25 Nisan 2012 Çarşamba
24 Nisan 2012 Salı
19 Nisan 2012 Perşembe
Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi
Cilt: 7, No:1, 2010 (119-129)
Electronic Journal of Machine Technologies
Vol: 7, No: 1, 2010 (119-129)
ARASTIRMALAR
e-ISSN:1304-4141
Bu makaleye atıf yapmak için
Kızılaslan K., Đsel B.,Yavuz Đ.,
“Disli Çarklarda Meydana Gelen Hasar Türleri” Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2009, (7) 119-129
Teknik Not
Disli Çarklarda Meydana Gelen Hasar Türleri
1
Kerim KIZILASLAN, 1Bahadır ĐSEL, 2Đbrahim YAVUZ
1
Afyon Merkez Endstri Meslek Lisesi Afyonkarahisar/TﾜRKĐYE
2
Afyon Kocatepe ﾜniversitesi Teknik Eğitim Faktesi, Makine Eğt. AFYON/ TﾜRKĐYE
kizilaslan44@hotmail.com
, bahadirisel@hotmail.com, iyavuz@aku.edu.tr
Özet
Makine sistemlerinde hareket ve g ileten elemanların basında disli arklar gelmektedir. Disli arklar ok zor
sartlar altında alıstıklarından dolayı zamanla ok esitli asınma problemleri ile karsılasılmaktadır. Bu problemler
birok olumsuz faktr de beraberinde getirmektedir. Yapılan incelemeler neticesinde disli arklardaki
asınmaların birok faktrlere bağlı olduğu ortaya konulmustur. Bu alısmada disli arklarda meydana gelen hasar
trleri ayrıntılı olarak arastırılmıstır.
Anahtar Kelimeler:
Disli çarklar, Hasar
1. GiRiS
Disli arklar, tarihi gelisimi ok eskilere dayanan makine elemanlarıdır. Kaynaklarda disli arkların
kullanılmaya baslanmasının milattan nce 330 yılına kadar uzandığı bildirilmektedir. Farklı boyut,
malzeme ve uygulamalarda olsalar da disli arklar hemen her makinede miller arasında sekil bağıyla
kuvvet ve hareket ileten elemanlar olarak karsımıza ıkmaktadır. Mekanik gcn iletiminde mhendislik
ve maliyet avantajlarını bir arada sunan disli arklar, saat mekanizmaları gibi hassas cihazlardan,
otomobil, takım tezghları ve uak-uzay teknolojisine kadar genis bir alanda kullanılmaktadır [1].
Bu kullanım sahasında disli arklardan en iyi verimin alınması da yine yılardan beri sregelen
alısmaların temelini olusturmaktadır. Bunların yanı sıra ihtiyaların artmasına paralel olarak yapılan
sistemlerde en nemli beklenti enerjinin fazla kayba uğramadan iletilmesinin sağlanması ve verimin
mmkn olan en yksek değerde tutulmasıdır.
Enerjinin iletimi esnasında verimin yksek tutulmasına karsı zorlayıcı en byk etken srtnme ve
meydana getirdiği asınmadır. Bu olumsuz etkiler, diğer makine elemanlarında olduğu gibi disli arklar
zerinde de kendini gstermekte ve maddi aıdan ciddi kayıplara neden olmaktadır.Bu alısmada disliler
zerinde meydana gelen hasarlar ve sebepleri arastırılmıstır.
2. DĐSLĐ ﾇARKLARDA OLUSAN HASARLAR
Disli tasarımı ve imali ile ilgili alısmalar yapanların, disli arklarda grlen pek ok hasarı detaylı olarak
bilmesi gerekmektedir. Amerikan Disli ﾜreticileri Birliği (AGMA) ulusal standardında dis bozuklukları 5
grupta incelenebilir.
Teknolojik Arastırmalar: MTED 2010 (7) 119-129 Disli Çarklarda Meydana Gelen Hasar Türleri
120
1-Yzey Yorulma Hasarları
2-Asınma
3-Plastik Akma
4-Kırılma
5-Đmalat Sırasında Olusan Hasarlar
Yukarıda maddeler halinde belirtilen hasarlar alt gruplara ayrılmaktadır. Bir disli tasarlanırken dislinin
alısma sartlarında muhtemelen hangi tr hasarlarla karsılasacağı bilinmelidir. Tasarımcı dislileri uygun
kuvvet, asınma direnci gibi faktrleri dikkate alarak tasarlamalıdır. Ayrıca yağ seiminin ısıl islem kadar
nemli olduğu bilinmelidir [2].
2.1 Yzey Yorulması Hasarları
Bu yorulma, malzemenin dayanım sınırı tesindeki tekrarlı yzey veya yzey altı gerilmelerinin
sonucunda olusan bir hasar trdr. Yetersiz yağlama sonucunda olusan asınma hasarlarından farklıdır.
Đyi yağlama sartlarında bile grlr.
Sekil1
Asırı basın altında fazla sayıda yk tekrarının (evriminin) ardından, dis yzeyinde veya yzey altında
olusan kk atlaklarının gelisip, birlesmesiyle meydana getirdikleri atlak sebekesinin evirdiği
malzeme paracığının kopup ayrılması sonucu ortaya ıkar. Pitting ya da spalling adı ile anılır (Sekil 1).
Pitting [3].
2.1.1 Pitting
Disli arkın alısmaya baslamasından kısa bir sre sonra olusabilen ve asağıda verildiği gibi sekilde
grlebilen bir yzey yorulması hasar trdr.
