Prof.Dr.Mehmet Tunç ÖZCAN MAKİNE ELEMANLARI Prof.Dr.Mehmet Tunç ÖZCAN

YATAKLAR

Yataklar iki eleman arasında bir veya birkaç yönde bağıl (izafi) harekete en az sürtünme ile olanak veren fakat mesnet kuvvetleri doğrultusundaki harekete engel olan elemanlardır. Bağıl hareketin dönü hareketi olması halinde destekleyen elemana yatak ve doğrusal olması halinde ise kızak denir.

Yatak üzerinde çalışan yükün oluşturduğu kuvvetin yatağın taşıyan elemanın ekseniyle aynı doğrultuda olması halinde eksenel yatak ve dik olması hainde de radyal yatak olarak adlandırılır.Her iki doğrultudaki yükleri taşıyan yatağa radyal-eksenel yatak denir.

Yataklar aks veya mil ile taşıyıcı yatak gövdesinden oluşur Yataklar aks veya mil ile taşıyıcı yatak gövdesinden oluşur. Bazı yataklarda mil veya mile geçmiş yatak bileziği ile taşıyıcı yatak bileziği birbiri üzerinde çalışır. Bu yüzeyler güzelce yağlanarak sürtünme azaltılır ve aşınmanın önüne geçilir. Bu tip yataklar kaymalı yatak olarak adlandırılır

bir tip yatakta ise mil geçen iç bilezik ile sabit yatak gövdesi (dış bilezik) arasında bilye, makara gibi yuvarlanan elemanlar kullanılır. Bu tip yataklara da Yuvarlanma elemanlı yatak veya Rulman adı verilir.

KAYMALI YATAKLAR Kaymalı yataklar aşınmaya karşı dayanımı yüksek yatak malzemelerinden üretilir. Bu malzemeler beyaz metal yatak malzemesi adıyla bilinir. Kalay alaşımıdır. LgSn80, LgSnPb5, LgSn80F gibi adlarla anılır.

Çelikten daha yumuşak olan bu alaşım yüzey basıncına dayanımı yüksek yağlanınca sürtünmesi çok düşük ve nispeten aşınma dayanımı iyi özelliklerdedir. Diğer yandan aynı amaçla bakır alaşımları, kalay ve kurşun bronzları da kullanılır. G-SnBz14, GZ-Rg5

de sinterlenmiş malzemeler, seramikler, plastikler (teflon, naylon) de yatak malzemesi olarak kullanılmaktadır.

Yuvarlanma elemanlı yataklarda ise yüksek karbonlu Cr Mn çelikleri 100Cr6, 100CrMn6, 100 CrMo6, 100CrMnMo6 kullanılır. Setleştirildiklerinde 58 HRc Sertliğe çıkabilirler.

Kaymalı yataklar daha sessiz yataklardır, darbeli yüklere dayanımı iyidir, çok büyük kuvvetlerin taşınmasında da kullanılırlar. Fakat çok iyi yağlanmaları gerekir aksi takdirde hızla aşınarak elden çıkarlar. Hazır malzeme olarak bulunmazlar, bu nedenle yeniden üretilmeleri gerekir. Pahalıdırlar.

Rulmanlar daha sesli çalışırlar. Darbeli yük altında ömürleri kısadır Rulmanlar daha sesli çalışırlar. Darbeli yük altında ömürleri kısadır. Gresle de yağlanarak çalışabilirler. Seri üretildikleri için tamamı veya bazı parçaları istendiğinde piyasadan hazır olarak temin edilebilir. Ucuzdurlar.

Yuvarlanma elemanlı yataklar (Rulmanlar), yuvarlanma elemanının şekline ve diziliş özelliklerine ve sıra sayısına bağlı olarak adlandırılırlar. Yuvarlanma elemanları; Bilye Silindirik makara Konik makara Fıçı tipi makara İğne tipi makaradır.

