mm 304-yağlama ve kaymalı yataklar

13
YAĞLAMA VE KAYMALI YATAKLAR
İzafi hareket ederek kuvvet ileten parçalar arasında sürtünme ve buna bağlı olaraktan aşınma
ve ısı açığa çıkar ki buda güç kaybına neden olur. Aşınma ve açığa çıkan ısıyı dolayısıyla güç
kaybını azaltmak için izafi hareket eden parçalar arasına yağlayıcı maddeler konur. Bu
makina tasarımında çok rastlanan durumlardan birisidir.
Yağlayıcı maddelerin yağlama özelliğini belirleyen en önemli özellikleri viskozite ve ıslatma
kabiliyetleridir. Yağların birde fiziksel özellikleri mevcut olup onlar; ısıl özellikleri, katılaşma
noktası, alevlenme noktası, yanma noktası, oksitlenmesi, yoğunluğu, gibi birçok özelliktir.
13.1
YAG ÇEŞİTLERİ
Kaymalı yataklar kuvvet iletiminde çok kullanılan makine parçaları olup bir birine göre izafi
hareket ederler ve sürtünmeyi dolayısıyla de aşınmayı izafi hareket eden parçalar arasına
konan katı, sıvı ya da gaz yağlayıcılar sayesinde azaltırlar. Yağlayıcı olarak genelde akışkan
yağlayıcılar kullanılmakla beraber, bazı koşullarda teflon, karbon, molibden disülfit gibi katı
ve basınçlı hava gibi gaz yağlayıcılarda kullanılır. Genelde hareketli makina parçalarının
yağlanmasında sıvı yağlar kullanılmaktadır. Modern yağlar içerilerine bir ya da birden fazla
katkı maddesi katılarak düşük sıcaklıklarda akıcı hale getirilmişlerdir.
13.1.1 KATI YAĞLAYICILAR
Katı yağlar yalnız başlarına toz ya da plaka şeklinde kullanıldıkları gibi bazı durumlarda sıvı
ya da greslerle karıştırılarak da kullanılabilirler. Örneğin; karbon küçük plakalar halinde tek
basına 500oC ye varan ortamlarda yağlayıcı olarak kullanılmaktadır. Polimerler de katı
yağlayıcı olarak kullanılmakta olup bazı makine parçaları direk olarak polimerlerden (en çok
kullanılanı teflon dur) imal edilirler.
13.1.2 YARI KATI (GRESLER) YAĞLAYICILAR
Yarı katı yağlayıcılar sıvı yağlara katılan bir ya da birden fazla katkı maddesi ile elde edilirler
ve oda sıcaklığında krem kıvamında bulunurlar. Gresler kullanılan katkı maddesine göre
kalsiyum gresi, lityum gresi ve sodyum gresi gibi isimlerle anılırlar, düşük, orta hızla dönen
yük taşıyan yatakların ve makine parçalarının yağlanmasında kullanılırlar. Genelde gresler
100oC sıcaklığa kadar kullanılırlar.
13.1.3 SIVI YARĞLAYICILAR
Sıvı yağlayıcılar organik (hayvansal ve bitkisel) yağlar, madensel (mineral) yağlar ve sentetik
yağlar olmak üzere üç grupta toplanabilir.
1 13.1.3.1
ORGANİK YAĞLAYICILAR
Organik yağlar çok pahalı ve aynı zamanda içerisinde taşıdığı asitler nedeniyle korozyona
sebebiyet verdiğinden endüstride hemen hemen hiç kullanılmazlar. Ayrıca bu yağların
kullanma ömürleri de çok azdır. Bazı örnekler; mafsal ve kemik yağı hayvansal yağlara örnek
olup, zeytin yağı, fındık yağı, hint yağı gibi yağlarda bitkisel yağlara örnektir.
13.1.3.2
SENTETİK YAĞLAYICILAR
Sentetik yağlar tamamen kimyasal yollarla elde edilen pahalı ve kaliteli yağlar olup,
endüstride çokça kullanılmaktadır. Özellikle son yıllarda tasarlanan yüksek performanslı
motorlarda tercih edilmektedirler. Bu yağlar aynı zamanda madeni yağların yağlama
özelliklerini de artırmak için katkı maddesi olarak da kullanılmaktadırlar. Bu yağların
sıcaklığa karşı dayanımı, oksitlenmeye karşı dirençleri, tutuşma sıcaklığı, sıcaklık viskozite
değişimi ve kullanıldığı sıcaklık aralığı yüksektir.
13.1.3.3
MADENSEL SIVI YAĞLAR
Bu yağlar endüstride kullanılan ve minerallerden (petrolden) damıtılarak elde edilmiş
yağlardır. Bu yağların temel bileşeni hidrokarbonlardır. Ham petrolün yapısına göre parafin,
naften ve her ikisinin karışımı şeklindedirler.
Sıvı yağlar aşağıdaki genel özelliklere sahiptir:
1. Viskozitesi sıcaklıkla azalır.
2. Viskoz yapıları nedeniyle yüksek hızlarda yağ filmimim direnci iyidir ve yük
taşıyabilirler.
3. Yüksek sıcaklıklarda dahi oksitlenmeye (korozyona) karşı metalleri korurlar.
4. Hareketsiz ve hareketli parçalar üzerine yapışması en az düzeydedir.
5. Yük altındaki iki parça arasındaki küçük boşluklara sızarak sürtünmeyi ve aşınmayı
azaltır.
6. Yağlanan yüzeyleri temizler
7. Hareket eden parçaları soğutur.
8. Akıcı olması nedeniyle kolay depolanabilir ve ucuza üretilebilir.
13.1.4 GAZ YAĞLAYICILAR
Gaz yağlayıcılar hızın yüksek ve taşınan yükün az olduğu makine parçalarında kullanılırlar.
Aynı zamanda gıda sektöründe de kullanma alanı bulmaktadır. Gaz yağlayıcılarda sürtünme
en düşük düzeyde olup, buna bağlı olarak da ısınma en düşük düzeydedir. Genelde hava,
2 hidrojenn ve azot gaaz yağlayıcı olarak kulllanılmakta olup,
o
diğer gazlarda
g
uyygulama alan
nına
bağlı olarak kullanıılabilir.
13.2
K
KAYMALII YATAK ÇEŞİTLER
Rİ
Bir binee karşı izafi hareket edeen, kuvvet yyönünde harreket etmey
yen ve bu haareketler sırrasında
her iki eeleman arassında oluşan
n yağ filmi ssayesinde en
n az sürtünm
me kaybı olluşturarak kuvvetin
k
iletiminni temin eden makina parçalarıdır. Dönerek haareket ileten
n parçalarınn yataklanmasında
kullanılan yataklar kaymalı ya
atak, doğruusal hareket ileten parçaaların yatakklanmasındaa
kullanılan yataklar kızak olaraak adlandırıllır.
Bu konuu altında saddece kaymaalı yataklar incelenecek
k olup, iki çeşit kaymallı yatak mev
vcuttur.
1. R
Radyal kayymalı Yatak
k: Silindir şeeklinde tasaarlanmış olu
up, radyal yöönde gelen
kkuvvetleri karşılarlar
k
(rradyal yöndde hareket yoktur).
y
2. E
Eksenel kayymalı yatak
k: Bunlar geenelde düz yataklar
y
olu
up, şaft yataağa radyal yönde
y
m
monte edilm
miş olup, saadece şaft dooğrultusund
da gelen yük
kleri alır.
Şekil 133.1 de görülldüğü üzere, radyal ve eexsenel kay
ymalı yatakllara en güzeel örnek mo
otor
krank şaaftının yatakklarıdır. Bu
urada krank şaftı (mili) iki yatakla yataklanmıış olup, bu yataklar
y
hem raddyal yükleri hem de ekssenel yüklerri karşılamaaktadırlar.
Şekilde görüldüğü gibi krank şaftı
ş
silindirri üzerindek
ki yataklar radyal
r
kaym
malı yatakla
ar olarak
adlandırrılır ve sadeece radyal yöndeki
y
kuvvvetlere karşşı yataklamaa yaparken,, krank şaftıı
silindiriinin yan taraafındaki yattaklar eksen
nel kaymalı yataklar ollarak adlanddırılır ve sad
dece
eksenel yöndeki kuuvvetlere kaarşı yataklam
ma yaparlarr. Kullanma yerlerine bbağlı olarak radyal
yataklarr tek parça imal
i
edildik
kleri gibi, ikki yarım halk
ka şeklinde de imal ediilirler. Bazı
durumlaarda exseneel yataklar laa radyal yattaklar tek biir parça olarrak da imal edilmişlerd
dir.
3 Şek
kil 13.1
13.3
Krank Şaaftının Rady
yal ve Ekseenel Yataklları
Y
YAĞLAMA
A ÇEŞİTL
LERİ
Şekil 133.2 de görülldüğü gibi, hareket
h
edenn parçaların
n bir birine olan konum
muna göre üç
ü çeşit
yağlamaa şekli mevccuttur.
1. H
Hidrodinam
mik Yağlam
ma (Sıvı Sürrtünmesi): Burada
B
bir birine
b
karşı izafi hareket eden
iiki parça Şeekil 13.2a da görüldüğüü gibi bir yaağlayıcı elem
man yardım
mı ile birindeen
ttamamen ayyrılmıştır. Metal
M
- metaal teması söz konusu ollmayıp, sürttünme sadecce sıvı
m
moleküllerii arasında olluşan kaym
ma kuvvetind
den ibarettirr. Burada raadyal kuvvet her iki
yyüzeyi bir birine
b
yaklaştırmaya çaalışırken izaafi hareket sonucunda ssıvıda oluşan
n basınç
bbunu dengeeler. Yüzey sürtünmesi sadece yağ
ğlayıcı içind
de oluşur ve aşınma meeydana
ggelmez. Tippik yağ film
mi kalınlığı een düşük no
oktada 0.008
8 ila 0.02 m
mm olup, tipik
ssürtünme kaatsayısı ise 0.002 ila 0..01 aralığınd
da değişken
nlik gösterirr.
4 2. K
Karışık Yağğlama (Yarı Sıvı Sürtü
ünmesi): Bu
u durumda Şekil 13.2bb de görüldü
üğü gibi
ççok az bölggelerde metaal-metal tem
ması olmakla beraber kıısmen hidroodinamik
yyağlamada söz konusu
udur. Böylee bir yatak taasarımında yüzey temaası son derecce az
oolup, yüzeyy aşınması da
d az olur. B
Böyle bir yaatakta tipik sürtünme
s
kaatsayısı 0.00
04 ila
00.1 arasındaa değişkenliik gösterir.
3. S
Sınır Yağlaaması: Buraada bir birinne karşı izaffi hareket ed
den iki parçaa bir birine
ttamamen deeğmektedir.. Bazı yağ zzerrecikleri ancak yüzey pürüzlüklleri arasına sıkışmış
oolup, sürtünnmeyi ve aşınmayı az dda olsa azalttır. Böyle biir yatakta tiipik sürtünm
me
kkatsayısı 0.05 ila 0.2 arrasında değğişkenlik gösterir.