1-Baslangı pittingi
2-Đlerleyen (siddetli-harap edici) pitting
3-Normal pitting
2.1.1.1 Baslangı Pittingi
Yeni dislilerin przl yzeyinden kaynaklanan yksek gerilimler sebebiyle olusur. ﾇok kısa zamanda
gelisir, maksimum dereceye ulasır ve devam eden servis sırasında yzeyin parlayıp cilalanması ile
etkisini kaybeder. Genellikle yuvarlanma noktasının tam zerinde veya biraz altında yer alan dar bir
iinde ortaya ıkar. En ok tamamen sertlestirilmis dislilerde grlr (Sekil 2).
Kızılaslan K., İsel B., Yavuz İ. Teknolojik Arastırmalar: MTED 2010 (7) 119-129
121
Sekil 2
Sanayide kullanılan tamamen sertlestirilmis dislilerin oğunda baslangı pittingi iin tedbir gerekmez.
ﾇok kritik ve zel yerlerde kullanılacak dislilerin imalatı sırasında hassas varıs operasyonu ile
tamamlanması, dsk hız ve yklerde alıstırma (rodaj), dislerin bakır ya da gms ile kaplanması gibi
tedbirler alınabilir.
Baslangı pittingi [4].
2.1.1.2 Đlerleyen (Harap Edici) Pitting
Genelde yuvarlanma izgisi altında, yani disin taksimat ve temel daireleri arasında kalan blgesinde
baslar. ﾇukurcuklar, hem boyut hem de sayı bakımından yzey hasar grene kadar artıs gsterir. ﾇalısma
baslangıcında harap edici pitting, yaklasık olarak baslangı pittingi kadar yoğundur. Đlerleyen zamanla
yoğunluğu daha da artar (Sekil 3).
Sekil 3
Đlerleyen pitting genellikle, baslangı pittinginin hafifletilemediği, yzey przllğnn sebep olduğu
asırı gerilmeler sonucu olusur. Eğer dis yzeyinin sertliği belirli değerin altında ise bu bozulma
kaınılmazdır.
Disliler asırı derecede yke maruz bırakıldığı takdirde genellikle dndren dislinin (pinyon) dis dibi
blgesinde belli bir evrim sonucunda siddetli pitting olusabilir. Dndren ve dndrlen dislilerin temas
eden yzeyleri aynı gerilmelerin etkisi altında olmasına rağmen pinyon disli, dndrlen disliye nazaran
daha fazla yıpranır. ﾇnk genellikle kk aplı olan pinyon disli daha ok evrim yapar ve dis sayısı
daha fazla sayıda gerilim tekrarının etkisi altında kalır. Ayrıca, pinyonun disleri zerindeki kayma yn
ile yzeyler arasındaki yuvarlanma yn terstir. Sonuta malzeme yzeyinde olusan gerilme, yorulma
atlaklarının bymesini kolaylastırır.
Đlerleyen pitting [4].
Teknolojik Arastırmalar: MTED 2010 (7) 119-129 Disli Çarklarda Meydana Gelen Hasar Türleri
122
2.1.1.3 Normal Pitting
Tam kapasite ile yklenmis, tamamen sertlestirilmis dislilerde yuvarlanma dairesi altında ortaya ıkan
normal pitting, dis yzeyinde yuvarlanma izgisi altında kalan blgeyi kaplayan, mtevazı byklkteki
ukurcuklar seklinde kendini gsterir (Sekil 4). Devam eden alısma sonucu ukurcuk sınırları, grnrde
baska ukurcuklar olusmayacak sekilde asınır.
Sekil 4
Yzeydeki mikro atlakların dis profili boyunca gsterdiği ynlenme sonucu, yuvarlanma izgisi altında
kalan blge bu olaya disin diğer blgelerinden ok daha fazla aıktır. Hem arkın hem de pinyonun
yuvarlanma izgisi altındaki blgelerinde olusan atlaklar aynı zamanda yağlayıcıyı iinde hapseder.
Hidrolik basıncın kama etkisi sonucunda bu atlaklar hızlıca ukurcuk haline dnsr. Yuvarlanma
izgisi stndeki blgede ise, temas sırasında yuvarlanma ile yzeydeki bosluklar kapatılmaya fırsat
kalmadan yağlayıcı, girmis olduğu atlaklardan dısarıya ıkmaya zorlanır. Bu nedenle sz konusu
blgedeki atlaklar hidrolik kama etkisine maruz kalmaz. Sadece birka ukurcuk olusur.
Normal pitting [5].
2.1.2 Spalling (Pullanma)
Spalling, dis yzeyinden bir para koptuğu zaman, arkasında kalan byke alanı tarif iin kullanılan bir
terimdir. Tamamen sertlestirilmis dislilerde ve yumusak malzemelerde tek bir noktada st ste gelmis ya
da i ie gemis genis ukurcukların bir araya gelmesi seklinde ortaya ıkar. Pratikte ilerleyen pitting ile
aynıdır. Asağıdaki resimlerde spallinge uğramıs disli resimleri grlmektedir (Sekil 6).
Sekil 6
Spalling, dis yzeyinin przl, kopmaya uygun blgelerinin de katılımıyla yksek temas gerilmeleri
tarafından ortaya ıkartılır. Yzeyi sertlestirilmis dislilerde, yzey veya yzey altı hataları ile yanlıs ısıl
islemlerden kaynaklanan i gerilmeler de spallinge neden olur.
Spalling [6].
Kızılaslan K., İsel B., Yavuz İ. Teknolojik Arastırmalar: MTED 2010 (7) 119-129
123
2.2 Asınma
Asınma, srtnme halinde bulunan yzeylerde malzemenin, istenilmediği halde kopup ayrılmasıdır. Bu
sekilde, yzeyler ilk sekillerini kaybederler; paralar arasındaki bosluklar byr ve buna bağlı olarak:
maksimum hassasiyet azalır, dinamik kuvvetler byr, grlt ve titresimler meydana gelir, verim azalır.
