Krank milleri kırılmaları ve önlenmesi bilgisyar yardımıyla dinamik analiz

Abstract

TEŞEKKÜR Bu çalışmanın meydana gelmesinde büyük emeği geçen.çalış ma disiplini ve tecrübesiyle beni her zaman olumlu yönde etkileyen tez yöneticisi değerli hocam sayın Prof. Necati TAHRALI' ya;akademik hayatımın her safhasında bilgisinden ve tecrübesinden faydalandığım Yrd.Doç.Dr. M. Emin TÖZÜN 'e tezimin çeşitli safhalarında yorumlarıyla ve tecrübeleriyle katkıda bulunan Doç.Dr.Ertuğrul TAÇGIN'a yardımlarını e- sirgemeyen Yrd.Doç.Dr.K.Ersin GÜNGOR'e ve Yrd.Doç.Dr. Meh met KOPAÇ'a, pratik konularda her türlü kolaylığı gösteren TTK Kozlu müessesesi teknikerlerinden Muzaffer KİLİT 'e ve TTK persoleneline teşekkürü bir borç bilirim. Sadri ŞENSOY İstanbul Şubat 1994ÖZET Krank mili kırılmaları ve analizi ile ilgili konular pek çok araştırmacının ilgisini çekmiştir.Türkiye Taşkömürü Kurumu müesseselerinde rastlanılan krank mili kırılma olayları bu çalışmanın hazırlanmasında etkili olmuştur. Bütün makine elemanlarında olduğu gibi krank mili kırılmaları şok etkilerden.yorulma sonucunda.titreşimlerden dolayı oluşan rezonans bölgelerindeki kırılmalar olarak üç grupta toplanabilir.Yapılan çalışmada krank mili bu üç yönden de incelenmiştir. Ayrıca bu çalışmada literatürde pek rastlanılmayan, krank millerindeki titreşimlerin gerilmeleri arttırıcı etkisi incelenmiştir. Titreşimlerin gerilmeler üzerindeki etkisi incelendiğinde krank milinin bazı devirlerinde emniyetli gerilme sınırlarının ve deformasyon değerlerinin aşıldığı görülmüştür. Bu da bize titreşimlerin gerilme artışlarındaki etkisinin incelenmesi gerektiği sonucunu getirmiştir. Krank milinin dinamik analizinde, mil boyunca şekil değiştirme ve kuvvet büyüklükleri bunlara bağlı olarak da gerilme ve emniyet katsayısı değerleri bulunmuştur. Bu analiz için krank miline eşdeğer bir hiperstatik sistem kurulmuş yatak kuvvetleri ve momentler hem Maxwell-Clapeyron denklemleri ile hem de sonlu elemanlar yöntemiyle çözülmüştür. Bu şekilde bulunan kuvvet ve momentler göz önüne alınarak şekil değiştirmeler yine sonlu elemanlar tekniği kullanılarak bulunmuştur. Her bir silindirin ateşlemesi anındaki krank milinin elastik eğrisi çıkarılmış ve krank mili boyunca en tehlikeli kesitler tespit edilmeye çalışılmıştır Her iki metodla elde edilen kuvvetlerle ve momentlerle bulunan gerilme değerleri önce eleman t er sonrada literatürde krank mili analizinde rastlanılmayan Soderberg yöntemine göre bütün silindirlerin toplam etkisi dikkate alınarak verilmiştir Krank mil boyunca kol ve ana yatak yerlerindeki emniyet kat il

sayıları.eğilme, burulma ve bileşik gerilme için bulunarak kritik kesitler tayin edilmiştir.Burada en tehlikeli zorlanmanın burulma için ortaya çıktığı görülmüştür. Soderberg'e göre yapılan analiz ile bulunan sonuçların kırılmış krank milleri ile karşılaştırıldığında uygunluk gösterdiği gözlenmiştir. Yapılan bu analizlerde krank milinde en tehlikeli kesitlerin, volana yakın bölgelerde olduğu görülmüştür. Krank mili titreşim analizi eğilme ve burulma için ayrı ayrı incelenmiştir.Bunlardan burulma titreşimlerinin krank mili için tehlikeli olabileceği görülmüştür.örnek olarak ele alınan krank millerinin kırılma devirlerinin, burulma titreşim analizinde elde edilen rezonans bölgesinde olduğu görülmüştür. Eğilme titreşim analizi yapıldığında elde edilen sonuçlar, bu titreşimlerin krank mili açısından bir tehlike yaratmayacağını göstermektedir. Bu sonuç literatürde eğilme titreşimleri için verilen bilgilerle de uygunluk göstermiştir. Krank millerinin değişik sürelerde değişik yüklerde çalıştığı da dikkate alınarak ömür hesabı Palmgren-Miner denklemleri tatbik edilerek yapılmış ve bir ömür değeri bulunmuştur. Dengeleme düzlemlerine konulacak olan dengeleme büyüklüklerinin yatak kuvvetlerine olan etkileri araştırılmıştır -Çeşitli oranlarda yapılan dengelemenin yatak kuvvetlerini nasıl etkilediği nümerik olarak değerlendirilmiş, sonuçlar grafikler halinde verilmiştir. Bu çalışmada kullanılan bilgisayar programları Ek'lerde verilerek pratikte krank mili konstrüksiyonunun bir bütün olarak gerçekleştirilmesi sağlanmak istenmiştir.Bu programlar araştırma sırasında karşılaşılan her bir problem için ayrı ayrı hazırlanmıştır. IIISUMMARY Subjects on analysis and failure of crankshafts have become the interest of many researchers. Events of crankshaft fail ure taking place in TTK have played the main role in the preperation of this work. As another machine elements, crankshaft failure can be gathered into three groups, the first of which is due to shock effects,the second is due to fatique and the third one is the breaks occuring around resonans field because of vibrations. In this work,the effects of vibrations on the increment of strain were studied which can rarely be found inthe present literature.In certain speed of crankshafts.it was observed that the permitted limits of strain exceed.This showed us the requirement for analysing the effect of vibrations on the increase of strain. In the dynamic analysis of crank mechanism, the chance in form and the value of force together with the strain and safety coefficient a long the crankshaft were obtained. In order to carry out this analysis a hyper-static system equivalent to the crankshaft was determined, the bearing forces and moments were computed using Maxwell-Clapeyron equations and finite element methods. In addition, the values of deformations have been calculated by finite element method. The elastic curve of crankshaft for the actustion of each cylinder has been obtained and the most critical sections a long the crankshaft were tried to be found out strain values calculated using forces and moments by both methods were given in an analytical form firstly by elementary.secondly by advenced Soderberg method which not available in the present literature. Safety coefficients at all bearings along the crankshaft were obtained for bending twisting and coupled strain cases, and critical sections were obtained.It is, then pointed out that the most dangereous type of forcing is twisting. It is also observed that these are in compatible with the results obtained by Soderberg analysis when compared with I?