Şekil 13.2 Üç Temel Yağlama Ç
Çeşidi (Yüzzeyler Oldu
ukça Büyüttülmüştür))
Buradann da anlaşılaacağı üzere en iyi yağlaama şekli hidrodinamik
h
k yağlamaddır.
Hidrodiinamik yağllama hidrosttatik yağlam
ma şeklinde de yapılabiilmektedir. Yüksek bassınçlı
yağ, su veya hava kullanılarak
k
k kaymalı yaatakta bulun
nan iki parça izafi bir hhareket olmaasa bile
bir birinnden ayrılabbilir. Bu tip yağlamalarr çök pahalı olup özel durumlar
d
içiin tasarlanab
bilirler.
13.4
H
HIDRODİN
NAMİK YA
AĞLAMA
ANIN BASİT TEMELLERİ
Şekil 133.3 de tipik bir kaymalıı yatak örneeği görülmektedir. Buraada yatak m
muyludan ço
ok az
büyük tasarlanmış ve aradaki boşluk
b
ise yyağ ile doldu
urulmuştur.. Yağ uygunn bir yerden
n yatağı
ma görevinii yaptıktan ssonra yatağın
sürekli oolarak besleemekte ve iççeriye girenn yağ yağlam
kenarlarrından sızarrak yatağı teerk etmekte dir.
Mil (muuylu) yatak içerisinde belli
b
bir açıssal hız ile saaat yönündee dönerek yaatak zarfı ile muylu
arasındaa oluşan izaafi hız ve yaatak boşluğuunun dönmee yönünde daralması
d
yüük taşıyıcı yağ
y
filmininn oluşmasını sağlar. Ay
ynı anda muuylu yatak iççinde sağa doğru
d
kayarrak eksantriik bir
konum almasına vee en ince yaağ filminin ooluşmasını neden
n
olur (Şekil
(
13.3bb). Hareketiin
devamı ile muylu sanki
s
yatağıın iç kısmınna tırmanıyo
ormuş gibi olur
o ve bu du
durum sınır tabaka
t
yağlamaasını oluşturur. Harekeetin devamı ve hızlanm
ması ile sıvı sürtünme
s
şaartları oluşu
ur ve
muylu hhareket yönüünde sol tarrafa doğru kkayarak eksantrik (e) biir konum allır. Bu durum
mda yağ
filmi kaalınlığı ho deeğerine ulaşşarak yüzeyyleri bir birin
nden uzaklaaştırır ve ayn
ynı anda da muyluya
m
gelen raadyal yükü karşılayacak
k
k basınç değğerine ulaşıır (Şekil 13.3c).
5 Şek
kil 13.3 Kaaymalı Yattak Yağlam
ması
Muylunnun yatak içinde harekeete başlayıp son hızına ulaşıncaya kadar üç aşşamalı bir yağlama
söz konnusudur. Bu hareketler sırasında süürtünme katsayısının deeğişimi Stribbeck eğrilerri ile
Şekil 133.4 de verilm
miştir. Strib
beck eğrilerii sürtünme katsayısının
k
n üç temel yyağlama durrumuna
göre nassıl değiştiğiini göstermeektedir.
Şekil 133.4 Stribecck Egrisi
1. Viskozite (): Hidrodin
namik yağlaama oluşmaası için artan
n viskozite ile devir say
yısının
aazalması geerekir. Hidro
odinamik yaağlama oluşşturmak için
n gereğindeen fazla visk
koz
yyağlayıcınınn kullanılması sürtünm
me kuvvetlerrinin artmassına neden oolur. Bu durrumda
yyük artırılm
ması yağ film
minin kopm
masına neden
n olunur.
6 2. Devir sayısı (n(dev/s)): Verilen sabit yük altında hidrodinamik yağlama
oluşturabilmek için artan hızla birlikte düşük viskoziteli yağ kullanılmalıdır.
Hidrodinamik yağlama oluştuktan sonra devrin (hızın) artırılması yağ filminin
kopmasına neden olacağından yatak sürtünmeleri ve aşınma artar.
3. Yatak basıncı (p): Kaymalı yatağa gelen birim yük (basınç), kaymalı yatağa gelen
radyal yükün yatağın iz düşüm alanına bölünmesiyle elde edilir. D yatak çapı, L yatak
genişliği ve W yatağa gelen yük ise yatağa gelen basınç, p=W/(DL) olarak hesap
edilir. Sabit bir viskozite değeri için yatağa gelen kuvveti azaltmak için dönme hızının
azaltılması gerekir. Fakat viskozite yatakta hidrodinamik yağ filmini oluşturmalıdır.
Kaymalı yatakta sürtünme katsayısı, sürtünme kuvvetinin radyal yüke (W) oranıdır.
Hidrodinamik yağlama bölgesinde sürtünme katsayısının artması,
/
denklemi
ile açıklanabilir. Denklemde görüldüğü gibi açısal hızın (devir sayısının) artması kayma
gerilmesini artırmaktadır. Kayma gerilmesinin artması sürtünme kayıplarını da artırmaktadır.
Şekil 13.4 özel bir yatağa ait olan Stribeck eğrisi görülmektedir. Örneğin; daha düzgün
yüzeylerde (daha az pürüzlü yüzeylerde) daha ince hidrodinamik yağ filmi oluşur. Böylece
n/p değeri (yatak parametresi) A noktasında azalır. Aynı zamanda yatakla mil (muylu)
arasındaki tolerans hidrodinamik yağ filmi oluşması için çok önemlidir.
Hidrodinamik yağlama olabilmesi için aşağıdaki üç koşul çok önemlidir.
1. Yüzeylerin ayrılabilmesi için izafi hareket gereklidir.
2. Şaftın (muylunun) yatağın iç duvarına doğru tırmanması.
3. Uygun bir yağın kullanılması.
Değişik bir örnek verirsek, bir kişi çıplak ayakla gölde kaymaya çalışırsa, birim alana gelen
basınç çok fazla olacağından suya batar. Bu durumda gerekli olan n/p değerlerinin
sağlanması için ya göl yüksek viskoziteli sıvı ile doldurulmalı veya kayma hızı artırılmalıdır.
Motor krank şaftı başlangıçta yavaş bir dönme hareketi yaparak yatağın içinde sınır yağlaması
oluşturur. Hareketin yeni başladığı bu durumda yatağa gelen kuvvetler azdır. Fakat motor
çalışır çalışmaz yatağa gelen kuvvetler hızla maksimum değerlerine ulaşır. Buna rağmen
krank mili ile yatak arasındaki izafi hızın da artması sonucunda hidrodinamik yağ filmi oluşur
ve tüm kuvvetler oluşan yağ filmi tarafından karşılanır.
13.5
VİSKOZİTE
Sıvıların en önemli özelliklerinden birisi molekülleri arasındaki sürtünmeden (kayma
sürtünmesi) dolayı farklı akış karakteristikleri göstermeleridir. Sıvıların akmasını zorlaştıran
kayma sürtünmesine viskozite adı verilir ve bu akışkanlara da viskoz akışkanlar denir.
Sıvılardaki viskozite, dinamik viskozite olarak da adlandırılır ve Şekil 13.5 de görüldüğü gibi
katılardaki kayma gerilmesiyle aynı karakteristiğe sahiptir.
7 Şekil 13.5 Viskozite ve Kayma Gerilmesi Benzerliğii
Şekil 133.5 de görülldüğü gibi sabitlenmiş bbir şaft ile hareketli
h
birr silindir araasına lastik bir
elaman yapıştırılmıış gibi düşü
ünülsün. Harreketli silindire herhangi bir kuvveet uyguland
dığında
şekil 133.5b de görüüldüğü gibi lastik elemaanda sabit bir
b yer değişştirme söz kkonusudur. Eğer
E
lastik elleman Newtton akışkanı ile yer değğiştirilir ise,, şekil 13.5cc de görüldüüğü gibi yerr
değiştirm
me ( ) de sabit bir hızlla (U) yer ddeğiştirmiş olur.
o
Bu durrum Newtonn kanununu
un
viskoz aakışlara uyggulamasıdır ve kanun innce film kallınlığı içind
deki hız değiişiminin düzgün
olduğunnu kabul edeer. Yağ tabaakaları arasıında oluşan
n düzgün kay
yma Newtoon kanununaa göre,
akışkann moleküllerrinin yüzeyllere çok iyi yapıştığı vee yağ filmi içinde
i
basınnç olmadığı kabulü
ile aşağııdaki gibi yazılır.
y

/
/
/
13.1
N-s/m2. İki sistem
İngiliz ssisteminde viskozitenin
v
n birimi lb-ss/in2 veya reeyn ve SI siistemde ise N
arasındaaki dönüştürme katsayıısı aynıdır.
1
1 .
68
890 .
6890
. 13.2
The reyyn and Pascaal-saniye ço
ok büyük deeğerler olup, mikroreyn
n (reynvee milipascall-saniye
(mPa.s genelde kuullanılır. Staandart metriik sistemde viskozite birimi olarakk sıkça Poisse
biriminee rastlanmakktadır. Buraada; 1 cp(ceentipoise) = 1 mPa.s
Akışkann viskoziteleerini ölçmek
k için değişşik yollar mevcut
m
olup, tüm ölçüm
mler izafidir. Bazen
akışkann viskozitesii, belli bir miktar
m
akışkkanın, belli çaptaki bir borudan,
b
yeerçekiminin
n etkisi
8 altında akma zamanının ölçülmesiyle elde edilir. Yağların viskozitelerinin belirlenmesinde
Saybolt Universal Viscometer kullanılır ve ölçülen değer saybolt saniye olarak verilir. Bazen
sonuçlar aşağıdaki şekilde de olduğu gibi verilebilirler, SUS (Saybolt Universal Second), SSU
(Saybolt Seconds Universal) veya SUV (Saybolt Universal Viskosity). Bu ölçümler gerçek
viskozite değerleri değildir. Çünkü ölçüm sırasında akışkanın kütle yoğunluğu, yerçekimi
etkisiyle oluşan akışa etki etmektedir. Böylece, viskozite metreden aynı viskoziteye sahip
fakat yüksek kütle yoğunluğuna olan akışkan, az kütle yoğunluğu olan akışkandan daha hızlı
akar. Saybolt tipi viskozite metreden ölçülen viskozite kinematik viskozitedir ve viskozitenin
akışkan yoğunluğuna bölünmesiyle bulunur.
ü
ğ
ğ
13.3
Burada birim cm2/s olup stoke olarak adlandırılır ve kısaca st ile gösterilir.
Net viskozite, Saybolt viskozite metresinden saniye birimiyle ölçülen değerin aşağıdaki
denkleme konulmasıyla elde edilir. Denklemde; S zamanı (saniye).
