KAM MEKANİZMALARI

KAM MEKANİZMALARI
1.AMAÇ

Bu deneyde toparlaklı, santrik (merkezi) ötelenen izleyicili, kuvvet kapalı bir radyal kam mekanizmasının dinamik davranışının gözlenmesi ve izleyicinin atalet kuvvetleri nedeniyle kamla temasının kesildiği kritik devir sayısının tayini amaçlanmaktadır. Deneyle bulunan devir sayısı teorik model yardımıyla bulunanla mukayese edilerek, teorik yaklaşımın geçerliliği de irdelenecektir.

2.GİRİŞ

Kam mekanizmalarında izleyici ile kamın teması esas itibariyle iki yolla sağlanır. Bunlardan birincisi herhangi bir kuvvet tatbikiyle izleyicinin kama temas ettirilmesidir (buna kuvvet kapalılık denir). İkinci yol ise kam ve izleyiciye özel bir şekil verilerek birbirleriyle devamlı temasta kalmalarını sağlamaktır (buna
da şekil kapalılık adı verilir).
Kuvvet kapalı kam mekanizmalarında işletme devir sayısı için bir üst sınır söz konusudur. Bu sınıra erişildiğinde izleyici kamın konturundan ayrılır, başka bir deyişle “uçar” ve çok kısa bir müddet sonra tekrar çarparak kamla temasa geçer. Bu çarpıp ayrılmalar mevcut dinamik şartlara göre artarda veya münferit olabilir. İzleyicinin kam yüzeyinden ayrılması ve uçmasına “sıçrama” (İng. jump) denir. Sıçrama hadisesi istenmeyen bir şeydir. Bir kere kam mekanizmasından beklenen hareket planı gerçekleşmemiş olur; ikincisi sıçramalar iki cismin çarpışması demektir ki, mekanizma uzuvlarında kalıcı deformasyonlara veya kısaca hasara yol açarlar.

3.TEORİ
Kam Mekanizmalarının Tanıtımı, Çeşitleri Ve Sınıflandırılması

Karmaşık hareketleri basit yapılarına karşın kolaylıkla üretmeleri nedeni ile kam mekazizmaları, mekanizmalar içerisinde özel bir yer tutar. Basit yapıları yanında, dinamik olarak kolayca dengelenebilmeleri, hareketli parça sayısının azlığı ve küçük boyutlarda yapılabilir olmaları, dolayısı ile az yer kaplamalan gibi özellikleri son yıllarda kam mekanizmalarının kullanımını yaygınlaştırmıştır.
Yaygın kullanım yerleri arasında;
— Dokuma tezgahlan,
— Dikiş makinaları,
— Baskı makinalan,
— Kontrol sistemleri,
sayılabilir.

Kam mekanizmalarının tasarımının mekanizmanın dinamik performansı açısından dikkatli yapılması ve kamın hassas olarak imalatı gerekmektedir. Kam profilinin düzgün olarak çıkarılmasında alışılagelmiş geometrik yöntemlerin yetersiz kalması nedeniyle analitik yaklaşımlara dayalı bilgisayarla tasarım zorunlu hale gelmiştir.
Tipik bir kam mekanizması;
I. Kam,
II. izleyici
III. Sabit uzuv,
olmak üzere üç elemandan oluşur.



En basit yapı olarak bir serbestlik dereceli kam mekanizmaları üç uzuvlu bir kinematik zincirden oluşur. Mekanizma serbestlik derecesi bir olması için zincirde kam çiftinin dışında bulunan diğer kinematik çiftlerin serbestlik derecesi bir olması gerekir. Bu durumda, diğer kinematik çiftler kayar veya döner mafsal olabilirler. Yukarıda gösterildiği gibi, 3 değişik zincir ve bu zincirlerden elde edilebilen yedi değişik mekanizma mümkündür. Genel olarak kam çiftini oluşturan her iki yüzeyde farklı bir eğri olabilir isede, imalat kolaylığından dolayı yüzeylerden biri bir doğru veya dairedir. Daire olarak kendi ekseni etrafında dönebilen bir toparlak yerleştirilerek kayma sürtünmesi dönme sürtünmesine dönüştürülür.
Kam mekanizmalarının yukarıda de gösterildiği şekilde sınıflandırılması yeterli olmamıştır. Bu nedenle uygulamada kam mekanizmalarının sınıflandırılmasında üç değişik kriter kullanılır.
Kamın şekline göre, radyal, yüzeysel, silindirik, kama, konik, küresel veya üç boyutlu olarak kamların sınıflandırılmaları mümkündür.
Kam ile izleyicinin temas şekline göre kam çiftleri kuvvet kapalı veya şekil kapalı olarak sınıflandırılabilir. Kuvvet kapalı kam çiftleri daha yaygın olup kam çifti yüzeyine etkiyen normal kuvvetin ne şekilde oluştuğuna göre sınıflandırılabilir (yay, ağırlık, pnömatik, santrifüj, vb).
Şekil kapalı Kamlarda uzuvlar iki noktadan temas ederler ve kinematik çiftlerin teması için ek bir kuvvete ihtiyaç yoktur.
İzleyici uzuv olarak adlandıracağımız, genellikle basit geometrik yapıya sahip kinematik elemanı olan uzuv ise iki değişik şekilde sınıflandırılır:
1.
Kinematik elemanın geometrik şekline göre, düz yüzeyli, toparlaklı, küresel izleyiciler,
2.
İzleyici uzvun hareket şekline bağlı olarak, öteleyen veya salınan izleyicilerdir.
Ayrıca, öteleme yapan izleyiciler kaçık veya eksenel olarakda ayrılırlar.