Rulmanlar yuvarlanma elemanının hareketliliğine göre; Sabit ve Oynak elemanlı. Rulmanlar yuvarlanma elemanının diziliş sıra sayısına göre de Tek sıralı ve Çok sıralı

Rulman sembolleri

Ön ek semboller genellikle rulmana ait her bir parçayı ifade eder. Örneğin K – kafes ile yuvarlanma elemanı birlikte L – Parçalarına ayrılabilen rulmanın iç veya dış bileziği R - Parçalarına ayrılabilen makaralı rulmanın makarayı taşıyan iç veya dış bileziği

Son ek semboller rulmanın konstrüktif özelliklerini verir. Örneğin; A,B,C,… Aynı rulmana zaman içinde uygulanmış değişiklikleri ifade eder.

E – Sağlamlaştırılmış iç konst. G – 72 ve 73 B rulmanın universal tipi K – Konik delikli N – Dış bilezikte segman yuvası var NR – Dış bilezikte segman yuvası ve segman Z – Tek taraftan kapaklı ZZ ( 2Z) iki taraftan kapaklı RS – Tek taraftan contalı 2RS – İki taraftan contalı ZN – Tektaraftan kapaklı karşı tarafında segman yuvası var. ZNB - Tektaraftan kapaklı aynı tarafında segman yuvası var.

Temel sembol, rulman cinsini veren seri sembolü ile iç bilezik delik çapı ölçüsünden üretilen iç çap sembolünden oluşur. İç çap sembolü her zaman bir sayıdır. Seri sembolü bazen sayı ile bazen de harflerle ifade edilir.

İç çap serisi sembolü için iç çapın (mm) olarak değeri (5) ‘e bölünerek elde edilen sayı iki haneli olarak kullanılır. Örneğin; İç çapı d= 30 mm ise ( d/5) (30/5= 6) çap sembolü ( 06) İç çapı d= 80 mm ise ( d/5) (80/5= 16) çap sembolü ( 16)

İç çapı 20 mm den küçük olan delikler için aşağıdaki semboller kullanılır. Çap işareti 00 10 mm delik çapı Çap işareti 01 12 mm delik çapı Çap işareti 02 15 mm delik çapı Çap işareti 03 17 mm delik çapı

Seri sembolü listesi; Seri sembolünde bir yandan rulman cinsini gösteren işaret yanında genişliğinde ifade eden bir sayı serisi kullanılır

6205 2RS/C3/S1 6 serisi sabit tek sıra bilyeli rulman 2 genişlik serisi 05 iç çap serisi ( 5*5=25 mm) 2RS iki taraftan contalı C3 sınıfı boşluklu S1 200C sıcaklık sınıfında

NJ314 P63 NJ tipinde 3 genişlik serisinde 14 *5 = 90 mm iç çapta P6 tolerans C3 boşluk sınıfında.

Bilyeli rulmanlar: Parçalarına ayrılmayan rulman tipidir Bilyeli rulmanlar: Parçalarına ayrılmayan rulman tipidir. Tek sıra sabit bilyeli (6 serisi) tipleri hem radyal hem de eksenel yükleri başarıyla taşırlar. En yaygın kullanılan rulman tipidir. Çoğunlukla rulman seçimlerinin ilk tercihidir. Ancak özel durumlarda diğer rulman tipleri tercih edilir.

Tüm rulman tipleri içerisinde en yüksek devir sınırına sahip rulmanlardır. Mil ve rulman yuvasına ( dış bileziğin oturduğu yer) Takılırken 8-16 dakika açıya kadar eğik takılmaya müsaade eder.

Çift sıra sabit bilyeli (4 serisi) rulman radyal yükleri taşımada daha başarılılardır ancak eksenel yükte başarıları düşüktür. Eğikliklere de müsaade etmezler.

Omuzlu Bilyeli rulmanlar: (E,BO,L,M) sembolleri ile gösterilirler Omuzlu Bilyeli rulmanlar: (E,BO,L,M) sembolleri ile gösterilirler.Tek sıra bilyeli rulmanlara benzerler, farkı dış bilezikteki tek omuzdan gelmektedir. Tek sıra bilyeliler çift omuzludur.Sıcaklık değişimlerine uyum sağlar. Dış ve iç bilezikler ayrı ayrı takılıp montajda birleştirme olanağı verdiği için seri imalatta kolaylık sağlar.

