t.c karadenİz teknİk Ünİversİtesİ mÜhendİslİk fakÜltesİ makİna … · 2020. 9. 16. ·...
TRANSCRIPT
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
DÖNME DENGESİZLİĞİ DENEY SİSTEMİ
BİTİRME PROJESİ
Mustafa DANIŞMAZ
Faruk Berk ŞENTÜRK
Anıl TATKAN
HAZİRAN 2020
TRABZON
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
DÖNME DENGESİZLİĞİ DENEY SİSTEMİ
Mustafa DANIŞMAZ
Faruk Berk ŞENTÜRK
Anıl TATKAN
Danışman: Prof. Dr. Levent GÜMÜŞEL
Bölüm Başkanı: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU
HAZİRAN 2020
TRABZON
III
ÖNSÖZ
Bu tasarım projesi kapsamında dönel makinelerdeki dengesizlik problemi konu alınmış
ve bu problemin nasıl çözülebileceği hakkında çeşitli araştırmalar yapılmıştır.
Çalışma sürecinde engin bilgi ve tecrübeleriyle bize yol gösteren ve bize bu çalışmayı
yapmamız için cesaret veren hocamız Sn. Prof. Dr. Levent GÜMÜŞEL’e teşekkürü bir borç
biliriz.
Hayatımız boyunca bizi en iyi şekilde yetiştiren, bizim iyi bir eğitim almamız için her
türlü maddi ve manevi fedakârlığı yapan ve bizi her daim seven Canan TATKAN’ a, Sadettin
TATKAN’ a, Nezahat DANIŞMAZ’ a, Zeki DANIŞMAZ’ a, Şahzene ŞENTÜRK’ e ve
İsmail ŞENTÜRK’ e en içten teşekkürlerimizi sunarız.
Mustafa DANIŞMAZ
Faruk Berk ŞENTÜRK
Anıl TATKAN
IV
İÇİNDEKİLER
Sayfa No
ÖNSÖZ ...................................................................................................................... III
İÇİNDEKİLER ......................................................................................................... IV
ÖZET.......................................................................................................................... VI
SUMMARY .............................................................................................................. VII
ŞEKİLLER DİZİNİ ................................................................................................. VIII
SEMBOLLER DİZİNİ ............................................................................................... IX
1. GENEL BİLGİLER ................................................................................................. 1
1.1. GİRİŞ................................................................................................................ 1
1.1.1. DENGESİZLİK DURUMLARI ............................................................... 1
1.1.1.1. STATİK DENGESİZLİK ................................................................. 1
1.1.1.2. MOMENT DENGESİZLİĞİ ............................................................ 2
1.1.1.3. DİNAMİK DENGESİZLİK.............................................................. 3
1.1.2. DENGELEME .......................................................................................... 3
1.1.3. DENGELEME PRENSİBİ ....................................................................... 4
1.1.4. TEK DÜZLEMDE DENGELEME .......................................................... 4
1.2. LİTERATÜR TARAMASI .............................................................................. 5
1.3. KARŞILAYABİLECEĞİ GEREKSİNİMLER. .............................................. 6
1.4. TASARIMIN KISITLARI VE KOŞULLARI ................................................. 6
1.4.1. TASARIM BOYUTLARI ............................................................................. 6
1.4.2. AĞIRLIK ve TAŞINABİLİRLİK ................................................................. 7
2. YAPILAN ÇALIŞMALAR ..................................................................................... 8
2.1. DENEY SİSTEMİ TASARIMI ....................................................................... 8
2.1.1. TEMEL PARÇALAR .............................................................................. 8
2.1.1.1. MİL ................................................................................................... 8
2.1.1.2. ROTOR ............................................................................................. 9
2.1.1.3. AĞIRLIK .......................................................................................... 9
2.1.1.4. RULMANLI YATAK .................................................................... 10
2.1.1.5. I PROFİL ........................................................................................ 10
2.1.1.6. MOTOR DESTEĞİ ........................................................................ 10
2.1.1.7. KAPLİN .......................................................................................... 11
V
2.1.1.8. ALT TABLA .................................................................................. 12
2.1.1.9. DC MOTOR.................................................................................... 13
2.1.1.10. İVMEÖLÇER ............................................................................... 13
2.1.1.11. ARDUINO UNO .......................................................................... 14
2.2. DENGELEME HESAPLARI .................................................................... 15
2.3. MOTOR HESAPLARI .............................................................................. 16
3. BULGULAR .......................................................................................................... 17
4. TARTIŞMA ........................................................................................................... 18
5. SONUÇLAR .......................................................................................................... 19
6. ÖNERİLER ............................................................................................................ 20
7. KAYNAKLAR ...................................................................................................... 21
8. EKLER ................................................................................................................... 22
9. ÖZGEÇMİŞ ........................................................................................................... 23
VI
ÖZET
Günlük hayatımızda pek çok alanda yer alan makinelerde dengesizlikten kaynaklı
titreşim ve benzeri problemler oluşmaktadır. Bu problemler sanayide üretimin aksamasına
ve yüksek kalitede ürün elde edilememesine sebep olmaktadır. Bu yüzden makinelerdeki
dengesizliklerin en aza indirilmesi gerekmektedir. Bu işlemlerin gerçekleştirilebilmesi için
dengesizliklerin tespit edilmesi gereklidir.
