frenler - SABİS - Sakarya Üniversitesi
advertisement
29.02.2016 SAKARYA ÜNİVERSİTESİ FRENLER SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE ELEMANLARI-II DERS NOTU SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Frenler 2 / 20 Frenler, sürtünme yüzeyli kavramalarla benzer prensiplere göre çalışan bir makine elemanı grubunu oluştururlar. Şu şekilde sınıflandırılabilir: a) Dıştan papuçlu tambur (kampana) frenler b) İçten papuçlu tambur frenler c) Bant frenler d) Disk frenler e) Elektromanyetik frenler 1 29.02.2016 SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Fren Çeşitli 3 / 20 a) Dıştan papuçlu tambur (kampana) frenler b) İçten papuçlu tambur frenler c) Bant frenler d) Disk frenler SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Kısa Papuçlu Dıştan Tamburlu Frenler 4 / 20 2 29.02.2016 SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Servo Etkisi 5 / 20 Tambur saat yönünde döndüğünde, sürtünme ve baskı kuvvetlerinin momentleri aynı yönde olmaktadır. Yani sürtünme kuvveti baskı kuvvetine yardımcı olmaktadır. Buna servo etkisi (kendi kendini güçlendirme etkisi) denir. = Fℓ3 /( ℓ2 − μℓ1 ) Tamburun ters yönde dönmesi durumunda sürtünme kuvveti yön değiştireceğinden fren momenti Şeklini alır. Sürtünme kuvvetinin momenti baskı kuvvetinin momentine zıt yönde oluşur ve etkisini azaltır. Buna negatif servo etkisi (kendi kendini zayıflatma etkisi) denir. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Self Kilitlenme 2 1 0 6 / 20 2 1 Olması halinde fren momenti teorik olarak sonsuza gider. Fren sisteminin ansızın kilitlenmesi riski söz konusu olur Karşılıklı iki pabuç kullanılarak kuvvet dengelenir. Dönme hangi yönde olursa olsun pabuçlardan birinde servo etkisi ortaya çıkarken diğerinde negatif servo etkisi ortaya çıkar. Servo etkili pabuca öncü pabuç, zayıflatma etkili pabuca artçı pabuç adı verilir. 3 29.02.2016 SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Uzun Papuçlu Tambur Frenler 7 / 20 Pabuçların tambura (içten veya dıştan) uzun bir yay boyunca temas etmesi durumunda basınç dağılımı düzgün olmamakta, sürtünme kuvveti pabuç merkezinde etki etmemektedir. İçten uzun pabuçlu kampana frenler: Tambur (kampana) Kampanaya karşılıklı olarak içten sürtünen ve dönmeyen bir çift pabuç Pabuçları dışa doğru açarak tambura bastıran hidrolik sistem Sürtünen yüzeyleri birbirine yaklaştırmak ya da uzaklaştırmak için kullanılan ayar mekanizması ve Frenleme işlemi bittikten sonra pabuçları eski konumuna geri getiren yaylardan oluşur. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Uzun Papuçlu Tambur Frenler 8 / 20 Tabanı sabit bir nokta etrafında dönebilen mafsal şeklinde olan papuçlara tabanı mafsallı papuç, ve dayandığı yüzey boyunca kayma serbestisine sahip olanlara kayar tabanlı papuç adı verilir. Kampananın dönme yönüne bakarak hangi pabuçta servo etkisi ve hangi pabuçta negatif servo etkisi olduğu görülebilir. 4 29.02.2016 SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Uzun Papuçlu Tambur Frenler 9 / 20 Hesaplamadaki zorluk kampana-pabuç arasındaki basınç dağılımının düzgün olmamasından kaynaklanmaktadır. Genellikle şu kolaylaştırıcı varsayımlar yapılır: a) Her noktadaki basınç mafsal noktasına olan dik uzaklıkla orantılıdır. Mafsal noktasında basınç sıfır olmaktadır. b) Bu tip kavramalardan farklı olarak, frenlerde pabuçlar dönmediğinden merkezkaç kuvvetler göz ardı edilir. c) Papuçlar katı (rijit) olup şekil değişimine uğramamaktadır. d) Sürtünme katsayısı basınç, hız ve sıcaklıkla değişmemektedir. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Uzun Papuçlu Tambur Frenler 10 / 20 A mafsalı sabit bir nokta olduğundan burada değme basıncı sıfırdır. Elemanter alan: dA=b.R.dθ Pabuç genişliği: b Normal kuvvet: dFn=p.b.R.dθ Sürtünme kuvveti: dFs=μ.dFn Max. basınç (pm) bir θa açısında meydana gelir. Herhangi bir θ açısındaki p basıncının, mafsala olan düşey mesafe ile orantılı olduğu kabul edilebilir. 5 29.02.2016 SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Uzun Papuçlu Tambur Frenler 11 / 20 R kampana yarıçapı θ1 mafsalla balata yüzeyi başlangıcı arasındaki açı θ2 mafsalla balata yüzeyi sonu arasındaki açı, pm öncü pabuçtaki maksimum basınç, a kampana merkezi ile mafsal arası mesafe, θm mafsalla max basınç noktası arasındaki açı (θ2>90° için θm= 90°; θ2<90° için θm= θ2), c pabuç açma kuvvetinin mafsala uzaklığıdır. Sürtünme kuvvetinin mafsal noktasına göre momenti: Normal kuvvetin mafsal noktasına göre momenti: SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Frenler 12 / 20 Genel bir çözümden ziyade, bu integrasyon işlemlerinin her problemin özelliğine göre sonradan yapılması daha uygun olur. Öncü pabuçta: F.c = Mn - Ms Artçı pabuçta: F.c = M'n - M's Pabuçların kampanaya uyguladığı frenleme momenti sürtünme kuvvetlerinin kampana merkezine göre momentleri toplamıdır: 6 29.02.2016 SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Uygulama: Uzun Papuçlu Tambur Fren 13 / 20 Şekildeki fren kampana yarıçapı 150 mm’dir. Preslenmiş asbest balataların genişliği 32 mm, sürtünme katsayısı 0,32 ve emniyetle taşıyabileceği yüzey basıncı 1 N/mm2’dir. a) Papuç baskı kuvvetini bulunuz. (F=?) b) Frenleme momentini bulunuz. (MF=?) c) Mafsal tepki kuvvetini bulunuz. (Fm=?) SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Uzun Papuçlu Tambur Frenler 14 / 20 7 29.02.2016 SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Uzun Papuçlu Tambur Frenler 15 / 20 Uzun Papuçlu Tambur Frenler 16 / 20 8 29.02.2016 SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Uzun Papuçlu Tambur Frenler 17 / 20 Disk Frenler 18 / 20 Bu frenler tekerlekle aynı dönme eksenine sahip bir metal disk ve diskin iki yanındaki sürtünme yüzeyi taşıyıcılarından (semer) oluşur. Diskin çepeçevre sıkıştırıldığı frenler ilke olarak diskli kavramalarla aynıdır. Sürtünme diskli kavramalar için elde edilen bağıntılar ve yapılan analizler burada da geçerlidir. Disk frenler için düzgün aşınma varsayımı daha uygundur. 9 29.02.2016 SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Disk Frenler 19 / 20 a) Kayma serbestliği diskte b) Kayma serbestliği semerde c) Kayma serbestliği balatada SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Uygulama: Disk Frenler 20 / 20 Bir aracın serbest tekerleğine 1000 N kuvvet gelmektedir. Tekerlek yarıçapı disk ortalama sürtünme yarıçapının 2 katıdır. Balata-disk sürtünme katsayısı 0,35, emniyetle taşınabilecek yüzey basıncı 0,5 N/mm2, hidrolik piston çapı 30 mm olduğuna göre gerekli basınç kaç bar’dır. 10