Eğik Bilyeli rulmanlar: Tek sıra eğik bilyeli rulmanlar (7) sembolü ve çift sıra eğik bilyeli rulmanlar (3) sembollüdür. Tek sıra bilyeli eğik rulmanlar sadece bir yönden gelen yükleri karşılarlar. Bu rulmanlar parçalarına ayrılamazlar. Yük açıları 40 dir. En uygun yük dağılım oranı ( Fa / Fr =1) olduğu zaman sağlanır.

Karşıt rulmana yakın yerleştirilmelidir Karşıt rulmana yakın yerleştirilmelidir. Isıya bağlı değişimlere duyarlıdırlar. Eksenel boşluğu az olan Yataklama için eşleştirilmiş rulmanlar (G) son eki ile tanımlanır. Bu rulmanlar ikisi bir arada paketlenir. Çift kullanıldığında ( Tandem, O veya X) düzeninde kullanılırlar.

Çift kullanıldığında ( Tandem, O veya X) düzeninde kullanılırlar.

Tandem düzende iki rulmanında eğim açısı aynı yöndedir bu sayede o yönden gelen yük iki rulman tarafından karşılanır. Yükün iki rulman arasında eşit dağılımı ancak bu düzende görülür.

O-düzeninde rulmanlar sırt sırtadır O-düzeninde rulmanlar sırt sırtadır. Yükler her iki yönde de ayrı ayrı rulmanlar tarafından karşılanır. Yatak genişliği fazla olduğundan çok sağlam bir Yataklama yapılır. Bu Yataklama ile büyük momentler taşınabilir. İkiden fazla yerden yataklanacak miller için de O-düzeni uygulanır.

X-düzeninde rulmanlar yüz yüzedir X-düzeninde rulmanlar yüz yüzedir.birkaç yerden birden Yataklama gerektiren durumlarda yüksek eksenleme hassasiyeti aranmadan uygulanabilir.

Çift sıra eğik bilyeli rulmanlar (3) iki sıralıdır o-düzenine uygun düzenlenmiştir, yük açısı 32 dir.

Oynak bilyeli rulmanlar, (1) ( (1)= 22 ve 23) çift sıralıdır Oynak bilyeli rulmanlar, (1) ( (1)= 22 ve 23) çift sıralıdır. Dış bilezikteki yuvarlanma yolu iç bükey küre parçasıdır. Bu nedenle rulmanlar oynaktır. Oynak yapısı nedeniyle eksenel hatalara 4’ye kadar uyum gösterir. İç bilezikleri silindirik yapılabildiği gibi 1:12 eğimli konik olarak ta üretilmektedir.

Bu rulmanların mil üzerine tespiti için germe manşonu kullanılmaktadır Bu rulmanların mil üzerine tespiti için germe manşonu kullanılmaktadır. Germe manşonu boydan boya kesilmiş konik bir bileziktir. manşon ucundaki somun sıkılarak konik manşon mil ile rulman arasına girerek sıkışır ve rulmanı mile kilitler. Bu rulmanlarda mil üzerinde tornalama yapmadan kullanılabilme özelliği nedeniyle yeri değiştirilebilen yatak olarak ta bilinir. Özellikle germe manşonlarıyla kullanmak üzere kabuğu soyulmuş ve parlatılmış miller (transmisyon milleri) kullanılır.

Silindirik makaralı rulmanlar (N,NU,NJ,NUp) yuvalanma elemanının silindirik makara şeklinde olduğu rulmanlardır. Bu tür rulmanlar radyal yükler için yapılmıştır. Eksenel yükleri taşıyamazlar. Radyal yükü taşıma ve devir sınırları çok yüksektir. Parçalarına ayrılabilen rulman tipindedirler.

Oynak makaralı rulmanlar, oynak bilyeli rulmanlara benzerler Oynak makaralı rulmanlar, oynak bilyeli rulmanlara benzerler. Yuvarlanma elemanları makaradır. Oynaklıkları nedeniyle 0,5 mil esnemelerine müsaade ederler. İç bilezikleri 1:12 konik olarak yapılan tipleri germe manşonu ile birlikte kullanılır.

Konik makaralı rulmanlar, Parçalarına ayrılabilen rulman tipindedir Konik makaralı rulmanlar, Parçalarına ayrılabilen rulman tipindedir. Yuvarlanma elemanları konik makara şeklindedir. Eksenel yükleri bir yönde taşıyabilen rulmanlardır. Bu nedenle karşılıklı kullanılırlar.