. 0.22
180
13.4
ve
0.145 0.22
180
13.5 Burada; kütlenin yoğunluğu olup, birimi gram/santimetre küp (g/cm3) tür. Petrolden elde
edilen yağlar için 60 oF (15.6 oC) deki kütle yoğunluğu 0.89 g/cm3 dür. Diğer derecelerdeki
yoğunluk ise aşağıdaki denklemden elde edilir.
 oCa
 oFb
Amerikan Otomobil Mühendisleri Derneği tarafından yağlar viskozitelerine göre
sınıflandırılmıştır. Bazı SAE yağlar için viskozitenin sıcaklıkla değişimi Şekil 13.6 da
verilmiştir. Herhangi bir yağ verilen viskozite eğrisinden fazlasıyla sapabilir, fakat SAE
sürekli olan birçok viskozite aralığı tanımlanmıştır. Örneğin; Bir SAE 30 yağının, SAE 20
yağından biraz daha viskozdur veya SAE 30 yağı SAE 40 yağından biraz daha az viskozdur.
Bununla birlikte, her bir viskozite aralığı (bantı) sadece bir sıcaklık için belirlenmiştir.
SAE 20, 30, 40 ve 50 yağları 100oC (212oF) de değişik SAE 5W, 10W ve 20W yağları ise
-18oC (0oF) de viskozite bantları belirlenmiştir. Birden fazla numaralı yağlarda ise yağ verilen
değerlerdeki viskozite değerlerini taşır. Örneğin, SAE 10W-40 yağı 10W viskozite
değerlerine -18oC (0oF) de ve 40 viskozite değerlerini 100oC (212oF) de sağlamak zorundadır.
9 Ş
Şekil
13. 6 SAE
S
Yağlaarı İçin Visk
kozite Sıcaklık Eğrileeri
Endüstrride kullanıllan akışkanlların viskozziteleri geneelde uluslaraarası standar
artlar da AST
TM D
2422, A
American Naational Stan
ndart Z11.2332, International Standart Organizzation ISO standart
s
3448ve bazıları. Faarklı viskoziite değerlerii için ISO VG
V olarak iffade edilip, takip eden numara
o
40 C deeki kinematiik viskozitee değerini göösterir.
Gres, N
Newton bir akışkan
a
olmadığından, kkayma gerilmesi akmaa gerilmesinni geçinceyee kadar
akış özeelliği yokturr. Dolayısıy
yla viskoziteeleri belli biir sıcaklık ve
v akma oran
anı (debi) içiin
belirlennir. (bak AST
TM D1092)).
Problem
m:1 Bir motorda kullan
nılan yağın viskozitesi Saybolt visskozite (Şekkil 13.7) meetresi
o
kullanılarak 100 C de ve 58 saaniyede testt edilmiştir. Viskozitesii milipascall-saniye olarrak
marası nedirr?
(veya ceentipoises), ve microreyns olarak nnedir? Yağıın SAE num
Verilen
nler: 100oC,, akış zaman
nı: 58 s
10 İstenen
n: Viskozite?
Çözüm:
Denklem
m 13.6a; 
 oC g/cm
g 3
Denklem
m 13.4;
Denklem
m 13.5;
. ,
0.22 5 8
0.145
0
0.22 58
0.837
0
0.837
8.0
08
. 8.08
1.17
1
Şekil 133.6 dan bakııldığında prroblemdeki yağın SAE 40 yağına yakın
y
olduğğu anlaşılır.
13.6
S
SICAKLİĞ
ĞİN VE BA
ASINCIN V
VİSKOZİT
TEYE ETKİSİ
Çok num
maralı yağlaarın (SAE 10W-40)
1
tekk numaralı yağlara
y
(SA
AE 40 veya SAE 10W) oranla
viskozittelerinin sıccaklıkla değişimleri dahha azdır. Viskozitenin sıcaklıkla
s
deeğişiminin
ölçülmeesine viskozzite indexi (sıralaması) adı verilir. Viskozite sıralaması
s
(iindexi) ilk kez
k
1929 yıllında Pensillvanya ham
m petrolündeen elde edileen yağlar vee Gulf Coasst ham petro
olünden
elde ediilen yağlar için
i Dean vee Davis taraafından yapılmıştır. Pen
nsilvanya ppetrolünden elde
edilen yyağlara VI 100
1 değeri ve
v Gulf Coaast petrolünd
den elde ediilen yağlaraa ise 0 değerri
verilmişştir. Diğerleeri ise indek
kste 0 ila 1000 arasına seerpiştirilmiştir. Çağdaş viskozite in
ndeksi
ANSI/A
ASTM şartnname D2270
0 de verilmiiştir.
Petroldeen elde edilm
meyen (sen
ntetik) yağlaarın viskozitteleri sıcaklıkla çok az değiştiğind
den
bunlar ppetrolden ellde edilen yaağların viskkozite indek
ksinin dışınaa çıkarlar. Y
Yani viskoziite
indeks nnumaraları 100 den fazzladır. Tüm yağlayıcılaarın viskozittelerinin sabbit sıcaklıktaa
basınçlaa değiştiği bilinmekted
b
ir. Bu etki kkaymalı yattaklarda basıncın yatakk basıncının üzerine
çıktığı ddurumlarda fazlasıyla etkili
e
olur.
11 13.7
Y
YATAK SÜ
ÜRTÜNME
ESİ İÇİN P
PETROFF DENKLEM
Mİ
me analizi ilk
Hidrodiinamik yatakta (Şekil 13.8) sürtünm
i kez 1883
3 yılında Peetroff tarafın
ndan
yapılmıştır. Petrofff denklemleri basit ideaal bir durum
m için aşağıd
daki kabulleer yapılarak
k elde
edilmişttir.
1.
2.
3.
4.
Y
Yatakla mill (muylu) merkezleri
m
arrasında eksaantriklik yoktur.
M
Muylu yataağın içine do
oğru tırmanm
nma hareketii yapmıyor.
Y
Yağ filmi yük
y taşımıyo
or.
E
Eksenel doğğrultuda yağ
ğ akımı yokk.
Şekiil 13.8
P
Petroff’un
Analizlerin
A
nde Kullandığı Yük Taşımayan
T
K
Kaymalı Yatak
Y
Şekil 133.5 i referanns alarak sürrtünme mom
mentini, yağ
ğ filmini birr akışkan blooğu gibi kaabul
edip, şekil 13.8 i kuullanarak aşşağıdaki dennklemi eldee ederiz.
/
/
/
Burada;;
; ; 2
; ,
4
2
ç
ç
2
Eğer W yükü safta uygulanırsaa, sürtünme momenti aşağıdaki
a
gib
bi ifade edillir,
2
Burada p birim iz düşüm
d
alanıının gelen raadyal basınç (yataktakii yağ basınccı).
Şüphesiiz, yükün uyygulanması sonucundaa şaft yatağın
n merkezinee göre eksanntrik bir kon
num
alır. Bu durumun etkisin denkllem b de ihm
mal edip vee denklem b denklem c ye eşitlenip
p gerekli
işlemlerr yapılışa aşşağıdaki den
nklem elde eedilir.
12 2
13.7
Elde ediilen denklem
m (denklem
m 13.7) Petrroff denklem
mi olarak ad
dlandırılır. PPetroff denk
kleminin
açısal hıız cinsindenn ifadesi aşaağıdaki gibiidir.
2
2
2
13.7
Denklem
m 13.7a kulllanılarak haafif yük altıındaki kaym
malı yataklarrda oluşan ssürtünme
katsayıssının basit bir
b hesaplam
mayla elde eedilmesini sağlar.
Petroff ddenklemi kaymalı yataaklardaki ikii önemli parrametreyi belirler. Biriincisi n/p ve
v
ikicisi dde R/c oranı, bazen boşluk oranı ollarak da adllandırılır ve genelde 5000 ila 1000 arasında
a
bir değeere sahiptir.
Problem
m 2: Şekil 13.9
1 da görü
ülen kaymallı yatak için
nde 100 mm
m çapında m
muylu, 80 mm
m
boyundaa yatağın iççine 0.10 mm
m lik toleranns ile yerleşştirilmiştir. Yağlama
Y
yaağının visko
ozitesi
50 mPa.s dır. Şaft 600
6 rpm hızzla dönerkenn 5000 N lu
uk yük taşım
maktadır. Yaatakta oluşaan
sürtünm
me katsayısınnı ve güç kaaybını bulunnuz.
50
V
Verilenler:: D = 100 mm,
m c = 0.055 mm, L = 80
8 mm, n = 600 rpm,
F = 5000 N
İİstenenler:  ve Güç
G Kaybı = ?
. ,
Şekil 133.9 Kaymallı Yatak
Ç
Çözüm:
Dennklem 13.7 kullanılarak
k
k;
600
2
60
2
0.0
05
. 10
0
5000
0.08 0.1
/
50
5
0..05
.
13 Sürttünme mom
menti;
0.0158
0
500
00
üç
NOT
TE:
3.9
95
0.1
2
2 10
1
.
24
48
B
Burada kayıp enerji, isi enerjisi ollarak sistem
mden atılır. Bu
B durumdaa yağın ısısı artar,
ggerçek bir hesaplamada
h
a viskozitennin sıcaklıklla değişimi kontrol edillmelidir.
13.8
H
HİDRODİN
NAMİK YA
AĞLAMA
A TEORİSİ
Şeekil 13.10
Beauchamp Tower Deney Düzzeneği ve Ölçülen
Ö
Bassınç Dağılım
mı
Hidrodiinamik yağllama teorisi Osborne R
Reynoldsa kaadar uzanm
makta olup, B
Beauchamp Tower
tarafınddan 1880 li yıllarda
y
Şek
kil 13.10 görrülen bir deeney düzeneeği kullanılaarak laborattuvarda
demiryoollarında kuullanılan maakinelerin yaatakları için
n deneysel çalışmalar
ç
yyapılmıştır. Deney
D
düzeneğğinde yağlam
ma yağını yatağın
y
içinee göndermeek için bir delik açılmışştır. Tower
deneyleeri sırasında, bu delikten
n yağ göndeermediği zaaman, yağın
n buradan dıışarı aktığın
nı
gözlemllemiştir. Toower deliği kapamasına
k
a rağmen, hiidrodinamik
k yağ basınccının tapayıı
fırlattığıını gözlemlemiş ve bun
nun üzerinee başka delik
klerde delerrek buralarddan hidrodin
namik
yağ basııncını ölçm
meye başlamıştır. Ölçüm
mler sonucun
nda, toplam
m bölgesel hhidrodinamik
k
basıncınn, diferansiyyel yatak iz düşüm alannıyla çarpım
mının yatak tarafından kkarşılanan yüke
y
eşit
olduğunnu bulmuş.
Reynoldds teorik annalizi sonucu
unda hidroddinamik yağ
ğlamanın tem
mel denklem
mini elde ettmiştir.
Reynolddsun bunu takip
t
eden denklemleri,
d
, bir boyutlu
u iki düzgün
n plaka arassındaki akışş içindir.
Bu denkklemler kayymalı yatakllara da uyguulanabilir çü
ünkü yağ fillminin kalınnlığı yatağın
n çapına
oranla ççok küçük olduğundan
o
yatak düz kkaymalı yataak gibi düşü
ünülebilir. B
Bir boyutlu akış
kabul eddilip, yatağıın kenarların
ndan olan aakış göz önü
üne alınmad
dan ve yaklaaşık olarak L/D
L
14 oranı 1.5 alınarak kabuller
k
yap
pılmıştır. Şeekil 13.11 de görülen ellemana x-dooğrultusund
daki
etkiyen kuvvetlerinn denge duru
umu aşağıddaki kabuller yapılarak yazılır.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Y
Yağlayıcı viskoz
v
Newttonian akış özelliği gössterir.