Genel olarak asınma, dıs etkiler altında, temas yzeylerinde olusan fiziksel ve kimyasal değismelerin
sonucudur [7].
Dislilerde meydana gelen asınma trleri genellikle alısma sartlarına bağlı olarak değisir. Fakat temelde
asınma, temas eden iki dis yzeyi arasında yağ filminin yetersiz veya hi olmaması sonucu ortaya
ıkmaktadır. Đki yzey arasındaki yağ filminin yetersiz olması sonucunda iki dis yzeyi arasında direkt
temas meydana gelecek ve asınma baslayacaktır [8]. Asınma hasarı abrasif ve adhesiv asınma olarak iki
sınıfa ayrılabilir.
2.2.1 Abrasif (Asındırıcı) Asınma
Bazen kesme asınması olarak da adlandırılır. Sistem ierisinde zamanla meydana gelen kirler, dkmden
gelen apaklar dislerden gelen veya yataklardan gelen asınmıs paracıklar veya filtresi asınmıs
paracıkların dis yzeyleri boyunca kayması ve yuvarlanması sonucunda ortaya ıkan asınma trne
abrasif asınma denir. Bu tr asınmanın nne geilebilmesinin en iyi yolu esitli grntleme veya
algılama cihazları ile yağ iersindeki bu yabancı paracıkların konumu ve miktarı tespit edilerek
temizlemektir [8].
Đmal edildikten hemen sonra sertlestirilen disli yzeyleri bazen ok kaba olurlar ve es alıstıkları diğer
dislinin yzeylerini asındırabilirler (Sekil 7).
Sekil 7
Abrasiv asınma [9].
2.2.2 Adhesiv Asınma
En ok rastlanan asınma mekanizması olup, elemanların temas yzeylerindeki yksek mekanik gerilimler
sonucu mikro kaynak blgelerinin olusmasına dayanır. Gerek temas yzeyi byklğ ile geometrik
temas yzeyi byklğ arasında, yzey przllğne ve ykleme miktarına bağlı olarak byk fark
vardır. Przlerin tepelerinde elastik ve plastik deformasyonlarla byyen mikro temas yzeylerinin
toplamı, gerek temas yzeyini meydana getirir. Gerek temas yzeyinin kk olması, temas
noktalarındaki gerilmeleri kk yklemelerde dahi akma gerilmesine hatta onun da zerinde değerlere
eristirir. Bylece molekler yapısma kuvvetleri etkisini gsterir.
Teknolojik Arastırmalar: MTED 2010 (7) 119-129 Disli Çarklarda Meydana Gelen Hasar Türleri
124
Bu nedenle bir yzeyden diğerine malzeme geisi yani, mikro soğuk kaynaklar meydana gelir. Hareket
sırasında bu mikro kaynakların kırılıp baska noktalarda yeni birlesmeler meydana getirmesi malzeme
geisine, dolayısıyla da asınmanın devamına neden olur.
Yzeyi sertlestirilmis bir dislinin adhesiv asınmaya uğramıs hali Sekil 8’de gsterilmektedir.
Sekil 8
Adhesiv asınma; yk durumuna, malzeme sertliğine, temas eden malzemenin ve yağlayıcıların
fizikokimyasıyla ilgili olarak da bağ kuvvetlerine bağlıdır [11].
Adhezyon asınmasının siddetli haline Yenme denir. Bilhassa yksek hız ve yklerde meydana
gelmektedir. Yenme, hafif ve siddetli olmak zere iki kısma ayrılır. Nispeten daha dsk hızlarda
meydana gelen hafif yenme ve diğeri ise daha byk hızlarda ve yklerde meydana gelen siddetli
yenmedir. Yenme Olayını Etkileyen Faktrler; Hız Faktr (ﾇevresel Hız), Dis Formu Faktr, Profil
Kaydırma Faktr, Dis Bası Daraltması Faktr, Przllk Faktr, Malzeme Faktr ve Dislerin
Yzey Sertliği, Yağ Sıcaklığı Faktr, Yağ Miktarı Faktr, Devir Yn Faktr, Yk Faktr, Yağ
Viskozitesi Faktr, Yağ Cinsi Faktr, Dis Genisliği Faktr, Yağlama Yntemi Faktr, Yağın
Kimyasal Etkisi olarak sıralayabiliriz [12].
Scuffing (izilme), normal alısma sıcaklığında dis yzeyinde kayma ynndeki hafif, cilalı radyal
izikler seklinde ortaya ıkar. Bu asınma tipi, disler arası basıncın yksek ve yağ filminin sınır rejimde
olduğu, yksek temas sıcaklıklarının ortaya ıkmadığı dsk devir hızlarında grlebilir. Scuffing
asınması, yağlayıcı viskozitesinin arttırılması veya ykn hafifletilmesiyle azaltılabilir (Sekil 9).
Yzeyi sertlestirilmis dislide adhesiv asınma [10].
Sekil 9
Scoring, es alısan dislilerin yağ filminin grevini yerine getirmemesi sonucu metal metale, yksek
sıcaklık altındaki teması ile przllklerinin birbirine kaynaması ve bu sekilde dis yzeyinden kalkan
paracıkların hızlı kaybı olarak tanımlanabilir. Kaynak meydana geldikten sonra, kayma olayından doğan
Scuffing [13].
Kızılaslan K., İsel B., Yavuz İ. Teknolojik Arastırmalar: MTED 2010 (7) 119-129
125
kuvvetler, es alısan yzeylerden birinde ok hafif bir oyuk; karsı yzeyde de bunun izdsm kalacak
sekilde kaynamıs metali sıyırır. Asınma mikroskobik olarak baslar, bununla beraber ok hızlı gelisir.
