14 YUVARLANMA ELEMANLI (RULMANLI) YATAKLAR 14.1

14
YUVARLANMA ELEMANLI (RULMANLI) YATAKLAR
14.1
RULMANLI VE KAYMALI YATAKLARIN KARŞILAŞTIRILMASI
Yağ ihtiyacı olmayan en basit yatak olarak, eski zamanlarda kullanılan odun tekerlek-odun
mil (şaft) verilebilir. Uzun kullanma süresi ve az sürtünme elde etmek için bu tasarıma
hayvan ya da bitkisel yağlar ilave edilmiştir. Modern makinalarda kullanılan kaymalı
yataklarda, çelik şaftı yataklamak için aşınmaya uygun yatak elemanları, örneğin; kalay
esaslı, bronz veya teflon seçilir. Yataklarda, yatak ile mil arasındaki sürtünmeyi azaltmak için
sıvı veya gres yağları genel uygulamalar için kullanılmaktadır. Örneğin; cim kesme makinası
tekerleği, el arabası tekerleği, bisiklet tekerleği ve bisiklet zinciri gibi yerlerde gres yağları
yağlayıcı olarak tercih edilmekle birlikte bu uygulamalarda hidrodinamik yağ filmi
oluşmadığından yağ iki yüzeyi bir birinden tamamen ayırmaz. Motor krank şaft ve kam mili
uygulamalarında ise oluşan hidrodinamik yağ filimi her iki yüzeyi bir birinden ayırır.
Bisiklet, kompresör ve tekerlek gibi makine elemanlarının yaltaklanmalarında yuvarlanma
elemanlı (rulmanlı) yataklar kullanılmaktadırlar. Rulmanlı yatağın iç bileziği şaft ile temas
halinde iken diş bileziği makine gövdesiyle temas halinde olup her iki bilezik arasında
yuvarlanma elemanları mevcuttur. Rulmanlarda yuvarlanma sürtünmesi söz konusu olup, bu
kaymalı yataklarda oluşan kayma sürtünmesine karşılık gelir. Kullanılma yerlerine ve yük
taşıma kapasitesine göre değişik rulman tasarımları yapılmış olup bunlardan en çok
kullanılanları şekil 14. 1 ila şekil 14.10 arasında gösterilmiştir. Tasarım gereği rulmanlarda
yuvarlanma elemanları ile bilezikler arasında çok küçük kontak alanı olduğundan, kontak
bölgesinde büyük gerilmeler söz konusudur. Bu nedenle rulmanları oluşturan üç temel parça ,
iç bilezik, yuvarlanma elemanları (bilyeler) ve diş bilezik, için seçilen malzemelerin gerilme
dayanımı yüksek olmalıdır. Rulmanlarda yukarıdaki üç parçaya ilaveten, bilyeleri eşit
mesafede tutan bir kafes elemanı da kullanılır.
Modern makinelerde millerin yataklanmasında rulman ve kaymalı yataklar sıkça kullanılır.
Rulmanlı yatakların kaymalı yataklara karşı olan avantajları ve dezavantajları aşağıda
sıralanmıştır.
Şekil 144.1
Rad
dyal Rulma
an ve Yuvarrlanma Eleemanları
Avantaajları:
1. İİlk harekettte ve son haarekette düşüük sürtünme değerlerin
ne sahiptir. K
Kaymalı yaatakta
iise sadece hidrodinami
h
ik filim oluşşunca düşük
k sürtünme meydana geelir. Örneğiin;
R
Rulmanlı yaataklar tren vagonlarınnın akslarınaa monte edillen tekerlekklerin
yyataklanmaasında kullan
nılarak, bir birine bağlıı birçok vag
gonun ilk haareketini
kkolaylaştırırr (başlangıçç sürtünmessi düşük old
duğundan), böylece
b
vaggonları harekete
ggeçirmek iççin fazladan
n bir lokomootife ihtiyaçç duyulmaz.
2. Sürtünme katsayısının
k
düşüklüğü,, sürtünme kayıplarının
k
n azalmasınıı sağlar.
3. Y
Yağlanmasıı basit ve baakımı kolayydır.
4. Yatak boşluğu az olduğundan, yüksek toleransta imalat gereken yerlerde kolayca
kullanılabilir. Örneğin, elektrik motor şaftının yataklanmasında.
5. Yatak boyu (genişliği), kaymalı yataklara nazaran daha küçüktür.
6. Yatağa (şafta) önceden yüklenmiş yük olabilir.
Dezavantajları:
1. Değişken yüklere karşı sönümleme kapasiteleri kaymalı yataklara oranla azdır.
2. Yüksek hızlarda kaymalı yataklara oranla daha fazla gürültülü çalışırlar.
3. Radyal yönde daha fazla yer tutarlar (yuvarlanma elemanı, iç ve dış bilezikler mevcut
olduğundan).
4. Çalışma ömürleri kaymalı yataklara oranla daha azdır.
5. Kaymalı yatağa oranla daha pahalıdır.
Normal Çalışma koşullarında, kafesi olmayan bir rulman için genelde alınan sürtünme
katsayısı 0.001 ila 0.002 arasında bir değerdir.
14.2
RULMANLARIN TARİHİ
Tarihte ilk kez sürtünme kuvvetini yenmek için Mısırlılar MÖ 200 yıllarında yuvarlanma
elemanları kullandıkları sanılmaktadır. Daha sonra yuvarlak odunlardan yapılmış ve ham
petrolle yağlanan yataklar ilk at arabalarının tekerleklerinde kullanılmıştır. Leonardo da Vinci
1500 yıllarında ilk modern rulmanların temellerini keşfetmiştir. Rulmanlar 1700 li yıllarda
atların çektiği arabalarda kullanılmaya başlanmış ve normalde iki atın zorla çektiği arabayı,
bu rulmanlar sayesinde bir atla çekebilmişlerdir. Bessemer,in çelik prosesini 1856 yılında
keşfedilmesiyle, rulmanlar ekonomik olarak çelik malzemeden üretilmeye başlanmış ve
bisikletlerde yaygın olarak kullanılmıştır. Avrupa da rulmanlar 19. yüzyılda hızlı bir şekilde
geliştirilerek birçok makine parçasının yataklanmasında kullanılmaya başlanmıştır.
