Dersin içeriği Makine bilgisi ile ilgili genel bilgiler, tanımlar ve sınıflandırmalar Enerji kaynakları ve genel özellikleri Motorlar ve iş makinelerinin sınıflandırılması Santraller ve elektrik enerjisi Hidro-Pnömatik makineler İmalat yöntemlerinin sınıflandırılması İmalat yöntemlerinin özellikleri MAKİNE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Ders 1 Doç. Dr. Yüksel HACIOĞLU 2 Makine bilgisi ile ilgili genel bilgi ve tanımlar Teknik sistemleri girdi ve çıktılarına göre makine, cihaz ve tesisat olarak sınıflandırmak mümkündür. Talaşsız imalat (döküm ve plastik şekil verme) yöntemlerinin genel özellikleri Talaşlı imalat (tornalama, frezeleme, planyalama, Makine; enerjiyi çeviren, ileten veya biriktiren ve bu şekilde yararlı bir iş yapan teknik yapıttır. taşlama, vb.) yöntemleri ve genel özellikleri Makine elemanlarının sınıflandırılması Bağlama elemanları ve genel özellikleri Güç ve hareket iletim elemanları ve genel özellikleri Enerji Makine Faydalı iş Makine 3 4 Cihaz; bilgiyi (sinyali) çeviren, ileten veya biriktiren bir teknik yapıttır. Enerji Eg Cihaz Bilgi Bilgi Eç Eç Eg Verim (η); bir makineden alınan enerjinin Eç (alınan iş) makineye verilen enerjiye (Eg) oranına verim denir. Tesisat; malzeme çeviren, ileten veya biriktiren ve bu şekilde yararlı bir iş yapan teknik yapıttır. Enerji Tesisat Makine 2 Cihaz Malzeme Makine 1 Genel olarak 0 ile 1 veya yüzde olarak 0 ile 100 arasında değerler alır. Verim ne kadar büyük olursa makine o kadar iyi tasarlanmış olur. Malzeme Tesisat 5 Giren bilgi Cihaz 1 Cihaz 2 6 Çıkan bilgi Hassasiyet; ise cihazın girişin en küçük değerini algılama (okuma) kapasitesidir. Doğruluk; Hassasiyet Örneğin bir ölçme cihazının 1 mm, ikinci bir ölçme cihazının 0,01 mm değerinde girişleri algılayabildiği düşünülürse ikinci cihazın daha hassas olduğu söylenebilir. Cihazları özellikle de ölçme cihazlarını tanımlayan faktörler doğruluk ve hassasiyettir. Doğruluk; cihazın yapısına bağlı olan hata ile ilgilidir. Örneğin ölçme cihazları için Ölçülen değer = gerçek değer hata cetvel Hata değeri ne kadar küçük olursa cihazın doğruluğu o kadar yüksek olur. 7 kumpas 8 Günlük hayat veya sanayide enerji, mekanik iş, ısı ve aydınlatma olarak kullanılmaktadır. Enerjinin bu şekline yararlı enerji denir. Hareket ve Kuvvet Fiziksel olarak hareket bir nesnenin yer değiştirmesi olarak tanımlanır ve kuvvet olgusuna bağlıdır. mekanik iş Yararlı enerji Isı Newton’un hareket kanunları: Aydınlatma Birinci kanun: Bir maddesel noktaya etki eden bileşke kuvvet sıfır ise; maddesel nokta başlangıçta hareketsiz ise hareketsiz kalmaya devam eder, başlangıçta hareketli ise sabit hız ve doğrultuda hareketine devam eder Doğa kaynakları doğrudan yararlı enerjiye dönüştürülemez bir takım işlemlerle yakıt, buhar, gaz, elektrik gibi enerji taşıyıcı duruma getirilir ve sonra yararlı enerjiye dönüştürülür. F2 F1 Enerji Mekanik Enerji Mekanik iş F3 m ΣF=0 F4 m 9 İkinci kanun: Eğer bir maddesel noktaya etki eden bileşke kuvvet sıfır değilse bu maddesel nokta bileşke kuvvetin şiddeti ile orantılı ve bileşke kuvvetin doğrultusu ve yönünde bir ivmeye sahip olur. 10 Üçüncü