makine elemanları ders slatyları

MAKİNE ELEMANLARI
DERS SLAYTLARI
C I V A T A S O M UN B A Ğ L A N TILAR I
Prof. Dr. İrfan KAYMAZ
Prof. Dr. Akgün ALSARAN
Arş. Gör. İlyas HACISALİHOĞLU
Eğik bir doğrunun bir silindirin iç veya dış yüzeyine sarılması ile elde
edilen helis eğrisine vida eğrisi denir. Eğik doğru yerine belirli kalınlıkta
veya profilde bir elemanın dolu bir silindirin dış yüzeyine çıkıntı teşkil
edecek şekilde helisel bir hareketle (ötelenme+dönme) sarılmasından
cıvata elde edilir. İçi boş bir silindirin iç çevre yüzeyine aynı profilin
helisel hareketle sarılmasından oluşan eleman da somun olarak
tanımlanır. Cıvata dış vida somun ise iç vida olarak bilinir.
Vida
Helis eğrisi veya vida eğrisi soldan sağa doğru sarılarak yükselirse sağ
vida, sağdan sola doğru sarılarak yükselirse sol vida olarak tanımlanır.
Helis üzerinde hareket eden bir nokta silindir etrafında dönerken aynı
zamanda ötelemede yapar.
Vida oluşumu
DİŞ: Helisel vida kanalı açıldıktan sonra oluşan çıkıntılar
DİŞ ÜSTÜ ÇAPI: Vida açılmış silindirin dış çapı (d)
DİŞ DİBİ ÇAPI: Vidanın diş dibinden ölçülen çap (d1)
DİŞ YÜKSEKLİĞİ: Vidanın diş üstü ile diş dibi arasında kalan yükseklik
ORTALAMA ÇAP:
d 2  d  d1  / 2
VİDA EĞİM AÇISI: Helis eğrisinin ortalama çaptan geçen daire açınımı ile yaptığı açı (a).
Vida geometrik büyüklükleri
VİDA ADIMI (HATVE):
Helis eğrisinin bir ana doğrusunu ardarda kestiği iki nokta arasındaki
eksenel uzaklık (h).
Bir tam dönmeye karşılık gelen öteleme miktarı
h
tg 
d 2
Vida hatvesi
Tek Ağızlı vida: Bir turda bir profil ilerleyen vida
Çok ağızlı vida: Bir turda birden fazla profili ilerleyen vida
Çok ağızlı vida
ht  z * h
Vidayı oluşturan helisel oyuk veya çıkıntı kesit geometrisi, vida profilini
belirler.
Vida profilleri
Üçgen Profilli Vidalar
a) Metrik Vidalar: Tepe açısı 60°
Standart gösterimi:
M x nominal çap (diş üstü)
Örnek:
M20
M: metrik vida
d=20 mm
Standart gösterimi:
M x nominal çap x hatve
Örnek:
M20 x1.5
M: metrik
d=20 mm
h=1.5
Standart vidalar_metrik
İlk olarak İngiltere’de kullanılmaya başlamış vidanın, nominal ölçüsü
inch sistemine göre olup tepe açısı 55° olan ikiz kenar üçgendir.
Standart gösterimi:
W ½” x 2.117
Standart vidalar_whitworth
Tepe açısı 30° olan yamuk profil vardır. Genellikle hareket vidası olarak
kullanılır
Standart gösterimi:
Tr 30x6 (Nominal çap x adım)
Standart vidalar_trapez
Vida dişinin iki yüzü eksene göre farklı eğimlidir. Tepe açısı 30° olup bir
yüzey %3 eğimle işlenmiştir. Bu yüzey formundan dolayı bir yönde daha
büyük kuvvetler desteklenebilir.
Standart gösterimi:
Te 50x8 (Nominal çap x adım)
Standart vidalar_testere dişi
Toz toprak gibi zararlı etkilere maruz ve sık sık sökülüp takılan
uygulamalarda kullanılır. Tepe açısı 30° olan yuvarlak vidalardır.
Standart gösterimi:
Yv 60x1/6’’(Nominal çap x 1’’ deki diş sayısı)
Standart vidalar_yuvarlak profilli
Hareket vidası olarak tercih edilir, standart değildir.
