Kayiş kasnak mekaniZMALARINDA kayiş İle kasnak arasindaki SÜRTÜnme katsayisinin deneysel olarak bulunmasi

KAYIŞ KASNAK MEKANİZMALARINDA

KAYIŞ İLE KASNAK ARASINDAKİ SÜRTÜNME KATSAYISININ

DENEYSEL OLARAK BULUNMASI

M. Belevi ve C. Koçhan

1. DENEYİN AMACI: Deneyin amacı, kasnak etrafına sarılmış düz ve V-kayışların gergin ve gevşek taraflarındaki gerilme kuvvetlerinden faydalanılarak sürtünme katsayısını tespit etmektir.
2. TANIMLAMALAR:

Sarım açısı: Kayışın kasnak ile temas halinde olduğu bölge sınırlarını kapsayan merkez açı

Kayış kuvvetleri: Kayış ile kasnak arasında kayma olmaması, mekanizmanın moment iletimini gerçekleştirebilmesi için kayış kollarının F₁ ve F₂ kuvvetleri ile gerili olması gerekir.
3. DENEYİN ÖNEMİ VE KULLANILDIĞI ALANLAR: Kayış-Kasnak mekanizmaları bir milden diğerine dönme hareketi ve moment aktarımında en fazla kullanılan mekanizmalardan biridir. Titreşimli “darbeli” momentlerin aktarılması sırasında darbeyi yutabilmesinin yanı sıra miller arasında büyük mesafelerin olması durumunda da uygulanabilmesi ayrıca standart olarak bulunabilmeleri bu mekanizmaların en önemli tercih nedenleridir.

Döndürme momentinin iletilmesi düz, trapez ve yuvarlak kayışlarda kayış ve kasnaklar arasındaki sürtünmeye bağlı olarak değişir. Sürtünme bağının oluşabilmesi kayışa yeteri kadar germe kuvveti vermekle sağlanmaktadır. Bu durum aktarılabilecek güce sınır getirmektedir. Aktarılan gücün artırılabilmesi çabaları kayış imalinde kauçuk kompozit malzemelerin kullanımı (daha büyük sürtünme katsayıları ve dayanımlar) ve V-kayışlar için trapezoidal kesitlerin (daha büyük temas alanı, daha küçük birim alan yükü) geliştirilmesine yol açmaktadır.

Sabit bir hız oranının mümkün olmamasına neden olan kayış sürünmesiyle (creep) ilgili problem ise devam etmektedir. Söz ettiğimiz kayışlardan farklı olarak momenti şekil bağı ile ileten dişli kayış kullanımı sabit hız oranı elde etme olanağını sağlamaktadır.

Kayış-Kasnak mekanizmasının teorik incelemesi, temas eğrisine ve bu eğri boyunca sürtünmeye sebep olan normal kuvvete göre yapılmaktadır. Temas eğrisinin iki tarafındaki kayış kollarında oluşan kuvvetler dikkate alınarak sürtünme katsayısı belirlenebilir.

4. TEORİK BİLGİ:

Şekil 1. Kayış kuvvetleri

Kasnak ile θ temas açısı yayına sahip olan kayışı inceleyelim. Kayış, kasnağı saat ibreleri yönünde döndürsün. Kasnak ile temas ettiği bölgede kayışın yayına karşılık gelen ufak bir parçasını ele alalım. Kuvvet üçgeninde (Şekil 1a), ve nin ikinci derece terimlerini ihmal ederek;

Düz kayış ve kasnak için bu değer sürtünmeye sebep olan normal kuvvettir. Kuvvetteki değişim:

Buda gösterir ki: dir.
Temas yayı üzerinde integral alınırsa

Bundan dolayı: veya olur.

Burada T₁: Gergin kol kuvveti, T₂:Gevşek kol kuvveti, μ:Kayış ile kasnak arasındaki sürtünme katsayısı ve θ: Kayışın kasnağa sarıldığı açıdır. Yukarıdaki denklemlerden hali kayma sınırıdır. Gergin kol kuvveti T₁ bu değeri aşarsa kayış kasnakta kaymaya başlar, moment iletimi sona erer.
V-kayış kasnak mekanizmasında aynı normal kuvvet ile sürtünme çok artmaktadır diyagram (b) kullanılarak
ile


elde edilir. V kayışlarında, kama açısı alınabilir.
Deneyde T₁=T+5 ve T₂=T-W dur. (iki yük askısı birbirinin aynı olduğundan).