Y
Yağlayıcınıın atalet kuv
vvetleri ihm
mal edilir.
Y
Yağlayıcı sıkıştırılamaaz.
Y
Yağın viskoozitesi yağ filmi
f
boyunnca sabittir.
B
Basınç ekseenel doğrulttuda değişm
mez.
Y
Yatak boyuu (z yönündee) sonsuzduur. Bunun an
nlamı yatak
k boyunca akkış yoktur.
yy-yönünde basınç
b
sabitttir. Böylecee basınç sad
dece x-yönü
ünde değişirr.
Y
Yağ filmi iççindeki herh
hangi bir yaağ zerresinin
n hızı x ve y yönünde ddeğişir.
Şekil 133.11 Basıınç ve Sürttünme Kuvvvetleri x-D
Doğrultusun
ndaki Bir Y
Yağlama Ellemanı
Üzerind
de Görülmektedir
0
Gerekli işlemler yaapılınca,
Denklem
m 13.1 de F/A
F değeri kayma
k
gerilm
mesi değeeridir. Şekil 13.11 deki blok şeklin
ndeki
diferanssiyel elemannın yüksekliği dy, hızı u, üsten altaa doğru hız değişimi duu dur. Bunlaarı
/
dda yerine ko
denklem
m 13.1 de veerilen
oyalım. Burrada sadece u hızı x ve y
doğrultuusunda değiiştiğinden kısmi
k
türev kkullanılır.
15 Aynı şeekilde , x ve y doğrultu
ularında değğişmektedirr. / kıssmi türev şeekil 13.11 vee
denklem
m a da kullaanılmıştır. Basıncın
B
y vee z doğrultu
ularında değ
ğişmediği kaabul edildiğ
ğinden
sadece ddp/dx türevii kalır.
Denklem
m c nin y yee göre türev
vi alınıp dennklem b de yerine
y
yazılırsa;
1
y ye görre iki kez inntegral alınırrsa (x sabit)),
ç
1
:
ve
İ
ç
ğ
:
1
2
Sınır şarrtları olarakk, akışkan ille sınır yüzeeyler arasınd
da kayma kabul
k
edilmeez. Buradan
n
katsaayıları hesapplanır.
0 0 Gerekli işlemler yaapılınca;
2
ve
0 Bu değeerler denkleem d de yeriine yazılırsaa;
1
2
Şekiil 13.12
8
Y
Yağlayıcınıın Hız Değiişimi
m 8 yağlayııcı filmin heerhangi bir yyz düzlemin
ndeki hız daağılımını, m
mesafenin (y)), basınç
Denklem
değişim
minin (dp/dx)), yağ filmi kalınlığı (hh) ve yüzey hızının (U) fonksiyonuu olarak ifad
de
edilmekktedir. Dikkkat edilirse hız
h değişimii iki terime bağlıdır. 1) düzgün dağğılım, ikinci terimle
ifade eddilir ve şekill 13.12 de kesik
k
kesik ççizgi ile gössterilmiştir. 2) paraboliik dağılım isse
16 birinci terim ile verilmiştir. Parabolik terim, düzgün değişim olan kısmın toplanması ya da
çıkarılması sonucu ya pozitif ya da negatif olabilir. Basıncın maksimum olduğu yerde
dp/dx=0, olur ve hız dağılımı denklem 8 den aşağıdaki gibi ifade edilir.
,şekil 13.11 de görülen z doğrultusundaki
Yağlayıcının birim zamanda belli bir debiyle
kesitten aktığını kabul edelim.
12
2
Sıkıştırılamayan akış için, debi (akış oranı) kesit boyunca aynı olmalıdır.
0
Denklem e de gerekli işlemler yapılırsa;
2
0
12
veya
6
9
Denklem 9, bir boyutlu akış için Reynolds denklemidir. Yapılan kabulleri özetlersek:
Newtonian akışkan, sıkıştırılamaz, sabit viskozite ve yerçekimi veya atalet yükü, laminer akış,
sınır tabakada kayma yok, yağ filminin çok ince olması nedeni ile film kalınlığı boyunca
basınç değişimi yok ve mil çapı sonsuz (z- yönünde akiş yok) düşünülmüştür.
z-yönünde de akış olduğu düşünülürse, aynı yöntemle iki boyutlu akış için Reynolds
denklemi elde edilir.
6
10
Denklem 11 için analitik çözüm yoktur. Sadece sayısal ve analog çözümler mevcuttur.
Uygulamada modern yataklar eskilere nazaran daha kısa yapılmaktadır. Genelde L/D oranı
0.25 ila 0.75 arasında değişmektedir. Bu durumda toplam akışın çok büyük bir kısmı z
yönünde yataktan dışarıya doğru akar. Böylece, kısa yataklarda x –doğrultusunda basınç
değişimi göz önünde bulundurulmaz. Buna göre;
6
11
17 Denklem
m 9, 10 ve 11
1 integral edilip
e
kaym
malı yataklarrın tasarımın
nda ve anallizinde kullaanılır.
Bu prossese genel olarak
o
Ocvirrk,s kısa yaatak yaklaşıımı denir.
13.9
H
HİDRODİN
NAMİK YA
ATAKLAR
RDA TASA
ARIM EĞR
RİLERİ
Şek
kil 13.13
En İnce Fiilm Kalınlıığının Değişşim Grafikkleri
Denklem
m 9 un çözüümü ilk kez 1910 yıllarrda yapılmışş olup, L/D oranının 1. 5 dan az vee yatağın
sonsuz uuzunlukta olduğu
o
kabu
ulü yapılarakk son derece iyi sonuçllar elde edillmiştir. Diğeer
çözüm oolan Ocvirkk kısa yatak çözümü (deenklem 11), L/D oranın
nın 0.25 ila 0.75 olduğu
u
durumdda da gerçeğğe çok yakın
n sonuçlar vvermektedirr. Günümüzde denklem
m 11 kısa yattak
tasarımıında sıkça kullanılmakt
k
tadır. Raim
mondi ve Boy
yd denklem
m 10 nu nüm
merik olarak
k çözüp
pratik kkullanım içinn eğriler eld
de etmişlerddir. Bu eğriller şekil 13.13 ila 13.199 arasındakii
şekillerdde gösterilm
miş olup, yaatak tasarımllarında kulllanılmaktad
dırlar. Raimoondi ve Boy
yd kismi
o
o
o
yataklarr (60 , 120 veya 180 ) ve eksenel yataklar içiinde eğrilerr elde etmişllerdir. Eğriller
kullanılarak elde eddilmiş birço
ok yatak değğeri şekil 13
3.20 de göstterilmiştir.
Raimonndi ve Boydd grafiklerinin tümü yattak karakteristik numa
arası veya SSommerfeld
d
değişkeeni, S, gibi boyutsuz
b
yattak paramettreleri ile ifa
fade edilmek
kte olup, buurada S, yata
ak
karakteeristik numaarası olarak
k adlandırılıır.
S değerii hesaplanırrken kullanıılacak birim
mler; 18 , ,
, ,
.
, ,
, ,
Görüldüğü gibi S daha önce anlatılan
;
nin ve ninkaresininfonksiyonudur. Eğriler
logaritmik skalada çizilmiş olup lineer (düzgün) kısmı 0 ila 0.01 arasındadır.
Şekil 13.18 ve 13.19 daki eğriler elde edilirken yağın atmosferik basınçla yatağa girdiği,
yağın debisinin değişmediği ve yağ kanallarının göz önünde bulundurulmadığı durumda elde
edilmiştir. Yağlama süresince yağın sıcaklığının yatak girişi ve çıkışı arasında değişmediği
dolayısıyla viskozitenin değişmediği kabul edilmektedir.
Şekil 13.14 ile şekil 13.19 za kadar olan tüm şekillerde gösterilen eğriler herhangi bir yatağın
performans değerleri L/D oranının 0.25 den büyük herhangi değerleri için Raimondi ve Boys
in verdiği aşağıdaki İnterpolasyön denklemi kullanılarak elde edilmiştir.
1
1
1
8
1
1
1
4
1
2
4
1
4
1
1
24
1
1
3
1
2
2
1
4
12
Burada, y istenen ve L/D oranının ¼ den büyük olduğu performans değeridir. Ayrıca, sırasıyla
,
,
/
ve
/
yatağın L/D oranına karşılık gelen değerler olup sırasıyla ∞, 1,
dür.
19 Ş
Şekil
13.14
Şekil 13.15
1
Sürtünm
me Katsayıssının Değişkeni Grafiğği
Ma
aksimum F
Filim Basın
ncının Belirrlendiği Graafikler
20 Şekil 13.16
Minimum
m Filim Kallınlığının ho Olduğu Yeri
Y Belirley
eyen Grafik
kler
kil 13.17
Şek
Maksimum Filim Baasıncının Olduğu
O
ve Filimin
F
Kayybolduğu Yeri
Y
Belirrleyen Graffikler
21 Şekil 13.18
Şekil 13.19
Akışk
kan Değişk
kenlerinin Grafikleri
G
Kenarr Akışının T
Toplam Ak
kışa Oranın
nı Gösterenn Grafikler
22 Şekill 13.20
Filimin
F
Basıınç Dağılım
mını Gösterren Polar G
Grafik
Problem
m 3: Şelik 13.21
1
de görrülen kaym
malı yatağın boyu 1 inch
h, toleransı 00.0030 inch
h, muylu
çapı 2 innch olup raddyal yönde 1000 lb yükkü 3000 rpm
m de taşımaaktadır. SAE
E 20 yağı
kullanılmakta olup atmosferik
k basınçla yaağlama yapm
maktadır. Yağ
Y filimininn ortalama sıcaklığı
130oF ddır.
Raimonndi-Body grrafiklerini ku
ullanarak, m
minimum fillim kalınlığ
ğını, yatak süürtünmesin
ni,
filimin m
maksimum basıncını, açıları
a

, ve
ve toplam yağ debisinni bulunuz.
Kenardaan akan yağğ kadar yataağa sürekli yyağ katılmaktadır.
V
Verilenler:: D = 2 inch
h, L = 1 inchh, c = 0.001
15 inch, n = 3000 rpm,, W = 1000 lb, T =
o
1130 F
İİstenenler: Raimondi--Body grafikklerini kullaanarak, min
nimum filim
m kalınlığını, yatak
ssürtünmesinni, filimin maksimum
m
bbasıncını, aççıları 
, ve vve toplam yağ
y
ddebisini, yaağlamada ku
ullanılan ve dışarıya ak
kan yağ debii oranlarını bulunuz.
Şekil 13.21
Basit Ka
aymalı Yata
ak
23 Öncelikle verilenlerden yatak karakteristik numarasının hesaplanması gerekmektedir.