Metrik vidalar genellikle bağlama, withwort vidalar boru bağlantılarında veya bazı
özel durumlarda, trapez, testere ve kare vidalar hareket iletiminde, yuvarlak vidalar
ise özel sistemlerde kullanılırlar.
Standart vidalar_kare profilli
Vida boyutları
Vida sembolleri
Civatalar kullanım amaçlarına göre;
 Bağlantı Cıvataları
 Hareket Cıvataları
Civata-Somun bağlantılarının uygulamada
karşılaşılan şekilleri
 Bağlantı (tespit) elemanı olarak
 Gergi cıvatası olarak
 Ayar elemanı olarak
 Ölçme elemanı olarak
 Kapama elemanı olarak
 Hareket vidası olarak
Vidalı bağlama elemanları
Somunun ayrı bir parça
olduğu, parçalarda
boydan boya cıvata
milinin rahat geçeceği
deliğin açıldığı
Bir parçaya açılan vida
ile cıvatanın iki parçayı
birleştirdiği
Cıvata-somun bağlantı şekilleri
Saplama bağlantısı
Cıvata çeşitleri
Somun çeşitleri
Konstrüksiyon örnekleri
Cıvata-somun malzemeleri
5.8
 k  50 daN/mm2  AK  5  8  40
Cıvata-somun mekanik özellikleri
daN/mm2
Talaşlı imalat
Cıvata-somun imalatı
Haddeleme-Ovalama
Cıvata-somun imalatı
Kuvvet Durumu ve Sıkma Momenti
Somunun sıkılması neticesinde
cıvata
eksenel
doğrultuda
uzamaya zorlandığından ön
yükleme kuvveti oluşur.
Cıvata-somun hesabı
Somun hiç sıkılmaz veya
temas yüzeyine oturacak
kadar sıkılır
Kuvvet Durumu ve Sıkma Momenti
Fö: Eksenel kuvvet
Ft : Çevresel kuvvet (somun çevirme kuvveti)
Fn: Normal tepki kuvveti
R: Sürtünme kuvveti
Cıvata-somun hesabı_kare profilli vida
Fö kuvveti vida dişleri üzerinde yayılı bir yük oluşturur ve her noktanın
cıvata eksenine göre momenti farklıdır. Hesaplarda basitlik için yayılı
yük yerine Fö kuvveti çevresel kuvvet ve normal kuvvetin bileşkeleri göz
önüne alınır ve bunların vida dişlerinin ortalama çapı d2 üzerinde etki
ettiği kabul edilir. Ancak vida profil yüzeyinin her noktasının vida
ekseninden farklı uzaklıklarda olmasından dolayı farklı eğimde eğik
düzlemler elde edilir.
Cıvata-somun hesabı_kare profilli vida
Sıkma durumunda:
Çözme durumunda:
Cıvata-somun hesabı_kare profilli vida kuvvet durumu
Dış moment:
eksenel kuvveti kaldırmak
civatayı sıkmak veya çözmek
Uygulanan moment
Vida dişleri ve yüzeyi arasındaki sürtünme momenti Ms1
Somun veya cıvata başı ile temas ettiği yüzey arasındaki sürtünme momenti
Ms2
Cıvata-somun hesabı_kare profilli vida moment durumu
MS1 momenti:
MS2 momenti:
Toplam cıvata sıkma momenti:
Bağlantıyı çözmek için gerekli momenti:
Cıvata-somun hesabı_kare profilli vida moment durumu
 Helis eğiminin yanı sıra diş yüzeylerinin eğimi ( de dikkate alınarak kuvvetler
tespit edilir.
Profil eğiminden dolayı normal kuvvet:
Sürtünme kuvvetleri:
Sıkma ve çözme momenti:
Cıvata-somun hesabı_üçgen profilli vida durumu
Otoblokaj:
Ön gerilmeli bir vida bağlantısının kendi kendine
çözülememesi veya sürtünme bağı ile kendi kendini kilitlemesi
durumudur.
Helis açısından dolayı çözme yönünde bir moment doğar ve bu
moment sürtünme momentini yenerse somun çözülür.