14.3
RULMANLI YATAK ÇEŞİTLERİ
Rulman çeşitleri iki ana kategoride toplanabilir, 1) Bilyeli rulmanlar ve 2) makaralı
rulmanlar. Her iki kategoride üç çeşit rulman mevcuttur. 1) Radyal rulmanlar, radyal yönde
yük taşırlar, 2) eksenel rulmanlar, eksenel yönde yük taşırlar ve 3) açısal temaslı rulmanlar,
radyal ve eksenel yük taşırlar.
Şekil 14.1, 14.2, 14.3 ve 14.4 üç tipte bilyeli rulmanları göstermektedir. Şekil 14.3f eksenel
rulmanı, Şekil 14.3b ve 14.3c açısal temaslı rulmanları ve Şekil 14.1, 14.2 ve 14.3 deki diğer
şekiller radyal rulmanları göstermektedir.
Şekil 14.1a tipik derin yivli radyal bilyeli rulmanın parçalarını ve montajını göstermektedir.
Şekil 14.1b ana parçaların montaj sırasını, şekil 14.1c bilye ile yivin temasını göstermektedir.
Bilye ile yivin temas yerlerindeki stres analizi diğer yuvarlanma elemanlarına göre daha
zordur. Bilyeli yataklar, şekil 14.2 de görüldüğü gibi taşıdıkları yüke bağlı olarak değişik
büyüklüklerde imal edilirler. Bu yataklar radyal yüke karşı boyutlandırılmalarına rağmen belli
bir değere kadar eksenel yükleri de taşıyabilirler.
Şekil 14.3a yiv kavisinden çentikli radyal rulmanları göstermektedir. Bu rulmanlara derin
yivli rulmanlarda olandan daha fazla bilye konulabilmektedir. Bu durumda, rulmanın radyal
yük taşıma kapasitesi %20 ila %40 artırılırken, eksenel yük taşıma kapasitesi aşırı oranda
azalır. Bunlara ilaveten, bu tip rulmanlar sadece 3o lik açısal sapmayı karşılayabilirken, derin
yivli rulmanlar 15 o lik açısal sapmaları karşılayabilir.
Şekil 14.3b de görülen eğik bilyeli rulmanlar sadece bir eksenel doğrultuda çok fazla yük
taşımakla beraber diğer doğrultuda hiç yük taşımazlar. Genelde her iki yönde eksenel yükün
olduğu durumlarda bu rulmanlardan iki tane kullanılarak, her biri bir yönde gelen eksenel
kuvvetleri karşılarlar. Şekil 14.3c görüldüğü gibi iki eğik rulman birleştirilip, tek bir rulman
olarak imal edilmiştir. Şekil 14.3d ve 14.3e oynak bilyeli rulmanlara örnek olarak verilmiş
olup, bu rulmanlar yatak ve şaft ekseni arasında oluşan büyük eksen sapmalarını (açı sapma
ve eksenel kaymaları) karşılayabilirler.
Bilyeli rulmanlar genel olarak ayrılmayan tek parça olarak birleştirilmişlerdir. Bu durumda
rulmana kapak ya da conta ilavesi yapılarak iç kısımda gres yağının doldurulabileceği bir
hacim oluşturulur. Birden fazla conta ve kafes türleri şekil 14.4 de gösterilmiştir. Kafes le
bilye arasında çok küçük boşluklar vardır ve bu boşluklar yağla dolduğundan yağlamaya
yardımcı olurken metal-metal sürtünmesine engel olur. Ancak çok küçük metal parçaları bu
boşluklara girebilir. Conta ise dönen parçalara değerek çalışan fakat rulmanı diş etkilerden
koruyan ve iyi bir yağlama ortamı sağlayan parçadır. Bu parçalar (conta, kapak ve kafes)
rulmanda sürtünmelere ve aşınmalara sebep olurlar. Aşınmaları ve sürtünmeleri azalmak için
rulmanların imalatında (yağlı satılırlar) yağ kullanılmaktadır.
Modern makinalarda rulmanların kullanımında, dış ve iç bilezikleri sabitlenmeden
kullanılırlar. Bu durum rulmanların daha yüksek yükler taşımasına, ömürlerinin uzamasına,
gürültülerinin azalmasına ve daha ucuza mal edilmelerine neden olur.
Genelde bilyeli rulman ile silindirik makaralı rulman arasındaki fiziksel fark, yuvarlanma
elemanlarının silindirik ve diş bileziğin ayrılabiliyor olmasıdır. Silindirik makaralar ve kafes
iç ya da diş bileziğe bağlı olarak veya bağlı olmayarak imal edilebilirler. Bu durum kapak ya
da contanın bileziklerin bir parçası olarak imal edilmelerini zorlaştırır. Kapak ve contalar pres
altında monte edilirler.
Şekil 144.2
Değğişik Serilerrdeki Rulm
manların Gö
öreceli Ora
anları
Şekil 144.3
Bilyyeli Rulman
n Tipleri
Şekil 144.4
Kap
paklı ve Conta Kapak
klı Rulmanllar
Şekil 144.5
Silin
ndir Yuvarrlanma Elem
manlı Rulm
manlar
Şekil 144.5 dört çeşiit silindir makaralı
m
rulm
manlara örn
nek göstermeektedir. Şekkil 14.5a da görülen
kapaksız rulmanın diş bileziğinde yiv olm
madığından, eksenel yü
ük taşımamaaktadır. Şek
kil 14.5b
de tek taaraflı eksennel yük taşıy
yabilen radyyal bir rulmaan görülmek
ktedir. Şekiil 14.5c de
sabitlem
me adaptörüü rulmanın içç bileziğinee eksenel yü
ük taşımadığ
ğı taraftan taakılarak rullmanın
her iki ddoğrultuda da
d az bir ek
ksenel yükü taşırlar. Sillindir makarralı yuvarlannma eleman
nlarının
uç kısım
mlarında oluuşan gerilmee yoğunlaşm
masını ortad
dan kaldırm
mak için yuvvarlanma
elemanıının uç kısım
mlarının çap
pı 0.004 mm
m azaltılır. Bu
B rulmanlaarda yuvarlaanma elemaanlarını
belli birr düzende tuutabilmek iççin kafes sisstemi kullan
nılır fakat baazı durumlaarda, şekil 14.9 da
görüldüüğü gibi iğnee yuvarlanm
ma elemanlıı rulmanlard
da kafes kulllanılmaz vee yuvarlanm
ma
elemanlları bir birleerine temas halindedirleer. Şekil 14
4.5d silindirrik yuvarlannma eleman
nlı bir
eksenel rulmanı gööstermektedir.
