cıvata, somun ve

10
VIDA DİŞLİ BAĞLAMA ELEMANLARI
10.1
GİRİŞ
Makine mühendis olmayan kişiler bağlama elemanlarından (cıvata, somun ve vida)
bahsederken son derece önemsizlermiş gibi konuşurlar. Makine mühendisleri ise bağlama
elemanlarının çok çeşitlerinin olduğunu ve bunların tasarım detaylarına dikkat edilmesi
gerektiğini çok iyi bilirler. Bağlama elemanlarının (dişli olanlar yada olmayanlar) ekonomik
değeri son derece önemli olup, 1978 yılında normal boyuttaki bir yolcu uçağında kullanılan
bağlama elemanları (cıvata, somun, vida ve perçinlerin) adeti 2.4 x 106 olup, ekonomik değeri
750,000.00 dolar olmuştur. Bağlama elemanları birleştirilmesi gereken iki veya daha fazla
parçayı bir birine emniyetli bir şekilde bağlamak için kullanılır. Bağlama elemanlarının çok
sayıda kullanıldığı yere en iyi örneklerden birisi günlük yaşamımızda kullandığımız
otomobillerdir. Aynı zamanda bağlama elemanları değişik ortamlarda kullanılmaları
nedeniyle, korozyon riski olan ortamlarda dahi kullanılabilecek yeterlilikte olmalıdırlar.
Korozyon genelde çevresel etkilerle veya galvanik olarak ortaya çıkmaktadır. Vidalı bağlama
elemanları genelde düşük maliyetle ve otomatik olarak üretilmekte olup, takılmaları ve
sökülmeleri kolay olmak durumundadır. Bazı özel durumlar için (arabanın tekerleklerini gasp
etmek, vs) vidalı bağlantı elemanının sökülmesi zorlaştırılmaktadır (özel alet gerekebilir).
Özetle, vidalı bağlama elemanlarındaki problemler sıralanır ise, hafif olmalı, imalatı ve
kullanımı ucuz olmalı, korozyona karşı duyarlılığı az olmalı ve son olarak ta titreşim
nedeniyle kendi kendine gevşememeli. Bunlar mühendisler için hala geçerliliğini koruyan ve
üzerinde çalışılan konulardır. Bunlara ilaveten mühendisler doğru bağlama elemanının
seçimine, kullanımına ve piyasada olup olmadığına dikkat etme durumundadır.
Güç vidaları da makine parçalarından olup, onlar üzerinde de mühendisler tarafından yoğun
bir araştırma sürdürülmektedir.
Cıvataların kullanım amaçları değişken olabildiğinden, tablo 1 de cıvataların türüne göre
kullanım amaçları verilmiştir.
Tablo 10.1
Cıvata Türü
Bağlama Cıvatası
Hareket Cıvatası
Ayar Cıvatası
Kapama Cıvatası
Ölçü Cıvatası
Gergi Cıvatası
Cıvata Çeşitleri ve Kullanım Amaçları
Kullanım Amacı
Makine elemanlarının çözülebilir bir şekilde birleştirilmesinde
Dönme hareketini öteleme hareketine dönüştürmesinde
Mesafelerin, boşlukları ayarlanmasında ve belirlenmesinde
Tapa olarak deliklerin sızdırmazlığı sağlayacak şekilde kapatılmasında
Dönme hareketini çok hasas olarak öteleme hareketine dönüştürmesinde
Eksen doğrultusunda germe kuvvetinin uygulanmasında
Şekil 10.1a da sadece cıvata kullanılarak birleştirilmiş iki makine elemanı (parça), bağlantı
parçaları, iki parçanın cıvata somun bağlama elemanı kullanılarak birleştirilmesi ve bağlantı
parçaları görülmektedir. Şekil 10.1 a da 1) Silindir başlı cıvata, 2) pul, 3) ve 4) birleştirilen
parçalar ve 5) vida (vida dişi) açılmış delik. Şekil 10.1 b de ise 1) altıgen başlı cıvata, 2) pul,
3) ve 4) birleştirilen parçalar ve 5) emniyet halkası ve 6) somun.
Şekil 10
0.1
10.2
Cıvaata Bağlanttılarındaki Elemanlarr
D
DİŞ FORM
MLARI, TE
ERMİNOL OJİSİ VE STANDAR
RTLAR
Cıvatalaarda oluşturrulan vidanıın kesiti, karre, trapez, üçgen
ü
ve diğ
ğer geometrrik şekillerd
de imal
edilerekk Şekil 10.1bb de görüld
düğü gibi daairesel bir siilindir etrafıına sarılır. B
Bu silindir etrafında
e
kendinee paralel olaarak dönen bir
b doğru üzzerinde sabiit hızla hareeket eden heerhangi bir noktanın
n
oluşturdduğu hacimssel eğriye helis
h
eğrisi ddenir. Doğru
u üzerindek
ki herhangi bbir noktanın
n tam
bir deviirde eksen boyunca
b
yap
ptığı ilerlem
meye adım (p)
(p denir. Do
oğrunun yattayla yaptığ
ğı acıya
ise heliss açısı (denir.
d
Şekil 10.1b
Şekil 10.1c
1
Viida Helisiniin Oluşturu
ulması
Helis Vidada P Adım, L Helis Boyu
u ve  Heliis Acısı
Şekil 100.1c de ise tek
t vidalı, saağ dişli ve ççift vidalı so
ol dişli bir cıvata
c
görülm
mektedir. Genelde
G
ima edillmediği durrumlarda cıv
vatalar tek aancak bazı durumlarda
d
birden fazlla dişli ile im
mal
edilmiş cıvatalara rastlanmakt
r
adır. Bu tipp cıvatalar genelde kuvv
vet iletimindde
kullanılmaktadırlarr.
Şekil 100.2 cıvatalarrda kullanılan standart diş geometrisini gösterrmektedir. B
Bu profil
(geomettri) inç serissindeki ve metrik
m
seriddeki cıvata ve
v somunlarr için kullannılmaktadır. Tablo
10.2 de standart inçç cıvatalar ve
v tablo 10.33 de ise stan
ndart metrik
k cıvatalar kkalın ve ince dişli
olarak vverilmiştir. Buradaki
B
cıvatalar stanndart olup bunların dışındaki ölçüllerde de cıvaatalar
imal ediilebilmekteddir. Cıvatalaarda gerilm
me alanı adım
m ve diş dib
bi çapının avverajı olarak
k
hesaplannmıştır. Bu alan cıvataada oluşan ggerilmenin hesaplanma
h
sında kullannılır.
V şeklinndeki 60 derecelik diş profili
p
ilk ku
kullanılan diiş profili olm
makla birlikkte, dişin nominal
çapındaa ve diş dibi çapında keeskin köşeleerle imal ediilmiştir. Bu profil modeern cıvata
imalatınnda halen kuullanılmaktaadır. Nominnal çaptaki keskin
k
köşeeler kullanım
m sırasında
kırılmallara uğrarkeen, diş dibin
ndeki keskinn köşeler isee gerilme ko
onsantrasyoonu
oluşturm
maktadırlar.. Bu keskin köşeler dahha sonra ülk
kelerin aralaarında yaptığğı standart
geliştirm
me toplantıllarında ortad
dan kaldırılaarak metrik
k cıvata proffilinin kullaanılmasına karar
k
verilmişştir.
Şekil 10.2
Genel Dişli
D Profilii
Tablo 10.2
İnç Cıvataların Temel Bo
oyutları
Tablo 10.3
Metriik Cıvatala
arın Temel Boyutları
Tablo
T
10.4 D
Diğer Metrrik Cıvatala
ar
Her bir uygulama değişik
d
diş profili
p
ve diişler arasınd
da (cıvata vee somun) deeğişik hassaasiyette
toleranss kullanma ihtiyacı
i
gereektirebilir. D
Dişler arasın
ndaki toleraansın azalm
masıyla vidallı
bağlamaa elemanınıın fiyatı artm
maktadır. Şeekil 10.3 dee değişik dişş profiller göörülmekted
dir.
Şekil 10..3
Cıvatta Dişleri Arasındaki
A
Tolerans
Şekil 100.4 de ise enn çok kullan
nılan cıvata diş profilleeri görülmek
ktedir. Trapeez diş profili en
eski olaanı ve hala en
e genel kulllanılan proffillerden birrisidir. Karee profillerinn ise verimliiliği
yüksek fakat imalaatı zor olduğ
ğundan pahaalıdır. Alttak
ki şekilde a şıkkındaki metrik dişlli profili
ise en çook kullanılaan metrik diişli profilidiir. Testere dişliler
d
ise genelde
g
bir yyönde fazla eksenel
yük taşıınması gerekktiği durum
mlarda kullannılırlar.
Şekil 100.4
10.3
Diş Profilleri
P
C
CIVATALAR
Cıvatalaar dönme haareketini yaavaş lineer hharekete çev
viren makin
ne elemanlarrıdır. Cıvataaların bu
özelliğinnden faydallanarak mek
kanik krikollar, çekme ve
v basma makineleri,
m
aağaç ve metal
mengennesi gibi birççok alet tasaarlanmıştır. Başka kulllanım alanlaarından bazııları ise çok
k hassas
pozisyoon tanımlam
malarıdır. Örrneğin: mikrrometrenin veya takım tezgâhlarınnda tablanın
n
pozisyoonunun belirrlenmesi.
Şekil 100.5 de üç deeğişik krikon
nun belli birr ağırlığı kaaldırması gö
österilmekteedir. Buradaa
hareketlli olan parçaa siyah renk
kte olan parrçadır. Harek
ketli olan parçada oluşşturulan dön
nme
hareketii, hareketsizz olan uzun cıvatada dooğrusal hareekete dönüşerek ağırlığğı ya kaldırm
makta ya
da indirrmektedir. Burada
B
kriko
oların üçü dde aynı pren
nsiple çalışm
makta olup, biz şekil 10
0.5c
deki kriikoyu seçeliim.
Şekil 10.5
Yük
k Kaldıran
n Üç Değişik
k Kriko
Şekil 100.5c deki haareketli kısm
mı döndürerrek, hareketli kısmın içindeki somuunun belli bir
b
açıyla ccıvataya düzzgün bir şek
kilde tırmanm
ması sağlan
nmış olur. Şekil 10.6 daa gösterildiğ
ği gibi
tam bir turluk diş profilinin
p
birr kısmı açıl sın. Eğer taam bir turluk
k açılım yappılarsa oluşaan
üçgendeen şu ilişki yazılabilir.
y
Şekil 10.6
1
Cıvvata Dişinee Gelen Kuv
vvetler
10.1
Burada::
∶
Heliis açısı
L:
Tam
m bir tur dön
nmede alınaan yol
∶
Dişiin ortalama çapı
Şekil 100.6 da somuunun çok küçük
k
bir kıısmı gösteriilmekte olup
p, somuna etki eden kuvvetler
k
(w) yükk (toplam ağırlığın
a
birr oranı), (n)) normal ku
uvvet, (n) sürtünme kkuvveti, (q)) tanjant
kuvveti. Somuna ettki eden mo
oment ise
/2 dir.
Şekil 10.6 da sol taraftaki şekilde görülen blok üzerine etki eden kuvvetlerin toplamı;
0: cos
cos
sin
0
0: sin
cos
cos
0
Eksenel kuvvetlerin toplamı;
veya
cos
cos
Denklem a ve denklem b birleştirilir ise;
cos
cos
cos cos
sin
q kuvvetinin oluşturduğu moment
/2 olarak ifade edilmişti. Formülleri elde etmede
kullanılan küçük blok sadece somun dişlisinin bir parçasını gösterdiğinden, elde edilen
denklem diş boyunca (bir tam dönme için) integral alınarak toplam tork bulunur. İntegral
sonrasında q Q ile, w W ile ve n N ile yer değiştirir. Buna göre yeni moment denklemi;
2
2
cos
cos
cos cos
sin
10.2
Şekil 10.5c de (moment) T = Fa.
Genelde L ve bilinen değerler olduğundan, moment denkleminin payı ve paydası cos ile
yerine yazılır ise yeni moment denklemi;
bölünüp tan için /
cos
2
cos
10.3
Bazı uygulamalarda dönen ve sabit parçalar arasında bir baskı bileziği (thrust collar)
mevcuttur. Bu durum Şekil 10.5 de verilmiştir ve baskı bileziği olarak (dc) çapında rulman
kullanılmıştır. Bazı durumlarda basit bir basma pulu da kullanılabilir. Burada baskı bileziği ya
da baskı pulunun sürtünme katsayısı c ise, sürtünme kuvvetinin oluşturduğu
/2
kadarlık sürtünme momenti hesaplanan momente ilave edilmelidir. Buna göre;
cos
2
cos
Kare şeklindeki cıvata profili için cos
2
2
10.4
1 olduğundan denklem 10.4 aşağıdaki hale gelir.