Dolayısıyla otoblokaj:
helis eğimine
sürtünme açısına bağlıdır
Otoblokaj şartı:
Otoblokaj şartı
am  
Ön yüklemesiz bağlantılar
İşletme esnasında çıkan F kuvveti civata-somun bağlantısını eksenel yönde ve
statik olmak üzere çekmeye veya basmaya zorlar
Mukavemet hesabı kritik kesit olan diş dibi kesitine göre yapılır.
Civata-somun bağlantısının maruz kaldığı diğer zorlanmalar
Diş yüzeylerinde ezilme
Diş köklerinde kayma veya kesilme ve Eğilme
Civataların Mukavemet Hesabı
Ön yüklemeli bağlantılar
Sıkma momentinden dolayı Fö ön gerilme kuvveti doğar ve bu kuvvet;
 Diş dibi kesitine çekmeye zorlar
 Ms1 sıkma momenti diş dibi kesitinde burulmaya zorlar
Çekme Normal Gerilmesi
Ön gerilme kuvvetinden dolayı plastik şekil değişimi olur.
Kesit alanı vida dişini de ihtiva ettiğinden diş dibi kesitinden büyüktür.
Dolayısıyla gerilme kesit alanı:
As 
  d1  d 2 

4
2


Çekme Gerilmesi
Civataların Mukavemet Hesabı
Fö
 ç    em
As
Ön yüklemeli bağlantılar
Kayma Gerilmesi
Sıkma momentinden dolayı cıvata şaftında burulma gerilmeleri doğar.
Hareket cıvatalarında Fö yerine eksenel kuvvet F dikkate alınır
Eşdeğer gerilme
Hem çekme gerilmesi ve hem de burulma momenti etkisindeki bir
cıvata da eşdeğer gerilme kırılma hipotezleri yardımıyla hesaplanır.
Civataların Mukavemet Hesabı
Dişlerde Zorlanma
F eksenel yük veya Fö ön gerilme kuvvetinin bütün dişlerde eşit olarak dağıldığı
kabul edilir ve bir dişe gelen kuvvet:
F
F1 
z
Dişlerde meydana gelen zorlanmalar:
 Diş yüzeyleri boyunca ezilme
 Diş kökü kesitinde kesilmeye ve eğilmeye
Civataların Mukavemet Hesabı
Vida Dişlerinde Yük Dağılımı
Civataların Mukavemet Hesabı
Vida Dişlerinde Yük Dağılımı
Civataların Mukavemet Hesabı
Yüzey Basıncı ve Ezilme
Diş yüzeyi:
A  d 2t1
Bir dişde oluşan yüzey basıncı:
Somun Yüksekliği
F
P
 Pem
zd2t1
Somun yüksekliği h adımı ve z diş adeti dikkate alınarak hesaplanır.
Somun yüksekliği veya vidanın parçaya bağlanma yüksekliği
Fö h
H  zh 
d 2t1Pem
Civataların Mukavemet Hesabı
Dişlerde Kesilme
Diş dibinde oluşan kesme veya kayma gerilmesi
Burada h’ : diş dibi kesit alanın yüksekliği olup
Üçgen profilli vida cıvatada: 0.75h
Üçgen profilli vida somunda: 0.85h
Trapez vidada: 0.65h
Kare vidada: 0.5h
Dişlerde Eğilme
e 
3Ft
  em
2
d1h
Cıvataların Mukavemet Hesabı

F
zd1h
Ön gerilmeli Bağlantılarda İşletme Yükü
Somun sıkılırken:
Fö kuvveti
Ms1 sıkma momenti tarafından zorlanır.
İşletme esnasında:
Fö ön gerilme kuvveti
Fiş iletme kuvveti tarafından zorlanır
Ön gerilmeli bağlantılar
Parçalarda Meydana Gelen Şekil Değişimi
Somun sıkıldığıda Fö’den dolayı civatada:
Parçalarda ise:
L p
Lc
uzama
kısalma
Fiş’ten dolayı
Civatada:
parçalarda
Lc
Lp
uzama
uzama
Ön gerilmeli bağlantılar
Ders Notlari
Ön gerilme Üçgeni (Şekil Değişimi Üçgeni)
Ön gerilme üçgeni (Şekil değişimi üçgeni)
yardımıyla cıvata bağlantısını zorlayan kuvvetler
arasındaki ilişki belirlenir.