Bu çalışmada dengesizlikleri belirlemek amacı ile dönme dengesizliği oluşturan bir
deney sistemi tasarlanmıştır. Bu sistemde çift yataklı bir milin üzerindeki rotordaki
dengesizlik kütlesi ile DC motor kullanılarak dengesizlik oluşması ve bu dengesizliğin
belirlenip dengeleme işleminin gerçekleştirilmesi planlanmıştır.
Anahtar Kelimeler: Dengesizlik, Titreşim, Dengeleme, Deney sistemi, Makine
VII
SUMMARY
In our daily life, some problems occurs like vibration because of instability in machine
that take part in many space. This problems cause for delaying the manufacturing in industry
and getting low quality product. For this reason, machine unstability have to minimise. In
order to minimise this problems, we have to indentify imbalances.
In this study, test system that generates rotation imbalances is designed for detection
the reasons. In this system, imbalance mass on rotor that over a shaft with double bearing
and DC motor are used for creating imbalance and determine the unbalance and solving this
problem was planned.
Keywords: Unbalance, Vibration, Stabilization, Test system, Machine
VIII
ŞEKİLLER DİZİNİ
ŞEKİL 1.1. STATİK DENGESİZLİK ......................................................................... 2
ŞEKİL 1.2. MOMENT DENGESİZLİĞİ .................................................................... 2
ŞEKİL 1.3. DİNAMİK DENGESİZLİK ..................................................................... 3
ŞEKİL 1.4. TEK DÜZLEMDE DENGELEME DÜZENEĞİ ..................................... 4
ŞEKİL 1.5. DENEY SİSTEMİNİN ŞEMATİK ÇİZİMİ ............................................. 6
ŞEKİL 2.1. MİL ........................................................................................................... 9
ŞEKİL 2.2. ROTOR ..................................................................................................... 9
ŞEKİL 2.3. AĞIRLIK ................................................................................................ 10
ŞEKİL 2.4. RULMANLI YATAK ............................................................................ 10
ŞEKİL 2.5. I PROFİL ÖLÇÜLERİNİN ADLANDIRILMASI ................................. 11
ŞEKİL 2.6. I PROFİL ................................................................................................ 11
ŞEKİL 2.7. MOTOR DESTEĞİ ................................................................................ 11
ŞEKİL 2.8. KAPLİN .................................................................................................. 12
ŞEKİL 2.9. ALT TABLA .......................................................................................... 12
ŞEKİL 2.10. DC MOTOR ......................................................................................... 13
ŞEKİL 2.11. İVMEÖLÇER ....................................................................................... 14
ŞEKİL 2.12. ARDUİNO UNO .................................................................................. 14
ŞEKİL 8.1. DENEY SİSTEMİNİN ÜÇ BOYUTLU GÖRÜNÜMLERİ .................. 22
IX
SEMBOLLER DİZİNİ
𝛼 Açısal ivme
𝑀𝐺 Ağırlık merkezine göre moment
A Akım
I Atalet momenti
n Devir
𝑓𝑦 Dikey kuvvet
P Güç
gr Gram
kg Kilogram
m Kütle
m Metre
mm Milimetre
M Moment
𝑎𝑛 Normal ivme
𝑓𝑖𝑛 Normal kuvvet
𝑎𝑡 Teğetsel ivme
𝑓𝑖𝑡 Teğetsel kuvvet
c Uzaklık
V Volt
r Yarıçap
𝑓𝑥 Yatay kuvvet
X
t Zaman
W Watt
1
1. GENEL BİLGİLER
1.1. Giriş
Günümüzde sanayide kullanılan makinelerin büyük çoğunluğu dönme hareketi ile iş
yapmaktadır. Dönen makinelerdeki dengesizlik yüksek hızlı makinelerin gelişmesiyle
birlikte her geçen gün artan bir öneme sahip olmaktadır. Sanayide üretimin aksamaması ve
yüksek kalitede ürün elde edilebilmesi için makinelerdeki dengesizliğin etkilerinin en aza
indirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle dönel sistem içeren makine konstrüksiyonlarında en
önemli sorunlardan biri dengesizliktir. Dengesizlik bir rotorun kütle dağılımındaki
düzensizlik nedeniyle rotorun kütle merkezinin dönme merkezinden uzaklaşması olarak
tanımlanır ve bu duruma eksen kaçıklığı denir. Kütle merkezinde eksen kaçıklığının imalat
ve montaj sırasında ortaya çıkan pek çok nedeni vardır; imalat hataları, montaj hataları, rotor
malzemesinin homojen olmaması, rotordaki deformasyon ve çökmeler, simetrik olmayan
şekil ve geometri, döküm hataları, rotordaki delikler, rotorun terazilenmemiş olması ve yatak
boşluklarıdır.
1.1.1. Dengesizlik Durumları
Üç çeşit dengesizlik durumu vardır. Bunlar; statik dengesizlik, moment dengesizliği
ve dinamik dengesizliktir.
1.1.1.1. Statik Dengesizlik
Statik dengesizlik; en basit dengesizlik türüdür. Dönme eksenine göre simetrik ve
uniform yapıda olan ve genellikle et kalınlıkları az olan disklerde meydana gelen
dengesizliktir. Kütlesi M olan bir diske dönme ekseninden r (mm) kadar uzaklıktaki bir yere
küçük bir m (gr) kütlesi eklenirse diskin kütle merkezi dönme merkezinden uzaklaşır ve bu
disk dengesiz olur. Bu disk şekil 1.1 ’de görüldüğü gibi iki yatak üzerine serbest
bırakıldığında disk ağır olan kısmı aşağıya doğru yönleninceye kadar dönecektir. Böylece
diskteki dengesizliğin yeri kolayca bulunabilir. Bu nedenle bu tür dengesizliğe statik (veya
tek düzlem) dengesizlik denir [ 1 ].
