Triboloji

Triboloji

Vedat Temiz

Genel Bilgiler

Dnyada eitli kurulularca yaplan baz aratrmalarda retilenenerjinin yaklak te birinin srtnme sonunda harcandgereini ortaya koymutur.

Dier yandan makinalarn fonksiyon yzeylerinde meydanagelen anmalarn da ok byk ekonomik kayplara yol atbenzer aratrmalar sonucu tespit edilmitir.

Somut bir rnek vermek gerekirse, byk bir entegre eliktesisinde (yllk retim kapasitesi 10...15 milyon ton) eitli tip anmalarn telafisi iin gereken yllk bakm, onarm ve yenilemealmalarnn tesis kurulu maliyetinin %10 ila 15 i kadar ek birharcamay gerektirdii hesaplanmaktadr.

Makina Elemanlar I

Genel Bilgiler

Artan hzlar ve zorlanmalar, makina sistemlerinin gvenilirlik ve mr koullarnn daha dar toleranslara sokulmas, anmann snrlandrlmasn ve kontrol altnda tutulmasn gerektirmektedir.

Esnek ve kat otomasyon uygulayan fabrikalarda, uak, roket sistemlerinde, nkleer reaktrlerde ve daha bir ok ileri teknolojinin uyguland sistemlerde srtnme, anma ve bunlarla ilgili olarak yalama en nemli boyutlandrma kriter ve parametrelerinin iine girmektedir.

Bu gereksinimlerin bir sonucu olarak son 30 yl iinde srtnme, anma ve yalama konularn ieren yeni bir bilim dal kurulmutur. Triboloji veya Tribo-teknik olarak adlandrlan bu disiplin gerek niversitelerde gerekse teknikte geni bir ilgi grmtr.

Makina Elemanlar I

Genel bilgiler

Tribolojinin alt disiplinler:

1. Srtnme

2. Anma

3. Yalama

Makina Elemanlar I

Srtnme

Birbiri ile temas halinde bulunan ve izafi kayma veya yuvarlanma hareketi yapan iki fonksiyon yzeyi arasnda genel olarak bir srtnme hali mevcuttur. Birok halde srtnmenin saysal deeri ok kk olabilir, fakat pratik olarak daima mevcuttur.

Hipotetik olarak fonksiyon yzeyleri arasnda hibir kuvvet alannn bulunmamas ve kesin olarak aralarnda mutlak vakumdan baka bir ortam bulunmamas halinde srtnmenin olmad sylenebilir.

Srtnme ve anma ok eski tarihlerden beri gzlenen ve azaltlmas iin tedbirler alnan konulardr.

Makina Elemanlar I

Kuru ve yalanm yzey kavramlar

Teorik olarak mutlak kuru srtnme, yabanc maddelerden tamamen arndrlm ve mutlak vakumda birbiri zerinde srtnen yzeyler arasnda mevcuttur.

Yzeyler daha nceden temizlenmi olsa dahi, atmosfer artlar altnda birbirlerine srtnrken aralarnda ok ince de olsa absorbsiyon tabakalar ve tribomekanik reaksiyon tabakalar meydana gelecektir. Genellikle bu tip srtnme hali de pratik olarak kuru srtnme kabul edilir.

Yzeylerin zerine (veya aralarna) zel yalayc maddelerin srlmesi (konmas) halinde yzeyler artk pratik olarak da kuru deildir. Srtnme yalanm yzeyler arasnda meydana gelmektedir. Bu srtnme hali snr veya hidrodinamik durumlarda olabilir.

Makina Elemanlar I

Kayma ve yuvarlanma srtnmesi

Srtnmeyi en genel anlamda kayma ve yuvarlanma srtnmesi olarak ikiye ayrmak mmkndr.

Srtnmeyi meydana getiren fiziksel nedenler incelendiinde bu ayrmn makroskopikgrnm iin geerli olduu, mikroskopikblgede ise her iki srtnme halinin benzer nedenlerden meydana geldii anlalr.

Makina Elemanlar I

Kayma ve yuvarlanma srtnmesiUYGULAMALAR

Makina Elemanlar I

Stribeck erisiki yzeyi birbirine gre yk altnda kaydrabilmek iin belirli bir direncinyenilmesi gerektiini, yzeylerin zerine bir yalayc madde srlmesihalinde ise bu direncin azaldn deneyimlerimiz sonucu hepimiz biliriz. 1901 ylnda Stribeck tarafndan yaynlanan bir almada radyal bir kaymal yatan deiik srtnme durumunda alabilecei belirtilmitir

Makina Elemanlar I

Kuru srtnme Snr srtnme Film srtnmesi

Srtnme Teorileri

Amonton (1699) - Coulomb (1785) teorisi: Bu teoriye gre srtnme, yzeylerdeki prz tepelerinin taklmasndan doan diren olaraktariflenmektedir. Ancak bu teori, srtnmedeki enerji kaybn ve ok iyiilenmi yzeylerdeki srtnme artn aklayamamaktadr.

Molekler Etkileim teorisi (Tomlison-Hardy):

Elektrostatik ekim teorisi: Bu teoriler srtnme olaynn mekanizmasndeneysel verilerle uyum salayacak ekilde aklamakta yetersizkalmlardr.

Kaynama, Kesme, Srme teorisi (Bowden ve Tabor): Bowden ve Tabor srtnmenin meydana gelmesinde en byk etkenin yzeylerin birbirinedeen tepeciklerindeki adeziv ve koheziv balar olduunu, bunlara ilaveolarak tepeciklerdeki deformasyonlarn da diren arttrc etkileribulunduunu ne srmlerdir. Bu teori eitli etkenlerin mantksal bir sentezini iermektedir.

