MAKİNA DİNAMİĞİ MAKİNA TEORİSİ 2 – Eres Söylemez
ÖNSÖZ
Bu kitap çeşitli aralıklarda vermiş olduğum Makina Dinamiği dersi notlarından başlayarak hazırlanmıştır. İlk olarak Değerli meslektaşlarım Prof. Dr. Turgut, Tümer, Prof. Dr. Kemal Özgören ve Prof Dr. Nevzat Özgüven ile birlikte 1984 Yılında İngilizce olarak öğrencilerimiz için hazırlamış olduğumuz "Notes on Dynamics of Machinery" notları yayınlanmış ve oldukça uzun süre bölümümüzde verdiğimiz makina dinamiği dersinde yararlı olmuştur. Müfredat değişikliğinden dolayı bu notların bir kısmı halen kullanılmaktadır. Benim İngilizce olarak yazmış olduğum "Mechanisms" kitabının 5.ci bölümünde bu kitabın birinci bölümü olan "Dinamik kuvvet analizi" yer almaktadır. Ancak konu ve kapsam sürekli olarak gelişmiştir. Bu kitapta, söz konusu notların benim yazdığım kısımlarından alıntılar yapılmıştır.
Türkçe olarak yayınlanmış olan çeşitli makina dinamiği kitapları vardır. Bunlardan en önemlileri, değerli Hocamız Sayın Prof. Dr. Fuat Pasin'in Prof. Dr. Bekir Dizioğlu'nun Almanca yazdığı "Getriebelehre -II Dinamik" kitabının tercümesi ve sonraki yıllarda kendi yazdığı kitaptır. Bu kitaplar temel teoriyi çok iyi açıklamaktadır. Çözüm yöntemi olarak grafik yöntemler tercih edilmiştir. Bunun dışında değerli meslektaşım Prof. Dr. Erkan Dokumacı'nın yazmış olduğu kitap hem geometrik ve hemde analitik yöntemleri içermektedir. Son yıllarda Prof. Dr. İ.Deniz Akçalı ve Prof. Dr. Fatih Botsalı'nın kitaplarımda sayabiliriz. Son iki kitap ne yazık ki dinamik hareket analizi konusunu kapsamamaktadır. Sayın Prof. Dr. Mustafa Sabuncu'nun tercüme ettiği Hirschorn'un kitabı da kanımca bu konuda çok yararlı eserlerden biridir. Bu kitaplarla ilgili bilgiler kaynaklarda verilmiştir.
Bu kitap Makina Teorisi -1 - Mekanizma Tekniği kitabının devamı¬dır. Kitabın kapsadığı konulardan önce okuyucunun mekanizma tekniği konusunda yeterli bilgisi olduğu, konum hız ve ivme analizi konularını bildiği kabul edilmiştir. İkinci Bölümde hız ve ivme etki katsayıları açıklanırken bir miktar tekrar kaçınılmaz olmuştur.
Konular analitik yöntemler kullanılarak açıklanmıştır. Kitapta çözülen örneklerin çoğu Excel programı ve bununla birlikte Visual Basic dili kullanılarak Excel programı içinde macrolar yazılarak yapılmıştır. Bazı örnekler MathCad programı kullanılarak çözülmüştür. Tabiidir ki aynı yöntemler her türlü programlama dili kullanılarak veya değişik matematik paket programları kullanılarak yapılabilir (MathCad ve MathLab programları bunlardan en çok bilinen programlardır). Algoritmik yaklaşım aymdır.Türkiye'de kullanılan bilgisayarların %95 inde Microsoft Office yüklü olup bilgisayar alınırken zaten bu programa para verilmiştir. Bu nedenle Excel programı öğrencilerimizin veya meslektaşlarımızın kolayca erişebilecekleri en ucuz program olmaktadır. Ayrıca Excel yerine ücretsiz olan OpenOffice programı içinde de aynı işlemler yapılabilmektedir (hatta Excel için yazmış olduğum bazı macrolar OpenOffice ortamında çok küçük değişikliklerle çalıştırılabilmiştir).