320,302,303,322 ve 323 serileri için Fa/Fr=0,3 ve 313 serisi için Fa/Fr=0,7 orantısında eksenel ve radyal yük taşırlar.

Konik makaralı rulmanlar eksen hatasına karşı duyarlıdırlar , eksenel hata kabul etmezler. En fazla 2 dakika hata tolere edebilirler.

Eksenel rulmanlı yataklar (büteler); sadece eksenel yükleri karşılamak üzere yapılmışlardır. Bu rulmanlar büyük eksenel yüklerin karşılanacağı yerlerde sabit bilyalı rulmanlarla desteklenerek kullanılırlar.

Yataklama şekilleri; rulmanlar millerin yük altında ve ısı ile boyca değişimlerinden olumsuz etkilenirler ve çalışma ömürleri çok kısalır. Bu nedenle yataklar dan en az birinin bu değişimlere uyum gösterecek şekilde serbest olması milde ortaya çıkan boyca değişimleri olanak verecek şekilde yataklanması gerekir. Bu amaçla uygulanan üç yataklama şekli vardır. Sabit-serbest yataklama Ayarlanabilen yataklama Yüzen (serbest-serbest) yataklama.

Sabit –serbest yataklama da rulmanın bir tanesi hem iç hem de dış bileziğe fatura ve segman yardımıyla sabitlenir. Bu rulman yerinde hareket edemez. Diğer rulman ise sadece iç veya sadece dış bileziğinden sabitlenerek bir yönde hareket etmesi sağlanır.

Ayarlanabilen yataklama konik makaralı ve eğik bilyeli rulmanlarla yapılan yataklama da O veya X düzeninde rulmanlar düzenlenir. Bu rulmanlardan biri mil üzerindeki somun ile iç bileziğinden sıkıştırılarak rulman boşluğu ayarlanır. Örneğin otomobillerin ön tekerlek yataklaması.

Yüzen (serbest-serbest) yataklama rulmanlar iç ve dış bileziklerin 0,5 -1 mm boşluk oluşturacak şekilde yataklanır. Rulman iç bileziği segman ile ve dış bilezik ise segman veya sıkma kovanı ile yerine sabitlenir. Segman veya kovanla bilezik arasına boşluk verildiğinde milin ve rulmanın gezinmesine fırsat verilmiş olur.

RULMANLI YATAK SEÇİMİ Rulman seçiminde iki kriter dikkate alınır; Rulman tipinin belirlenmesi Rulman büyüklüğünün belirlenmesi.

Rulmanlara gelen yükler Eksenel (Fa) ve Radyal (Fr) Bu yükleryüklerin büyüklükleri ve birbirlerine olan oranları (Fa/ Fr) rulman tipinin seçiminde önemlidir.

Eksenel ve radyal yükün birlikte etkidiği durum Radyal yük çok büyük değilse tek sıralı sabit rulman. Seri montaj için omuzlu bilyeli rulman. Moment taşıma ve kararlı bir çalışma isteniyorsa eğik bilyeli rulman. Eksenel yük her iki yönde de varsa O veya X düzeninde eğik bilyeli rulman .

Fa/ Fr = 1 eğik bilyeli rulman ancak eksenel hata çok fazla ise (4), Rulman yeri sık sık değiştirilecek ise çift sıra oynak bilyeli rulman. Radyal yük çok büyük eksenel yük yok veya azımsanacak kadar küçük ise makaralı rulman tiplerinden biri. Eksenel hatası (0,5)’ye kadar oynaklık istenen yerlerde ise çift sıra oynak makaralı rulman.

Konik makaralı rulmanların 313 serisi kullanılmalıdır. Fa/ Fr = 0,3 ise Konik makaralı rulmanların 320,302,303,322 ve 323 serileri Fa/ Fr = 0,7 ise Konik makaralı rulmanların 313 serisi kullanılmalıdır. “Bu rulmanlar muhakkak eksenel yük isterler. “

Özel durumlar için rulman imalatçılarının önerileri alınmalıdır. Sadece eksenel yük eksenel bilyeli yatak. Eksenel yükün çok büyük ve biraz darbeli olması halinde eksenel makaralı yatak. Özel durumlar için rulman imalatçılarının önerileri alınmalıdır.

