T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

DÖNME DENGESİZLİĞİ DENEY SİSTEMİ

BİTİRME PROJESİ

Mustafa DANIŞMAZ

Faruk Berk ŞENTÜRK

Anıl TATKAN

HAZİRAN 2020

TRABZON

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

DÖNME DENGESİZLİĞİ DENEY SİSTEMİ

Mustafa DANIŞMAZ

Faruk Berk ŞENTÜRK

Anıl TATKAN

Danışman: Prof. Dr. Levent GÜMÜŞEL

Bölüm Başkanı: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU

HAZİRAN 2020

TRABZON

III

ÖNSÖZ

Bu tasarım projesi kapsamında dönel makinelerdeki dengesizlik problemi konu alınmış

ve bu problemin nasıl çözülebileceği hakkında çeşitli araştırmalar yapılmıştır.

Çalışma sürecinde engin bilgi ve tecrübeleriyle bize yol gösteren ve bize bu çalışmayı

yapmamız için cesaret veren hocamız Sn. Prof. Dr. Levent GÜMÜŞEL’e teşekkürü bir borç

biliriz.

Hayatımız boyunca bizi en iyi şekilde yetiştiren, bizim iyi bir eğitim almamız için her

türlü maddi ve manevi fedakârlığı yapan ve bizi her daim seven Canan TATKAN’ a, Sadettin

TATKAN’ a, Nezahat DANIŞMAZ’ a, Zeki DANIŞMAZ’ a, Şahzene ŞENTÜRK’ e ve

İsmail ŞENTÜRK’ e en içten teşekkürlerimizi sunarız.

Mustafa DANIŞMAZ

Faruk Berk ŞENTÜRK

Anıl TATKAN

IV

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

ÖNSÖZ ...................................................................................................................... III

İÇİNDEKİLER ......................................................................................................... IV

ÖZET.......................................................................................................................... VI

SUMMARY .............................................................................................................. VII

ŞEKİLLER DİZİNİ ................................................................................................. VIII

SEMBOLLER DİZİNİ ............................................................................................... IX

1. GENEL BİLGİLER ................................................................................................. 1

1.1. GİRİŞ................................................................................................................ 1

1.1.1. DENGESİZLİK DURUMLARI ............................................................... 1

1.1.1.1. STATİK DENGESİZLİK ................................................................. 1

1.1.1.2. MOMENT DENGESİZLİĞİ ............................................................ 2

1.1.1.3. DİNAMİK DENGESİZLİK.............................................................. 3

1.1.2. DENGELEME .......................................................................................... 3

1.1.3. DENGELEME PRENSİBİ ....................................................................... 4

1.1.4. TEK DÜZLEMDE DENGELEME .......................................................... 4

1.2. LİTERATÜR TARAMASI .............................................................................. 5

1.3. KARŞILAYABİLECEĞİ GEREKSİNİMLER. .............................................. 6

1.4. TASARIMIN KISITLARI VE KOŞULLARI ................................................. 6

1.4.1. TASARIM BOYUTLARI ............................................................................. 6

1.4.2. AĞIRLIK ve TAŞINABİLİRLİK ................................................................. 7

2. YAPILAN ÇALIŞMALAR ..................................................................................... 8

2.1. DENEY SİSTEMİ TASARIMI ....................................................................... 8

2.1.1. TEMEL PARÇALAR .............................................................................. 8

2.1.1.1. MİL ................................................................................................... 8

2.1.1.2. ROTOR ............................................................................................. 9

2.1.1.3. AĞIRLIK .......................................................................................... 9

2.1.1.4. RULMANLI YATAK .................................................................... 10

2.1.1.5. I PROFİL ........................................................................................ 10

2.1.1.6. MOTOR DESTEĞİ ........................................................................ 10

2.1.1.7. KAPLİN .......................................................................................... 11

V

2.1.1.8. ALT TABLA .................................................................................. 12

2.1.1.9. DC MOTOR.................................................................................... 13

2.1.1.10. İVMEÖLÇER ............................................................................... 13

2.1.1.11. ARDUINO UNO .......................................................................... 14

2.2. DENGELEME HESAPLARI .................................................................... 15

2.3. MOTOR HESAPLARI .............................................................................. 16

3. BULGULAR .......................................................................................................... 17

4. TARTIŞMA ........................................................................................................... 18

5. SONUÇLAR .......................................................................................................... 19

6. ÖNERİLER ............................................................................................................ 20

7. KAYNAKLAR ...................................................................................................... 21

8. EKLER ................................................................................................................... 22

9. ÖZGEÇMİŞ ........................................................................................................... 23

VI

ÖZET

Günlük hayatımızda pek çok alanda yer alan makinelerde dengesizlikten kaynaklı

titreşim ve benzeri problemler oluşmaktadır. Bu problemler sanayide üretimin aksamasına

ve yüksek kalitede ürün elde edilememesine sebep olmaktadır. Bu yüzden makinelerdeki

dengesizliklerin en aza indirilmesi gerekmektedir. Bu işlemlerin gerçekleştirilebilmesi için

dengesizliklerin tespit edilmesi gereklidir.

