Sıcak dövme işlemi görmüş ıslah çelik millerin dinamik davranışlarının deneysel analizi
Experimental analysis of dynamic behavior of hot forging proccessed shafts
Yazar: TOLGA GÜNEY
Danışman: PROF. DR. HAMİT SARUHAN
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Endüstride dönen makine sistemlerinde istenilen yüksek hız ve ağır yük şartları altında güvenli ve kararlı çalışma ihiyacı her geçen gün artmaktadır. Bu sistemler miller, yuvarlanmalı yataklar ve diskler olmak üzere çeşitli mekanik bileşenlerden oluşmaktadır. Miller, dönen makine sistemlerinin dinamik davranışları için hayati fonksiyona sahiptir. Makinelerin dinamik davranışlarının tespit edilmesinde en önemli ve ayrıntılı bilgiler verebilen titreşim analizidir. Titreşim analizi, makine sistemlerinin işletme şartlarındaki performansının belirlenmesi ve mekanik sorunların ortaya çıkarılmasında en önemli yöntemlerden biridir. Dönen makine sistemlerinde titreşimlerin azaltılması millerin imalatında uygun malzeme seçimi ve bu malzemelerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi ile mümkündür. Millere ıslah işlemi ve dövme işlemi uygulayarak iyileştirme yapılabilir. Bu çalışmada, özellikle otomotiv endüstrisinde kullanılan krank mili, aks mili, yivli mil ve  demiryolu araçlarının milleri gibi sünekliği yüksek makine parçalarının imalatında yaygın kullanım alanına sahip AISI 4140, AISI 4340 ve AISI 5140 çeliğinden imal edilmiş miller kullanılmıştır. Bu miller; biri normal ve üçü farklı işlem (ıslah, dövme ve dövme işlemi sonrası ıslah) görmüş ve yuvarlanmalı yataklarla desteklenmiş ayrıca uç kısmına fan takılmış aynı yükleme şartlarında ve 3 farklı mil dönme hızı altında test edilmiştir. Millerden deplasman ölçer ve yuvarlanmalı yataklardan ivme ölçer aracılığıyla ulaşılan veriler ayrıntılı olarak analiz edilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak; Hadde işlemi uygulanmış AISI 5140 çeliği hem dövme, ıslah işlemi görmüş durumundan hemde hadde, dövme, ıslah ve dövme ıslah uygulanmış AISI 4140 ve AISI 4340 çeliklerlerden daha düşük titreşim genliğine sahip olduğu görülmüştür.

Abstract:
Rotating shaft system is employed in a wide variety of industrial applications including automobiles, machine tools, and machinery. The performance of any rotating shaft system is very dependent on vibrations generated by the shaft. The dynamic behaviors of a rotating shaft system are influenced by a number of parameters which include shaft material, the system geometry, inertial properties, and the mass and stiffness distribution of the rotating assemblies. The selection of the shaft material is crucial to meet the enormous demand of industrial users on the capability of vibration resistance of the rotating shaft system. Incorrect shaft material selection can lead to system failure. Treatment of material has received much attention over the last few decades. The studies to date have headed to focus on material properties for resistance and strength rather than dynamic behavior. On the other hand a substantial amount of extant literatures have reported on dynamics behavior of rotating shaft system regardless shaft material. Because of its fundamental importance in the rotating shaft systems, rotating shaft dynamics will persists as an active area of study for foreseeable future. The main objective of this study is to experimentally show that the material properties of shaft have a significant influence on the vibration response within operating range of the rotating shaft system. The role of rolling, forging, and tempering treatments to AISI 4140, AISI 4340, and AISI 5140 steel shaft effects on the rotating shaft system dynamic behavior is investigated. Treatable AISI 4140, AISI 4340, and AISI 5140 steel are among the most widely used in industrial applications requiring more resistance and strength. Rolling, rolling and forging, rolling and tempering, and rolling, forging, and tempering  treatments are utilized to sustain the service life by increasing vibration reliability for each of AISI 4140, AISI 4340, and AISI 5140 steel shaft materials. Since treatments of shaft material play a very important part in stability of rotating shaft, four different treatments are employed. The results showed that rolling treatment surprisingly and positively affects the dynamic behavior of AISI 5140 steel shaft compare to AISI 4140 and AISI 4340 steel shaft with rolling, rolling and forging, rolling and tempering, and rolling, forging, and tempering treatments. It can be concluded that the performance of the rotating shaft system is very dependent on vibrations generated by the rotating shaft subject to properties of its material.