2
10.4
Trapez profilli cıvatalarda, acının çok küçük olması nedeniyle cos
10.4a hatasız kabul edilebilecek sonuç verdiği kabulü ile kullanılabilir.
1 alınarak denklem
Kaldırılan ve indirilen yük hesaplamalarında sadece ( n) sürtünme kuvvetinin ve (q) tanjant
kuvvetinin yönleri değişir. Genel durumda yükü indirmek için gerekli moment;
cos
2
cos
10.5
2
1 olduğundan;
Kare şeklindeki cıvata profili için cos
2
2
10.5
10.3.1 SÜRTÜNME KATSAYISI DEĞERLERİ
Genelde baskı bileziği ve ya baskı pulu düşük değerde sürtünme katsayısına,
olduğundan, oluşturduğu ilave sürtünme momenti ihmal edilmektedir.
c,
sahip
Standart kullanma koşullarında (yağlama mevcut) ve çelik baskı bileziği malzemesine karşılık
gelen malzemenin dökme demir veya bronz olması durumunda, standart baskı bileziği için
sürtünme katsayısı 0.08 ila 0.2 arasında seçilir. Bu aralık başlangıç ve çalışma durumundaki
aralık olup, genelde başlangıçtaki sürtünme katsayısı çalışma anındakinin üç katı kadar fazla
olabilir.
10.3.2 NORMAL DÜZLEMDEKİ DİŞ AÇISININ DEĞERİ
Şekil 10.7 normal düzlemde diş açısının değerini (
kullanıldı) ve eksenel düzlemde diş
açısının değerini ( kullanıldı) göstermektedir. Şekil 10.7 den şu ifade yazılabilir.
tan
Küçük helis acıları için cos
1alınabilir.
tan cos 10.6
Şekill 10.7
E
Eksenel
ve Normal
N
Dü
üzlemde Ölççülen Diş Açılarının
A
K
Karşılaştırıılması
10.3.3 K
KENDİ KE
ENDİNİ KİİLİTLEYE
EN CIVATA
ALAR
Kendi kkendini kilittleyen cıvataaları sökmeek için pozittif moment uygulama
u
zzorunluluğu
u vardır.
Denklem
m 10.5 de olduğu
o
gibi baskı
b
bileziiğinden doğ
ğan sürtünme kuvveti ihhmal edilir ise,
i
cıvatanıın kendi kenndini kilitlem
mesi için,
≧
cos
10.7
Eğer kaare diş kullanılmış ise denklem
d
şu hhali alır.
≧
≧ tan 10.7
Cıvata sstatik yük altında
a
kend
di kendini kkilitliyor olssa bile, titreeşimlerin etk
tkisiyle gevşeyebilir
olması ggöz önündee bulunduru
ulmalıdır. C
Cıvata ve so
omunların tiitreşimin etk
tkisiyle gev
vşemeleri
makine elemanlarınnın birleştirrilmesinde ggöz önünde bulundurulması çok önnemlidir.
10.3.4 D
DİŞ VERİM
Mİ
Cıvatannın bir tur dönmesi so
onucunda ggerekli olan
n iş tam biir tur dönm
me ile alınaan yolun
uygulannan kuvvet ile
i çarpılmaasıyla elde eedilir (WL). Gerekli olaan iş girişi 2
dir.
/ 2
oranı veerimliliğe eşşittir. T için elde edilenn denklemi, denklem 10
0.4 de yerinne koyarsak,
,
cos
coss
10.8
Eğer kaare diş profilli kullanılm
mış ise,
10.8
Her zam
man bir proobleme iki ayrı
a noktaddan yaklaşarrak aynı son
nuca ulaşm
mak güven vericidir.
v
Denklem
m 10.8 ze göre, verrim gereklii momentin
n  = 0 durumundaa gerekli momente
m
bölünm
mesiyle ifadee edilir. Bun
nu burada irrdelemeyeceeğiz.
Denklem
m 10.1 rı denklem 10.8
1
de yeerine koyarrak ve gerrekli basitleeştirmeleri yaparak
aşağıdakki denklemee ulaşırız.
cos
cos
10.9
Eğer kaare diş profilli kullanılm
mış ise,
1
1
10.9
Şekil 100.8 verimlilliğin değişimini sürtünnme katsayıısının ve heelis açısınınn fonksiyon
nu olarak
gösterm
mektedir. Buurada elde edilen grafikklerden aşağ
ğıdaki sonuççlar elde edi
dilebilir.
Şekil 10.8
Trapez Dişleerin Verim i (Baskı Bileziği Sürtü
ünmesinin İhmal Edillmesi)
1. Sürtünme katsayısının
k
artmasıyla birlikte verrimlilik azallmaktadır.
2. V
Verimlilik helis
h
acısınıın sıfıra yakklaşmasıyla birlikte sıfııra yaklaşma
maktadır. Çün
nkü
şşekil 10.6 da
d görülen sistemde, cıvvatanın birççok kez tam
m tur döndürü
rülmesine kaarşılık
yyük çok az kaldırıldığından, mom
ment kayıplarrı çok fazla olmaktadırr.
3. A
Aynı şekildde verimlilik
k helis açısınnın 900o yee yaklaşması ile sıfıra yyaklaşır. Verimlilik
aaynı zamannda diş açısının ( ) sıffırdan büyüm
mesiyle azd
da olsa değişşmektedir. Trapez
T
ddişlilerde diiş açısı 14.5
5 dereceye kkadar kullan
nılmaktadır.. Helis açısıının artırılm
ması
ddemek, açınnın oluşturd
duğu düzlem
min cıvata düzlemiyle
d
çakışması
ç
deemektir. Bu
u durum
nnormal kuvvveti ve buna bağlı olarrak sürtünm
me kuvvetini artıracağınndan verimliilik hızlı
bbir şekilde azalma
a
göstterir.
10.3.5 Y
YUVARLA
ANMA TEM
MASI
Şekil 100.9 da bilyelli rulman cııvatası görüülmektedir. Burada
B
cıvaata dişleri ille somun dişşleri
arasındaa oluşan yüzzey sürtünm
mesi, bilyelii rulman kulllanarak min
nimum tem
mas yüzeyinee
indirilm
miştir. Bu duurumda sürtünmede minnimize edilmiş olur. Biilyeli rulmaanlarda sürtü
ünmenin
düşük oolması nedenniyle gevşem
me olmaktaadır.
Şekil 10.99
Cıvatasının
Bilyelli Rulman C
n Montajın
nın Kesit Gö
Görünümü
Bilyeli rrulmanlı cıvvataların yü
ük taşıma kaapasite norm
mal cıvatalarr oranla dahha fazladır. Küçük
boyutta ve hafif olaanları genellde daha çokk kullanılmaaktadır. Bu tip cıvatalaarda sürtünm
meyi
ğer yağlamaa yapılmadaan kullanılaccak ise,
azaltmaak için incedde olsa yağllama çok önnemlidir. Eğ
taşınan yük azaltılm
malıdır.
mlarında, oto
omatik kapıı kapayıcılaarında,
Bilyeli rrulman cıvaataları genellde uçaklarıın iniş takım
anten poozisyon konntrolünde, hasta
h
yatak ppozisyon ko
ontrolünde, makinelerinn pozisyon
kontrolüünde ve başşka birçok uygulamada
u
a kullanılırlaar.
Problem
m 1: Şekil 10.10
1
daki cıvatalı
c
krikko ikili trapeez dişlilerine sahip olupp, nominal çapı
ç 24
mm ve ddişliye uyguulanan dikey kuvvet 45500 N dur. Baskı
B
bileziiğinin ortalaama çapı 38
8 mm
olup, süürtünme katssayısı
0.12
0
0.09 durr. a) Cıvata adımını,
a
tam
m bir tur dönmede
alının yolu, diş dibi çapını, orttalama çapı,, helis açısın
nı bulunuz. b) Yükü kaaldırma ve indirme
i
için gerekli başlanggıç momenttini tahmin eediniz. c) Yükü
Y
kaldırılması sırasıında krikonu
un
veriminni hesaplayınn.
Şekil 10. 10
Cıvattalı Kriko
Verilen
nler: : Nomiinal çap = 24
2 mm, dikeey kuvvet = 4500 N, biileziğin ortaalama çapı = 38
mm,
0.12 0.09
İstenen
nler: a) Cıvaata adımını, tam bir turr dönmede alının
a
yolu, diş dibi çappını, ortalam
ma çapı
ve helis açısını buluunuz. b) Yü
ükü kaldırm
ma ve indirm
me için gerek
kli başlangıç
ıç momentin
ni
tahmin ediniz. c) Yükün
Y
kaldırrılması sırassında krikon
nun verimin
ni hesaplayıın.
Kabulleer ve Çözüm
m:
1. B
Başlangıçtaa ve yükün kaldırılması
k
ı esnasında sürtünme katsayısı
k
sabbit kalmaktaadır.
2. B
Başlangıçtaaki sürtünmee katsayısı hhareket başladıktan son
nraki sürtünnme katsayısının
1/3 ü kadar fazladır.
24 mm lik nominall çapı olan cıvatanın
c
addımı tablo 10.3 den p = 3 mm olaraak bulunur. İkili diş
ten dolaayı L = 2p = 2(3) => L = 6 mm
Şekil 100.4a dan, dişş yüksekliği = p/2 = 3/2
/2 =1.5 mm
24
Şekil 100.4a dan,
1.5
. Denklem
m 10.1 den,,
6
22.5
.
b) Başlaangıçtaki süürtünme katsayısı, hareeket sırasınd
dakinin 1/3 ü kadar fazlla olması
nedeniyyle yeni sürttünme katsaayıları ,
0.16 0.12 olu
ur. Denklem
m 10.4 dü
kullanarrak genel moment
m
gereeksinimi hessaplanabilirr.
coss
2
Burada denklem 100.6 dan
tan
tan cos cos
2
hesaplanma
h
alıdır.
tan cos
.
tan 144.5 cos 4.8
85
4500 22.5 0.16 22.5
6 cos 14.45
2
22.5 cos 14.45
0.16 6
50625
17.12
67.49
10260
4500 0.12 38
2
. Eğer 300 mm lik moment kolu kullanılıyor ise gerekli kuvvet
23.1
0.3
Denklem 10.4a nın kullanılması sonucu hesaplanan moment
2
6
4500 22.5 0.16 22.5
22.5
0.16 6
2
2
. 4500 0.12 38
2
Denklem 10.5 kullanılarak yükün indirilmesi durumunda ne kadar moment kullanılacağı
hesaplanabilir.
cos
2
cos
2
4500 22.5 0.16 22.5
6 cos 14.45
2
22.5 cos 14.45
0.16 6
50625
5.5
69.41
10260
4500 0.12 38
2
. Denklem 10.5a kullanılır ise, yükü indirmek için gerekli moment,
2
2
4500 22.5 0.16 22.5
6
2
22.5
0.16 6
4500 0.12 38
2
c) Burada hareket sırasındaki momentin hesaplanması gerekmektedir. Çalışma momenti
0.12 0.09 için hesaplanır.
cos
2
cos
2
4500 22.5 0.09 22.5
6 cos 14.45
2
22.5 cos 14.45
0.09 6
50625
12.17
67.91
10260
4500 0.12 38
2
. Sürtünmenin sıfır olduğu durum için gerekli moment,
2
4500 6
2
4.3
19.3
cos
cos
0.0849
10.4
6
22.5
. . 22.5
14.45
0.09 22.5
6
67.91
12.17
0.09 6
14.45
.
STATİK CIVATA GERİLMELERİ
10.4.1 BURULMA MOMENT
Cıvatalar sıkıştırılırken veya herhangi bir yükü kaldırırken (cıvatalı kriko) uygulanması
gereken momentin oluşturduğu kayma gerilmesi;
16
Denklemdeki d, diş dibi çapına (dr) eşdeğerdir. Eğer cıvatanın ortasında delik var ise d3
ifadesi
ifadesi ile yer değiştirir. Buradaki cıvata içindeki deliğin çapını gösterir.
