Kaymalı yataklarda elastik gerilme analizi

Abstract

ÖZET KAYMALI YATAKLARDA ELASTİK GERİLME ANALİZİ Yatak yüzeyinde ortaya çıkan yorulma çatlaklarının oluşumunda büyük gerilmelerle zorlanan bölgelerin varlığı yanın da, gerilmelerin değişken karakterde ve özellikle işaret değiştiren türden olmaları da önemli olmaktadır. Bu nedenle, bası gerilmeleriyle birlikte yatak alaşımlarının son derece hassas oldukları çeki türü yüzey gerilmelerinin oluşumunda ve büyüklüğünde etkili olabilecek nedenlerin bilinmesi gerekir. Bu çalışmada, kaymalı yataklarda yüzey yorulmalarına neden olabilecek mekanik ve ısıl esaslı gerilmeler ve gerilme kaynakları incelenmiştir. Çalışmaya, seçilen sınır koşullarını sağlayan gerilme fonksiyonu yardımıyla, kaymalı yatak örneklerine uygun katlı elemanlarda rijit ve elastik yataklama koşullarını göz önüne alabilen, analitik çözümlerle başlandı. Yataklarda analitik yöntemlerle gerçekçi çözümler üretilmesi, yatakta mevcut yağ kanalları, hatalı yuva desteği ve yüzey süreksizlikleri gibi nedenlerle sınırlıdır. Bu nedenle çalışmada, v SAP 4 Sonlu Elemanlar Paket Programı* kullanılarak, kaymalı yatağa ait iki ve üç boyutlu elastik gerilme analizi yapılmıştır. İncelenen probleme bağlı olarak çözüm hassasiyetine ağ inceltilmesi suretiyle erişilmeye çalışılmıştır. Kaymalı yataklarda yağ filmi basıncı mekanik, sıcaklık ise ısıl karakterli gerilme kaynaklarının başında gelir. Yağ kanalları, uniform olmayan yuva desteği, zarf ve yuva esnekliği, yüzey sıcaklığı, bölgesel sıcaklık farklılıkları ve alaşım-zarf malzemelerinin farklı ısıl genleşme özellikleri gibi geometrik ve fiziksel etkileşimlerin gerilme alanları üstündeki etkileri ayrı ayrı ele alınıp, bunların parametrik analizi yapılmıştır. Seçilen geometri ve basınç koşullarında, ortaya çıkan gerilme tür ve büyüklüklerinin yatak yüzeyi ve yatak kesiti boyunca dağılımı belirlenip, eş gerilme eğrileri elde edilmiştir. Çeki karakterli gerilmelerin nedenleri, bu gerilme büyüklükleri üstünde etkili olabilecek sınır koşulları, yatak geometrisi, zarf ve yuva elastik özellikleri gibi parametreler araştırılmıştır. Eksenel parabolik basınç dağılımı varsayımıyla, yatak veya yatak yuvasında mevcut yağ kanalları, basınç etkisiyle birlikte modellenip, alaşım ve zarf kesitinde oluşan radyal, eksenel ve kayma gerilmesi dağılımları belirlenmiştir. Sıcaklık ve yüzey yorulması arasındaki ilişkinin gözlenmesi amacıyla literatürde verilen sıcaklık dağılımları esas alınıp, ısıl gerilme tür ve büyüklükleri belirlenmiş, gözle nen yorulma bölgeleriyle ilgisi irdelenmiştir. Kaymalı yataklarda basınç etkisiyle birlikte ortaya çıkan gerilme tür ve büyüklüklerinin, basınç dağılımı ile yatak sisteminin geometrik ve fiziksel özelliklerinden etkilendiği görülmüştür. Isıl gerilme büyüklüklerinin alaşım ve zarf malzemelerinin ısıl genleşme özelliklerine ve sıcaklık seviyelerine bağlı olduğu belirlenmiş, sıcaklığın önemli bir gerilme kaynağı olduğu saptanmıştır. VIII

SUMMARY ELASTIC STRESS ANALYSIS IN JOURNAL BEARINGS In the formation of fatigue craks appearing on the sur faces of journal bearings, besides the presence of regions under large stresses, the stresses being of varying nature especially of the sign changing type is very important. Hen ce, added to compressive stresses, information should be ava ilable as to the geometrical and physical factors that would affect the formation and magnitude of tensile type surface stresses to which the bearing alloys are particulary sensi tive. In this thesis, mechanical and thermal based stresses and stress sources which could result in surface fatigue in journal bearings have been examined. The study has been started with analytical solutions that accounts for rigid and elastic bearing housing conditi ons. In the analysis, the layered elements appropriate for journal bearings with the aid of a stress function that sa tisfies the selected boundary conditions are used. There are limitations in obtaining realistic solutions by such methods, due to the presence of factors such as oil groves and faulty housing supports. For this reason, in this study, two and three dimensional elastic stress analyses have been carried out, using `SAP 4 Finite Element Programe Package`. It has been attampted to obtain convergent solutions by h-type mesh refinements. In journal bearings, the main sources of stress are the existance of oil film pressure in the mechanical sense, and temperature in the thermal sense. The effects of parameters such as; oil groves, non-uniform housing supports, flexibili ties of bush and housing, surface temperatures, regional differences in temperature and different thermal expansion properties of alloy-bush materials, on the stress fields have been individually considered. Under selected conditions of geometry and pressure, the stress distributions along the bearing surface and cross- section have been determined and equistress curves have been obtained. The factors, which effects the tensile stress le vels have been investigated. Aiming at observing the relationship between the tempe rature and surface fatigue, thermal stress distributions have been determined for a number of temperature profiels given in the literature. The relation of these with the fatigue re gions have been examined. It has been found that the types of stress and their magnitudes that occur under the influence of pressure in jo urnal bearings are affected by the geometrical and physical properties of the bearing system. It has been determined that the thermal stress magnitudes are dependent on the properties of thermal expansion of alloy and bush materials, and tempe rature levels. As a result, it has been found that tempera ture is an important source of stress. IX