Silindiriik makaralı rulmanlar Şekil
Ş
14. 6 ddan 14. 9 a kadar olan şekillerde ggösterildiği gibi
dört tiptte imal ediliirler. 1) Silindirik makaaralı, 2) fıçıı makaralı, 3) konik maakaralı, 4) iğneli.
i
İğneli ruulmanlar, siilindirik rulm
manların özzel bir durum
mu olup, yu
uvarlanma eelemanının
boyununn çapının enn az 4 katı olduğu
o
duruumdur.
Şekil 144.6 üç değişşik fıçı makaaralı rulmann örneği gösstermektediir. Tek sıralıı olan az birr
eksenel yük taşımaa kapasitesin
ne sahipkenn, iki sıralı olan
o radyan yönde taşıddığı yükün %30
% u
kadarınıı eksenel yöönde taşıyab
bilmektedir.. Fıçı makarralı eğik rullmanlar ise bbir yönde çok
yüksek oranda ekseenel yük taşşıma kapasittesine sahip
ptirler.
Şekil 144.6
Fıçı Yuvarlanm
ma Eleman
nlı Rulmanllar
Şekil 144.7 de konikk makaralı rulman
r
örneekleri görülm
mektedir. Bu
B tip rulman
anların ayrın
ntılı
geometrrik görünüm
mü ise şekil 14.8 de verrilmiştir. Ko
onik yuvarlaanma elemaanının eğim
mi, iç ve
diş bilezziklerdeki yuva
y
yüzeylerinin eğim
mi dönme ek
kseni üzerinde aynı nokktada birleşiirler.
Geneldee, tek sıralı, iki konik yuvarlanma
y
elemanlı ru
ulman aynı anda
a
kullannılır (Araba
tekerlekklerinde). Buuraya kadarr bahsedilenn rulman tip
pleri çok gen
nel tipler olu
lup daha değ
ğişik
rulman tipleri ise im
malatçı kataaloglarındann bulunabiliir.
Şekil 144.7
Kon
nik Yuvarla
anma Elem
manlı Rulmanlar
Şekil 144.8
Kon
nik Yuvarla
anma Elem
manlı Rulmanların Ay
yrıntılı Görü
rünümü
Tüm yuuvarlanma elemanlı rulm
manların içiinde, iğne yuvarlanma
y
elemanlı ruulmanlar en fazla
eksenel ve radyal yük
y taşıma kapasitesine
k
e sahip rulm
manlardır ve şekil14.9 dda gösterilm
miştir.
Şekil 144.9
İğnee Yuvarlan
nma Eleman
nlı Rulman
nlar
Yuvarlaanma elemaanlı yataklarr çeşitli uyguulamalar için, çeşitli şeekillerde im
mal edilmekttedirler.
Bunlar aarasında hem
m genel, heem de özel kkullanım am
maçlı olanlarr mevcutturr. Bunlar rulman
imalatçııların katalooglarından bulunabilirle
b
er. Bunlardan birkaç taanesi şekil 114.10 da
gösterilm
miştir. Şekiil 14.10a ad
daptörlü rulm
mana, bir örnek
ö
olup, bu
b rulmanlaar genel amaçlı
imal ediilmiş millerrin yataklanmasında, yaataklarda heer hangi bir işleme yapm
maksızın ku
ullanılan
yataklarrdır. Şekil 14.10b ayakklı rulman yuuvası, şaftlaarın yüzeye paralel olduuğu durumllarda
milleri yyataklamak için kullanılırlar. Şekiil 14.10c fla
anşlı rulman
n yuvası, yüz
üzeye dik
doğrultuuda olan şafftların yatak
klanmasındaa kullanılır. Şekil 14.10
0d ara makaara tekerleğ
ği, ucuz
ve sabittlenmemiş içç ve diş bileezikli rulmaanlara kayışş kasnağının
n uyarlandığğı rulmanlarrdır.
Şekil 144.10e İnce şaftın
ş
ucuna
a birleştirilm
miş rulman, bunlar açıssal hareketinn gerekli old
duğu
birçok bbirleşme nokktalarında kullanılırlar
k
. Şekil 14.10f kam başlıklı iğneli rrulman, diş bileziğe
Şekil 144.10
Özeel Rulmanla
ara Bazı Örrnekler
etki edeen yüksek miktardaki
m
cam kuvvetleerini taşımaakta kullanıllırlar. Şekil 14.10g şaft
fta
uyarlannmış yataklaar, su pomp
palarının şafftlarında, çiim makarnalarının şaftllarında ve diğer
d
makine şaftlarının yataklanma
y
asında kullannılırlar. Şek
kil 14.10h V-kayışlı
V
kassnağa uyarllanmış
mil, bu m
motorlarda genellikle kayış
k
kasnak
ak tertibatınd
da kullanılm
maktadır. Şeekil 14.10i bilyeli
b
burç ve şekil14.10j sürekli dönen zincir yataklar, Bunlar daha az kullanılmakta olan rulmanlı
yatak uygulamaları olup mil üzerinde hareket eden parçaların yataklanmasında kullanılırlar.
14.4
RULMANLI (YUVARLANMA ELEMANLI) YATAK TASARIMI
Rulmanların ayrıntılı tasarım metodolojisi burada incelenmeyecektir. Diğer taraftan
rulmanların nasıl seçileceği ve kullanılacağı anlatılacaktır.
Rulmanların tasarımında yuvarlatılmış yüzey teması ve yorulma göz önünde bulundurulur.