Normal şartlarda cıvatalar için baskı sürtünmesi her zaman söz konusu olduğundan, cıvatayı
sıkmak yada açmak için cıvata anahtarına uygulanan momentin yaklaşık olarak yarısı cıvata
dişlerinden cıvatanın gövdesine uygulanır.
10.4.2 EKSENEK YÜK
Parçaları birleştiren cıvatalara yada kriko cıvatasına uygulanan basma veya çekme gerilmesi
P/A formülü kullanılarak hesaplanır. Cıvata için efektif alan cıvata tablolarından bakılır (tablo
10.1 veya tablo 10.2). Genelde kriko gibi cıvatalı kaldırma elemanlarında, cıvataya gelen
gerilme hesaplanırken diş dibi çapı göz önünde bulundurulur.
Yüklenen cıvatanın yüklenmiş kısmının sonunda eksenel yükün oluşturduğu gerilme düzgün
bir dağılıma sahip değildir. Cıvatada üzerinde düzgün dağılıma sahip olmayan gerilmeler
cıvata malzemesinin sünekliğinden dolayı dişlere zarar vermeden bölgesel uzamalara sebep
olacaktır. Eğer yorulma göz önünde bulundurulur ise, şekil 10.11 de görüldüğü gibi gerilme
konsantrasyonu önem kazanır.
10.4.3 B
BURULMA
A MOMEN
NTİ VE EK
KSENEL YÜKÜN
Y
BİR
RLİKTE E
ETKİSİ
Eğer buurulma mom
menti ve eksenel yüklerrin aynı and
da etkisi hesaplanacak iise, 4 cü kısımda
anlatıldıığı gibi yönntemler uygu
ulanır. Cıvaatalarda ilk kullanım
k
sırrasında az bbir uzamanın
olması ççok normal karşılanmaalıdır.
10.4.4 D
DİŞTE TA
AŞIMA GER
RİLMESİ V
VE TEMA
AS EDEN DİŞLER
D
BO
OYUNCA
DAĞIL
LIMI
Şekil 100.11 de cıvaata somun bağlantısındaa kuvvet çizzgilerinin biirinden öbüürüne nasıl geçtiği
g
gösterilm
mektedir. Şekilde
Ş
görü
üldüğü üzeree cıvata ile somun arasında 3 dişlii kavrama
durumuunda olup baasma gerilm
mesine maruuz kalmaktaadırlar. Gerillme hesaplaamasında P//A
denklem
mi kullanılırr ve buradak
ki alan dişleerin iz düşüm
m alanıdır
/4 . Şekil 10.11
den görüüldüğü gibii belli mesaffedeki diş s ayısı t/p forrmülü ile heesaplanır. Buurada t som
munun
kalınlığı, p adım, d nominal çaap ve di diş dibi çapıdırr.
Şekiil 10.11
Cıvata
C
Som
mun Bağlan
ntısındaki Kuvvet
K
Çizggileri
4
10.10
Denklem
m 10.10 cıvvatada oluşaan ortalama taşıma geriilmesinin heesabında kuullanılır. Dişşlerde
oluşan ggerilme dağğılımı, imalaatın teorik ddüzeyde yap
pılamaması ve eğilme nnedeniyle dü
üzgün
değildirr. Bununla birlikte
b
şekil 10.11 inceelendiğinde iki nedenlee gerilme daağılımının düzgün
d
olmadığğı görülür.
1. Ü
Üç dişe payylaştırılan yü
ük miktarı eeşit değildirr. Birinci diş her zamann en fazla yü
ükü
ttaşımaktadıır.
2. Y
Yük cıvatayyı çekme geerilmesi ile yyüklerken, somunu bassma gerilmeesi ile yükleer.
B
Bunun sonuucunda oluşşan gerilme dağılımı cıv
vatanın adım
mını çok azz artırırken,
ssomunun addımını çok az
a azaltır.
Cıvata vve somununn temas haliinde olan di şleri üzerin
ndeki gerilm
me dağılımınnın eşitleneb
bilmesi
için mühhendisler taarafından çaalışmalar yüürütülmektedir. Bu amaaçla aşağıdaaki denemeller
yapılmıştır.
1. Somunun cıvataya göre daha yum
muşak bir maalzemeden imal
i
edilmeesi, birinci dişin
d
pplastik defoormasyona uğramasına
u
neden olur. Bu durumda dişler ara
rasındaki yü
ük
ddağılımı daha düzgün hale
h gelebillir. Bu durum
m somunun
n diş sayısınnın artırılmaasını
ggerektirebillir.
2. Somunun diş
d adımı çok
k az büyük imal edileb
bilir. Somun
n dişleri basm
ma gerilmesine
m
maruz kaldıığından, ilk
k kullanımdaan sonra adiim teorik deeğerine ulaşşacağından
((küçüleceğiinden) dişleer arasındakki yük dağılıımı eşitleneb
bilir.
3. Somun tasaarımının şek
kil 10.12 de olduğu gibi değiştirilm
mesiyle dişleere gelen yü
ük
eeşitlenebilirr. Fakat böy
yle bir tasarıım somunun
n fiyatını arrtırır.
Ş
Şekil 10.12
Dişler Arasında
A
Eşşit Yük Dağılımı Sağllayan Somuun Tasarım
mı
10.4.5 D
DİŞTE KE
ESME GER
RİLMESİ V
VE GEREK
KLİ SOMU
UN KALINL
LIĞI
Şekil 100.11 de göstterilen cıvatta somun koombinasyon
nunda, somu
unun daha yyumuşak
malzem
meden yapılm
ması dişler arasındaki
a
yyükün daha düzgün dağ
ğılmasını saağlar. Fakat,
gereğindden fazla moment
m
uygu
ulanması duurumunda somun ’un dişleri
d
şekil 10.11 deki A
ekseni bboyunda kessilir. Eğer cıvata
c
malzeemesi daha zayıf bir maalzemeden iimal edilmiiş ise, bu
defa cıvvata dişleri B ekseni boyunca kesillir. Şekil 10.2 de verilen diş geomeetrilerinden
n kesme
alanı
0.75 . Burada
B
d kessilmenin gerrçekleştiği çaptır.
ç
Burada somunun kalınlığının
k
hesaplanabi
h
ilmesi için, cıvata ve so
omunun aynnı malzemeden
imal ediildiğini, cıvvatanın çekm
me ve somun
unun basma gerilmesinee maruz kalldığını kabu
ul
edelim. Balans dennkleminden,,
4
0.9
Cıvatannın kesitindee bulunan tü
üm dişlerin kesilmesiylle cıvata bozzulmuş (yallama olmuşş) olur.
Yukarıddaki formüldde d nominaal çaptır. Soomundaki tü
üm dişlerin parabolik ggerilme dağıılımı
prensibiiyle yalamaa olması (kesilmesi) sonnucu şu den
nklem yazılaabilir.
0.75
0.75
0.58
Burada t somunun kalınlığıdırr. Kuvvet F denklemlerrinden hesap
planabileceğği gibi cıvata
gerilmesi ve üç dişin kesilmesi somun kallınlığının aşşağıda olduğ
ğu gibi eldee edilmesi ille
dengeleenmiş olur.
4
0.9
0.7
75
0.58
0.47 10.4.6 K
KESME YÜKÜ VE MERKEZL
M
LEME ŞAF
FTI
Bazı duurumlarda (ggenelde sürttünme kuvvvetinin etken
n olduğu du
urumlarda) ccıvatalar kesme
kuvvetinnin etkisi alltında kalab
bilmektedirleer. Bazı durrumlarda isee cıvatanın tam cıvata deliği
d
merkeziine yerleştirrilmesi gereekmektedir. Bu durumd
da merkezleeme şaftlı cııvatalar
kullanılmaktadır.
Şek
kil 10.13
M
Merkezlem
me Şaftlı Cıvata
10.4.7 U
UZUN CIV
VATALAR
RDA YÜKL
LEME VE TASARIM
T
M AYRINTIILARI
Uzun cııvatalar tasaarlanırken mutlaka
m
bükü
külmenin gö
öz önünde bu
ulundurulm
ması gerekir..
Hesaplaamalar yapıllırken öncellikle cıvatannın basma gerilmesine
g
maruz kalddığı göz önü
ünde
bulunduurulmalıdır. Sıkça yapıllan tasarım değşikliği ile
i cıvata çeekme gerilm
mesine maru
uz
bırakılab
abilir. Şekil 10.14a, presteki cıvataa basma geriilmesine maaruz kalır ikken, şekil 10
0.14b
deki tasarım değişiikligi preste cıvatasınınn çekme gerrilmesine maaruz kalmassını sağlamaktadır.
Şekil 100.14b geneldde tercih ed
dilen tasarım
mdır.
Şekil 100.14a da preess gövdesin
ne yerleştiriilen iki uzun
n cıvata yuk
karıya yerleeştirilen bir rotor
r
dişli sisttemi ile dönndürülerek malzeme
m
sıkkıştırılmakttadır. Bu du
urumda cıvaatalara basm
ma
gerilmesi etki etmeekte ve cıvattalar bükülm
meye karşı kontrol
k
edillmesi gerekm
kmektedir. Şekil
Ş
10.14b dde ise, cıvattalar gövden
nin alt kısm
mına yataklaanmaları ned
deniyle sıkışştırma sırassında
çekme ggerilmesine maruz kalm
maktadırlar.. Bükülme riskini
r
en aza
a indirmekk için tasarrım
sırasındda kuvvet çiizgilernin mümkün
m
oldduğunca kısa tutulmassı gerekmekktedir.
Şekil 10.14
10.5
İki D
Değişik Civatalı Pres Tasarımı
T
C
CIVATA TÜRLERİ
T
Şekil 100.15 de geneelde kullanıılan cıvata vve cıvata somun bağlan
ntıları gösterrilmektedir. Bu
bağlantıılar tasarım mühendisin
nin mukaveemet hesaplaarı sonucun
nda verdiği kkarar ile, tassarımda
uygun oolan yerlerdde uygun şek
kilde, boyuttta ve sayıdaa kullanılmaaktadırlar. B
Bazı durum
mlarda
cıvatalaar sadece şekkil 10.15 deeki gibi hekzzagonal başşlı olmayıp, ihtiyaca gööre değişik baş
b
modelleeri ile tasarlanmış olup her birine ddeğişik isim
m verilmiştirr.
0.15
Şekil 10
Tem
mel Cıvata Somun
S
Bağ
ğlantıları
Cıvatalaar kullanılırrken, cıvata delikleri kuullanım amaacına uygun
n olarak (dişşli acılmış veya
v
dişli acıılmamış) deeğişik boyuttta fakat stanndart olarak
k delinirler (rast
(
gele deelinmezler). Her bir
cıvata bboyutunun standart bir matkap
m
(dellme) ölcüsü
ü mevcuttur ve bu değeerler mutlak
ka
katolagllardaki stanndartlardan bakılmak
b
zoorundadır. Bazı
B veb sitelerinde bu değerlere ve
v daha
geniş biilgilere ulaşılabilmektedir. www.aamericanfasttener.con veeya www.m
machinedesign.com
gibi.
Şekil 100.16 da cıvaata başlarınaa göre genell cıvata tipleeri verilmiştir. Burada cıvatalar cıvata
başlarınnın tasarımınna göre adlaandırılırlar.
Şekil 10.16
1
Bazzı Genel Cııvata Baş Şekilleri
Şekil 100.17 de görüüldüğü gibi,, bazı kişi vveya kişilerin
n zararların
nı minimize etmek amaacıyla
çeşitli öözel cıvata başı
b tasarımları geliştiriilmiş olup, bu
b tasarımlaara uygun aanahtarlar daa
türetilm
miştir.
Ş
Şekil
10.17
10.6
Özel Am
maçlı Tasarrlanmış Cıv
vata Başlarrı
C
CIVATA MALZEME
M
ELERİ
Cıvata vve somun malzemeleri
m
için geneldde esnekliği yüksek çeliikler seçilm
mektedir. Bu
u çelikler
Otomobbil Mühendiisleri Derneeği tarafındaan belirlenm
miş olup, tab
blo 10.4 ve 10.5 de verrilmiştir.
Tasarım
mda kullanılacak olan cıvata ve som
munlar, day
yanım, ağırlıık, korozyoon dayanımı,
manyetiik özelliklerri, ömür ve fiyatına görre seçilmek
ktedirler.