Bu çalışmada dengesizlikleri belirlemek amacı ile dönme dengesizliği oluşturan bir

deney sistemi tasarlanmıştır. Bu sistemde çift yataklı bir milin üzerindeki rotordaki

dengesizlik kütlesi ile DC motor kullanılarak dengesizlik oluşması ve bu dengesizliğin

belirlenip dengeleme işleminin gerçekleştirilmesi planlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Dengesizlik, Titreşim, Dengeleme, Deney sistemi, Makine

VII

SUMMARY

In our daily life, some problems occurs like vibration because of instability in machine

that take part in many space. This problems cause for delaying the manufacturing in industry

and getting low quality product. For this reason, machine unstability have to minimise. In

order to minimise this problems, we have to indentify imbalances.

In this study, test system that generates rotation imbalances is designed for detection

the reasons. In this system, imbalance mass on rotor that over a shaft with double bearing

and DC motor are used for creating imbalance and determine the unbalance and solving this

problem was planned.

Keywords: Unbalance, Vibration, Stabilization, Test system, Machine

VIII

ŞEKİLLER DİZİNİ

ŞEKİL 1.1. STATİK DENGESİZLİK ......................................................................... 2

ŞEKİL 1.2. MOMENT DENGESİZLİĞİ .................................................................... 2

ŞEKİL 1.3. DİNAMİK DENGESİZLİK ..................................................................... 3

ŞEKİL 1.4. TEK DÜZLEMDE DENGELEME DÜZENEĞİ ..................................... 4

ŞEKİL 1.5. DENEY SİSTEMİNİN ŞEMATİK ÇİZİMİ ............................................. 6

ŞEKİL 2.1. MİL ........................................................................................................... 9

ŞEKİL 2.2. ROTOR ..................................................................................................... 9

ŞEKİL 2.3. AĞIRLIK ................................................................................................ 10

ŞEKİL 2.4. RULMANLI YATAK ............................................................................ 10

ŞEKİL 2.5. I PROFİL ÖLÇÜLERİNİN ADLANDIRILMASI ................................. 11

ŞEKİL 2.6. I PROFİL ................................................................................................ 11

ŞEKİL 2.7. MOTOR DESTEĞİ ................................................................................ 11

ŞEKİL 2.8. KAPLİN .................................................................................................. 12

ŞEKİL 2.9. ALT TABLA .......................................................................................... 12

ŞEKİL 2.10. DC MOTOR ......................................................................................... 13

ŞEKİL 2.11. İVMEÖLÇER ....................................................................................... 14

ŞEKİL 2.12. ARDUİNO UNO .................................................................................. 14

ŞEKİL 8.1. DENEY SİSTEMİNİN ÜÇ BOYUTLU GÖRÜNÜMLERİ .................. 22

IX

SEMBOLLER DİZİNİ

𝛼 Açısal ivme

𝑀𝐺 Ağırlık merkezine göre moment

A Akım

I Atalet momenti

n Devir

𝑓𝑦 Dikey kuvvet

P Güç

gr Gram

kg Kilogram

m Kütle

m Metre

mm Milimetre

M Moment

𝑎𝑛 Normal ivme

𝑓𝑖𝑛 Normal kuvvet

𝑎𝑡 Teğetsel ivme

𝑓𝑖𝑡 Teğetsel kuvvet

c Uzaklık

V Volt

r Yarıçap

𝑓𝑥 Yatay kuvvet

X

t Zaman

W Watt

1

1. GENEL BİLGİLER

1.1. Giriş

Günümüzde sanayide kullanılan makinelerin büyük çoğunluğu dönme hareketi ile iş

yapmaktadır. Dönen makinelerdeki dengesizlik yüksek hızlı makinelerin gelişmesiyle

birlikte her geçen gün artan bir öneme sahip olmaktadır. Sanayide üretimin aksamaması ve

yüksek kalitede ürün elde edilebilmesi için makinelerdeki dengesizliğin etkilerinin en aza

indirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle dönel sistem içeren makine konstrüksiyonlarında en

önemli sorunlardan biri dengesizliktir. Dengesizlik bir rotorun kütle dağılımındaki

düzensizlik nedeniyle rotorun kütle merkezinin dönme merkezinden uzaklaşması olarak

tanımlanır ve bu duruma eksen kaçıklığı denir. Kütle merkezinde eksen kaçıklığının imalat

ve montaj sırasında ortaya çıkan pek çok nedeni vardır; imalat hataları, montaj hataları, rotor

malzemesinin homojen olmaması, rotordaki deformasyon ve çökmeler, simetrik olmayan

şekil ve geometri, döküm hataları, rotordaki delikler, rotorun terazilenmemiş olması ve yatak

boşluklarıdır.

1.1.1. Dengesizlik Durumları

Üç çeşit dengesizlik durumu vardır. Bunlar; statik dengesizlik, moment dengesizliği

ve dinamik dengesizliktir.

1.1.1.1. Statik Dengesizlik

Statik dengesizlik; en basit dengesizlik türüdür. Dönme eksenine göre simetrik ve

uniform yapıda olan ve genellikle et kalınlıkları az olan disklerde meydana gelen

dengesizliktir. Kütlesi M olan bir diske dönme ekseninden r (mm) kadar uzaklıktaki bir yere

küçük bir m (gr) kütlesi eklenirse diskin kütle merkezi dönme merkezinden uzaklaşır ve bu

disk dengesiz olur. Bu disk şekil 1.1 ’de görüldüğü gibi iki yatak üzerine serbest

bırakıldığında disk ağır olan kısmı aşağıya doğru yönleninceye kadar dönecektir. Böylece

diskteki dengesizliğin yeri kolayca bulunabilir. Bu nedenle bu tür dengesizliğe statik (veya

tek düzlem) dengesizlik denir [ 1 ].