Şekil 14.1c de yuvarlanma elemanı ile yivin teması görülmektedir. Burada yivin yuvarlaklığı
çok önemli bir parametredir. Yivin yarıçapının, bilye yarıçapından önemsiz sayılacak kadar
büyük seçilmesi iki parçanın temas yüzeyini izafi olarak artırır ve temas noktasındaki
gerilmesini azaltır. Fakat bu gerilme dönme eksenine göre değişik bölgelerde değişik
değerlerdedir. Bu durum kaymalara ve buna bağlı olarak aşınmalara neden olur. Yivin
yuvarlaklığının seçimi, (genelde iç bilezikteki yivin yuvarlaklık yarıçapı, bilyeninkinin %104
olarak ve diş bilezik yivinin yarıçapı ise çok az büyük seçilir) yükün geldiği alan ile kayma
arasındaki ilişkiyi ayarlayacak bir değerde olmalıdır.
Rulmanlarda malzeme seçimi de çok önemli olup, genelde yüksek karbonlu krom çelikleri
(SAE 52100) 58 ila 65 Rockwell C değerine varan sertleştirilmelerden sonra kullanılır.
Rulmanın kullanım yerine ve taşıdığı yüke bağlı olarak özel ısıl işlemler kullanılarak temas
yüzeylerinde iç gerilmeler oluşturulur. Yuvarlanma elemanları genelde karbonlu çeliklerden
imal edilirler. Yüzeyde oluşan basma iç gerilmeleri karbonlama sırasında oluşur. Kullanılan
tüm rulman malzemeleri vakumda tutularak gazları uzaklaştırılır.
Tasarımda rulmanların iç ve diş bileziklerinin ve yuvarlanma elemanlarının rijit olması çok
önemlidir. Rulmanlardaki temas yüzeyinde oluşan gerilmeler, rulmanın iç bilezik, diş bilezik
ve yuvarlanma elemanında oluşan deformasyon (sehim) ile dönme hızının ve yağlamanın bir
kombinasyonudur. Bu durum rulman tasarım mühendislerinin elastohidrodinamik yağlama
alanını kullanmalarını gerektirir.
Rulmanlarda imalat toleransları oldukça önemlidir. Bilyeli rulmanlarda, Anti Friction Bearing
Manufacturers Association (AFBMA) nin Annular Bearing Engineers’ Committee (ABEC) si
ABCE 1, 5, 7 ve 9 olarak dört değişik rulman kalitesi yayınlamıştır. ABCE 1 standart kalite
olup hemen hemen tüm normal uygulamalarda kullanılır. Diğer kalitedeki rulmanlar ise, daha
iyi (sıkı) toleranslara sahiptir. Örneğin: delik çapı 35 mm ila 50 mm arasındaki rulmanlar için,
ABCE 1 tolerans kalitesi kullanıldığında delik toleransı 0.00000 inch ila -0.00050 inch
arasında değişirken, ABCE 9 tolerans kalitesi kullanıldığında iç delik toleransı 0.00000 inch
ila -0.00010 arasında değişir. Rulmanın diğer parçaları ve boyutları için de buna uygun
toleranslar, yine aynı grup (AFBMA) tarafından yayınlanmış olup, bilyeler için RBEC
standardını 1 ve 5 kalitelerinde yayınlamıştır.
14.5
RULMANLI YATAKLARININ TAKILMASI
Genel uygulamalarda dönen makine elamanı ile temas halinde olan rulman bileziği o makine
elemanın üzerine sabitlenerek izafi hareketi önlenir. Tolerans kalitesine, yatak tipine ve
büyüklüğüne göre nasıl takılacağı belirlenir. Örneğin: ABEC 1 toleransındaki bir rulman da
sabit bilezik toleransı 0,0005 inch olup dönen ring 0,0005 inch kesişme yüzeyine sahiptir. Şaft
ve rulman yatak yeri için imalatçı toleransları genelde 0,0003 inch olarak ABEC 1 bilyeli
rulman için alınır.
Bilinmesi gerekir ki, toleransların biraz fazla olması veya rulmanın düzgün bir şekilde
yatağına ve ya şafta veya her ikisine takılmaması durumunda, bilyeler ile iç ve diş ringler
arasındaki tolerans değişir. Bilyeler ile yivleri arasında (bilyeler ile iç ve diş bileziklerdeki
yivleri arasında) kesişme yüzeyleri oluşur (bilyelerle yivler arasındaki toleransı azaltır) ve bu
durum rulmanın ömrünün azalmasına neden olur.
Rulmanlar takılırken veya çıkarılırken uygulanacak yük mutlaka sıkı geçmiş parçanın temas
halinde olduğu bileziğe (iç ya da diş bileziğe) olmalıdır. Aksi durumda rulmana zarar
verilebilir. Rulmanın takılma durumuna bağlı olarak bazen iç ya da diş bileziklerden diş
bilezik soğutularak ve iç bilezik ısıtılarak monte (yerine takılırlar) edilirler.
Rulmanların takılması ve çıkarılması konusunda ANSI ve AFBMA standartlarından bilgi
edinilebilir.
14.6. RULMANLARIN KATALOĞ BİLGİLERİ
Rulmanlar imalatçı kataloglarında numara ile tanımlanırlar. Bu numaralar, rulmanın tüm
boyutlarını, yük kapasitesini, takma koşullarını, yağlama ve çalışma koşullarını verir. Tablo
14.1 de en çok kullanılan radyal bilyeli rulmanların, eğik bilyeli rulmanların ve silindirik
makaralı rulmanların boyutları verilmektedir. Genelde bu tip rulmanların delik çapları rulman
numarasının son iki rakamının beş katıdır. Örneğin: L08 numaralı rulman hafif yükler için
olup delik çapı 40 mm ve rulman numarası 316 olan rulman ise orta derecede yükler için olup
delik çapı 80 mm dir. Rulman numarasındaki numaralar ya da harfler rulman hakkında
bilgiler içermektedir.
Tablo 14.2 ise rulmanların taşıyabileceği yükleri vermektedir. Burada deneyler için uygulanan
yük normalde aynı grup rulman için uygulananın %90 nına karşılık gelen sabit yük olup,
rulman 3000 saat ve 500 rpm dönme hızıyla çalıştırılır. Bu deney sonucunda rulman yiv
yüzeylerinde yorulma görülmemesi gerekmektedir. Farklı rulman üreticileri aynı rulman için
farklı yük değerleri verebilirler, onun için katalogdan mutlaka kontrol edilmelidir.