Makina Elemanlar I

Coulomb Tribometresi

Makina Elemanlar I

Kaynama, kesme, srme teorisi

Makina Elemanlar I

Elasto-plastik temas halinde kaynak (A1Ai) ve deformasyon (B1Bj) noktalar

Srtnme kuvveti olarak adlandrdmz bu kuvvetin iki bileenden olutuu kabuledilebilir.

Her iki taraf normal kuvvete blnrse


Makina Elemanlar I

yi ilenmi yzeylerde defornasyonteriminin etkisi ihmal edilebilir. Bu durumda

i: her bir noktadaki kesme direnciAi: temas noktasnn alan

Her bir noktann kesme direnci ayn ise

Plastik demealan

Kesme direnci, en fazla malzemenin kaymadakiakma mukavemeti kadar olabilir.


Makina Elemanlar I

Btn deme noktalarnn plastikdeformasyona urad kabuledilirse;

Plastik demealan

Malzemeninplastik akmabasnc

Metalsel malzemelerdebu oran 1/5 civarndadr.

1. Deme alan bymesi2. Pekleme

???

Srtnme Katsaylar

Malzeme ifti Vakumda (10-9 ile 10-10

Torr) kuru srtnmeHavada kuru srtnme

Mineral ya iinde (Snr srtnme)

Bakr/bakr >100 1,0 0,08

NaCl/NaCl 1,3 0,7 0,22

Elmas/Elmas 0,9 0,1 0,05

Safir/Safir 0,8 0,2 0,2

Kuartz/Kuartz 0,7 0,35 0,2

Cam/Cam 0,5 1,0 0,28

Makina Elemanlar I

Anma Makinalardaki arzalarn ve konstrksiyon elemanlarnn fonksiyon d

kalmalarnn en byk nedenini anma tekil etmektedir.

Srtnme nasl bir enerji kayb nedeni ise anmada tekrar geriye kazanlamayan bir madde kayb nedenidir.

Bu dolayl olarak yeni malzemenin temini iin gerekli olan ek bir enerji gereksinimini de beraberinde getirir.

Srtnme ve anma arasnda dorudan bir iliki kurmakta mmkn deildir.Farkl malzeme iftleri arasnda srtnme direnci ayni olabilir, ancak bunlar arasndaki anma miktar farkll 100 veya daha fazla kata kabilir.

Genel olarak anma problemi srtnme probleminden daha karmak bir yapdadr. E alan fonksiyon yzeyleri arasnda ok deiik trde anma ekillerine rastlanr ve ok kerede ayni bir koulda bu deiik ekillerin bir ka ayn zamanda kendini gsterir.

Bu nedenlerle btn anma hallerini veya bir ksmn kapsayan ve genel geerlilii olan bir anma kanununu tanmlamak mmkn olamamtr.

Makina Elemanlar I

Srekli snrl anma (Continuous Wear)

Snr srtnmesi blgesinde alan veya zaman zaman snr srtnmesi haline maruz fonksiyon yzeyleri arasnda bir bakma kontroll olan bu anma ekline rastlanr.

Yzeylerde nemli bir hasar meydana gelmez. Yzeyler alma sresince dzgnleir. ten yanmal motorlarda, piston ve silindir arasndaki anma ekli bunun karakteristik bir rneidir.

Makina Elemanlar I

L0 ile LA arasnda przlerin ksmendzelmesine bal olarak evvela hzl biranma gzlenir. Buna alma anmas(Running Wear), bundan sonraki ksma isesrekli anma ( Continuous Wear ) denir.

Adeziv Anma

Makina Elemanlar I

Kuru ve snr srtnmehalindeki fonksiyonyzeylerinin birbiri ile temashalinde olan prztepelerinde, zellikle akmasnr aldnda kuvvetli biradeziv veya scaklk etkisi iletevik edilen koheziv bir bameydana gelmektedir. Bu ba metal deme yzeylerine kadar temiz ise o orandakuvvetli olmaktadr. Prztepecikleri arasnda bu trbalar olumu olan ikiyzeyi birbirine gre hareketettirdiimiz zaman,, balanm tepeciklerinbirbirinden ayrlmas drtekilde olabilir

Adeziv Anma

Makina Elemanlar I

I- kesme direnlerinden (1 , 2) daha kktr. Bu takdirde ayrlma ara yzeyden (veya oluan kaynak bandan) olur. Bu tr adeziv anmada anma miktar en azdr. elik/kalay ifti bu hal iin rnek gsterilebilir.II- Ara yzeyin kesme direnci, 1 numaral malzemeden kk, 2 numaral malzemeden byktr. rnek olarak elik/kurun iftine bu tr anmaya rastlanr. Benzer anma hali kurun bronzu/elik arasnda da gzlenir.III- Ara yzeyin kesme direnci, yzey malzemelerinden birinden kk, dierinden ise ok az farkl, heterojen yapda olan ikinci malzemeye ise yer yer eit olabilir. Bu takdirde gene yumuak malzemeden sert malzemeye bir madde geii vardr. Ancak baz noktalarda parack kopmalar kendini gsterecektir. Madde geii yannda madde ayrlmalar suretiyle daha byk bir madde kayb ortaya kacaktr. Bu tip adeziv anmaya elik/bakr ifti rnek gsterilebilir.IV- Ara yzeyin kesme direnci her iki yzey malzemesinin kesme direncinden byktr. Ayrca kuvvetli bir plastik ekil deiimi sonucu peklemi ve krlgan hale gelmitir. Belirli bir kayma mesafesinde yzeyden kopup ayrlacak, kuvvetli bir andrc olarak yzeyler arasnda adeziv anmaya ek olarak bir abraziv anmaya sebep olacaktr. Bunun sonucu her iki yzeyde de kuvvetli bir anma meydana gelecektir. Mukavemet zellikleri birbirine yakn malzemeler arasnda (rnek olarak elik/elik) bu tip adeziv kkenli alnma hallerine rastlanr.