2

Şekil 1.1. Statik dengesizlik [ 1 ]

Statik dengesizliği gidermek için, kaçık kütle merkezinin tekrar dönme eksenine

getirilmesi gerekir. Bunu yapabilmek için de dengesizlik oluşturan ağırlığın tam karşısına

(yani 180° ‘ye), aynı uzaklığa ve aynı miktarda bir ağırlığın eklenmesi gerekir. Bu da statik

dengesizliğin rotor döndürülmeden tek düzlemde düzeltilebileceği manasına gelir.

1.1.1.2. Moment Dengesizliği

Moment dengesizliği; şekil 1,2 ‘de görüldüğü gibi bir silindirin kütle merkezinden eşit

uzaklığa ancak aralarında 180° olacak şekilde iki eşit ağırlık yerleştirilsin. Rotor statik olarak

dengededir yani kütle merkezi dönme eksenindedir. Ancak rotor döndüğü zaman bu iki

ağırlık atalet ekseninin dönme ekseninden kaymasına neden olacaktır. Bu da rotorda kuvvetli

titreşimlerin oluşmasına sebep olur. Bu dengesizlik ancak rotor dönerken yapılacak olan

titreşim ölçümleriyle ve iki düzlemde dengeleme yapılarak düzeltilebilir [ 1 ].

Şekil 1.2. Moment dengesizliği [ 1 ]

3

1.1.1.3. Dinamik Dengesizlik

Dinamik dengesizlik; statik ve moment dengesizliğin birleşiminden oluşan

dengesizliktir (şekil 1.3). Rotorlarda karşılaşılan dengesizlikler genellikle bu türdendir.

Dinamik dengesizlik de iki düzlemde ve rotor dönerken yapılacak olan titreşim ölçümleriyle

düzeltilebilir.

Pratikte bir makinanın tamamen dengede olması mümkün değildir. Diğer taraftan bir

makina için yüksek sayılabilecek titreşim bir başka makina için fazla bir önem arz

etmeyebilir. Örneğin bir krank milinde önemsiz olan bir titreşim seviyesi bazı mutfak

aletlerinde önemli olabilir [ 1 ].

Şekil 1.3. Dinamik dengesizlik [ 1 ]

Dengesizlik makine elemanlarında olumsuz durumlara yol açar. Bu durumlar; titreşim,

gürültü, aşırı deformasyon, aşırı gerilmeler, aşırı yatak reaksiyonları, aşınma, yorulma, güç

ve verim kaybı ve hızda dalgalanmadır. Bu olumsuz etkilerden kaçınmak için makine

elemanlarında dengesizliğin giderilmesi gerekmektedir. Bu dengesizliği gidermek için en

uygun yöntem titreşim analizidir. Bu kapsamda sistemde dengesizlik meydana getirecek bir

dönme dengesizliği belirleme deney sistemi tasarımı yapılır.

1.1.2. Dengeleme

Makinelerin çalışırken yaptıkları işlerden dolayı istemsizce makine gövdesine zamana

bağlı olarak değişen kuvvetler etki edecektir. Bu kuvvetler nedeniyle makinelerde

istenmeyen titreşimler ve gürültüler ortaya çıkar. Ayrıca bu kuvvetler makinenin işlem

4

hassasiyetini zayıflatır ve ürün kalitesini düşürür. Bu nedenle makinelerde ortaya çıkan bu

düzensiz kuvvetlerin ortadan kaldırılması gerekir.

Bu kuvvetlerin yok edilebilmesi mümkün değil ise de sabit hızda çalışan bir makinede

D’Alembert prensibine göre oluşan atalet kuvvetlerinin en aza indirgenmesi mümkündür.

Bu konuya atalet kuvvetlerinin dengelenmesi veya kısaca dengeleme denir [ 2 ].

Dengeleme dönen cisimlerin statik ve dinamik dengelemesi, motorlarda kullanılan

krank biyel sistemlerinin dengelenmesi ve makine konstrüksiyonlarının dengelenmesi olarak

ele alınmaktadır.

1.1.3. Dengeleme Prensibi

Dengesiz bir rotor, mevcut dengesizliğe 180° zıt bir dengesizlik oluşturacak şekilde

belirli büyüklükteki bir ağırlığın yerleştirilmesiyle dengelenir. Bunu uygulayabilmek için iki

veriye ihtiyaç duyulur:

- Dengesizlik oluşturacak olan ağırlığın büyüklüğü

- Dengesizlik oluşturacak olan ağırlığın konumu

Genel olarak her makina için titreşimlerin kabul edilebilir bir seviyede olması için

çalışmalar yapılır. Bunun için dengeleme işleminde titreşim ölçümlerinden

faydalanılmaktadır. Titreşim ölçümleri yatak kapakları üzerinden ivmeölçerler yardımıyla

yapılır. Bu durumda ölçüm konumu belirlenmeye çalışılan titreşim seviyesini etkiler.

1.1.4. Tek Düzlemde Dengeleme

Dengelenmesi düşünülen milin kütlesi tek bir düzlem üzerinde yoğunlaşmış ise bu mil

tek düzlemde dengelenebilmektedir. Aşağıdaki şekilde yer alan mil tek düzlemde

dengelenmeye elverişlidir.

