Yürek mekanizmalarında aşınma ve elastohidrodinamik yağlama
Wear of cam mechanisms and elastohydrodynamic lubrication
Yazar: İLKNUR KESKİN
Danışman: PROF. DR. ATİLLA BOZACI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear

Özet:
Dinamik sistemler için ömür tahmini tasarımcılar açısından teknik ve ekonomik sebeplerden dolayı oldukça önemlidir. Eş çalışan yüzeylerin aşınması da ürün ömrünü etkileyen kritik bir faktördür. Aşınmanın kendisi kesinlikle sıradan bir olay olmasına rağmen aşınma teorisi ve mekanizması sistemin malzeme özelliklerini, çalışma şartlarını (yük, hız, v.s.), değme geometrisini, yüzey pürüzlüğünü ve çevresel faktörleri (yağlama, sıcaklık, v.s.) kapsayan çok kompleks bir olgudur. Ancak bu kadar çok bileşeni bir matematik model üzerinde ele almak mümkün değildir. Literatürde, yürek yüzeyinde sadece yay kuvvetinin sebep olduğu aşınmayı modelleme çalışmaları mevcuttur.Bu çalışmada, yürek mekanizmasını etkileyen yay ve izleyicinin ivmelenmesinden doğan atalet kuvvetleri de göz önüne alınarak bir matematik modelleme çalışması yapılmıştır.Archard'ın aşınma denklemi mevcut duruma adapte edilmiş ve kuru şartlarda aşınma derinliğini kuvvet ve zaman değişkenine bağlı olarak verebilen bir matematik model kurulmuştur. Aynı mevcut şartlar için deneysel çalışmalar PTFE malzemeye sahip yürek profili için yapılmış ve aşınan yürek profilinin farklı açılarındaki aşınma derinliği CMM yardımıyla belirlenmiştir. Deneysel olarak belirlenen sonuçlar matematik modelin ortaya koyduğu teorik verilerle karşılaştırılmış ve modelin güvenilir olduğu görülmüştür.Aynı çalışmalar pirinç malzemeden imal edilen yürek profili için de uygulanmış ve güvenilir bir model olduğu burada da görülmüştür. Daha sonra aynı çalışmanın yağlı şartlarda yapılması durumunda ortaya çıkacak olan elastohidrodinamik yağlama durumuna göre kuvvet bileşenin film kalınlığı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Muhtelif elastohidrodinamik rejimler için elde edilmiş olan film kalınlığı bağıntıları incelenmiş, bu bağıntılardaki sabit kuvvet varsayımı yerine bu çalışmadaki değişken kuvvet göz önüne alınarak film kalınlıkları tahmin edilmeye çalışılmıştır.Bu tez çalışmasındaki yaklaşım bir yüreğin kullanım ömrü boyunca ortaya çıkabilecek aşınma derinliğini önceden tahmin etme özelliğine sahiptir.

Abstract:
Life prediction for dynamic systems is very important for machine designers in terms of technical and economical reasons. Wear of co-working surfaces is a critical factor affecting the life of the product. Although wear is definitely an ordinary event, the mechanism and theory of wear are very complex phenomenon of the system which includes material properties, operating conditions (load, speed, etc.), contact geometry, surface roughness, and environment (lubrication, temperature, etc.). However, it is not possible to deal with so many components on a mathematical model. The modelling studies which involves the wear arised surface of the cam by considering only spring forces effects are present in the literature.In this study, the mathematical model has been formed by considering inertia forces arising from the spring affecting cam mechanism and acceleration of the follower.Archard's wear equation has been adapted to the current situation and a mathematical model which reveals the depth of wear depending on the force and time variable has been established in dry conditions. For the same existing conditions, experimental studies have been performed for PTFE cam profile and then wear depth of the worn cam profile have been determined by CMM for different angles. Experimental results were compared with the theoretical data that as a mathematical model put forward and was seen a reliable model.The same studies have been also applied to cam profile that made of brass by this way the reliability of the model has been presented. Then, in the case of performing the same studies for lubricated conditions, the effect of force component on the film thickness has been investigated. Film thickness relations that obtained for a variety of elastohydrodynamic regimes were examined. Instead of the assumption of constant force in this statements the film thickness has been predicted by considering variable force in this study.The approach in this thesis study enables to predict wear depth during lifetime of the cam.