close

Enter

Log in using OpenID

TRİBOLOJİ - Mehmet Adem Yıldız

embedDownload
TRİBOLOJİ
TRİBOLOJİ
Prof. Dr. İrfan KAYMAZ
Prof. Dr. Akgün ALSARAN
Arş. Gör. İlyas HACISALİHOĞLU
Atatürk Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi
Makine Mühendisliği Bölümü
Atatürk Üniversitesi
Giriş
TRİBOLOJİ
Bu bölüm sonunda:
 Tribolojinin temel esaslarını
 Sürtünme çeşitlerini
 Kuru Sürtünme
 Sınır Sürtünmesi
 Sıvı Sürtünmesi
 Yuvarlanma Sürtünmesi
 Aşınma mekanizmalarını
 Yağlayıcı çeşitlerini ve Özelliklerini
 Viskozite kavramı
 Petroff Denklemini
öğrenmiş olacaksınız…
Atatürk Üniversitesi
Triboloji
TRİBOLOJİ
Sürtünme:
• Temas eden ve izafi harekette bulunan iki makine elamanın temas
yüzeyinde ortaya çıkar
• Buna bağlı olarak sıcaklık yükselişi ve ısınma, aşınma ve enerji kaybı
oluşur.
Alınabilecek en yaygın tedbir:
Bağıl hareket eden yüzeyler arasına bir yağlayıcı konulmasıdır
TRİBOLOJİ:
Sürtünme, aşınma ve yağlama ve bunlarla ilgili fiziksel olayları
inceleyen bilim dalıdır.
Atatürk Üniversitesi
Tribolojinin tarihçesi
TRİBOLOJİ
• M.Ö 6000 yılında yağlayıcının (zift)
kullanıldığına dair deliler vardır.
• 100.000 yıl önce ateşin yakılması
• M.Ö 2400 Ti’nin heykelinin taşınması
• Sürtünme üzerine ilk sistematik
araştırma. Leonardo da vinci (14521519).
• Akan ortamın iç sürtünmesinin
viskosite olarak tanımlanması.
Newton_1687
• Sürtünme kuvvetinin normal kuvvetle
orantılı olduğu. Guillaume Amontons1699)
• Sürtünmenin analitik tanımlanması.
Euler_1750.
Atatürk Üniversitesi
Tribolojinin tarihçesi
TRİBOLOJİ
• Sürtünme kuvvetinin normal kuvvetle
orantılı olduğu. Coulomb_1785.
• Sürtünme ve aşınma ölçümlerinin
yapılması ve farklı malzemeler için
sürtünme katsayısı listesi. George
Rennie_1825
• Yağlayıcılara göre aşınma. Charles
Hatchett_1803.
• Viskositenin tanımlanması ve
kullanılması. Navier_1822
• Navier ile birlikte hareket denklemi ve
hidrodinamiğin temelleri.
Strokes_1845.
• Kayma sürtünmesinin fiziksel
kanunları. Rudolf Herts_1881.
Atatürk Üniversitesi
Tribolojinin tarihçesi
TRİBOLOJİ
• Kaymalı yataklarda hidrodinamik
basıncın tespiti. Tower_1883.
• Kaymalı yataklar için sürtünme
kanunları. Petrow_1883.
• Hidrodinamik etkide matematiksel
gelişim. Reynolds_1885.
• Sürtünme ölçümleri ve hidrodinamik
etki, Stribeck eğrisi. Stribeck_1902
• Triboloji kavramı_1966
Atatürk Üniversitesi
Tribolojik Sitem
TRİBOLOJİ
TRİBOLOJİK SİSTEMDE ENERJİ DENGESİ
YATAK:
Bir elemanın veya parçanın diğerine göre bağıl hareketine yardımcı
olan ve parçaları bu harekete uygun bir şekilde konumlandıran
düzenek veya makine elamanıdır.
Atatürk Üniversitesi
Sürtünme
TRİBOLOJİ
Sürtünme, birbiriyle izafi hareket yapan iki katı yüzeyin harekete ya
da hareketin ihtimaline göstermiş oldukları dirençtir.
Ne kadar hassas işlenmiş ve parlatılmış olursa olsun iki yüzey
birbirine temas ettiğinde, gerçek temas pürüzlerin birbirlerine
dokunduğu noktalarda oluşur. Bu durumda yüzeye etki eden yük
sadece yüzeylerin birbirine temas ettiği noktalardan desteklenir ve
yüzey alanın küçük bir kısmı yükü taşır.
Atatürk Üniversitesi
Sürtünme
TRİBOLOJİ
En genel olarak:
• Kuru,
• Sıvı,
• Yarı-sıvı sürtünme
• ve Kayma-Yuvarlanmalı Sürtünme olarak sınıflandırılabilir.
Atatürk Üniversitesi
Kuru Sürtünme
TRİBOLOJİ
Bağıl hareket yapan iki kuru parça
temas yüzeylerinde meydana gelen
sürtünme türü olup, parçalar
birbirleri üzerinde yüzey pürüzleri
üzerinde kayar.
Kuru Sürtünme Modeli:
Coulomb-Amontons kanunu dikkate
alınarak
hareket
ters
doğan
sürtünme kuvveti:
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Kuru Sürtünme
W ağırlığındaki bir cisme F kuvveti
uygulandığında iki durum ortaya çıkar:
I.
Cisimler hareket halinde değildir
ancak statik veya durgun sürtünme
olarak tanımlanan direnç oluşur.
Bu durumda  = 
II.
F kuvvetinin etkisinde yüzeyler kayar
ve kinematik sürtünme ortaya çıkar.
Bu durumda  < 
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Kuru Sürtünme
Başlangıçta çok düşük yük seviyelerinde pürüzler temas ettikleri
noktalarda elastik deformasyona uğrarlar. Yük arttıkça plastik
deformasyon oluşur. Her biri pürüzün yüzey boyunca birleşme
bölgeleri oluşturacak şekilde plastik deformasyona uğraması halinde
yüzeye etki eden toplam yük;
Ft=aσa
a=Gerçek temas alanı
σa=Basma akma gerilmesi
Ft iki kat artarsa, a’da iki kat artar. Yüzeylerden biri diğeri üzerinde
kaydırılma istenirse pürüzlerde buna ters kayma gerilmesi oluşur.
F=aτa
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Kuru Sürtünme
Temas bölgelerinde meydana gelen plastik deformasyon sonucu,
pürüzlerin uçları ezilir. Temas alanı boyunca atom-atom teması
oluşur. Sonuç olarak birleşme noktaları ancak τa kadar kayma
gerilmesine dayanabilir. Buda malzemenin kayma akma gerilmesidir.
Bu nedenle kaymaya neden olan Fs kuvveti;
Fs=a τa =a(σa/2)
Fs=Ft/2
Fs=µFt
Atatürk Üniversitesi
Kuru Sürtünme
TRİBOLOJİ
Coulomb-Amontos kanunu düzenlenirse
sürtünme katsayısı:

=

Dinamik (kinetik) sürtünme katsayısı

=

Atatürk Üniversitesi
Sürtünme kanunları
TRİBOLOJİ
• Sürtünme kuvveti (veya sürtünme katsayısı) nominal temas
alanına bağlı değildir (Da Vinci 600 yıl önce belirtti!!!)
• Sürtünme kuvveti kayma hızından bağımsızdır
• Kinetik sürtünme katsayısı statik sürtünme katsayısından daha
düşüktür
• Yüksek hızlarda sürtünmede bir azalma tespit edilmektedir
Atatürk Üniversitesi
Kuru Sürtünme
TRİBOLOJİ
İki metal yüzeye yük uyguladıktan sonra yüzeyler arasında temas
halindeki tabakaların bir kısmı kopar ve küçük temas alanlarında
metal kaynama (kaynak bağlantısı) oluşur.
İzafi hareket yapan yüzeylerde sürtünme metal kaynak bağları ile
tabii tabakalar arasındaki bağlantıların oluşturduğu direnç olarak
tanımlanır.
Sürtünme kuvveti; hem kaynak bağlarını hem de bağlantıları
koparan kuvvettir.
Ancak bu parametreleri belirlemek çok zor olduğundan deneysel
yollarla sürtünme katsayısı belirlenir.
Atatürk Üniversitesi
Kuru Sürtünme
TRİBOLOJİ
Bu bağıntıdan Sürtünme ile ilgili aşağıdaki sonuçlar çıkartılabilir:
Metal kaynak bağı oluşturan temas noktalarının kayma mukavemeti
temas eden malzemelerin cinsine bağlıdır.
Birbirleriyle kolay alaşım haline gelebilen demir, nikel ve krom gibi
sert malzemeler arasında kuvvetli kaynak bağları oluşmaktadır. Bazı
durumlarda kaynama noktaları çok güçlü olur ve yüzeyler
birbirine kilitlenir. Hareket gerçekleşse bile yüzeyler tamamen
bozulmuş olur. Bu durum yenme (yalama) olarak bilinir.
Yüzeyde bulunan oksit tabakası sürtünme davranışını etkiler.
Atatürk Üniversitesi
Kuru Sürtünme
TRİBOLOJİ
 Birbiri ile ilgili olmayan ve birbirine benzeyen malzemeler
arasında daha hafif ve düzenli bir sürtünme oluşur ve yüzeyler
üzerinde çok ince izler görülür.
 Birbiri üzerinde izafi kayan malzemelerin biri sert diğeri yumuşak
(kalay, kurşun ve bunların alaşımları) olduğunda yumuşak
malzeme diğer malzemeyi kendi parçacıklarından oluşan ince bir
tabaka ile kaplar ve bu şekilde iki yumuşak malzeme birbiri
üzerinde kaymış gibi olur. Uygulamada kalay alaşımları bu
nedenle yatak malzemesi olarak tercih edilmektedir.
 Küçük bir sürtünme katsayısı elde etmek için malzemeler aynı
veya birbirleriyle kolayca alaşım haline gelebilen cinsten
olmamalıdır. Malzemelerden birinin yumuşak diğerinin sert
olması gerekir.
Atatürk Üniversitesi
Kuru Sürtünme
TRİBOLOJİ
Atatürk Üniversitesi
Sürtünme katsayısı nasıl ölçülür
TRİBOLOJİ
Atatürk Üniversitesi
Sınır Sürtünmesi
TRİBOLOJİ
Sürtünmeyi en aza indirmek için yüzeyler arasındaki kayma
mümkün olduğunca kolay hale getirilmelidir. Bunun için;
1. Atom-atom temasını önleyecek şekilde yatak yüzeyine basınç
uygulamak,
2. Kaymayı kolaylaştırmak için yağlama yapmak gerekir.
Atatürk Üniversitesi
Sınır Sürtünmesi
TRİBOLOJİ
Yüzeyleri oluşturacak parçaların tamamen ayrılmadığı , yüzeyler
arasında bulunan yağlayıcı yüzeylere ait pürüzlerin sürtünmesini
önleyemediği durumda yarı sıvı sürtünme veya yarı kuru sürtünmesi
ortaya çıkar. Kuru sürtünmede olduğu gibi temas yüzeyleri tamamen
metal değildir. Kuru ve sıvı sürtünme arasında bir ara sürtünme
şeklidir. Fs=.Fn bağıntısı geçerlidir. Bu sürtünmede de temas
yüzeyleri çabuk ısınır.
Atatürk Üniversitesi
Sınır Sürtünmesi
TRİBOLOJİ
Yarı sıvı sürtünme: Hareket halinde, metallerin temas yüzeyleri
arasında birbirine kuru sürtünmesini önleyen yağ maddesi
bulunmaktadır. Yağ, metalik yüzeyler arasında kayma gerilmesi küçük
olan bir film tabakası oluşturmaktadır. Film tabakası, başlangıçta yüzeyi
çepeçevre kaplamasa da metalin metale temasını önlemektedir.
Yarı kuru sürtünme: Birbirine göre hareket eden yüzeylerde büyük
miktarda metalin metale teması vardır.Bu sürtünme bir geçiş
sürtünmesidir. Çalışma süresi azdır. Hızlı olmayan hareketlerde çalışma
süresi uzundur.
Sınır sürtünme pratikte en fazla rastlanılan sürtünme halidir ve
sürtünme katsayısı 0.03-0.1 arasında değişir.
Atatürk Üniversitesi
Sıvı Sürtünmesi
TRİBOLOJİ
İzafi hareket eden iki katı cismin yüzey pürüzlülüklerin temas
etmeyecek şekilde ince bir yağlayıcı film oluşturulduğunda sıvı
sürtünmesi meydana gelir.
Sürtünme yağlayıcı sıvının tabakaları arasında meydana gelir.
Yüzey pürüzlülüğü dikkate alındığında geometrik bakımdan sıvı
sürtünmesi; h0˃Rt1+ Rt2
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Sıvı Sürtünmesi
Viskoz bir akışkanda kayma gerilmesi Newton kanununa göre:

: ℎ ğş

: ğ 
Sürtünme kuvveti:
 =

( )A
ℎ
A: hareketli yüzeyin yağla temas eden alanı
Sıvı sürtünmesinde sürtünme katsayısı:
Sürtünmeyi oluşturan ana faktör yağlayıcının viskozitesidir.
Atatürk Üniversitesi
Sıvı Sürtünmesi
TRİBOLOJİ
 Sıvı sürtünmesinin oluşmasında rol oynayan esas etken yağ
tabakasındaki basınçtır.
Yağlamada yağ filmindeki basınç iki türlü oluşur:
Hidrodinamik: Hidrodinamik yağlamanın oluşması için yüzeyler
arasında izafi hareket, yüzeylere etki eden kuvvet, yüzeyler arasında
eksantriklik ve ortamda yağlama maddesi olması gerekir. Yağ filmindeki
basınç elemanların izafi hareketinden doğar.
hidrodinamik
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Sıvı Sürtünmesi
Hidrostatik: Dışardan bir pompa vasıtasıyla gerekli basınç oluşturulup
yüzeyler birbirinden ayrılır. Hidrostatik yağlamada pompa yağ basıncı
yeterli yağ basıncına ulaşınca film teşekkül eder. Pompa çalışmazsa
yataklarda sınır veya kuru sürtünme oluşur. Sürekli çalışmada yatak
sarmasına yol açan bu sürtünmeden kaçınılması gerekmektedir.
hidrostatik
Atatürk Üniversitesi
Sıvı Sürtünmesi
TRİBOLOJİ
Sürtünme katsayısının hız ile değişimi (Stribeck Eğrisi)
Stribeck, yağın viskositesi, silindirik temasın açısal hızı ve ortalama
temas basıncını yağlama parametreleri olarak belirlemiştir. ɳN/P
Atatürk Üniversitesi
Sıvı Sürtünmesi
TRİBOLOJİ
Mil hızının çok düşük olduğu (sıfır ve/veya sıfıra yakın) bölgede, büyük sürtünme
katsayısı olup statik (kuru) sürtünme katsayısı olarak adlandırılmaktadır. Düşük
devirlerde, sınır sürtünme alanı, yüksek sürtünme katsayısı vermekte, karışık
sürtünme bölgesi ise bir önceki bölgeye göre daha küçük sürtünme katsayısı
vermektedir. Dönüm noktasında sürtünme katsayısı, minimum değeri almaktadır.
Bu noktadan itibaren sıvı sürtünme bölgesi başlamakta ve sürtünme katsayısında
tedrici bir artış görülmektedir.
Sıvı sürtünmesinde yüzeyler
arasında bulunan yağ tabakası
yüzeyleri birbirinden tamamen
ayırdığından, burada en önemli
olan özellik yağın viskozitesidir.
Atatürk Üniversitesi
Yuvarlanma Sürtünmesi
TRİBOLOJİ
 Yuvarlanma hareketine karşı temas yüzeylerinde oluşan direnç
yuvarlanma sürtünmesi olarak tanımlanır.
 Başka bir ifadeyle yuvarlanma sürtünmesi veya direnci yuvarlanan
cismin temas ettiği yüzeyde oluşturduğu deformasyondan doğar.
Teorik olarak rijit ve yüzeyi pürüzsüz bir silindir veya küre şeklindeki
elemanın rijit pürüzsüz bir düzlem üzerinde serbest yuvarlanmasında
hiçbir sürtünme kuvveti oluşmaz.
Atatürk Üniversitesi
Yuvarlanma Sürtünmesi
TRİBOLOJİ
W ağırlığındaki cisim veya dış yük altındaki cisim  yatay kuvveti ile
B noktası üzerinden atlatılmak için çekildiği varsayılırsa W kuvvetinin
B noktasına göre dengelenmesi gerekir ( ile denge sağlanır).
Kuvvetlerin B noktasına göre moment
dengesi yazılırsa.
Yuvarlanma sürtünme katsayısı
(yuvarlanma mukavemeti)
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Yuvarlanma Sürtünmesi
Yuvarlanma sürtünme katsayısı:  =