Cıvatalaar üzerinde bir biriyle nokta
n
ile ayr
yrılmış iki raakam mevcu
uttur. Birincci rakamın 100
1 ile
2
çarpılm
ması sonucu malzemenin
m
n kopma sınnırını N/mm
m olarak ifade ederken,, ikinci rakaam ile
hesaplannan kopma sınırının çaarpılıp 10 böölünmesiylee elde edilen
n sonuç ise akma sınırıını
2
N/mm oolarak verirr. Somunlarda ise tek raakam mevcu
ut olup, bu rakamın 1000 ile çarpılm
ması
2
sonucunnda elde ediilen değer, somun
s
malzzemesinin kopma
k
mukaavemetini N
N/mm olaraak verir.
Örneğinn 8.8 cıvata ve 6 somun
n için;
C
Cıvata malzzemesinin kopma
k
sınırıı = 8 x 100 = 800 N/mm
m2
C
Cıvata malzzemesinin akma
a
sınırı = 8 x 800/10 = 640N/m
mm2
SSomun malzzemesinin kopma
k
sınırıı = 6 x 100 = 600 N/mm
m2
Cıvata ü
üzerindeki rakamlar:
r
3.6
44.6
4.8
5.6
5.8
5
6.6
6.8
12
14
6.9
6
8.8
10.9
1 2.9
14.9
Somun üzerindekii rakamlar:
4
5
6
8
10
1
Cıvata ssomun bağlantılarında en optimum
m sonucu eld
de etmek için, cıvatanın
ın üzerindek
ki birinci
rakam ille somununn rakamının aynı olmassı gerekir.
T
Tablo
10.4
Cıvata vve Somunlarda Standa
art İnç Seriisi
Cıvata vve somunlarrda çok değ
ğişik kullanıım alanları ve
v ortamları mevcut ollduğundan, alaşımlı
çelikler,, korozyonaa dayanımlı malzemeleer hatta polim
merler (teflo
on gibi) cıvvata yada so
omun
olarak kkullanılabiliir. Kullanılaacak malzem
menin secim
mi tamamen tasarım müühendisi tarafından
kararlaşştırılır.
Tab
blo 10.5
10.7
Cıvata ve S
Somunlard
da Standartt Metrik Seerisi
C
CIVATA SIKIŞTIRM
S
MA VE ÖN
N GERİLM
ME
m gerilme değerine
Cıvata ssomun veyaa cıvata bağlantılarındaa cıvatalar taaşıyabileceğ
ği maksimum
d
kadar sııkıştırılabilirler. Bunu elde
e etmek iiçin geneldee tork metree kullanılmaası uygundu
ur.
Cıvata kkataloglarınnda hangi cıvataya ne kkadar momeent (tork) uy
ygulanabilecceği
belirtilm
mektedir. Buu durum cıv
vatalarda önn gerilme oluşturur ve genelde
g
ön ggerilme değ
ğeri
aşağıdakki formülle tespit edileebilir.
10.11
çekm
me gerilmesinin uygulaandığı alan ((tablo 10.1 ve
v 10.2 den
n alınabilir),, malzem
menin
akma daayanımı ve değeri 0.75 ila 1.0 aarasında değ
ğişen bir sab
bit. Gerilmee konsantrassyonu
statik yüükleme duruumlarında genelde
g
0.9 olarak alınıır. Bu durum
mda denklem
m 10.11 aşaağıdaki
hale dönnüşür.
0.9
10.11
Ön yüklleme için geerekçe;
1. C
Cıvatalara uygulanan
u
ön
ö gerilme, şekil 10.30 da görüldü
üğü gibi parççaya etki ed
den
kkuvvetin etkkisiyle parççaların ayrılm
masına eng
gel olacak yeeterlilikte ollması
ggerekmekteedir.
2. C
Cıvataları kesmeye
k
çallışan kuvvett durumund
da, eğer cıvaataya uygulaanan ön gerrilme
yyüksek ise şekil
ş
10.31 de görüldüğğü gibi yüzeeyler arasın
nda oluşan ssürtünme dee o
ooranda artarr. Buda cıvaatanın kesilm
me riskini azaltır.
a
Yorulm
maya karşı cııvataların daayanımı ise daha sonraaki kısımlard
da anlatılaccaktır.
Göz önüünde bulunddurulması gereken
g
diğeer bir nokta ise, cıvata veya somunnun sıkıştırm
ma
sırasındda burulma momentine
m
maruz kalm
malarıdır. İlk
k sıkıştırmaa sırasında ccıvata veya somun
çok az bbir gevşemeeye uğrayaraak cıvataya veya somu
una gelen bu
urulma mom
mentinin bü
üyük bir
kısmını ya da tamaamını ortadaan kaldırır.
Bu nokttalar şekil 10.18 de cıvata eksenin e göre tüm yüzeylerin simetrik oldduğu (herhaangi bir
eğilme m
momentininn oluşmadığ
ğı) durum iççin gösterilm
mektedir. Şü
üphesiz cıvaata ve somu
un
arasındaa oluşan sürrtünme kuvv
veti ve bunaa bağlı oluşan moment malzemeniin, yüzey
işlemesiinin, yüzey temizliğinin, yağlamannın ve diğerr etkenlerin bir fonksiyyonu olarak ortaya
çıkar.
s
kaatsayısının ffarklı olmassı (statik sürrtünme katssayısı > dinaamik
Statik vve dinamik sürtünme
sürtünm
me katsayısı)) cıvataların
n sıkılması ssırasında haareket etmek
kte olan cıvvatanın durm
ması
durumuunda ve tekrrar sıkılmak istemesiylee statik sürtü
ünme katsayısı devreyee girer ve cııvataya
geneldee hareket hallindekinden
n %20 kadarr fazla mom
ment uygulanması gerekkebilir. Bu
durumdda cıvata sıkkılması gereken momennte çok yakıın olursa, uy
ygulanan toork cıvatayı
çevirmeez ve Fi kuvvveti olmasıı gerekendenn daha düşü
ük düzeyde kalır.
Şekil 100.18 cıvatayya başlangıççta ve sondaa uygulanan
n momentlerr gösterilmeektedir. Gerrilme
elemanıı cıvatanın şaftında
ş
gössterilmekteddir. Akma gerilmesi
g
isee, cıvatanın dış açılmış
bölümünnün kesitindde dişler üzzerinde göstterilmektediir. Şekil 10.18 de cıvataa ve somun dişleri
arasındaaki sürtünm
meden kaynaaklanan ve ddişler üzerin
ne gelen burrulma mom
menti
gösterilm
memektedirr. Dişler araasındaki bu sürtünmeniin gereğindeen fazla olm
ması durumu
unda
cıvatayaa uygulanm
ması gereken
n Fi kuvvetinne ulaşılmaadan cıvata kesilir.
k
Şekil 100.18
Som
munun Cıva
ataya İlk T
Takılmasınd
da Cıvatada Oluşan Y
Yük ve Gerrilmeler.
Burada,, cıvata ve somun
s
için
∑
0.
, mom
ment anahtaarına uygulaanan momeent,
, Cıvaatayüzeyin
negelenmo
oment, ,
etki ettiğği yarıçap
,,
Somun yüzeyinin sürtüünme kuvveetinin
, Cıvaata başına uygulanan
u
moment,
m
≦
ettiği yaarıçap
,
cıv
vata başının
n sürtünme kkuvvetinin etki
, Cıvaata başının dönmemesi
d
için anahtaara uygulanaan moment..
0,
Şekil 100.19 cıvata sıkılmasınd
s
da proses uyygulamasını 1) cıvatanın verilen önn gerilme deeğerine
göre ve 2) cıvata kıırılmadan önceki olabillecek uzamaya göre gö
östermekteddir.
Şekil 10.19 Toork Uygula
ayarak ve D
Direk Çekeerek Yapıla
an Sıkıştırm
mada ve de Siyah
O
Okside ve Kaplama
K
Ku
ullanılmasın
nda ve Yağ
ğlama Duru
umunda, C
Cıvata Çekm
me
Kuvvetinin Cııvata Uzam
masıyla İlişk
kisi.
Cıvatayya uygulanann sıkıştırmaa momentiniin ölçümü için
i çok hasssas metotlaar mevcut ollup, bu
metotlarr çok pahalııdır. Günüm
müzde genell uygulanan
n yöntem isee moment (ttork) anahtaarı
kullanm
maktır. Mom
ment anahtarrlarının hasssasiyeti gen
nelde %30
0 olup, uyguulamada %15
% lik
bir mom
ment anahtarrı çok iyi ollarak kabul edilmekted
dir.
Cıvatayya uygulanabbilen ön gerrilme denkllem 10.4 den
n elde edileebilir. Buradda krikoya
uygulannan ağırlık yerine,
y
kuvv
vet ( ) ve bbaskı bileziğ
ği yerine isee, ya pul ile cıvata ya da
d cıvata
başı ile düz yüzey arasındaki
a
sürtünme
s
koonabilir. Eğ
ğer krikodak
ki her iki sürrtünme değeri için
yaklaşıkk 0.15 tek süürtünme kattsayısı olaraak kullanılırr ise, normaal cıvata dişii için denkllem 10.4
şu hali aalır.
0.2
10.12
Burada d nominal çaptır.
ç
Buraada unutulm
maması gereken sürtünm
menin 0.15 kkabul edildiği bir
ortamdaa averaj mom
ment hesaplamasıdır.
Genel oolarak ustalaar kendi el becerileri
b
vee deneyimleeri ile cıvataaları sıkıştırm
rmaktadırlarr.
Halbukii her bir cıvvatanın taşıy
yabileceği m
moment mik
ktarı belli olup, bunun iiçin momen
nt
anahtarıı kullanılmaası tavsiye edilmektedir
e
r. Gecen yü
üzyılın sonlaarına doğru yapılan
çalışmalarda cıvataaya uygulan
nan kuvvetinn değeri aşaağıdaki gibi ifade edilm
miştir.
16000
ç 1807
Bu denklemin uygulamadaki problemi, küçük çaptaki cıvatalarda oluşan gerilme çok fazla
olacağından, cıvatanın kesilmesine neden olurken, büyük çaplı cıvatalarda ise, cıvatanın
gevşek kalmasına neden olur.
10.8
CIVATA VE SOMUNLARIN GEVŞEMESİ VE KİLİTLENMESİ
Cıvata veya cıvata somun bağlantılarının en önemli özelliği, bağlantının parçalanmadan
(kırılmadan) sökülebilmesidir. Cıvata somun ve cıvata bağlantılarında mühendisleri rahatsız
eden en önemli sorun ise bağlantının gevşemesi veya kendi kendine sökülmesidir.
Şekil 10.6 da cıvatanın sıkıştırılması sırasındaki kuvvet dağılımı temsili küçük bir blok
üzerinde gösterilmektedir. Eğer sürtünme yeterli değerde ise, blok kendiliğinden bulunduğu
pozisyondan aşağıya doğru kaymayacaktır, bu durum kendi kendini kilitleme olarak
adlandırılmaktadır. Tüm cıvata ve somunların tasarımında belli bir helis açısı () ve cıvatanın
statik yük taşıması durumunda kendi kendine gevşemeyi önleyecek büyüklükte (kendi kendini
kilitleyecek büyüklükte) sürtünme katsayısı () göz önünde bulundurulur. Bununla birlikte,
cıvata ile somun arasında oluşacak her hangi bir izafi hareket sonucunda somunun gevşemesi
söz konusu olabilir. Bu izafi hareket genelde mekanik titreşimler sonucunda olmakla birlikte,
sıcaklık değişimleri de buna sebep olabilir.
İzafi hareketin neden cıvatada gevşemeye neden olacağını anlamak için düz bir yüzey üzerine
bir blok koyup, yüzeyin bir tarafını kaldırarak belli bir acı oluşturduktan sonra yüzeyin
herhangi uçuna tıklandığında bloğun yüzey üzerinde aşağıya doğru kaydığı görülecektir.
Aşağıda cıvata ve somun gevşemesine etki eden faktörler sıralanmıştır.
1. Cıvatanı helis acısının büyümesi, cıvatanın kendiliğinden gevşeme ihtimalini artırır.
Bundan hareketle kalın dişli cıvataların ince dişli cıvatalara oranla daha kolay
gevşeyeceği söylenebilir.
2. Cıvataya uygulanan ön gerilmenin artırılması, kendiliğinden gevşeme olasılığını
azaltır.
3. Yumuşak malzemeden imal edilmiş cıvatalarda plastik şekil değiştirme nedeniyle
uygulanan ön gerilme miktarının azalması sonucunda cıvata daha kolay gevşer.
