Burhan 2010). 2.7.1. Çevrimli Yüklemenin Tanımı Bu bölümde, değiĢken yüklemelerde kullanılan bazı ifadeler tanıtılacaktır. Gerilme değiĢimi (Δσ), maksimum ve minimum değerler arasındaki farktır. Maksimum ve minimum değerlerin ortalamasını almak ortalama gerilme (σ0)‟ı verir. Ortalama gerilme sıfır da olabilir ancak çoğunlukla sıfır olmaz. Gerilme değiĢiminin yarısı gerilme genliği (σg) diye adlandırılır. Maksimum ve minimum gerilmelerin oranına ise gerilme oranı (R) denir (Burhan 2010). [11] [12] [13] [14] [15] [16] ġekil 2.12 üzerinde bu ifadeler gösterilmiĢtir. 20 ġekil 2.12. Yorulma parametreleri (ġahin 2015) 2.7.2. Gerilme-Ömür ( -N) Eğrileri Makine parçalarının dinamik zorlanmalarında mukavemet sınırlarının bilinmesi için, deneyler yapılması ve buna göre gerilme-ömür değerlerinin bulunması gerekmektedir. Bir makine parçasının veya malzemenin bir test numunesi eğer çevrimli yüksek gerilmelere maruz kalırsa, parçayı tam hasara götüren bir yorulma çatlağı veya baĢka bir hasar oluĢacaktır. Eğer test daha yüksek bir gerilme seviyesinde tekrarlanırsa, hasara kadarki çevrim adedi daha az olacaktır. Birkaç değiĢik gerilme seviyesinde yapılan bunun gibi testlerin sonuçları bir gerilme-ömür eğrisi elde etmek için çizilebilir. Bu eğri aynı zamanda da -N eğrisi diye adlandırılır. Gerilme-ömür bağıntısını gösteren bu diyagramlara Wöhler diyagramları denilmektedir (Burhan 2010). Ġlk defa Wöhler 1866‟ da değiĢken yükler altında malzeme davranıĢını incelemiĢ ve tasarlanan makine elemanının ömrünün değiĢken gerilmenin genliğine bağlı olduğunu belirlemiĢtir. Bu nedenle değiĢken zorlamaya maruz bir makine elemanının tasarımı ömür esas alınarak yapılır. Wöhler diyagramlarında iki bölge mevcuttur. Bu bölgeler zaman mukavemet bölgesi ve sürekli mukavemet bölgesidir (ġekil 2.13). 21 2.7.2.1. Zaman mukavemet bölgesi Belirli bir gerilme değerinde makine parçasının zorlanması halinde, ömür değeri de belirlidir. Ne kadar iĢletme saati (veya yük tekrarı) ömrü olacağı, bundan sonra hasar meydana geleceğini belirten bölgedir. 2.7.2.2. Sürekli mukavemet bölgesi Makine parçasının ömrünün (teorik olarak) sonsuz değerini gösterdiği bölgedir. Teorik olarak sonsuz ömür, gerçekte makine parçasından istenilen ömürden daha fazlasını belirtmektedir. ġekil 2.13. Wöhler eğrisindeki süreli ve sürekli bölgeler (Babalık ve Çavdar 2015) Gerilme seviyesinin değiĢimiyle beraber hasara kadarki çevrim adedi hızla değiĢmektedir ve düĢük ömürlerdeki çevrim adetleri düzgün okunamamaktadır. Bu nedenle, çevrim sayıları genelde logaritmik ölçekte çizilir. Eğer -N verileri log-lineer grafikte yaklaĢık bir düz çizgi olarak çizilirse eğrinin denklemi aĢağıdaki gibi olacaktır: [17] 22 Burada C ve D sabit katsayılardır. 6 7 Wöhler eğrisi demir esaslı malzemelerde 10 -10 tekrar sayılarında yatıklaĢmaya baĢlar. (Burhan 2010) ġekil 2.14. Wöhler eğrisinin yorumlanması (ġahin 2015) Yukarıda verilen Ģekildeki (ġekil 2.14) A malzemesi çeliktir. Bu malzemenin yorulma sınırının yaklaĢık 445 MPa olduğu görülmektedir. Bunun anlamı bu malzeme, bu gerilme ve bunun altındaki gerilme değerlerinde sonsuz süre yorulmadan çalıĢabileceği anlamına gelir. B malzemesi alüminyumdur. Demir dıĢı malzemeler özellikle Al alaĢımlarında yorulma sınırının olmadığı görülür. Numune üzerine uygulanan gerilme ne kadar azaltılırsa azaltılsın malzeme belli bir gerilme devrinden sonra hasara uğramaktadır. Yorulma eğrisi B malzemesindeki gibi elde edilir. Makine konstrüksiyonlarında yük tekrar sayısına göre genellikle, 3 N<10 : Statik zorlanma bölgesi 3 6 10 10 : Sürekli mukavemet bölgesi kabul edilir. 23 ġekil 2.15. Orta mukavemetli çelikler için -N eğrisi (Hasçalık 1998) ġekil 2.15. orta mukavemetli çeliklerin gerilme çevrim sayısı durumunu göstermektedir. 2.7.3. Yorulma Mekanizması Mikroskobik ölçekte incelendiğinde bütün malzemelere yön ile özellikleri değiĢen ve homojen olmayan bir yapıya sahiptir. Homojensizlik sadece tek yapısı sebebiyle değil aynı zamanda küçük boĢlukların varlıklarında dolayı veya farklı kimyasal parçacıklardan kaynaklanabilmektedir. Üniform olmayan böyle bir mikro yapıdan dolayı gerilmeler üniform olmayan bir Ģekilde dağılır. Gerilmelerin Ģiddetli olduğu bölgeler ise genellikle yorulma hasarlarının baĢladığı noktalardır (Burhan 2010). 24 ġekil 2.16. Yorulma hasar örnekleri (http://web.itu.edu.tr/temizv/Sunular/Yorulma.pdf, 2015) Yukarıdaki Ģekilde (ġekil 2.16), a: eğilmeye maruz bir eksantrik kırıcıdaki yorulma hasarı, b: çok küçük yuvarlatma sonucu bir iticide oluĢan yorulma kırığı, c: burulma çubuğunda oluĢan yorulma kırığını göstermektedir. Endüstride kullanılan ve düzensiz gerilme Ģartlarına maruz bırakılmıĢ makina elemanları ömürlerini, çatlak oluĢumu, çatlağın ilerlemesi ve malzemenin kopmasıyla sonuçlanan dört aĢamada açıklanacak süreçte tamamlarlar. 2.7.3.1. Çatlak baĢlaması Makina elemanlarında meydana gelen ve onu yorulma yetmezliğine götüren kalıcı, bölgelenmiĢ ve ilerleme yeteneğine sahip ilk yapısal değiĢim, mikro seviyede olan akmalardır. Diğer bir deyiĢle malzemenin halen normal olarak elastikliğini muhafaza etmesine rağmen, mikro seviyede akmaların baĢlamasıdır. Mikroplastik deformasyonun oluĢumu kristal tanecikleri bloklarının birbiri üzerinde kayması ile mümkündür. Bu olaya kayarak deformasyon (Ģekil değiĢtirme) adı verilir. Ġlk mikro akmalar, malzeme üzerindeki yükün birkaç yumuĢak tanecikte plastik akma için gerekli seviyeye çıkmasıyla oluĢur (ġekil 2.17). Bu plastik akmanın ilerlemesi, plastik bölgesini saran elastik matriks tarafından engellenir. Malzeme üzerindeki gerilme kaldırıldığında, bu elastik matriks oluĢturduğu gerilmeler, plastik deformasyonu eski orijinal durumuna 25 döndürmeye zorlar. Elastik matriksin oluĢan plastik bölgeyi eski haline döndüremeyecek Ģekildeki akmalarda, geri döndürülemez bir plastik deformasyon meydana gelir. Ayrıca, bu olay malzeme üzerine uygulanan nominal (hesaplanan) gerilme elastiklik sınırının altındayken oluĢur (Pıhtılı ve Özler 1997). ġekil 2.17. Yorulma kırığı yüzeyi (http://muhserv.atauni.edu.tr/makine/akgun/Docs/makel/Yorulma.pdf, 2015) 2.7.3.2. Kayma bandı çatlak geliĢimi Yüksek kesme gerilmesine sahip düzlemlerde ilk çatlağın derinleĢmesini belirmektedir ve genellikle „birinci safha çatlak geliĢimi‟ olarak isimlendirilir. 26 2.7.3.3. Yüksek çekme gerilmesine sahip düzlemlerde çatlak geliĢimi Maksimum çekme gerilmesine dik yönde çatlağın ilerlemesini belirtmekte ve genellikle ikinci safha çatlak geliĢimi‟ olarak isimlendirilir. ġekil 2.18. Yorulma hasarı çatlak geliĢimi (Pıhtılı ve Özler 1997) Çatlak geliĢimini aĢağıdaki gibi özetleyebiliriz: Birinci safhada oluĢan kalıcı kayma bantları olgunlaĢmıĢ yorulma çatlaklarındandır. Yük tekrarının artmasıyla bu girinti (intrusion) ve çıkıntıların (extrusion) sıralanmalarıyla bir çentik meydana gelir (ġekil 2.18). Yorulma sırasında, bu yolla derin bir çatlağı oluĢturacak yeterli kayma mevcuttur. Ġlk çatlaklar kayma düzlemleri boyunca oluĢur ve kayma düzlemi boyunca geliĢmeye baĢlar. Bu geliĢme yalnızca birkaç tanecik üzerinde görülür. Bu geliĢmede malzemede oluĢan kayma gerilmeleri hakimdir. Ancak gerilme tekrarının artmasıyla çatlağın ilerlemesinde çekme gerilmesi hakim olmaya baĢlar. Bu durumda çatlak, kayma düzlemleri boyunca zikzak geçiĢ taneli hat üzerinde, tanecikten taneciğe çatlama düzlemleri boyunca ilerler (Pıhtılı ve Özler 1997). 2.7.3.4. Kopma Çekme gerilmesinin hakim olduğu çatlak, geri kalan kesitin uygulanan yükü taĢımayacak bir boya eriĢtiğinde malzeme kopar (Pıhtılı ve Özler, 1997). Yukarıdaki her bir safhanın toplam hasar çevrimine göre izafi oranları malzeme ve deney Ģartlarına göre değiĢmektedir. BaĢlangıçta akma gerilmesinin altında uygulanan gerilmelerde belirli bir çevrim süresinden sonra çevrimin çekme yarısında deney numunesinin 27 yüzeyinde ki malzeme plastik olarak Ģekil değiĢmeye baĢlar. Ancak malzemenin geneli elastik olarak kalır. Malzeme genelinin elastik zorlamalarından dolayı çevrimin basma yarısında yüzeyin plastik malzemesi artık elastik duruma geri dönemez ve sürekli olarak plastik olarak kalır. Bu süreç, “tersinir olmayan plastik deformasyon” olarak isimlendirilmekte ve malzeme yorulma ile sertleĢmektedir. Bu safhada uygulanan gerilmeye 45 derecelik düzlemelerdeki yüzeyde kayma meydana gelir. Ömrün yaklaĢık %5‟ i civarında “devamlı kayma bantları” (PSB) olarak isimlendirilen yerel bantlardan kayma yoğunlaĢmaya baĢlar. Bu bantlar baĢlangıçta çoklu kutuplar ve ikiz kutuplar düzenin de ana dislokasyonlardan ibarettir. Çevrim devam ederken ilk bantlar arasındaki bantlarda kayma meydana gelir ve bu bant büyük oranda ikincil dislokasyonlardan ibarettir. Malzemenin tamamen kayma bantları geliĢir. Bu bantlar yorulma çatlaklarının baĢlama yeridir. Yorulma deformasyonuna has önemli bir yapısal özellik “kayma bandı ekstrüzyonları” ve “kayma bandı intrüzyonları” olarak isimlendirilen tepelerin ve yivlerin yüzeyde oluĢmasıdır. Ekstrüzyon ve intrüzyon oluĢumu ile ilgili olarak Cotrell, ġekil 2.19‟da görüldüğü gibi kaymanın kayma düzlemlerinde aynı anda meydana geldiğini ileri sürmüĢtür. Bir intrüzyon esas olarak küçük bir mikro çatlaktır (Burhan 2010). ġekilde görüldüğü gibi, safha 1‟de çatlak önce uygulanan gerilmenin kesme elemanları ile belirlenen bir yönde ilerlemekte, hemen sonra safha 2‟ de uygulanan çekme gerilmelerinin tesiri ile yön değiĢtirmektedir. ġekil 2.19. Çatlak oluĢumunun Ģematik olarak gösterilmesi (Burhan 2010) 28 Ġkinci mekanizma Mott tarafından ileri sürülmüĢtür. Bu mekanizma metalin kristal bir boĢluk bırakarak yüzeyden ihraç edilmesine bağlı olarak, vida dislokasyonlarının çapraz kaymasını ihtiva eder ve bu boĢluklar bir mikro çatlak gibi davranırlar. Aynı zamanda yorulma esnasında devamlı kayma bantlarında oluĢan aralıklar birer mikro çatlak gibi davranan boĢlukları oluĢturmak üzere yoğunlaĢabilirler. Ayrıca kusurların yığılması dislokasyonlara bağlı olarak ya gerilme yoğunlaĢması ile ya da hacim değiĢimi ile çatlamaya yol açarak kayma düzleminde kristal bağını bozabilirler. Çatlaklar yukarıda ifade edilen mekanizmaların herhangi birine uygun olarak baĢlayabilmektedir. Bununla beraber alaĢımlama ve üretim yöntemlerinden kaynaklanan segregasyon, inklüzyon, ikinci faz partikülleri ve yapıyı bozan diğer faktörlerde çatlak baĢlama sürecinde önemli tesirlere sahiptir (Burhan 2010). 