Rulman tipinin bu kriterlerle belirlenmesinin ardından rulmana ilişkin bilinmesi gereken en önemli büyüklük mil çapıdır. Rulman iç bilezik çapları5,6,7,8,9, 10, 12, 15, 17, 20 mm ve daha büyükleri ise 5 mm adımla artar. Mil çapı ile rulman çapı birbirine uymak zorundadır. Bu nedenle milin bir üst çapı alınarak en yakın 5 mm adımlı ölçüye uyulur. Mil çapı milin taşıdığı eğme ve burulma momentlerinden hesaplandığı için daha küçük değeri kullanılamaz.

İkinci aşama rulmanın hangi dış çap ve genişlik serisinin kullanılacağının seçimindedir. Bu seçim hesaplama yolu ile yapılır. Hesaplarda rulmanın çalışma ömrü temel kriterdir.

Çözüm; seçilen serinin ve iç çap ölçüsünün her genişlik ve dış çapı çözüme uygundur. Ancak rulmanın boyutları büyüdükçe o yükteki çalışma ömrü de artacaktır. İstenen ömrü verecek rulmanın tespit edilmesi gerekmektedir. Bu amaçla rulmanların statik yük sayısı ve dinamik yük sayısı değerlerinden yararlanılır.

Dinamik yük sayısı: Deneysel bir değerdir Dinamik yük sayısı: Deneysel bir değerdir. C (kN)kadar bir yükü radyal rulmanda radyal, eksenel rulmanda eksenel olarak ve değeri değişmeden rulman üzerine etki ettirilir. Bu yük altında rulmanın bir milyon devri aşması beklenir. Deneye alınan yeter sayıda rulmandan %90 ‘nın bir milyon devirden fazla dayanabildiği yük C (kN) dinamik yük sayısıdır.

Yatağa statik yük etkidiğinde meydana gelen plastik şekil değiştirmenin yuvarlanma elemanı çapının %0,1’i kadar olduğu yük Co (kN) statik yük sayısıdır.

Rulman Hesapları

Hesaplama da genel olarak iki yol izlenir. Birinci yol uygun seriden bir rulmanı seçip istenen çalışma ömrünü sağlayıp sağlamayacağını kontrol etmektir. Deneme yanılma yolu ile uygun rulman seçilir. İkinci yol ise C veya Co sayısını belirleyip çizelgelerden en yakın rulmanı seçmektir.

Fo= Xo Fr + Yo Fe (Statik eşdeğer yük) F= X Fr + Y Fe Rulman yükü eşdeğer yük olarak ifade edilen F yükü ile gösterilir. Fo= Xo Fr + Yo Fe (Statik eşdeğer yük) F= X Fr + Y Fe (Dinamik eşdeğer yük)

Hesaplama yaparken öncelikle Yükler tespit edilir Hesaplama yaparken öncelikle Yükler tespit edilir. Eksenel veya radyal yükten birinin olmaması durumunda sadece radyal yük için makaralı rulman ve sadece eksenel yük için

Yükün hem eksenel hem de radyal olması durumunda statik yük koşullarında ( devir max. 33 1/3) Fe/ Fr ≤ 0,8 için Fo=Fr alınır. Fe/ Fr >0,8 için Fo= 0,6 Fr + 0,5 Fe alınır.

Dinamik yük altında ise karışık yük koşullarında tek sıra sabit biyeli rulman ve çift sıra oynak bilyeli rulmanlar ilk tercihlerimizi oluşturur. Bu rulmanlar içerisinde uygun ömür sağlayacak bir seçenek yoksa yataklama özellikleri de dikkate alınarak eğik bilyeli rulmanlar, konik makaralı rulmanlar içerisinden uygun bir rulman aranır.

F= X Fr + Y Fe eşdeğer yükün hesaplanmasında dikkat edilecek nokta yukarıda sayılan rulmanların esasen birer radyal rulman olduğu ve eksenel yükü de taşıyabildiğidir. Eksenel yük özellikle tek sıra sabit bilyeli rulmanlarda ömrü azaltır. Eksenel yükün çok az olması halinde ise dikkate alınmaz.