4. Yüzey işlemleri uygulanarak sürtünme katsayısının artırılması cıvatanın gevşemesini
zorlaştırır.
Mühendisler cıvata ve somunlarda mekanik titreşimler veya ısıl değişimler veya başka
nedenlerle meydana gelen gevşemelerin önüne geçmek amacıyla değişik cıvata somun
tasarımlarını hayata geçirmişlerdir. Halan bu konu üzerinde yapılan çalışmalar sürmektedir.
Şekil 10.20 helisel ve dişli rondelaları göstermektedir. Bu tip rondelaları iki parça arasında
düzgün hale getirmek için belli bir kuvvet uygulanması gerekmektedir. Bu sırada rondela
birleştirilen parça üzerinde hafif kamalama yaptığından cıvatanın veya somunun gevşemesini
zorlaştırır.
Şek
kil 10.20
Genel Kilit Rondelalları
Mühenddisler şekil 10.21 de gö
örüldüğü gibbi kendiliğin
nden gevşem
meye engel olmak için
n yarıklı
ya da taaçlı sonumlaar geliştirmiişlerdir. Burrada somun
ndaki yarık, sıkma işlem
mi
tamamlaandığında cıvata
c
şaftın
ndaki deliklee karşılaştırılır ve cıvatta yarığı boyyunca cıvata
şaftındaan da geçeceek ucu ayrıllabilen bir ppimle somun
nun konumu
u cıvataya ssabitleştiriliir. Bu
işlem sıırasında som
mun biraz geevşetilebilirr yada fazladan sıkılabiilir.
Şekil 110.21
Som
munun Cıv
vataya Pimlle Sabitlenm
mesi a) Yarrıklı Somunn, b) Taçlı Somun
Şekil 100.22 de üç değişik
d
serbest eğilmelii kilitleme somunu
s
görülmektedir.. Burada som
mun
sıkıştırıllıncaya kaddar serbest olarak
o
dönm
me hareketi yaparken,
y
sııkıştırıldığınnda ise cıvaata
şaftına vve birleştirddiği parçayaa hafif kamaa etkisi yapaarak pozisyo
onunu sabittleştirir.
www.m
machinedesiggn.com ve www.ameri
w
icanfastenr.ccom sayfalaarından dahha geniş bilg
gilere
ulaşılabbilir.
Şekil 10.22
Serbeest Eğirmelli Kilitlemee Somunu
Ş
Şekil
10.23
En Çok
k Kullanılan
n Kilitlemee Somunlarrı
Şekil 100.23 de en çok
ç kullanılaan kilitlemee somunların
na örnek veerilmiştir. B
Bu somunlarrda ilk
diş kavrradıktan sonnra somunu döndürmekk için belli bir
b momente (kuvvete)) ihtiyaç duy
yulur.
Somun tam olarak sıkıştırılmışş olmasa bille, bulunduk
kları pozisy
yonda sabit olarak kalırrlar. Bu
tip cıvatta ve somunnların sıkıştırılmasındaa moment an
nahtarlarının
n kullanılma
ması gerekmeektedir.
Bu tip ssomunların veya
v
cıvataların sıkıldııktan sonra kendiliğind
den gevşemee olasılıklarrı son
derece ddüşüktür.
Bazı duurumlarda keendiliğinden
n gevşemeyyi önlemek için
i iki som
mun üst üste sıkıştırılır. Burada
önce birrinci somunn standart sıkıştırma değğeri uygulaanarak sıkışttırılır. Dahaa sonra ikincci
somun yyine standarrt sıkıştırmaa değeri uyggulanarak diğer somunu
un üzerine ssıkıştırılır. Böyle
B
bir kom
mb2inasyon somunun geevşemesini engeller vee ikinci somuna kilitlem
me somunu adı
verilir.
Başka bbir yöntem ise
i cıvata veeya somunuun üzerine çok inçe plasstik temelli malzeme
kaplanm
masıyla cıvaatanın veya somunun süürtünme kattsayısının arrtırılmasıdırr. Bu sayed
de cıvata
veya som
munun kendiliğinden gevşemesi
g
eengellenebillmektedir.
10.9
B
BİRLEŞM
ME YÜZEYL
LERİNİN CIVATAD
DA OLUŞT
TURDUĞU
U GERİLME
E
Cıvatalaar iki yada daha
d
fazla parçayı
p
bir aarada tutmay
ya çalışırkeen buna karşşılık parçalaara
uygulannan kuvvetleer parçaları bir birindenn ayırmaya çalışır. Bun
na motor sillindir kapağ
ğı ve
biyel koolları gibi biirçok parça örnek olaraak verilebiliir. Şekil 10.2
24a da en ggenel şekliylle iki
parçanınn cıvata som
mun ile bağllantısı ve diiş kuvvetin (Fe) parçalaarı ayırmayaa çalışması
gösterilm
mektedir. Şekil
Ş
10.24b
b ise parçanıın bir kısmının serbest cisim diyaggramını
gösterm
mektedir. Buu kısımda paarçalar cıvatta ve somun
n ile sıkıştırrılmış fakat dış kuvvet henüz
uygulannmamıştır. Burada
B
ekseenel kuvvet (Fb) ve sıkııştırma sonu
ucunda parççalar arasınd
da
oluşan bbağlama kuvvveti (Fc) ön
ö gerilme kkuvvetine (F
Fi) eşit olur. Burada şekkil 10.24c de
d dış
kuvvetinn etki ettirillmesi sonuccundaki serbbest cisim diyagramı
d
gö
österilmiştirr. Denge tak
kip eden
bir veyaa iki kuralı gerektirmek
g
ktedir. 1) (F
Fb) nin artırılması 2) (Fc) nin azaltıılması. Fb vee Fc
değerlerrinin izafi değişimleri,
d
elastisitelerrinin izafi değişimlerin
d
ne bağlıdır.
Şekil 10.224
Şekil 10.255
Cıvata
adaki Geriilme Kuvveetinin Serbeest Cisim D
Diyagramı
Yumuşak Contalıı Bağlantıda Kuvvet Dağılımı
D
–R
Rijit Cıvata
a
Cıvata vve somun veeya cıvata ile birleştirillmiş bağlan
ntılardaki izaafi elastiklikkle ilgili ikii önemli
durum şşekil 10.25 ve
v 10.26 daa gösterilmeektedir. Şekil 10.25a daa basınçlı biir kabın üzeerine
cıvata vve somunla birleştirilmi
b
iş bir kapakk görülmektedir (bu bassınçlı hava üüreten
kompresörün silinddir kapağı olabilir). Bu birleştirmede en önem
mli özellik yuumuşak kallın lastik
conta ollup, kendisiini çevreleyen diğer maalzemelerle karşılaştırılldığında, diğğer malzem
meler
sonsuz ddeğerde rijiit gibi durmaktadır. Som
munun sıkışştırılmasıylaa birlikte baaşlangıçta
kuvveti oluşur ve laastik conta fark edilir bbir oranda sıkıştırılır. Bu
B esnada cııvatada oluşşan
uzama iihmal edilm
mektedir. Şek
kil 10.25b vve 10.25c cııvatayı somunu ve sıkışştırılan yüzeeyleri
detaylı bbir şekilde göstermekte
g
edir. Bu kom
mbinasyond
da ön gerilm
me
dir.
Şekil 100.25d ise paarçaları ayırm
maya çalışaan kuvvetinin uygulaanmasıyla ve
kuvvetinndeki değişşimi gösterm
mektedir. Cııvatalarda oluşan
o
elastik uzamanınn çok küçük
k olması
sonucunnda kalın lastik conta da
d önemli biir genişlemee olmaz. Bö
öylece, bağllama kuvvetti
azalmazz ve kuvvvetinin tamaamı cıvatadda sadece çeekme gerilm
mesi oluşturm
mak için harcanır
(şekil 100.24 e tekraar bakabilirssiniz).
Şek
kil 10.26
O-Halkalıı Contalı Baağlantıda Kuvvet
K
Dağ
ğılımı – Yuumuşak Cıv
vata
Şekil 100.26 izafi seertlikteki farrklı uçları ggöstermekted
dir. Yüzeyler taşlanaraak çok düzgü
ün
şekilde elde edildiğğinden, sıkışştırılmış parrçalar arasın
nda herhang
gi bir conta yoktur. Ku
ullanılan
cıvatalaarın şaftlarınnın ortasına plastik yerlleştirilmiştirr. Bu neden
nle cıvatalarra uygulanan
n ön
gerilme sonucundaa parçalar sık
kıştırılmaz fakat cıvataalar uzar.
ya çalışan kkuvvetin azaalan sıkıştırm
ma kuvvetiyyle (cıvatad
da
Şekil 100.26d parçalları ayırmay
herhanggi bir gerilm
me artışı olm
madan) nasıll dengelendiğini göstermektedir.
Şekil 100.25 ve 10.226 da gösterrilen en uç öörneklerdir. Bu bilgilerrden sonra ccıvata ve sık
kıştırma
kuvvetinnin gerçek durumları
d
in
ncelenebilirr. Parçaları sıkıştırmak için kullanıılan cıvata gerçekte
g
uzar ve parçaları sııkıştırır. Dışş kuvvet (paarçaları ayırrmaya çalışaan) parçaaya uygulan
ndığında,
cıvatadaa cıvatadakii ve çıkıştırıılan parçadaaki (conta) uzama
u
( ) aynı
a miktarrda olur.
Şekil 100.24 de görüüldüğü gibi parçaları ayyırmaya çallışan kuvvett cıvatanın aartan kuvveetiyle
sıkıştırıllan parçanınn azalan kuv
vvetinin topplamına eşitttir ve aşağııdaki gibi ifa
fade edilir.
∆
∆ Yukarıddaki tanımlaamadan,
∆
∆
Burada sıırasıyla cıvaatanın ve sıkkıştırılan paarçanın yay katsayısıdır
k
r. Denklem g
denklem
m f de yerinee yazılır isee,
Denklem
m g ve denkklem h birleeştirilir ise,
∆
Böylecee denklem
∆
aşaağıdaki gibi ifade edilirr.
10.13
Denklem
m 10.13 şekkil 10.27 de grafik olaraak gösterilm
mektedir. Ay
ynı zamandda bu grafikten iki
önemli nnot çıkarılaabilir.
1. D
Dış kuvvet sıkıştırma kuvvetini
k
sııfıra getireceek kadar bü
üyük olduğuunda (A nok
ktası),
ccıvata kuvvveti ve dış ku
uvvet mutlaaka eşit olm
mak durumun
ndadır (yenniden şekil 10.24
1
e
bbak). Bundaan dolayı, A noktasınınn ötesindekii kuvveti için
00ve
olduğu
ggrafikte görrülmektedir. (Burada için verileen aralık norrmalde kulllanılmayıp, fiziksel
oolarak da biirleştirilen parçaların
p
ay
ayrılma duru
umu ise kab
bul edilmez)).
Diş kuvvetiin değişken olarak uyguulandığı du
urum
2. D
nneden olduğğu grafikten
n görülmekttedir.
Şekiil 10.27
kuvvetlerrinin de değ
ğişimine
C
Cıvata
Som
mun Bağlanttısıyla Sıkıştırılmış Ba
ağlantıda K
Kuvvet İlişk
kileri
m 10.13 ü kullanabilme
k
ek için cıvaatanın ve sık
kıştırılan parrçanın yay kkatsayısının
n
Denklem
bilinmesi gerekmekktedir. Bu değer
d
yaklaşşık olarak malzemenin
m
özelliklerinnden bakılaccağı gibi
t
denkllemi kullanıılarak da eld
de edilebilirr. (
/
olup yay
y
eksenel eğilmenin temel
katsayıssı için
/ yazılır.. Buradan;
10.14
Burada l her ikisi iççin yaklaşık
k efektif uzuunluğu gösttermektedir..
edilmessinde iki zorrluk mevcutttur.
değerinnin tahmin
1. Sıkıştırılan parçalar birrden fazla ddeğişik malzzemelerden imal edilmi
miş parçalar
oolabilirler. Bu
B durumdaa seri bağlı yaylarda ollduğu gibi yay
y katsayıssı aynı yönteemle
hhesaplanır.