2
Şekil 1.1. Statik dengesizlik [ 1 ]
Statik dengesizliği gidermek için, kaçık kütle merkezinin tekrar dönme eksenine
getirilmesi gerekir. Bunu yapabilmek için de dengesizlik oluşturan ağırlığın tam karşısına
(yani 180° ‘ye), aynı uzaklığa ve aynı miktarda bir ağırlığın eklenmesi gerekir. Bu da statik
dengesizliğin rotor döndürülmeden tek düzlemde düzeltilebileceği manasına gelir.
1.1.1.2. Moment Dengesizliği
Moment dengesizliği; şekil 1,2 ‘de görüldüğü gibi bir silindirin kütle merkezinden eşit
uzaklığa ancak aralarında 180° olacak şekilde iki eşit ağırlık yerleştirilsin. Rotor statik olarak
dengededir yani kütle merkezi dönme eksenindedir. Ancak rotor döndüğü zaman bu iki
ağırlık atalet ekseninin dönme ekseninden kaymasına neden olacaktır. Bu da rotorda kuvvetli
titreşimlerin oluşmasına sebep olur. Bu dengesizlik ancak rotor dönerken yapılacak olan
titreşim ölçümleriyle ve iki düzlemde dengeleme yapılarak düzeltilebilir [ 1 ].
Şekil 1.2. Moment dengesizliği [ 1 ]
3
1.1.1.3. Dinamik Dengesizlik
Dinamik dengesizlik; statik ve moment dengesizliğin birleşiminden oluşan
dengesizliktir (şekil 1.3). Rotorlarda karşılaşılan dengesizlikler genellikle bu türdendir.
Dinamik dengesizlik de iki düzlemde ve rotor dönerken yapılacak olan titreşim ölçümleriyle
düzeltilebilir.
Pratikte bir makinanın tamamen dengede olması mümkün değildir. Diğer taraftan bir
makina için yüksek sayılabilecek titreşim bir başka makina için fazla bir önem arz
etmeyebilir. Örneğin bir krank milinde önemsiz olan bir titreşim seviyesi bazı mutfak
aletlerinde önemli olabilir [ 1 ].
Şekil 1.3. Dinamik dengesizlik [ 1 ]
Dengesizlik makine elemanlarında olumsuz durumlara yol açar. Bu durumlar; titreşim,
gürültü, aşırı deformasyon, aşırı gerilmeler, aşırı yatak reaksiyonları, aşınma, yorulma, güç
ve verim kaybı ve hızda dalgalanmadır. Bu olumsuz etkilerden kaçınmak için makine
elemanlarında dengesizliğin giderilmesi gerekmektedir. Bu dengesizliği gidermek için en
uygun yöntem titreşim analizidir. Bu kapsamda sistemde dengesizlik meydana getirecek bir
dönme dengesizliği belirleme deney sistemi tasarımı yapılır.
1.1.2. Dengeleme
Makinelerin çalışırken yaptıkları işlerden dolayı istemsizce makine gövdesine zamana
bağlı olarak değişen kuvvetler etki edecektir. Bu kuvvetler nedeniyle makinelerde
istenmeyen titreşimler ve gürültüler ortaya çıkar. Ayrıca bu kuvvetler makinenin işlem
4
hassasiyetini zayıflatır ve ürün kalitesini düşürür. Bu nedenle makinelerde ortaya çıkan bu
düzensiz kuvvetlerin ortadan kaldırılması gerekir.
Bu kuvvetlerin yok edilebilmesi mümkün değil ise de sabit hızda çalışan bir makinede
D’Alembert prensibine göre oluşan atalet kuvvetlerinin en aza indirgenmesi mümkündür.
Bu konuya atalet kuvvetlerinin dengelenmesi veya kısaca dengeleme denir [ 2 ].
Dengeleme dönen cisimlerin statik ve dinamik dengelemesi, motorlarda kullanılan
krank biyel sistemlerinin dengelenmesi ve makine konstrüksiyonlarının dengelenmesi olarak
ele alınmaktadır.
1.1.3. Dengeleme Prensibi
Dengesiz bir rotor, mevcut dengesizliğe 180° zıt bir dengesizlik oluşturacak şekilde
belirli büyüklükteki bir ağırlığın yerleştirilmesiyle dengelenir. Bunu uygulayabilmek için iki
veriye ihtiyaç duyulur:
- Dengesizlik oluşturacak olan ağırlığın büyüklüğü
- Dengesizlik oluşturacak olan ağırlığın konumu
Genel olarak her makina için titreşimlerin kabul edilebilir bir seviyede olması için
çalışmalar yapılır. Bunun için dengeleme işleminde titreşim ölçümlerinden
faydalanılmaktadır. Titreşim ölçümleri yatak kapakları üzerinden ivmeölçerler yardımıyla
yapılır. Bu durumda ölçüm konumu belirlenmeye çalışılan titreşim seviyesini etkiler.
1.1.4. Tek Düzlemde Dengeleme
Dengelenmesi düşünülen milin kütlesi tek bir düzlem üzerinde yoğunlaşmış ise bu mil
tek düzlemde dengelenebilmektedir. Aşağıdaki şekilde yer alan mil tek düzlemde
dengelenmeye elverişlidir.
