Basma Yaylarının Terminolojisi:
d : Yay malzemesi telin çapı (mm) Di : Yayın iç çapı (mm) Dm = Di + d : Yayın ortalama çapı (mm)
Da = Di + 2*d : Yayın dış çapı (mm) h : Yayın hatvesi (mm) a= Yayın sarım açısı : alfa (derece)
İg=Toplam sarım sayısı İf=Çalışan Sarım sayısı L0=Yay serbest Boyu L1= Birinci Sıkıştırma boyu
F1=L1 Sıkıştırma kuvvet değeri Ln=Maksimum sıkıştırma boyu Fn= Maksimum sıkıştırma boyundaki kuvvet değeri
Lbl=Yay blok boyu Fbl=Yay blok boyundaki kuvvet değeri G=Kayma modülü k=Düzeltme faktörü
a = Arctan (pi/ pi*Dm) (pi sayısı = 3.1416 ) w = Dm / d : Yay indeksi ( Genelde 4 = < w < = 20 önerilir.)
a açısının 12 dereceden küçük olduğu / kaldığı sıkı sarılmış yaylarda , yaya etkiyen F kuvvetinin yayın malzemesi telde, sadece Burulma Momenti (Mbur) dolayısıyla oluşan Kesme Gerilmesi (Kbur) ile direkt Kesme Gerilmesi (Kkes) oluşturduğu kabul edilir.
Herhangi bir yüklemede tel kesidine etkiyen max.
Kesme Gerilmesi (K) yukarıda adı geçen iki kesme gerilmesinin toplamıdır.
Mbur = F * Dm / 2 (Nmm)
Kbur = Mbur / (pi *d3 / 16 ) (N/mm2 )
Kkes = F / (pi * d / 4)2(N/mm2 )
Max. Kesme Gerilmesinin (K) hesabı için iki Çalışma Şekli arasında seçim yapılır.
Statik Çalışma : Eğer yay toplam 10000 çevrimden fazla çalışmayacaksa veya etkiyen F kuvveti sabit kalıyorsa
Gerilme Düzeltme Faktörü (k) : k = 1 + 0.5 * w
Dinamik Çalışma : Yay zor şartlarda çalışacaksa ( 10 000 000 çevrim ömrü) Gerilme Düzeltme Faktörü (k)
k = ( 4 * w - 1 ) / ( 4 * w - 4 ) + 0.615 / w
Çalışma şekline göre gerekli seçim yapılarak F kuvveti altında telde oluşan max. Kesme Gerilmesi ( K) bulunur.
K = k * Kbur (N/mm )2
Basma Yaylarında genelde
F1 ve F2 kuvvetleri ( N = Newton ) olarak ve bunlara ait f1 ve f2 strokları (mm) olarak verilir.
F1 küçük kuvvet , F2 büyük kuvvet ( F2 = Fmax ) f1 küçük strok , f2 büyük strok olur.Bazen h =L1 – L2 (mm) olarak strok farkı verilir.
Statik çalışmada F0 = 0 verildiği olur.
Fakat Dinamik çalışmada, özellikle yüksek hızlarda F2 / F1 = < 3 olması önerilir. Yayın üzerinde hiç kuvvet yokken (Yay boşta iken) uzunluğu L0 olarak verilir.
F1 kuvveti altında f1 stroku yapan yayın boyu L1 ;
F2 kuvveti altında f2 stroku yapan yayın boyu L2 olur.
Buna göre yaya özel c Yay Rijitliği ( N / mm ) tarif edilir.
F: F1 ile F2 arasında kalan herhangi bir kuvvet ;
f: f1 ile f2 arasında kalan herhangi bir strok olmak üzere
C=(G*d4)/(8*Dm3*if)
C = F1 / f1
C = F2 / f2
C = F / f veya C = ( F2 – F1 ) / h geçerlidir
Bir sonraki adım seçilen malzemeden varsayılan d çapında telden oluşan ve Dm ortalama çapına sahip bir adet yay sarımının F2 kuvvet altında yapacağı stroku ( fbirsarım ) bulmaktır.
G: Malzemenin kayma modülü ( N / mm2 ) olmak üzere fbirsarım STROK = ( 8 * F2 * Dm )3 / ( G * d )4 olarak hesaplanır.
Bu aşamada f2 stroku verildiğine göre ve daha önce de seçilen malzeme ve varsayılan çapta telin F2 kuvveti altında bir sarımının f sarım strok yapacağı belli olduğuna göre yayın kaç aktif sarımdan ( na ) oluşacağı hesaplanabilir.
na = f2 / fbirsarım STROK
Sonuçta F2 kuvvet altında yayın f2 strok yapması için na adet aktif sarımdan oluşması gerektiği bulunur. Aktif sarımlar iş depolayan sarımlardır.
Basma Yayı hiçbir zaman, kuvvet altında sarımları birbirine bitişecek şekilde tam olarak sıkıştırılmaz. Teorik olarak Basma Yayının, sarımları birbirine bitişecek şekilde sıkıştırıldığında ölçülecek boya yayın bloke haldeki boyu ( Lbl ) denir.Basma Yayının F2 kuvvet altında eriştiği L2 boyu ile Lbl boyu arasında bir Emniyet Boşluğu sa (mm) öngörülür. Böylece, özellikle dinamik çalışmada, sarımların birbirlerine değerek, C Yay Esneklik olumsuz yönde etkilemesi önlenmiş olur.
Statik : sa = na*(0.0015*Dm2 /d + 0.1*d)
Dinamik : sa = 1.5*na*(0.0015*Dm2 /d + 0.1*d)
Basma yayı , yayı tam sıkıştırmak için gerekli olan Fbl kuvveti altında fbl = f2 + sa strok yapmaktadır.
Fbl = c * xbl olarak hesaplanabilir.
Her ne kadar, basma yayının en fazla F2 kuvveti altında çalışacağı öngörülmüşse de, emniyet açısından, özellikle dinamik çalışma şartlarında, varsayılan çaptaki telin Fbl kuvveti sebebiyle oluşan max. Kesme Gerilmesine ( Kbl ) dayanabilmesi istenir.
Yay üretiminde kullanılacak standart tellerin malzemelerine ve çaplarına göre Çekme Mukavemetleri ( Rm = N / mm 2 )cinsinden tablolarda verilir.
Fakat yaylar malzemenin elastik deformasyon bölgesinde çalışmak zorunda oldukları için , burada bizim için önemli olan , malzemenin daima Kesme Akma Gerilmesinin ( Kakma) altında kalmasıdır.
Pratik olarak: Kakma = 0.56 * Rm alınabilir.
Bundan sonra yapılacak iş : Kbl < Kakma olacak şekilde tel çapını ve malzemesini seçmektir.
Sonuçta: d = ( ( 8 * k * Fbl * Dm ) / (π * Kakma ) )1/3 Sağlanmalıdır. Varsayılan çapta tel beklentileri karşılamıyorsa bir sonraki çapa geçilerek iteratif olarak uygun tel çapı bulunur. Böylece Fbl kuvveti altında güvenle çalışabilecek standart telin çapı belirlenmiş oldu.
Basma yaylarında uç tasarımına göre aktif olmayan ve iş yapmayan pasif sarımlar da ( np ) olabilir.Bu halde Toplam Sarım Sayısı nt = na + np olur.
Baskı Yayı genel çeşitleri