1
1
1
1
∙∙ ⋯ ⋯ ⋯ 10.15
2. Sıkıştırılan parçalarda sıkıştırma eetkisi altında kalan bölg
genin tahmiini çok zord
dur. Bu
ggenelde şekkilleri düzgü
ün olmayan veya cıvataa ekseninden çok uzak olması duru
umunda
ddaha fazla geçerlidir.
g
değerini ttespit etmek
k şekil 10.28 de görülddüğü gibi am
mpirik
yyöntem bazzen kullanılaabilir.
Bağğlantıdaki yaay katsayılaarı ve
oranlarının
n deneysel olarak
o
tespitt edilmesind
deki en
etkilli yöntem cııvataya takıılan strain ggage ile cıvaata şaftında oluşan gerililmeyi ya daa optik
metootla cıvata şaftında
ş
olu
uşan uzamayyı ölçmektirr. Bu durum
mda en iyi çöözüm, cıvattaya
geleen kuvvetin ( ) dış kuv
vvet ( ) uyygulanmadaan önce ve sonra
s
ölçülm
mesi gerekm
mektedir.
Bazı el kitaplarrında ve kataloglarda / değeri ne karşılık
k gelen bazıı contalı ve contasız
duruumlar için taahmini değeerler bulunaabilir. Contaa kullanılmaadığı durum
mlarda bazen
n
bazeen
nin deeğerinin 3 katı
k fazla alıınabilmekteedir. Fakat dikkatli
d
yapıılan tasarım
mlarda
birleeştirme içinn yay katsay
yısı oranı
6 olarrak alınır.
Şekil 10.28
Cııvata Somu
un İle Sıkış tırılmış Parçaların Ettkili Alanı ((Ac). Etkili Alan,
Koy
yu Bölgeniin Averaj Alanına
A
Eşittir.
4
2
Burada;
(küçükk toleranslarr için)
1.5 (staandart altıgeen başlı cıvattalar için – bak
b şekil 10.1
16)
30
1.5
30
Bu değerrleri yukarıddaki etkin ala
an denkleminnde yerine ya
azarsak,
16
5
6 30
30
0
0.68
0.0665
10.10 S
STATİK YÜK
Y
ETKİS
SİNDE CIV
VATA SEÇ
ÇİMİ
Cıvatayya etki eden ana gerilmeeler çekme veya kesmee veya her ik
kisidir. Bazzen sıkıştırıllan
yüzeyleerin paralel olmamasınd
o
dan dolayı ((şekil 10.29a) veya yük
klenen kısm
mın bir şekild
de
eğilmessi sonucundaa (şekil 10.2
29b) cıvatallarda eğilmee etkisi azdaa olsa oluşuur.
Karışık bir problem
me başlamad
dan önce billinmesi gereken cıvata somun bağğlantılarındaa
cıvatalaar genel olarrak rastgele seçilirler. Ö
Örneğin araba plakalarıı küçük çapplı cıvatalarlla
arabanınn ön ve arkaa kısmına monte
m
edilm
mektedirler. Plaka
P
bağlaantısında dahha küçük yaada daha
büyük ççaplı cıvata da kullanılaabilir. Buradda cıvatanın
n seçimindee kozmetik ggörüntü önee
çıkmakttadır. Bazı durumlarda
d
ise hesap eedilen boyutttan daha bü
üyük cıvata kullanılabillir.
Bunun nnedeni ise mühendis
m
cııvatanın o taasarım için düzgün durmadığını düüşünmüş olm
masıdır.
Ş
Şekil
10.29
İstenmeeyen Cıvata
a Eğilmesin
ne Örnekleer
ki direk kessme mukav
Değişikk kalite (klass) cıvatalard
da yapılan ççalışmalar göstermiştir
g
vemeti
aşağıdakki formül kuullanılarak kabul edilebbilir sınırlarrda hesaplan
nabilir.
Burada;;
maksim
mum kesmee mukavemeeti,
0.62 10.16
maksimum çekm
me mukavem
meti
Problem
m 2: Şekil 10.30
1
da görrüldüğü gibbi muylu yattak gövdesi iki cıvatayyla zemine
bağlanm
mış ve yatakk içinde dön
nen mil yataağa 9 kN luk
k kuvvet uy
ygulamaktaddır. Uygun
cıvatalaarı ve cıvataa sıkma mom
mentini beliirleyiniz.
Verilen
nler: Yatak Kuvveti 9 kN,
k
İstenen
nler: Cıvata boyutları ve
v Cıvataya uygulanacaak sıkma mo
oment.
Şek
kil 10.30 İk
ki Cıvataylaa Bağlanm
mış Muylu Yatak
Y
Gövddesi
Kabulleer ve Çözüm
m:
1. C
Cıvatalar 5..8 kategorissinden seçilssin.
2. 9 kN luk kuuvvet cıvataalara eşit olaarak dağılsın
n.
3. C
Cıvatalara sadece
s
çekm
me kuvveti eetki etsin.
kavemet deeğeri 380 MPa
M (Tablo 10.5).
1
380 M
MPa = 380
0 N/mm2
5.8 cıvaata için ispattlanmış muk
Her bir cıvataya geelen çekme kuvveti
k
9/2 = 4.5 kN
Sistemdde cıvataların kesilmessi sonucundda insan haayatına zaraar verme sööz konusu değil
d
ise
cıvatalaar için emniiyet katsayısı 2.5 alınırr. Bazı duru
umlarda bu değer 4 dee kadar çıkaarılabilir.
Bu probblem için 2.5 alınmıştırr.
Buna gööre bir cıvattaya gelen kuvvet
k
= 2.55 x 4.5 = 11
1.25 kN
Problem
mde çentik etkisi
e
ihmall edilmiş oluup yüklemee statik olarak kabul eddilmiştir. Bu
una göre
gerilme:
11250
380
. e uygun cııvatanın M8
8 x 1.25 old
duğu görülüür (M8 cıvaatası için
Tablo 10.3 den bakkıldığında en
).
etkin alaan 36.6
Ön gerillme denklem
m 10.11a ku
ullanılarak hhesaplanır.
0.9
0.9 36.6 380
Tahminni sıkıştırmaa momenti denklem
d
10..12 kullanılaarak hesapllanır.
0.2
0.2 1
12517 0.0
008
.
Problem
m 3: Şekildde M14 cıvaatalar iki yeerden kesilm
meye çalışılm
maktadır. Sııkıştırılmış parçalar
metal, yyüzeyleri kuuru ve temizzdir. Metalleer arasındak
ki sürtünme katsayısı 00.4. Cıvata moment
m
anahtarıı ile sıkıştırıılmış olup cıvataya
c
uyggulanan çek
kme kuvvetii
dir. Bu bağ
ğlantı ne
kadar lıkk bir F kuvvveti taşıyab
bilir. Kullanıılan momen
nt anahtarının hassasiyeeti ∓%30 ve
v cıvata
sıkıldıkttan bir haftaa içinde ilk çalışma neddeniyle %10
0 gevşemek
ktedir.
Şekil 10
0.31 Cıvataalar İki Yerrden Kesilm
meye Çalışıılıyor
Verilen
nler: Şekil, M14
M cıvata, 0.4, m
moment anah
htarının hassasiyeti ∓%
%30 ve cıvaata
sıkıldıkttan bir haftaa içinde ilk çalışma neddeniyle %10
0 gevşemek
ktedir.
İstenen
nler: F = ?
Kabulleer ve Çözüm
m:
1. C
Cıvata iki noktadan
n
kesilmeye çallışılıyor.
2. C
Cıvata ve sııkıştırılan parçalar başkka şekilde kırılmayacak
k
k mukavem
mete sahiptirr.
Tablo 10.3 den, M114 x 2 cıvata için At = 1115 mm2 olduğu ve tab
blo 10.5 denn, SAE stand
dart ve
kalitesi 8.8 olan cıvvata için Sp = 600 MPaa ve Sy = 66
60 MPa oku
unur.
Ö , 600 11
15
Cıvatannın ilk çalışm
mada %10 gevşemesi
g
vve moment anahtarının
a
∓%30 hasssasiyeti ned
deniyle
kuvvveti yaklaşıık olarak
69000
0
0.3 690
000
0.1
1 69000
0.3 69000
0 İki yüzeey arasındakki parçanın kayabilmessi için gerek
kli kuvvet:
43500
0 0.4
Cıvata iiki noktadann kesilmeyee çalışıldığınndan toplam
m alan:
2
4
2
1
14
4
. Şekil deeğiştirme teoorisine göree sünek mallzeme için
0.58
0.5
58 660
3
382 307.8
Eğer sürrtünme kuvvveti de bun
na ilave ediliir ise F = 11
17850 + 17
7400 = 1352250 N olur. Fakat
sürtünm
me kuvveti fazladan
f
em
mniyet katsayyısı olarak düşünülerek
d
k taşınması gereken kuvvete
ilave eddilmeyebilirr.
Problem
m 4: Şekil 10.32
1
de görrülen sistem
m 24 kN luk
k kuvveti üçç cıvata ile ttaşımaktadırr.
Cıvatalaar SAE kılaas 9.8 olarak
k seçilmiştirr. Güvenlik katsayısını 6 alarak cıvvatayı belirlleyiniz.
Kesme kkuvveti sürttünme ile taaşınmaktadıır.
Şekil 10.32
2
Verilen
nler: Şekil 10.32,
1
kuvveet = 24 kN, SAE kılasıı 9.8 cıvata, güvenlik ka
katsayısını 6
İstenen
nler: Cıvata boyutu ned
dir?
Kabulleer ve çözüm
m:
1. Sıkıştırılan parçalarda kuvvet etkiisiyle şekil değişimi
d
yok.
2. K
Kuvvet tabllayı A noktaası etrafındaa döndürmeeye çalışmak
ktadır.
3. K
Kesme kuvveti sürtünm
meyle taşınm
maktadır.
Emniyeet katsayısı 6 olduğuna göre, uygullanan kuvveeti 6 ile çarp
parak hesapplamalara
başlanabbilir.
ç
6 24
4
A noktaasına göre moment
m
alın
nır ise,
500 144
Bir tanee
kuvvetii 4 tane
500 144
10 0
400
400
0
kuvvetine
k
eeşit olduğun
ndan yukarıd
daki denklem
em
25
400
400
0
.
6650
Tablo 10.5 den SA
AE klas 9.8 cıvata
c
için isspatlanmış akma gerilm
mesi
Buna gööre;
8727 0
650
ok
kunur.
Bu tabloo 10.3 den bakılarak
b
M16
M x 2 cıvaatası en yakıın cıvata olaarak bu uyggulama için seçilir.
Problem
m 5: Probleem 4 sürtünm
me sıfır kabbul edilerek çözülsün.
Verilen
nler: Şekil 10.32,
1
kuvveet = 24 kN, SAE kılasıı 9.8 cıvata, güvenlik ka
katsayısını 6
İstenen
nler: Cıvata boyutu ned
dir?
Kabulleer ve çözüm
m:
1. D
Dikey kesm
me kuvveti sadece
s
üç cııvata tarafın
ndan taşınmakta ve üç ccıvataya eşiit olarak
ddağıtılmakttadır.
2. T
Tanjant kessme kuvvetii cıvatalarınn ağırlık merrkezine olan
n uzaklıklarrı ile orantıllıdır.
Şekill 10.33 Şekiil 10.32 Pro
oblemi İçin
n Kesme Dü
üzlem Kuvv
vetleri ve M
Moment Deengesi
Problem
m 4 ile bu prroblem arassındaki fark sürtünmeniin uygulanm
maması olupp, bunun
sonucunnda da cıvattaları kesmee düzlemininn değişmiş olmasıdır. Bu
B düzlem pproblem 4 de
d
çekme kkuvveti olarrak 87.27 kN
N olarak heesaplanmıştıır.
Sürtünm
me olmayıncca parçayı sıkıştıran
s
cıvvatalara gellen eksantrik
k kesme kuv
uvveti uygullanır ve
aynı zam
manda parçayı ağırlık merkezi
m
etraafında dönd
dürmeye çallışır. Paçayıı sıkıştırmak
k için üç
aynı cıvvata kullanıllmış ve parççaların ağırllık merkezi şekil 10.33 de gösterillmiştir. Bu şekilde
ş
orijinal kuvvetin paarçanın merrkezine uygu
gulaması görrülmektedirr. Burada dik
ikey kesme kuvveti
ve her üüç cıvata tarrafından eşitt olarak karrşılanmaktad
dır. Tanjantt kuvveti isee ağırlık meerkezine
olan uzaaklığın orannına bağlıdırr. Üsteki heer bir cıvatay
ya gelen tan
njant kuvveeti 37.1 kN olarak
o
hesaplannır. En fazlaa kesme kuv
vvetinin üstteki cıvatalaarın sağ taraaftakine gelilir ve bu
hesaplanndığında V = 81.5 kN.