2.7.4. Çatlağın Ġlerlemesi Yorulma çatlakları üç safhada ve üç farklı tarzda ilerlerler. Birinci safha kesme, ikinci safha çekme ve üçüncü safha bir yırtma tarzıdır. Yorulma çatlak ilerlemesi ile ilgili detaylı bilgiler Burhan (2010)‟ın çalıĢmasında verilmiĢtir. 2.7.5. Yorulmayı Etkileyen Faktörler Yorulmayı etkileyen faktörler bu bölümde kısaca açıklanmıĢtır. 2.7.5.1. Gerilme YoğunlaĢması Yorulma mukavemeti, çentik veya delik gibi gerilme artırıcıların bulunması halinde önemli ölçüde azalmaktadır. Makine elemanları flanĢ, delik, vida diĢleri, kama yuvaları, sıkı geçmeler vb. gerilme artırıcılar içermesinden dolayı, bu kısımlarda yorulma çatlaklarının baĢlama ihtimali artmakta olduğu bilinmektedir. 29 2.7.5.2. Boyut Yorulma numunelerinin boyutlarının değiĢmesi esas olarak iki faktörde değiĢime neden olmaktadır. Ġlk olarak, çapın artması numunenin yüzey alanı ve hacmini arttırır. Yüzeyin artması yorulmanın genellikle yüzeyden baĢlaması nedeniyle oldukça önemlidir. Ġkinci olarak ise, burulma veya eğilme olarak yüklenen çentikli veya sade numuneler için çaptaki artıĢ genellikle çap boyunca gerilme mertebesini azaltır ve yüksek gerilmeye maruz kalan malzeme hacmini arttırmaktadır. 2.7.5.3. Yüzey etkileri Genel olarak bütün yorulma hasarları yüzeyde baĢlar. Yüklemenin genel tipleri için maksimum gerilme yüzeyde meydana gelir ve hasar burada baĢlamaktadır. Yorulma özelliklerinin yüzey Ģartlarına çok hassas olduğuna dair kesin bir görüĢ birliği vardır. Bir yorulma numunesinin yüzeyini etkileyen faktörler genel olarak 3 bölüme ayrılır (Burhan 2010). A-Yüzey pürüzlülüğü ve yüzeydeki gerilme artırıcılar B-Metal yüzeyin yorulma mukavemetinde ki değiĢmeler C-Yüzeyin artık gerilme durumu A-Yüzey pürüzlülüğü; Farklı üretim yöntemleri ile meydana gelen yüzey pürüzlülükleri yorulma özelliklerini önemli ölçüde etkilemektedir. Gerilme artırıcıları esas çekme mukavemetinin yönü ile paralel olarak parlatılan numuneler yorulma deneylerinde en yüksek değerleri vermektedirler. Yorulma mukavemetinde yüzey pürüzlülüğünün etkisi Ģekilde görülebilir (ġekil 2.20). 30 ġekil 2.20. Çeliklerin yorulma özelliklerinde yüzey Ģartlarının etkisi (Burhan 2010) B-Yüzey özelliklerindeki değiĢmeler; Yorulma hasarlarının yüzey durumuna bağlı olmasından dolayı yüzey malzemesinin yorulma mukavemetinin değiĢimi yorulma özelliklerini önemli ölçüde değiĢecektir. Nitrürasyon ve karbürüzasyon ile çelik parçalar üzerinde daha sert ve daha mukavemetli yüzeylerin oluĢumu ile yorulma mukavemetinde belirgin iyileĢmeler sağlanmaktadır. Nitrürasyon ve karbürüzasyon ile benzer Ģekilde alevle sertleĢtirme ve indüksiyon sertleĢtirmesi de yorulma mukavemetini arttırır. Metal kaplamalar malzemenin yorulma mukavemetinde olumsuz tesirler gösterebilmektedir. Karbon ve düĢük alaĢımlı çelikler özellikle yüksek sertliğe sahip çelikler bileĢik asit veya alkali temizleme iĢlemleri ve kaplama esnasında hidrojen absorbsiyonu nedeniyle hidrojen gevrekliğine eğimlidirler. Kadmiyum gibi yumuĢak kaplamaların yorulma mukavemetinde çok küçük bir etkiye sahip olduğu bilinmektedir. Krom gibi sert kaplama malzemeleri ise genellikle ana metalde çökelme olduktan sonra çekme gerilmeli bir durumdadır. Bu nedenle ana metalde çatlamaya neden olur (Burhan 2010). C-Yüzey artık gerilmesi; Yüzeyde uygun bir artık basma gerilmesi oluĢumu yorulma mukavemetinin artırılmasında en etkili metottur. Artık basma gerilmeleri genellikle mekanik olarak plastik deformasyon ile sünek malzemelere uygulanmaktadır (Burhan 2010). 31 2.7.5.4. Sıcaklık Oda sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda metaller üzerinde yapılan yorulma deneylerinde azalan sıcaklıkla yorulma mukavemetinin arttığı tespit edilmiĢtir. Buna rağmen düĢük sıcaklıklarda çeliklerin çentik hassasiyeti artmaktadır. 2.7.5.5. Frekans Frekansın yorulma deney sonuçlarına etkisi kesin olarak belirlenememiĢtir. Bu bölümle ilgili detaylı bilgiler Burhan (2010)‟ ın çalıĢmasında yer almaktadır. 2.7.6. Metalurjik DeğiĢmeler Bu bölümde, malzemelerde meydana gelen metalurjik değiĢmelere değinilmiĢtir. 2.7.6.1. Tane boyutu Yüksek çevrimli Ģekil değiĢtirme altında birçok metalin yorulma ömrü, tane boyutundan bağımsız olmaktadır. Buna karĢın düĢük çevrimli Ģekil değiĢtirme altında (yüksek çevrimli yorulma) çoğu metalin yorulma ömrü tane büyüklüğünün azalması halinde artmaktadır. Bu etkinin tane sınırlarının yorulma ömrü tane büyüklüğünün azalması halinde artar. Bu etkinin tane sınırlarının yorulma çatlaklarının ilerlemesini engelleyici rol oynamalarından kaynaklandığı düĢünülmektedir. Bazı alaĢımlarda tane büyüklüğündeki azalma ile meydana gelen yüksek çevrimli yorulma dayanımındaki iyileĢme, diğer olumsuz özelliklerle dengelenir. Örneğin, tane boyutundaki azalmanın bazı çeliklerde yorulma sınırını yükseltmesine karĢılık küçük tane boyutu çentik hassasiyetini arttırmaktadır (Burhan 2010). 2.7.6.2. AlaĢımlama Yorulma mukavemetinde kimyasal bileĢimin etkisi yaklaĢık olarak çekme mukavemetindeki tesiri ile orantılıdır. AlaĢımlamanın en önemli etkisi malzemenin tane 32 boyutunu küçültücü etkisidir. Sadece karbonlu çeliğin yorulma sınırı genellikle karbon içeriği ile artmaktadır. Mo, Cr ve Ni de benzer etkilere sahiptir. % 0,01‟lik sülfür içeriklerinin yorulma sınırları üzerinde etkisi yoktur (Burhan 2010). 2.7.6.3. Ġkinci fazlar Metalurjik sistemde çoğu zaman bulunan ikinci fazlar çatlak ilerlemesini baĢlıca üç Ģekilde etkilerler.  Ġkinci fazın varlığı ile meydana gelen kafes Ģekil değiĢimi  Boyut biçim ve ikinci fazın dağılımı ile belirlenen gerilme yoğunlaĢması  Ġkinci fazlar çeĢitli Ģartlar altında çatlak ilerleme hızına mani olduklarından veya hızlandırabildiklerinden dolayı çatlak oluĢumu, ilerleme kinetikleri ve mekanizması üzerinde belirli tesirlere sahiptir. 2.7.6.4. Isıl iĢlem Yorulma özelliklerinde bazı metalürjik değiĢkenlerin etkisi ile aynı değiĢkenlerin çekme özellikleri üzerinde ki etkisi arasında çoğu zaman bir paralellik vardır. Ancak iki yapısal durumda çelik aynı çekme mukavemetine sahip olmasına rağmen perlitik yapı perlit içerisinde bulunan karpit lamellerin daha yüksek çentik etkisine sahip olmasından dolayı yorulma dayanımı daha düĢüktür. Malzemelere uygulanan ısıl iĢlemler daima kontrollü ısıtma ve soğutma iĢlemlerini gerektirir. Ostenitin martenzite dönüĢümü tercih edilmeyen Ģartlarda çatlama ile sonuçlanan geniĢleme ile meydana gelir. Soğutma çatlaklarının oluĢumunu hızlandıran Ģartlar; çok Ģiddetli soğutma ortamı, keskin kenarlar, kaba pürüzler ve çok yüksek sertleĢtirme sıcaklıklarıdır. 2.7.7. Yorulma AraĢtırmaları Kailas (2015), malzemelerde yorulmanın oluĢumunu arıza olarak ortaya çıktığı aĢamaları araĢtırmıĢtır. Bu araĢtırmasında arızayı hedeflenen amacın gerçekleĢmediği bir olay olarak tanımlamıĢtır. Malzeme bileĢenindeki arıza da, o parçanın normal fonksiyonunu yerine getirememesi olarak tanımlanmıĢtır. Bir sistemin bileĢenleri, 33 örneğin, aĢırı deformasyon, kırılma, korozyon, belirli özelliklerinin bozulması (ısı, elektrik ya da manyetik) vb. birçok yönden arıza verebilir. Kailas‟a göre arıza nedenleri Ģunlardır: yanlıĢ malzeme seçimi, yanlıĢ iĢlem, yetersiz tasarım, bir bileĢenin yanlıĢ kullanımı ve yanlıĢ bakım. Bu çalıĢmada, malzeme kırılmasının üç Ģekilde meydana gelebileceği açıklanmıĢtır: kırılgan/sünek kırılma, yorgunluk ya da ilerleme kırığı ve gecikmiĢ kırılma. Bu maddeler detaylı bir Ģekilde açıklanmıĢ, hesaplama yöntemleri gösterilmiĢ ve yorulma mekanizması hakkında yararlı bilgiler verilmiĢtir. Berger ve Kaiser (2006), helisel bası yaylarından 160 tanesini aynı anda test edebilen bir makine ile yorulma davranıĢını araĢtırmıĢ ve bu araĢtırmanın sonuçları çok yüksek devir rejiminde yorulma davranıĢının tecrübe edilmesi açısından önemli bir kaynak olmuĢtur. „„Bosch spring testing rocker‟‟ makinesinde yapılan testlerde tel çapı 2-5 mm 7 çapları aralığında, Si-Cr alaĢımlı valf yayı telleri kullanılmıĢtır. Yorulma testinde 10 8 devirden itibaren 10 devir ve üstü değerlerde yorulma dayanımı düĢüĢe baĢladığı, bu 7 sınır değerlere dikkat edilmesi gerektiği üzerinde durulmuĢtur. 10 devirden itibaren oluĢan çatlak baĢlangıçlarının yüzeyin altında oluĢtuğu fark edilmiĢtir. Daha sonra 7 8 elektron mikroskobu ile testler yapılmıĢtır. YaklaĢık olarak 10 ‟ den 10 ‟ e kadar artan baskılarda sonuç olarak %10 yorulma sınırı azalıĢı ve %90 dayanım ihtimali 7 9 görülmüĢtür. 