Kurma yaylar, metal veya metal alaşımlı, yuvarlak veya dikdörtgen kesitli malzemeden silindirik helisel olarak sarılmış ve yay uçlarında şekil verilmiş kollar bulunan yaylardır.
Kurma yayları – torsiyon yaylar genellikle miller için hareket verici eleman olarak kullanılır. Açısal yönde ya da kurma yönünde enerjiyi depolayan, yay kollarından birinin yay gövdesi etrafında dönmesi ile çalışır. Kurma yaylar (torsiyon yaylar) dönme ve burulma doğrultusunda uygulanan kuvvetlere direnç gösterirler. Kurma yayı genellikle hareket ettirici araç olarak görev yapar.
Kurma Yaylar – Torsiyon yayları Otomobil, Elektrik, Beyaz eşya, Mobilya, Makine endüstrilerinde mekanizma yayları olarak kullanılmaktadır. Örneğin araç koltuklarında mekanizma yayı, kapı açma mekanizması, miller için hareket verici eleman vb. olarak kullanılırlar.
Kurma yayları kullanıldıkları yerlere göre farklı şekillerde imal edilebilirler. Kurma yayları kurma yönüne ve kurma kollarını tipine bağlı olarak adlandırılırlar, yay uçları birçok formda olabilir. Aynı zamanda sarım grup adedi de yayların isimlerini değiştirmektedir. Bunlar kısa kanca, düz ofset, reze, düz torsiyon, duble torsiyon olarak adlandırılmaktadır.
Torsiyon yaylar yay kollarına uygulanan tork ile enerji depolarlar; kuvvet etkisi kalktığında kuvvet yönünün tersine moment iletirler. Kurma yayı- torsiyon yayın yay çapı küçülecek yönde çalıştırılması gerekir. Yay çapı büyüyecek yönde, sarım yönünün tersine çalıştırılırsa kalıcı deformasyon oluşabilir. Tasarım yapılırken çalışma ve sarım yönüne mutlaka dikkat edilmelidir.
Kurma yayı imalatında kullanılan bazı malzemeler: Patent tavlı soğuk çekilmiş alaşımsız yaylık çelik tel, yağ ile sertleştirilmiş, temperlenmiş yaylık çelik tel, paslanmaz yay çeliği.
İhtiyaç doğrultusunda 0,10 mm den, 15,00 mm’e kadar her türlü kurma yayı, burgu yay, burma yay, torsiyon yaylar, kurma yayları, kollu yay, kurmalı yay üretilmektedir. Uygulamanın gerektirdiği tasarım özelliklerine göre, bu tip yaylar saat yönünde veya saat yönünün tersine çalışacak şekilde üretilebilirler.
Yayların kollarındaki formlar daha yay sarılırken CNC makinelerde oluşturulmaktadır. Gerilim giderme işlemleri elektronik kontrollü, hava sirkülasyonlu fırınlarda yapılarak yaydan yüksek performans elde edilir.
DAİRESEL KESİTLİ TELDEN SOĞUK OLARAK SIKI SARILAN TORSİYON YAYLARININ HESABI
Yaylar enerji depolayan elemanlardır. Torsiyon yaylarında, malzemenin elastik bölgesinde kalmak şartıyla, yaya eksenden R uzaklıkta teğetsel olarak etkiyen bir F kuvvetinin oluşturduğu M momenti dolayısıyla yay sıkıştırılıp depolanan enerji daha sonra geri alınabilir.
Torsiyon Yay – Kurma Yaylarının Terminolojisi :
d : Yay malzemesi telin çapı (mm)
D
i
: Yayın iç çapı (mm)
D
m
= D
i
+ d : Yayın ortalama çapı (mm)
D
d
= Di + 2*d : Yayın dış çapı (mm)
w = D
m
/ d : Yay indeksi
( Genelde 4 = < w < = 20 önerilir.)