5. CİHAZ VE APARATLAR:

Şekil 2. Deney düzeneği

Siyah renkli koruyucu ile kaplı kasnak kolay dönmesi için bir rulmanla aksa monte edilmiştir. Kasnak üzerinde bir tanesi düz diğeri V-kayışlar için olmak üzere iki adet kanal vardır. Her iki kanalın etken çapı 150mm dir. Kasnağın ön yüzeyinde 15⁰ lik açı aralıkları ile yerleştirilmiş gümüş izler vardır.
Kasnağın yataklandığı duvar konsolunun ön yüzünde Ağır çelik plaka üzerinde kayışın kısa tarafının güvenliği için 30⁰ ara ile kasnak çevresine gelecek şekilde dairesel konumlanmış, diş açılmış delikler vardır. Bu deliklere takılan tutucu kasnağın sarım açısının değiştirilmesini sağlar. Kayış uygun görülen noktaya takılan tutucu üzerine çengel ile bağlanarak kasnağın sol tarafına salınır. Yük kasnaktaki 3. yive birçok defa dolanıp sağ tarafa salınan ipe asılır. Bu yük askısına sahip ip, kayış üzerinde yük takarak artan kayış sürtünmesine karşı çalışan makarayı döndürerek momenti sağlar.

Deney düzeneği sürtünme katsayısı ölçülecek olan kayışlar dışında aşağıdaki elemanlardan oluşmaktadır.

• 
  2 adet kanca
  
• 
  2 adet yük askısı (5N)
  
• 
  4*50N, 4*20N, 5*10N, 2*5N, 2*2N ve 2*0,5N ağırlık setiden oluşmaktadır.
  

6. NUMUNELER:

• 
  Düz deri kayış
  
• 
  Kauçuk V-kayış
  

7. DENEYİN YAPILIŞI:
Düz kayış: İstenen sarım açısı (önce 30⁰) dikkate alınarak deney düzeneğinin duvar konsoluna kılavuzlanmış delik içine vidalanan tutucuya düz kayış kanca ile tutturularak diğer ucundan ikinci kanca kullanılarak yük askısı asılır ve düz kayış için önerilen yükler sıra ile yüklenir. Moment yükü ipi saat ibresi yönünde makaranın etrafına sarılır ve ucuna yük askısı asılır.

Kayışın ucuna eklenen her yük için, dikkatli başlangıç yaparak kasnak saniyede 1⁰ gibi hızda yavaşça dönene kadar moment askısına yük asılır. Eklenen yükler Tablo 1 e kaydedilir.

Aşağıdaki tabloda önerilen kayış yüklerini kullanılarak, aynı işlem daha sonraki (60⁰….) temas eğrisi için tekrarlanır.
Tablo 1: Düz Kayış Gerilmeleri

Yük T(N)	Moment Yükü W ve Kayışın Gevşek kol kuvveti T2 İçin Temas Yayı θº
	30		60		90		120		150
	W	T2	W	T2	W	T2	W	T2	W	T2
200							-	-	-	-
150
125	-	-	-	-	-	-
100
75	-	-	-	-	-	-
50

Bölüm 2 V-Kayış: yukarıda düz kayış için kullanılan prosedürü Tablo 2 ile verilen önerilen yükler için tekrarlayın.
Tablo 2. V-Kayış Gerilmeleri

Tork Yükü T(N)	Moment Yükü W ve Kayışın Gevşek kol kuvveti T2 İçin Temas Yayı θº
	30		60		90		120
	W	T2	W	T2	W	T2	W	T2
100
80
60
40
20

Tablolarda kullanılan büyüklükler:

T: Kayış koluna asılan yükler (Kanca yükü hariç) ; W: İp’e asılan moment yükü; T₂: Gevşek kayış koluna düşen kuvvet (T₂=T-W); T₁=Gergin kayış koluna gelen kuvvet (T₁=T+5)
Tablo 1 ve Tablo 2 doldurulur. Bu değerlerin yardımıyla her sarım açısı için aynı grafikte

T - T₂ değişimi çizilir (T düşey eksende). Bu grafikler düz kayış için , V-kayış için eğimine sahip iki eğri ailesi verir.

Bir sonraki aşama her kayış için düşey eksende ile yatay eksende sarım açısı (θ) olmak üzere yeni bir diyagram çizilir ve bu diyagramdaki doğrunun eğimi ile deneysel sürtünme açısı bulunur (eğim açısı radyana çevrilecektir).
8. İSTENENLER:

• 
  Sonuçlar teoriyi doğruluyor mu? Deneysel sürtünme katsayısı ile euler ifadesinden bulunan teorik sürtünme katsayısı bir tablo yapılarak karşılaştırılacaktır. Değerlerdeki (varsa) sapmaların nedeni açıklanacaktır.
  
• 
  İletilen momente göre her iki tür kayışı karşılaştırıp sonucu yorumlayınız. Hangi tür kayış daha kullanışlıdır? Neden?
  
• 
  Hangi sürtünme katsayısı –statik mi kayma mı- kullanılmalıdır.
  

9. REFERANSLAR:

1. 
   Akkurt M., Makina Elemanları Cilt 3, Bursa Üniversitesi Basımevi, 1980.
   
2. 
   Rende H., Makina Elemanları, Cilt 1, Seç Yayın Dağıtım, 1997.
   
3. 
   Babalık F.C., Makine Elemanları ve Konstrüksiyon Örnekleri, Cilt 3 Uludağ Üniversitesi Güçlendirme Vakfı, 2002
   
4. 
   Hi-Tech Sientific Instruction Manuals.