Ne zaman eksenel yükü dikkate almalıyız? Bunun için aşağıdaki yol izlenir. Fe/ Fr > e ise eksenel yük dikkate alınır Fe/ Fr < e ise dikkate alınmaz. (F= Fr) e- karşılaştırma değeri rulman çizelgelerinden elde edilir.

Fe/ Co oranı elde edilerek çizelgelerden e değeri belirlenir. P eşdeğer yük hesaplanır. e- rulman karşılaştırma faktörüdür. Çizelgelerden seçilir. Bu amaçla önceden karar verilmiş olan rulmanın C ve Co yük sayılarından yararlanılır.

Fa/ Co oranı  çizelgelerden e Teksıra sabit bilyeli rulmanlarda X ve Y değerleri Fa/ Co oranı  çizelgelerden e P= X Fr + Y Fa

Tek sıralı konik makaralı rulmanlarda Fa/ Fr < e P= Fr Fa/ Fr > e ise P= 0,4 Fr + Y Fa

Tek sıralı eğik bilyeli rulmanlarda Fa/ Fr ≤ 1,14 P= Fr Fa/ Fr  1,14 ise P= 0,35 Fr + 0,57 Fa

Rulmanın bu eşdeğer yük koşulları altındaki ömrü milyon devir olarak aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. Mil devri biliniyor ise saat cinsinden rulman ömrü de hesaplanabilir.

Bilyeli rulmanlarda P=3 Makaralı rulmanlarda P=10/3 (milyon devir)

(milyon devir) Çalışma sıcaklığı 150C üzerindeyse bu sıcaklık bir (f) katsayısı ile dikkate alınır. (milyon devir) t(C ) f 150 1 200 0,90 250 0,75 300 0,60

Saat olarak hesaplanabilir rulman ömrü n- mil devri (min-1)

Diğer yandan eşitliği kullanılarak yaklaşık olarak belirlenmiş dinamik yük sayısı ile rulman çizelgesinden en yakın rulmanın belirlenmesi yolu da izlenebilir.

Makaralı rulmanlarda yükün sadece radyal olması ve P=Fr alınması nedeniyle Aşağıdaki eşitlik yardımıyla dinamik eşdeğer yük öngörülebilir

Eksenel rulmanlarda Ca ve Fe değerleri kullanılır. F = Fe alınır ve makaralı rulmanlardaki yol izlenir.

Rulmanlar için kullandığımız C dinamik yük sayıları çalışma sıcaklığı 150 C sıcaklığa kadardır. Rulman çalışma sıcaklığı arttıkça başarısı düşer bunu hesaplara sıcaklık faktörü (fT) ile yansıtırız. Rulmanın T sıcaklığındaki yüksayısı CT ise CT = fT * C T 150 C 200 C 250 C 300 C fT 1,0 0,85 0,73 0,60

Pe/Pr< e F= Fr Pe/Pr> e Pe / Co X Y 0.014 0.19 0.56 2,30 0,025   Pe/Pr> e Pe / Co X Y 0.014 0.19 0.56 2,30 0,025 0,22 0,56 2,10 0.028 0.22 2,00 0,040 0,24 1,80 0.056 0.26 1,70 0,070 0,27 1,60 0.084 0.28 1,55 0.110 0.30 1,45 0,130 0,31 1,40 0.170 0.34 1,30 0,250 0,37 1,20 0.280 0.38 1,15 0.420 0.42 1,05 0,500 0,43 1,02 0.560 0.44 1,00 Pe/Pr< e F= Fr

TEK SIRA SABÝT BÝLYALI RULMAN d (mm) D (mm) B (mm) C0 (N) C (N) Rulman No: 30 55 62 72 90 13 16 19 23 6800 10000 14600 24000 10200 15000 21600 33500 6006 6206 6306 6406 35 80 100 14 17 21 25 8500 13700 18000 31000 12200 19600 25500 42500 6007 6207 6307 6407 40 68 110 15 18 27 9300 16600 36500 12900 23600 31500 49000 6008 6208 6308 6408 45 75 85 120 29 18600 30000 45500 16300 40500 58500 6009 6209 6309 6409 50 130 20 31 13200 36000 52000 27000 47500 67000 6010 6210 6310 6410