Yuvarlanma harekete karşı direnci veren sürtünme kuvveti:
 = 
Statik sürtünme kuvveti
Kaymadan yuvarlanma şartı:  <
Yuvarlanmadan kayma şartı:  >
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
AŞINMA
Sürtünen yüzeylerde malzemenin, mekanik etkilerle istenmeyen
bir şekilde kopması ve ana parçalardan ayrılmasıdır.
Aşınma;
 zamanla gelişen
 ani oluşan
alarak ikiye ayrılır.
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
AŞINMA
Zamanla gelişen:
I: rodaj bölgesi
II: esas çalışma bölgesi
III: şiddetli aşınma bölgesi
rodaj:
 Parçaların birbirine alıştırma safhası
 Yüksüz ve normal hızdan daha düşük hızlarda yapılır
 Bu safhaya ait özel yağlar kullanılır.
Atatürk Üniversitesi
Aşınma Mekanizmaları
TRİBOLOJİ
 Aşınma temas yüzeylerinde dış etkiler altında oluşan fiziksel ve
kimyasal değişmelerin sonucunda ortaya çıkar.
 Pratikte bir aşınma hali değil, birçok aşınma hali vardır.
 Adezyon Aşınması
 Abrazyon Aşınması
 Mekanik Korozyon Aşınması
 Yüzey Yorulması Aşınması
 Erozyon ve kavitasyon
Atatürk Üniversitesi
Aşınmaya etki eden faktörler
1.
2.
3.
4.
TRİBOLOJİ
Ana malzemeye bağlı faktörler
 Malzemenin kristal yapısı
 Malzemenin sertliği
 Elastisisite modülü
 Deformasyon davranışı
 Yüzey pürüzlülüğü
 Malzemenin boyu
Çalışma koşulları
• Sıcaklık
• Nem
• Atmosfer
Ortamın etkisi
• Basınç
• Hız
• Kayma yolu
Karşı malzeme bağlı faktörler
Atatürk Üniversitesi
Adeziv aşınma
TRİBOLOJİ
 Kuru ve sınır sürtünme halinde yüzeylerini birbiri ile temas
halinde olduğu pürüzlü yerlerde özellikle akma sınırı aşıldığında
kuvvetli bir adeziv veya sıcaklık etkisi ile kohezif bağ oluşur.
 Hareket halinde bu bağlar birbirinden 4 şekilde ayrılır;
 Ara yüzeydeki kesme direnci her iki malzemeden de
düşüktür. Çelik/kalay
 Ara yüzey kesme direnci her iki malzemeden büyük.
Çelik/çelik. Aşınma çok fazla.
 Ara yüzey kesme direnci bir malzemeden küçük diğerine ise
yakın. Çelik/kurşun
 Ara yüzey kesme direnci bir malzemeden küçük, diğerinden
çok faklı. Yumuşak malzemeden sert malzemeye madde
geçişi. Çelik/bakır
Atatürk Üniversitesi
Adeziv aşınmanın teorisi
TRİBOLOJİ
• İlk çalışmaları Hol ve Archard gerçekleştirmiştir.
• K aşınma faktörü tanımlanmıştır. Esas olarak metaller için
geliştirilmiştir.
Gerçek temas alanı yüzeye etki eden normal kuvvet ile orantılıdır.
Metalsel malzemelerde birçok halde pürüz tepeciklerinde lokal
deformasyon plastiktir.
Ppl=Plastik akma basıncı, batma sertliğine
(HV) çok yakın değer
Yukarıdaki bağıntı tekbir pürüz için geçerlidir. Oysa bu durum aynı
anda bir çok pürüzlü bölgede gerçekleşecektir.
Atatürk Üniversitesi
Adeziv aşınmanın teorisi
TRİBOLOJİ
Aşınma pürüzlerden malzeme ayrılması sonucu oluşur. Aşınma
sonucu pürüzlü tepelerden ayrılan malzeme hacmi pürüz
yarıçapının (a) küpü ile orantılıdır. Eğer ayrılan malzemenin
küre şeklinde olduğu düşünülürse ;
Aşınma bütün pürüzlerde meydana gelmeyecektir. Aşınma olan
temas yüzeyi sayısının tüm temas yüzeyine oranı ĸ olsun. Ve 2a
mesafesinde aşınan malzeme hacmi;
Atatürk Üniversitesi
Adeziv aşınmanın teorisi
TRİBOLOJİ
Toplam aşınma hacmi;
Toplam normal kuvvet;
Atatürk Üniversitesi
Adeziv aşınma
TRİBOLOJİ
Atatürk Üniversitesi
Abrazif aşınma
TRİBOLOJİ
• Bu aşınma türü bir biri üzerinde kayan yüzeylerin arasında aşındırıcı sert
partiküllerin bulunması sonucu meydana gelmektedir. Sert partiküller ya
dışarıdan sisteme girer veya adeziv aşınma mahsulleri olarak sistem içinde
meydana gelir.
• Ayrıca yağlayıcı içinde bulunabilecek sert partiküller, türbin kanatlarından
geçen akışkan içindeki partiküller bu tip aşınma meydana getirir. Bununla
birlikte pürüzlü çok sert bir karşı yüzeyin daha yumuşak yüzey üzerinde
meydana getirdiği aşındırma şekli (eğe ile metalsel yüzey arasındaki durum)
abraziv aşınma olarak tanımlanabilir. Türleri;
• Kaba (makro) abrazyon (gauging abrasion): Çekiçli değirmenler, skrayper
dişleri, cevher öğütme değirmenleri....
• İnce abrazyon (grinding abrasion): Yağ öğütmeli çimento değirmenleri, kum
taşı değirmenleri....
• Eroziv abrazyon (erosion abrasion): Pompa veya türbin lüle, kanat ve
difüzörleri....
Atatürk Üniversitesi
Abrazif aşınma
TRİBOLOJİ
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Genel mekanizma
ABRAZYON
EROZYON
ADEZYON
YÜZEY YORULMASI
Düşük gerilmeli
(Çizme-stratching,
Kayma-sliding, ploughing)
Katı parçacık çarpması
Yeme (Fretting)
Yorulma ile çukurlaşma
(Pitting)
Yüksek gerilmeli
(Öğütme-Grinding)
Akışkan çarpması
(Liquid impengement)
Yapışıp kaldırma (Adezif)
Spalling
Eşme-Oyma
(Goughing-Chipping)
Kavitasyon
Kaynama (Seizure)