Şekil 144.11
14.7
Şaftt ve Rulman
n Yatağı K
Köşe Yarıça
apı
R
RULMAN SECİMİ
Bilinen bir rulman uygulamasıı için mühenndis; rulmaan tipini, tolerans kaliteesini (geneld
de
ABEC 1 kullanılır)), yağlayıcıy
yı, kapatmaa şeklini (kap
pak ya da conta) ve tem
mel yük oraanını
seçer. Ö
Örneğin: Eğeer rulman saabit durumdda iken (dön
nmüyor) yü
üksek değerdde sabit yük
ke
maruz kkalırsa (kataalog değerin
nin üzerindee), bilyeler yivlerinin
y
iççine doğru ççok az girin
nti
yaparlarr. Bu durum
m Birinell seertlik deneyyinin oluşturrduğu çukurra benzediğiinden Birin
nellik
olarak aadlandırılır ve
v rulman dönerken
d
güürültülü çalıışmasına neden olur. Eğğer yük verrilen
değeri rrulman döneerken geçerse, yüzeydee oluşan çuk
kur tüm ring
gi kaplayacaağından, gü
ürültü
olmaz.
mesi gereken
n durum makksimum hızzdır. Buradaaki hız sınırllaması dönm
me
Diğer diikkat edilm
hızındann ziyade, yüüzeydeki çizzgisel hızdırr. Böylece küçük
k
rulmaanlar büyükklere oranla daha
yüksek hızlarda (rppm) çalıştırıılabilirler. Y
Yağlama özeellikle yüksek hızlı rulm
man
uygulam
malarında önnemli bir faaktör olup, iince yağ, bu
uhar şeklind
de yağ veya sprey yağ
kullanılır. Böylece yağlama için gerekli oolan yağ filim
mi oluşur faakat sürtünm
meyi sonucu
u oluşan
isinin yaağlayıcı ile taşınımı miinimum oluur. ABEC 1 kalitesinde olan bir sırralı bilyeli ru
ulman
eğer buhhar metoduyyla yağlanıy
yor ve plasttik kafes le bilyeler
b
bir birinden ayyrılmış ise, iç
i
bileziğinn çizgisel hızı
h 75 m/s ve
v katalog ddeğerinin üççte biri kadaar yük altındda 3000 saat hiçbir
problem
m çıkarmadaan çalışır. Bundan
B
anla şılan DN deeğeri (delik çapı (mm) ççarpı rpm) genelde
g
6
1.25 x 110 dir. DN değeri, çarp
pma ile yağğlamada ve yağ
y damlam
ması ile yağllama koşulllarında
üçte de birine, gress ile yağlam
mada üçte ikiisine düşer. Rulmanlarıın en iyi şarrtlarında, biirçok
000 olarak alınır.
a
Yükssek hız
yuvarlannma elemannlı rulmanlaar için DN ddeğeri 450,0
uygulam
malarında ruulman imalaatçısıyla konnuşularak alınması
a
gereken DN deeğeri belirleenir.
Rulmann seçiminde,, eksen sapm
maları ve yaağlama şekllide göz önü
üne alınmalılıdır. Eğer sııcaklık
fazla isee, rulman im
malatçısı ile görüşülme lidir.
Rulmann boyutları genellikle
g
şaaftın çapınaa göre seçilm
mekle birlik
kte, rulmanınn yerleştirilleceği
alanın bbüyüklüğü de
d etkili olur. Bunlara iilaveten, rullmanın gerekli olan yükkü de belli bir
b
zaman iiçinde herhaangi bir prob
blem çıkarm
madan taşıy
yabilmelidir.
Tablo 114.1
Rulm
manlı Yata
ak Boyutlarrı
Tablo 114.1 in Devamı
Tablo 114.1 in Devamı
Tablo 114.2
Rulm
manlı Yata
ak Kapasiteesi, C, 90x1
106 %90 Güvenlikle D önme Öm
mrü
14.7.1 RULMANLARIN ÖMÜR ŞARTLARI
Genelde rulmanların gerekli ömrü katalogda belirtilenden daha farklıdır. Palmgren bilyeli
rulmanların ömrünü uygulanan yükün yaklaşık olarak üçüncü kuvveti ile ters orantılı
olduğunu ifade etmiştir. Daha sonraki çalışmalar göstermiştir ki bu değer yuvarlanma
elemanlı yataklarda 3 ve 4 arasında değişmektedir. Birçok imalatçı halen Palmgrenin değeri
olan 3 ü bilyeli rulmanlar için ve 10/3 ü ise silindirik makaralı rulmanlar için üst olarak
almaktadır. Burada 10/3 değeri her iki bilyeli ve silindirik makaralı rulmanlar için
kullanmıştır.
.
14.1 /
.
14.1
Burada;
C = Kapasite (katalogdan) oranı (Table 14.2)
Creq = Uygulama için gerekli C değeri
LR = Kapasiteye karşılık gelen ömür (genelde 9 x 107 devir değeri alınır.)
Fr = Uygulamadaki gerçek radyal yük
L = Fr yüküne karşılık gelen ömür veya uygulamadaki ömür gereksinimi
Rulmanlara kapasitesinin iki katında yükleme yapılınca ömrü 10 kat azalmaktadır.
Farklı imalatçıların kataloglarında farklı LR değerleri kullanmaktadır. Bazıları LR = 106 devir
(dönme) olarak alırlar. Hızlı bir hesaplama ile 106 devir temeline göre verilen ömür değerleri
ile karşılaştırmak için Tablo 14.2 deki değerlerin 3.86 ile çarpılması gerekir.
14.7.2 DAYANIKLILIK GEREKSİNİMİ
Deneyler göstermiştir ki, yuvarlanma elemanlı rulmanların (özellikle bilyeli rulmanların) orta
ömrü %10 luk yorulma arızası ömürlerinin 5 katına eşittir. Standart ömür için genelde L10 ile
(bazen B10) kullanılır. Bu ömür %10 arızaya karşılık geldiğine göre, aynı zamanda %90
arızalanmayan duruma karşılık gelir ve bu %90 güvenilirlik değeri olur. Böylece, %50
güvenilirlik ömrü (orta ömür), yaklaşık olarak %90 güvenilirlik ömrünün beş katıdır.
