KALIP YAYLARI İÇİN YORULMA TEST CİHAZI TASARIMI VE ANALİZİ

Abstract

Metalik yaylar, birçok endüstriyel uygulamada kullanılan makine elemanlarıdır. Genellikle, makine parçalarını aynı konumda tutmak, darbeleri, titreşimleri azaltmak veya titreşim oluşturmak amacıyla kullanılırlar. Yaylar, dinamik çalışma koşulları altında maruz kaldığı yükler nedeniyle bazen aniden kırılırlar. Yayların çalışması esnasında, yorulmaya etki eden parametrelerin etkileri tam olarak bilinemezse yorulma kırılması tahmin edilenden daha kısa sürede olabilir ve sonuçta yoğun maddi kayıplar ortaya çıkabilir. Günümüzde malzemelerin yorulma davranışının anlaşılmasıyla ilgili birçok çalışma yapılmaktadır. Ancak bu çalışmaların çok azı yaylar üzerinedir. Bu çalışmada kalıp yayları ve helisel bası yayları esas alınmıştır. Literatürde yer alan yay yorulması ile ilgili araştırmalar incelenmiş ve bu çalışmalar belirlenen parametrelere göre gruplanarak analiz edilmiştir. Ardından yorulma araştırmalarının yapıldığı test cihazları detaylı şekilde incelenmiştir. Son olarak da yapılan analiz çalışmalarının ardından sentez çalışması ile yeni tip bir yay yorulma test cihazı tasarımı gerçekleştirilmiştir. Test cihazı tasarımında mevcut kalıp yayları incelenmiş ve buna göre test edilebilecek yaylar belirlenmiştir. Test cihazının çalışması esnasında oluşturması gereken kuvvet değerleri hesaplanarak yeni tasarlanan cihazın bilgisayar destekli analiz çalışmaları yapılmıştır. Tasarlanan yay yorulma test cihazının benzerlerine göre daha yüksek rijitlik, boy, sarım çapı ve tel kesiti gibi değişken parametrelerde daha fazla çeşitliliğe sahip olduğu görülmüştür. Böylece daha fazla değişik yayın test edilebileceği bu tasarımda, çalışma esnasında iş güvenliği açısından daha emniyetli ve daha sessiz çalışma ortamı sağlanabileceği de açıktır.

Keywords

• Yaylar
• Yorulma
• Sonlu Elemanlar Analizi

Design and Analysis of Fatigue Test Device for Die Springs

Abstract

Metallic spring is machine element commonly used in several industrial applications. Generally; springs are used in order to fix components of machines, to reduce impacts, vibrations and to help movement of the parts. Due to the cyclic loads which are exposed to springs during the operations, some failures occur in the springs. During the operations of springs, if parameters which impact of fatigue are not unknown, failures occur before the estimated lifetime, as a result of this, comprehensive material loss is occurred.  Nowadays, many studies have conducted to the understanding of fatigue behaviors. However; small part of these studies are related with springs. In this study, die springs and the helical compression springs were considered. First, the previous studies on fatigue were investigated and defined parameters in these studies are analyzed. Then, fatigue test devices in literature are examined. Finally, a new test device is designed as a result of synthesis of these analyses. Forces occurred on test device during operations are calculated and computer aided finite element analysis are conducted. It has been found that the designed spring fatigue testing device has more variability in variable parameters such as more rigidity, length, winding diameter and wire cross section than similar ones. Thus, it is clear that this design, which can be tested for more variety of transmissions, provides a safer and quieter working environment in terms of work safety during operation.

Keywords

• Springs
• Fatigue
• Finite Element Analysis

References

1. 1. Babalık F.C. ve Çavdar K. (2016) Makine Elemanları Ve Konstrüksiyon Örnekleri, Dora Yayınevi, Bursa.
2. 2. Bayraktar A. ve Türker T. (2005) Deneysel Modal Analiz Yöntemi İle Düzlem Çerçevelerin Dinamik Karakteristiklerinin Belirlenmesi, Deprem Sempozyumu, Kocaeli, 1035-1041.
3. 3. Berger C. Kaiser B. (2005) Fatigue Behavior of Technical Springs, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 36(11), 685–696. doi: 10.1002/mawe.200500940
4. 4. Berger C. Kaiser B. (2006) Results Of Very High Cycle Fatigue Tests On Helical Compression Springs, International Journal of Fatigue, 28(11), 1658–1663. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2006.02.046
5. 5. Burhan M. (2010) Eksantrik Yay Yorulma Cihazının Tasarımı Ve İmalatı, Yüksek Lisans Tezi, UÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.
6. 6. Bozacı A. (2005) Makine Elemanları Cilt 1, Çağlayan Kitabevi, İstanbul.
7. 7. Del Llano-Vizcaya L. Rubio-Gonzalez C. Mesmacque G. Banderas-Hernandez A. (2006) Stress Relief Effect on Fatigue And Relaxation Of Compression Springs, Materials and Design, 28(4), 1330–1334. doi:10.1016/j.matdes.2006.01.033
8. 8. Del Llano-Vizcaya L. Rubio-Gonzalez C. Mesmacque, G. Cervantes-Hernandez, T. (2005) Multiaxial Fatigue And Failure Analysis Of Helical Compression Springs, Engineering Failure Analysis, 13(8), 1303–1313. doi:10.1016/j.engfailanal.2005.10.011