10 ‟den, 1,2x10 ‟a kadar baskı arttığında %90 dayanım ihtimalinin yaklaĢık olarak %25‟e düĢtüğü belirlenmiĢtir. B. Pyttel ve ark. (2013), 2006 yılında Berger ve Kaiser‟in yaptığı araĢtırmanın devamı Ģeklinde nitelendirilebilir. Bu araĢtırmada helisel yayları bası testleri 40 Hz‟de yapılmıĢtır. Test yayları 3 farklı malzemeden yapılmıĢtır (ġekil 2.21). Bunlar; yağda sertleĢtirilmiĢ SiCr, SiCrV alaĢımlı subap (Valf) çeliği, Paslanmaz çeliktir. Yapılan testlerde d=3 mm tel çapında 500 adet ve d=1,6 mm tel çapında 900 adet yay, farklı gerilmelerde aynı anda test edilmiĢtir. Yay yorulma araĢtırmalarında d=3 mm için 9 9 N=10 baskı sayısından N=1,5x10 baskı sayısına kadar test edilmiĢ ve sonuçlar karĢılaĢtırılmıĢtır. Farklı baskı Ģartlarının etkisi 1,6 mm‟lik yaylarda test edilmiĢtir. Optik mikroskop ve elektron mikroskobu ile kırık baĢlangıç ve davranıĢları metalografik mikro kesitler alınarak incelenmiĢtir. Bu araĢtırma değiĢik yay boyutları, değiĢken malzemeler, değiĢken bası Ģartlarında yayların kıyaslanması gibi bilgileri içermektedir. Yaylar için yapılan karĢılaĢtırmalar sonucunda d=1,6 mm ve d=3 mm için 34 Ps= %98 (Dayanım ihtimali) olup grafiklerle gösterimi yapılmıĢtır. Paslanmaz çelik tellerin haricinde yorulma gerilmesi d=3 mm değerinde d=1,6 mm‟deki değerlerden büyüktür. Boyut etkisi incelendiğinde küçük tel çaplarında daha yüksek yorulma dayanımı olduğu görülmüĢtür. SiCr, SiCrV alaĢımlı valf yay çeliği ve X7CrNiAl17-7 paslanmaz çeliklerde d=1,6 mm ve d=3 mm için özet olarak; 7 9 9 Yorulma limiti yoktur ancak tüm malzemeler için 10 10 devirlerde yapılmıĢtır. Verilen iki ısıl iĢlem için de çatlak baĢlangıcı ve yayılması benzer olduğu görülmüĢtür. DüĢük beynitik yapıya sahip olan malzeme yüksek gerilme genliğinde daha iyi performans göstermiĢtir ve bu yorulma ömrü ölçülmüĢtür.(500 MPa) DüĢük gerilmelerde (475 – 450 MPa) her iki malzemenin de toplam yorulma ömrü benzerlik göstermiĢtir. Yapılan iki ısıl iĢlemli yay için de stres genlik artıĢı yorulma ömrünü düĢürdüğü belirlenmiĢtir. En büyük gerilme genliğinde (500 MPa) ÖstemperlenmiĢ örnekte, diğerinden daha uzun toplam yorulma ömrüne sahip olduğu görülmüĢtür. DüĢük gerilme genlikleri için (475 Mpa ve 450 Mpa) Su verilmiĢ/TemperlenmiĢ örnekte, Östemperleme yapılmıĢ yay ile aynı toplam yorulma ömrüne sahip olduğu görülmüĢtür. Örnekler arasındaki 500 Mpa 37 gerilme genliği değerinde gözlenen davranıĢ farklılığı, mikro yapıdaki farklılıklar ve östemperlenmiĢ örnekteki tanecik sınırlarında bulunan (tortulaĢan) karbürlerin neden olduğu yerel gerilmeler ve beynitik yapı içerisinde tutulan östenit ile iliĢkilidir. Dislokasyonların her iki örnekte yüzey altında çatlak baĢlangıçlarına neden olmuĢ olabileceğine değinilmiĢtir. Yüksek saflıkta malzeme ve östenit tane arıtma iĢlemi yorulma ömrünün uzamasına katkıda bulunduğu düĢünülmüĢtür. Tüm örneklerde, çatlak baĢlangıçlarının yüzeyin altından ortalama 130 derinliğinde ve düĢey eksende 45 açı ile meydana geldiği belirlenmiĢtir (ġekil 2.24). ġekil 2.24. Elektron Mikroskobu Taraması ile kırık yüzeyi ve çatlak baĢlangıcı görünümü (Serbino 2013) Kaiser ve Berger (2005), bu çalıĢmada yaprak yayların değiĢik ısıl iĢlemlerle göstermiĢ olduğu dayanımları ve helisel yayların ısıl iĢlemlerle gösterdikleri dayanım ve yorulma ömürleri incelenmiĢtir. Bu rapor yaylardaki yorulma davranıĢının yüzey ve yüzeye yakın kenarlardaki etkisini ele almıĢtır. Sıcak Ģekillendirme ve ısıl iĢlemler çeĢitli yüzey kusurları meydana getirebileceği belirlenmiĢtir. Diğer hatalar için ise örneğin, yayın tasarımı ve sarımı soğuk ĢekillendirilmiĢ yaylarda yorulma özelliklerini azalttığına değinilmiĢtir. 38 ġekil 2.25. Farklı malzemelerde 1, 2, 3, 5 ve 8 mm tel çaplarında helisel yay numuneleri (Kaiser ve Berger 2005) Test yayları, DH, DM, VDSiCr ve TDSiCr malzemelerinden yapılmıĢtır. Ayrıca çoğu dövme iĢlemi görmüĢtür (ġekil 2.25). Paslanmaz çelik malzemeli yaylar dövme iĢlemi görmemiĢtir. DH yay çeliği, yüksek yorulma yükleri için tasarlanmıĢtır. DM ise, ortalama yorulma yükleri için tasarlanmıĢtır. X10CrNi188 (Malzeme: 1,4310) ve X7CrNiAl177 ( Malzeme: 1,4568) kullanılan paslanmaz çeliklerdir. Yorulma testleri iki farklı makine ile yapılmıĢtır. “Bosch spring testing rocker” cihazı ile tel çapı 5 mm‟ye kadar olan yaylar ve diğer cihaz ile 8 mm tel çaplı yaylar test edilmiĢtir. “Bosch spring testing rocker” cihazı 8 farklı genlikte yay boyutuna bağlı olarak, her seviyede 20 adet 6 6 yay için test imkanı sağlamıĢtır. 10x10 ‟dan 12x10 yaklaĢık 10000 test yapılmıĢtır. 6 6 Yapılan testlerde, yaklaĢık 35 adet kırık 10x10 ve 700x10 aralığında meydana gelmiĢtir. Yaylarda çalıĢma esnasında oluĢan hataların azaltılması ve telafi edilmesi için ekonomik ve etkili metot olan çekiçleme metodu kullanılabileceği belirtilmiĢtir. Bu yöntem neredeyse tekrarlı yük altındaki tüm yaylarda kullanılmaktadır. Yayların ön ayarları ve doğan kalıntı gerilmeler ile birlikte yorulma özellikleri artıĢ gösterir. Ancak yine de yüksek devir bölgelerinde yorulma davranıĢı, mukavemet açısından önemli bir düĢüĢ gösterdiği belirlenmiĢtir. Bu araĢtırma sonucunda, çatlak baĢlangıçlarının 7 çoğunun yay sarımının iç yüzeyinde oluĢtuğu, çatlakların büyük çoğunluğu 10 baskı değerinin üzerinde tel yüzeyinin altında meydana geldiği ve bu küçük çatlak baĢlangıçlarının kırılmaya sebep olduğu görülmüĢtür. 39 Kumar ve ark. (2002), bu çalıĢmada kok fırın bataryalarında kullanılan helisel bası yaylarında meydana gelen korozyon yorulması nedeniyle kırılmaları incelenmiĢtir (ġekil 2.26). Bu kırılmalar, öngörülen ömrün çok altında meydana gelmiĢtir. Bu yaylar, kömür ısıtma sırasında kok fırın bataryasındaki genleĢme veya büzülmeleri dengelemek için kullanılırlar. Bu yayların analizleri için “X-ray diffraction” (XRD), “Energy Dispersive Spectroscopy” (EDS) ve “Scanning Electron Microscope” (SEM) kullanılmıĢtır. Kullanılan yayların malzemesi 51CrMoV4‟dir. Bu yaylarda dört aktif sarım mevcuttur. ġekil 2.26. (a) Dalga izleri, ilerleme yönü ve çatlak baĢlangıcı (A) hızlı kırılma (F), (b) büyütülmüĢ görünüm, (c) korozyon belirtileri (Kumar 2002) Kok fırınlarındaki bataryalarda bulunan helisel yaylar analiz edildiğinde, mikro yapı analizi ve sertlik analizlerinde yay malzemesinde herhangi bir bozulma gözlenmemiĢtir. Yüzey korozyonu “XRD” ve “SEM–EDS” ile analiz edilip, kükürt ve klor taĢıyan bileĢiklerin yüzeydeki artık gerilme kayıplarına sebep olduğu ve bunun da korozyon ile yorulmaya sebebiyet verdiği belirlenmiĢtir. L. Del Llano-Vizcaya ve ark. (2005), yapılan bu çalıĢmada kritik düzlem yaklaĢımları, Fatemi-Socié ve Wang-Brown ve Coffin-Manson yöntemi kayma deformasyonuna dayanarak, sabit genlikli yük altında yayların yorulma ömürlerini tahmin etmek için kullanılmıĢtır. Deneysel yorulma ömürleri, çok eksenli yorulma kriterleri metodu ile bulunan sonuçlarla karĢılaĢtırılmıĢtır. Gerilme analizleri sonlu elemanlar ANSYS kullanılarak ve çok eksenli yorulma çalıĢması da yorulma yazılımı “nCode” kullanılarak yapılmıĢtır. Bu arıza analizi, yorulma çatlak oluĢumu noktası ve yapılan sayısal analizin öngördüğü en hasarlı bölge ile bu konumda bir karĢılaĢtırma belirlemek amacıyla yapılmıĢtır. 40 ġekil 2.27. (a) Eksenel yüklemeli helisel yay ve (b) Yay için serbest cisim diyagramı (L. Del Llano-Vizcaya 2005) Deneylerde, AISI MB yüksek karbon çeliği kullanılmıĢtır.Yaya gerilme giderme iĢlemi uygulanmıĢ ve yayda 9,5 sarım mevcuttur (ġekil 2.27). Yay boyu L=153,6 mm, tel çapı d=5,7 ve sarım çapı 44,4 mm olarak belirlenmiĢtir. Elektrik fırınında 400 ‟de 20 dk ısıl iĢlem yapılmıĢtır. Sabit ortalama gerilme MPa olarak belirlenmiĢtir. Deneyler sonucunda, yorulma sınırı bu yay için yaklaĢık 141 MPa olduğu bulunmuĢtur. Kırılma analizlerinde, 7,5 aktif sarım olan yayda alttan 2,4‟üncü sarımda kırılma meydana geldiği belirlenmiĢtir. Fatemi-Socié kritik düzlem yaklaĢımı, yorulma ömrü açısından iyi bir tahmin vermektedir. Tek eksenli gerilim testi, gerilme ömrü özelliklerini tahmin etmek için kullanılan M yöntemi, MM yönteminden daha iyi yay yorulma ömrü tahminleri vermiĢtir. Wang-Brown kriteri yay yorulma ömrü gerçek değerin üzerinde tahmin ederken, Coffin-Mason modeli tutarlı sonuçlar vermektedir. Bu çalıĢmanın sonuçlarının, yay yorulması tasarım metadolojileri açısından yardımcı olabileceği görülmüĢtür. L. Del Llano-Vizcaya ve ark. (2006), bu çalıĢmada ısıl iĢlemin kalıntı gerilme ve yorulmaya etkisi incelenmiĢtir. Isıl iĢlem zamanı ve sıcaklık değerinin kalıntı gerilme üzerinde etkileri araĢtırılmıĢtır (ġekil 2.28). Numuneler, AISI MB malzeme yüksek karbon çeliğidir. Yay boyları L=153,6 mm, tel çapı d=5,7 ve sarım çapı 44,4 mm olarak belirlenmiĢtir. Mekanik yayların üretim sürecinde oluĢan, yüksek genlikli kalıntı 41 gerilmelerin yay dayanımını ve kullanım ömrünü azalttığı belirlendi. Bu çalıĢmada yaylar: a) 190 – 5 dk, b) 280 – 5 dk, c) 280 – 10 dk, d) 400 – 20 dk olmak üzere ısıl iĢlem sıcaklığı ve süresi değerleri değiĢtirilerek dört gruba ayrılmıĢtır. ġekil 2.28. Farklı ısıl iĢlem sıcaklığı ve süresinin yorulmaya etkisi (L. Del Llano-Vizcaya ve ark. 2006) Gerilme giderme iĢlemlerinin etkisini değerlendirmek için deneysel çalıĢmalar yapılmıĢtır. Ġlk olarak, yaylar için -N eğrileri belirlenmiĢ. Tekrarlı yüklemeye maruz yayların, gerilme giderme iĢleminin yaya etkisi incelendi. Son olarak, kalıntı gerilmeler ısıl iĢlem etkisini analiz etmek için, iç ve dıĢ helisel yay yüzeyleri üzerinde ölçümler yapılmıĢtır. En uygun ısıl iĢlem koĢulları elde edilmiĢ ve bu parametreler en az yay gevĢeme ile en yüksek yorulma direncini vermiĢtir. 42 ġekil 2.29. Yorulma sınırı ve gerilme giderme durumu (L. Del Llano-Vizcaya ve ark. 2006) Isıl iĢlem süresi azaldığında 400 civarında yorulma sınırının değiĢmediği gözlenmiĢtir. Bu da, ısıl iĢlem süresinin performansı etkilemeden maliyet düĢümü olacağı anlamına gelmektedir (ġekil 2.29). Stone (2014), bu çalıĢma üretimcilerin tasarım aĢamasında helisel bası yaylarının ömürlerini tahmin edebilmeleri için yapılmıĢtır. Yorulma tanımı ve karakteristikleri ile ilgili bilgiler verilmiĢtir. Burada, modifiye “Goodman diyagramları” yeterli öngörülen ömrü doğrudan hesaplanmasını kolaylaĢtırmak için karakterize edilmiĢtir. Bu sonuçlar geleneksel grafik yöntemi ile kıyaslanarak sunulmuĢtur. Malzeme olarak UNS G41300 normalizasyon yapılmıĢ çelik; Sut=116 kpsi; maximum Sut=125 kpsi (NACA 1966) belirlenip ömür hesapları örnekler ile gösterilmiĢtir. Yapılan ömür hesabı formülü: CE, CS, M ve Y - sabitleri KE - Dayanıklılık Faktörü KS1 - Ġlk Stres Faktörü KS2 - Maksimum Gerilme Faktörü KU – En yüksek Mukavemet Faktörü 43 n - Ömür Döngüsü (Devir) S1 - BaĢlangıç Gerilmesi S2 - Maksimum Gerilme SU - Minimum Nihai Gerilme Mukavemeti Tanımlanan sabitler Çizelge 2.4‟te verilmiĢtir. Ġlk olarak, baĢlangıç stres faktörü, maksimum stres faktörü ve dayanıklılık faktörü hesaplanması gerekir. [18] [19] ( ) [20] ( ) [21] iliĢkisi mevcuttur. 