Rulman imalatçıları genelde %90 dan daha yüksek dayanıklılık değerleri için tasarım
yapmaktadırlar. Yorulma ömürleri için yapılan testlerde aynı imalat grubundan seçilen
rulmanlar kullanılmasına rağmen test sonucunda normal dağılım eğrilerine uymamaktadır.
Genelde rulmanların yorulma karakteristiği şekil 14.12 de görüldüğü gibi çarpık bir dağılım
gösterir. Bu dağılım W. Weibull tarafından matematiksel formül ile ifade edilmiş olup adına
Weibull dağılımı denmiştir. Şekil 14.13 de görülen güvenli ömür ayarlama faktörü (life
adjustm
ment reliabillity factors) AFBMA nnın yaptığı teestler ve Weeillbullun m
matematik
formülüünden üretilen değerler yardımıylaa elde edilm
miştir. Bu fak
ktör hem billyeli hem de
silindiriik makaralı rulmanlar için geçerliddir. Verilen herhangi biir güvenilirllik değeri iççin (%90
dan büyyük) rulmannın ömrü Kr LR değerleerinin bir sonucudur. Bu
u katsayılarrı denklem 1 de
yerine kkoyarsak;
.
14.2
.
14.2
Şekil 144.12
Rulm
man Yorullma Ömrü Dağılımı Şekil
Ş
14.13
Güvenililirlik Katsa
ayısı,
EKSENEL
L YÜKÜN ETKİSİ
E
14.7.3 E
Silindiriik makaralı rulmanlar çok
ç düzgünn olarak kon
nstrüksiyon yapılsalar vve yağlansallar bile
silindiriik yuvarlanm
ma elemanlarının uçlarrında oluşan
n sürtünme kuvvetleri
k
nnedeniyle raadyal
yönde taaşıyabildiklleri yükün ancak
a
%20 ssini eksenell yönde taşıy
yabilirler. B
Bu durumlaar için
iki tane silindirik makaralı
m
rulm
man şaftlarıın yataklanm
masında haffif eksenel yyüklerin taşşınması
amacıylla kullanılırrlar. Fıçı maakaralı rulm
manlar ise so
on derece yü
üksek eksennel yüklerin
taşınmaasında kullannılırlar.
Bilyeli rrulmanlar iççin, herhang
gi değerdekki radyal yük
klere ( ) vee eksenel yüüklere ( ) karşılık
k
gelen öm
mür, bu yükklerin toplam
mına eşit ollan (karşılık
k gelen) yük
k ( ) ye karrşılık gelen ömürle
aynıdır ve aşağıdda sıralanm
mış denklemllerle kullan
nılarak hesap
planır. Rulm
manlara uyg
gulanan
yük, yükk açısı yaa bağlı olaraak şekil 14.33b de gösterrilmiştir. Raadyal yüklün
ün uyguland
dığı
radyal rrulmanlardaa yükleme aççısının değeeri sıfırdır. Bilyeli
B
yataaklarda  yüükleme açısının
o
o
o
standartt değerleri 15
1 , 25 ve 35
3 olarak uuygulanır. Burada
B
sadecce 25o lik yü
yükleme acıssına
sahip ollan rulmanlaara ait denk
klemler verillecektir.
0
0.35
10, 0.35, 1
10,
1.115
0.35
14.3
0.68
14.4
1.176
0
0.68
0.68, 10, 1
10,
0.870
0.911
ŞOK YÜK
KLEME
14.7.4 Ş
Standarrt rulman kaapasitesi norrmal düzgünn yük dağılıımı altında belirlenmiş
b
ş olup, ani yük
y
değişim
mleri (şok yüüklemeler) göz
g önünde bulundurullmamıştır. Bazı
B durumllar için bu doğru
d
olup, baazı durumlarda ise (krank şaft) şokk yüklemeleer söz konussu olur. Bu durumda ru
ulmana
uygulannan nominall yük uygula
ama faktörüü
kadar artar.
a
Tablo
o 14.3 de baz
azı
değerrleri
verilmişş olup, özel uygulamalaarda deneyiim de önem
mlidir.
Tablo 114.3
Uyggulama Kattsayısı
14.7.5 Ö
ÖZET
Denklem
m 2 de
yeerine
ve
ilave eddilirse aşağıd
daki denklemler elde eddilir.
.
14.5
.
14.5
Buradakki soru, yukkarıda verileen denklemllerin kullanılması durumunda L nıın değeri nee olarak
alınmalııdır. Eğer daha
d
iyi bir kaynak
k
yokksa, Tablo 14
4.4 deki değ
ğerler belki bu amaçla
kullanılabilir.
Tablo 114.4
Uyggulama Koşşullarına G
Göre Yatak Tasarım Ömürleri
Ö
Genel oolarak rulmaanın diş bileeziği yüke kkarşı izafi haareket ediyo
or ise rulmaanın ömrü katalog
k
değeriniin altında allınır. Son zaamanlarda yyapılan çalışmalar gösttermiştir ki, diş bileziğii
dönmessi nedeniyle ömür azaltmaya gerekk yoktur. Eğ
ğer her iki ring
r dönüyoorsa, iki ring
gin
arasındaaki hız farkıı ömür hesaabı için kullaanılır.
Problem
m 1: Makinne için seçileen rulman ggünde 8 saatt haftada 5 gün,
g 1800 rp
rpm le
çalışmakktadır. Yükkler hafif ve orta şiddettte şok etkisi yapmakta olup, radyaal yük 1.2 kN
N ve
o
o
eksenel yük 1.5 kN
N olup uygulama acılarıı 0 ve 25

için
n uygun rulm
manı seçinizz.
Verilen
nler: Rulmaan her gün 8 saat ve haaftada 5 gün
n çalışıyor, sabit
s
yük taşşıyor, radyaal yük =
1.2 kN vve eksenel yük
y = 1.5 kN
N
İstenen
n: Uygun rullmanı seçin
niz.
Şekil 144.14
Rad
dyal ve Eğik
k Bilyeli Ru
ulmanlar
Çözüm:
k,
Kabulleer: 1) %90 güvenilirlik
D
Denklem 144.3 ve 14.4 den;
1.5
1.2
1.25
ö 1.2 1
1.2 1
1
1..115
1
0.8
870
1.5
1.2
0.870
0.68
0
0.35
1.5
5
1.2
2
1.115
ü ü
. 0.68
0..35
.