Scoring bazen galling, seizing veya scuffing olarak da adlandırılır (Sekil 10).
Sekil 10
Scoringe doğrudan sebep olan faktrler; yksek temas sıcaklığı, yksek temas basıncı ve uygunsuz
yağlamadır. Scoring, daha viskoz yağ veya EP tipi yağ kullanılarak nlenebilir. Bazı hallerde, fazla yk
altında alısan dislilerin yerel yksek temas basınlarını minimuma indirmek iin dis profili modifiye
edilebilinir.
Scoring [14].
2.3 Plastik Akma
Plastik akma; es alısan dis yzeyleri arasındaki yksek temas basınları ile yuvarlanma ve kayma
olayları sonucu meydana gelen istem dısı soğuk sekillenmedir. Yzey ve yzey altı malzemesinin akarak
deforme olması sonucu olusan bir hasar tipidir. Genellikle yumusak malzemelerde grlmesine rağmen,
ağır yk altındaki semente edilmis disli yzeylerinde de ortaya ıkabilir (Sekil 11).
Sekil 11
Soğuk Akma [15].
2.4 Kırılma
Dislilerde kırılma olayı birok hasar trne gre daha tehlikeli ve daha risklidir. ﾖzellikle bir
helikopterde, asansrde veya bir vinte ok tehlikeli sonular doğurabilir. Bu nedenle insan hayatının risk
altında olduğu alısma kosullarında dislilerde kırılma iin emniyet katsayısı byk alınır. Kırılma hasar
tr; klasik eğilme yorulmaları, asırı yk, dis veya jant kırılmaları gibi farklı sekillerde karsımıza ıkabilir
[8].
ﾇarkın dislerini eğilmeye zorlayan kuvvetler, dis kkndeki kavislerde ve dis kk ile dis profilinin
kesistiği noktalarda en yksek gerilmelere sebep olur. Bir dis, temasın gereklestiği tarafta ekme, bunun
karsı tarafında da basma gerilmelerine maruz kalmaktadır. Eğer kritik blgelerde ortaya ıkan ekme
Teknolojik Arastırmalar: MTED 2010 (7) 119-129 Disli Çarklarda Meydana Gelen Hasar Türleri
126
gerilmesinin disli malzemesinin mukavemet sınırını asmasına izin verilirse, sonunda yorulma atlakları
olusacak ve alısma ile beraber disin ark gvdesinden ayrılmasına kadar ilerleyecektir. Sekil 12’de dis
kk kavisinde ortaya ıkan klasik yorulma kılması grlmektedir.
Sekil 12
ﾇatlak, disin ekmeye zorlanan tarafındaki kk kavisinden baslar, dise paralel veya dik ynde tamamen
kırılmaya yol aana kadar yavasa ilerler. Bu kırıkların yzeyleri genellikle, ilerleyen atlağın n
kısmının meydana getirdiği kıyıya vuran dalgaların kumsalda bıraktığı iz benzeri sekiller olarak grlr.
Bunlar, ilerlemekte olan atlağın belli bir anda n kısmının pozisyonunu belirler. Kesit, kademeli olarak
zayıfladıka, atlak her ykn evriminde biraz daha ilerler ve dalga izi sekilleri daha kaba hale gelir. Bu
sekillerin merkez noktası genellikle kırığın merkez noktasına konumlanmıstır [11].
Yorulma kırılmaları, malzemenin mukavemet sınırı stndeki tekrarlı eğilme zorlamalarından
kaynaklanır. Eğer dislerin temas izleri tm yzey boyunca grlyor ise veya disin bir ucunda, kırılma
blgesinde derin bir iz olarak yer alıyorsa yataklama ile ilgili bir problemin varlığı arastırılmalıdır.
Temasın iyi olduğuna kanaat getirildiğinde sisteme verilen yk azaltılmalı veya disli daha dayanıklı
olarak tasarlanmalıdır. Eğer temas yerel yklemelere isaret ediyorsa; dislilerin birbirine gre pozisyonu,
millerin paralelliği ya da uygulanmıssa profil kaydırma ve dzeltme islemleri kontrol edilmelidir.
Hatalı tasarım, disli eksenleri arasındaki paralellik bozukluğu, asırı yk ile entik, yzey veya yzey altı
hataları gibi gerilim arttırıcı etkenler yorulma kırılmasının bilinen nedenleridir.
Dis dibi kırığı [10].
2.4.1 ﾇukurcuk (pitting) kaynaklı kırılmalar
ﾇukurcuk kaynaklı kırılmalar, yoğun pittinge uğramıs alanlardan baslar. ﾇnk ukurcuklar gerilim
arttırıcı olarak davranabilir veya atlaklara baslangı grevi yapabilirler (Sekil 13).
Sekil 13
Pitting kaynaklı kırılma [16].
Kızılaslan K., İsel B., Yavuz İ. Teknolojik Arastırmalar: MTED 2010 (7) 119-129
127
2.4.2 Bklme yorulması kırığı (Bending fatique crack)
Olduka ok sayıda yk tatbik edilmesi esnasında, atlağın yayılmasıyla birlikte grlen kırığa denilir
(Sekil 14). Kırılma yzeyi, yorulma ve son kırılma yzeyleri olmak zere iki ayrı blgeye sahiptir.
Yorulma blgesinde grnr herhangi bir plastik deformasyon belirtisi yoktur. Yzey dz, hasır
grnsne sahip, muhtemelen durdurma hatlarıyla enine geilmis sekilde olup, birbirini izleyen atlak
yayılma asamaları arasında kademeler gsterebilir.