0. / . /1 [22] Ģeklinde düzenleme yapılır. Son kontrol için KS2 değerinin aĢılıp aĢılmadığı kontrol edilmelidir. [23] 44 Çizelge 2.4. Goodman diyagramı ömür hesap parametreleri (Stone 2014) Hesaplanan ömür, Çizelge 2.4‟teki parametreler ile grafik yöntemi oldukça eĢleĢmiĢ ve 5 7 hesaplanan ömür 5x10 ve 10 aralığında düĢmüĢtür. Bu aralığın dıĢında, özellikle kısa ömürlerin tahmininde, yöntem son derece güvenilmez hale gelir. Bu dikkat edilmesi gereken en önemli konulardan biridir. Porteiro (2010), bu çalıĢmada yaylar ile ilgili temel konular incelenip yeni yay tasarımı ve yay geliĢtirilmesi için esnek ve uygun yay tasarım programı tasarlanmıĢtır. Mevcut programlarda yalnızca temel fonksiyonlar mevcuttur ve tasarımcıya fazla kontrol izni vermemesi dezavantaj oluĢturmakta olduğundan böyle bir ihtiyaç doğduğu belirtilmiĢtir. Yaylar, özellikle hatanın kabul edilemez olduğu yerlerde çalıĢırlar ve önemli göreve sahiptirler. Yorulma ömrü, her malzeme için olduğu gibi yaylar için de çok önemli olduğundan yorulmanın da programda yer alması tasarımcının elini güçlendireceği belirtilmiĢtir. Bu çalıĢmada, birden fazla yayla testler yapılmıĢ ve program güvenilir sonuçlar vermiĢtir. Testler yapıldığında yay oranlarının eĢit ve toleranslar içinde olduğu bulunmuĢ ve bu hesaplamalar program tarafından yapılmıĢtır. Programa yorulma ömrü hesapları dahil edilmiĢ ve baĢarılı sonuçlar ortaya çıkmıĢtır. Yay uygulamaları için en 7 gerçekçi eĢik değerinin (mukavemet sınırı) 2x10 çevrim değeri olduğu belirlenmiĢtir. Yapılan program, istenen yorulma ömrünü elde etmede kullanılacak olan malzemeyi, daha küçük sarım çapı ve küçük yay teli gibi parametreleri kullanarak azaltmak için çözümler sunduğu belirtilmiĢtir. Ve ekonomik olarak avantaj sağlamakta olduğu vurgulanmıĢtır. Daha sonra kullanıcının diğer ihtiyaçlarını karĢılamak için yayların optimize edilmesine olanak tanıdığı ve programın mevcut yay tasarımlarını değiĢtirerek yeni yay üretmede çok baĢarılı olduğu belirlenmiĢtir. Puff ve ark. (2010), bu çalıĢmalarında helisel yay süspansiyon sisteminde sayısal ve deneysel yöntemlerle yayların yorulma ömrünü hesaplamayı amaçlamıĢlardır. Hermetik 45 kompresörler için helisel süspansiyon yayları sisteminin gürültü ve titreĢim etkenleri göz önüne alındığında çok önemli etkileri olduğuna değinilmiĢtir. Ayrıca, baĢlatma ve duruĢ anlarında kompresör içindeki elemanların gövdeye çarpmaması çok önemli olduğundan, durdurucular ile temasın büyük önem taĢımakta olduğu belirlenmiĢtir. Yük altındaki yaylar, duruĢ ve baĢlatma iĢlemleri sırasında salınımlı yer değiĢtirme yapmakta olduğu ve kompresör süspansiyonlarının ömrünün genellikle 500000 çevrim olarak hesaplandığı belirtilmiĢtir. Bu da yaklaĢık 10-15 yıl kompresör ömrünü temsil ettiği belirlenmiĢtir. Analizlerde, sonlu elemanlar metodu kullanılmıĢ ve süspansiyon yaylarının analizinde önemli geliĢmeler meydana gelmiĢtir. Bu analizlerde, yay ve durdurucu arasındaki temas da dahil edilip gerçek yükler uygulanıp daha hassas gerilme analizleri yapılmıĢtır. SubaĢı ve ark.(2010), kalıntı gerilmelerin malzemelerin yorulmasını ve makine parçalarının çalıĢma performansı üzerinde etkilediği bilinmektedir. Bu çalıĢmada, kalıntı gerilmelerin uygulanan imal yöntemine göre termal, mekanik ya da bunların birleĢiminden kaynaklı oluĢtuğu ve uygulanan imalat yönteminin parçada nasıl bir kalıntı gerilme dağılımı oluĢturacağının iyi bilinmesi mühendislik hesapları açısından önemli olduğu belirtilmiĢtir. Yapılan çalıĢmada, AISI 4140 çeliğinden tornalandıktan sonra yağda 40, 45, 50 HRC değerlerinde sertleĢtirilmiĢ numunelerdeki kalıntı gerilme değerleri belirlenmiĢ ve hiç sertleĢtirilmemiĢ numunelerle karĢılaĢtırılması yapılmıĢtır. Yapılan deneyler sonucunda, 40, 45, 50 HRC değerlerinde sertleĢtirilmiĢ numunelerin yüzeylerinde sırasıyla 169, 299, 203 MPa çekme kalıntı gerilmesi oluĢtuğu, buna karĢılık sertleĢtirilmemiĢ numene yüzeyinde ise, 211 MPa çekme kalıntı gerilmesi oluĢtuğu tespit edilmiĢtir. SertleĢtirmenin malzeme yüzeyinde çekme kalıntı gerilmesi oluĢturduğu, sertliğe göre değerinin değiĢtiği ve mekanik kaynaklı gerilmelerin termal kaynaklı gerilmelere göre daha baskın olduğu görülmüĢtür. Yapılan çalıĢma sonucunda, termal bir metot olan sertleĢtirme iĢleminin malzeme yüzeyinde termal kaynaklı çekme kalıntı gerilmesi oluĢturmakta olduğu belirlenmiĢtir. Tornalama iĢlemi, termo-mekanik bir yöntemdir ve malzemenin yüzeyinde çekme kalıntı gerilmesi oluĢturmaktadır. Malzeme yüzeyinde sertleĢtirme iĢleminden sonra oluĢan çekme kalıntı gerilmesi, sertlik artıĢına göre uyumlu hareket etmediği kararsız artıĢ ve azalıĢlar gösterdiği tespit edilmiĢtir. Bu çalıĢmada grafikler ile detaylı olarak kalıntı gerilme durumu ifade edilmiĢtir. 46 Schuller ve ark. (2015), bu çalıĢmada VDSiCr dövülmüĢ yay çeliğine yük oranının etkisi yüksek devirde yorulma (HCF) ve çok yüksek devirde yorulma (VHCF) göz önüne alınarak incelenmiĢtir. Ultrasonik yorulma test elemanları kullanılarak, -N 6 grafiği çizilmiĢ yük oranları R= -1, R= 0,1 ve R= 0,5 alınmıĢtır. Kırılmalar ya 5x10 8 çevrimi altında ya da 5x10 çevrimi üzerinde meydana gelmiĢ ve bu değer aralığında kırılma oluĢmamıĢtır. HCF rejiminde, çatlaklar özellikle yüzeyde olmaya baĢlamıĢtır. VHCF rejiminde, çatlak baĢlangıcı sadece iç bölgede tane sınırlarında, inklüzyon olarak 9 veya nadiren matriste oluĢmuĢtur. -N eğrisi 10 çevirimin üzerinde azalmaya devam 10 9 eder. R= -1 için 10 ‟daki ortalama çevrim dayanımı 10 ‟a göre %5 daha düĢük olduğu belirlenmiĢtir. Ortalama gerilmenin artması, malzemenin kırılmadan dayanabileceği tekrarlı gerilme değerini düĢürdüğü görülmüĢtür. Pıhtılı ve Özler (1997), bu çalıĢmada emniyetli bir Ģekilde çalıĢması istenen yayların gerilmeleri ve ömürlerinin tespitinin mühendislikteki önemi belirtilmiĢtir. Ve öncelikle yay malzemesindeki imalat hataları incelenmiĢ, yay yorulması ele alınmıĢ ve daha sonra yay deneyleri açıklanmaya çalıĢılmıĢtır. Kaiser ve ark. (2010), bu çalıĢmalarında üç farklı malzemeden yapılmıĢ dövülmüĢ 9 helisel yayların uzun süreli yorulma testlerinin araĢtırma sonuçları 10 çevrimine kadar izlenip sunulmuĢtur. Ġlgili araĢtırma projesi Alman Yay Sanayi Derneği ile birlikte baĢlatılmıĢtır. Test yayları tel çapları 1,6 mm ve 3 mm olan, yağda sertleĢtirilmiĢ ve temperlenmiĢ SiCr, SiCrV alaĢımlı valf yayı çelik telleri ve paslanmaz çelik telleridir. Ayrıca, yaylara son dövme iĢlemi uygulanmıĢtır. Deneylerde kırılan test yayları, Stereo Mikroskop ile incelenmiĢtir. SEM (Tarama Elektron Mikroskobu) ile kırık davranıĢını ve mekanizmasını incelemek için metalografik kesitler kullanılarak analizler yapılmıĢtır. Bu testlerde, çeĢitli yay tipleri için çok yüksek devirde yorulma (VHCF) rejiminde farklı yorgunluk özellikleri ve farklı arıza mekanizmaları gösterdikleri belirginleĢmiĢtir. VHCF testleri, yaklaĢık 40 Hz‟lik frekansta bir test ekipmanı ile gerçekleĢtirilmiĢtir. Deneylerde, Reicherter–Stiefelmayer yay test makinesi DV8-S2 kullanılmıĢtır. Tüm yay tiplerinde, VHCF rejiminde yorulma dayanımı düĢmekte olduğu belirlenmiĢtir. -N eğrisi, SiCr ve SiCrV alaĢımlı çeliklerin telleri aynı olduğunda, -N eğrisi 1,4568 paslanmaz çelik yay tellerinde daha dik bir eğim göstermiĢtir. 1,4568 paslanmaz çelik malzemeli yayda sürtünme kaynaklı yorulma 47 kırılması meydana gelmemiĢtir. Ayrıca, yalnızca birkaç kırık tel yüzeyinden baĢlamıĢtır. Ve malzeme etkisi yanı sıra yay yapma sürecinin de özellikle yay dövme iĢleminin, yorulma açısından HCF ve VHCF rejiminde çok önemli bir etkiye sahip olduğu belirlenmiĢtir. Nie ve ark. (2013), bu çalıĢmada yüksek dayanımlı dövme iĢlemi görmüĢ yay çeliği 3Cr13 için çok yüksek devir rejimlerindeki yorulma (VHCF) davranıĢı araĢtırılmıĢtır. Elektro-parlatma (EP) ve dövme iĢlemi (SP) görmüĢ numuneler 20 kHz değerinde ultrasonik yorulma testleri ile analiz edilmiĢtir. Her iki numunede, düĢük gerilme genliklerinde çatlak baĢlangıcının alt yüzeylerde baĢladığı gözlenmiĢ ve ayrıca ince taneli alanın (FGA) inklüzyon civarında oluĢtuğu görülmüĢtür. Gerilme yoğunluğu faktörü, iç çatlak yayılımını kontrol eden eĢik değer olarak kabul edilmiĢtir. VHCF‟de her iki tip numunelerde -N eğrisinde düĢme meydana gelmiĢ ve yorulma ömrü baĢlangıçları alt yüzey için dövme iĢlemi görmüĢ numunelerde, Elektro-parlatma numunelerine kıyasla düĢtüğü gözlenmiĢtir. FGA oluĢumu, kararlı çatlak yayılımı eĢik değeri altı, sürekli olmayan çatlak yayılımı süreci olarak adlandırılmıĢtır. Yorulma ömrü için Paris'in yasasını göz önüne alarak çatlak yayılma oranı kullanılarak tahminler yapılmıĢtır ve metalik olmayan inklüzyon ortalama boyutu -N eğrisi tahmini EP ve SP örneklerinin her ikisi için de deney sonuçları ile uyumlu olduğu görülmüĢtür. Gönen ve ark. (2015), bu çalıĢmada dikdörtgen kesitli kalıp yaylarının yerine daha ucuz ve daha az üretim maliyeti olan dairesel kesitli kalıp yaylarının kullanılması incelenmiĢtir. Dikdörtgen kesitli yayların, üretimi zor ve üretim maliyeti yüksek olmasına rağmen endüstride yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Yapılan çalıĢmada, eĢ değer özelliklerde kalıp yayları deneysel olarak karĢılaĢtırılmıĢtır. Sonuçlar, elde edilen yorulma testi simülasyonunu çalıĢtırmak için sonlu elemanlar yöntemi yazılımına aktarılmıĢtır. 