Torsiyon yayı, sarımlar ile bir adet sabit bacak ve bir adet hareketli bacaktan oluşur.
M1 = Birinci moment ( Nmm )
Birinci moment, teğetsel birinci kuvvet F1 ( N ) ile tesir mesafesinin eksene uzaklığı olan R ( mm )’nin çarpımına eşittir.
M2 = İkinci moment ( Nmm )
İkinci moment, teğetsel ikinci kuvvet F2 ( N ) ile tesir mesafesinin eksene uzaklığı olan R (mm)’nin çarpımına eşittir.
Kullanılan semboller :
α = alfa
δ = delta
σ = sigma
π = pi ( 3.1416 )
α
1
= M1 momenti altında sıkıştırılan yayın bacağının yaptığı açısal strok ( derece)
α
2
= M2 momenti altında sıkıştırılan yayın bacağının yaptığı açısal strok ( derece )
α
h
= ( M2 – M1 ) moment farkından oluşan açısal strok farkı ( derece )
δ
0
= Yay boşta iken bacaklar arasındaki açı
δ
1
= M1 momenti altında sıkışan yayın bacakları arasındaki açı ( derece )
δ
2
= M2 momenti altında sıkışan yayın bacakları arasındaki açı ( derece )
Yaya etkiyen moment dolayısıyla yay telinin kesitinde oluşan İç Gerilme :
σ = ( 32 * M ) / (π * d ) ( N / mm )
( M2 – M1 ) Nmm moment farkında α
h
derece strok farkı yapan yayın Yay rijitliğinin bulunması:
c = ( M2 – M1 ) / α h ( Nmm / derece )
TORSİYON YAYI MOMENT – AÇISAL STROK DİYAGRAMI
Her iki bacağı da teğetsel olan Torsiyon Yayı
Bir bacağı teğetsel,diğer bacağı radyal bükümlü olan Torsiyon Yayı İç büküm radyusu r > = d olmalıdır.
Her iki bacağı da radyal olarak bükülmüş Torsiyon Yayı
İç büküm radyusu
r > = d
olmalıdır.
Düzeltilmiş İç Gerilme :
Yay İndeksi dolayısıyla Düzeltme Katsayısı kw
kw = ( w + 0.07 ) / ( w – 0.75 )
Radyal bükülmüş bacakları olan yaylarda ( r / d ) oranı dolayısıyla Düzeltme Katsayısı krd
krd = ( 2 * ( r / d ) + 1.07 ) / ( 2 * ( r / d ) + 0.25 )
Max. İç Gerilmenin (σ max) hesabı için iki Çalışma Şekli arasında seçim yapılır.
a) Statik Çalışma: Eğer yay toplam 10000 çevrimden fazla çalışmayacaksa veya etkiyen F kuvveti sabit kalıyorsa
Gerilme Düzeltme Faktörü (k) :
k=1
b) Dinamik Çalışma: Yay zor şartlarda çalışacaksa ( 10 000 000 çevrim ömrü)
Gerilme Düzeltme Faktörü (k)
Burada yukarıda hesaplanan kw veya krd katsayılarından büyük olanı alınır.
k = kw veya krd
Çalışma şekline göre gerekli seçim yapılarak M
max
= M2 momenti altında telde oluşan max. İç Gerilme ( σ max ) bulunur.
σmax = k * σ(N/mm )
2
σmax = ( 32 * k * M2 ) / ( π* d ) 3 ( N / mm 2 )
Yay üretiminde kullanılacak standart tellerin malzemelerine ve çaplarına göre Çekme 2 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 Akma Gerilmesinin ( σakma) altında kalmasıdır.
Pratik olarak :
σakma = 0.70 * Rm alınabilir.
Bundan sonra yapılacak iş :
σ max < σ akma
olacak şekilde tel çapını ve malzemesini seçmektir.
Sonuçta: d = ( ( 32 * k * M2 ) / (p * σ akma ) ) 1/3 sağlanmalıdır.
