Transmisyon Üzerine Takılan Kapağın Düzlemsellik Değerinin, Sonlu Elemanlar Paket Programıyla Tayini

Gökhan Cen / Makina Mühendisi / Hema Endüstri
Rifat YAKUT / Makina Teknik Öğretmeni (Dr. Adayı) / Hema Endüstri

Transmisyon Üzerine Takılan Kapağın Düzlemsellik Değerinin, Sonlu Elemanlar Paket Programıyla Tayini

Özet

Tarım alanındaki mühendislik uygulamaları, gün geçtikçe artmaktadır. Gelişen teknolojiyle paralel olarak traktörlerde yapılan yeni çalışmalar, kullanıcının konforunu arttırmaya yöneliktir. Traktörlerin, çalışma şartları altında, birçok yük ve zorlamaya maruz kaldığı bilinmektedir. Traktörü oluşturan ana gruplardan birisi de şanzıman grubudur. Şanzıman grubunu oluşturan parçalar; döküm parçalar, dövme parçalar ve standart yan sanayi parçaları olarak üç gruba ayrılır. Diğer parçalar gibi, döküm parçaları da traktörün, tarlada ya da bahçede çalışması esnasında, yük ve zorlamalara maruz kalmaktadır. Dolayısıyla kritik karakteristik olarak ifade edilen geometrik tolerans ve boyutlarının uygunluğu önem arz etmektedir. Traktör şanzımanlarının içerisindeki mil ve dişli gibi birçok parçayı, paslanmalarına ya da hasar görmelerine neden olabilecek; toz, kum, çamur gibi tehlikelerden korumak için, lamel grafitli dökme demir malzemeden üretilmiş olan şanzıman kapakları kullanılır.
Şekil 1. Şanzıman gövdesinin üzerine montajı yapılmış kapak görüntüsü.
Bu çalışmada, işleme esnasında meydana gelen ya da gelebilecek düzlemsellik problemlerine karşı,kapağın gövdeye rahatlıkla montajının yapılabilmesi için düzlemsellik kusurunun hangi değere kadar alınması gerektiği, sonlu elemanlar paket programı olan ANSYS kullanılarak hesaplanacak ve şanzıman kapağı için gerekli olan kritik düzlemsellik değeri tayin edilecektir.
Anahtar Kelimeler: Sonlu Elemanlar Teorisi, Döküm Malzemeler, Kapak Elemanlarının Düzlemselliği.

Şekil 2. Şanzıman kapağının montajlı görüntüsü

Şekil 3. Montajın sonlu elemanlar modeli

2. Şanzıman Kapağının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Gerilme Analizi


Şanzıman kapakları; şanzıman içerisindeki mil ve dişli gibi birçok parçayı, dış ortamdan gelebilecek toz ve su gibi, dişlilerin çalışmasına zarar verebilecek, hasara uğratabilecek ya da paslanmasına neden olabilecek etmenlere karşı koruyan, genellikle döküm malzemeli makine parçalarıdır. Şanzıman kapağının, bunların dışında, transmisyonun çalışması esnasında
dışarıya yağ sızıntısını engellemek ve gürültüyü azaltmak gibi faydaları da vardır. Üzerine montajı yapılan vites kolu ve fincan gibi parçalara da yataklık eder. Şanzıman kapağının şanzıman gövdesinin üzerine bağlantısı, cıvatalarla torklanarak yapılır. Bağlantı yapılmadan önce, kâğıt ya da sıvı conta gibi sızdırmazlığa karşı önlemler alınmalıdır. Montajı yapılacak olan işlenmiş şanzıman gövde ve şanzıman kapak yüzeylerinin düzlemsellikleri iyi olmalıdır. Düzlemselliği kötü olan yüzeylerde boşluklardan dolayı yağ sızıntısı
olacağı; bununla birlikte, bağlantı esnasında cıvatalarla torklanmasındandolayı boşlukların kapağı eğmeye çalışan bir davranış sergileyeceği ve kapak üzerinde torklamadan doğan gerilmelerin oluşacağı aşikârdır.
Şekil 2’de, şanzıman kapağının alt parça ile cıvatalarla montajı görülmektedir.