Adeziv Anmann Teorisi

Anma konusunu teorik bir temele dayandrmaya aitilk almalar Holm ve Archard gerekletirmitir.

Bu aratrclar yaygn olarak kullanlan (k) anmafaktrnn de tarifini yapmlardr.

Achard modeli esas olarak metaller iin gelitirilmiolmasna karn, snrl olarak baka malzemelerde de kullanlabilmektedir.

Archard, J. F., J. Appl. Phys., 24, 981, 1953.

Makina Elemanlar I

Adeziv anmann teorisi

Makina Elemanlar I

Gerek temas alan yzeye etki eden normal kuvvetle orantldr. Metalsel malzemelerde birok halde prz tepeciklerindeki lokal deformasyonun plastik olduu sylenebilir.

ekilde gsterildii gibi tek bir prz temas dikkate alnsn. Basitlik asndan prz geometrisi dairesel kabul edilsin. (yapap a)


Makina Elemanlar I

Temas (c) de maksimum boyuta ulamtr. Bu durumda tanan normal kuvvet:

ppl: plastik akma basnc, batma sertliine (HV) ok yakn bir deerdir.

Yukarda tek bir prz iin gsterilen durum, yzey genelinde pek ok przde sz konusu olacaktr. Yani ayn anda pek ok prz temas ve kopmas olacaktr. Anma ise bu temas eden przlerden malzemenin ayrlmas sonucunda meydana gelir. Anan malzeme hacmi doal olarak temas halindeki przlerin boyutuna bal olacaktr.


Makina Elemanlar I

Anma sonucu prz tepelerinden ayrlan malzeme hacminin (V) prz yarap ann kp ile orantl olduu gsterilmitir. Basitlik asndan anan hacim, yarap a olan bir yar kre olsun. Bu durumda

Burada btn prz temas yzeylerinden bir anma mahsul meydana gelmesinin mmkn olmadn ifade etmek doru olacaktr. Anma olan temas yzeyi saysnn, tm temas yzeyine

oran olsun.


Makina Elemanlar I

Sadece bir prz ifti temasnda 2.a kadarlk bir kayma mesafesinde, birim kayma mesafesi iin ortalama olarak anan malzeme hacmi Q ile gsterilirse

Toplam anma hz, btn prz tepeleri temas dikkate alnrsa


Makina Elemanlar I

Toplam normal kuvvet

Her iki denklemdeki alanlarn eitlii yazlrsa

eklinde bir tanmlama yaplr ve ppl=H (sertlik) yazlrsa


Makina Elemanlar I

Bu bant, birim kayma mesafesi iin anan malzeme hacminin (Q), normal kuvvet (FN) ve yumuak malzemenin sertliine bal olduunu ifade eder ve Archard Anma Denklemi olarak bilinir.

Buradaki K sabiti ise anma katsays olarak adlandrlr.

K boyutsuzdur ve 1 den kktr.

Mhendislik uygulamalarnda K/H daha yaygn kullanlr.

Boyutlu anma katsays

Yenme (Scuffing) Birbirine gre kayma hareketi yapan yzeyler arasndaki kayma hz ve yzey

basnc belirli bir kritik deeri anca ani olarak ortaya kmaktadr. Baz hallerde daha kk hz ve yklerde, ancak yksek ortam scaklklarnda yenme olay ile karlalabilir.

Yenme esas itibar ile ok iddetli bir blgesel kaynama veya adezyon olaydr.

Olayn tam niceliksel deerlendirilmesi yaplamamtr.

Literatrde Almen, Davis ve zellikle Blok kriterleri diye adlandrlan baz snr deer kombinasyonlarndan boyutlandrmada yararlanlmaktadr.

Almen kriterinde yenme olmamas iin pmaks.VK C0 art salanmaldr. Otomobil diferansiyelindeki hiperboloid dililerde C0320000 (N.m/cm

2.sn) dir. Bu denklemde pmaks maksimum Hertz basncn, VK ise bu noktadaki kayma hzn gstermektedir.

Makina Elemanlar I

Abraziv Anma

Bu anma tr bir biri zerinde kayan yzeylerin arasnda andrc sert partikllerin bulunmas sonucu meydana gelmektedir. Sert partikller ya dardan sisteme girer veya adeziv anma mahsulleri olarak sistem iinde meydana gelir.

Ayrca yalayc iinde bulunabilecek sert partikller, trbin kanatlarndan geen akkan iindeki partikller bu tip anma meydana getirir. Bununla birlikte przl ok sert bir kar yzeyin daha yumuak yzey zerinde meydana getirdii andrma ekli (ee ile metalsel yzey arasndaki durum) abraziv anma olarak tanmlanabilir. Trleri;

Kaba (makro) abrazyon (gauging abrasion): ekili deirmenler, skrayperdileri, cevher tme deirmenleri....

nce abrazyon (grinding abrasion): Ya tmeli imento deirmenleri, kum ta deirmenleri....

Eroziv abrazyon (erosion abrasion): Pompa veya trbin lle, kanat ve difzrleri....

Makina Elemanlar I

Pitting (pulcuk kalkmas)

Noktasal veya izgisel temas hali olan fonksiyon yzeyleri arasnda meydana gelir. ok kk deme noktalarnda deiken yk etkisi altnda zamanla pul eklinde malzeme paracklar yzeyden ayrlarak, geriye ukurcuklar brakrlar.

Pitting oluumu ile ilgili deiik grler mevcuttur. Baz aratrmaclar pitting in mikro deme noktalarndaki deiken zorlanmalar ve bunun sonucunda ortaya kan yorulma neticesinde meydana geldiini ileri srmektedirler

Makina Elemanlar I

Bir dilideki pittinghasar

Bir rulmanl yataktaki pittinghasar

Srtnme Oksidasyonu Genel olarak srtnme oksidasyonu, yeteri sklkta monte edilmeyen mil-gbek

geme yzeylerinde, rnek olarak evre ykne maruz rulman bileziklerinin yeteri derecede sk taklmad zaman temas yzeylerinde meydana gelmektedir.

