MEKANİZMA TEKNİĞİ MAKİNA TEORİSİ 1 – Eres Söylemez
ÖNSÖZ
“Dünyada her şey için, medeniyet için, hayat için, muvaffakiyet için en hakiki mürşit ilimdir, fendir. İlim ve fennin haricinde mürşit aramak, gaflettir, cehalettir, dalalettir. ”
M.K. Atatürk
Bu kitap 1974 yılından beri Orta Doğu Teknik Üniversitesinde vermiş olduğum “Mekanizma Tekniği” ders notlarının zaman içinde gelişmesi sonucunda ortaya çıkmıştır. ODTÜ’de eğitimin İngilizce olması nedeni ile 1979, 1985 ve 1999 yıllarında kitap İngilizce olarak basılmıştır ve halen ders kitabı olarak kullanılmaktadır. Kitapta her basım sırasında gelişen teknolojilere göre önemli değişiklikler yapılmıştır. Gerekli görülen birçok değişiklikler ve ekler yapılarak bu kitap Türkçe olarak yeniden yazılmıştır. İngilizce yazılmış olan kitabın tercümesi değildir. Amaç Üniversitemiz dışında okuyan ve sanayiide çalışan meslektaşlarımıza kendi açımdan mekanizma tekniği konusunda bilgi vermek ve bu alanda Türkçe literatüre ufak bir katkıda bulunmaktır.
Son yıllarda tek kalıcı şeyin değişim olduğu açıkça görülmektedir. Bilgiye erişimde ve hesaplama yöntemlerinde dijital teknoloji ile gelen önemli değişiklikler hem eğitimde ve hem de mühendislik çalışmalarında büyük değişimler getirmiştir. Ana bilgisayarların yerine kişisel bilgisayarların kullanılması ve bu bilgisayarlarda çeşitli paket programların geliştirilmesi ile, mühendisler eskiden olduğu gibi FORTRAN lisanı kullanıp uzun programlar yazmaya ve sonuç olarak elde ettiği bir yığın rakamın ne anlama geldiğini irdeleyerek zaman kaybetmektense, her türlü grafik özellikleri olan paket programları kullanarak sonuçları anında irdeleyebilir bir ortamda çalışır olmuşlardır. Bütün bu gelişmeler mühendislik mesleğini daha ilginç hale getirmiştir. Bu teknoloji ile zor ve zaman alıcı hesaplamalardan kurtuldu isek de temel kavramları bilmek, her hangi bir sistemin geometrisini tam ve doğru bir şekilde modellemek bu sanal bilgisayar ortamında çok daha önemli olmaktadır.
Makina mühendisliği nümerik kontrollü takım tezgahları, robotlar, programlanabilir makinalarla önemli değişikliklere uğradı ise de Newton kanunları hala makinalarda hareket ve kuvvetleri izlememiz için gerekli ve yeterli temel kural olarak ortada durmakta, uzun süre değişmeyeceği görülmektedir. Makinalarda hareketin geometrisini ele alan mekanizma bilimi (tekniği veya sanatı da diyebiliriz),
grafik ve analitik yöntemlerle on dokuzuncu asırda geliştirilmiş, 1950’lerde ise çağdaş mekanizma tekniği diyeceğimiz evrede analitik ve sayısal yöntemlerin geliştirilmesi ile bugünkü halini almıştır. Tasarlanacak ürünler ve tasarım kriterleri değişti ise de mekanizma tekniği tasarımda önemini aynen korumaktadır.
Mühendisin esas görevi problem çözmek, üretken olmaktır. Bu açıdan bakıldığında mekanizma tekniği kanımca makina mühendisleri için sadece mekanizmalarla ilgili değildir. Bu güne kadar mekanizma dışında elde ettiğim tecrübelere dayanarak, herhangi bir sistemin geometrisini modelleyebilme ve bu modeli hayalde canlandırabilirse, çözüm için ise algoritmik düşünerek bir yöntem geliştirme, insanı sonuca götüren temel yaklaşım olduğuna inanmaktayım. Bu nedenle bir öğrenci mekanizma tekniğinde hareketin geometrisini anlayabilir, hayalinde canlandırabilir hale gelir ise ve bir dizi işlemlerden oluşan problem çözümünü yapabilir ise, mekanizma tekniği dışında problemler için de çok önemli beceriler kazanmıştır.