Çarpma (Impact)
Parlatma (Polishing)
Slurry erozyon
(çamur erozyonu)
Sıyırma-kaldırma (Galling)
Brinelling
Oksidatif
Atatürk Üniversitesi
Pitting aşınma
TRİBOLOJİ
• Noktasal veya çizgisel temas hali olan fonksiyon yüzeyleri arasında meydana
gelir. Çok küçük değme noktalarında değişken yük etkisi altında zamanla pul
şeklinde malzeme parçacıkları yüzeyden ayrılarak, geriye çukurcuklar
bırakırlar.
• Pitting oluşumu ile ilgili değişik görüşler mevcuttur. Bazı araştırmacılar pitting’
in mikro değme noktalarındaki değişken zorlanmalar ve bunun sonucunda
ortaya çıkan yorulma neticesinde meydana geldiğini ileri sürmektedirler
Atatürk Üniversitesi
Yenme (scuffing) aşınması
TRİBOLOJİ
• Birbirine göre kayma hareketi yapan yüzeyler arasındaki kayma
hızı ve yüzey basıncı belirli bir kritik değeri aşınca ani olarak
ortaya çıkmaktadır. Bazı hallerde daha küçük hız ve yüklerde,
ancak yüksek ortam sıcaklıklarında yenme olayı ile karşılaşılabilir.
• Yenme esas itibarı ile çok şiddetli bir bölgesel kaynama veya
adezyon olayıdır.
• Olayın tam niceliksel değerlendirilmesi yapılamamıştır.
• Literatürde Almen, Davis ve özellikle Blok kriterleri diye
adlandırılan
bazı
sınır
değer
kombinasyonlarından
boyutlandırmada yararlanılmaktadır.
• Almen kriterinde yenme olmaması için pmaks.VK ≤ C0 şartı
sağlanmalıdır. Otomobil diferansiyelindeki hiperboloid dişlilerde
C0≈320000 (N.m/cm2.sn) dir. Bu denklemde pmaks maksimum
Hertz basıncını, VK ise bu noktadaki kayma hızını göstermektedir.
Atatürk Üniversitesi
Yenme (scuffing) aşınması
TRİBOLOJİ
Atatürk Üniversitesi
Sürtünme-oksidasyon aşınması
TRİBOLOJİ
• Genel olarak sürtünme oksidasyonu, yeteri sıkılıkta monte
edilmeyen mil‐göbek geçme yüzeylerinde, örnek olarak çevre
yüküne maruz rulman bileziklerinin yeteri derecede sıkı
takılmadığı zaman temas yüzeylerinde meydana gelmektedir.
• Birbirine değen az pürüzlü yüzeyler arasında bir osilasyon
(salınım) hareketinin bulunması sürtünme oksidasyonunu teşvik
etmektedir. Osilasyon genlikleri 0,2 mm ve daha küçüktür. Bu olay
kuru ve az yağlı yüzeylerde gözlenmektedir.
• Yüzeylerin kuru olması halinde yeteri sıkılıkta monte edilmemiş
yüzey çiftlerinin küçük genlikli osilasyon hareketleri sonucu
yüzeylerde koyu kırmızımtırak bir tabaka oluşmaktadır. Zamanla
bu tabakalar bölge bölge kalınlaşarak yüzeylerde büyük
bozulmalar ve bunlara bağlı olarak çatlama ve kırılmalar meydana
getirmektedir.
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Sürtünme-oksidasyon aşınması
(iv) a Temas
yüzeyleri
(iv) b
2 boyutlu
aşınma
Oksit Film 2 boyutlu
aşınma
Aşınma sonucu
oksit film
oluşumu
Atatürk Üniversitesi
Sürtünme-oksidasyon aşınması
TRİBOLOJİ
Atatürk Üniversitesi
Yontma (gaughing) aşınması
TRİBOLOJİ
• Kendisinden daha yumuşak bir malzemeye, özellikle metale karşı kaya gibi sert
malzemelerin tekrarlı bası yüküyle etki etmesi sonucu ortaya çıkan malzeme
kaybıdır. Üstüste kazıma şeklindeki darbeler, yüzeyde malzeme kopmasına
neden olur. Abrazif parçacığın çapı 50 mm’den büyüktür.
• Öğütme işlevi gören çekiçler, küre öğüten parçalar, çene sıkıştırıcılar, toprak
işlemede kullanılan zirai makinalar vs.
Atatürk Üniversitesi
Parlatma aşınması
TRİBOLOJİ
• Malzeme yüzeyinin görülebilir seviyede çizilmeye, kırılmaya
ya da plastik deformasyona uğramadan, diğer katı
malzemelerle sürünmesi / sürtünmesi sonucunda malzeme
yüzeyinde istemdışı sürekli olan malzeme kaybıdır.
Malzemede çizme ve chip oluşumu sözkonusu olmayıp,
abrazif parçacığın boyutu 3 μm’dan küçüktür.
Atatürk Üniversitesi
Erozyon aşınması
TRİBOLOJİ
• Katı parçacık çarpması, bir yüzey üzerine katı parçacıkların
sürekli çarpması neticesinde meydana gelen bir erozyon
şeklidir.
• Uçak üzerine çarpan yağmur damlaları, sıvı damlacıklarını
dışarı atan fanlar, akışkan püskürtme yansıtıcıları, difüzyon
pompaları gibi sesten daha hızlı akışkan taşıyan cihazlar,
buhar türbin vanaları vs.
Atatürk Üniversitesi
Erozyon aşınması
TRİBOLOJİ
Atatürk Üniversitesi
Kavitasyon aşınması
TRİBOLOJİ
• Kavitasyon erozyonu, katı yüzeye yakın bölgelerde, sıvı ya da akışkan
içerisindeki alçak basınçlı bubble yani kabarcıkların patlaması sonucunda
katı yüzeyde meydana gelen aşınma ya da kayıptır. Katı yüzeye çarpan
bu kabarcıklar, yüzeyde şok dalgaları oluşturur.
• Bu kabarcıklar sıvı içerisinde patladıkları zaman, kabarcığı çevreleyen sıvı
kabarcık içerisindeki boşluğu doldurmak ister.
• İşte bu olay yüzeylerden malzeme kaybı ve/veya plastik deformasyona
neden olacak derecede mekanik bir etki doğurabilen çok küçük akışkan
jetleri oluşturur.