. Tablo 14.3 den haffif ve orta deerecede şokk kuvvetler için
i Ka = 1.5 alınır. Tabblo 14.4 den
n
çalışma koşullarınaa karşılık geelen güvenlii ömür 30,0
000 saate olaarak seçilir. Bu değer
kullanılarak çalışm
ma şartlarınaa karşılık ge len ömür aşşağıdaki gib
bi hesap edillir.
1800
30,000
60
Standarrt %90 güveenilirlik için
n Şekil 14.3 den, Kr = 1.0
1 ve tanım
mlamadan LR = 90 x 106 devir
alınıp ve denklem 5b
5 kullanılaarak;
.
2.4
2 1.5
3
3290
1 90
10
10
.
.
.
1.8 1.5
3290
1 90
10
1
10
1
.
.
ğ Tablo 14.2 den raddyal rulman için rulmann delik çaplaarı 70, 55 vee 35 olup buu çaplara kaarşılık
gelen ruulmanlar sırrasıyla tablo
o 14.1 den L
L14, 211 ve 307 olarak seçilir. Acıısal rulman için,
Tablo 14.2 den raddyal rulman için rulmann delik çaplaarı 55, 35 vee 30 olup buu çaplara kaarşılık
gelen ruulmanlar sırrasıyla tablo
o 14.1 den L
L11, 207 ve 306 olarak seçilir.
Problem
m 2: Radyaal temaslı 21
11 numaralıı yatak, prob
blem 1 deki uygulama iiçin seçilmiiştir. a)
rulmanıın ömrünü %90
% güvenilirlikle tahm
min edin, b)) 30,000 saaat ömür içinn güvenilirliğini
tahmin edin. Rulmaan Şekil 14.15 de görüülmektedir.
Verilen
nler: Rulmaan numarası 211, ömür 30,000 saatt
İstenen
nler:
a) ruulmanın öm
mrünü %90 ggüvenilirliklle tahmin ed
din,
b) 300,000 saat ömür
ö
için güüvenilirliğin
ni tahmin ed
din.
Şekil 144.15 Radyaal Rulman
Kabulleer:
1) Bilyeli
B
rulmaanın ömrü yyükün 10/3 gücüyle ters orantılıdırr. Denklem 14.5a.
2) Uygulama
U
kaatsayısı Ka = 1.5, Tablo
o 14.3 den
Çözüm: 1) denklem
m 14.5a;
1.2
1
1
1.1
115
.
1.5
1.2
1.0 90
0.35
10
. 12.0
1
2.4
4 1.5
.
,
2) Tekraar denklem 14.5a dan;
1800
30,000
3
3240
10
60
90
10
12.0
3.6
.
.
Şekil 144.13 den güvvenilirlik %95
% olarak bbulunur.
NOTE:: %90 güvennilirlikle rullman ömrü = 45920 saaat, %95 güv
venilirlik ilee rulman öm
mrü =
30,000 ssaat dir.
Problem
m 3: Bir tanne 207 numaaralı radyann bilyeli rulm
man 1000 rpm
rp hızıyla dönüyor. Radyal
R
yük %550 lik zamann diliminde 3 kN, %30 luk zaman diliminde
d
5 kN ve %200 lik zaman
dilimindde 7 kN olarrak zamanlaa değişmekttedir. Yük düzgün
d
olarak dağılmışş olup Ka = 1 dir.
Rulmannın B10 ve orrtalama ömrrünü bulunuuz.
Verilen
nler: 207 rulman, n = 1000
1
rpm, yyük 3 kN, 5 kN
k ve 7 kN sırasıyla
s
%
%50, %30 vee %20
oranlarr için, Ka = 1
İstenen
n: B10 ve ortaalama ömürr
Çözüm: Yük dağıllımının graffik gösterim
mi
Şekil 144.16
Rad
dyal Rulma
an ve Yük D
Değişimi
Tablo 14.1 den 2077 nolu rulmaan için delikk çapı bulun
nur ve Tablo14.2 den aaynı rulman
n için,
6
C = 8.55 (LR = 90 x 10 )
Denklem
m 14.5a dann;
.
;
; Ka = 1 ve %90
% güveniilirlik için Kr = 1.0
1.0
a.
3
ç 90
1.0
.
.
.
10
8.5
3
.
.
b.
5
ç 90
10
8.5
5
c.
7
ç 90
10
8.5
7
.
.
Rastgele yükler için Yorulma ömrü formülü:
⋯….
1
1
Burada; n belli bir zamandaki devir sayısı, N belli bir zamandaki devir sayısına
karşılık gelen ömür (yükleme sayısı), X dakika olarak operasyon zamanı,
1
500
2886 10
524,436 min veya
300
526.8 10
200
171.8 10
1
Orta ömrü yaklaşık olarak
( ) ömrünün beş katı kadardır.
Böylece orta ömür 43,703 saattir.
NOTE: Averaj ömür ise orta ömrün yaklaşık beş katı olduğu deneylerle ispat edilmiştir.
14.8
RULMANLARDA YAĞLAMA
Rulmanlarda temas yüzeyleri yuvarlanma ve kayma gibi izafi hareketler yaparlar. Gerçekte
hareketlerin nasıl olduğunu anlamak çok zordur. Eğer kayma yüzeyinin izafi hızı yeteri kadar
yüksek ise hidrodinamik yağlama oluşur. Tamamen dönme hareketi olduğunda (kayma yok)
ve yağlayıcı yüzeyler arasına uygulanırsa Elastohidrodinamik yağlama (EHD) gerçekleşir.
Buna örnek olarak dişlilerin diş teması, rulmanlar ve kam millerindeki kam yüzeyleri
verilebilir. Rulmanlarda iki yüzey arasına sıkışan yağ filminde çok yüksek bir basınç oluşur.
Viskozite basınçla eksponenşil olarak artığından, yüzeyler arasına sıkışan yağın viskozitesinin
çok fazla artmasına sebep olur. Bu sebepten dolayı, kontak bölgesine giren ve kontak
bölgesinden çıkan yağdaki viskozite değişimi, soğuk asfalt ile ince makine yağının viskozite
farkı kadar olduğu deneylerde gözlenmiştir.