Şekil 1.4. Tek düzlemde dengeleme düzeneği [ 3 ]
5
Tek düzlemde dengeleme, yataklardan titreşim verilerini alıp, milin tek bir düzlemine
ağırlık eklemek suretiyle gerçekleştirilir.
Tek düzlemde dengeleme yapmak için izlenecek adımlar aşağıdaki gibidir;
-Başlangıç durumunda dengesizlik ağırlığının milde oluşturacağı titreşimin belirli
karakteristik özellikleri ölçülür (genlik ve frekans gibi ).
-Motor durdurulur. Düzlemin belirli bir noktasına bir deneme ağırlığı eklenmesinden sonra
motor tekrardan çalıştırılarak yeni bir ölçüm yapılır. Bu ölçüm sonrasında deneme ağırlığını
dengelemek amacıyla koyulacak diğer ağırlığın konumu belirlenir.
-Motor tekrar durdurulur. Belirlenmiş olan dengeleme ağırlığı daha önceden belirlenen
konuma yerleştirildikten sonra motor tekrar çalıştırılır ve işlemin kontrolü yapılır. Titreşim
seviyesinde kabul edilebilir bir miktarda düşüş sağlanmışsa işlem tamamlanır [ 3 ].
1.2.Literatür Taraması
Gelişen teknoloji ile sanayide kullanılan makineler her geçen gün karmaşıklaşan
yapılarıyla üretim içerisinde yeri doldurulamaz bir hâl almaktadırlar. Bu makinelerin
durmaları halinde yol açacakları üretim kaybı ve bunun yol açtığı zarar da üretime katkı
payları ile doğru orantılıdır. Bu durum makinaların bakıma olan gereksinimini ortaya
çıkarmaktadır. Makinelerde hasara yol açan en önemli durumlardan biri dengesizliktir.
Dengesizliğin giderilmesi amacıyla geçmişten günümüze kadar çeşitli alanlarda çalışmalar
yapılmıştır. Bu çalışmalar daha çok sanayide üretimde kullanılan dönen makinelerde
titreşimi engellemek amacıyla yapılmıştır. Ayrıca taşıtlardaki dengesizliği ortadan
kaldırmak amacıyla çeşitli dengeleme işlemleri yapılır. (Rot balans ayarı).
Konu ile ilgili yapılmış çalışmalardan bir örnek aşağıda verilmiştir;
Prof. Dr. Veysel Uysal ve Dr. Öğr. Üyesi Ömer K. Morgül tarafından 2015 yılında ‘Dönen
makinelerdeki dengesizlik (balanssızlık) arızasının titreşim analizi ve faz açısı yardımıyla
teşhisi’ adlı çalışma yapılmıştır.
Bu çalışmada, dönen makinelerdeki dengesizlik (balanssızlık) arızalarının genel
özellikleri incelenmiştir. Dengesizlik arızasının sınıfları (tipleri) özetlenerek, hangi sınıf
dengesizlik arızası olduğu titreşim analizi ile spektrum grafikleri ve faz açıları yardımıyla
6
belirlenmesi rapor edilmiştir. Böylece, elde edilen sonuçlardan titreşim analizinin
dengesizlik arızasını belirlemede etkili bir şekilde kullanılabileceği görülmektedir [ 4 ].
Şekil 1.5. Deney sisteminin şematik çizimi [ 4 ]
Bu çalışmaya benzer birçok çalışma mevcuttur.
1.3. Karşılayabileceği Gereksinimler
Hayatımızın her bölümünde önemli bir yer tutan dönel makinelerdeki en önemli
problemlerden biri dengesizlik problemidir. Bu proje kapsamında dönel makinelerdeki
dengesizlik problemine çözüm üretilmeye çalışılmış ve bu kapsamda bir deney sistemi
tasarlanmıştır. Bu deney sistemiyle dönel sistemlerdeki dengesizliğin ortadan kaldırılması
için bir çözüm yöntemi ortaya konulmaya çalışılmıştır. Böylece her türlü dönel makinenin
dengeleme işlemi için duyduğu gereksinime çözüm olabilecek alternatif bir metot üretilmeye
çaba sarf edilmiştir.
1.4. Tasarımın Kısıtları ve Koşulları
Tasarımı yapılan deney sistemi aşağıdaki kısıtlar ve koşullar altında tasarlanmıştır.
1.4.1. Tasarım Boyutları
Deney sisteminin boyutlandırması ortalama bir çalışma masasını geçmeyecek şekilde
ve masa üzerinde kullanıma uygun olacak bir şekilde tasarlanmıştır.
7
1.4.2. Ağırlık ve Taşınabilirlik
Deney sisteminin temel parçaları metal parçalardan üretileceği için tek bir kişinin
taşıyamayacağı bir ağırlık söz konusu olacaktır. Sistem motorun ürettiği güç ile titreşim
hareketi yapacağından oluşacak sarsılmaları en aza indirgemek için motor ve I profiller bir
alt tablaya sabitlenmiştir.