Üs sağ ttaraftaki cıvvata kritik olup,
o
cıvatayya gelen gerrilme:
/
872
270/
Kesme ggerilmesi isse:
81500//
Eşdeğerr gerilme deenkleminden
n:
1
3
872
270
3 81500
İspatlannmış gerilmee;
165
5960
4
d
65
50MPa
4 /
4 255
5 / .
Şaft çappı en az 18 mm
m olan cıv
vata kullanıılmalıdır.
10.11 Y
YORULMA
A KIRILM
MASI İÇİN
N CIVATA SEÇİMİND
DE TEMEL
L BİLGİLER
Cıvatalaardaki yorullma kırılmaası eksenel ççekme kuvv
vetinin zamanla değişim
mi sonucun
nda (artıp
– azalm
ması) oluşmaakta olup, bu
b durumlaarda bir mik
ktarda eğilm
me momentiti etkili olurr. Cıvata
ilk sıkılldığında doğğal olarak yüksek
y
ortaalama gerilm
meye maruzz kalır. Bunna ilaveten, gerilme
konsanttrasyonu herr zaman dişş dibinde meevcuttur.
Tablo 110.6 da cıvaata ve vidalar için yakklaşık yorullma gerilmeesi konsanttrasyon fakttörü (Kf)
değerlerri verilmekttedir. Dikkaat edilir isee, haddeleneerek imal edilen
e
cıvata
ta ve vidalaardaki Kf
değerlerri iç gerilm
melerin dahaa az olması nedeniyle daha düşük
k olup, sertlleştirilmiş cıvata
c
ve
vidalardda ise Kf deeğerleri çenttik etkisininn artması so
onucunda daha fazladırr. İyi yüzey
y kalitesi
ile imall edilmiş cıvata ve viidalarda Kf değeri yerrine yüzey faktörü (CS ) değeri ku
ullanılır.
Geneldee yüzey fakttörü iyi işlenmiş yüzeyylerde birim
m (bir) olarak
k alınır (CS = Kf =1).
Tablo 110.6
Çeliik Cıvatalar İçin Yoru
ulma Gerilme Konsan
ntrasyon Faaktörü Kf
Bölüm 10.4 de şekiil 10.11 ve 10.12 ile cıvvata somun
n birleştirmeelerinde yükke en yakın olan
dişlerin çok daha büyük
b
yükleer taşıdığı inncelenmişti. Buna ilaveeten, gerilmeenin başlangıç
dişlerindde daha fazzla olması, somunun
s
tassarımını etk
kilemekte ollduğu da beelirtilmişti. İşte
İ bu
sebeptenn dolayı Kf nin gerçek değeri tabloodakinden farklı
f
olabiliir.
10.11.1
CIV
VATALARD
DAKİ YOR
RULMA MUKAVEM
M
METİNİN Y
YÜKSEK VE
V
DÜŞÜK
K ÖN GER
RİLMELER
R İÇİN AN
NALİZİ
Şekil 100.34 de tablo 10.6 da veerilen SAE grup 8.8 M10
M x 1.5 çelik cıvatasınnın yorulmaa
mukaveemeti analizzlerini göstermektedir. C
Cıvata ile birleştirilen
b
parçalarda
p
2 ve
v
parçalarrdan birine etki eden dıış kuvvet 0 kN ila 9 kN
N arasında değişmekted
d
dir. Birinci durum:
d
Şekil 100.34a ile gösterilmekte olup, bu duurumda ön gerilme
g
(sık
kıştırma kuvvveti) 10 kN
N. Diş
kuvvetinn her uygullamasında, cıvata
c
kuvveeti artarken
n sıkıştırma kuvveti
k
azaalmaktadır ve
v bu iki
kuvvetinn toplamı dış
d kuvvet 9 kN a eşittirr. Diş kuvveet Fe uygulaanmaz ise, ccıvataya gellen
eksenel kuvvet Fb ve
v sıkıştırm
ma kuvveti F c başlangıç değeri olan
n 10 kN a eşşit olur.
İkinci ddurum: Cıvaataya uygullanan ön gerrilme akma sınır mukav
vemet değeerine eşit olssun
(
660 58
382
280N 38
8.3kN). Mu
utlaka bilinm
mesi gerekeen bu kadar kuvvet
hiçbir zaman cıvataaya uygulan
nmaz. (En fa
fazla uygulaanabilecek kuvvet,
k
ispat
atlanmış akm
ma
sınırınınn %9 u kadaar az olmalııdır). Cıvataa akma sınırrına kadar sııkıştırıl ise, cıvatanın kesit
k
alanına gelen gerilm
me
olur. Bunun anlaamı cıvatad
da oluşan kü
üçük uzamallar cıvatayaa
uygulannan kuvveti değiştirmezz. Buda, arttan kuvvet için elastisite modülünüün 207 GPaa değil,
sıfır oldduğunu ve buna
b
ilişkin olan sertlikk (sağlamlık
k) ise yine sııfır olur. Buundan dolay
yı,
birleştirrilen parçalaarı ayırmayaa çalışan dışş kuvvetin (F
( e) ilk kez uygulanmaası ile, sadecce
sıkıştırm
ma kuvvetinni azaltmayaa çalışır, cıvvata kuvvetiini artırmaz. Bu durum
m şekil 10.34
4a da en
üste gössterilmiştir. Fe kuvvetin
nin kaldırılm
ması ile, cıv
vata eski boy
yuna ulaşır (elastik). Bu
B
nedenlee Fb ve Fc deeki değişimller elastik ddeğerler olan
n kb ve kc tarrafından koontrol edilir. Şekil
10.34a dda durum ikkide görüldü
üğü gibi dişş kuvvetin teekrar etmesiyle birliktee cıvatada teekrar
elastik uuzama gerçeekleşirken, sıkıştırma kkuvvetinde tekrar
t
azalm
ma olur.
Şekiil 10.34 Cıvata
C
Yoru
ulma Yükleemesi Örneeği. M10 x 1.5 Cıvatassı İki Değişşik Fi
K
Kuvveti İle Sıkıştırılıyo
S
or ve Elastiik Sağlamlıık
(Roller Diiş İçin Kf = 3)
Sekill 10.34 (dev
vamı)
Burada birinci ve ikkinci durum
m için kritikk diş dibindeeki gerilme dalgalanmaasını hesaplayalım.
Birinci durum için ön gerilme diş dibindee aşağıda beelirtilen geriilmeyi oluştturur.
10000
3
58
517
Diş kuvvetin uygulanması ile,
13kN olur. Aynı zamanda, bu kuvvete karşılık dişin
dibinde elastik uzama sonucu oluşan gerilme,
13000
3
672
olarakhesaplanır.
58
Cıvatada oluşan çok az bir akma sonucunda bu değer 660 MPa la geriler.
10kN a
düşürülmesiyle elastik şekil değiştirmenin oluşturduğu gerilme 672 – 517 = 155 MPa olarak
hesaplanır. Birinci durum için diş dibinde oluşan gerilme dalgalanması şekil 10.34b de
gösterilmiştir. Bu ikinci durum için olan gerilme dalgalanmasıyla tamamen aynıdır. Her iki
durumda da maksimum gerilme dır. Böylece, ortalama ve alternatif gerilme (şekil 10.34c)
diyagramında her iki durum da aynı nokta tarafından temsil edilir. İkisi arasındaki tek fark ise,
en fazla akma cıvatayı sıkarken ve dış kuvvet uygulanırken meydana gelir.
Şekil 10.34c deki 2 numaralı nokta 10 kN ila 38.3 kN arasındaki tüm ön gerilme değerlerine
uygulanır. Eğer ön gerilme 12.8 kN geçer ise, diş dibi gerilmesi “1” numaralı noktaya ulaşır.
“3” numaralı noktada ise dış kuvvetin kaldırılması durumunda (makine çalışmıyor) diş dibi
gerilmesidir. “1” numaralı ve “3” numaralı noktalar arasındaki fark, kuvvetinin ilk
uygulandığında oluşan akmadan kaynaklanmaktadır. Makine yeniden çalıştırılmaya
başlandığında cıvata diş dibinde oluşan gerilmeler “3” numaralı noktadan “2” numaralı
noktaya gelir.
Burada yorulma dayanımına karşılık gelen emniyet katsayısı 139/73 veya 1.9 dur. Çünkü
kırılma (yorulma) için fazla kuvvet alternatif gerilmeyi sonsuz ömre ulaşmak için (Goodman
doğrusu) 139 MPa a (4 numaralı nokta) kadar artırmaktadır. 4 numaralı noktadaki dış yük
dalgalanan yük olup, sıfır ila 1.9 x 9 = 17.1 kN arasında değişir.
NOTE: birinci durumda; fazla yük uygulanması uygun değildir çünkü sıkıştırma kuvveti sıfıra
düşer ve parçalar ayrılır.
10 2/3 17.1
0 . İkinci durumda ise fazla yük
38.3
uygulanmış olsa bile parçaları sıkıştıran büyük bir kuvvet hala mevcuttur.
17.1 21.2kN .
10.11.2
CIVATAYA YÜKSEK ÖNGERİLME UYGULAMANIN
AVANTAJLARI
Cıvatalar sıkıştırılır iken, akma sınırının aşılma olasılığı her zaman mevcut olduğundan,
cıvatalar için ön gerilme değeri hiçbir zaman akma sınırında verilmemelidir. Ön gerilme için
her zaman ispatlanmış akma sınırı değeri (
) kullanılmalıdır. Bu durumda moment
anahtarları kullanmak uygun olmaktadır. Parçaların cıvatalarla sıkıca sıkıştırılmasının
avantajları;
1. Sıkıştırılan parçalarda daha büyük etkili alan oluşturduğundan dinamik yüklerin
cıvataya etkisi azalır. 2. B
Bağlantınınn fazla yük uygulaması
u
sonucundaa ayrılmasına karşılık m
maksimum direnci
d
ggösterir.
3. B
Bazı dişleriin kesilmesiine karşı maaksimum direnci gösterrir.
Hatırlattılması çok önemli
ö
olan
n bir konu, ssünek malzeemeden yap
pılmış cıvataalarda ön geerilme
uygulam
masında diş diplerinin çok
ç az bir ak
akmaya maruz kalması cıvataya zaarar vermez..
(taşıyaccağı yükü azzaltmaz). Biilinmesi gerreken bir hu
ususta, tablo
o 10.4 ve 100.5 deki çeliik
cıvatalaarın alanları %35 azaltıllmıştır.
Problem
m 6: Şekil 10.35a
1
da gö
örülen iki m
makine parçası 5 inçi kaalitede ve di
dişleri kesereek imal
edilmiş M12 x 1.755 cıvatasıylaa sıkıştırılm
mıştır. Parçalları değeri sıfır
s ile Fmaxx arasında deeğişen
diş kuvvvetin etkisi altındadır. Sonsuz
S
ömrre karşılık gelen
g
Fmax kuvveti
k
nediir? a)cıvatad
da ön
gerilme olmadığı durum
d
için b)
b cıvata sıkkıştırılarak oluşturulan
o
ön gerilme değerinin cıvatanın
c
ispatlannmış akma sınırına
s
eşit olması duruumunda.
Verilen
nler: Şekil 10.35a,
1
5 in
nçi kalitede M12 x 1.75
5 cıvata,
İstenen
nler: Sonsuzz ömre karşıılık gelen F max kuvveti nedir? a)cıvatada ön ggerilme olmadığı
durum iiçin b) cıvattada ispatlan
nmış akma sınır değeriine eşit ön gerilme
g
olm
ması durumu
unda
Şekil 10.35
5
Kabulleer ve Çözüm
m:
1. C
Cıvata aynıı çapta düzg
gün bir şaftaa sahiptir.
2. Sıkıştırılan parçaların yüzeyleri
y
çook düzgün olup,
o
arada conta mevccut değildir.
o
u etkili alan şekil 10.28 deki gibidiir.
3. Sıkıştırılan parçaların oluşturduğu
k
a) Cıvaatalarda ön gerilme yok
2
2 84
4.3
3.8
.
Buraada
değeeri tablo 10..6 dan 5 denn büyük kallite ve keserrek üretilen diş için 3.8
8
alınm
mıştır.