48 ġekil 2.30. Dikdörtgen ve dairesel kesitli yayların deneylerinde kullanılan cihaz (Gönen 2015) Bu testlerin sonucunda elde edilen veriler, dairesel kesitli kalıp yayları ile dikdörtgen kesitli kalıp yaylarının aynı performansa sahip olmadığını ortaya koymuĢtur. Daha sonra yorulma testleri dairesel yaylarda, döküm polyamid malzeme arasına kılavuzlanarak dikdörtgen kalıp yaylarında uygulanan eĢit yük değerleri alınarak tekrarlanmıĢtır. Yorulma ömürleri kıyaslandığında, dairesel kesitli dökme polyamid kılavuzlu kalıp yaylarının ömrünün, dikdörtgen kesitli kalıp yaylarının ömründen 1,5–2 kat daha fazla olduğu belirlenmiĢtir. Testlerde kullanılan cihaz ġekil 2.30‟da gösterilmiĢtir. Ayrıca, döküm polyamid malzeme ile kılavuzlanmıĢ dairesel kalıp yayı ömrü, normal dairesel kalıp yaylarından 5,68 kat daha fazla olduğu görülmüĢtür. Ömür artıĢının kılavuz malzemesine bağlı olup olmadığını araĢtırmak için pirinç malzeme ile de testler yapılmıĢtır. Pirinç malzemenin yorulma ömrünü uzatma konusunda etkisinin olmadığı görülmüĢtür. Yüksek sönümleme özelliği olan malzemeler kullanıldığında, yorulma ömrünü uzatan etki görüldüğü belirlenmiĢtir. Elastisite modülünün deformasyon ve reaksiyon kuvvetlerine etkisi sonlu elemanlar analizinde (FEA) belirginleĢmiĢtir. Elde edilen sonuçlar, dairesel kesitli yayların her zaman dikdörtgen kesitli yaylar yerine kullanılabileceğini göstermiĢtir. Gönen (2008), yapılan bu çalıĢmada metalik yayların ömürlerini belirlemek üzere yorulma analizi yapılması amacıyla “Mekanik Yay Yorulma Test Cihazı” tasarlanmıĢ ve imal edilmiĢtir. Yapılan cihazın önemli özelliği, aynı anda iki farklı sıkıĢtırma 49 oranında yorulma analizi yapılmasına imkan vermesidir. Bu özelliği ile gerilme-ömür diyagramının çizilmesinde iki farklı noktanın belirlenmesine zaman kazandırmaktadır. Yorulma deneyleri süresince, güvenilir bir Ģekilde çalıĢıp çalıĢamayacağının belirlenmesi için ANSYS Workbench programı ile analizler yapılmıĢtır. Bu sistemde 8 bar basınç uygulayan bir kompresör kullanılmıĢ ve 20 ile 200 mm aralığındaki yayların yorulma testleri, ön gerilmeli ve ön gerilmesiz olacak Ģekilde yapılabilmektedir. Yaylara uygulanan kuvvet, kuvvet uygulama elemanına iki noktadan etki ettirilmiĢtir. Kuvvet uygulama elemanının önüne ve arkasına yediĢer adet yay bağlanabilmektedir. Yedi adet yay, üzerlerine etki eden kuvvetlerin eĢit olmasını sağlayacak Ģekilde altıgenin merkezine bir adet ve köĢe noktalarına altı adet olacak Ģekilde yerleĢtirilmiĢtir. Bu çalıĢmada tasarlanarak yapımı gerçekleĢtirilen test cihazına, test için belirli sayıdan oluĢan iki grup yay bağlanabilmekte ve aynı deney süresince bu iki gruba biri diğerinden farklı olacak Ģekilde iki sıkıĢtırma oranı uygulanabilmektedir. Böylece, bu çalıĢma ile her bir deney sonucunda iki farklı veri elde edilebildiği için test sürelerinin kısalmakta olduğu belirtilmiĢtir. Son olarak, yorulma araĢtırmaları bölümünde incelenen makaleler numaralandırılmıĢ ve bu makalelerin birbiri ile ortak noktaları belirlenmiĢtir. Bu ortak noktalar, malzeme, frekans, ısıl iĢlem gibi baĢlıklar altında çizelgeler halinde gösterilmiĢtir. 50 Çizelge 2.5. Ġncelenen makalelerde kullanılmıĢ olan malzemeler 51 Çizelge 2.6. Ġncelenen makalelerde kullanılmıĢ olan yay tel çapları 52 Çizelge 2.7. Ġncelenen makalelerde uygulanmıĢ frekanslar 53 Çizelge 2.8. Ġncelenen makalelerde bulunmuĢ Ps değerleri 54 Çizelge 2.9. Ġncelenen makalelerdeki test baskı aralıkları 55 Çizelge 2.10. Ġncelenen makalelerde kullanılmıĢ analiz ve yöntemler 56 Çizelge 2.11. Ġncelenen makalelerdeki yüzey sertleĢtirme ve ısıl iĢlemler 57 Çizelge 2.5‟ten, Çizelge 2.11‟e kadar olan çizelgelerde numaraların ifade ettiği makaleler aĢağıdaki gibidir: 1: Berger ve Kaiser (2006), 2: B. Pyttel ve ark. (2013), 3: Sonsino (2007), 4: Puff ve Barbieri (2014), 5: Serbino ve Tschiptschin (2013), 6: Kaiser ve Berger (2005), 7: Kumar ve ark. (2002), 8: L. Del Llano-Vizcaya ve ark. (2005), 9: L. Del Llano-Vizcaya ve ark. (2006), 10: Stone (2014), 11: Porteiro (2010), 12: Puff ve ark. (2010), 13: SubaĢı ve ark. (2010), 14: Schuller ve ark. (2015), 15: Pıhtılı ve Özler (1997), 16: Kaiser ve ark. (2010), 17: Kailas (2015), 18: Nie ve ark. (2013), 19: Gönen ve ark. (2015), 20: Gönen (2008). 58 3.ARAġTIRMA SONUÇLARI VE BULGULAR Yapılan kaynak araĢtırmasının sonuçlarına göre yayların yorulma deneylerinde takip edilmesi önerilen temel esaslar Ģunlardır: 1. Deneyler, benzer özelliklere sahip en az 5 veya 10 yay üzerinde yapılmalıdır. 2. Deney hızının 200 ile 350 dev./dak. arasında olmasına çalıĢılmalıdır. Uygun deney hızı 300 dev./dak‟dır. DeğiĢik çalıĢmalardaki deneyler için yüksek devirlere de çıkılabilir. 3. Ġlk 1000 devirden sonra yorulma deneyi durdurularak yaylar kontrol edilmeli ve yük değerleri ayarlanmalıdır. 4. Her bir yayın ortalama ömürlerini tespit etmek için en düĢük ve en yüksek değerler atılarak edilerek yakın değerler esas alınır. 5. Yaylar, 1800 dev./dak. hızındaki alternatif akımlı elektrik motorundan alınan hareketle de denenebilir. 6. Gerçek yorulma gevĢemesi, gerilimin daha yüksek ve yoğun olduğu sarımın iç kısmında baĢlar. 7. Deney makinesi ve yayların deneyden önce iyice yağlanmıĢ olmaları gerekmektedir. Eğer bir yay çalıĢma ömrü içerisinde 10000 çevrimden daha az çalıĢırsa o zaman çalıĢma statik kabul edilir. Bu durumda yorulma yayın performansına etki etmez. ÇalıĢma 10000 çevrimden daha fazla ise yorulmanın yay performansına etki ettiği düĢünülür ve tasarımda hesaba katılır (Pıhtılı ve Özler 1997). Yayların Yorulma Performanslarına Etki Eden BaĢlıca Faktörler:  ÇalıĢma gerilmeleri  Malzeme yüzey kaliteleri  AĢınma  Parça boyutu  ÇalıĢma sıcaklığı  Çevrenin kimyasal etkisi  Malzeme Ģeklindeki ani değiĢiklikler. 59 Yay Kırılmasının Nedenleri: a) Sık Görülen Kırılma Nedenleri:  Yüksek gerilmeler  Hidrojen gevrekliği  Keskin dirsekler ve delikler  Yorulma a) Orta Sıcaklıkta Görülen Kırılma Nedenleri:  ġok yükü  Korozyon  Hatalı ısıl iĢlem  Hatalı malzeme b) Nadiren Görülen Kırılma Nedenleri:  Yüksek sıcaklık  Sürtünme  Diğer Yayların kırılma nedenleri ile ilgili detaylı bilgi, Burhan (2010) çalıĢmasında yer almaktadır. 3.1. Yay Yorma Test Cihazı Tasarımı Ve AĢamaları Bu bölümde, yay yorma cihazı ile ilgili araĢtırmalara ve bulgulara değinilmiĢ ve tasarım hakkında detaylı bilgiler verilmiĢtir. 3.1.1. Makinenin Tasarımı Makinenin tasarımında, genel bir makinenin tasarımında göz önüne alınması gereken konulara dikkat edilmiĢtir. Yüke maruz kalan parçalar dikkate alınarak malzeme seçimleri ona göre yapılmıĢtır. Ġmalat ve montajın kolaylığı da göz önüne alınarak makine tasarımı yapılmıĢtır. Tasarlanan makinede, temel amaç kalıp yaylarının yorulma 60 analizi olup “Fibro” firmasının kalıp katalog değerleri referans alınarak hesaplamalar ve tasarım yapılmıĢtır. Bir makinenin en ekonomik, güvenilir ve sağlam olacak Ģekilde tasarlanması gerekmektedir. Böyle bir çalıĢmada bilimsellik, koordinasyon, malzeme ve piyasa araĢtırması ve sağlanan verilerin sürekli olarak iyileĢtirilmesi beklenir. 3.1.2. Tasarımdaki aĢamalar Makine tasarımının arkasında yatan düĢünce, belirli iĢlem veya iĢlemler akıĢını yapabilecek bir ürünü tasarlamak ve gerçekleĢtirmektir. Bir makinenin tasarımında, baĢlangıçtan bitime kadar olan sürecin tamamı Ģekilde olduğu gibi bir akıĢ Ģeması biçiminde gösterilebilir (ġekil 3.1). Süreç, ihtiyacın belirlenmesi ve bu ihtiyacın karĢılanmasına karar verilmesi ile baĢlamaktadır. Geriye dönüĢlerde yeniden gözden geçirilerek tekrarlanan iĢlemler dizisinin sonunda, süreç ihtiyaca göre tatmin eden bir sunuĢla tamamlanır (Burhan 2010). ġekil 3.1. Tasarımdaki aĢamalar Ġhtiyacın belirlenmesinden sonra tasarlanacak makine ile ilgili kalite özelliklerinin tümünü kapsayan problemin tanımı aĢaması gelir. Daha sonra gelen sentez aĢamasında ise en iyi çözümlerin sentezi yapılır. Fakat, sentez aĢamasının analiz ve iyileĢtirme aĢamasının verileriyle geri beslenmesi gerekir. Çünkü tasarım aĢamasındaki sistem performansının kalite özellikleriyle uyum içerisinde olup olmadığının tespiti için analiz 61 edilmesi gereklidir. Analiz ve iyileĢtirmede, sistemin ihtiyaca cevap vermediğinin görülmesi halinde sentez iĢlemi tekrar baĢlamalıdır. GeliĢtirme aĢaması ise toplam tasarım süreci içerisinde çok önemli bir aĢamadır. GeliĢtirme, baĢarılı bir tasarımın son ispatıdır. Burada, tasarımın ihtiyaçları gerçekten karĢılayıp karĢılayamadığı sorusuna cevap aranır. Tasarımın güvenilir olup olmadığı, benzer ürünlerle baĢarılı bir Ģekilde rekabet edilip edilemeyeceği, ürünün üretim ve kullanımının ekonomik ve ayrıca bakım ve ayarının kolay olup olmadığı, satıĢından bir kar sağlanıp sağlanamayacağı hususları araĢtırılır. GeliĢtirme aĢamalarının sonunda tasarım son haline getirilir. Burada, makine parçaları üzerindeki iliĢkinin tümünün görüldüğü bir montaj resmi ve parçalarının her birinin boyut ve özelliklerinin gösterildiği detay resimleri en son haliyle çizilir. Detay resimlerindeki boyut ve özellikler tolerans, yüzey kalitesi, iĢleme payı, malzeme ve uygulanacak ısıl ve kimyasal iĢlem gibi özellikleri kapsar. Son olarak, yapılan hesaplamalar ve her resim bir daha kontrol edilir. Son tasarımda herhangi bir hata yapıldığında üretim hatalı olacağından bu safhada yapılacak kontrol ve hataların giderilmesi çok önemlidir. Ġhtiyacı karĢılayan ve en uygun Ģartları sağlayan ürün, sonuç aĢaması olan sunuĢta satılmaya ve kullanıma hazırdır (Burhan 2010). 