Şekil 1.4. Tek düzlemde dengeleme düzeneği [ 3 ]

5

Tek düzlemde dengeleme, yataklardan titreşim verilerini alıp, milin tek bir düzlemine

ağırlık eklemek suretiyle gerçekleştirilir.

Tek düzlemde dengeleme yapmak için izlenecek adımlar aşağıdaki gibidir;

-Başlangıç durumunda dengesizlik ağırlığının milde oluşturacağı titreşimin belirli

karakteristik özellikleri ölçülür (genlik ve frekans gibi ).

-Motor durdurulur. Düzlemin belirli bir noktasına bir deneme ağırlığı eklenmesinden sonra

motor tekrardan çalıştırılarak yeni bir ölçüm yapılır. Bu ölçüm sonrasında deneme ağırlığını

dengelemek amacıyla koyulacak diğer ağırlığın konumu belirlenir.

-Motor tekrar durdurulur. Belirlenmiş olan dengeleme ağırlığı daha önceden belirlenen

konuma yerleştirildikten sonra motor tekrar çalıştırılır ve işlemin kontrolü yapılır. Titreşim

seviyesinde kabul edilebilir bir miktarda düşüş sağlanmışsa işlem tamamlanır [ 3 ].

1.2.Literatür Taraması

Gelişen teknoloji ile sanayide kullanılan makineler her geçen gün karmaşıklaşan

yapılarıyla üretim içerisinde yeri doldurulamaz bir hâl almaktadırlar. Bu makinelerin

durmaları halinde yol açacakları üretim kaybı ve bunun yol açtığı zarar da üretime katkı

payları ile doğru orantılıdır. Bu durum makinaların bakıma olan gereksinimini ortaya

çıkarmaktadır. Makinelerde hasara yol açan en önemli durumlardan biri dengesizliktir.

Dengesizliğin giderilmesi amacıyla geçmişten günümüze kadar çeşitli alanlarda çalışmalar

yapılmıştır. Bu çalışmalar daha çok sanayide üretimde kullanılan dönen makinelerde

titreşimi engellemek amacıyla yapılmıştır. Ayrıca taşıtlardaki dengesizliği ortadan

kaldırmak amacıyla çeşitli dengeleme işlemleri yapılır. (Rot balans ayarı).

Konu ile ilgili yapılmış çalışmalardan bir örnek aşağıda verilmiştir;

Prof. Dr. Veysel Uysal ve Dr. Öğr. Üyesi Ömer K. Morgül tarafından 2015 yılında ‘Dönen

makinelerdeki dengesizlik (balanssızlık) arızasının titreşim analizi ve faz açısı yardımıyla

teşhisi’ adlı çalışma yapılmıştır.

Bu çalışmada, dönen makinelerdeki dengesizlik (balanssızlık) arızalarının genel

özellikleri incelenmiştir. Dengesizlik arızasının sınıfları (tipleri) özetlenerek, hangi sınıf

dengesizlik arızası olduğu titreşim analizi ile spektrum grafikleri ve faz açıları yardımıyla

6

belirlenmesi rapor edilmiştir. Böylece, elde edilen sonuçlardan titreşim analizinin

dengesizlik arızasını belirlemede etkili bir şekilde kullanılabileceği görülmektedir [ 4 ].

Şekil 1.5. Deney sisteminin şematik çizimi [ 4 ]

Bu çalışmaya benzer birçok çalışma mevcuttur.

1.3. Karşılayabileceği Gereksinimler

Hayatımızın her bölümünde önemli bir yer tutan dönel makinelerdeki en önemli

problemlerden biri dengesizlik problemidir. Bu proje kapsamında dönel makinelerdeki

dengesizlik problemine çözüm üretilmeye çalışılmış ve bu kapsamda bir deney sistemi

tasarlanmıştır. Bu deney sistemiyle dönel sistemlerdeki dengesizliğin ortadan kaldırılması

için bir çözüm yöntemi ortaya konulmaya çalışılmıştır. Böylece her türlü dönel makinenin

dengeleme işlemi için duyduğu gereksinime çözüm olabilecek alternatif bir metot üretilmeye

çaba sarf edilmiştir.

1.4. Tasarımın Kısıtları ve Koşulları

Tasarımı yapılan deney sistemi aşağıdaki kısıtlar ve koşullar altında tasarlanmıştır.

1.4.1. Tasarım Boyutları

Deney sisteminin boyutlandırması ortalama bir çalışma masasını geçmeyecek şekilde

ve masa üzerinde kullanıma uygun olacak bir şekilde tasarlanmıştır.

7

1.4.2. Ağırlık ve Taşınabilirlik

Deney sisteminin temel parçaları metal parçalardan üretileceği için tek bir kişinin

taşıyamayacağı bir ağırlık söz konusu olacaktır. Sistem motorun ürettiği güç ile titreşim

hareketi yapacağından oluşacak sarsılmaları en aza indirgemek için motor ve I profiller bir

alt tablaya sabitlenmiştir.

8

2. YAPILAN ÇALIŞMALAR

2.1. Deney Sistemi Tasarımı

Dönme dengesizliği belirleme deney sistemi düzeneğinin aşağıda verilen temel

parçalar kullanılarak üretilmesi öngörülmektedir. Sistemin üretilmesinde kullanılması

öngörülen temel parçalar:

- Mil

- Rotor

- Ağırlık

- Rulmanlı yatak

- I profil

- Motor desteği

- Kaplin

- Alt tabla

- DC motor

- İvmeölçer

- Arduino

Bu parçalar aşağıdaki alt başlıklar altında ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

2.1.1 Temel parçalar

2.1.1.1 Mil

Milin çapı 20 mm ve uzunluğu 450 mm olarak tasarlanmıştır. Mil kullanılmasının

nedeni motordaki gücün rotora aktarılmasını sağlamaktır. Milin rotora sıkı geçme ile montaj

edilmesi düşünülmüş ve motora kaplin ile monte edilerek motordan güç alınması

hedeflenmiştir.