Birbirine deen az przl yzeyler arasnda bir osilasyon (salnm) hareketinin bulunmas srtnme oksidasyonunu tevik etmektedir. Osilasyon genlikleri 0,2 mm ve daha kktr. Bu olay kuru ve az yal yzeylerde gzlenmektedir.

Yzeylerin kuru olmas halinde yeteri sklkta monte edilmemi yzey iftlerinin kk genlikli osilasyon hareketleri sonucu yzeylerde koyu krmzmtrak bir tabaka olumaktadr. Zamanla bu tabakalar blge blge kalnlaarak yzeylerde byk bozulmalar ve bunlara bal olarak atlama ve krlmalar meydana getirmektedir.

Makina Elemanlar I

Yalayc Maddeler

1. Kat Yalayclar

2. Plastik (macun) yalayclar

3. Sv Yalayclar

4. Gaz Yalayclar

Makina Elemanlar I

Yalayc Maddelerin Avantajlar

Yatak vb. gibi elemanlardaki srtnme ve anmay azaltmak

Yeterli yalama ile fonksiyon yzeylerine yabanc madde girii de nlenebilir

Yalayc maddeler pek ok halde soutucu olarak ilev grr ve oluan sy yatak blgesinden uzaklatrr

Korozyon ve paslanmaya kar da bir koruyucudur

Hidrostatik g aktarmnda mekanik enerji aktarmada da kullanlr

Baz hallerde yaltc olarak da yararlanlabilir

Makina Elemanlar I

Kat yalayclar

Grafit: Gerek yataklama ve gerekse elektroteknikte en geni kullanm alan bulunan bir malzemedir.

Kayma halinde grafit lamellerinin kayma yn ile takriben 5 lik bir a yapacak ekilde ynlendikleri gzlenir. Nitekim grafit/grafit, elik/grafit yzey iftleri arasndaki srtnme katsays da = 0.1 civarndadr. Ancak grafit stlarak iindeki hava alnrsa,srtnme katsaysnn ani olarak ykseldii gzlenmektedir.Artan scaklkla gaz alnm grafitin srtnme katsays tekrar azalma gsterir.

Bu yalayc roket ve benzeri makinalarn yksek scaklk etkisinde olan mafsal yataklarnda grafit yatak malzemesi olarak kullanlr.

Ayrca sentetik kolloidal grafit yalara katlarak snr srtnme halinde yzeylerin srtnme ve anma durumlarn dzeltir.

Makina Elemanlar I

Kat yalayclar

Molibden diSlfit: Bazal dzlemler arasndaki kayma direnci ok kktr. Molibdenin kristal ii srtnme katsays hava da 0.1 civarndadr. Vakumda da 800C kadar byk deime gstermez. Ancak elik srtnme yzeyleri arasnda , MoS2 kristallerinin oryantasyon alar nedeni ile srtnme katsays 0.2 -0.26 deerlerine kar.

MoS2 , kolloidal toz halinde gzenekli malzemeye iirilmi olarak ya veya greslere katk maddesi olarak aerosol ile pskrtlen laklar iinde kullanlr.

Aya ini yapan ilk arata bulunan ta toplama maniplatrnn mafsal yataklar fenol reinesine iirilmi MoS2 burlarna sahipti ve bunlar -157C da her hangi bir arza gstermeden fonksiyonlarn yerine getirdiler.

Makina Elemanlar I

Kat yalayclar

Boron Nitrit: Bu malzeme de lamelli bir strktrdedir. Bazal dzlemler Bor -Azot -Bor .. atom kmelerinden olumutur. Atmosfer koullarnda srtnme katsays 0.2 ile 0.4 arasnda deiir.

Havada 500C scaklklara kadar grafit ok iyi bir srtnme durumuna sahiptir.

500C ile 900C arasnda da boron nitrit alak bir srtnme katsays gsterir.

Bu nedenle son zamanlarda Grafit + Boron nitrit karmlarndan meydana gelen srtnme ortamlar olduka geni bir scaklk aralnda kullanlr.

Makina Elemanlar I

Plastik yalayclar

Yalama pratiinde gres olarak adlandrlan plastik yalayclar, madensel sabun veya baka bir strktr yapcya iirilmi mineral veya sentetik yadan meydana gelir.

Alttaki ekilde greslerin snflandrlmas ematik olarak gsterilmitir.

Makina Elemanlar I

Plastik yalayclar(Gres trleri Sabun bazl)

Kalsiyum sabunlu gres : Gnmzde de kullanm yzdesi en ok olan ve nispeten ucuz bir gres trdr. Ekseriyetle orta viskozitede mineral ya iirilmitir. Suya dayankll yksektir. Dier bir deyile sabun kafes suda erimez. Fazla su etkisine maruz yataklarda gres akp gitmez. Ancak rutubetli ortamlarda gres iine giren su emlsiyon oluturmadndan demir bazl yzeyler korozyon yapar.

Scakla dayankl deildir. Damlama noktas 100150C arasnda olup, alma scakl 60C civarndadr. Genel maksatl makinalarn ve akta alan kk hzl mekanizmalarn yalanmasnda kullanlr.

Makina Elemanlar I


Sodyum sabunlu gres: Suya dayankl deildir. Ancak ok az su etkisinde, suyun emlsiyon tekil etmesi sonucunda korozyona kar koruyucu grevini yapar. Buna karn fazla miktarda su etkisinde yalama yerinden ykanp gitmesi de mmkndr. Bu gresler kalsiyum sabunlu greslerden daha fazla scakla dayanrlar. Damlama noktas 150200C arasnda deiir. Yeni gelitirilen scakla ve suya dayankl olan greslerden sonra daha az kullanlmaya balanm ve retimi azalmtr.