Çünkü bütün grafikler bu değere bağlı olarak hazırlanmıştır.
Burada; p = W/(LD)
4450
0.025 0.050
Şekil 13. 6 kullanılarak viskozite
.
25
23 10 50
0.04
3560000
.
S = 0.13 ve L/D = 1/2 = 0.5 kullanılarak Şekil 13.13 den,
0.245 0.04
.
.
.
/
0.245 ve buradan
Şekil 13.14 den, (R/c) = 4.25 ; buradan;  =(4.25)(0.04)/25 = 0.0068
Şekil 13.15 den, p/pmax = 0.29, buradan; pmax = 3560000/0.29 = 12275862 Pa
Şekil 13.16 den, o
Şekil 13.17 den,
ve
Şekil 13.18 den,
Şekil 13.19 den,
5.25
5.25 25 0.04 50 25
. 0.85, buna göre yağın %85 inin sürekli yağlama yağına ilave
edilmesi gerekirken %15 si yatakta kalır.
NOTE: Burada sadece dengede olan ve radyal yükün hiç değişmediği bir problem
çözülmüştür. Gerçek sistemde örneğin krank milinde yükler çok hızlı bir şekilde çok büyük
değerlere ulaşabilmekte ve yağ filimi sıkıştırılmakta ve sonra tekrar yük azalmaktadır. Bu
durum çok az zaman aralıklarında olduğundan denge durumu söz konusu değildir. Bu olay
bazen sıkıştırılan filim davranışı olarak adlandırılmakta olup, yağ filimi sıkıştırılan filim
davranışı olarak incelenir.
13.10 YAĞLAYICI TEMİNİ
Hidrodinamik yağlama prensibinde yataktan sızan yağ miktarı kadar yeni yağın sürekli olarak
yatağa kazandırılması gerekmektedir. Mühendisler bu amaca yönelik değişik yatak tasarımları
yapmıştır.
Yağ Halkası: Şekil 13.22 de görüldüğü gibi yağ halkası milin 1.5 ila 2 katı çapında imal
edilmiş olup, milin üzerine serbest olarak takılır, fakat mil ile döner. Mil dönerken, halka
yağı alarak milin üzerine taşır. Tecrübeler göstermiştir ki bu yöntem efektif yağlama için
uygun bir yöntemdir.
24 Şekil
Ş
13.222
Yağ Ha
alkalı Yatak
k
Yağ Kaşşığı: Burada mile takılan kaşık şekklindeki parrça yağ tank
kından aldığğı yağı üst yağ
y
deposunna taşır. Yattakların üstü
üne gelecekk şekilde üstt yağ deposu
una açılmışş olan delikllerden
yerçekim
minin etkisiiyle akan yaağla yataklaar yağlanır.
Çarpmaa: Burada hareket
h
eden
n (dönen) paarçalar küçü
ük bir yağ banyosunun içine hızla dalarak
yağı yattaklara ve etrafa fırlatırr. Her tarafaa fırlayan bu
u yağla tüm
m yataklar vee piston silin
ndirleri
yağlanırr. Bu yöntem
m motorlarıın tasarlanddığı ilk yıllarrda kullanılmıştır.
Yağ Ban
nyosu: Bunna örnek Şek
kil 13.10 daa görülmekttedir. Şekild
de de görülddüğü gibi, dönen
d
parçanınn (milin, yaatağın) belli bir kısmı yyağ banyosu
unun içine daldırılmıştır
d
r. Bu durum
mda,
dönmeyyle birlikte yağ
y taneciklleri yatağın içine taşınaarak yağlam
ma gerçekleşştirilir. Fakaat
dönme hhızının artm
masıyla türbülansların ooluşması ve buna bağlı olarak sürtü
tünmelerin artması
a
kaçınılm
maz olur.
Yağ delliği ve Kanaalı: Şekil 13
3.23 de yağ deliği ve kaanalı görülm
mektedir. Yaağ kanalı yaağın
exsenel olarak dağıılımını sağlaamaktadır. Y
Yağ içeriyee grince ya yerçekimi
y
kkuvveti ya da
d
basınçlaa yatağın içiine dağılır. Genelde yaataklarda kaanal istenmeemektedir çüünkü kanalıın
olduğu bbölgede hiddrodinamik basınç sıfırra düşer. Bu
u durum şekil 13.24 de gösterilmiştir.
Burada yatak silinddir şeklinde bir kanal ille ikiye ayrıılmış olup her
h bir taraf ayrı ayrı L//D
oranına sahip olup,, her bir taraafın genişliğği kanal olm
mayan yatağ
ğın genişliğiinin yarısınd
dan
biraz azzdır.
Hidrodiinamik yağllamayı etkillemeyecek şşekilde, silin
ndir şeklind
de uygun birr kanalın
oluşturuulması bazı uygulamalaarda son derrece zor olaabilmektedirr.
25 Şekil 133.23
Exseenel Kanallı Yatak
Şekil 13
3.24
Silin
ndir Kanalllı Yatakta Basınç
B
Dağıılımı
Yağ Pom
mpası: Şekil 12.25 de görüldüğü ggibi, kaymaalı yatak yağ
ğlamalarındda en çok po
ompalı
yağlamaa sistemleri kullanılır. Motorlarda,
M
, krank şaftıının içine aççılmış olan ana yağ dağ
ğıtma
kanalınıın, her bir kaymalı
k
yataağın miline acılan delik
k ile birleştirilmesiyle, pompanın bastığı
b
yağ kayymalı yatakllara ulaştırıllmaktadır. K
Kaymalı yattağa ulaşan yağ öncelikkle yatak üzzerindeki
kanalı ddoldurur ve yatak içine dağılır.
Şekil 13.26
1
Kr ank Milind
deki Yağ Delikleri
26 13.11 ISI YAYILIMI VE YAĞ FİLİMİ SICAKLIĞININ DENGESİ
Denge durumunda, kaymalı yatakta üretilen ısının tamamı dışarıya taşınır. Bu durumda yağın
sıcaklığı istenilen düzeyde tutulur. Genelde yağlama yağının sıcaklığı yaklaşık 70oC (160oF)
civarlarında tutulmaya çalışılır. Yağ sıcaklığının yaklaşık 90oC ila 120oC (200oF ila 250oF)
arasında olması durumunda petrol menşeli yağların yağlama özelliklerinde önemli oranda
azalmalar görülür. Yağların yağlama özelliklerinin azalması nedeniyle kaymalı yataklarda
hasar oluşmaya başlar. (Hatırlatma; maksimum yağ filimi sıcaklığı yağın averaj sıcaklığının
çok üzerinde olabilir).
Kaymalı yatakta kaybolan enerji (ğüç) sürtünme momenti ve şaftın dönme hızından
hesaplanır. Bu kayıp gücün bir kısmı isi iletim yoluyla yataktan diğer makine parçalarına
akan ve belli bir özgül ısı
aktarılırken, önemli bir kısmı da ısı olarak belli bir debiyle
değerine sahip (ısı kapasitesi çarpı yoğunluk) olan yağ tarafından yataktan uzaklaştırılır.
Petrol menşeli yağlarda
1.36
veya
110
.
Yağ sıcaklığının ısıl dengesi yataktan çevreye aktarılan ısıya direk olarak bağlıdır. Yataklar
tasarlandıktan sonra, çalışma esnasında yatakta oluşan sıcaklık dağılımı ölçümleri yapılarak,
yatağın fazla ısınıp ısınmadığı kontrol edilmelidir. Denklem 13 kullanılarak yataktan atılan ısı
yaklaşık olarak hesaplanabilir.
13
14
H : Transfer edilen ısı (watt)
C: Birleştirilmiş (ışınım ve taşınım) ısı transfer katsayısı (watt/(saat m2oC))
A: Yatağın yüzey alanı (m2)
to: Yatağın (yağ filminin) ortalama sıcaklığı (oC)
ta: Yatak etrafındaki hava sıcaklığı (oC)
Tablo 13.1 de C katsayısı bazı koşullar için verilmiştir. Alan, şekil 13.22 de görülen bir yatak
için genelde 20DL olarak alınabilir.
27 Tabllo 13.1
Ş
Şekil
13.22 ye
y Benzer Y
Yataklar İççin Yaklaşıık Isı Trannsfer Katsay
yıları
13.12 Y
YATAK MALZEME
M
ELERİ
y
mettaller kalın ffilim yağlam
masında
Yeteri kkadar basmaa mukavemeetine sahip ve düzgün yüzeyli
yatak m
malzemesi ollarak kullan
nılabilirler. Ö
Örneğin çellik, yatak malzemesi
m
ollarak kullan
nılabilir
fakat haareketin başlangıcı ve bitişi
b
sırasınnda kaymalıı yatakta incce filim ve kkarışık filim
m
yağlamaası oluşur, bu
b durumdaa yatak ile m
mil yüzeylerrinde temasttan dolayı bbir birine
kaynam
malar meydaana gelir. Bö
öylece oluşaan herhangi bir metal parçası,
p
eğerr yağ filmi
kalınlığından daha kalınsa mill ya da yatakk veya her ikisinin
i
de yüzeylerini
y
bozarak
kullanılmaz hale geetirebilir. Eğ
ğer yatak m
malzemesi yu
umuşak bir malzemedeen imal edillirse
bahsi geecen sert paarçacıklar yaatak malzem
mesinin için
ne gömülereek mile zarar
ar vermeleri
engellennir. Tipik kaaymalı yataak tasarımı şşekil 13.26aa da verilmiş olup, aşağğıda yatak
malzem
melerinde araanan önemli özellikler sıralanmışttır.
Şek
kil 13.26a Kaymalı Yatak
Y
Tasarrımı
28 1. Mekanik özellikler. Düşük elastik modülü ve düşük plastik şekil değiştirme özelliği
şaftın eğilmesinden ve yatak ekseni ile mil ekseninin tam çakışmamasından dolayı
oluşan bölgesel basınçların giderilmesinde, yatak malzemesinin yumuşak olması, ise
yabancı maddelerin yatak malzemesinin içine gömülmesine müsaade ederek mil
yüzeyinin bozulmamasını, düşük kayma gerilmesi, ise yüzey pürüzlüklerinin kısa
sürede düzelmesini ve aynı zamanda yüksek yorulma direncine ve basma gerilmesine
sahip olması ise, yatağa gelen yükleri güvenilir olarak taşımasını sağlar.
2. Isı özellikleri. Isı iletim katsayısı, ısının yataktan atılmasında, mil dönmeye başladığı
anlarda, yatakla temas halinde olduğundan ısı temas yüzeylerinden geçerek yataktan
uzaklaştırılır. Mil dönmeye başladığında ise ısı oluşan yağ filmi ve yatak elemanı
üzerinden uzaklaştırılır. Herhangi bir şekilde mil ile yatakta oluşan ısıl genleşmeler
sonucunda, milin yatağa sıkışmasına engel olmak için mil ve yatak malzemesinin ısıl
genişleme katsayıları bir birine yakın olmalı ve bu özellikler istenilen yağ filimi
özellikleri göz önünde bulundurularak yatakla mil arasındaki boşluk belirlenmelidir.