Rulmanların yağlanmasının nedenleri:
1.
2.
3.
4.
Kayan ve dönen yüzeyler arasında yağ filimi oluşturmak için.
Sıcaklığın yayılmasını ve uzaklaştırılmasını sağlamak için.
Yüzeyleri korozyondan korumak için.
Yabancı maddelerin rulmana girişine engel olmak için.
İnce yağ ya da gres den herhangi birisi yağlama amaçlı kullanılır. Aşağıda yağlayıcı seçme
koşullar verilmiştir.
Yağlayıcı olarak ince yağ seçme koşulları:
1.
2.
3.
4.
5.
Sıcaklığın yüksek olduğu durumlarda,
Hız yüksek olduğu durumlarda,
Yağ sızdırmazlığının uygulandığı durumlarda,
Rulmanın gresle yağlanmasının uygun olmadığı durumlarda,
Rulmanın ana yağlama sisteminden yağlanması durumunda (diğer makine parçaları da
bu sistem tarafından yağlanır).
Yağlayıcı olarak gres yağı seçme koşulları:
1.
2.
3.
4.
5.
Sıcaklık 200 oF dan fazla olmadığı durumlarda,
Hız düşük olduğu durumlarda,
Dışarıdan gelen yabancı maddeler için fazladan önlem alınması gereken durumlarda,
Rulman kapağının veya contasının kullanılması gereken durumlarda,
Uzun süre herhangi bir bakıma ihtiyaç duymadan kullanım gereksinimlerinde,
14.9 RULMANLARIN EKSENEL YÜK TAŞIYABİLEÇEĞİ UYGUN MONTAJ
ŞEKLİ
İmalatçılar el kitaplarında (kataloglarında) geniş olarak rulmanların kullanım alanlarını ve
birleştirilmelerini izah etmişlerdir. Burada sadece eksenel yük taşıyan rulmanlı yatakların
birleştirilmesindeki temel prensiplerden bahsedeceğiz. Şekil 14.17 ve 14.18 iki ayrı
birleştirme prensibini göstermektedir. Makine parçasına direk etki eden eksenel yük olmasa
bile, çalışma sırasında titreşimlerin, yerçekiminin ve başka etkilerin oluşturabileceği eksenel
kuvvetler göz önünde bulundurulmalıdır.
Şekil 144.17
Herr Bir Rulma
an Sadece B
Bir Yönde Eksenel Ku
uvvet Karşşılıyor
Şekil 144.18
Sold
daki Rulma
an Her İki Y
Yönde Ekssenel Kuvveet Karşılıyoor
Prensip olarak her bir
b yönde etki eden ekssenel kuvveet sadece vee sadece bir rulman taraafından
man sol taraffa doğru
karşılannmalıdır. Şeekil 14.17 deeki birleştiriilmiş parçallarda, sol taaraftaki rulm
ve sağ ttaraftaki rulm
man ise sağ
ğ tarafa doğrru olan ekseenel yüklerii taşırlar. İm
malat şekli
8 deki
nedeniyyle hiçbir ruulman diğer tarafa doğruu olan eksenel yükleri taşımazlar. Şekil 14.18
birleştirrilmiş parçaların sol tarrafındaki rullman her ik
ki yönde gelen eksenel yyükleri
karşılam
masına rağm
men, sağ taraaftaki rulmaan Yatağının
n içinde herr iki yöne ka
kayabildiğin
nden
eksenel yük taşımaaz.
nda az bir booşluk mevcu
ut olup,
Şekil 144.17 de görüüldüğü üzerre rulman kaapağı ile rullman arasın
bu boşluuk termal geenleşmeler sonucunda oluşacak yü
üklemelerdeen rulmanlaarı korumak
k için
bırakılm
mıştır. Genelde, neden her
h iki yöndde gelen ekssenel yüklerri taşımak iççin iki rulm
man
kullanılmıyor sorussuna, kullan
nılmalı dem
mek doğru vee pahalı bir cevap olur.. Burada şafft
üzerindee bulunan ruulmanlar arrasındaki meesafe, rulmaan yataklarıındaki mesaafe ile aynı
olmalıddır. Bu şartı sağlamak hassas
h
imalaatı gerektird
diği için malliyeti fazla oolur fakat yine de
tercih eddilmelidir. Eğer
E
boşluk
klar uygun oolarak ayarllanmaz ise, az bir miktaardaki ısıl
genleşm
meler sonucuunda bile ru
ulmanlar aşıırı eksenel yüklenme
y
ile karşı karşşıya kalır, bu
u da
rulmanlların ömrünüün azalmasına direk etk
tki eder.
m 4: Şekildde görüldüğü
ü gibi, zinciirle hareket ettirilen ve 350 rpm deevirde 1200
0 lb yük
Problem
taşıyan ara (gerdirm
me) kasnağıı bir şaft üzeerine montee edilmiş vee iki 200 serrili rulman ile
i A ve
B noktaalarından yaaltaklanmışttır. Günde 8 saat ve hafftada 5 gün çalışmaktaddır. 200 seriisinden
doğru ruulmanı seç.
Verilen
nler: n = 3550 rpm, Yük = 1200 lb, 200 serisin
nden rulman
n
İstenen
n: Rulman secimi
nmalıdır.
Çözüm: Öncelikle rulmanlaraa gelen yükller hesaplan
1200
0
Yukarıddaki iki denkklemden;
1.75
1200 2.5
. 0
. Tablo 14.4 den %90 güvenilirlik ve günde 8 saat ve haftada 5 gün çalışma koşulu ile 30,000
saat seçilir. Ayrıca tablo 14.3 den uygulama faktörü ise Ka = 1.1 seçilsin ve Şekil 14.13 den
%90 güvenilirlik için Kr = 1.0 olarak alınır.
B noktasındaki rulmana gelen kuvvet daha fazla olduğundan rulman seçimi B noktasındaki
rulman için yapılır.
.
Burada
350
.
60
1714.3 1.1
dır.
30000
630 10
1.0 90 10
.
, Tablo 14.2 kullanılarak delik çapı 65 mm olan rulman seçilir. Bu değer kullanılarak Tablo
14.1 den 213 nolu rulman bu uygulamadaki her iki rulman için seçilmiş olur.