8
2. YAPILAN ÇALIŞMALAR
2.1. Deney Sistemi Tasarımı
Dönme dengesizliği belirleme deney sistemi düzeneğinin aşağıda verilen temel
parçalar kullanılarak üretilmesi öngörülmektedir. Sistemin üretilmesinde kullanılması
öngörülen temel parçalar:
- Mil
- Rotor
- Ağırlık
- Rulmanlı yatak
- I profil
- Motor desteği
- Kaplin
- Alt tabla
- DC motor
- İvmeölçer
- Arduino
Bu parçalar aşağıdaki alt başlıklar altında ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
2.1.1 Temel parçalar
2.1.1.1 Mil
Milin çapı 20 mm ve uzunluğu 450 mm olarak tasarlanmıştır. Mil kullanılmasının
nedeni motordaki gücün rotora aktarılmasını sağlamaktır. Milin rotora sıkı geçme ile montaj
edilmesi düşünülmüş ve motora kaplin ile monte edilerek motordan güç alınması
hedeflenmiştir.
9
Şekil 2.1. Mil
2.1.1.2. Rotor
Rotorun çapı 200 mm, et kalınlığı 20 mm ve ağırlıkların yerleştirileceği deliklerin çapı
10 mm olarak tasarlanmıştır. Rotorun merkezine mil ile sıkı geçme yapılması düşünülerek
20 mm çapında bir delik açılması tasarlanmıştır. Dengesizlik, rotorun üzerinde açılan
deliklere bir ağırlık yerleştirilerek oluşturulacaktır. Rotorun üzerinde 16 adet delik açılması
planlanmıştır.
Şekil 2.2. Rotor
2.1.1.3.Ağırlık
Uzunluğu 80 mm ve çapı 8 mm olarak tasarlanmıştır. Ağırlığın kullanılmasındaki amaç
önce dengesizlik oluşturarak analizler yapıp daha sonra dengelemeyi sağlamak için tekrar
ağırlık kullanılarak analizlerden alınan verilerle titreşim değerlerinin azalıp azalmadığının
kontrolünün yapılmasıdır.
10
Şekil 2.3. Ağırlık
2.1.1.4. Rulmanlı Yatak
Mil çapımızın 20 mm olması sebebiyle 20 mm çapında 2 adet yataklı rulman mili çift
taraftan yataklamak için dizayn edilmiştir.
Şekil 2.4. Rulmanlı yatak
2.1.1.5. I Profil
I profili sistemi dengede tutmak amacıyla masa üzerinde kullanıma uygun olacak bir
şekilde tasarlanmıştır. I profili rulmanlara cıvatalar yardımıyla sabitlenmiştir.
I profilinin tasarımında kullanılan uzunluklar aşağıda verilmiştir:
b : 160 mm
r : 3 mm
h : 160 mm
s : 20 mm
11
t : 30 mm
Şekil 2.5. I profil ölçülerinin Şekil 2.6. I profil
adlandırılması [ 5 ]
2.1.1.6.Motor Desteği
Deney sisteminde kullanılması planlanan DC motorun sarsılmalardan ve titreşimlerden
en az şekilde etkilenmesi için DC motor bir destek ile alt tablaya sabitlenmiştir.
Şekil 2.7. Motor desteği
12
2.1.1.7.Kaplin
Sistemimizde kaplin kullanmamızın amacı güç kaynağı olan motor ile milin arasında
irtibat sağlamak ve bu şekilde hareketi iletmektir.
Şekil 2.8. Kaplin
2.1.1.8. Alt tabla
Sistem motorun ürettiği güç ile titreşim hareketi yapacağından oluşacak sarsılmaları
en aza indirgemek için I profiller bir alt tablaya sabitlenmiştir. Alt tablamızın uzunluğu 600
mm kalınlığı ise 15 mm olarak tasarlanmıştır. I profillerin alt tablaya cıvata ile sabitlenmesi
düşünülmüştür.
Şekil 2.9. Alt tabla
13
2.1.1.9.DC Motor
Titreşim analizinde sistemi döndürmek için bir güç kaynağına ihtiyaç vardır. Bu
sebeple deney sistemine bir motor gereklidir. Motor deney sistemine uygun olarak
belirlenmiş ve teknik özellikleri aşağıda verilmiştir:
- Çalışma gerilimi: 12 V
- Akım: 15 A
- Harcadığı Güç: 110 W
- Motor Uzunluğu: 150 mm
- Motor Çapı: 83 mm
- Mil Uzunluğu: 98 mm
- Mil çapı: 12 mm
- Ağırlığı: 2030 gr [ 6 ]
Şekil 2.10. DC motor [ 6 ]
2.1.1.10.İvmeölçer
Bir hareketin ivme niceliğini belirten, makinelerin hızlanmasından doğan sarsıntıları
ve titreşimleri gösteren araca ivmeölçer denir. İvmeölçerler; ivme, titreşim ve mekanik şok
değerlerini ölçmede kullanılırlar. Tüm ivmeölçerlerde bir sismik kütle, yay ve damper
14
sistemi vardır. Sismik kütlenin üzerine etkiyen atalet kuvvetinin yarattığı ivme ölçülür.
Yapılacak olan analiz sonucunda dinamik olarak çalışacak parçaların çalışma modları tespit
edilerek tüm sistemin dinamik analizini ortaya konabilmektedir. Sonuç olarak ivme ile
bağlantılı bir çıkış değeri elde edilecektir. Sistemimizde ivmeölçer kullanmamızın amacı
yataklardan titreşim verisi almaktır [ 7 ].
Şekil 2.11. İvmeölçer [ 7 ]
2.1.1.11. Arduino Uno
Arduino, mikro kontrolcü kartları ve yazılım paketinden oluşan bir programlama
platformudur. Kart üzerindeki mikro kontrolcü, yazılması planlanan programa göre giriş ve
çıkış bağlantılarını kontrol eder.