9

Şekil 2.1. Mil

2.1.1.2. Rotor

Rotorun çapı 200 mm, et kalınlığı 20 mm ve ağırlıkların yerleştirileceği deliklerin çapı

10 mm olarak tasarlanmıştır. Rotorun merkezine mil ile sıkı geçme yapılması düşünülerek

20 mm çapında bir delik açılması tasarlanmıştır. Dengesizlik, rotorun üzerinde açılan

deliklere bir ağırlık yerleştirilerek oluşturulacaktır. Rotorun üzerinde 16 adet delik açılması

planlanmıştır.

Şekil 2.2. Rotor

2.1.1.3.Ağırlık

Uzunluğu 80 mm ve çapı 8 mm olarak tasarlanmıştır. Ağırlığın kullanılmasındaki amaç

önce dengesizlik oluşturarak analizler yapıp daha sonra dengelemeyi sağlamak için tekrar

ağırlık kullanılarak analizlerden alınan verilerle titreşim değerlerinin azalıp azalmadığının

kontrolünün yapılmasıdır.

10

Şekil 2.3. Ağırlık

2.1.1.4. Rulmanlı Yatak

Mil çapımızın 20 mm olması sebebiyle 20 mm çapında 2 adet yataklı rulman mili çift

taraftan yataklamak için dizayn edilmiştir.

Şekil 2.4. Rulmanlı yatak

2.1.1.5. I Profil

I profili sistemi dengede tutmak amacıyla masa üzerinde kullanıma uygun olacak bir

şekilde tasarlanmıştır. I profili rulmanlara cıvatalar yardımıyla sabitlenmiştir.

I profilinin tasarımında kullanılan uzunluklar aşağıda verilmiştir:

b : 160 mm

r : 3 mm

h : 160 mm

s : 20 mm

11

t : 30 mm

Şekil 2.5. I profil ölçülerinin Şekil 2.6. I profil

adlandırılması [ 5 ]

2.1.1.6.Motor Desteği

Deney sisteminde kullanılması planlanan DC motorun sarsılmalardan ve titreşimlerden

en az şekilde etkilenmesi için DC motor bir destek ile alt tablaya sabitlenmiştir.

Şekil 2.7. Motor desteği

12

2.1.1.7.Kaplin

Sistemimizde kaplin kullanmamızın amacı güç kaynağı olan motor ile milin arasında

irtibat sağlamak ve bu şekilde hareketi iletmektir.

Şekil 2.8. Kaplin

2.1.1.8. Alt tabla

Sistem motorun ürettiği güç ile titreşim hareketi yapacağından oluşacak sarsılmaları

en aza indirgemek için I profiller bir alt tablaya sabitlenmiştir. Alt tablamızın uzunluğu 600

mm kalınlığı ise 15 mm olarak tasarlanmıştır. I profillerin alt tablaya cıvata ile sabitlenmesi

düşünülmüştür.

Şekil 2.9. Alt tabla

13

2.1.1.9.DC Motor

Titreşim analizinde sistemi döndürmek için bir güç kaynağına ihtiyaç vardır. Bu

sebeple deney sistemine bir motor gereklidir. Motor deney sistemine uygun olarak

belirlenmiş ve teknik özellikleri aşağıda verilmiştir:

- Çalışma gerilimi: 12 V

- Akım: 15 A

- Harcadığı Güç: 110 W

- Motor Uzunluğu: 150 mm

- Motor Çapı: 83 mm

- Mil Uzunluğu: 98 mm

- Mil çapı: 12 mm

- Ağırlığı: 2030 gr [ 6 ]

Şekil 2.10. DC motor [ 6 ]

2.1.1.10.İvmeölçer

Bir hareketin ivme niceliğini belirten, makinelerin hızlanmasından doğan sarsıntıları

ve titreşimleri gösteren araca ivmeölçer denir. İvmeölçerler; ivme, titreşim ve mekanik şok

değerlerini ölçmede kullanılırlar. Tüm ivmeölçerlerde bir sismik kütle, yay ve damper

14

sistemi vardır. Sismik kütlenin üzerine etkiyen atalet kuvvetinin yarattığı ivme ölçülür.

Yapılacak olan analiz sonucunda dinamik olarak çalışacak parçaların çalışma modları tespit

edilerek tüm sistemin dinamik analizini ortaya konabilmektedir. Sonuç olarak ivme ile

bağlantılı bir çıkış değeri elde edilecektir. Sistemimizde ivmeölçer kullanmamızın amacı

yataklardan titreşim verisi almaktır [ 7 ].

Şekil 2.11. İvmeölçer [ 7 ]

2.1.1.11. Arduino Uno

Arduino, mikro kontrolcü kartları ve yazılım paketinden oluşan bir programlama

platformudur. Kart üzerindeki mikro kontrolcü, yazılması planlanan programa göre giriş ve

çıkış bağlantılarını kontrol eder.