Bu cıvata malzemesi için (kalitesi 5) tablo 10.5 den
520
520
1 0.9 1
2
Şekil 10.35c deki grafikten
okunur.
Bu nedenle;
0.0225
162
;
0.5
b) Ön gerilme ispatlanmış akma sınırı gerilmesine ulaşıncaya kadar sıkıştırılmış. Bu
durumda ön gerilme:
380 84.3
Burada iki parça yüzeyi çok düzgün olduğundan ve aralarında conta olmadığından
ve basitbirşekilde ve ye orantılıdır (denklem 10.14). Cıvata ucu sıkıldıktan
sonra somun seviyesini birkaç diş geçmekte ve cıvata saftı düzgün ve 12 mm çapa
sahiptir. Böylece;
4
Şekil 10.28 kullanılarak
4
5 12
30
30
hesaplanır.
16
16
12
5
6 6 12 50 0.577
50 0.333
. Böylece;
113
113 712.7
.
.
Bunun anlamı dış kuvvetin sadece %14 dü cıvatalar tarafından hissedilmektedir. Geri kalan
kısım sıkıştırma kuvvetini azaltmak için harcanır.
Yükün dalgalanması simetrik olduğundan %7 si pozitif %7 si negatif tarafta kalır. Bu
durumda Maksimum yüke etkisi %7 olur. Yani .
Böylece cıvatadaki alternatif
gerilme:
0.07
84.3
3.8
.
Burada maksimum kuvvet olarak yukarıda hesaplanan 32034 N kullanılır. Çünkü bu değer iki
parçanın bir birinden ayrılmasına müsaade etmez. Bu durumda;
0.0032
0.0032 32034
Şekil 10.34c burada bulunan 101 MPa gerilmenin sonsuz ömür çizgisinin (Goodman çizgisi)
altında olduğu görülmektedir. Böylece b şıkkının cevabı
32000 , veya birinci
durumun 4.4 katı.
Şekil 10.35
Devamı
10.12 D
DENEY TA
ABLOLAR
RINI KULL
LANARAK
K YORULM
MA YÜKÜ
Ü İÇİN CIV
VATA
SEÇİM
Mİ
Görüldüüğü gibi herrhangi bir cııvatanın sıkkıştırılmasıy
yla oluşan gerilme, cıvaatanın altern
natif
gerilme kapasitesinnden bağımssızdır. Yapıılan testler bu
b durumun
n doğruluğuu bir koşul dışında
d
belirlem
miştir. Cıvatta sıkıştırılan
n parçalar üüzerinde çok
k fazla sıkışştırma kuvvveti oluşturu
ur ise, bu
durumdda yukarıdakki cümle doğru olmayaabilir.
Yorulm
ma limitli alternatif cıvata gerilmesiine karşılık gelen kesm
me noktası (şşekil 10.34cc de 4
numarallı nokta) birrçok değişik
k çelik için geçerlidir. Burada
B
alterrnatif gerilm
menin dayan
nma
gerilmesi (ultımatee gerilme) ile artmayıp, sabit olarak
k kalır. Bu durum
d
deneeylerle de
miştir. Eğerr tablo 10.7 ye bakılırsaa, burada ulltımate gerillmede bir ddeğişiklik ollmadığı
gösterilm
görülmeektedir.
Görüldüüğü gibi cıvvataların taşııyabileceği alternatif kuvveti
k
tespiit etmek birraz karışık gibi
g
durmakt
ktadır. Yorullma limitli kesme
k
noktaası (şekil 10
0.34c deki 4 numaralı nnokta), Sy
değerlerrindeki küçüük değişmelerde fazlassıyla etkilen
nmektedir. Bu
B durumdaa elde dilen gerilme
–uzamaa eğrilerinin doğruluğu şüpheli oluur. Daha ilerri giderek, Goodman
G
eğğrilerinin yo
orulma
noktasınnın uzağındda var olan gerilme
g
değğişimleri için
n elde edild
diği düşünüllmelidir. Ay
ynı
şekilde, tablo 10.6 dan elde ed
dilen averaj Kf değerinin diş profiliini, yüzey kkalitesini, ısıl
işlemlerri ve birleştiiği diğer dişşi tam olaraak ifade ettiğ
ği düşünülem
mez.
Yorulm
ma etkisinde çalışan yük
ksek kalitelii malzemedeen yapılmışş cıvatalar üüzerinde yap
pılan
testler sonucunda daha
d
iyi paraametreler ellde edilmişttir. Bununlaa ilgili bazı ssonuçlar tab
blo 10.7
de verilm
mektedir. Bu
B değerler, birçok mallzeme için kullanılan
k
uy
ygun bir som
omun ile eld
de edilen
yorulmaa limitli alteernatif norm
mal gerilmellerdir.
Tablo 10.7
Sıkıştırılan
S
Cıvatanın Yorulma Mukaveme
M
eti, Sa
Burada önemli olann kritik yoru
ulma yüklerrine maruz kalan
k
modeern cıvata-soomun, vida gibi
bağlamaa elemanlarrını tasarlark
ken onların ön gerilme değerlerini maksimum
ma çıkarmak
ktır.
Buda yüüksek gerilm
me değerlerrine sahip ollan cıvatalarrın ispatlanm
mış akma ggerilmesine kadar
sıkıştırıllması demeektir. Daha öncede
ö
belirrttiğimiz gib
bi, ön gerilm
meyi artırma
mak;
1.
2.
3.
Geneldee sıkıştırılan
n parçalarınn rijitliğini (ssağlamlığın
nı) artırır. Buuda cıvatad
daki
gerilmennin salınım değerlerinii azaltır.
Birleştirrilen parçalaarın ayrılmaaması için iy
yi bir güven
nce olur.
Cıvatannın gevşemeesine karşılıkk daha yükssek direnç gösterir.
g
Bundann başka, cıvaatadaki ön gerilmeyi
g
izzafi olarak az
a miktarda artırmak, cııvatanın
dayanım
mını azaltır. Küçük boy
yuttaki cıvattalar ise, dah
ha küçük vee hafif parçaaların
birleştirrilmesinde kullanılır.
k
Problem
m 7: Şekil 10.36
1
da görrülen ve içiinde basıncıın 0 ila 2.5 MPa
M arasındda değişen
silindiriin çapı 250 mm ve silin
ndir kapağınnın cıvatalarrının yerleştirildiği çapp ise 350 mm
m.
Silindir kapağını sııkıştırmak iççin 8.8 kalittesinde hadd
delenmiş 12
2 adet cıvataa kullanılmaktadır.
Silindir dökme dem
mirden imal edilmiş oluup, E = 100 GPa ve siliindir kapak aleminyum
mdan
imal ediilmiş olup, E = 70 GPaa. Montaj duurumuna gö
öre sıkıştırılaan efektif allan Ac = 5A
Ab
olarak kkabul edilmiiştir. Sıkıştıırılan dökmee demir ve aleminyum metallerin kalınlıkları aynıdır.
Emniyeet katsayısı 2 olacak şek
kilde sonsuzz ömür için cıvata boyu
utunu bulunnuz. Belli biir
kullanım
mdan sonra ön gerilmen
nin en düşüük değeri beelki 0.55
olarak allınabilir.
Verilen
nler: Dış kuuvvet 0 ila 2.5 MPa, siliindirin çapı 250 mm, cıvatalarınınn yerleştirild
diği çap
ise 350 mm, 8.8 kaalitesinde haaddelenmiş 12 adet cıvata, E = 100
0 GPa, E = 70 GPa, Ac = 5Ab,
emniyett katsayısı 2,
2 0.55
İstenen
nler: Emniyet katsayısı 2 olacak şeekilde sonsu
uz ömür için
n cıvata boyyutunu bulu
unuz.
Şek
kil 10.36
Cıvatalarlla Sıkıştırıllmış Basınççlı kap Kappağı
Kabulleer ve Çözüm
m:
1.
2.
3.
4.
Y
Yük cıvatallara eşit olarrak dağılmııştır.
T
Tablo 10.7 cıvataların yorulma geerilmelerini vermektediir.
C
Cıvataların gerilmelerii diş dibi çappı göz önün
ne alınarak hesaplanmış
h
ştır.
B
Başlangıç ön
ö gerilme değeri
d
0.55
olarak
k alınabilir.
Silindirddeki maksim
mum basınçç, p = 2.5 M
MPa, bu değ
ğeri emniyeet katsayısıyyla çarparsak
k
pmax = 2(2.5) = 5.0 MPa
Silindir kapağına gelen
g
kuvvett:
4
250
4
5
5.0
/12
Her bir cıvataya düüşen kuvvet:
2
245.4/12
.
. . Burada iki metal biirleştirildiğiinden yay kkatsayısı den
nklem 10.15
5 verildiği ggibi hesaplaanır. Bu
d
“1” ve
v aleminyuum “2” indissiyle gösterilsin.
hesaplarrda dökme demir
1
5
100
/2
1
1
5
70
;
/2
yukarıddayeriney
yazılırsa
Denklem
m 10.14 denn cıvata için
n;
; bu
uradan
412
200
.
Denklem “i” kullanılarak cıvatada artan kuvvet hesaplanır.
1
20500
1 2.06
∆
∆
. Alternatif (dalgalanan) kuvvet
∆
2
6700
2
Bu cıvata için yorulma mukavemeti değerlerine tablo 10.7 den baktığımızda 69 MPa olarak
okunur. Gerçek alternatif gerilmeyi hesap edersek;
69
3350
.
Tablo 10.3 den üstte olacak şekilde en alan değerine sahip cıvata seçilir. Bu problem için bu
değer M10 x 1.5 cıvatasıdır.
En düşük sıkıştırma kuvveti 0.55
üçü ş
denklemiyle verilmektedir buna göre;
∶ 0.55 600
58.0
. 6.7 kN, 20.5 kN nun %33 ü olup, bu yüzde cıvatanın gerilme kuvvetine ilave olup, %67 ise
sıkıştırma kuvvetini azaltmak için kullanılır.
Bu değer ise; 0.67(20.5) = 13.7 kN.
Geriye kalan sıkıştırma kuvveti ise: 19.2 – 13.7 = 5.5 kN
10.13 CIVATALI BAĞLANTILARIN YORULMA MUKAVEMETİNİN
ARTIRILMASI
Cıvata veya cıvata somun bağlantılarıyla sıkıştırılmış bir bağlantıda cıvataların yorulma
dayanımını artırmanın yollarını aşağıda liste olarak verelim.
1. Cıvatanın gerilmesini artıran dış kuvvetin bir miktarını azaltmak için sertlik
ayarlaması yapılır.
a.
, modülü yüksek bir malzeme kullanılarak artırılır. Karşılaştırılmada
birleşmiş düz ve pürüzsüz yüzeyler (arada conta yok) ve daha büyük alan ve
plakanın kalınlığı (Şekil 10.28 de sıkıştırma kuvvetinin artırılması i nasıl
artırır).
nin azaltılması, yeteri kadar sıkıştırma kuvvetini daha küçük fakat
b.
mukavemeti daha yüksek cıvatalarla yapılması durumunda ve ön gerilme
değerine kadar hassas moment anahtarları kullanarak parçaları sıkıştırmakla
2.
3.
4.
5.
6.
7.
yapılır. Düğer bir yol ise cıvatanın şaft alanını şekil 10.13 olduğu gibi
azaltmaktır.
Somununun tasarımını değiştirerek daha fazla dişin yük taşımasını sağlamak ve emin
olmak gerekir ki yükü taşımak için yeteri kadar diş mevcuttur.
Daha büyük diş dibi yarıçapı kullanarak diş dibi gerilme konsantrasyonunu azaltmak.
a. Şekil 10.2 de diş dibi yuvarlatma yarı çapı 0.144p olarak sanayide ve uzay
sanayinde kullanılır.
b. Diş dibi yuvarlatma yarıçapı 0.180p olan cıvatalar ise uzay sanayinde
kullanılır.
Malzemenin ıspat edilmiş (test edilmiş) en yüksek akma sınırını kullanarak, bu sınıra
kadar ön gerilme uygulamak.
Sıkıştırma sırasında
formülüne sadık kalmak.
Cıvata dişlerinin haddelenerek imal edildiğinden emin olunmalıdır. Dişler keserek
oluşturulmamalıdır. Sertleştirme yapıldıktan sonra dişlerin oluşturulması daha yüksek
mukavemet değerleri oluşturur.
Cıvatada eğilmenin minimuma indirilmesi gerekir (şekil 10.29).