Sistemimizde arduino kullanmamızın amacı verileri işleyerek bilgisayar ortamında
gözlenecek hale getirmektir.
Şekil 2.12. Arduino uno [ 8 ]
15
2.2.Dengeleme Hesapları
Ağırlık merkezinin dönme ekseninden c kadar uzakta olması durumunda teğetsel ve
normal ivmeleri;
𝑎𝑡 = 𝑐 × ∅̈ ( 1 )
𝑎𝑛 = 𝑐 × ∅̇2 ( 2 )
D’Alembert prensibi kullanıldığında sanal atalet kuvvetleri;
𝐹𝑖𝑡 = 𝑚 × 𝑐 × ∅̈ ( 3 ) veya 𝐹𝑖𝑡 = −𝑚 × 𝑐 × ∅̈ × 𝑒𝑖𝑤𝑡 ( 3.1 )
𝐹𝑖𝑛 = 𝑚 × 𝑐 × ∅̇2 ( 4 ) veya 𝐹𝑖𝑛 = 𝑚 × 𝑐 × 𝜔2 × 𝑒𝑖𝑤𝑡 ( 4.1 )
Rotor 𝜔 açısal hızıyla dönerken rotor yatağına etki eden kuvvetlerin yatay ve dikey
bileşenleri;
𝐹𝑥𝑖 = 𝑚 × 𝑐 × 𝜔2 × cos (𝑤𝑡) ( 5 )
𝐹𝑦𝑖 = 𝑚 × 𝑐 × 𝜔2 × sin(𝑤𝑡) ( 6 )
Görüldüğü üzere dönen makine elemanlarında ağırlık merkezine etki eden kuvvetlerin
makine gövdesine etkisi sabit değil harmonik olarak değişen kuvvetlerdir.
Statik dengelemede amaç açısal dönmeden dolayı oluşan atalet kuvvetlerinin sıfıra
eşitlenmesi, yani sistemin ağırlık merkezinin dönme ekseni ile çakıştırılmasıdır. Eğer bir
disk üzerinde 𝑚𝑙 kütleli ve merkezden 𝑟𝑙 uzaklıkta hareketli düzlem üzerinde seçilmiş olan
dönen bir eksen takımının pozitif x eksenine göre 𝛽𝑙 açısı yapan k kadar nokta kütle
bulunuyor, bu kütlenin ağırlık merkezinin dönme ekseni üzerinde olması için [ 2 ]
∑ 𝑚𝑙𝑟𝑙𝑒𝑖𝛽𝑙 = 0𝑘
𝑙=1 ( 7 )
olması gerekir. Eğer bu sağlanamıyorsa ise 𝑚𝑑 kütlesini dönme ekseninden rd uzaklıkta
eksen takımına göre 𝛽𝑑 açısında yerleştirerek dengeleme sağlanabilir. Bu durumda 𝑚𝑑𝑟𝑑
şiddeti ve 𝜃𝑑açısı olan dengeleme kütlesi;
𝑚𝑙𝑟𝑙𝑒𝑖𝛽𝑑 = − ∑ 𝑚𝑙
𝑘𝑙=1 𝑟𝑙𝑒
𝑖𝛽𝑙 ( 8 ) sağlanmalıdır.
Tasarlanan dönme dengesizliği belirleme deney sisteminde rotor üzerinde merkezden
r = 50 mm ve r = 80 mm uzaklıkta dengesizlik kütlelerinin yerleştirileceği delikler
oluşturuldu. Dengesizlik yaratacak 50 gramlık kütle bu deliklere takıldığında meydana
gelecek dengesizlik kuvvetinin bileşenleri ( 5 ) ve ( 6 ) numaralı denklemler kullanılarak
16
bulunabilir. Ortaya çıkan dengesizliği ortadan kaldırmak için ( 8 ) numaralı denklemin
sağlanması gerekmektedir.
2.3.Motor Hesapları
Kurulan sistemin döndürülmesi amacıyla gerekli motorun gücünün belirlenmesi için
aşağıdaki hesaplamalar yapılmıştır; [ 9 ]
𝑚𝑚𝑖𝑙 = 4,5 𝑘𝑔
𝑚𝑑𝑖𝑠𝑘 = 2𝑘𝑔
𝐼𝑚𝑖𝑙 =1
2𝑚𝑟2 = 0,5 ∗ 4,5 ∗ 0,012 = 2,25 ∗ 10−4𝑘𝑔𝑚2 ( 9 )
𝐼𝑑𝑖𝑠𝑘 =1
2𝑚𝑟2 = 0,5 ∗ 2,5 ∗ 0,12 = 0,0125 𝑘𝑔𝑚2
𝐼 = 𝐼𝑚𝑖𝑙 + 𝐼𝑑𝑖𝑠𝑘 = 2,25 ∗ 10−4 + 0,0125 = 0,01275 𝑘𝑔𝑚2 ( 10 )
𝜔 =2∗𝜋∗𝑛
60, 𝑛 = 1500𝑑𝑒𝑣/𝑑𝑘 ( 11 )
𝜔 = 157,08 𝑟𝑎𝑑/𝑠
𝛼 =𝑑𝜔
𝑑𝑡=
157,08
3𝑠= 52,36 𝑟𝑎𝑑/𝑠2 ( 12 )
∑ 𝑀𝐺 = 𝐼𝐺 ∗ 𝛼 ( 13 )
∑ 𝑀𝐺 = 0,01275 ∗ 52,36 = 0,66759 𝑁𝑚
𝑀 = 9550 ∗𝑃
𝑛 ( 14 )
𝑃 =𝑀 ∗ 𝑛
9550=
0,66759 ∗ 1500
9550= 0,105 𝑘𝑊 = 105 𝑊
17
3.BULGULAR
Bu bitirme çalışmasında makine konstrüksiyonlarının en önemli sorunlarından biri
olan dengesizlik sorunu konu alınmış ve bu sorunu ortadan kaldırmak için çeşitli çalışmalar
yapılmıştır. Bu sorunu ortadan kaldırmak için bir deney sistemi tasarlanmış ve üretilmiştir.