Makina Elemanlar I


Lityum sabunlu gres: kinci Dnya Sava nda uak motorlar ve dier kontrol mekanizmalar iin gelitirilmitir. Kalsiyum ve sodyum sabunlu greslerden daha iyi zellikleri bnyesinde toplar. Yani hem suya hem de scakla dayanm fazladr. zellikle rulmanl yataklarn yalanmasnda en fazla kullanlan gres tipini oluturur. Halen kullanlmakta olan gres tiplerinin %50 den fazlas lityum sabunlu greslerdir. Bu greslerin damlama noktalar 185215C (silikon yal) arasndadr ve iletme scakl 145C a kadar kabilir.

Lityum sabunlu gresler kalsiyum sabunlular kadar olmasa da suya kar dayankldr. Bnyesi bozulmakszn koruyucu bir emlsiyon da oluturur. Bylelikle demir esasl yzeyleri korozyondan korur. Scakla dayankll fazladr.

Makina Elemanlar I


Alminyum sabunlu gres: Olduka kuvvetli bir adeziv zellik gstermelerine karn, mekanik zelliklerinin iyi olmamas nedeniyle ok yaygn bir kullanm alanna sahip deildir.

Makina Elemanlar I

Plastik yalayclar(Gres trleri Sabun bazl olmayan)

Uak ve uzay endstrisi daha yksek scaklklara dayankl gres tiplerinin gelitirilmesini tevik etmitir. Madensel sabun yaplarnn zlme scaklklarnn snrl olmas daha dayankl strktr elemanlarnn aranmasn gerektirmitir. Sabun olmayan, ancak onun gibi jel (plastik at) meydana getiren bileikler iki gruba ayrlr:

norganik olanlar: Karbon siyah

Silika

Organofilik kil

Organik olanlar: Sodyum oktadesil tereftalamat

Akril katkl re

Bakr fatalosiyanin

Intantren mavisi

Makina Elemanlar I


Karbon siyah bazl gresler ok fazla kullanlmamaktadr. Dier gres trlerinin kullanlamad ok yksek scaklktaki baz yalama hallerinde uygulanr. Silikon ya ihtiva eden karbon siyah gresler 200C a kadar iletme scaklklarnda alan makaral yataklar iin tavsiye edilmektedir.

Silika bazl gresler ok iyi performans karakteristiklerine sahiptir. Yksek bir mekanik stabilite, su ve scakla dayankllk gsterirler. Ancak maliyetleri yksektir. Nkleer reaktrlerde, zellikle ntron aks yksek olan yalama blgelerinde kullanlrlar.

Kil bazl gresler silika bazl greslere benzer zelliklere sahiptir. Hadde yataklarnda ve benzeri yksek scaklk ve su etkisine maruz yataklamanoktalarnda kullanlrlar. 250C iletme scaklklarna kadar dayanabilen tipleri mevcuttur. Son yllarda kullanm alan en fazla artan plastik yalayclardr.

Makina Elemanlar I


Sodyum oktadesil tereftalamat bazl gresler yksek scakla dayankldr. Damlama noktalar 300C olup, 150200C iletme scaklklarnda kullanlabilirler. Bunlara genellikle sentetik esterler iirilmitir. Maliyetleri olduka yksektir. Ancak ileriki yllarda kullanm alanlarnn ok artmas beklenmektedir.

Akril katkl re bazl gresler yeni gelitirilmekte olan bir gres trn tekil ederler. Bunlarn damlama noktalar 315C civarndadr. Silikon ya ihtiva eden bir tipi 232C iletme scaklnda stabilitesini muhafaza etmitir. Ancak bunlarn da maliyetleri ok yksektir.

Bakr fatalosiyanin ve intandren mavisi gresler de ekstrem scaklk koullar iin gelitirilmilerdir. Sonuncusu -54C den +230C scakllara kadar yalama zelliini korumaktadr. Bunlar az miktarda retildikleri, ayrca baz maddelerinin pahal olmas nedeniyle sadece zel haller iin uygulanmaktadr.

Makina Elemanlar I

Gresin zellikleri Konsistens (katlk): Gres katlnn bir lsdr. Konsistens NLGI

(National Lubricating Grease Institute) tarafndan gelitirilen bir skala sisteminegre snflandrlr. Bu lmde standart bir koni, 25 C deki grese 5 saniye sreli ilebastrlarak koninin grese dalma derinlii (penetrasyonu) llr. Dalma derinlii likbir 1/10 mm lik bir skalada llr. Yumuak greslerde doal olarak koninin dalmaderinlii (penetrasyonu) daha fazladr, bu nedenle bu greslerin penetrasyon saysbyktr. Burada uygulanan test yntemi DIN ISO 2137 ye uygundur.

Makina Elemanlar I

NLGI Snf Oda scaklndaki grn Penetrasyon derecesi (1/10 mm)

000 ok akc 445475

00 Akc 400-430

0 Yar sv 355-385

1 ok yumuak 310-340

2 Yumuak 265-295

3 Orta sert 220-250

4 Sert 175-205

5 ok sert 130-160

6 Ar sert 85-115

Gresin zellikleri

Baz ya

Baz ya gresin iindeki alma srasnda yalama ilevini yerine yalaycmaddedir. Gresler normalde mineral ya esasldrlar. Sentetik yalar okyksek veya ok dk scaklk gibi baz zel uygulamalarda kullanlrlar. Gres ieriinin genelde %70 den fazlas baz yadan oluur.

Baz ya viskozitesi

Viskozite akkann akclnn bir lsdr ve genellikle standartmiktardaki bir akkann, n grlen scaklkta boyutlar standart birdelikten gemesi iin gerekli zaman olarak ifade edilir. Viskozite artanscaklk ile azald iin, lmn yapld scaklk muhakkak belirtilmelidir. Baz yalarn viskozitesi, ounlukla 40 C da, bazen de 100 C da cSt

biriminde kinematik viskozite olarak ifade edilir.