Sekil 14
Nihai kırılma yzeyinin grns, asırı yk kırılması ile olusmus olan yzeylere benzeyebilir (Sekil 16).
bklme yorulması atlağı ve kırığı [10].
Sekil 16
dislerdeki yorulma kırılması [10].
2.5 Đmalat sırasında olusan hasarlar
Pinyon ve kk disli arklar, genel olarak dolu malzemeden veya mile kaynaklı olarak imal edilir.
Miktarın fazla olması durumunda ise imalat dvme ile gereklestirilir. Konik disli arkların imalatında
alın disli arklarda olduğu gibi, konik disli arklar da yuvarlanma ve form freze ile imal edilirler. En ok
kullanılan metot yuvarlanma metodudur. Alın disli arklarda kullanılan takımlardan farklı olarak konik
takımlar kullanılır. Disli arklarda malzeme olarak genellikle sementasyon veya ıslah eliğinden imal
edilir. Đmalat sonrasında disli arkların dis yzeyleri asınmaya dayanımını artırmak iin yzey serlestirme
islemi yapılır. Disli arklar bu imalat islemlerinden geerken bazı hasarlar olusabilir. Bu hasarlar
sertlestirme esnasında meydana gelen atlaklar ve taslama sırasında olusan atlaklardır.
Teknolojik Arastırmalar: MTED 2010 (7) 119-129 Disli Çarklarda Meydana Gelen Hasar Türleri
128
2.5.1 Sertlestirme atlakları (Su verme atlakları)
Bu atlaklar, diğer ısıl islemler yapılırken ilerleme gsterebilir. Genellikle ıplak gzle grlmeleri
mmkndr. Disin tepe blgesini boydan boya geebilir veya dis kenarında radyal doğrultuda olabilirler.
Isıl islem atlakları stenitlesme sıcaklığından soğutma sırasında ortaya ıkan asırı gerilmeler sonucu
ortaya ıkar. Bu sekildeki hasarların olma ihtimali, disli arkların dis yzeylerinin epeevre veya
tamamen sertlestirme islemlerine nazaran, dis yzeylerinin alevle veya endksiyonla kısmen
sertlestirilmesi sırasında daha fazla ortaya ıkar (Sekil 17). Bu atlaklara rastlanıldığında kullanılan
malzeme ve ısıl islem yntemi gzden geirilmelidir.
Sekil 17
Sertlestirme ﾇatlağı
2.5.2. Taslama ﾇatlakları
Adından da belli olduğu zere, dis yzeylerinin taslanması sırasında ortaya ıkar. Genellikle belli bir
model veya sebeke seklinde olup, birbirine paralel bir grup kısa atlak olarak uzanırlar (Sekil18).
Sekil 18
Olusma sebebi, taslama tasının asırı basıncı veya disli malzemesinin atlak olusumuna meyilli
metalografik yapısıdır. Taslama yanığı ile birlikte grlebilirler ve bir nital dağlama ile tespit edilebilirler
[11].
Taslama ﾇatlağı
3. SONUﾇ
Bu alısmada dislilerde meydana gelen hasar trleri ve sebepleri arastırılmıstır. Dislilerde meydana gelen
hasarlar ok sayıda faktrn bir araya gelmesi sonucunda ortaya ıkmaktadır. Yzey isleme kalitesi,
Kızılaslan K., İsel B., Yavuz İ. Teknolojik Arastırmalar: MTED 2010 (7) 119-129
129
alısma kosulları, dis yzey basıncı, yağlama rejim cinsi, yağ sıcaklığı, yağlayıcı zellikleri, srtnme
katsayısı, disli imalatında kullanılan malzeme gibi birok etmenler bu faktrler arasında sayılabilir. Bu
parametreler arasında asıl problemi ise bakımsızlık nedeniyle dislilerin yağsız kalmaları olusturmaktadır.
Dislilerde en fazla grlen hasar pitting olusumu, en tehlikeli hasar ise kırılma hasarı olarak karsımıza
ıkmaktadır.
4. KAYNAKLAR
1. Đsel B., 2007, “Disliler Đin Yzey Yorulması Test Cihazı Gelistirilmesi ve Yağ Sıcaklığının Etkisinin
Arastırılması”, Yksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe ﾜniversitesi Fen Bilimleri Enstits
2. Kızılaslan K., 2007, “Disliler Đin Yzey Yorulması Test Cihazı Gelistirilmesi ve Yağ Viskozitesinin
Etkisinin Arastırılması” Yksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe ﾜniversitesi Fen Bilimleri Enstits
3. http://www.ig.pwr.wroc.pl/~radzim/gear/picture 18.01.2007
4. http://www.mt-online.com/articles/01-00mpt.cfm?pf=1 18.01.2007
5. http://www.atsb.gov.au/publications/2000/tr200003399.aspx 18.01.2007
6. http://www.horsburgh-scott.com/hs/service/spall.asp 18.01.2007
7. Akkurt, M., 2000; “Makine Elemanları”, Cilt I-II, Blm 14, Birsen Yayınevi, Đstanbul
8. Aslantas, K., 2003; “ﾖstemperlenmis Kresel Grafitli Dkme Demirden Đmal Edilen Dz Dislilerde
Yzey Yorulma Hasarlarının Analizi”, Doktora Tezi, Gazi ﾜniversitesi, Fen Bilimleri Enstits, Ankara.
9. http://www.horsburgh-scott.com/hs/service/abrasion.asp 18.01.2007
10. http://etd.adm.unipi.it/theses/available/etd 24.10.2006
11. Basaran, B., 2001; “Helisel Disli ﾇarklarda Pitting Olusumunun Denetsel Đncelenmesi”, Yksek
Lisans Tezi, Gazi ﾜniversitesi, Fen Bilimleri Enstits, Ankara.