Bu deney sistemi üretilirken kullanacak kişiye kolaylık sağlanması açısından birçok noktaya
dikkat edilmiştir. Bunlar:
- Sistemin mümkün olduğunca hafif olmasına dikkat edilmiştir.
- DC motor kullanılarak sistemin düşük voltajlarda çalışmasına imkân sağlanmıştır.
- Sistemde kullanılan yataklar ve motor bir destek yardımıyla bir alt tablaya sabitlenerek
dengesizlikten dolayı ortaya çıkan titreşimlere ek bir titreşim ortaya çıkması engellenmiştir.
- Sistemde dengesizliği ortaya çıkarmak üzere bir rotor tasarlanmıştır. Bu rotor kullanıcının
tercihine göre kullanması için 16 delikli şekilde üretilmiş ve bu deliklere monte edilerek
dengesizliği yaratacak olan uzunluğu 80 mm ve çapı 8 mm olan ağırlıklar tasarlanmıştır.
Bu deney sistemi ilk baş denge durumunda yani dengesizlik problemi yok iken
çalıştırılır. Daha sonra ise ürettiğimiz ağırlıklar kullanılarak bir dengesizlik durumu ortaya
çıkmışken sistem çalıştırılır. Sistem denge durumunda çalıştırıldığında cihaz devir sayısının
eş değeri olan frekansta alınan titreşim genliği verileri oldukça düşük olmalı ve faz açısı
değerleri de sabit kalmamalı ve sürekli olarak değişmelidir. Eş değeri olan frekansta titreşim
genliği değerlerinin düşük olması ve faz açısı değerlerinin sabit olmaması devamlı değişmesi
sistemde dengesizlik problemi olmadığının göstergesidir. Sistem statik dengesizlik
durumunda ise cihaz devir sayısının eş değeri olan frekansta alınan titreşim genliği verileri
en yüksek değerinde olmalı ve cihazın ön ve arka yatak arasında radyal yatay yöndeki faz
açısı farkı çok az olmalıdır. Dinamik dengesizlikte ise cihaz devir sayısının eş değeri olan
frekansta alınan titreşim genliği verileri yüksek bir değerde olmalı ve cihazın ön ve arka
yatak arasında radyal yatay yöndeki faz açısı farkı yine düşük olmalı fakat statik dengesizlik
durumuna göre yüksek olmalıdır.
18
4.TARTIŞMA
Sanayide kullanılan makinelerin büyük çoğunluğu dönme hareketi ile iş yapmaktadır.
Makinelerdeki dengesizlik yüksek hızlı makinelerin gelişmesiyle birlikte her geçen gün
artan bir öneme sahip olmaktadır. Sanayide üretimin aksamaması ve yüksek kalitede ürün
elde edilebilmesi için makinelerdeki dengesizliğin etkilerinin en aza indirilmesi
gerekmektedir. Bu nedenle dönel sistem içeren makine konstrüksiyonlarında en önemli
sorunlardan biri dengesizliktir. Bu dengesizliğin belirlenebilmesi için dönme dengesizliği
belirleme deney sistemi tasarımı yapılması gerekmektedir. Sonuç olarak bir makinedeki
dengesizlik arızası ve çeşitleri incelendi ve titreşim analizi yapılarak dengesizlik arızasını
belirleyebilmek için bir sistem tasarımı yapıldı.
Literatürü incelediğimizde tasarlamış olduğumuz sistemin dengesizlik analizi
yapmak için uygun olduğu görülmüştür. Tüm bu bilgiler ışığında; kullanılan deney
düzeneğinin projeyi gerçekleştiren bizler tarafından en uygun şekilde olduğu söylenebilir ve
bu deney sisteminin mühendislik hesaplarına uygun olduğu gösterilir.
19
5.SONUÇLAR
- Bu çalışmada, hayatımızı devam ettirebilmemiz için önemli bir rol teşkil eden
makinalardaki dengesizlik problemi konu alınmıştır.
- Dengesizlik türleri ile ilgili araştırmalar yapılmıştır.
- Dengesizlik probleminin oluşmasına sebebiyet veren olaylar araştırılmış ve ne tür çözümler
üretilebileceği düşünülmüştür.
- Dengesizliğin makinalarda ne tür olumsuz etkiler ortaya çıkaracağı araştırılmış ve en
önemli olumsuz etkilerden birinin titreşim olduğu ortaya konulmuştur.
- Titreşimin makinalarda ortaya çıkardığı olumsuz etkiler araştırılmış ve bu etkilerin çevre
bilinci ile nasıl ortadan kaldırılabileceği hakkında çeşitli yöntemler ortaya konulmuştur.
- Dengesizliğin titreşim analizi ile belirlendiği bir dönme dengesizliği belirleme deney
sistemi tasarlanmıştır.