3.1.3. Mekanik Tasarımcının Sorumluluğu Tasarımcının, bir tasarım problemine esnek ve açık fikirli olarak yaklaĢması, bu konuda üretim yöntemi prensiplerine uygun olarak tüm bölümlerle sıkı ve uyumlu bir iliĢki içerisine girmesi ve makinenin yerine getireceği fonksiyondan oldukça bilinçli bir Ģekilde haberdar olması gerekir. Mekanik bir makine tasarımcısının sorumlulukları ise aĢağıdaki Ģekilde özetlenebilir:  Makinenin tümünün geometrik Ģeklinin ve boyutlarının belirlenmesi,  Makinenin her bir parçası için gerekli malzemelerin tespit edilmesi,  Her parçanın ayrıntılarının ve tam boyutlarının belirlenmesi,  Her parçanın yüzey kalitesinin belirlenmesi,  Parçaların alıĢtırma ve iĢleme toleranslarının ve aralarında ki bağıntıların belirtilmesi ve bu durumun detay ve montaj resminde gösterilmesi, 62  Elemanların mukavemet hesabında emniyet payı bırakılması,  Makinenin hareketli kısımlarında oluĢabilecek iĢ kazalarının önlenmesi amacıyla koruyucu tedbirlerin daha tasarım aĢamasında alınması,  Üretim ve montajda ekonomi sağlanması amacıyla değiĢik parça ve yapıların uygun bir Ģekilde planlanması,  BitmiĢ parçanın aĢınma, oksitlenme, kırılma, yaĢlanma vb. etkilerden korumak için yapılacak son iĢlemin belirlenmesi,  Eldeki üretim imkânlarına göre üretilebilir nitelikte tasarım yapmak 3.1.4. Tasarım Ve Ömür Hesapları Öncelikle, yay kataloğu kullanılarak seçilecek kalıp yayları için üst sınır olarak F=1150 N kuvvet belirlenmiĢtir. Bu kuvvet, yay seçiminde bir sınır değer olarak belirlenmiĢtir. Belirlenen bu üst sınıra göre kataloglardan uygun görülen kalıp yay grubu test cihazında denenebilecektir. Çizelge 3.1‟de kalıp yaylarının sınıflandırılması görülmektedir. ġekil 3.2‟de kalıp yaylarının yükleme ve strok durumları gösterilmiĢtir. Çizelge 3.1. Kalıp yayları sınıflandırılması Kalıp Yayları Sınıflandırılması YeĢil Hafif Yüklü Kalıp Yayı Mavi Orta Yüklü Kalıp Yayı Kırmızı Ağır Yüklü Kalıp Yayı Sarı Ekstra Yüklü Kalıp Yayı 63 ġekil 3.2. Dikdörtgen kesitli kalıp yayları için yükleme ve strok durumu (http://www.fibro.de, 2015) Test edilebilecek helisel yaylar ve kalıp yayları, 25 mm‟den 305 mm uzunluğunda F=1150 N maksimum kuvvet sınırına kadar Çizelge 3.2‟de görülen yay tipleri için uygulanabilmektedir. Burada yay sertliği, yay dıĢ çapı ve kesit kalınlığı arttıkça sertlikle orantılı olarak test edilebilecek yay miktarı sınırlı hale gelmektedir. Çizelge 3.2. Test Cihazında deney yapılabilecek yaylar 64 AĢağıda Çizelge 3.3‟te örnek olarak, Dh=20 mm için “Fibro” kataloğundan alınan yeĢil renk kalıp yaylarının çizelgesi görülmektedir. Burada görüldüğü gibi %100 strok değerinde baskı yapabilmek için F=648 N yeterli olmaktadır. Çizelge 3.3. YeĢil kalıp yayı Dh=20 mm için katalog değerleri (http://www.fibro.de, 2015) Öncelikle bu kuvveti elde edebilmek için tasarımda kasnak çaplarının belirlenmesi ve buna göre hesapların mukavemet kontrolü yapılmıĢtır. 3.1.4.1 KayıĢ Kasnak Hesapları Küçük kasnak çapı de1= 90 mm seçildi (Kasnak tipi: T SPA 090-1). n1=950 dev./dak (Motor kasnağı devri) n2=200 dev./dak istenmektedir. 65 Standart tablolarda, 427,5 mm‟lik kasnak bulunmadığından Çizelge 3.4‟deki T SPA 450-1 kasnak seçilmiĢtir (http://www.tosyalimakina.com, 2015). Çizelge 3.4. SPA 1 kanallı kasnak katalog değerleri (http://www.tosyalimakina.com, 2015) Mil eksenleri arası mesafe: a=700 mm olarak belirlenmiĢtir. KayıĢ boyu: ( ) ( ) a=700-(2294,3-2500)=906 mm P=1 kW motor gücü hesaplanmıĢtır. 66 Phesap=P.C2=1.1,1=1,1 kW Çizelge 3.5. Standart dar V kayıĢ boyları ve bunlara karĢılık gelen C3 boy faktörleri (Bozacı 2001) ; C3=1, C1= 0,95, C2:1,1 (10 saatten az günlük çalıĢma süresi) P1=1,84 çevrim oranı 4,75 için alınan değerdir (Bozacı, 2001). adet kayıĢın yeterli olduğu bulunmuĢtur. 67 Çizelge 3.6. Sarılma açıları ve bunlara karĢılık gelen sarılma açısı faktörleri (Bozacı 2001) Sarım açısı: ‟dir. Çevre hızı: bulunur. KayıĢ dar V kayıĢ seçilmiĢtir. Dar V kayıĢlarda fmaks=80 1/s „dir. ( ) olduğundan uygundur. Ön gerilme Kuvveti: KayıĢa etkiyen çevre kuvveti: k=0,13 68 ( ) N bulunur. 3.1.4.2. Rulman Ömür Hesabı Bu bölümde, tasarımda kullanılabilecek rulman için ömür hesabı yapılmıĢtır. Seçilen rulman Çizelge 3.7‟de gösterilmiĢtir. Çizelge 3.7. Seçilen örnek rulman için katalog değerleri (http://www.skf.com, 2015) 69 d=50 mm, D=80 mm, B= 31 mm C=22900 N ve C0=16000 N Pu=710 N ve m=0,26 kg. Rulman numarası: Nr=6010 (http://www.skf.com, 2015) P= X.Fr + Y.Fe Fr=1150 N Fe=0 (Eksenel yük yoktur) FeĢ=Fr X=1 ve Y=0 P=1.1150+0.0 =1150 N L: Milyon devir cinsinden ömür ( ) ( ) 6 Yani L=7896x10 devir ömür vardır. n=200 dev./dak‟dır. Lh= saat ömür mevcuttur. Bu değer normal çalıĢma Ģartları için uygundur. Bu çalıĢmada kullanılan kama Tip A 14x9x32 boyutlarındadır. 70 3.1.4.3. Motor Hesabı Bulunan bu değerlerin ardından ne kadar kW‟lık motor ihtiyacı olduğu belirlendi. De1=90 mm; n1= 950 d/dak de2=450 mm; n2= 200 d/dak Md=Frxr Md=1150.50 =57500 N.mm=57,5 N.m P=Md x 1000 W = 1 kW P=57,5.20,9=1202 W 1,5 kW P=1,5 kW‟lık motor seçilmiĢtir. 3.1.5. Tasarlanan Yay Yorma Makinesi Yapılan bu çalıĢmada, farklı tel çaplarında ve farklı boylarda olabilecek kalıp yayları ve bası yaylarının, belirli aralıklarda değiĢen yükler altındaki ömür analizlerinin yapılabilmesine olanak sağlayan bir deney cihazının tasarlanması amaçlanmıĢtır. Test cihazının temel çalıĢma prensibi motordan gelen tahrik, kayıĢ kasnak mekanizmasıyla, devri düĢürüldükten sonra milin ucunda bulunan aparatlar ile dairesel hareketin eksenel harekete çevrilmesi ve son baskı elemanının bu yükü yaya uygulanması Ģeklindedir. Burada, yay çapı mm‟den, mm‟ye kadar ve yay boyu 25 mm‟den, 305 mm‟ye kadar yaylar test edilebilmekte, alt tabladaki ayar cıvatası kullanılarak istenen basma mesafesinde yaya baskı yapılması ayarlanabilmektedir. Test bölmesine milimetrik cetvel yerleĢtirilerek bunun vasıtası ile yayın sıkıĢma miktarı dolayısıyla 71 yaya uygulanacak olan kuvvet ayarlanabilmektedir. Makinenin teknik resimleri bir sonraki bölümde verilecektir. Tasarlanan yay yorma makinesi üç ana bölümden oluĢmaktadır: 1-Test bölmesi: Yayların yataklandığı ve deneyin gerçekleĢtiği ana bölüm, 2-Tahrik grubu: Mil ve ara elemanlar vasıtasıyla yaylara kuvvet uygulanan bölüm, 3-Makine Ģasesi: Test bölmesi ile tahrik grubun monte edildiği sistemin dengesini sağlayan bölüm, Yaylar, alt tablada yer alan bölmeye yataklanmakta ve sabit kalmaktadır. Alt tablanın yataklanması ve hareketinin sağlanmasında lineer yataklar kullanılmıĢtır. Bu sayede, merkezleme ve yataklama yapılmakta aynı zamanda istenildiğinde tablanın hareketine olanak sağlamaktadır. Alt tablanın hareketi ise tablanın altında yer alan cıvata sistemi ile sağlanmaktadır. 72 ġekil 3.3. Yay yorma makinesi Makinenin iĢ güvenliği elemanları vb. ek aparatlarının montaj edilmiĢ son hali ġekil 3.3‟te görüldüğü gibidir. Çizelge 3.8‟de montajda kullanılan parçalar hakkında bilgiler verilmiĢtir. 73 Çizelge 3.8. Makine parçaları ve adetleri Parça Parça Parça Adı Numarası Adedi 1 Lineer kızak arabası 2 Adet 2 Lineer kızak 2 Adet 3 Lineer kızak arabası bağlantı cıvatası 8 Adet 4 Lineer kızak bağlantı cıvatası 46 Adet 5 Yay yataklama plakası 1 Adet 6 Test bölmesi 1 Adet 7 Vidalı ayar mekanizması 1 Adet 8 Makine gövdesi 1 Adet 9 Mil Yatağı Ø50 1 Adet 10 Mil 1 Adet 11 Lineer baskı elemanı 1 Adet 12 Kama Tip A 14x9x32 2 Adet 13 Büyük kasnak 1 Adet 14 Yay baskı aparatı 1 Adet 15 Ara bağlantı elemanı 1 Adet 16 Mil için M14 cıvata bağlantısı 1 Adet 17 Yay baskı aparatı için M14 cıvata bağlantısı 1 Adet 18 Örnek yay 1 Adet 19 M14 somun 2 Adet 20 Kare profil, 80x80x5 4 Adet 21 Gövde destek profili, 40x40x4 5 Adet 22 Test bölmesi montaj profili, 80x80x5 2 Adet 23 Yatak bağlantı cıvatası 4 Adet 24 M24 somun 4 Adet 25 Duvara sabitleme plakası 4 Adet 26 Zemine sabitleme plakası 4 Adet 27 Motor 1 Adet 28 Motor montaj plakası 1 Adet 29 Motor kasnağı 1 Adet 30 KayıĢ 1 Adet 31 Mil ve yatak koruma sacı 1 Adet 32 Kasnak koruma sacı 1 Adet 33 Makine yan koruma sacı 2 Adet 34 Üst kapak sacı 1 Adet 35 Alt kapak sacı 1 Adet 36 Koruma kapak menteĢesi 2 Adet 37 Koruma kapak kilidi 1 Adet 38 Test bölmesi koruma kapağı 1 Adet 74 3.1.5.1. Yay Yorma Makinesi Teknik Resimleri Ve Parça Bilgileri Bu bölümde, makinenin teknik resimlerine ġekil 3.4‟ten ġekil 3.11‟e kadar yer verilmiĢtir. ġekil 3.4. Yay yorma makinesi ön görünüĢ ġekil 3.5. Makine test bölmesi detay görünümü 75 ġekil 3.6. Makine tahrik bölümü kesiti ġekil 3.7. Makine üstten görünümü 76 ġekil 3.8. Test bölmesi ġekil 3.9. Mil kesit görünümü ġekil 3.10. Test bölmesi yay baskı plakası 77 ġekil 3.11. Yay baskı aparatı Makineyi oluĢturan parçalarla ilgili bilgiler: 1- Lineer kızak arabası: Lineer kızak ile birlikte bağlı olduğu yay yataklama plakasının, vidalı ayar mekanizması kullanılarak hareket etmesini sağlar. 2- Lineer kızak: Kızak arabasının düĢey yönde hareket etmesini sağlar. 3- Lineer kızak arabası bağlantı cıvatası: Lineer kızak arabası ile yay yataklama plakasını birbirine bağlar. 4- Lineer kızak bağlantı cıvatası: Lineer kızakları test bölmesine bağlayan cıvatalardır. 5- Yay yataklama plakası: Yay baskı aparatı, yaya basma iĢlemi yaparken yataklama yaparak sıkıĢmasını sağlar. Kızak arabaları sayesinde yay boyutları değiĢtikçe mesafe azaltılıp arttırılabilir. 6- Test Bölmesi: Yay yorma iĢleminin yapıldığı bölümdür. 7- Vidalı ayar mekanizması: Yay yataklama plakasının yay boyutlarına göre hareket ettirilmesini ve çalıĢma esnasında sabit kalmasını sağlamaktadır. 8- Makine gövdesi: Yatakların montaj yapıldığı ana parçayı ifade etmektedir. 9- Mil yatağı: UCP 210 10- Mil: Motordan alınan dönme hareketi kasnaklar yardımı ile mile, milden de baskı aparatlarına iletilmektedir. 78 11- Lineer baskı elemanı: Dönme hareketinin düĢey yönde harekete dönüĢmesini sağlayan parçadır. Mil ile birlikte hareket ederek 100 mm kurs miktarında çalıĢmaktadır. 12- Kama: Motordan gelen dönme hareketini bağlantılı olduğu motor kasnağı, kayıĢ ve büyük kasnak vasıtasıyla mile aktarır. Tip A 14x9x32 boyutlarındadır. 