12. Đmrek, H., 1995; “Disli ﾇarklarda Profil Kaydırma Đsleminin Yenme Olayı ﾜzerine Etkisinin
Đncelenmesi”, Doktora Tezi, Seluk ﾜniversitesi, Fen Bilimleri
Enstits, Konya.
13. http://homepage.ruhr-uni-bochum.de/Guenter.Luetzig/lmgk/FZG_Test.html 18.01.2007
14. http://www.mt-online.com/articles/01-00mpt.cfm?pf=1 18.01.2007
15. http://sintebros.com.sg/enda_ET1311.pdf 10.10.2006
16. http://user.chollian.net/~finder/gear/gear-failure/overload.html 18.01.2007
.
16 Nisan 2012 Pazartesi
State of the Art
Basic Level
prepared by Asmond Broli, Hydro Aluminium Structures, Karmoy
Objectives:
−
To aquaint those who are unfamiliar with the use of aluminium in stressed
applications, with the past experiences and likely future developments
Prerequisites:
A general engineering background is an advantage but the subject matter is suitable for
most audiences concerned with transport and structural applications..
EAA - European Aluminium Association
Historical Development
Aluminium was relatively new when it was first introduced as a structural material. The
selection of alloys was limited and the fabrication techniques very primitive compared
with the situation today. Despite these facts, structural aluminium applications were
successfully introduced into many areas.
In this connection it is most relevant to group the applications into three main fields, and
to look at a few examples in
the Marine Industry,
the Transport Industry,
the Civil Engineering Industry.
TALAT 2201.01 3
Marine Industry
While the first steel ship was built in 1859, and only 11 steel ships were built in 1878,
aluminium came into use in marine applications interestingly soon after steel. Already
during the 1890s aluminium components were added to scores of ships and boats. But
the alloys and the fabricating techniques then available were unsatisfactory and
aluminium fell into disuse.
The 1922 Washington Disarmament Conference, which limited total naval
displacements, again spurred the thinking of naval architects toward aluminium. New
aluminium alloys were being developed to meet the strength and corrosion-resisting
requirements for marine constructions.
In 1928, the light cruiser U.S.S.
Houston was built with deckhouses of the then popular
structural alloy Duralumin. This ushered in a new era of warship construction. By 1940,
aluminium was used structurally for about 100 U.S. warships. More recently, the U.S.S.
Dewey
, a guided missile destroyer leader with aluminium superstructure, joined the
fleet.
The earliest applications to merchant ships were achieved in 1934 on three Mystic
Steamship Company colliers. One of these, a converted freighter, the S.S
. Glen White,
trimmed badly by the bow. The steel bulkhead between nos. 2 and 3 holds was replaced
by an aluminium alloy 6053 bulkhead which corrected the condition and permitted
carriage of 65 tons of extra cargo. When inspected 10 years later, there was no
indication of corrosion or excessive damage from coal handling. The adjacent steel
bulkhead, however, suffered from both.
Further development of alloys continued during the 1930s, a period which saw
aluminium used in additional merchant ship structural installations.
The higher-strength aluminium alloy 6061 containing magnesium and silicon as major
alloying elements, was under development prior to World War II. In 1944, as a result of
wartime experience, it replaced alloy 6053 for structural use, and was quickly adopted
for postwar merchant ships.
Aluminium construction received great impetus with the development of high-speed
welding techniques and other weldable alloys, particularly the Al-Mg 5000 series. Since
the early 1950s the majority of naval and merchant ship aluminium structures have been
welded.
As a consequence a total of more than 1000 merchant ships had been built with
aluminium superstructures in the beginning of the 1960s.
One of the best known ships with an aluminium superstructure is the S/S
United States
where the utilization of 2000 tons of aluminium resulted in a total weight saving of 8000
tons for the total vessel.
TALAT 2201.01 4
In addition to commercial ships and warships, aluminium is now used for tankers,
fishing vessels, personnel boats, ferries and hydrofoils (
Figure 2201.01.01).
alu
Training in Aluminium Application Technologies
Yangtze River Vessel with Aluminium Superstructure
Built 1948 2201.01.01
Transport Industry
In this context it is especially worth mentioning
the air transport,
the rail transport, and
the road transport industries.
In air transport the development and use of aluminium alloys is directly linked to the
development of that industry. It is clearly documentable that without the availability of
aluminium the civil aeroplane industry would still be in its infancy. Although titanium,
carbon fibre composites and stainless steel were used for military aircraft 70% of the
airframes of civil aircraft is aluminium alloy.
The use of aluminium in rail transport is another success story.
The railway industry took immediate interest in using aluminium when it became
available on an industrial scale around the turn of the century. Initially, the interest
centered on the light weight and corrosion resistant aluminium as a substitute for brass
fittings and wood or steel panelling in a coach structure, which was characterised by a
strong, load carrying steel underframe and a largely wooden superstructure.
During the twenties and thirties the design philosophy changed to enhance passenger
safety and reduce weight. The approach was to consider underframe and superstructure
as a load bearing entity. Steel panels riveted to a steel framework were used initially
TALAT 2201.01 5
followed shortly by aluminium sheet fastened to aluminium extrusions. This "sheet and
stringer" or "stretched -skin" design still persists to date for modern steel coaches with
the important difference that welding came in to replace the old-fashioned riveting and
that higher strength copper-bearing or stainless steels helped to improve the rustproblem
and to reduce weight.