9. 9. Gönen, D. Oral, A. Cakır C.M. (2008) Çift Sıkıştırma Oranlı Yay Yorulma Test Cihazı Tasarım ve İmalatı, BAÜ FBE Dergisi, 10(1), 98–108.
10. 10. Gönen D. Oral, A. Cakır, C.M. (2015) Investigating The Benefits of Using Circular Die Springs Instead of Rectangular Die Springs, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 38(7), 799-812, 2015. doi: 10.1111/ffe.12269
11. 11. Kailas S.V., (2015). Chapter 8: Failure. Erişim Adresi: http://engineering108.com/Data/Engineering/Mechanical/Material_Science/Module8.pdf (Erişim tarihi: 2015)
12. 12. Kaiser B. Pyttel B. Berger, C. (2010) VHCF- Behavior of Helical Compression Springs Made of Different Materials, International Journal of Fatigue, 33(1), 23–32. doi:10.1016/j.ijfatigue.2010.04.009
13. 13. Kaymaz İ., Alsaran A., Hacısalihoğlu İ. (2015). Yorulma. Erişim Adresi: http://muhserv.atauni.edu.tr/makine/akgun/Docs/makel/Yorulma.pdf (Erişim tarihi: 2015)
14. 14. Kumar R.B. Das K.S. Bhattacharya D.K. (2002) Fatigue Failure of Helical Compression Spring in Coke Oven Batteries, Engineering Failure Analysis, 10(3), 291–296.
15. 15. Nie B. Zhang Z. Zhao Z. Zhong Q. (2013) Very High Cycle Fatigue Behavior of Shot - Peened 3Cr13 High Strength Spring Steel, Materials and Design, 50, 503–508.
16. 16. Özkan M.T. Dündar K. Gümüş, F. (2009) Bilgisayar Destekli Helisel Yay Tasarımı ve Sonlu Elemanlar Analizi, TÜBAV Bilim Dergisi, 2 (2), 199-210, 2009.
17. 17. Pıhtılı H. Özler L. (1997) Yay Tellerinde Yorulma ve Yorulma Deneylerinde İzlenecek Temel Esaslar, Mühendis ve Makine, 38 (445), 38-41, 1997.
18. 18. Puff R. Barbieri R. (2014) Effect of Non-Metallic Inclusions on the Fatigue Strength of Helical Spring Wire, Engineering Failure Analysis, 44, 441–454.
19. 19. Puff R. Bortoli, D.G.M. Bosco J.R. (2010) Fatigue Analysis of Helical Suspension Springs for Reciprocating Compressors, International Compressor Engineering Conference, July 12-15, Joinville, SC, Brazil.
20. 20. Porteiro J.L. (2010) Spring Design Optimization with Fatigue, Yüksek Lisans Tezi, University of South Florida, Florida, ABD.
21. 21. Pyttel B. Brunner I. Berger C. Kaiser B. Mahendran, M. (2013) Fatigue Behavior of Helical Compression Springs at a Very High Number of Cycles, International Journal of Fatigue, 60, 101–109.
22. 22. Schuller R. Karr U. Irrach D. Fitzka M. Hahn M. Bacher-Höchst M. Mayer H. (2015) Mean Stress Sensitivity of Spring Steel in The Very High Cycle Fatigue Regime, Journal of Materials Science, 50(16), 5514–5523. doi: 10.1007/s10853-015-9098-6
23. 23. Serbino E.M. Tschiptschin A.P. (2013) Fatigue Behavior of Bainitic and Martensitic Super Clean Cr–Si High Strength Steels, International Journal of Fatigue, 61, 87–92. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2013.12.007
24. 24. Sonsino C.M. Kaiser B. (2006) Course of SN-Curves Especially in The High-Cycle Fatigue Regime with Regard to Component Design and Safety, International Journal of Fatigue, 29(12), 2246–2258. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2006.11.015
25. 25. Stone R. (2014). Fatigue Life Estimates Using Goodman Diagrams. Erişim Adresi: http://mw-ind.com/pdfs/GoogmanFatigueLifeEstimates.pdf (Erişim tarihi: 2015)
26. 26. Subaşı M. Kafkas F. Karataş Ç. (2010) AISI 4140 Çeliğinde Sertlik Ve Kalıntı Gerilme İlişkisi, 2. Ulusal Tasarım İmalat ve Analiz Kongresi, Kasım 11-12, Balıkesir.
27. 27. Şahin S., Yorulma ve Aşınma (2015). Erişim Adresi: http://www2.cbu.edu.tr/salim.sahin/makine/malzeme_secimi/dersnotlari/6_ders.pdf (Erişim tarihi: 2015)