3. Metalürjik özellikleri. Yatak malzemesi mil malzemesi ile kaynamaya ve yüzey
tutmasına karşı dayanıklı olmalıdır. Yani mil ve yatak malzemeleri bir birine kolayca
kaynamamalıdır.
4. Kimyasal özellikleri. Yağlama sırasında oluşan oksitler veya dışarıdan gelen yabancı
etkenler sonucunda mil ve yatak malzemeleri korozyona karşı dayanıklı olmalı.
En çok kullanılan yatak malzemesi babbitts (kalay esaslı) malzemelerdir. Bunlar bir kaç
guruba ayrılıp; teneke temelli olanlar (%89 Sn, %8 Pb, %3 Cu ve diğerleri), kurşun temelli
olanlar ( %75 Pb, %15 Sb, %10 Sn) ve bakır temelli olanlar (büyük bir kısmi bakırdır.
Ayrıca, bakır kurşun, teneke bronz, alüminyum ve bronz da kullanılır. Bunlarla birlikte,
gümüşte yaygın olarak kullanılan yatak malzemeleridir. Yukarıdaki malzemeler
yumuşaklıkları nedeniyle yabancı parçacıkları içine almakta iyi olmalarına karşılık,
yorulmaya ve basmaya karşı çok dayanımlı olmadıklarından yaklaşık 120oC (250oF)
üzerindeki sıcaklıklarda kullanılmaları tavsiye edilmez.
Yatak maddesi çelik taşıyıcı zarfın üzerine, genel kullanım için 0.5 mm (0.02 inch)
kalınlığında ve motorlarda ise 0.13 mm (0.005 inch) kalınlığında dökülür. Bu kalınlıklar
yorulma ya karşı en uygun kalınlıklar olarak ortaya çıkmıştır. Yatağın çelik zarfının
hareketleri (deformasyonu) yatak malzemesinin kalınlığından bağımsızdır. Bazen yumuşak
yatak malzemesi (babbitt) çok ince (yaklaşık 0.025 mm veya 0.001 inch) kalınlığında başka
bir metal ile desteklenerek yatağın yorulma direnci daha da artırılabilmektedir.
29 Plastik vve diğer elaastik maddeler şekil 13 .26b de görrüldüğü gibii kaymalı yaatak olarak
kullanılabilirler. Örrneğin gemii şaftlarınınn (pervane Şaftının)
Ş
yalltaklanmasınnda
kullanılmaktadır. Burada,
B
plasstik yataklarr genelde biir koruyucu gövdenin iççine monte edilmiş
ve olukllu olarak im
mal edilmişlerdir. Su buu yataklardaan akarak heem yatağın yyağlanmasıını hem
de yatağğın kumlarddan temizlen
nmesini sağğlar. Kaymaalı yatak olaarak kullanıllan bazı plaastikler:
1.
2.
3.
4.
P
PTFE (Tefllon)
P
PA (Poliam
mid) : PA6, PA66,
P
PA4..6, PA 12 gibi malzemelerdir.
P
POM : Delrrin
P
PI ve PMM
MA(Polimetiil Metagrilaat) (yüksek sıcaklıklard
s
a)
Şekil 13.26
6b Plastik
k Yataklarıın Tasarım Örneklerii
Yatak m
malzemesindde aranan özellikler:
1. Y
Yağlama yaağı tarafındaan iyi ıslatıllmalıdır.
2. Y
Yüksek bassma ve aşınm
ma mukaveemetine sahııp olmalıdırr.
30 3. Y
Yatak zarfı üzerine iyi yapışmalıddır (adeziv bağları
b
yükssek olmalı).
4. Ç
Çalışma sıccaklığında sertlik özelliiğini kaybettmemelidir.
5. Y
Yağsız kalm
ma durumun
nda mile hem
men kaynam
mamalı.
6. İİmalatı kolaay olmalı vee düzgün yüüzey elde ed
dilebilmeli.
7. IIsıyı iyi ilettmeli.
8. K
Korozyona dayanıklı olmalı.
o
9. Ö
Özgül ağırlığı düşük ollmalı.
10. Ç
Çok pahalı olmamalı.
13.13 H
HİDRODİN
NAMİK YA
ATAK TA
ASARIMI
Daha önnce basit birr hidrodinam
mik yatağınn hesaplamaaları problem
m 3 de yapılldı. Normallde
kaymalıı yatak tasarrımı şu ana kadar verileen bilgileri ve bundan sonra verileecek bilgilerri de
içeren ddaha kapsam
mlı hesaplam
malar gerekttirir. Buradaa deneysel olarak
o
elde edilmiş (am
mpirik)
formülleer ve grafikkler kullanılaarak yatak ttasarımı anllatılmaktadıır. Çok dahaa detaylı yattak
tasarım bilgileri liteeratür araştıırmasıyla ellde edilebiliir.
Birim Y
Yükleme: Taablo 13.2 dee uygulandııkları yerlerre göre geneelde yataklaar için seçileen
yaklaşıkk birim yükller verilmek
ktedir. Motoor krank miili yatakların
na kısa süreede olsa uyg
gulanan
maksim
mum yük gennel olarak normalde
n
uyygulananın yaklaşık
y
10 katı kadarddır. Bu anda yatak
basıncı da aynı oranda artar.
Tablo 13.2
2
Uygulaandığı Yeree Göre Yattak Birim Y
Yükleri
Yatak L
L/D Oranı: Modern maakinalarda L
L/D oranı 0..25 ila 0.75 arasında deeğişmekte olup,
daha eskki makinalaarda bu oran
n 1.0 civarınndadır. L/D oranının bü
üyük olmasıı yatağın bo
oyunu
uzatacağğından, yataak kenarlarıından sızan yağ azalır. Buna bağlı olarak da yyağ kullanım
mı
düşer, fa
fakat yağın yatak
y
içindee kaldığı sürrenin uzamaası yağın daaha fazla ısıınmasına needen
olur. K
Kısa yataklarr ise, şaftın eğilmesindeen ve uygun
n yerleştirilm
memesindenn (eksenleriin çok
31 az sapması) fazla etkilenmezler. Yatak ve yatağın içindeki milin boyutlandırılmasında genelde
şaft çapı milin eğilmeye karşı olan direnci göz önüne alınarak belirlenirken, yatak boyu
yatağın kapasitesi (taşıyacağı yük) göz önüne alınarak belirlenir.
Kabul Edilebilir ho Kalınlığı: En az (minimum) kabul edilebilir filim kalınlığı, yüzey
pürüzlüğüne bağlıdır. Minimum filim kalınlığı hesabı için birçok ampirik (deneysel) formül
mevcut olup, aşağıda Trumpler’in önerdiği formül verilmiştir.
≧ 0.0002
0.00004 veya
≧ 0.005
0.00004 15
Bu denklemler yüke etki eden uygun bir güvenlik katsayısı ile kullanılmalıdır. Trumpler
düzgün yükler için güvenlik katsayısını SF = 2 önermektedir. Bunlarla birlikte, denklem 15
sadece maksimum yüzey pürüzlülüğünün 0.005 mm (0,0002 inch) geçmediği ve iyi geometrik
düzgünlüğe sahip yataklarda kullanılır.
Motor yatakları genelde hızlı değişen ve çok kısa süreli maksimum değerlere ulaşan yüklere
maruz kalırlar. Kaymalı yataktaki denge durumunun maksimum yükte olduğu kabul edilerek
hesaplar yapılır. Hesaplanan filim kalınlığı gerçek filim kalınlığının üçte biri kadar bir
değerdedir. Denklem 15 kullanılırken bu mutlaka göz önüne alınması gereken bir durumdur.
Gerçekte bu durum için sıkıştırılabilen filim davranışı göz önüne alınmalıdır. Sıkıştırılabilen
filim davranışı burada incelenmeyecektir.
Tolerans Oranı (c/R veya 2c/D): Mil çapı 25 mm den 150 mm ye kadar olan miller için, iyi
tasarlanmış yataklarda bu oran 0.001 olarak alınır. Genel tasarımlar için 0.002 ve daha kötü
tasarımlar içi se 0.004 olarak alınabilir. Genelde bu oran tasarımcı tarafından belirlenir.
Aşağıda hidrodinamik yatak tasarımı yapılırken göz önüne alınacak önemli maddeler
sıralanmıştır.
1. Minimum yağ filmi kalınlığı kalın-filim yağlamasını oluşturacak kalınlıkta olmalıdır.
Denklem 15 i kullanırken yük değişimini ve yüzey pürüzlüğünü hesaba katmak
gerekir.
2. Uygun bir filim kalınlığında en düşük sürtünme olması sağlanmalıdır. Tasarımda,
şekil 13.13 deki uygun alanda kalınmalıdır.
3. Mutlaka yeteri kadar debide, temizlikte ve uygun sıcaklıkta olan yağın yatağın
girişinde her zaman hazır olması gerekir. Bu durum pompalı sistem ve yağ soğutucu
gerektirebilir.
4. Yağın maksimum sıcaklığı kabul edilebilir değerlerden (genelde 100oC veya 200oF)
az olmalıdır.
5. Yağ yatak boyunca uygun bir şekilde dağılmalıdır. Bu durum yatağa kanal açılmasını
gerektiriyor olabilir. Eğer yatağa kanal açılacaksa, kanalın maksimum basıncın
oluşacağı bölgeden uzak tutulması gerekir.
32 6. Y
Yatak için çalışma
ç
sıcaaklığında geerekli direncci sağlayacaak, yeteri kaadar elastiklliğe ve
kkorozyona karşı
k
dayan
nıma sahip m
malzeme seççilmelidir.
7. T
Tasarım, milin
m
eğilmessinden ve düüzgün olmaayan yatak - mil yerleşm
mesinden gelecek
uuygun olmaayan yükleri karşılayabbilmelidir. Yatağın
Y
bu özellikleri
ö
oolmaz ise, yatak
zzarar görebilir.
8. M
Mil yatak iççinde dönm
meye başlarkken ve dururrken yatağa gelen yükleer hesaplan
nmalı ve
kkontrol edillmelidir. Yaatak basıncı her iki duru
umda da 2 Mpa
M veya 3300 psi değeerinin
aaltında kalm
malıdır. Eğeer düşük hızzda uzun sürre kalınıyorr ise, ince-fiilim yağlam
ması göz
öönünde buluundurulmallıdır.
9. K
Kabul edileebilir toleran
ns ve yağ viiskozitesi iççin tasarımın
n uygun oldduğundan em
min
oolunmalıdırr. Çalışma to
oleransı ısıll genleşme ve
v buna bağ
ğlı aşınma ggöz önüne alınarak
a
kkontrol edillmelidir. Yaağ sıcaklığı ve buna bağ
ğlı olarak viskozite değğişimi ısıl
ffaktörlerdenn etkilenereek yağın zam
manla değişmesine ned
den olabilir. Kullanıcı bazen
b
hhesapladığıından bir deerece daha kkalın yağ ku
ullanabilir.