Makina Elemanlar I

Gresin zellikleri

Katklar

Katklar anma ve korozyon direncini arttrma, srtnmeyi azaltma ve snrsrtnme hallerinde hasar nleme gibi amalarla gres iine katlan zelmaddelerdir.

Damlama noktas

Damlama noktas, standart bir kap iinde stlan bir gresin mevcut birdelikten damlamaya balad scaklk deeridir ve DIN ISO 2176 ya grellr. Damlama noktasnn gresin maksimum iletme scakl iledorudan bir ilikisi yoktur.

Makina Elemanlar I

Gres seim kriterleri

alma scaklk aral

Zorlanmalarn bykl

Hz

Dey veya yatay alma

Titreimin varl

Gda ile temas gibi zel haller

Korozyon riski

Su ile temas

Makina Elemanlar I

Makina Elemanlar I

Gres Seim Tablosu

Sv yalayclar

Yalama tekniinde uygulanan yalayc maddelerin byk ounluunu hidro-karbon bileikleri oluturur. Bunlar ham petroln rafinerizasyonu (fraksiyone distilasyonu) ile veya sentetik olarak elde edilirler.

phesiz ki hidrokarbon bileiklerinden farkl sentetik hidrokarbon bileiklerini iki kategoriye ayrmak mmkndr. Bunlar:

Mineral yalar

Organik yalar

Makina Elemanlar I

Ham petrol meneli yalar (mineral yalar)

Ham petrol esas itibar ile bir karbonlu hidrojenler karmdr. inde esermiktarda kkrt ve dier tali maddeler de bulunabilir.

Ham petroln rafinerilerde fraksiyone kondansasyonu (ksmiyouturulmas) ile deiik scaklk aralklarnda deiik rnler elde edilir.

40150C arasnda hafif benzin,

140190C arasnda ar benzin,

190280C arasnda gaz ya,

230350C arasnda mazot ayrlr.

Geriye kalan artk zel ileme tabi tutularak bunun iinden de deiikyalar elde edilir. Ham ya olarak adlandrlan bu rnler deiik rafinasyonilemleri ile pratikte kullanlan yalayc maddelere dntrlr. Uygulama yerlerine gre ilerine eitli katk maddeleri konur.

Makina Elemanlar I


Temel yalar arasnda eitli harmanlama ilemleri ile ok deiik fizikselzelliklerde yalar elde edilir. Genel olarak mineral yalar elde edildikleriham petrole bal olarak iki gruba ayrlrlar. Bunlar parafin ve naften(asfalt) bazl yalardr.

Makina Elemanlar I

Parafinik yalar uzun molekler zincir yapsndadr. Naften bazl olanlar ise bir kapalzincir ve buna bal uzun zincir uzantlarndan meydana gelir. Bu moleklerstrktrlerin aktif ular yoktur. Metallere balantlar zayf yzeysel balareklindedir.


Ticari olarak mineral yalar:

Mekik yalar viskozite 2,5 Engler/50C

Hafif makina yalar viskozite 2,54 Engler/50C

Ar makina yalar viskozite 25 Engler/50C

Silindir yalar viskozite 3,54 Engler/100C

eklinde gruplara ayrlr.

Mineral ya zincirleri ne kadar uzunsa, snr srtnme halinde yzeylerde koruyucu film oluturma kabiliyetleri o oranda artar.

Makina Elemanlar I

Organik Yalar

Hayvansal ve bitkisel organizmalardan ekstraksiyon suretiyleelde edilen organik yalarn molekler yaplar mineral yalardan baz nemli farkllklar gsterir. En geni uygulamaalanna sahip bitkisel yalar tri-gliserid, ya asitleri veesterlerdir.

Makina Elemanlar I

Organik Yalar Yalayc maddelerin yzeyleri tutma veya slatma zelliine slatma

kabiliyeti (oilness) denir. Organik yalarn slatma kabiliyetleri mineral yalardan ok yksektir. Bu nedenle mineral ya iine katlan %1-10 orannda organik ya yan slatma kabiliyetini geni lde arttrr, snr srtnme durumunu dzeltir.

Ancak organik yalarn madensel yzeylerle tekil ettikleri ban belirli bir scaklk limiti vardr. Bu scakln almas halinde ba bozulur.

Ban bozulma scakl organik yan yatak madeni ile tekil ettii ban cinsine (fiziksel veya kimyasal ba) gre deiir. Ortalama olarak 100-140C civarndadr. 200C veya daha yksek scaklklarda, snr srtnmeyi kltmek iin baka katk maddelerine ihtiya vardr.

Makina Elemanlar I

Organik Yalar

Organik ya katk orannn snr srtnme katsays zerindeki etkisi. Deneyler drt bilya deney cihaznda yaplmtr.

Makina Elemanlar I

Yalayc madde Snr srtnme katsays

Katksz mineral ya%2 Oleik asit+mineral ya%10 Oleik asit+mineral ya%50 Oleik asit+mineral yaSaf oleik asit

0,3600,2490,1980,1980,195

Yalayc Maddelerin Fiziksel veKimyasal zellikleri

1. ViskoziteTecrbelerimizden biliriz ki sv veya gaz halindeki akkanlar kayma hareketinekar bir diren gsterirler. Bu dirence akkann i srtnmesi de denir. Bu direncin bykl sz konusu tabaka alannn bymesi ile byr.

Makina Elemanlar I

Dinamik viskoziteBu denkleme uyan akkanlara Newtoniyenakkanlar denir.