A further recognisable change in the design of aluminium railway cars was dictated by
economic aspects. The significant increase in labour cost during the seventies spurred
the use of larger amounts of extruded sections with integrated functions. Together with
the availability of semi-automatic, multiplehead welding equipment, it became possible
to fabricate floor, roof and sidewall subassemblies with only a few longitudinal welding
passes on extruded shapes running the entire length of the car.
By using integrally stiffened extruded side and roof panels the rectification of distorsion
, which is inherently necessary in the stitch-welded or spot-welded "sheet and stringer"
design, was largely avoided. At the same time, labour-intensive finishing work and the
need for filler paste application preparatory to painting was reduced significantly.
In summary, the full application of the aluminium extrusion technology for the vehicle
body design resulted in cost reductions to such an extent that light-weight aluminium
coaches were and are being built at equal or lower costs than conventional steel coaches.
The all-extrusion design has consequently been applied in numerous modern railcar
projects all over the world (
alu
Training in Aluminium Application Technologies
All-Extrusion Design of High-Speed Passenger Train
Intercity Express, Germany. Built 1992. 2201.01.02
Source: VAW aluminium AG, Bonn
Aluminium alloys always have been used for automotive components including engine
parts, wheels, body panels and the structure frame since the beginning of the century. In
most cases the technical performance was satisfactory with significant weight savings
resulting. Often, however, the increased cost was not seen to be justified but this
situation is now changing with the demand for reduced fuel consumption and the need
to add safety and antipollution devices.
In trucks, trailers and tankers aluminium has been used for the past 40 years, the weight
advantages resulting in payload increase and for fuel savings which are more obvious
than in the automobile.
Civil Engineering Industry
During the 1930s a gradual introduction of aluminium applications into the civil
engineering industries took place. Special attention was directed towards various kinds
of roof structures, building systems, stairs, stairtowers, gangways, masts, silos, cranes,
pylons, towers, pedestrian bridges etc. (
Figure 2201.01.03).
In addition more recently a large number of structural military applications were
developed, e.g. transportable bridges, gun mountings, tanks etc.
alu
During the 1940s aluminium was introduced in road bridges, particularly in the USA.
Compared with the technology of today oldfashioned alloys and fabrication techniques
(riveting) were used. By 1963, approx. 20 road bridges had been built in the USA (the
longest being 100 m), and a total of approx. 40 worldwide.
Costwise these bridges were more expensive than equivalent bridges in steel, but the
expected lower life-cycle costs were planned to compensate for this difference. However
because of some deficiencies in design and fabrication this compensation was not
always achieved. While the general experience with many showed that they performed
perfectly over a 30 - 40 year period some corrosion problems occurred as a result of
incorrect alloy choice and/or wrong fastening methods.
While a great number of aluminium applications were developed and commercially
introduced during the first 6 - 7 decades of this century, not all of them can be reported
to have developed into substantial commercial success.
During the period 1970 - 1990 the following major trends can be identified:
•
In the traditional shipping industry a trend back to steel for hulls and
superstructures has been observed.
•
In some ships aluminium also has had a limited utilization, partly as a
consequence of the availability of new materials (GRP) and partly as a
consequence of a turn back to steel.
•
In fastgoing personnel boats, however, a very positive development has
taken place. The transition from 20 knots to over 35 knots speed levels,
introcuced by the catamaran concept, resulted in a need for all-aluminium
designs for reasons of fuel economy (
alu
•
Aluminium is still the preferred material in the civil aeroplane industry, and
had a very positive development in the rail as well as the road transport
industries.
In the civil engineering industry, aluminium has problems in maintaining its
position in many major applications, among those in bridge constructions
alu
The offshore industry is one new application for structural applications:
Helidecks
nd Perspectives
The present status of aluminium utilization in stressed structures can be summarized as
follows:
•
Despite the existence of good textbooks and codes of practice, the lack of
teaching material is obvious. As a consequence aluminium does not achieve
the status of an accepted structural material in engineering education (The
TALAT material will hopefully help to compensate this situation).
•
A lack of sufficient knowledge - often accompanied by prejudices- leads to
decisions against the use of aluminium.
TALAT 2201.01 12
•
Aluminium structures can mainly be found in applications like the rail and
road transport industries, speed personnel boats and aeroplanes where
weight saving is at a premium.
•
For those applications where traditional building materials like steel and
concrete are prevailing, aluminium is facing a stiff competition and
sometimes suffering set-backs.
The lack of formal education, competence and obvious commercial interests are
probably the major reasons for this situation.
Aluminium has a bright future as a structural material, but only based on following
prerequisites:
•
A comprehensive upgrading of the materials position at the educational
institutions.
•
The development of detailed cost studies for the respective potential
applications.
An example is the rapid and comprehensive use of aluminium in structural components
in the automotive industry. This development takes place as a joint development
between strongly motivated commercial interests, i.e. of the aluminium and the
automotive industries (
Figure 2201.01.12) and (Figure 2201.01.13).
Provided the required development regarding education and commerciality takes place,
aluminium has a great potential for making its way into new industries and applications
as well as regaining most of the lost positions.
alu
Training in Aluminium Application Technologies
Car Body Frame Used for Racing Cars
Built 1990 2201.01.12
TALAT 2201.01 13
alu
Training in Aluminium Application Technologies
An Aluminium Bodied Landrover Used
for Off Road Racing 2201.01.13
Criteria for Selecting Aluminium
All structural materials have different properties and technical characteristics, and
consequently differ in their suitability for a given application. For some obvious cost
reasons, aluminium will not become an alternative structural material in all cases, even
though its use would be technically possible.
In order to evaluate whether aluminium could be the right material in a specific
application some decision criteria must be considered:
•
Weight reduction
•
Maintenance aspects
•
Product costs
•
Load criteria
TALAT 2201.01 14
Lightweighting
Since, for all structural applications, aluminium will provide substantial weight saving
compared with traditional structural materials such as steel and concrete, all applications
where lightweighting has a commercial value are obvious candidates for aluminium
utilization.