Sistemimizde arduino kullanmamızın amacı verileri işleyerek bilgisayar ortamında

gözlenecek hale getirmektir.

Şekil 2.12. Arduino uno [ 8 ]

15

2.2.Dengeleme Hesapları

Ağırlık merkezinin dönme ekseninden c kadar uzakta olması durumunda teğetsel ve

normal ivmeleri;

𝑎𝑡 = 𝑐 × ∅̈ ( 1 )

𝑎𝑛 = 𝑐 × ∅̇2 ( 2 )

D’Alembert prensibi kullanıldığında sanal atalet kuvvetleri;

𝐹𝑖𝑡 = 𝑚 × 𝑐 × ∅̈ ( 3 ) veya 𝐹𝑖𝑡 = −𝑚 × 𝑐 × ∅̈ × 𝑒𝑖𝑤𝑡 ( 3.1 )

𝐹𝑖𝑛 = 𝑚 × 𝑐 × ∅̇2 ( 4 ) veya 𝐹𝑖𝑛 = 𝑚 × 𝑐 × 𝜔2 × 𝑒𝑖𝑤𝑡 ( 4.1 )

Rotor 𝜔 açısal hızıyla dönerken rotor yatağına etki eden kuvvetlerin yatay ve dikey

bileşenleri;

𝐹𝑥𝑖 = 𝑚 × 𝑐 × 𝜔2 × cos (𝑤𝑡) ( 5 )

𝐹𝑦𝑖 = 𝑚 × 𝑐 × 𝜔2 × sin(𝑤𝑡) ( 6 )

Görüldüğü üzere dönen makine elemanlarında ağırlık merkezine etki eden kuvvetlerin

makine gövdesine etkisi sabit değil harmonik olarak değişen kuvvetlerdir.

Statik dengelemede amaç açısal dönmeden dolayı oluşan atalet kuvvetlerinin sıfıra

eşitlenmesi, yani sistemin ağırlık merkezinin dönme ekseni ile çakıştırılmasıdır. Eğer bir

disk üzerinde 𝑚𝑙 kütleli ve merkezden 𝑟𝑙 uzaklıkta hareketli düzlem üzerinde seçilmiş olan

dönen bir eksen takımının pozitif x eksenine göre 𝛽𝑙 açısı yapan k kadar nokta kütle

bulunuyor, bu kütlenin ağırlık merkezinin dönme ekseni üzerinde olması için [ 2 ]

∑ 𝑚𝑙𝑟𝑙𝑒𝑖𝛽𝑙 = 0𝑘

𝑙=1 ( 7 )

olması gerekir. Eğer bu sağlanamıyorsa ise 𝑚𝑑 kütlesini dönme ekseninden rd uzaklıkta

eksen takımına göre 𝛽𝑑 açısında yerleştirerek dengeleme sağlanabilir. Bu durumda 𝑚𝑑𝑟𝑑

şiddeti ve 𝜃𝑑açısı olan dengeleme kütlesi;

𝑚𝑙𝑟𝑙𝑒𝑖𝛽𝑑 = − ∑ 𝑚𝑙

𝑘𝑙=1 𝑟𝑙𝑒

𝑖𝛽𝑙 ( 8 ) sağlanmalıdır.

Tasarlanan dönme dengesizliği belirleme deney sisteminde rotor üzerinde merkezden

r = 50 mm ve r = 80 mm uzaklıkta dengesizlik kütlelerinin yerleştirileceği delikler

oluşturuldu. Dengesizlik yaratacak 50 gramlık kütle bu deliklere takıldığında meydana

gelecek dengesizlik kuvvetinin bileşenleri ( 5 ) ve ( 6 ) numaralı denklemler kullanılarak

16

bulunabilir. Ortaya çıkan dengesizliği ortadan kaldırmak için ( 8 ) numaralı denklemin

sağlanması gerekmektedir.

2.3.Motor Hesapları

Kurulan sistemin döndürülmesi amacıyla gerekli motorun gücünün belirlenmesi için

aşağıdaki hesaplamalar yapılmıştır; [ 9 ]

𝑚𝑚𝑖𝑙 = 4,5 𝑘𝑔

𝑚𝑑𝑖𝑠𝑘 = 2𝑘𝑔

𝐼𝑚𝑖𝑙 =1

2𝑚𝑟2 = 0,5 ∗ 4,5 ∗ 0,012 = 2,25 ∗ 10−4𝑘𝑔𝑚2 ( 9 )

𝐼𝑑𝑖𝑠𝑘 =1

2𝑚𝑟2 = 0,5 ∗ 2,5 ∗ 0,12 = 0,0125 𝑘𝑔𝑚2

𝐼 = 𝐼𝑚𝑖𝑙 + 𝐼𝑑𝑖𝑠𝑘 = 2,25 ∗ 10−4 + 0,0125 = 0,01275 𝑘𝑔𝑚2 ( 10 )

𝜔 =2∗𝜋∗𝑛

60, 𝑛 = 1500𝑑𝑒𝑣/𝑑𝑘 ( 11 )

𝜔 = 157,08 𝑟𝑎𝑑/𝑠

𝛼 =𝑑𝜔

𝑑𝑡=

157,08

3𝑠= 52,36 𝑟𝑎𝑑/𝑠2 ( 12 )

∑ 𝑀𝐺 = 𝐼𝐺 ∗ 𝛼 ( 13 )

∑ 𝑀𝐺 = 0,01275 ∗ 52,36 = 0,66759 𝑁𝑚

𝑀 = 9550 ∗𝑃

𝑛 ( 14 )

𝑃 =𝑀 ∗ 𝑛

9550=

0,66759 ∗ 1500

9550= 0,105 𝑘𝑊 = 105 𝑊

17

3.BULGULAR

Bu bitirme çalışmasında makine konstrüksiyonlarının en önemli sorunlarından biri

olan dengesizlik sorunu konu alınmış ve bu sorunu ortadan kaldırmak için çeşitli çalışmalar

yapılmıştır. Bu sorunu ortadan kaldırmak için bir deney sistemi tasarlanmış ve üretilmiştir.