Atatürk Üniversitesi
Kavitasyon aşınması
TRİBOLOJİ
• İki katı yüzey arasında düşük genlikteki titreşim hareketi olarak
adlandırılır. Yapı olarak yüzeye dik olarak gerçekleşir ve genelde
istemdışı olarak kabül edilir. Çoğu kez izafi hareketin olmadığı farzedilen
parçalar arasında gerçekleşir.
• Fretting aşınması, yüzeyler arasında lokal adezyonla başlar ve bu
adezyon mikroseviyede bir birleşmedir. Bu birleşmede oluşan kontak
bağı zamanla büyür ve düşük genlikteki titreşimler neticesinde malzeme
aşınır. Malzeme aşınma hızı oldukça düşüktür, bu nedenle birçok sistem
için fretting aşınması ihmal edilir.
Atatürk Üniversitesi
Yorulma aşınması
TRİBOLOJİ
• Bu aşınma şeklinde, parçacıklar tabakalar şeklinde yüzeyden kopar.
Mekanizması pitting mekanizmasıyla benzerlik gösterir. Çünkü aşınma
yüzey yorulması sonucunda meydana gelir. Fakat spalling’te herhangi
bir işlemle kaplanmış yüzeylerin aşınması sözkonusudur.
• Kaplamalar yüzeye metalik bir bağla yapışmaktadır ve Hertizan
yüklemesiyle kaplama ile taban malzeme arasında kayma gerilmeleri
oluşur. Özellikle yumuşak taban malzemeler üzerine yapılan ince,
sert kaplamalar spalling aşınmasına meyillidirler.
Atatürk Üniversitesi
Yağlama-Yağlayıcılar
TRİBOLOJİ
Yağlayıcılar maddelerin kullanım nedenleri:
• Sürtünmeyi azaltmak
• Aşınmayı kısmen veya tamamen önlemek
• Sıcaklığın yükselişini önlemek
Yağlayıcı çeşitleri:
• Katı Yağlayıcılar
• Gaz Yağlayıcılar
• Yarı katı yağlayıcılar
• Sıvı Yağlayıcılar (Yağlar)
• Organik Yağlayıcılar
• Sentetik Yağlar
• Madensel Sıvı Yağlar
Atatürk Üniversitesi
Sıvı yağlayıcılar
TRİBOLOJİ
• Sürtünme ve aşınmayı asgariye indirmek, soğutma işlevi yapmak ve yüzeyi
koruma maksatları ile kullanılan doğal ve sentetik sıvı maddelerdir.
• Yağlama tekniğinde uygulanan yağlayıcı maddelerin büyük çoğunluğunu
hidro‐karbon bileşikleri oluşturur. Bunlar hampetrolün rafinerizasyonu
(fraksiyone distilasyonu) ile veya sentetik olarak elde edilirler.
• Bir sıvı yağlayıcıda en önemli özelliklerden biri, viskozitedir. Yağlanmış bir
yatakta sürtünme kullanılan yağlayıcı akışkanın viskozitesiyle doğrudan
ilişkilidir.
• Sıvı yağlama, makinelerde genellikle hidrodinamiktir. Birbirlerini ayıran kayan
iki yüzey arasında bir yağ filmi oluşturulur ve düşük sürtünme elde edilir.
Atatürk Üniversitesi
Katı yağlayıcılar
TRİBOLOJİ
 Sınır sürtünme durumunda sürtünmeyi azaltmak ve aşınmayı önlemek için
madensel yüzeylere kuvvetli olarak yapışan bir tabaka oluşturulması gerekir.
 Yalnız başlarına veya sıvı yağlar veya gresler karıştırılarak kullanılmaktadırlar.
 Uygulamada en çok kullanılan katı yağlayıcılar grafit, molibden disülfit (MoS2), talk
gibi toz şeklindeki yağlayıcılardır.
• Grafit: Gerek yataklama ve gerekse elektroteknikte en geniş kullanım alanı
bulunan bir malzemedir. Kayma halinde grafit lamellerinin kayma yönü ile takriben
5° lik bir açı yapacak şekilde yönlendikleri gözlenir. Nitekim grafit/grafit, çelik/grafit
yüzey çiftleri arasındaki sürtünme katsayısı da μ= 0.1 civarındadır. Ancak grafit
ısıtılarak içindeki hava alınırsa,sürtünme katsayısının ani olarak yükseldiği
gözlenmektedir.
• Bu yağlayıcı roket ve benzeri makinaların yüksek sıcaklık etkisinde olan mafsal
yataklarında grafit yatak malzemesi olarak kullanılır.
• Ayrıca sentetik kolloidal grafit yağlara katılarak sınır sürtünme halinde yüzeylerin
sürtünme ve aşınma durumlarını düzeltir.
• Poliamid (PA), Poliasetal (POM) Politetrafloretilen (PTFE) gibi plastik malzemeler
de kaygan özelliklerinden dolayı değişik makina elemanlarının (kılavuz, yatak ve
dişliler gibi) yağlanmasında kullanılırlar.
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Katı yağlayıcılar
Kükürt
(sulfur)
Molibden
Karbon
(a) MoS2
(b) Grafit
(c) Hegzagonal
(beyaz grafit)
bornitrit
(d) Borik asitin tabakalı
kristal yapıları
(a)
(b)
Oksijen
Bor
Hidrojen
(c)
(d)
Atatürk Üniversitesi
Yağlama-Yağlayıcılar
TRİBOLOJİ
Sıradan yağlayıcıların yeterli olmadığı aşağıdaki gibi durumlarda
katı yağlayıcılar kullanılır:
• Dişli çark veya zincir mekanizmaları gibi, yağların ortamdan
uzaklaşabileceği durumlarda.
• Polimer ve seramik yüzeyler
• Sıvı yağlayıcıların dayanamayacağı kadar yüksek sıcaklıklarda
• Yüksek kontak basıncına sahip, metal şekillendirme işlemleri gibi.
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Yağlayıcıların Özellikleri
Viskozite
Akışkanların şekil değiştirmeye karşı, yani kendi molekülleri ve
tabakaları birbiri üzerinden kayarken kaymaya karşı gösterdikleri
dirençtir.
Sürtünmenin oluşturduğu kayma
gerilmesi Newton kanuna göre:

 =  
Temel Kabuller:
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Viskozite


A: hareketli düzlemin ıslanan yüzeyi olmak üzere  = yazılarak 
=

/
=
/
/ℎ
=
ℎ

: viskozite katsayısı veya mutlak viskozite
Birimi : 1

 2

()
1

100
= 1 (centi-poise) kullanılır.
Viskozite: birim alandaki bir düzlem yüzeyi kendisine paralel ve birim
mesafedeki ikinci bir düzlem yüzeye göre birim hızla hareket ettirmek
için gerekli kuvvet.
Metrik sistemde 1 cm2 yüzey alanlı bir plakaya 1 cm mesafeli sabit bir
plakaya göre 1 cm/sn hız vermek için gerekli kuvvetin 1 dyn olması
halinde aralığın viskozitesi 1 dyn s/cm2 (Poise) olan viskoz bir
akışkanla dolu olduğu söylenir.
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Viskozite
DİNAMİK VİSKOZİTE BİRİMLERİ
Atatürk Üniversitesi
Viskozite
TRİBOLOJİ
Bazı Maddelerin Ortam Sıcaklığındaki viskoziteleri
Atatürk Üniversitesi
Viskozite
TRİBOLOJİ
 Kayma gerilmesinin kayma oranına (du/dy'ye) göre lineer
değişim gösterdiği akışkanlar Newtoniyen (Newtonumsu)
akışkan olarak adlandırılır.
 Ancak gres gibi bazı yan sıvı akışkanlar bu kurala uymaz.
 Bu tür akışkanlar Bingham akışkanları olarak adlandırılır.
Atatürk Üniversitesi
Kinematik Viskozite
TRİBOLOJİ
Kinematik viskozite:
dinamik viskozitenin yağ yoğunluğa oranıdır.
Birimi cm2/sn= 1 stokes = 1st
Uygulamada 1/100 st = 1 cst kullanılır.
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Viskozite-Sıcaklık Değişimi
 Viskozite sıcaklıkla büyük ölçüde değişmektedir.
 20oC ile 50oC arasında 5 kat fark oluşabilmektedir.
 Deneysel çalışmalar neticesinde viskozite-sıcaklık arasında ilişki
kurulmuştur.
Vogel Denklemi:
1 
1
=−
 