Varsayılan çapta tel beklentileri karşılamıyorsa bir sonraki çapa geçilerek uygun tel çapı bulunur.
Böylece M2 momenti altında güvenle çalışabilecek standart telin çapı belirlenmiş oldu.
Torsiyon Yaylarında genelde
M1 ve M2 momentleri ( Nmm = Newton mm ) olarak ve bunlara ait α1 ve α2 açısal strokları ( derece ) olarak verilir.
M1 küçük moment, M2 büyük moment ( M2 = Mmax ), α1 küçük açısal strok, α2 büyük açısal strok olur.
Bazen αh = α2 – α1 (derece) olarak açısal strok farkı verilir.
M : M1 ile M2 arasında kalan herhangi bir moment;
α : α1 ile α2 arasında kalan herhangi bir açısal strok olmak üzere
c = M1 / α1 c = M2 / α2 c = M /α c = ( M2 – M1 ) / αh geçerlidir.
Bir sonraki adım seçilen malzemeden d çapında telden oluşan ve Dm ortalama çapına sahip Torsiyon Yayının M2 momenti altında α2 derece açısal strok yapması için kaç sarımın ( n ) gerekli olduğunu bulmaktır.
E : Malzemenin elastisite modülü ( N / mm
2
) olmak üzere
n = ( d
4
* E * α2 ) / ( 3667 * Dm * M2 ) olarak hesaplanır.
Torsiyon yayının bacakları M2 momenti ile kapatıldığında yayın iç ve dış çaplarında da değişme olur.
D i α2 = ( ( Dm * n ) / ( n + (α2 / 360 ))) – d
D d α2 = ( ( Dm * n ) / ( n + (α2 / 360 ))) + d
Montaj halinde özellikle iç çap küçülmesi dikkate alınmalıdır
Dinamik çalışan bir yay için kritik çalışma hızı hızkr ( 1 / saniye ) olarak hesaplanır.
Bu hıza yaklaşıldığında yay için rezonans riski vardır.
Torsiyon yayları dinamik olarak çalışacaksa M1 momenti altında oluşan α max1 zorlanması ile M2 momenti altında oluşan α max2 zorlanması değerleri yay ömür tabloları göz önüne alınarak, yay çevrim ömrü değerlendirmesi yapılır.
Torsiyon yaylarının hesaplanması için hazırlanan programda girilecek değerler :
Birinci Moment M1 ( Nmm ) cinsinden
İkinci Moment M2 ( Nmm ) cinsinden
α
h
Strok farkı ( α
h
= α
2
-α
1
derece cinsinden )
D
i
Yayın iç çapı ( mm cinsinden )
Radyal bükülmüş bacak halinde iç büküm radyusu
Seçim yapılacak konular :
Statik Çalışma Şekli
Dinamik Çalışma Şekli
Seçilen çalışma şartlarına göre önerilen malzemeler
Torsiyon yayının bacak dizaynı
Program çalıştırıldığında, mevcut olan çaplara göre, torsiyon – kurma yayı ile ilgili teknik bilgiler ve uyarılar elde edilir.
Radyal bükülmüş bacak halinde girilmiş iç büküm radyusu tel çapından küçük olursa sonuçta tel çapına eşit iç büküm radyusu elde edilmektedir.
Kurma yay- Torsiyon yayları için programda mevcut olan malzeme ve çap seçenekleri :
SL , SM , SH ve DM malzemeler için çaplar :
0.20 0.30 0.40 …………………….. 1.00 mm
1.20 1.40 1.50 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.50 2.60 2.80 3.00 mm
3.50 4.00 4.50 ………………………12.00 mm
Paslanmaz malzemeler için çaplar :
0.20 0.30 0.40 …………………….. 1.00 mm
1.20 1.40 1.50 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.50 2.60 2.80 3.00 mm
3.50 4.00 4.50 ………………………10.00 mm