Problem
m 4: Şekildde görülen buhar türbinii kaymalı yatağı 1800 rpm
r hızla ddönerken 17 kN yük
taşımakktadır. Şaftınn çapı 150 mm
m olarak vverilmiştir. Yağlayıcı olarak
o
SAE 10 yağı seççilmiş
o
olup, yaağ filiminin sıcaklığı 82
2 C de ve yyağ pompa ile basılmak
ktadır. Uyguun yatak boy
yunu ve
toleranssını hesaplayyın. Ayrıca sürtünme kkatsayısını, sürtünmedeen doğan güüç kaybını, yağın
y
giriş ve çıkış debisiini ve yatak
k boyunca yyağ sıcaklığıını bulunuz..
Verilen
nler: n = 18800 rpm, W = 17 kN, D = 150 mm,, Yağ SAE 10
1 ve sıcaklılık 82oC
İstenen
nler: L = ? 

sürtün
nmeden doğğan güç kayybını, yağın giriş ve çıkkış debisini, ve
yatak booyunca yağ sıcaklığını bulunuz.
6
Şekil 13.26
Problem
m 4 İçin Veerilen Kaym
malı Yatakk
Çözüm:
1. T
Türbin yataakları için taablo 13.2 dee yatak basııncı 1Mpa dan
d 2 Mpa a kadar olan
n bir
aaralıkta verrilmiştir. p = 1.6 Mpa sseçildi.
33 17000
150
B
Bu değer L = 75 mm olarak
o
alınsıın.
1.6
.
L
L/D = 75/1550= 1/2 Bu
u oran Raim
mondi-Boyd
d grafiklerin
ni kullanmakk için uygun
ndur. Bu
oorana göre yatak
y
basınccı yeniden hhesaplanırsaa;
17000
1
0.15
50 0.075
.
0
2. Şekil 13.13 den L/D = 1/2 için uyggun yatak taasarım aralıığı S = 0.0337 den S = 0.35
kkadardır. Hesaplar
H
için
n S = 0.037 aalınsın.
Şekil 13.6 dan
d SAE 10
0 yağı için 882oC deki viiskozite 
 6.3 mPa.s dır.
1800
0.037
6.3
75
60
1
10 . 30
1.5
511 10 30
.
c/R = 0.0
00184
E
Eğer S = 0.335 alınır isee,
c = 0.00448 mm vee c/R = 0.00
006
G
Görüldüğü üzere S = 0.35
0 için hessaplanan tollerans oranı 0.001 den az olup, iyi bir
yyatak tasarımı için isten
nilen koşuluu sağlamakttadır.
3. R
Radyal yönndeki toleran
nsa karar veermeden öncce, , , , değeerleri c ye bağlı
b
oolarak uyguun alanın heer iki tarafınna doğru hessaplayalım. Tablo 13.33 hesaplamaalardan
vve önceki grafiklerden
g
elde edilirkken, Şekil 13.27 ise tab
blo 13.3 denn elde edilm
miştir.
Tablo 13.3
P
Problem 4 ün
ü c ye Görre Değerlerri
34 Ş
Şekil 13.277
, , ,
, , , nin c ile Değişimi
D
Sabit)
4. Şekil 13.27 gösteriyor ki boşluk c nin 0.04 mm
m ila 0.15 mm
m arasınddaki değerleer için
bbir operasyoon bölgesi elde
e edilir. F
Fakat bu deenklem 15 ille kontrol eddilmelidir
≧ 0.00
05
0.0000
04 150
.
B
Bu değeri hesaplanan
h
en
e küçük fillim kalınlığ
ğı ile karşılaştıralım. Buurada emniy
yet
kkatsayısı 2 olarak ve en
n kötü koşuul için c = 0..15 mm alın
nır.
75
0.15
Şekil1
13.13den; 6.3 10 30
1.511 10 2
0.06
.
.
B
Bu değer fillm kalınlığıı olan 0.0111mm değerin
nden daha küçüktür.
k
B
Bununla birliikte
bbaşlangıçta yatak için kabul
k
edilenn sıcaklık ço
ok gerçekçii değildir. G
Genelde yük
ksek
ddebide akann yağın etkisiyle, yatakk sıcaklığı verilenden
v
daha düşük oolur buda daaha
kküçük yatakk toleransı verir.
v
Daha sonra, yatağ
ğın aşınmassı ile daha kkalın yağ ku
ullanılır.
o
Ö
Örneğin. SA
AE 20 yaği 82 C de, c = 0.15 mm ve 17 kN yük
y taşımasıı durumund
da en
iince filim kalınlığı
k
hesaplan
nır. Buda 0.0
011 den büyyüktür.
0.012
5. B
Bu noktadaa yatak için tolerans
t
karrarı verilebiilir. Eğer yaatak boşluğuu 0.05 mm ila
i 0.07
m
mm aralığınnda seçilir ise, yatak çaalışma koşulları en iyi bölgede
b
kallsa bile yataakta
aaşınmalar olur.
o
Boşluğ
ğu biraz dahha artırıp 0.0
05 mm ila 0.09 mm araasına çekersek, daha
uucuza yatakkların imal edilmesi
e
müümkün olur. Eğer boşlu
uk biraz dahha artırılıp 0.08
0 mm
35 ila 0.11mm arasına çekilir ise, yatak sürtünmeleri azalır buna bağlı olarak da yatak
sıcaklığı düşer.
6. Yağlama yağı debisi Şekil 13.27 de görülmektedir. Yağlama yağı atmosfer basıncında
ve yatağın girişinde her zaman hazır durumdadır. Yağ pompası yatağa sürekli olarak
miktar kadar basınçlı yağı basmaktadır. Basınçlı yağ kullanılması,
yataktan sızan
yatağa gereğinden fazla yağın basılmasına neden olur ve de birim miktardaki yağın
yataktan taşıdığı ısı azalır.
Şekildeki yatakta kalan ve yataktan dışarıya akan yağ debisi arasındaki fark yatak
boşluğu ile pek değişmez.
Belli bir toleransla imal edilen yatağa yüksek duyarlılıkla basılan yağ debisinin,
basıncındaki değişmeler takip edilerek, yatakta oluşan aşınmalar belirlenebilir.
7. Sürtünme sonucu oluşan güç kaybı Tablo 13.3 de veya şekil 13.27 de verilen herhangi
bir c değeri için hesaplanır. Şüphesiz en büyük kayıp, boşluğun en az olduğu durum
için söz konusu olur. Hesabı c = 0.04 mm tolerans için yaparsak,
2
9550
17000 0.0053
0.15
2
6.76 1800
9550
9550
.
.
8. Kayıp gücün (1.27 kW) tamamının ısı enerjisine dönüştüğünü ve bu ısının yatağa
atmosfer basıncında belli bir debiyle giren yağ tarafından yataktan taşındığını kabul
edersek. Yağın ısınması şöyle hesaplanır.
∆
∆
∆
21.5
1270
10 1.36
10
∆
.
9. Yağın yatağa giriş sıcaklığını 60 oC kabul edersek, çıkış 103.4 oC olur ki bu değer
sıcaklık limiti olan 100oC nin üzerindedir. Eğer yatak boşluğunu 0.05 mm ye
çıkartırsak, yağ debisini artması ve sürtünme kuvvetlerinin azalması sonucu, yağ çıkış
sıcaklığının çok fazla düşeceğini hesaplarız. Bunlarla birlikte bu değerler atmosfer
basınçlı yağ için olup, gerçekte yağın pompa ile basılıyor olmasından dolayı, yatağa
daha fazla yağ girmiş olur.
36 Yatak boyu, L = 75 mm
Radyal yatak boşluğu, c = 0.05mm ila 0.07 mm
Kayıp Güç, P = 1.18 kW ila 0.99 kW
Yağ debisi,
/ ila 52100
/
o
o
Yağ sıcaklığı değişimi, ∆ = 27.3 C ila 13.9 C
13.14
KARIŞIK YAĞLAMA
Karışık yağlama konsepti şekil 13.2b de gösterilmiş olup, sürtünme katsayısı  ile /
değerlerinin değişimi ise şekil 13.4 de verilmiştir. Karışık yağlamada yatak yüzeyleri çok
düzgün dahi olsa, metal- metal temasının olduğu alan toplam yatak yüzey alanının çok az
bir kısmıdır. Bunun sonucunda, bölgesel temas yerlerinde kısa süreli de olsa çok fazla
basınç ve sıcaklık oluşmaktadır. Bu bölgeler herhangi bir şekilde korunmaz iseler,
sürtünme soncunda yataklar kullanılamaz hale gelirler. Böyle durumlarda yatak
yüzeylerinde bazı yağlayıcılar veya yağlayıcı özelliği olan katılar, örneğin, yağ, molibden
disülfit, grafit ve gres gibi kullanılarak yağlayıcı bir yüzeyin oluşması sağlanır. Bu oluşan
filimin kayma direnci az olduğundan yük altında kesilir ve oluşan sert yüzeyleri de
ortadan kaldırır. Fakat hemen arkasında yeni bir filim tabakası takip eder. Bu filim
tabakası yatağa gelen yükün az bir kısmını taşırken, yükün büyük kısmı yine hidrodinamik
filim tarafından taşınır.
Karışık yağlama genelde yatakların imalat tekniklerinin değiştirilmesiyle geliştirilebilirler.
Sinterlenmiş yataklar buna genel bir örnektir. Bu yataklar genelde bakır, teneke gibi metal
tozlarının basınç altında sinterlenmesi ile elde edilir ve daha sonra her iki metalin ergime
sıcaklıklarının ortasına kadar ısıtılarak gözenekli bir yapıya kavuşturulurlar. Daha sonra
bu yataklar kullanılmadan önce yağ banyosuna daldırılırlar gözenekli yapı sayesinde
içlerine yağ emdirilir. Kullanım sırasında, yatağa emdirilmiş yağ basınç altında iken
yatağın yüzeylerine yayılarak yağlama sağlar ve yük kalkınca tekrar yatak tarafından
emilir.
Bazı metaller (grafit) ve plastiklerin (teflon) doğal yapıları gereği sürtünme katsayıları
düşüktür ve bu metallerden direk olarak düzgün yüzeyli yataklar üretilebilir. Bazı
plastikler, örneğin naylon ve teflon, herhangi bir katkı maddesi kullanılmadan orta
derecenin altındaki yükler için yatak malzemesi olarak kullanılmaktadırlar. Plastik yatak
malzemeleri için iki önemli sorun vardır: 1) Malzemenin fazla yük altında akması, 2) ısı
transfer katsayılarının düşük olması nedeni ile fazla ısınmalarıdır. Bu iki nedenden dolayı
plastik malzemeler endüstriyel uygulamalarda pek kullanılmazlar.
Bunlara karşın, karışık yağlama, tüm dişlilerde çeşitlerinde, silindirin içindeki piston
hareketinde ve bir biri üzerinde kayan diğer makine parçalarında (rulmanlarda, kızaklı
yataklarda) söz konusudur.