+
2
Bu denklem düzenlendiğinde SAE tarafından önerilen viskozitesıcaklık ilişkisi:
 = 9.8 /
a,b, ve c: yağın özelliğine göre sabitler
T: sıcaklık (oC)
Atatürk Üniversitesi
Viskozite-Sıcaklık Değişimi
TRİBOLOJİ
 SAE ; yağlama yağlarını viskozitelerine göre sınıflandırmış ve bir
numara vermiştir (5W, 10W, 20W, 20, 30, …)
 SAE numarası büyük olan yağın viskozitesi de büyüktür
 Referans değerler 0 oF (-18 oC) ve 210 oF(99oC) sıcaklık
değerlerinde belirlenmiştir.
Atatürk Üniversitesi
Viskozite-Sıcaklık Değişimi
TRİBOLOJİ
 Viskozitesi 0oF tespit edilen yağların numaralarının yanında W
işareti vardır (SAE 5 W, SAE 10 W)
 Özel tipte olan yağlar (multigrade oil) çok dereceli olarak
kodlanmıştır.
 SAE 10 W/30: 0 oF 10 W özelliği gösterirken 210 oF 30 özelliği
göstermektedir.
Atatürk Üniversitesi
Viskozite-Sıcaklık Değişimi
TRİBOLOJİ
 Motor Yağları: SAE 5 W ile SAE 50 W arası
 Transmisyon (Dişli) Yağları: SAE 75 ve sonrası
SUS: Saybolt Universal Viskometre
Kinematik viskozite ile arasındaki ilişki:
Atatürk Üniversitesi
Viskozite-Sıcaklık Değişimi
SAE
TRİBOLOJİ
Viskozite –sıcaklık değişimi
farklı standartlar için
hazırlanmış grafikler
Atatürk Üniversitesi
Viskozite-Sıcaklık Değişimi
ISO-VG
TRİBOLOJİ
Viskozite –sıcaklık değişimi
farklı standartlar için
hazırlanmış grafikler
Atatürk Üniversitesi
Viskozite-Sıcaklık Değişimi
ASTM
TRİBOLOJİ
Viskozite –sıcaklık değişimi
farklı standartlar için
hazırlanmış grafikler
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Viskozite İndeksi
 Viskozitenin sıcaklıkla değişimini gösteren birçok yöntemden
pratikte en fazla kullanılanı Dean ve Davis yöntemidir ve
Viskozite İndeksi(VI) olarak adlandırılır.
 Viskozitesi sıcaklıkla en az değişen yağın VI=100
 Viskozitesi sıcaklıkla en fazla değişen yağın VI=0
L: VI=0 olan yağın 1000F deki kinematik viskozitesi
H: VI=100 olan yağın 1000F deki kinematik viskozitesi
U: VI bulunmayan yağın 1000F deki kinematik viskozitesi
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Viskozite İndeksi
SUS cinsinden VI hesabındaki büyüklükler
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Viskozite İndeksi
cst cinsinden VI hesabındaki büyüklükler
Atatürk Üniversitesi
TRİBOLOJİ
Petroff Denklemi
 İlk tasarım aşamasında sürtünme kayıplarını belirlemek için
kullanılır.
 Hafif yüklenmiş bir yatakta sürtünme katsayısını hızlıca belirlemek
için kullanılabilecek basit bir yol içerir.
ℎ = ∆ ve milin çevresel hızı:  =
2

60
Kayma Gerilmesi:
Sürtünme Kuvveti  =  olduğundan silindirik yüzey alanı:
 = 2 yazılırsa
Atatürk Üniversitesi
Petroff Denklemi
TRİBOLOJİ
Viskoz Sürtünme Momenti:
Sürtünme Katsayısı:
W: yatağa etki eden radyal kuvvet
Sürtünme Katsayısı:
po: yatak basıncı
Petroff Denklemi
Atatürk Üniversitesi
Petroff Denklemi
TRİBOLOJİ
Petroff Denklemi aşağıdaki kabullere dayanır:
• Mil ile yatak arasının yağla dolu olduğu ve metal-metal
sürtünmesinin olmadığı
• Tam bir sıvı sürtünmesinin oluştuğu
• Mil ile burç eksenlerinin çakışık olduğu
Viskoz güç kaybı:  açısal hızı ile dönen bir milde sürtünme
momentinde dolayı meydana gelen kayıp:
Atatürk Üniversitesi
Örnekler:
TRİBOLOJİ
Atatürk Üniversitesi
Örnekler:
TRİBOLOJİ
Atatürk Üniversitesi
Kaynaklar
TRİBOLOJİ
1. Prof. Dr. Erdem KOÇ, «Makin Elemanları 2», Nobel
Yayınevi
2. Prof. Dr. Mustafa AKKURT, «Makine Elemanları Cilt 2»,
Birsen Yayınevi
3. Fatih C. BABALIK, «Makine Elemanları Ve Konstrüksiyon
Örnekleri», Nobel Yayınevi
4. Joseph E. Shigley, «Mechanical Engineering Design,
Seventh Edition», McGraw Hill
Atatürk Üniversitesi
Gelecek dersin konusu
TRİBOLOJİ
Kaymalı Yataklar…
Atatürk Üniversitesi
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
33
File Size
14 293 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content