Bu deney sistemi üretilirken kullanacak kişiye kolaylık sağlanması açısından birçok noktaya

dikkat edilmiştir. Bunlar:

- Sistemin mümkün olduğunca hafif olmasına dikkat edilmiştir.

- DC motor kullanılarak sistemin düşük voltajlarda çalışmasına imkân sağlanmıştır.

- Sistemde kullanılan yataklar ve motor bir destek yardımıyla bir alt tablaya sabitlenerek

dengesizlikten dolayı ortaya çıkan titreşimlere ek bir titreşim ortaya çıkması engellenmiştir.

- Sistemde dengesizliği ortaya çıkarmak üzere bir rotor tasarlanmıştır. Bu rotor kullanıcının

tercihine göre kullanması için 16 delikli şekilde üretilmiş ve bu deliklere monte edilerek

dengesizliği yaratacak olan uzunluğu 80 mm ve çapı 8 mm olan ağırlıklar tasarlanmıştır.

Bu deney sistemi ilk baş denge durumunda yani dengesizlik problemi yok iken

çalıştırılır. Daha sonra ise ürettiğimiz ağırlıklar kullanılarak bir dengesizlik durumu ortaya

çıkmışken sistem çalıştırılır. Sistem denge durumunda çalıştırıldığında cihaz devir sayısının

eş değeri olan frekansta alınan titreşim genliği verileri oldukça düşük olmalı ve faz açısı

değerleri de sabit kalmamalı ve sürekli olarak değişmelidir. Eş değeri olan frekansta titreşim

genliği değerlerinin düşük olması ve faz açısı değerlerinin sabit olmaması devamlı değişmesi

sistemde dengesizlik problemi olmadığının göstergesidir. Sistem statik dengesizlik

durumunda ise cihaz devir sayısının eş değeri olan frekansta alınan titreşim genliği verileri

en yüksek değerinde olmalı ve cihazın ön ve arka yatak arasında radyal yatay yöndeki faz

açısı farkı çok az olmalıdır. Dinamik dengesizlikte ise cihaz devir sayısının eş değeri olan

frekansta alınan titreşim genliği verileri yüksek bir değerde olmalı ve cihazın ön ve arka

yatak arasında radyal yatay yöndeki faz açısı farkı yine düşük olmalı fakat statik dengesizlik

durumuna göre yüksek olmalıdır.

18

4.TARTIŞMA

Sanayide kullanılan makinelerin büyük çoğunluğu dönme hareketi ile iş yapmaktadır.

Makinelerdeki dengesizlik yüksek hızlı makinelerin gelişmesiyle birlikte her geçen gün

artan bir öneme sahip olmaktadır. Sanayide üretimin aksamaması ve yüksek kalitede ürün

elde edilebilmesi için makinelerdeki dengesizliğin etkilerinin en aza indirilmesi

gerekmektedir. Bu nedenle dönel sistem içeren makine konstrüksiyonlarında en önemli

sorunlardan biri dengesizliktir. Bu dengesizliğin belirlenebilmesi için dönme dengesizliği

belirleme deney sistemi tasarımı yapılması gerekmektedir. Sonuç olarak bir makinedeki

dengesizlik arızası ve çeşitleri incelendi ve titreşim analizi yapılarak dengesizlik arızasını

belirleyebilmek için bir sistem tasarımı yapıldı.

Literatürü incelediğimizde tasarlamış olduğumuz sistemin dengesizlik analizi

yapmak için uygun olduğu görülmüştür. Tüm bu bilgiler ışığında; kullanılan deney

düzeneğinin projeyi gerçekleştiren bizler tarafından en uygun şekilde olduğu söylenebilir ve

bu deney sisteminin mühendislik hesaplarına uygun olduğu gösterilir.

19

5.SONUÇLAR

- Bu çalışmada, hayatımızı devam ettirebilmemiz için önemli bir rol teşkil eden

makinalardaki dengesizlik problemi konu alınmıştır.

- Dengesizlik türleri ile ilgili araştırmalar yapılmıştır.

- Dengesizlik probleminin oluşmasına sebebiyet veren olaylar araştırılmış ve ne tür çözümler

üretilebileceği düşünülmüştür.

- Dengesizliğin makinalarda ne tür olumsuz etkiler ortaya çıkaracağı araştırılmış ve en

önemli olumsuz etkilerden birinin titreşim olduğu ortaya konulmuştur.

- Titreşimin makinalarda ortaya çıkardığı olumsuz etkiler araştırılmış ve bu etkilerin çevre

bilinci ile nasıl ortadan kaldırılabileceği hakkında çeşitli yöntemler ortaya konulmuştur.

- Dengesizliğin titreşim analizi ile belirlendiği bir dönme dengesizliği belirleme deney

sistemi tasarlanmıştır.