Consequently, in the transport industry where fuel consumption is crucial for the
economy of a product, aluminium has a very strong position (aeroplanes, boats,
railways) as well as the greatest development potential (automotive).
A very often overseen effect of the lightweighting aspect is the downsizing effect. This
can be illustrated by focusing on a cable bridge where a substantial weight saving of the
bridge deck structure will also result in the possibility of downsizing towers, cables and
fundaments. A total application economy should therefore be introduced in order to find
the right solution for any structure.
Maintenance Aspects
Most aluminium alloys require low maintenance because of their good corrosion
resistance. This can be illustrated by
. Therefore, aluminium is an
excellent candidate for all applications where the benefit of freedom from initial
protection and maintenance yields a commercial benefit. A general problem in many
product developments is still the lack of life-cycle cost evaluations.
A tendency to select the cheapest alternative at the initial cost level could very well
result in higher life-cycle costs compared with other, initially more expensive solutions.
There is an increasing experience that life-cycle cost decision criteria will lead to
growing utilization of aluminium.
Product Costs
Aluminium is a more expensive material (per kg) than most alternative structural
materials. However, due to its low weight (resulting in cheap handling) as well as due to
modern joining technologies and the possibility of developing functional combinations
through utilizing especially shaped extrusions, labour costs become relatively low
compared to cheaper alternative materials.
Training in Aluminium Application Technologies
alu
General Corrosion Behaviour of Al and Steel -
a Factor of Maintenance Costs 2201.01.14
General Corrosion Behavior
Rate of corrosion in a marine environment: Steel: v
St = kSt ⋅ t
Aluminium: v
Al = kAl ⋅ t1/3
1 2 t (yrs)
Max. depth
Steel
Aluminium
1 2
t (yrs)
v
Steel
Aluminium
After 20 years in sea water:
Average corrosion rate/year: St52/Al 10-40/1
Or:
Consequence:
Virtually maintenance free construction
Training in Aluminium Application Technologies
alu
2201.01.15
1.2
1.0
0.8
40 50 60 70
Product cost
ratio Al/ Steel
Weight
reduction %
Primary structures
fabrication cost
Steel: NOK 15,- /kg
Outfitting
structures
fabrication cost
Steel: NOK 35,- /kg
1
2
1
2
Examples: Sture oil terminal: Pipe supports and access systems
Bridge structure: Connection bridge (105 m long) between 2 platforms
Capital Expenditures for Al-Structures Relative to Steel-
Structures (Effects of Weight an Maintenance are Included)
Capital Expenditures for Al-Structures
In
an illustration of the consequences of this phenomenon is
presented.
is developed based on competitive bidding of
aluminium applications in competition with equivalent steel alternatives. The diagram
shows that with a weight saving of 50% compared to steel in conventional outfitting
structures (stairs, stairtowers etc.), the aluminium alternative yields the same initial costs
as the steel alternative. If the aluminium product becomes more than 50% lighter,
aluminium is the cheapest material alternative - the lightweighting and maintenance
aspects having been considered.
For primary structures (bridges, etc), approximately 63% weight saving is required
before product cost equivalence aluminium/steel is achieved. If such a weight saving is
not achievable, secondary effects like lightweighting, downsizing and low maintenance
costs are needed to evaluate whether aluminium is an optimum material selection or
not.
Load criteria
Theoretical weight savings close to 70% compared with steel and 95% compared with
concrete are achievable. Consequently, aluminium has the potential of becoming the
cheaper alternative already on a product cost level.
Whether such weight savings are achievable or not depends on the load criteria. The
higher the dead load/live load ratio, the higher the weight saving which can be expected
By the example of a 105 m long bridge
Figure 2101.01.15 illustrates where the dead
load for the steel alternative represents 80% of the total load. By changing to aluminium
the dimensioning load was reduced resulting in 65% weight saving and product costs
10% less than for the steel alternative. Consequently, long span constructions especially
with high dead load/live load ratio are obvious candidates for aluminium utilizations.
Literature
Aluminium-Zentrale Düsseldorf (Editor):
Aluminium-Schienenfahrzeuge,
Entwicklungen-Technologien-Projekte. 174 pages, Hestra Darmstadt, 1992
Joliet, Hans (Editor):
Aluminium, die ersten hundert Jahre. 338 pages, VDI Düsseldorf
1988/89
Koewius, A., Gross, G. and Angehrn, G.:
Aluminium-Konstruktionen des
Nutzfahrzeugbaus. 358 S., Aluminium-Verlag Düsseldorf, 1990
Woodward, A.R.:
Gegenwärtige Probleme und zukünftige Bestrebungen bei der
Verwendung von Aluminiumlegierungen auf dem Bausektor. Aluminium,
Leoben 1968
Woodward, A.R. and Mc Laughton, B.D.:
The Fatigue Strength of Structure Joints in
Aluminium. Institution of Structural Engineers, Sheffield, July 1970 (12
References)
Woodward, A.R.:
The Use of Aluminium for Stressed Components. Institution of
Mechanical Engineers, Sheffield, Sept.1973 (22 References)
TALAT 2201.01 17
Woodward, A.R.:
The Future Uses of Aluminium Alloys, Sixteenth John Player
Lecture. The Institution of Mechanical Engineers, Sheffield, Feb. 1980
Woodward, A.R.:
Developments in Aluminium and Aluminium Alloys for Extrusion.
Designing with Aluminium Extrusions, Oct. 1983
Kaydol:
Kayıtlar (Atom)