13- Büyük kasnak: Motordan gelen devri düĢürme görevi görmektedir. Kasnak çapı 450 mm‟ dir. 14- Yay baskı aparatı: DüĢey yönde hareket ederek yaylara bası iĢlemini yapmaktadır. Yayların boyutlarına göre basma miktarı değiĢtirilmek istenebileceğinden dolayı, 50 mm mesafede yeni bir bağlantı bölmesi bırakılmıĢtır. Bu da kurs ayarı yapıldığında önemli avantaj sağlamaktadır. 15- Ara bağlantı elemanı: Lineer baskı elemanı ile yay baskı aparatı arasındaki parçadır. 16- Mil için M14 cıvata bağlantısı: Lineer baskı elemanı ile mil arasındaki bağlantıyı sağlar. Burada sürtünmeyi azaltmak için burç ile yataklama yapılabileceği düĢünülmüĢtür. Burç yatakların kendi özelliğinden dolayı yağlama iĢlemi görecek ve sürtünme azalacaktır. 17- Yay baskı aparatı için M14 cıvata bağlantısı: Lineer baskı elemanı ile yay baskı aparatının bağlantısını sağlar. Burada da burç yataklama yapılarak sürtünmenin azaltılabileceği düĢünülmüĢtür. 18- Örnek yay: Montaj resminde makine ile test edilebilecek yay örneği verilmiĢtir. 19- M14 Somun: M14 cıvata bağlantılarına aittir. 20- Kare profil 80x80x5: Bu parçalar makinenin ayaklarını oluĢturmaktadır. Gövde destek profilleri ile kaynak edilerek makinenin dengeli bir Ģekilde çalıĢmasını sağlamaktadırlar. 21- Gövde destek profili 40x40x4: Kare profiller ile kaynak edilerek makine Ģasesini oluĢturmaktadırlar. 22- Test bölmesi montaj profili 80x80x5: Test bölmesinin kaynak edilerek sabitlendiği parçalardır. 23- Yatak bağlantı cıvatası: Yatakların montajının yapıldığı M24 cıvatalardır. 24- M24 somun: Yatak bağlantıları için kullanılmaktadırlar. 79 25- Duvara sabitleme plakası: Makinenin arkasında yer alır, istenildiğinde makinenin titreĢiminin önlenmesi açısından duvara sabitlemesi yapılabilir. 26- Zemine sabitleme plakası: Bu parçalar, makinenin titreĢim ile birlikte kaymasını önlemek için zemine sabitlenmesini sağlamaktadır. 27- Motor: Motor gücü, 1 kW 950 dev./dak‟dır. 28- Motor montaj plakası: Motorun tabanında yer alan, motorun sabitlendiği plakadır. 29- Motor kasnağı: Kasnak tipi T SPA 090-1‟dir. 30- KayıĢ: Dar V kayıĢ seçilmiĢtir. 31- Mil ve yatak koruma sacı: ĠĢ güvenliği problemleri düĢünülerek yataklar ve mili kapsayacak Ģekilde koruma sacı tasarlanmıĢtır. 32- Kasnak Koruma sacı: Büyük kasnak için iĢ güvenliği önlemleri göz önüne alınarak koruma sacı tasarlanmıĢtır. 33- Makine yay koruma sacı: Makinenin sağ ve sol taraflarında yer alan saclardır. 34- Üst kapak sacı: Makinenin ön tarafındaki, üst bölmeyi kapatan sacdır. 35- Alt kapak sacı: Makinenin ön tarafındaki, alt bölmeyi kapatan sacdır. 36- Koruma kapak menteĢesi: Makinenin test bölmesinin önünde yer alan kapağa ait menteĢelerdir. 37- Koruma kapak kilidi: Test bölmesi kapağı için düĢünülmüĢ kilittir. 38- Test bölmesi koruma kapağı: Makinenin çalıĢması esnasında aniden yayların fırlamaması için, iĢ güvenliği önlemi olarak tasarlanmıĢ kapaktır. 80 3.1.6. Tasarlanan Cihaz Ġçin Yapılan Analizler Bu bölümde, tasarlanan cihaz için analizler yapılmıĢ ve bu analiz sonuçları ile ilgili bilgiler verilmiĢtir. 3.1.6.1. Modal Analiz Modal analiz, son yıllarda gittikçe daha fazla araĢtırılan bir konu haline gelmiĢtir. Özellikle bilgisayar teknolojisinin geliĢtiği günümüzde, bilgisayar destekli ölçüm cihazları bu iĢlemin daha hızlı yapılmasına olanak sağlamaktadır. Bu yöntemle yapıların dinamik karakteristikleri olarak adlandırılan doğal frekanslar, mod Ģekilleri ve sönüm oranları deneysel olarak elde edilebilmektedir. Frekans davranıĢ fonksiyonları kullanılarak yapının doğal frekansları, mod Ģekilleri ve sönüm oranları belirlenir. Burada mod, periyotların deformasyon Ģekillerinin gösterilmesidir. Örnek olarak, 1.modda yapının ilk titreĢiminde 4 mm deplasman yapması, 2.modda 3 mm deplasman yapması gibi deformasyonları ifade eder. Çünkü titreĢim belli miktarlarda deplasmanları ifade etmektedir. Her periyotta bu deplasmanlar ölçülür ve grafikte gösterildiğinde aslında mod Ģekilleri gösterilmiĢ olur. Yani, her periyot için bir mod Ģeklinden söz edilmektedir (Bayraktar ve Türker 2005). Teorik modal analiz, yapıya ait hareket denklemi kullanılarak yapılmaktadır. Sönümsüz çok serbestlik dereceli bir sistem için bu hareket denklemi: , -* ̈( )++, -* ( )+ * + [24] Ġfadesi ile verilmektedir. Burada [M] ve [K] kütle ve rijitlik matrislerini, * ̈( )+ ve {x(t)} zamana bağlı ivme ve yer değiĢtirme vektörlerini göstermektedir. Bu denklemin çözümünden, serbestlik sayısı kadar sönümsüz doğal açısal frekans (ω1,ω2,ω3....,ωN) elde edilir. Her bir doğal frekansa karĢılık yapının almıĢ olduğu Ģekil mod Ģekli olarak tanımlanır. Doğal frekansların küçükten büyüğe doğru sıralanması 81 sonucunda elde edilen en küçük frekans temel frekans ve bu frekansa karĢılık gelen mod Ģekli birinci mod Ģekli olarak adlandırılır (Bayraktar ve Türker 2005). Yapılan tasarımda, ANSYS Workbench programı kullanılarak modal analiz yapılmıĢtır. Bu bölümde yapılan analizler incelenmiĢtir. Bu tasarımda kullanılmıĢ malzemeler çelik olarak tanımlanmıĢtır. Ardından, tasarlanan makinede parçalara uygun ağ yapısı oluĢturulmuĢ, temas tanımları yapılmıĢ ve sınır koĢulları uygulanıp analiz yapılmıĢtır. ANSYS Workbench ortamında temas tanımı otomatik olarak tanımlanmaktadır. Ancak bu temas tanımları varsayılan ayarlara göre yapıldığı için, revize edilmesi veya manüel temas tanımı yapılması gerekmektedir. Model ağ yapısı, ġekil 3.12 ve ġekil 3.13‟teki gibidir. Kare ve dikdörtgen benzeri parçalarda hexahedral, oval, pah kırılmıĢ vb. karmaĢık yapılı parçalarda ise tetrahedral ağ yapısı kullanılmıĢtır. ġekil 3.12. Model ağ yapısı genel görünüm 82 ġekil 3.13. Model ağ yapısı yan görünümü Modal analize baĢlamadan önce ġekil 3.14‟teki cıvatalarla sabitlenecek yerler tanımlanmıĢtır. Ardından analiz yapılmıĢ ve modlar incelenmiĢtir. ġekil 3.14. Makine için sabitleme yerlerinin tanımlanması 83 ġekil 3.15. Mod 1 analizi ġekil 3.15‟te görüldüğü gibi frekans 71,453 Hz olduğunda 1,5315 mm deplasman oluĢmaktadır. Ancak sadece mod 1 incelense bile tasarımın uygun olduğu görülür. Çünkü, yapılan tasarımda motor devri 950 dev./dak ve uygulanacak yay kuvveti Fmaks=1150 N‟dir. Bu analizlerde hesaplamalar yapılırken emniyetli olması düĢünülerek kuvvet Fmaks=2000 N olarak alınmıĢtır. 84 ġekil 3.16. Mod 2 analizi Mod 2 analizinde, frekans 139,52 Hz olduğunda 3,2767 mm deplasman olabileceği görülmektedir (ġekil 3.16). Mod 3 analizinde ise, frekans 147,86 Hz olduğunda 6,3125 mm deplasman olabileceği görülmektedir (ġekil 3.17). ġekil 3.17. Mod 3 analizi 85 Mod 4 analizi incelendiğinde, frekans 171,84 Hz olduğunda 4,534 mm deplasman olabileceği görülmektedir (ġekil 3.18). ġekil 3.18. Mod 4 analizi Mod 5 analizinde ise, frekans 226,77 Hz olduğunda 41,033 mm deplasman olabileceği görülmektedir (ġekil 3.19). ġekil 3.19. Mod 5 analizi 86 ġekil 3.20. Mod 6 analizi Mod 6 analizinde, frekans 228,18 Hz olduğunda 41,81 mm deplasman olabileceği görülmektedir (ġekil 3.20). Modal analiz sonucunda, tasarımın herhangi bir mod esnasında problem oluĢturmadığı, makine n=950 dev./dak değerinde çalıĢacağı için yüksek frekanslara ulaĢıp deplasman yapma durumu da olmayacağı anlaĢılmıĢtır. 3.1.6.2. Statik Analiz Bu bölümde, yayların testi esnasında kuvvet uygulandığında yay yataklama plakası ile bitiĢik halde bulunan ve yaya uygulanan kuvvete maruz kalacak olan vidalı ayar mekanizmasının statik analizi yapılacaktır. Bu analiz sırasında uygulanan kuvvet ġekil 3.21‟de görüldüğü gibi F=2000 N alınmıĢtır. ġekil 3.22‟de analiz öncesi oluĢturulan ağ yapısı yer almaktadır. 87 ġekil 3.21. Vidalı ayar mekanizması statik analizi ġekil 3.22. Vidalı ayar mekanizması ağ yapısı 88 ġekil 3.23. Vidalı ayar mekanizması statik analiz sonucu Analiz sonuçlarından da görüldüğü gibi vidalı ayar mekanizması, çalıĢma esnasında maruz kaldığı kuvvetlere karĢı mukavemet göstermektedir (ġekil 3.23). OluĢan gerilme σmaks=8,684 MPa olmakta ve emniyet gerilmesi altında kalmaktadır. 3.1.6.3. Kinematik Analiz Mekanizmalar hareket halinde olduğundan dolayı, her değiĢen konumda hız ve ivmeler farklı olabilir. Tüm hareket boyunca hız ve ivmelerin bulunması için her açı ya da konumdaki değerlerin hesaplanması gerekir. Tüm açılardaki hız ve ivmeler bulunduğunda istenen uzvun grafiklerini çizmek de mümkün olabilmektedir. Aynı zamanda mekanizmanın hareket simülasyonu da elde edilebilmektedir. Bu çalıĢmada, modal ve statik analizlerin ardından kinematik analiz yapılmıĢtır (ġekil 3.24). 89 ġekil 3.24. Kinematik analiz uygulanan mekanizma geometrisi Öncelikle, “Rigid Dynamics” modülü kullanılarak sabitlenecek noktalar belirlenmiĢtir. Ardından, dönme hareketi yapacak temas noktaları ve lineer hareket yapacak bağlantılar tanımlanmıĢtır (ġekil 3.25). 90 . ġekil 3.25. Temas noktaları tanımlamaları ġekil 3.26‟da mil için moment ve devir değerleri girilerek yapılan dönme hareketi tanımları gösterilmiĢtir. ġekil 3.26. Kinematik analiz dönme hareketi tanımları Yapılan analizler sonucunda yataklar, üst cıvata bağlantı noktası ve alt cıvata bağlantı noktası gibi kritik elemanlar için kinematik analiz sonuçları incelenmiĢtir. 91 Bir saniyelik zaman dilimi için inceleme yapıldığında, yataklarda 270,03 N ile 18,578 N aralığında kuvvet oluĢtuğu görülmüĢtür (ġekil 3.27). ġekil 3.27. Yataklar için toplam kinematik analiz sonuçları Daha sonra üst bağlantı noktasında oluĢan kinematik analiz sonuçları incelenmiĢtir (ġekil 3.28). ġekil 3.28. Üst bağlantı noktası kinematik analizi 92 ġekil 3.29. Üst bağlantı noktası toplam kinematik analiz sonuçları ġekil 3.29‟da gösterilen üst bağlantı aparatının analiz sonuçlarında 268,13 N ile 16,723 N aralığında değerler elde edilmiĢtir. Bu değerler çok küçük değerler olup, emniyetli çalıĢma açısından bir problem oluĢturmamaktadır. ġekil 3.30. Alt bağlantı cıvatası kinematik analizi ġekil 3.30‟da görülen alt bağlantı cıvatası için de kinematik analiz sonuçları incelenmiĢtir. 