Viskozite

Kinematik viskozite

Makina Elemanlar I

Yalaycnn younluu

Birimler SI sistemi: Pa.s [N.s/m2]

CGS sistemi: dyn.s/cm2 [Poise]1/100 Poise = 1 cPImperial sistem: lbf.s/in2 [reyn]

SI sistemi: m2/sCGS sistemi: cm2 /s [Stoke]1/100 Stoke = 1 cSt = mm2/s

Viskozite lm

Makina Elemanlar I

ok eitli yntemler sz konusu olabilir. En popleri Englerderecesidir (Eo): lleri tespit edilmi ve altnda bir delik bulunan bir kap iindeki yadan 200 cm3 miktarnn ak zaman llr. Ayn kap iine ayn ayn lde konulan 20 oC scaklktaki suyun 200 cm3 miktarnn ak zaman da tespit edilir. Birincinin ikinciye oran yan Eo cinsinden viskozitesini verir.

Engler derecesinin tarifinden de anlalaca zere, 20 oC safsuyun Engler derecesi 1 olmaktadr. Engler derecesi ile SIbirim sistemi arasnda kk viskozitelerde lineer bir bantbulunmamaktadr. Pek ok forml arasnda pratie en uygunolan aada verilmitir:

Viskozite lm

Makina Elemanlar I

Engler derecesi benzeri bir dier viskozite lm yntemi de Saybolt viskozimetresidir.

Bu viskozimetredehacim olarak 60 ml kullanlr.

Viskozite lm

Makina Elemanlar I

Buradaki viskozite lm dnme hznn yavalamas esas alnarak yaplr.

Viskozite-Scaklk ilikisi Yalayc maddelerin byk bir ksmnn

viskoziteleri scaklkla kuvvetli bir deime gstermektedir. Sv yalarda scaklkla viskozite azalmakta, gazlarda ise artmaktadr.

Vogel ifadesi

Makina Elemanlar I

Burada k, b, c malzemeye bal sabit deerlerdir. Bunlarn bir ksm scaklklarla deimekler beraber, pratikle yalarn kullanld scaklk aralklarnda bu deiimler ihmal edilebilir.

Viskozite-Basn ilikisi

Genel olarak svlarn ve gazlarn viskoziteleri basnla artmaktadr. Yalnz 0 oC civarndaki suyun viskozitesi bir farkllk gstererek, basnla azalmaktadr.

Madensel yalarda bu deiime iyi bir yaknsaklkla

Makina Elemanlar I

Burada o yan 1 Atm deki viskozitesi, p at. olarak basn, a bir malzemesabitidir. Organik yalarda a=1.101, madensel yalarda ise a=1.0015 ile1.003 arasnda deimektedir.


2) Islatma kabiliyeti (Oilness):Bu kabiliyet iinde yalarn yzeyler zerinde yaylma ve yzeylere yapma zellikleri anlalr.

Bu kabiliyeti tespit iin eitli kalitatif deneyler mevcut olmakla beraber, kesin bir kantitatif deer, say veya tarif mevcut deildir.

Sv ile madensel yzey arasndaki ba, bunlar arasndaki snr yzey gerilimine ve bunun bir sonucu olan kenar asna baldr . Kenar as ne kadar kkse svnn yeyi slatma kabiliyeti o kadar byr.

Makina Elemanlar I


3) zgl arlk: Madensel yalarn zgl arlklar da scaklkla (ok az miktarda basnla)

deiir.

Kullanlmakta olan yalarn zgl arlklar 20oCda

20C= 800 960 kg/m3

(20C= 0,8 0,9 g/cm3)

arasndadr.

Scaklkla deime iyi bir yaknsaklkla

t =20C 0,0007(t-20)

eklinde yazlabilir.

Burada 20C yan 20C zgl arl, t ise C olarak scaklktr.

Makina Elemanlar I


4) Katlama noktas : zellikle souk iklimlerde kullanlacak yalar iin nem tar.

Standart bir kapta homojen olarak soutulan yan kabn altndaki delikten artk akmad scaklk tespit edilir.

Madensel yalarda bu scaklk -20C, zel katkl yalarda ve sentetik yalarda daha aa da olabilir.

Makina Elemanlar I


5) Alevlenme noktas: ten yanmal motorlarda, kompresrlerde ve benzeri yksek

scaklklarda veya yksek scaklklardaki madensel yzeylere sahip makinelerde kullanlan yalarda nemlidir.

Standart bir kap dahilinde stlan yan zerinde teekkl eden ya buhar hava karmn kzgn bir kontak ucunun yaklatrlmasyla parlamalar gstermeye balad scaklk tespit edilir.

Buna yan alevlenme noktas denir. Genellikle bu scakln 30-60C stnde devaml yanma balar. Bu durumda yanma noktasna eriilmi olur.

Makina Elemanlar I


6) Damlama noktas: Greslerde neme sahip bir byklk olup gresin scakla

dayanklln tespit eden bir ldr. Standart bir kap dahilinde stlan gresin kap altndaki delikten damlamaya balad scaklktr.

Makina Elemanlar I


7) Emlsiyon tekili: zellikle buhar ve su makinalarnda kullanlan yalar da

neme sahiptir. Yaa karan suyun santrifjlerde yadan kolayca ayrlabilmesi arzu edilir.

Bu zelliin denenmesi yle yaplr:

100 cm3 su iinde 50 cm3 ya konur ve beraberce kaynatlr. Sonra bunun iinden buhar geirilir. Tekrar kaynatlr. Soumaya braklp ya ve suyun birbirinden ayrlan miktarlar ve zaman llr. Baz zel hallerde ise yan emlsiyon yapmas istenir. rnein Bor yalarnda ve baz buhar silindiri yalamasnda olduu gibi.

Makina Elemanlar I


8) Ntralizasyon Says: Yan iinde zamanla ve alma sonu oluan yorulma partikllerini ve

buna bal olarak ya deitirme zamann tespit eder.