- Dengeleme işleminin nasıl yapıldığı araştırılmış ve tasarlanan deney sisteminde statik

dengeleme(tek düzlemde dengeleme) yapılmasına karar verilmiştir.

- Dengeleme hesaplarının nasıl yapıldığı hakkında çeşitli bilgiler verilmiştir.

- Deney sistemi tasarımında kullanılması planlanan DC motor ile ilgili güç ve tork

hesaplamaları yapılmıştır.

- Deney sisteminin tasarımında kullanılması düşünülen malzemelerin maliyet hesapları bir

tablo şeklinde verilmiştir.

20

6.ÖNERİLER

1- Miller maksimum titreşim frekansına girdikleri kritik açısal hız değerinden uzak

devirlerde çalıştırılması titreşimi azaltacaktır.

2- Millerin yataklanması konstrüksiyon mümkün kıldığı kadar yakın olması titreşimi

azaltacaktır.

3- Mil çapı mümkün olduğunca büyük seçilerek eğilme frekansları azaltılmalıdır.

4- Dönel elemanların imalatları ve işlenmeleri esnasında eksen simetrisine dikkat edilmeli

kütle merkezi eksende kalması sağlanmalıdır.

5- Montaj sırasında dönel elemanların montajı hassasiyetle gerçekleştirilmeli, kütle

merkezi mümkün olduğunca mil eksenine yakın tutulmalıdır.

6- Sistemin titreşim verileri aralıklarla kontrol edilmeli, beklenmedik artış olması

durumunda dengesizlik giderilmelidir.

7- Sistem dengesizliğe sahipse dengesizlik belirleme düzenekleri ile dengesizlik tespit

edilerek kütle dengeleme prensipleri yardımıyla dengesizlik ortadan kaldırılmalıdır.

21

7. KAYNAKLAR

1. Yrd. Doç. Dr. Orhan ÇAKAR, Dengeleme, Fırat Üniversitesi, Kasım 2015.

2. Eres SÖYLEMEZ, Makina Teorisi – 2 Makina Dinamiği, Birsen Yayınevi, İstanbul, 2007.

3. Mühendislik Uygulamaları, Makine Bakım Çözümleri, Yerinde Dengeleme(Balans)

http://www.proplan.com.tr/Uzmanliklar/muhendislik-uygulamalari/makina-bakim-

cozumleri/yerinde-balans, Son Erişim Tarihi: 15 Aralık 2019.

4. Veysel UYSAL, Ömer K. MORGÜL, Dönen Makinelerdeki Dengesizlik Arızasının

Titreşim Analizi ve Faz Açısı Yardımıyla Teşhisi, SAÜ Fen Bil Der 19. Cilt, 3. Sayı, s. 245-

256, 2015.

5. Profil Tablosu, https://www.lme.com.tr/NPI-NPU.html, Son Erişim Tarihi: 14 Aralık

2019.

6. 12V 2500r/min PMDC Motor 85ZY12-110, https://www.motorobit.com/urun/12v-2500r-

min-pmdc-motor-85zy12-110, Son Erişim Tarihi: 16 Aralık 2019

7. Arş. Gör. Şaban ULUS, Mekanik Titreşimler Deneyi, Erciyes Üniversitesi, Mühendislik

Fakültesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, Kayseri, Ocak 2013.

8. Arduino Uno R3, https://www.robolinkmarket.com/image/cache/Arduino/orjinal-

arduino-uno-r3-403-600x600.jpg, Son Erişim Tarihi: 15 Aralık 2019.

9. R. C. HIBBELER, Mühendislik Mekaniği Dinamik, Uyarlayan: S. C. FAN, Çevirenler:

Ayşe Soyuçok, Özgün Soyuçok, Literatür Yayınları, Ekim 2009.

10. Sanayi ve Ticaret Bakanlığı, Makine Emniyeti Yönetmeliği, Mart 2009.

22

8. EKLER

Şekil 8.1. Deney sisteminin üç boyutlu görünümleri

23

ÖZGEÇMİŞ

Mustafa DANIŞMAZ, 31.03.1997 tarihinde memleketi Trabzon ilinin Araklı ilçesinde

doğdu. İlk ve orta öğretimini Atatürk İlköğretim Okulunda tamamladı. Lise öğrenimini Rize

TOBB Fen Lisesinde tamamladı. Lisans öğrenimi Karadeniz Teknik Üniversitesi

Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümünde devam etmektedir. Orta düzeyde

İngilizce bilmektedir.

Faruk Berk ŞENTÜRK, 28.08.1996 tarihinde İstanbul ilinin Esenler ilçesinde doğdu.

Memleketi Trabzon ilinin Sürmene ilçesidir. İlk ve orta öğretimini Beyazıt Ford-Otosan

İlköğretim Okulunda tamamladı. Lise öğrenimini Bakırköy Lisesinde tamamladı. Lisans

öğrenimine Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği

Bölümünde devam etmektedir. Orta seviyede İngilizce bilmektedir.

Anıl TATKAN, 13.05.1997 tarihinde memleketi Ankara ilinin Polatlı ilçesinde doğdu. İlk

ve orta öğretimini Sakarya İlköğretim Okulunda tamamladı. Lise öğrenimini Polatlı Anadolu

Öğretmen Lisesinde tamamladı. Lisans öğrenimi Karadeniz Teknik Üniversitesi

Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümünde devam etmektedir. Orta düzeyde

İngilizce bilmektedir.