Birinci bölümde amaç okuyucuyu günlük uygulamalarda gördüğümüz mekanizmalarla tanıştırmaktır. Her zaman görülen ancak dikkat etmediğimiz yüzlerce mekanizmanın temel topolojik özellikleri anlatılmaya, uzuv, mafsal ve serbestlik derecesi kavramları açıklanmaya çalışılmıştır. Okuyucuya her türlü mekanizmayı tanıtabilmek için kitabın sadece bu bölümünde uzaysal mekanizmalar da gösterilmiştir. Bu kitap mekanizma tekniği için bir başlangıç kitabı olarak düşünüldüğünden, diğer bölümlerde uzaysal mekanizmalar kapsam dışı bırakılmıştır.
İkinci bölüm kitabın en uzun ve kapsamlı bölümü olan kinematik analizi içermektedir. Düzlemsel mekanizmalarda hareket, hız ve ivme analizi açıklanmıştır. Temel olarak mekanizmada devre kavramı kullanılmıştır. Çözüm için ise pergel cetvel ile klasik çözüm kullanıldığı gibi, hesap makinası ile, hazır paket programlar ile ve kullanıcının kendi yazabileceği programlar ile sayısal çözümler gösterilmiştir. Örneklerde AutoCAD®, EXCEL ®, MathCAD® ve VisualBASIC® paket programları kullanılmış, ADAMS®, WorkingModel® gibi özellikle makinalarm kinematik ve dinamik analizi için hazırlanmış paket programları kullanan örnekler kitapta yer almamıştır. Mekanizma tekniğine adım atılırken bu özel programların kullanımı kanımca sakıncalıdır. Bildiğim kadarı ile, mekanizma tekniği problemlerinin çözümünde EXCEL ® paket programının kullanımı ilk defa bir kitapta yer almaktadır. Genellikle tüm kişisel bilgisayarlarda mevcut olan EXCEL® paket programı kanımca günümüzde her mühendisin çok iyi bilmesi gereken bir programdır. Her türlü mühendislik hesaplamaların kolayca yapılabildiği, tekrar tekrar yapılacak işler için çabayı en aza indiren bir ortam yaratmaktadır. Bu kitapta anlatılanların bu paket programın tüm özelliklerini anlatmayı amaçlamadığı açıktır.
Üçüncü bölümde lineer mekanik sistemler, dişli zincirleri anlatılmaktadır. Düz ve planet dişli sistemleri kinematik açıdan açıklanmıştır. Ülkemizde dişli konusu makina elemanları derslerinde oldukça detaylı kapsandığından dolayı, dişli profili ve dişli teorisi kapsam dışı bırakılmıştır.
Dördüncü bölümde uygulamada en fazla karşılaşılan basit mekanizmalar ele alınmıştır. Dört-çubuk, krank-biyel ve kol-kızak mekanizmalarının genel özellikleri açıklanmış ve bu mekanizmalarla ilgili tasarım problemleri analitik yöntemler kullanılarak gösterilmiştir. Dört-çubuk mekanizması tipleri, biyel eğrisi ve özellikleri, dört-çubuk mekanizması eşlenikleri anlatılmıştır. Biyel noktasının yaklaşık doğrusal hareket yapması için krank-biyel ve kol-kızak mekanizmasının tasarımı gösterilmiştir.
Beşinci bölümde kam mekanizmaları ele alınmış, tipleri, hareket diyagramları ve bu hareket diyagramlarım gerçekleştirmek için kam profilinin çıkarılışı geometrik ve analitik olarak anlatılmıştır.
Her bölüm sonunda konu ile ilgili gerekli sayıda problem verilmiştir. Bu problemlerden bazıları konunun uygulaması olduğu gibi, bazıları ise konunun okuyucu tarafından irdelenmesi içindir. Kitapta oldukça fazla sayıda örnek yer almaktadır. Örneklerin gerçek uygulamalardan olmasına özen gösterilmiştir.
Mekanizmalarda kuvvet analizi, titreşim gibi dinamik konuları ile mekanizmaların sentezi konuları kapsam dışı tutulmuştur. Önümüzdeki yıllarda kısmen bu kitabın devamı olacak olan “Makina Dinamiği” ve “Mekanizmaların Tasarımı” konularında kitapları yazmayı ümit etmekteyim.
Kitabın dizilişi, şekillerin çizimi tamamen tarafımdan yapıldığından, olası her türlü hata tarafımdan yapılmıştır. Ne kadar dikkat gösterilirse gösterilsin bazı hataların olacağını tahmin ediyorum. Yakın bir gelecekte kitap konuları ile ilgili açıklamaları ve yapılmış olan düzeltmeleri içeren bir web sitesi açmayı planlıyorum. Okuyucular her türlü hatayı, düşüncelerini ve sorularını mail adresine gönderir iseler, en kısa zamanda cevaplandırılacaklarından emin olmalarını rica ederim.