- Dengeleme işleminin nasıl yapıldığı araştırılmış ve tasarlanan deney sisteminde statik
dengeleme(tek düzlemde dengeleme) yapılmasına karar verilmiştir.
- Dengeleme hesaplarının nasıl yapıldığı hakkında çeşitli bilgiler verilmiştir.
- Deney sistemi tasarımında kullanılması planlanan DC motor ile ilgili güç ve tork
hesaplamaları yapılmıştır.
- Deney sisteminin tasarımında kullanılması düşünülen malzemelerin maliyet hesapları bir
tablo şeklinde verilmiştir.
20
6.ÖNERİLER
1- Miller maksimum titreşim frekansına girdikleri kritik açısal hız değerinden uzak
devirlerde çalıştırılması titreşimi azaltacaktır.
2- Millerin yataklanması konstrüksiyon mümkün kıldığı kadar yakın olması titreşimi
azaltacaktır.
3- Mil çapı mümkün olduğunca büyük seçilerek eğilme frekansları azaltılmalıdır.
4- Dönel elemanların imalatları ve işlenmeleri esnasında eksen simetrisine dikkat edilmeli
kütle merkezi eksende kalması sağlanmalıdır.
5- Montaj sırasında dönel elemanların montajı hassasiyetle gerçekleştirilmeli, kütle
merkezi mümkün olduğunca mil eksenine yakın tutulmalıdır.
6- Sistemin titreşim verileri aralıklarla kontrol edilmeli, beklenmedik artış olması
durumunda dengesizlik giderilmelidir.
7- Sistem dengesizliğe sahipse dengesizlik belirleme düzenekleri ile dengesizlik tespit
edilerek kütle dengeleme prensipleri yardımıyla dengesizlik ortadan kaldırılmalıdır.
21
7. KAYNAKLAR
1. Yrd. Doç. Dr. Orhan ÇAKAR, Dengeleme, Fırat Üniversitesi, Kasım 2015.
2. Eres SÖYLEMEZ, Makina Teorisi – 2 Makina Dinamiği, Birsen Yayınevi, İstanbul, 2007.
3. Mühendislik Uygulamaları, Makine Bakım Çözümleri, Yerinde Dengeleme(Balans)
http://www.proplan.com.tr/Uzmanliklar/muhendislik-uygulamalari/makina-bakim-
cozumleri/yerinde-balans, Son Erişim Tarihi: 15 Aralık 2019.
4. Veysel UYSAL, Ömer K. MORGÜL, Dönen Makinelerdeki Dengesizlik Arızasının
Titreşim Analizi ve Faz Açısı Yardımıyla Teşhisi, SAÜ Fen Bil Der 19. Cilt, 3. Sayı, s. 245-
256, 2015.
5. Profil Tablosu, https://www.lme.com.tr/NPI-NPU.html, Son Erişim Tarihi: 14 Aralık
2019.
6. 12V 2500r/min PMDC Motor 85ZY12-110, https://www.motorobit.com/urun/12v-2500r-
min-pmdc-motor-85zy12-110, Son Erişim Tarihi: 16 Aralık 2019
7. Arş. Gör. Şaban ULUS, Mekanik Titreşimler Deneyi, Erciyes Üniversitesi, Mühendislik
Fakültesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, Kayseri, Ocak 2013.
8. Arduino Uno R3, https://www.robolinkmarket.com/image/cache/Arduino/orjinal-
arduino-uno-r3-403-600x600.jpg, Son Erişim Tarihi: 15 Aralık 2019.
9. R. C. HIBBELER, Mühendislik Mekaniği Dinamik, Uyarlayan: S. C. FAN, Çevirenler:
Ayşe Soyuçok, Özgün Soyuçok, Literatür Yayınları, Ekim 2009.
10. Sanayi ve Ticaret Bakanlığı, Makine Emniyeti Yönetmeliği, Mart 2009.
22
8. EKLER
Şekil 8.1. Deney sisteminin üç boyutlu görünümleri
23
ÖZGEÇMİŞ
Mustafa DANIŞMAZ, 31.03.1997 tarihinde memleketi Trabzon ilinin Araklı ilçesinde
doğdu. İlk ve orta öğretimini Atatürk İlköğretim Okulunda tamamladı. Lise öğrenimini Rize
TOBB Fen Lisesinde tamamladı. Lisans öğrenimi Karadeniz Teknik Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümünde devam etmektedir. Orta düzeyde
İngilizce bilmektedir.
Faruk Berk ŞENTÜRK, 28.08.1996 tarihinde İstanbul ilinin Esenler ilçesinde doğdu.
Memleketi Trabzon ilinin Sürmene ilçesidir. İlk ve orta öğretimini Beyazıt Ford-Otosan
İlköğretim Okulunda tamamladı. Lise öğrenimini Bakırköy Lisesinde tamamladı. Lisans
öğrenimine Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği
Bölümünde devam etmektedir. Orta seviyede İngilizce bilmektedir.
Anıl TATKAN, 13.05.1997 tarihinde memleketi Ankara ilinin Polatlı ilçesinde doğdu. İlk
ve orta öğretimini Sakarya İlköğretim Okulunda tamamladı. Lise öğrenimini Polatlı Anadolu
Öğretmen Lisesinde tamamladı. Lisans öğrenimi Karadeniz Teknik Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümünde devam etmektedir. Orta düzeyde
İngilizce bilmektedir.