93 ġekil 3.31. Alt bağlantı cıvatası toplam kinematik analiz sonuçları Alt bağlantı cıvatası için kinematik sonuçları incelendiğinde, 218,02 N ile 4,7933 N aralığında kuvvetler oluĢtuğu görülmüĢtür. Yapılan analizler sonucunda bağlantı noktalarında oluĢan kuvvetlerin sistemin çalıĢması açısından bir sorun oluĢturmadığı ve emniyetli bir Ģekilde çalıĢtığı görülmüĢtür. 94 4. SONUÇ 4.1 Tasarlanan Cihazdaki Aksaklıklar Ve ĠyileĢtirmeler Tasarlanan cihazdaki aksaklıklar:  Tasarlanan cihazdaki ilk aksaklık, yay rijitliği ve sarım çapı arttıkça uygulanması gereken kuvvet de artmaktadır ve makine parçalarının boyutları büyümektedir. Bu nedenle boyutlarda sınırlama yapılması gerekmiĢtir.  Yay rijitliği ve sarım çapı parametreleri arttığında, gerekli kuvveti sağlamak için kasnak çapı ve gerekli motor gücü de artmaktadır. Bu nedenle, sınır değerlerini aĢan kalıp yaylarında uygulanamamaktadır.  Dönme hareketinin, eksenel harekete çevrildiği aparatlarda bronz yataklama yapılmıĢtır. Bunlar tasarımda dikkat edilmesi gereken bölümler olarak ortaya çıkmaktadır.  Tüm yay boyutları için, yaylar her baskıda en fazla 100 mm basılabilmektedir. Ancak, yapılan çalıĢmada cihazın tasarım açısından olumlu yönlerinin de diğer cihazlara göre daha fazla olduğu düĢünülmektedir. Bunlar:  Tasarlanan makine ile otomatik olarak baskı sayımı yapılabilir.  100 mm sabit baskı mesafesi olmasına rağmen, baskı miktarı mm cinsinden azaltılmak istendiğinde buna olanak sağlayacak Ģekilde 50 mm‟lik strok ayar bölümü ve test bölümünde lineer kızak ile yataklanmıĢ plaka mevcuttur.  Kurs mesafesi ayarlanabilmektedir.  Kırılan yayın fırlamaması, milin, yatak ve kasnak gibi parçaların iĢ güvenliği tehlikesi oluĢturmaması için önlemler alınmıĢtır.  Yaylar kırıldığında cihaz otomatik olarak durabilmektedir. 4.2. Değerlendirmeler ve karĢılaĢtırmalar Tasarlanan bu cihazın benzerlerine göre birçok üstünlükleri bulunmaktadır. Daha fazla yay tipi için testler yapılabilmektedir. Özellikle kalıp yaylarının ve rijitliği yüksek yayların da testleri yapılabilmektedir. Bu makinedeki en büyük farklardan biri ön 95 gerilmesiz çalıĢma olanağıdır. Aynı zamanda daha sessiz ve güvenli bir çalıĢma ortamı sunmaktadır. Bası mesafesi sabit olmasına rağmen, istendiğinde kurs ayarı yapılabilmektedir. 4.3. Öneriler Yapılan bu çalıĢmada, yay yorulma deneylerinin yapılması için, değiĢken özellik ve boyutlardaki yaylara farklı kuvvetler uygulayabilecek bir yorulma deney cihazının tasarlanması amaçlanmıĢtır. Makinenin tasarımı yapılırken, daha önce tasarlanıp üretilen yay yorma makinesinde görülen aksaklıkların giderilmesi için çalıĢılmıĢtır. Öncelikle, Burhan‟ın (2010) tezinde belirtilen cihazdaki sabit olan eksantrik hareketli konuma getirmiĢtir. Bunun için, eksantrik olan mil yerine yeni tasarlanan milin ucuna aparat tasarlanarak bu aparata koza delikleri açılıp aĢağı-yukarı hareket mesafesi sağlandı. Yaya baskı yapacak olan mil tasarlanan aparata bağlanılıp, motordan gelen tahrik, kasnaklar vasıtasıyla mili döndürdüğü zaman sistem çalıĢmakta ve yaya baskı uygulamaktadır. Yayların uçlarına yayların kırıldığını tespit edebilmek için sensör takılabilmektedir. Bu sayede yay kırılınca motor durmaktadır. Ġstenilen kurs mesafesi 100 mm ile sabitlenmiĢtir. Ancak, yay boyuna göre istendiğinde 50 mm mesafedeki diğer bölmeye bağlantı yapılıp farklı stroklarda yaya baskı yapılabilmektedir. Yay boyu değiĢtiğinde, alt tabladaki ayar mekanizması ile ayarlama yapılıp test yapılabilmektedir. Bu çalıĢmada, bazı sınırlar mevcuttur. Cihazın tasarımı gereği belirli bir kuvvet sınırı vardır. Bu uygulanacak kuvvet sınırı test edilecek kalıpları belirlemektedir. Özellikle kalıp yaylarında daha fazla rijitlikteki yaylar test edilebilse de bazı rijitliği yüksek kırmızı ve sarı kalıp yayları test edilememektedir. Tasarımda yapılacak değiĢikliklerle kalıp yayı tablolarında yer alan bir çok test edilmesi sağlanabilir. 96 5.KAYNAKLAR Anonim, 2015. Basma yaylar. http://www.arcnorm.com.tr/basma-yaylar.html- (EriĢim tarihi: 2015). Anonim, 2015. Güç aktarım organları. http://www.tosyalimakina.com/Themes/tosyali2/a4-k2.pdf-(EriĢim tarihi: 2015). Anonim, 2015. Rolling bearings. http://www.skf.com/binary/138-121486/SKF-rolling- bearings-catalogue.pdf-(EriĢim tarihi: 2015). Anonim, 2015. Standart kalıp elemanları. http://www.fibro.de/fileadmin/data/FIBRO/Blaetterkataloge/NormalienGesamtkatalog_ TR/files06112013/assets/basic-html/page513.html-(EriĢim tarihi: 2015). Anonim, 2015. Ortaklar yay. www.ortaklaryay.com- (EriĢim tarihi: 2015). Anonim, 2015. Yay nedir. http://yayse.com/index.php?lang=tr&mod=whats_spring- (EriĢim tarihi: 2015). Babalık, F.C., Çavdar, K. 2014. Yaylar: Makine elemanları ve konstrüksiyon örnekleri, Editörler: Babalık, F.C., Çavdar, K., Dora, s. 299-359. Bayraktar, A., Türker, T. 2005. Deneysel modal analiz yöntemi ile düzlem çerçevelerin dinamik karakteristiklerinin belirlenmesi. Deprem sempozyumu, Mart 23- 25, 2005, Kocaeli. Berger, C., Kaiser, B. 2005. Fatigue behaviour of technical springs. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 36: 685–696. Berger, C., Kaiser, B. 2006. Results of very high cycle fatigue tests on helical compression springs. International Journal of Fatigue, 28: 1658–1663. Burhan, M. 2010. Eksantrik yay yorulma cihazının tasarımı ve imalatı, Yüksek Lisans Tezi, UÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Bursa. Bozacı, A. 2001. KayıĢ-Kasnak Mekanizmaları: Makine elemanlarının projelendirilmesi, Editörler: Bozacı, A., Çolak, Ö.Ü., KoçaĢ, Ġ., Çağlayan, s. 12/1-12/20. Del Llano-Vizcaya, L., Rubio-Gonzalez, C., Mesmacque, G., Banderas-Hernandez, A. 2006. Stress relief effect on fatigue and relaxation of compression springs. Materials and Design, 28: 1330–1334. Del Llano-Vizcaya, L., Rubio-Gonzalez, C., Mesmacque, G., Cervantes- Hernandez, T. 2005. Multiaxial fatigue and failure analysis of helical compression springs. Engineering Failure Analysis, 13: 1303–1313. 97 Gönen, D., Oral, A., Cakır, C.M., 2008. Çift sıkıĢtırma oranlı yay yorulma test cihazı tasarım ve imalatı. BAÜ FBE Dergisi, 1: 98–108. Gönen, D., Oral, A., Cakır, C.M., 2015. Investigating the benefits of using circular die springs instead of rectangular die springs. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 38: 799–812. Kailas, S.V., 2015. Chapter 8 failure. http://engineering108.com/Data/Engineering/Mechanical/Material_Science/Module8.pd f-(EriĢim tarihi: 2015). Kaiser, B., Pyttel, B., Berger, C. 2010. VHCF-behavior of helical compression springs made of different materials. International Journal of Fatigue, 33: 23–32. Kaymaz, Ġ., Alsaran, A., Hacısalihoğlu, Ġ. 2015. Yorulma. http://muhserv.atauni.edu.tr/makine/akgun/Docs/makel/Yorulma.pdf- (EriĢim tarihi: 2015). Kumar, R.B., Das, K.S., Bhattacharya, D.K. 2002. Fatigue failure of helical compression spring in coke oven batteries. Engineering Failure Analysis, 10: 291–296. Nie, B., Zhang, Z., Zhao, Z., Zhong, Q. 2013. Very high cycle fatigue behavior of shot-peened 3Cr13 high strength spring steel. Materials and Design, 50: 503–508. Özkan, M.T., Dündar, K.,GümüĢ, F. 2009. Bilgisayar destekli helisel yay tasarımı ve sonlu elemanlar analizi. TÜBAV Bilim Dergisi, 2(2): 199-210. Pıhtılı, H., Özler, L. 1997. Yay tellerinde yorulma ve yorulma deneylerinde izlenecek temel esaslar. Mühendis ve Makine, 38(445): 38-41. Puff, R., Barbieri, R. 2014. Effect of Non-Metallic Inclusions on the Fatigue Strength of Helical Spring Wire. Engineering Failure Analysis, 44: 441–454. Puff, R., Bortoli, D.G.M., Bosco, J.R. 2010. Fatigue Analysis of Helical Suspension Springs for Reciprocating Compressors. International Compressor Engineering Conference, July 12-15, 2010, Joinville, SC, Brazil. Porteiro, J.L. 2010. Spring design optimization with fatigue, M.Sc Thesis, Mechanical Engineering, University of South Florida, Florida, USA. Pyttel, B., Brunner, I., Berger, C., Kaiser, B., Mahendran, M. 2013. Fatigue behaviour of helical compression springs at a very high number of cycles. International Journal of Fatigue, 60: 101–109. Schuller, R., Karr, U., Irrach, D., Fitzka, M., Hahn, M., Bacher-Höchst, M., Mayer, H. 2015. Mean stress sensitivity of spring steel in the very high cycle fatigue regime. Journal of Materials Science, 50: 5514–5523. 98 Serbino, E.M., Tschiptschin, A.P. 2013. Fatigue behavior of bainitic and martensitic super clean Cr–Si high strength steels. International Journal of Fatigue, 61: 87–92. Sonsino, C.M., Kaiser, B. 2006. Course of SN-curves especially in the high-cycle fatigue regime with regard to component design and safety. International Journal of Fatigue, 29: 2246–2258. Stone, R., 2014. Fatigue Life Estimates Using Goodman Diagrams. http://mw-ind.com/pdfs/GoogmanFatigueLifeEstimates.pdf-(EriĢim tarihi: 2015). SubaĢı, M., Kafkas, F., KarataĢ, Ç. 2010. AISI 4140 Çeliğinde Sertlik Ve Kalıntı Gerilme ĠliĢkisi. 2. Ulusal Tasarım Ġmalat ve Analiz Kongresi, Kasım 11-12, 2010, Balıkesir. ġahin, S., 2015. Yorulma ve aĢınma. http://www2.cbu.edu.tr/salim.sahin/makine/malzeme_secimi/dersnotlari/6_ders.pdf- (EriĢim tarihi: 2015). 99 ÖZGEÇMĠġ Adı Soyadı: Hakan HOCAOĞLU Doğum Yeri ve Tarihi: Bursa, 1991 Yabancı Dili: Ġngilizce, Almanca ĠletiĢim (e-posta): hakan_bursa_@hotmail.com Eğitim Durumu:  Lise : Nuri Erbak Lisesi, 2009  Lisans : Sakarya Üniversitesi, 2013  Yüksek Lisans : Uludağ Üniversitesi, 2015 ÇalıĢtığı Kurum/Kurumlar ve Yıl:  Sunset Pool Management Inc. 2013-2014  HKS Has Asansör Kauçuk Plastik Metal San. ve Tic. 2014  MAKO Elektrik Sanayi ve Ticaret A.S. 2014- Devam 100