kanun: Birbirine temas eden cisimler arasındaki etki ve tepki kuvvetleri aynı şiddette, aynı tesir çizgisi üzerinde ve ters yönlüdür. Serbest cisim diyagramı ΣF=ma g yerçekimi İvme Bileşke kuvvet Kütle F2 F1 F3 m F4 W = mg ivmesi m m R = W = mg a v Tepki kuvveti m ΣF=ma 11 12 Newton’un çekim kanunu: m1 ve m2 kütleli iki maddesel nokta karşılıklı olarak aynı şiddette, zıt yönde, aynı tesir çizgisi üzerinde bir kuvvetle birbirilerini çekerler. m1 F F m kütleli bir cismin dünya yüzeyi üzerindeki ağırlığı (W), dünyanın kütlesi M, yarıçapı R olmak üzere şöyle ifade edilebilir: mm F G 12 2 r m2 r g F G m1 m2 r2 ; G : çekim sabiti GM R2 m R M GMm W R2 Yerçekimi ivmesi olarak tanımlanır. Değeri 9,81 m/s2 olarak alınabilir. W mg 13 Mekanik enerji; kinetik ve potansiyel olmak üzere iki şekilde kendini gösterir. 14 Potansiyel enerji; belirli bir kinetik enerji harcanarak belirli bir konuma getirilen ve o konumda duran bir cismin enerjisidir. Kinetik enerji; hareket halinde bulunan bir cismin hızının (v) büyüklüğüne bağlı bir enerjidir. Örneğin yer yüzünden (veya belirli bir referans düzleminden) h yüksekliğine getirilen m kütleli bir cismin potansiyel enerjisi v g m m h Referans düzlemi KE 1 2 mv 2 PE m g h 15 {yerçekimi potansiyel enerjisi} 16 Mekanik iş: Mekanik iş kuvvet (F) ile bu kuvvetin katettiği yolun (s) çarpımı şeklinde ifade edilir. F s W = F.s m Esnek bir yayda sıkıştırma veya gerilme sonucu depolanan potansiyel enerji x k Serbest yay Bu bağıntı F ile s’nin aynı doğrultuda olduğu durum için geçerlidir. Bir başka ifade ile kuvvetin yolun doğrultusundaki bileşeni ile kat edilen yolun çarpımı işe eşittir. k: yay sabiti / rijitliği k F PE yay 1 2 kx 2 Sıkışmış yay W1 ( F1 cos ) s F2 W2 F2 s 0 {yayda depolanan potansiyel enerji} m F1 s F2 nin s doğrultusunda bileşeni yoktur 17 F v0 m W Fs Güç; birim zamanda yapılan iştir. v s 18 P m F s F v t N m ; [W ] s Çok küçük bir kuvvet çok uzun bir zamanda uzun bir yol katederek büyük bir kuvvetin kısa zamanda kısa bir yol katederek yaptığı işten daha büyük bir iş yapabilir. Dolayısıyla bir makinenin birim zamanda yaptığı iş daha önemli olur. 1 1 mV 2 mV02 2 2 Mekanik iş = kinetik enerjideki değişim 19 20 Dönme hareketinin makine tasarımında önemli bir yeri vardır. Çünkü birçok makine faydalı işi dönme hareketi ile gerçekleştirir. Tork (dönme momenti) dönme meydana getiren veya getirmeye çalışan bir olgudur. Dönme momentinin büyüklüğü, kuvvetin büyüklüğü ile kuvvettin tesir çizgisine dik olan dönme merkezine kadar olan mesafenin çarpımına eşittir. F Dönme hareketinde hareketin başlangıcından itibaren katedilen yol açı ( ) ile ifade edilir ve birimi radyan (rad)’dır. Açısal hız: 2n n (rad / s ) t 60 30 v n 2n r r Teğetsel hız: v r 60 30 v2 Radyal ivme: a r r t=t1 Dönme hareketinde güç: r P = Mb ω a n: devir/dak olarak açısal hızdır 2 t=t1 Dönme momenti: Mb = F r r (m / s) ϕ t=t0 Mb t=t0 Mb P 30 P n P : (W ) ; M b : ( Nm) Mb 30 1000 P P 9550 n n P : (kW ) ; M b : ( Nm) ω, n 2 (m / s ) 21 Makineler faydalı bir iş yapmak için kuvvet, hareket, enerji ve güç ileten ve bu amaçla birbirine bağlanan makine elemanlar topluluğudur. 23 22