Birinci bölümde hareketi bilinen bir sistemde statik ve dinamik kuvvet analizi açıklanmıştır. Genellikle bu kısım, öğrencilerimiz bu dersi almadan önce dinamik dersi aldığından süratle anlatabilmektedir. Farklı olan kısım sürtünmenin göz önüne alındığı durumlardır. Sürtünmenin kayar mafsallarda önemi gösterilmeye çalışılmıştır. Birinci bölümde hem bir örnek olması için ve hem de makina mühendisliğinde önemli bir yer tuttuğu için pistonlu makinalar dinamiği açıklanmaya çalışılmıştır.
İkinci bölümde virtüel iş yöntemi kullanılarak statik ve dinamik kuvvet analizinin yapılışı açıklanmıştır. Bu aynı zamanda enerji yöntemlerine geçişin ilik etabıdır. Üçüncü bölümde dinamik hareket analizi bir serbestlik dereceli düzlemsel mekanizmalar için etki katsayıları kullanılarak anlatılmıştır. Lagrange yöntemi kullanılabilirse de bu konunun yüksek lisans eğitiminde ele alınması daha doğru olacağı düşünülmüştür. Çok serbestlik dereceli sistemler için benzer yöntem uygulandığında kısmi türevlerden dolayı sistem formülasyonu çok karmaşık olmaktadır. Lisans seviyesinde bu kou kapsam dışı bırakılmıştır.
Dördüncü bölüm kam mekanizmalarının dinamiğini kapsamaktadır. Konu çok geniş ve çok kapsamlı olduğundan bu kitapta kuvvet analizi ve dinamik hareket analizinden örnekler verilmiş ve bilhassa izleyici ile kam yüzeyinin ayrılması konusu açıklanmaya çalışılmıştır.
Beşinci bölüm dengeleme konusudur. Dönen cisimlerin dengelenmesi, mekanizmaların statik dengelenmesi ve krank biyel mekanizmalarında dengeleme konuları açıklanmıştır. Düzlemsel mekanizmaların dinamik dengelemesi konusu kapsam dışı bırakılmıştır. Titreşim konusu son yıllarda ayrı bir ders olarak verildiğinden ve farklı yaklaşım gerektirdiğinden, kitabın kapsamına alınmamıştır.
Kanımca bu kitap mekanizma tekniği dersinden sonra makina mühendisliği üçüncü veya dördüncü sınıf öğrencilerine verilecek olan bir dönemlik ders için uygundur. İstenir ise, yüksek lisansda verilecek olan bir makina dinamiği dersinin ilk yarısında kullanılabilir. Konu ile ilgili çalışan meslektaşlarımız içinde yararlı olacağına inanıyorum.
Bölüm içinde konular anlatılırken mümkün olduğunca fazla örnek verilmeye çalışılmıştır. Ancak bir örneğin bir kaç sayfadan fazla yer kapsadığı unutulmamalıdır. Her bölümün sonunda öğrenciler tarafından çözülebilecek çeşitli örnekler verilmiştir. Son yıllarda derslerde bu problemleri ara sınav sorusu olarak öğrencilerimin her birine farklı olmak üzere vermenin faydalı olduğu görülmüştür.
Günümüzde verilen Ar-Ge teşvikleri ile makina imalat sanayiinde önemli atılımların olduğunu görmekteyiz. Ülkemizde çeşitli alanlarda kullanılan makinaların tasarımı ve imalatı her geçen gün artmaktadır. Bu nedenle bu kitabın bu alanda çalışan veya çalışacak olan değerli meslektaşlarıma faydalı olacağını umut etmekteyim. Hazır paket programlar kullanılmadan önce bu temel konuların iyi bilinmesi kanımca çok önemlidir.