37 Gözzenekli metaal yataklar genelde
g
bas ınç, zaman ve hıza vey
ya PV faktörrüne bağlı olarak
o
tasaarlanırlar. Verilen herhaangi bir sürttünme katsaayısına karşılık gelen, P
PV faktörü birim
b
yataak alanında oluşan sıcak
klıkla oranttılıdır. Gözeenekli metall yataklar iççin maksimu
um PV
değeeri 50000 (ppsi x fps) ku
ullanılır. Uzzun zaman yüksek
y
sıcak
klıkta yada yüksek PV
değeerinde çalıştırılan yatak
klara yağ ilaave edilmelidir. Yağ ilaavesi kılcal burularla ya
y da
gresslikle yapılaabilir. PV deeğeri yarıyaa indirilmesii durumund
da, uzun bir kullanma zamanı
z
için herhangi biir yağlamay
ya gerek kallmaz. Tablo
o 13.4 de gö
özenekli yattaklar için gerekli
g
değeerler verilm
miştir. Bu yaataklarla kulllanılan milllerin mutlak
ka sertleştiriilmesi
gereekmektedir. Tablo 13.5
5 de ise metaal olmayan yatak malzemelerine aait değerler
buluunmaktadır.
Tablo 133.4
Taablo 13.5
Karışık
K
Yağğlamalı Porrost Yatakların Çalışm
ma Koşulla
arı
Karışıık Yağlamaalı Metal Olmayan
O
Ya
atakların Ç
Çalışma Ko
oşulları
EKSENEL
L YATAK
13.15 E
Tüm döönen şaftlar,, örneğin kraank şaftı, geemi mili ve diğerleri (şşekil 13.1 dee görülmekttedir)
şaftın exxsenel yönüünde yataklaanmalıdır. B
Bazı durumllarda eksenel yük ayrı bbir eksenel flange
tarafınddan taşınmakktadır. Ekseenel yataklaarda, kaymaalı yataklard
da olduğu giibi hidrodin
namik
38 yağlamaanın gerektiirdiği bir yaatak iç tırmaanması söz konusu
k
değildir. Fakat hafif yükleerde sınır
ve karışşık yağlamaa mevcuttur..
Eğer şaffta gelen yüük büyük deeğerlerde isee Şekil 13.2
28 de görüld
düğü gibi ekksenel yatak
k
kullanılır. Yağlamaa, dönmektee olan yatakk elemanının
n yağa kazaandırdığı meerkezkaç ku
uvvetiyle
yağın ekksenel yatakk elemanlarrı arasından dışarıya do
oğru savrulm
masıyla sağllanır. Yağın
n yatak
içinde silindirik olaarak sürükleenmesi sonuucunda, yataak içi tırman
nması olayıı, kullanılan
n sabit
pet sayıısına da bağğlı olarak geerçekleşir. Ş
Şekil 13.3 deeki kaymalıı yatakta oluuşan yatak içi
i
tırmanm
ma hareketinnin aynısı bu
uraya uygullanabilir.
Şek
kil 13.28
Tipik Bir Eksenel
E
Ya
atak
Şekil 133.28 de görüülen eksenel yatakta, peetler belli bir sabit köşee kırma acıllarına sahip
p olabilir
veya peetler belli birr açıda bellii bir pivot eetrafında dön
ndürülerek monte edilm
miş olabilir veya
onlar kıısmi olarak sabitlenmişş ve bir birleerine karşı belli
b
acılarda döndürülm
müş olabilirrler.
Eğer peetlerin köşelleri sabit birr açı ile kesiilmiş ise, bu
u yatakta hid
drodinamikk yağlama saadece
bir dönm
me yönündee oluşur.
13.16 R
RADYAL VEEKSEN
V
NEL YATA
AK KONST
TRÜKSİYO
ONLARI (T
TASARIMLARI)
Şekill 13.29 Rad
dyal Yataklların Montaaj Şekillerii; a) Silindirik, b) Kürresel ve c) Açısal
A
39 Şekil 13.30 Parççalı Radyall Kaymalı Yatak
Y
Şekil 13.31
1 Parçalı Raadyal ve Ek
ksenel Kay
ymalı Yatakk
Şek
kil 13.32 Tü
ürbin Milin
nin Radyal Kaymalı Yatak
Y
Tasarrımı
40 Şeekil 13.33 Çok
Ç Kadem
meli Su Pom
mpasında Radyal
R
Kaymalı Yatakk Uygulaması
Şekil 13.3
34 Polimerr Kaplı Ekssenel Kaym
malı Yatak
Şekiil 13.35 Hid
droelektrik
k Santral T
Türbininin 5,000,000
5
N Eksenel Y
Yatak Tasa
arımı
41 Şekil 13.336 1,000,000 N luk Ek
ksenel ve Ra
adyal Kaym
malı Yatakk Tasarımı
Şek
kil 13.37 10
00,000 N lu
uk Radyal Kaymalı
K
Ya
atak Tasarrımı
Şekil 13.38 170,00
00 N luk Seerbest Rady
yal Kayma
alı Yatak Taasarımı
42 Problem
m 5: Şekildde boyutları verilen pistton, silindir içinde hareeket etmekteedir. Piston silindir
cidarlarrına değmeyyip pistonla silindir arassında 30 oC de SAE 40
0 yağı mevccuttur. Pisto
onu 1
m/s lik hhızla harekeet ettirmek için
i gerekli olan kuvveeti bulunuz.
Verilen
nler: Şekildeeki boyutlarr, 30 oC de SAE 40 yaağı, piston hızı
h = 1 m/s
İstenen
n: F = ?
Çözüm:
K
Kayma geriilmesini bullalım:
Δ
Δ
B
BuradaSAE
E40yağının
n30 Cdekkıviskozitesi:η
0.25
.
1
0.0002
25
Δ
Δ
.
S
Sürtünme Kuvveti:
K
1000
0.14 0.011
.
P
Pistona uyggulanması gereken kuvvvet sürtünm
me kuvvetinee eşittir.
Problem
m 6: Şekildde görüldüğü
ü gibi iç içee iki kap bullunmakta ollup dıştaki kkabın içi yağ ile
dolduruulmuştur. İçtteki kaba 2.5 Nm lik dööndürme mo
omenti uygu
ulandığındaa içteki kap n = 800
dev/d hıızla dönmekktedir. İki kap
k arasındaa toplam 0.8
8 mm boşluk
k olup içtekki kap dıştak
kinin
tam merrkezine yerlleştirilmiştirr. Yağın visskozitesini bulunuz?
b
Verilen
nler: M = 2..5 Nm, n= 800
8 dev/d, Δ
Δr
İstenen
n: 

Çözüm:
0.4mm
m , L = 110
0 mm ve D = 110 mm
43 Δ
Δ
2
3.14
3
2.5
120Δ
.
.
30Δ 2
2
2
0.11
1 800 00.11
120 0.0004
.
NOTE: cp (centipooise) ye çeviirmek isteniirse 1 cp = 1 mPa.s
Problem
m: 7 Şekildde görüldüğü
ü gibi biri saabit diğeri 1200
1
dev/d ile dönen ikki disk arasıında
0.13 mm
m lik boşlukk mevcutturr. 240 mm ççapındaki diiskler bir yaağ kabına daaldırılmış ollup, yağ
dönmennin etkisiylee iki diskin arasını
a
tamaamen doldu
urmaktadır. a)
a Diske uyygulanması gereken
g
döndürm
me momenttini bulunuzz? b) Yağın viskozitesin
nin 40 mPa.s olduğu kaabulüyle, orrtaya
çıkan ısı nedir?
Verilen
nler: n = 12200 dev/d, h = 0.13 mm
m, D = 240 mm,
m 40 mPa.s
İstenen
nler: M ?, İsi kaybı = ?
Çözüm:
a)
60
2
0.04
30
2
3.14 120
00 0.12
60 0.00
0013
.
30
15
b)
30
.
12
2.58 3.14 1200
1
30
. 44 SINAV
V SORULARI:
Soru a) (10P) Petrooff denklem
mini hangi kkabuller yap
pılarak elde edilmiştir?
b) (110P) Petrofff denkleminni elde et.
a)
1.
2.
3.
4.
Y
Yatakla mill (muylu) merkezleri
m
arrasında eksaantriklik yoktur.
M
Muylu yataağın içine do
oğru tırmanm
nma hareketii yapmıyor.
Y
Yağ filmi yük
y taşımıyo
or.
E
Eksenel doğğrultuda yağ
ğ akımı yokk.
/
b /
/
; ; 2
; ç
ç
4
2
Eğer az bir yük W safta
s
uygulaanırsa, sürtüünme momeenti şöyle iffade edilir,
2
2
; ,
2
2
2
;
2
; SORU: Tek silindiirli bir moto
orda krank m
mili iki adett ana yatakla motor gövvdesine
yataklannmıştır. Anaa yataklar raadyal ve ekksenel yatak
kların kombiinasyonu şeeklinde imall
edilmişttir. Piston krank
k
muylu
usuna sadec e radyal yattakla bağlan
nmıştır. Anaa yataktaki krank
mili çappı 80 mm, yatak
y
çapı 80
0.3 mm, yattak genişliğ
ği 60 mm, ek
ksenel yatakk dış çapı 100 mm,
eksenel yatak iç çappı 80.3 mm
m ve eksenell yatak boşlu
uğu 0.15 mm
m dir. Pistoonun bağlan
ndığı
muylu ççapı 70 mm, yatak geniişliği 35 mm
m ve yatak çapı
ç 70.3 mm
m dir. Yanm
ma sonundaa
2
pistonunn önünde olluşan basınçç 3.0 N/mm
m , piton çap
pı 90 mm vee pistonla siilindir arasın
ndaki
sürtünm
me kayıpları ihmal ediliiyor. Yağlam
ma yağının viskozitesi 50 mPa.s ddir. Krank mili
m 4000
rpm le ddönerken: a) Her bir yaataklarda oluuşan sürtün
nme momentini, b)Topllam kayıp gücü
g
bul.
45 80
Verilenler:
∆
0.15
,
,
80.1
70
,
50
. ,
4000
İstenenler: ü ü
Çözüm:
a)
Muyluya uygulanan kuvvet,
Ana yataklara gelen kuvvet,
,
60
70.1
,
?,
,
3
100
35
?
19076/2
,
,
,
80.1
3.0
,
üç
45
90
,
,
?
Petroff denkleminden
2
Muyluda oluşan sürtünme katsayısı
19076
0.07 0.035
2
. /
0.05 4000/60 0.035
7786122 0.00005
2 3.14
Ana yatakta oluşan sürtünme katsayısı
19076/2
0.08 0.06
2
.
.
/
0.05 4000/60 0.04
1987083 0.00005
2 3.14
.
Sürtünme Momenti,
Muyluda oluşan sürtünme momenti
0.006 19076 0.035
Ana yatakta oluşan sürtünme momenti
0.026 9538 0.04
Eksenel yataklarda oluşan sürtünme momenti
2
0.05
60
b) Toplam sürtünme momenti
2
Kayıp güç
9550
2
.
30
3.14
4.0
. 2
4000 0.05
60 0.00005
2 9.92
9550
30
23.72 4000
9550
15
0.040
2 2.42
.
.
.
46