Şekil 4. Cıvatalar ile kapak ve gövdenin torklanışı.
Burada analizi yapılacak olan şanzıman kapağının temasta olduğu gövdenin büyük hacimli oluşu, sonlu eleman modelini de büyük yapacaktır. Gövde yerine seçilen tablanın analiz sonucunu değiştirmeyeceği göz önüne alınarak daha basit geometrili olan tabla kullanılmıştır.

Montajda ön taraftaki boşluk, şanzıman kapağındaki düzlemsellik problemini açıkça göstermektedir. Görülen bu montajdaki kapak ile gövde arasında 1 mm düzlemsellik hatası vardır. Montajdaki parçalar, 1. derece hexahedral ve 2. derece tetrahedral eleman kullanılarak kurgulanmıştır (Şekil 3).

Gövde ve kapak için 6 mm ve cıvatalar için de 3 mm eleman boyutu kullanılmıştır. Model, 101.677 adet eleman ve 157.570 adet düğüm noktasından oluşmaktadır. Kapağın, gövde üzerine bağlantısı, cıvatalar ile 90 Nm torklanarak yapılmıştır (Şekil 4).

Mö = 0,2 x d2 x Fö bağıntısından, ön gerilme değeri 30.000 N olarak hesaplanmıştır. Bu yüklemeler altında kapağın analizi yapılmış olup sonuçlar değerlendirilmiştir.

3. Analiz Sonuçları


Cıvatalar ile gövdeye bağlantısı yapılan kapağın ön kısmında görülen azami deplasman 1 mm’dir (Şekil 5). Bu davranış, şanzıman kapağının temas etmeyen, yani düzlemsellik kusuru olan bölgesinin gövde ile temasa geçtiğini gösteriyor. Böylece, cıvata torkundan dolayı kapak eğilmeyeçalışmaktadır.Gövdeye montajı esnasında, cıvata torkuyla şanzıman kapağında meydana gelen eğilme davranışından dolayı, kapak üzerinde gerilmeler oluştuğu görülmüştür. Kapak, GG-25 olarak bilinen lamel grafitli dökme demirden üretilmiştir. Lamel grafitli dökme demirler, oldukça gevrek davranış sergileyen döküm malzemeleridir. GG-25 lamel grafitli dökme demire ait teorik kopma mukavemeti, literatürde 200 ila 250 MPa olarak geçmektedir. Görülen gerilme değerleri, bazı bölgelerde 200 MPa değerinin üzerindedir (Şekil 6). Bu değerler, gövde için kopma mukavemet değerine yakın olduğu için tehlikeli olup; lamel grafitli dökme demir malzemeler için 165 MPa değerinin üzerindeki gerilmelerin çatlak teşekkülüne neden olduğu da deneysel olarak yapılan çalışmalarda ispatlanmıştır. Dolayısıyla şanzıman üzerinde eğilme davranışından dolayı oluşan gerilmelerin, şanzıman kapağını kıracak boyutta olduğu açıkça görülmektedir.

4. Sonuç


Yapılan analiz neticesinde, 1 mm ve üzeri düzlemsellik problemi olan şanzıman
kapakları için, gerilmelerin kırılma boyutunda olacağı anlaşılmıştır.

Şekil 5. Kapak üzerinde bağlantı esnasında görülen deplasman

Şekil 6. Kapak üzerinde oluşan gerilmeler (Maksimum Çeki Hipotezi).
Dolayısıyla şanzıman kapak parçasının, traktörün çalışma koşullarını da dikkate alarak kopma mukavemet değerine göre 3 kat emniyetli olabilmesi için, kapak düzlemselliğinin 0,3 değerini geçmemesi gerekmektedir.

Şekil 7. Kapak üzerinde emniyet katsayısı incelendiğinde, gerilmelerin yoğunlaştığı bölgelerde emniyet katsayısının 1,05 değerine düştüğünden dolayı emniyetsiz olduğu görülmektedir.