Cıvatayı zorlayan kuvvetler
kc: cıvatanın yaylanma (rijitlik) katsayısı
kp: parçanın yaylanma (rijitlik) katsayısı
Cıvataya gelen toplam kuvvet:
Cıvata ve parçanın rijitliği
Ön gerilmeli bağlantılar
İşletme yükünün etkisi
İşletme yükünü (Fz), cıvata ve parçalara etkiyen kısımları olarak aşağıdaki
şekilde ifade edilir:
İşletme yükünün cıvataya etki eden kısmı:
İşletme yükünün parçaya etki eden kısmı:
Parçalarda kalan
İşletme yükü
Fö kuvveti
İşletme Yükünün Etkisi
Cıvatanın yorulma ömrünü uzatmak için:
Esnek cıvata-rijit parça
Sızdırmazlık için:
Rijit cıvata- esnek parça
İşletme Yükü
Elastik (Uzar) Cıvata
Cıvatanın yorulma ömrünü uzatmak için:
Esnek cıvata-rijit parça
Sızdırmazlık için:
Rijit cıvata- esnek parça
İşletme Yükü
Elastik (Uzar) Cıvata
Elastik cıvata
ENİNE KUVVET ETKİSİNDE CIVATA HESABI
Boşluklu bağlanan cıvatalar
Parçaların bağıl hareket yapmamaları için:
F
 Fö 
z
Cıvataya verilmesi gereken ön gerilme kuvveti:
Fö  k
F
z
k: kaymaya karşı emniyet katsayısı (1.1 – 1.6)
F: enine kuvvet
z: cıvata sayısı
Enine kuvvet
ENİNE KUVVET ETKİSİNDE CIVATA HESABI
Boşluksuz bağlanan cıvatalar
Enine kuvvet cıvata şaftını kesmeye zorlar
n: kesilmeye çalışılan kesit sayısı
Bağlantıda oluşan yüzey basıncı:
Enine kuvvet
s: en küçük parça kalınlığı
Şekilde verilen hava kompresörünün A silindir
kafası B silindirine 8 adet cıvata ile bağlanmıştır.
Sızdırmazlık alüminyumdan yapılmış D contası ile
sağlanmaktadır. Cıvatalara Pmax=20 daN/cm2’lik
bir maksimum basınç etki ettiğinde conta
üzerindeki kuvvet 0.5Fiş’e eşit olacak şekilde bir
ön gerilme ile sıkılmaktadır.
a) Cıvataları boyutlandırınız
b) Ön gerilme kuvvetini hesaplayınız
c) Cıvatalara bu ön gerilme değerinin verilmesi
için uygulanması gereken sıkma momentini
bulunuz.
EAl  0.7 104 daN/mm2
Bütün yüzeyler için
Örnek
Eçelik  2.1104 daN/mm2
  0.15
Şekilde gösterilen el presinin cıvatasına F=100
kN’luk bir kuvvet etki etmektedir. Cıvata malzemesi
St70 somun ise CuSn çalaşımından yapılmıştır.
Cıvata da kullanılan trapez vida Tr60x9 olup ağız
sayısı 3’dür. Sürtünme açısı 6 derecedir.
L=800 mm’dir. Emniyet katsayısını 2.5 olarak
alınız. Kç=2. Tabla ile zemin arasındaki sürtünmeyi
ihmal ediniz.
a) Vidada kilitlenme olup olmadığını kontrol
ediniz
b) Cıvatanın mukavemet hesabını yapınız
c) L1 somun uzunluğunu bulunuz
d) Verimini hesaplayınız
malzeme
AK(daN/mm2)
St70
37
CuSn
Örnek
Pem(daN/mm2)
1
Şekilde verilen flanş M10x50 ve 4.6
kalitesinde cıvatalarla öngerilmeli olarak
sabitlenmesi istenmektedir. Sızdırmazlık
için
cıvatalarda
0.4Fiş
olması
istenmektedir. Kaptaki basınç p=0…25
bar arasında değişmektedir. Sıkıştırılan
parçaların rijitliği kp=750 kN/mm ve
cıvanın rijitliği ise kc=250 kN/mm
olduğuna göre:
a) Öngerilme üçgenini çiziniz
b) Gerekli cıvata sayısını bulunuz.
Kç=3 ve s=2 alınız. Diğer faktörleri 1
olarak alınız.
ÖDEV