Ntralizasyon says , oda scaklnda 1 gr. ya iinde bulunan serbest asitleri ntralize etmek iin gerekli potasyum hidroksitin mgr olarak miktardr. Mesela kullanlm buhar trbinleri yanda bu say 3 gememelidir. Gemi ise ya deitirme zaman gelmi demektir.

Ayrca bir sabunlama says da tarif edilmitir. Bu halde 1 gr. ya iinde bulunan serbest asitlerden baka mevcut ester ve laktonlarparalamak iin gerekli potasyum hidroksit miktardr. Bu say zellikle iinde organik ya ihtiva eden madensel bileikli yalar iin nemlidir.

Makina Elemanlar I


9) Kl Miktar: Bir kap dahilinde yaklan belirli bir miktardaki yadan arta

kalan yanma bakiyesi kl miktarn gsterir. ten yanmal motorlarda kullanlacak yalar iin nemlidir. yi bir motor yanda kl miktar sfr olmaldr.

Makina Elemanlar I


10) Renk: Yalarn birinin dierine tercihinde nemli bir zellik deildir.

Ancak balangtaki rengi bilinen bir yada bu rengin zamanla deimesi ya iinde meydana gelen yorulma paracklar hakknda bir fikir verebilir. Son zamanlarda inkiaf ettirilen filtre kad kromotografisi yardmyla zellikle motorlarda kullanlan karter yalarnn eskime durumu olduka iyi bir yaknsaklkla anlalabilmektedir.

Makina Elemanlar I

Yalama Sistemleri

Yan, yalama blgesine iletilmesi deiik ekillerde yaplabilir. Genelde iki yalama sistemi mevcuttur.

Ak devre yalama sistemi

Kapal devre yalama sistemi

Sz konusu tercihler uygulamaya gre yaplr.

Makina Elemanlar I

Ak Devre Yalama

Ak devre yalama sisteminde yalayc madde yalama blgesine sevk edilir. Yalama yapldktan sonra akp, gider. Daha sonra tekrar yalama iin kullanlmaz.

Makina Elemanlar I

Elle yalama yntemleri

Makina Elemanlar I

Zincir yalamas

Makina Elemanlar I

Otomatik yalama sistemleri

Her bir yalama noktasna n grlen miktarda yalayc, otomatik olarak sevk edilir. Bin otomasyon sistemine entegre edilerek de kullanlr. Gnmzde, ok yaygn olarak kullanlmaktadr.

Makina Elemanlar I

Merkezi yalama sistemleri

Makina Elemanlar I

Otomatik gresrlkler

Yllk, 6 aylk veya 3 aylk gibi peryotlarda planlama yaplarak gres sevk hz ayarlanr.

Makina Elemanlar I

Kapal Devre Yalama

Kapal devre yalamada, yalama ilevini gren ya, tekrar toplanarak yeniden yalama blgesine sevk edilir. Burada bir devri daim yalama hali mevcuttur. Dili kutular, iten yanmal motorlar, kaymal yataklar buna rnek olarak verilebilir.

Makina Elemanlar I

Film srtnmesi (Petroff Denklemi) Hafif ykl yataklarda srtnme katsaysnn ok kolay hesaplanmasna

imkan verir.

Makina Elemanlar I

Hz yayl lineer kabul edilirse Newton denklemi

UYataktaki srtnme direncini yenmek iin uygulanmas gereken moment

Yataa ok kk bir FN kuvveti etkisin. Bu kuvvet de p.(2.r.l) ile temsil edilsin. (p: ortalama yatak basnc)

Her iki moment eitlenirse

Hidrodinamik Yatak Teorisi

Makina Elemanlar I

Tower deneyleri

Beauchamp Tower, First Report on Friction Experiments, Proc. Inst. Mech. Eng., November 1883, pp. 632666; Second Report, ibid., 1885, pp. 5870; Third Report, ibid., 1888, pp. 173205; Fourth Report, ibid., 1891, pp. 111140

Tower deneylerinde elde edilen basn dalmlar

Tower Test Sistemi (1883)

Makina Elemanlar I

Hidrodinamik Yatak TeorisiReynolds Diferansiyel Denklemi

Osborne Reynolds, Theory of Lubrication, Part I, Phil. Trans. Roy. Soc. London, 1886.

Makina Elemanlar I

Kabuller:1. Akkana etkiyen bir d kuvvet yoktur.2. Film kalnl boyunca basn sabittir.3. Yzeye snr molekller yzey ile ayn hza

sahiptir.4. Akkan Newtoniyendir.5. Ak laminerdir.6. Akkann ataleti ihmal edilebilir.7. Yalaycnn younluu sabittir.8. Film kalnl boyunca viskozite sabittir.


Makina Elemanlar I

X- dorultusunda kuvvetlerin dengesi yazlrsa

Basitletirmeler yaplrsa


Makina Elemanlar I

Akkan Newtoniyendir. (1)

Basn y koordinatna gre sabittir.

Hz iin gerekli integraller yaplrsa (2 kere)

C1 ve C2 iin snr artlary=0 da u=0y=h da u=U


Makina Elemanlar I

Sabitler:

Hz denklemi yeniden dzenlenirse

Grld gibi hz bir lineer ve bir parabolik deiimin sperpozisyonudur.

Maksimum basn halinde dp/dx=0 dr. Bu durumda da hz dalm lineerdir.


Makina Elemanlar I

Maksimum basnta hz

Akkan sktrlamaz olduuna gre her noktada debi ayndr.

Denklemi debi (Q) denkleminde yerine konursa

Sktrlamazlk art dQ/dx=0


Makina Elemanlar I

Bir boyutlu ak iin Reynoldsdiferansiyel denklemidir.

Viskozite her zaman sabit kabul edilirse

Yan akmlar ve dey dorultuda ak ihmal edilmi haldir. z dorultusunda ak varsa

Uygulama - Aquaplanning

Makina Elemanlar I

Triboloji

Documents

Transcript of Triboloji