Bu kitabın oluşumunda son 25 sene içinde birçok öğrencimin ve araştırma görevlilerinin emeği geçmiştir, hepsine sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Kitabın ilk kopyalarını dikkatli bir şekilde okuyup çok sayıda hata bulmasından dolayı Araştırma Görevlisi Sayın A. Serdar Sezen’e ve kitabın oluşumunu sırasında fikir ve düşünceleri ile katkıda bulunan değerli meslektaşlarım Prof. Dr. Kemal İder, Prof. Dr. Kemal Özgören, Prof. Dr. Reşit Soylu ve Prof. Dr. Turgut Tümer’e teşekkürü borç bilirim.
Ankara, Temmuz 2000
İÇİNDEKİLER
BÖLÜM 1. MEKANİZMA TEKNİĞİNE GİRİŞ Çalışma alanı
Basit Mekanizma Uygulamalarına Örnekler
Temel Kavramlar
Mekanizma Serbestlik Derecesi
Kinematik Açıdan Hareketi Belirli Mekanizmalar
Kinematik Yer Değişim
Grübler Denklemi
Mekanizmaların ve Kinematik Zincirlerin Enümerasyonu İki Boyutlu Uzay Mekanizmaların Sınıflandırılması Sorular
BÖLÜM 2. MEKANİZMALARIN KİNEMATİK ANALİZİ
Mekanizmalarda Konum Analizi Bir Noktanın Kinematiği Bir Rijit Cismin Kinematiği Çakışan Noktalar Mekanizmalarda Vektör Devreleri Vektör Devre Denklemlerinin Grafik Çözümü Devre kapalılık Denklemlerinin Konum
Değişkenleri İçin Çözümü Kompleks Sayılar Kullanılarak Konum Analizi Devre Kapalılık Denklemlerinin Sayısal Çözümü Devre Kapalılık Denklemlerinin İteratif
Yöntemle Çözülmesi
Hız ve İvme Analizi Mekanizmalarda Hız ve ivme Analizi Ani Dönme Merkezi
Mekanizmalarda Ani Dönme Merkezlerinin Bulunması Ani Dönme Merkezleri ile Mekanizmalarda Hız analizi Mekanik Avantaj Eşdeğer Mekanizmalar Sorular
BÖLÜM 3. LİNEER MEKANİK SİSTEMLER
Basit Dişli Zincirleri
Planet Dişli Zincirleri
Konik Dişli Kullanan Dişli Kutulan
Sorular
BÖLÜM 4. DÖRT UZUVLU MEKANİZMALAR
Dört-Çubuk Mekanizması Grashof Teoremi
Kol-Sarkaç Mekanizmalarının Ölü Konumları
Bağlama Açısı
Alt Bağlama Açısı Problemi
Bağlama Açısı En İyi Olan Çift kol Mekanizması Tasarımı Krank-Biyel Mekanizması Kol-Kızak Mekanizması Biiyel Eğrileri
Dört-Çubuk ve Krank-Biyel Mekanizmaları Eşlenikleri
Doğrusal Hareket Mekanizmaları
Krank-Biyel Mekanizması Kullanılarak Doğrusal
Hareket Elde Edilmesi Kol-Kızak Mekanizması Kullanılarak Doğrusal
Hareket Elde Edilmesi
Sorular
BÖLÜM 5. KAM MEKANİZMALARI
Kam Mekanizması Çeşitleri ve Sınıflandırılması Kam Profili Kam Tasarımı Hareket Eğrileri
Kam Boyutu Belirleme
Bağlama Açısı
Kam Profili Eğriliği
Kam Profilinin Elde Edilmesi
Toparlaklı, Öteleme Yapan İzleyicili Radyal Kam Profili Düz Yüzeyli Öteleme Yapan İzleyicili Radyal Kam Profili Toparlaklı Salınım Yapan İzleyicili Kam Profili:
Şekil Kapalı Kam Profili- Eşlenik kam
Sorular
Kompleks Sayılar
Mekanizmalar İçin Bilgisayar Programları
Kartezyen Koordinatları Verilen Bir Vektörün
Uzunluğunu ve Yön Açısını Bulmak
Invers Sinüs ve Kosinüs Fonksiyonları
Üçgen Çözümü
Basit Mekanizmaların Analizi
BİBLİYOGRAFYA
ENDEKS