Kitabın yazılışı, dizilişi, şekillerin çizimi tamamen tarafımdan yapıldığından her türlü hatanın sorumlusu da benim ve ne kadar dikkat edersem edeyim, hatalardan kaçılamıyacağını da mekanizma tekniği kitabında çıkan hatalardan dolayı çok iyi biliyorum. Bu konuda kitabı okuyan değerli meslektaşlarımın yardımları benim için çok önemlidir. Okuyucular her türlü hatayı, öneriyi
[email protected] adresine gönderebilirler. Mutlaka cevap vermeye çalışacağımdan okuyucunun emin olmasını rica ederim. Bir süre sonra Excel dosyalarını iletmek ve olası hataları bildirmek için bir siteyi açacağımı tahmin etmekteyim.
Bu kitabın oluşumu sırasında bir çok öğrencimin ve araştırma görevlisinin emeği vardır. Hepsine sonsuz teşekkürlerimi sunarım. 1978 ile 1986 yılları arasında birlikte ders verirken, fikirleri ile beni çok etkileyen, uzun tartışmalar yaptığımız Sayın Prof. Dr. Kemal Özgören ve Prof. Dr. Turgut Tümer'e teşekkürü bir borç bilirim. Bazı konularda birlikte tartışırken elde ettiğimiz sonuçlar ve yaklaşımlar bu kitapta kullanılmıştır. Tüm metni okuyup titiz düzeltmeler yapan Araştırma Görevlisi Sayın Gökhan Kiper'e çok müteşekkirim.
Eres Söylemez
Ankara Ekim 2007
İÇİNDEKİLER
GİRİŞ
Dinamik Prensipler Kuvvet ve Kuvvet Çiftleri Makinalarda Kuvvetler:
Serbest Cisim Görüntüsü Statik Denge
STATİK KUVVETLER ETKİSİ ALTINDA DENGE
Sürtünmenin olmadığı durum Süperpozisyon Prensibi
Direnç Kuvvetleri Olduğunda Mekanik Sistemler Sürtünme Olduğunda Statik Kuvvet Analizi
DİNAMİK KUVVET ANALİZİ
Bir rijid cismin ağırlık merkezi ve atalet momenti Rijid cisimler için Newton’un İkinci Kanunu D'Alambert Prensibi Dinamik Kuvvet Analizi
Bir Dört Çubuk Mekanizmasının Dinamik Kuvvet i Pistonlu Makinalar Dinamiği
demler
VİRTÜEL İŞ PRENSİBİ
GİRİŞ
VİRTÜEL İŞ YÖNTEMİ İLE STATİK KUVVET ANALİZİ
VİRTÜEL İŞ YÖNTEMİ İLE DİNAMİK KUVVET ANALİZİ
MAKİNALARDA DİNAMİK HAREKET ANALİZİ
ETKİ KATSAYILARI
Hız Etki katsayıları İvme Etki katsayıları
EŞDEĞER ATALET VE MOMENT
Eşdeğer atalet Eşdeğer Moment
TAHRİK ELEMANI: MOTOR HAREKET DENKLEMİ
HAREKET DENKLEMİNİN SAYISAL YÖNTEMLERLE ÇÖZÜMÜ
YOLAN SEÇİMİ
KAM DİNAMİĞİ
GİRİŞ
KAM MEKANİZMALARINDA KUVVET ANALİZİ
KAM MEKANİZMALARININ DİNAMİĞİ
DENGELEME
GİRİŞ
DÖNEN CİSİMLERİN DENGELENMESİ Statik dengeleme
Dinamik Dengeleme ROTORLAR
DENGELEME MAKİNASI
YERİNDE DENGELEME
MEKANİZMALARIN DENGELENMESİ
PİSTONLU MAKİNALARDA DENGELEME
Tek silindirli pistonda hareket analizi Eşdeğer Kütle Modellemesi Tek Silindirli bir Motorlarda Atalet Kuvvetleri Tek Silindirli bir Motorlarda Dengeleme Çok Silindirli bir Motorda Dengeleme
Problemler