Bir Kam mekanizmasını tanımlarken yukarıda verilmiş olan sınıflandırmalardan mümkün olduğunca fazlası verilmeye çalışılır: eksenel öteleme yapan, düz-yüzeyli izleyicili, kuvvet kapalı radyal kam (Şekil a), toparlaklı öteleme yapan izleyicili, şekil kapalı, kamalı kam (Şekil b) veya öteleme yapan silindirik izleyicili silindirik kam (Şekil c) gibi.

Kuvvet kapalı bir radyal kam mekanizmasında temasın kesileceği işletme devir sayısı izleyicinin
hareket denklemi yazılıp burada kamdan gelen temas kuvveti sıfıra eşitlenerek bulunur. İzleyicinin hareket denklemleri şöyle yazılabilir:

x doğrultusunda ( ∑Fx = max )
 -Fcos μ + FA - FB = 0 ……………….(1)

y doğrultusunda (∑ Fy = may )
Fsin μ - v (FA + FB ) + (Fön +  k s( θ ) )- mg =meş dt ………………(2)
ds
Moment denklemi (Mc = I а )
[h1 - R0  s( θ )] FA - [h1 + h2 - R0 - s(θ) ] FB = 0……………………. (3)
Radyal kam mekanizması ve izleyiciye gelen kuvvetler.
Burada μ = tan -1 RO+S(θ) bağlama açısı (kam profiline bağlıdır),
ds / dθ

Ro = R + ro : sivri uçlu izleyicili kamın temel daire yarıçapı, r0: toparlak yarıçapı, R: toparlak izleyicili kamın temel daire yarıçapı (buna ekidistans temel daire yarıçapı da denir), : sürtünme katsayısı, k: yay katsayısı, Fön: yayın öngerilme kuvveti, m: izleyiciyle birlikte hareket eden ve ağırlık yapan kütlelerin toplamı, meş: ataletçe eşdeğer kütle olup izleyicinin (fevkalade küçük yatak boşluklarının müsaade ettiği hariç) x doğrultusunda hareketi ve hareket düzlemine dik bir eksen etrafında dönmesi olmadığından (1) ve (3) denklemlerinin sağ tarafına sıfır konmuştur; yani

ax = 0 , a = 0 , ay = ds2 / dt ………………(4)

olmaktadır. Burada kritik devir sayısının tayininde (2) numaralı denklemden yararlanılacaktır. Bu denklemden kamdan izleyiciye kuvvet gelmemesi için iki şartın mevcudiyeti ortaya çıkar;
ya sin μ =0 dir veya F=0 dır veya iki hal birlikte mevcuttur. sin μ ≠ 0 kabul etmek şartıyla F=0 olması halinde (2) denkleminden aşağıdaki bağıntı elde edilir:

meş ds2 + v (FA+FB) + ( Fön + ks (θ) ) + mg = 0………………… (5)
dt2
(5) ifadesinin sıfıra eşit olması için her halükarda d2s / dt2 < 0 olması gerektiği anlaşılmaktadır. Şu halde kritik devir sayısında ayrılma (jump) hadisesi izleyici ivmesinin negatif olduğu bölgede beklenmelidir. Hareket
kanunlarıyla ilgili bilgilerimize göre
. ..
d2s = d2s θ2 + ds θ………………………..(6)
dt2 dθ2 dθ
..
yazılabilir. Burada θ=0 (yani kamın sabit açısal hızla döndüğünü) kabul edeceğiz. Buna göre (5) bağıntısında ivme yerine

. ..
d2s = d2s θ2 + ds θ……………………(7)
dt2 dθ2 dθ
..
yazılır ve θ2 çekilirse kuvvet kapalılığın bozulacağı kritik devir sayısı için
.
θ2 ≥ v (FA + FB) + Fön + ks(θ)) +mg ……………….(8)
meş│d2s / dθ2 │

bağıntısını buluruz. Not: Burada (d2s / dθ2 ) < 0 olduğunu biliyoruz, dolayısıyla oran pozitif bir sayıdır.


4.DENEY TESİSATI

Deney tesisatı



Tesisatta tahrik için şönt sargılı bir doğru akım elektrik motoru kullanılmaktadır (Şekil-2). Bu motor bir elastik kavramayla uzatma miline bağlanmıştır. Milin üzerinde devir sayısındaki dalgalanmaları azaltmakamacıyla bir de volan monte edilmiştir. Kam milin ucuna monte edilir ve emniyet somunları sıkılır. İzleyiciler toparlaklı veya tablalı tiptendir. İzleyici çubuğunun üst ucunda bir çelik bilye yer alır ve bu bilye bir yay ve de arzuya bağlı eklenecek kütleleri taşıyan ikinci bir çubuk tarafından yerinde tutulur. Bu bilye, üst çubuğa, sadece bir eksenel kuvvet iletilmesini temin eder. İzleyicinin hareketini kaydetmek için kağıt sarılı bir düşey tambur mevcuttur ve bu tambur hareketini bir trigger kayışıyla kam milinden alır. Kam mili hızı bataryalı bir dijital takometreyle ölçülmektedir.

5.YORUMLAR

Beklenen hesapladığımız kritik hızın, deneyde bulduğumuz kritik hızdan daha düşük çıkmasaydı ancak bu olmadı. Bunun olmamasının sebepleri şunlardır :

1- Ölçmeden kaynaklanan hatalar
2- Formüllerde bulunan cos Φ ve sin Φ değerlerinin açıyla değişimi çok hassastır. Φ ‘ yi bulurken yapabileceğimiz küçük bir hata beklenen sonuçlardan sapmalar meydana getirebilmektedir.