Hareketli parçalar

Bir motorun hareketli parçalarının bir modeli

Makineler hem sabit hem de hareketli parçalar içerir. Hareketli parçalar kontrollü ve kısıtlı hareketlere sahiptir.

Hareketli parçalar; yakıt, soğutma sıvısı veya hidrolik sıvısı gibi hareketli sıvılar hariç makine bileşenleridir. Hareketli parçalar ayrıca mekanik kilitler, anahtarlar, somunlar ve cıvatalar, şişeler için vidalı kapaklar vb. içermez. Hareketli parçası olmayan bir sistem "katı hal" olarak tanımlanır.

Mekanik verimlilik ve aşınma

Bir makinedeki hareketli parçaların miktarı, mekanik verimliliğinde bir faktördür. Hareket eden parçaların sayısı arttıkça bu parçalar arasındaki sürtünme nedeniyle ısıya kaybedilen enerji miktarı da artar. Örneğin modern bir otomobil motorunda, motor yakıtının yakılmasıyla elde edilen toplam gücün kabaca %7'si, motorun hareketli parçaları arasındaki sürtünme nedeniyle kaybedilir.

Bunun tersi olarak, hareketli parça sayısı ne kadar azsa verimlilik o kadar yüksek olur. Hiç hareketli parçası olmayan makineler çok verimli olabilir. Örneğin bir elektrik transformatörünün hareketli parçası yoktur ve mekanik verimliliği genellikle %90 seviyelerinin üzerindedir. (Bir transformatörde kalan güç kayıpları, bakır sargılardaki elektrik direncindeki kayıp, demir çekirdekteki histerezis kaybı ve girdap akımı kaybı da dahil olmak üzere başka nedenlerden kaynaklanır.)

Hareketli parçalar arasındaki sürtünmeden kaynaklanan verim kayıplarının üstesinden gelmek için iki yol kullanılır. İlk olarak hareketli parçalar yağlanır. İkincisi, hareketli parçalar birbirleriyle az miktarda temas edecek şekilde tasarlanır. Bir makinenin boyutu küçültülebilir, böylece hareketli parçaların birbirine sürtünen alanları oldukça basit bir şekilde azaltılabilir; bireysel bileşenlerin tasarımları, birbirleriyle teması azaltmak veya önlemek için şekilleri ve yapıları değiştirilebilir.

Uygun malzemelerin kullanımı gibi yağlama da aşınmayı azaltır. Hareketli parçalar aşındıkça makinenin hassasiyetini etkileyebilir. Bu nedenle tasarımcılar hareketli parçaları bu faktörü göz önünde bulundurarak tasarlamalı ve makinenin kullanım ömrü boyunca hassasiyet çok önemliyse aşınmanın hesaba katılmasını ve mümkünse en aza indirilmesini sağlamalıdır. (Bunun basit bir örneği, basit bir tek tekerlekli el arabasının tasarımıdır. Aksın el arabası kollarına sabitlendiği ve tekerleğin etrafında döndüğü bir tasarım, aşınmaya eğilimlidir ve bu da hızla yalpalamaya neden olurken tekerleğe bağlı ve kollardaki yataklar üzerinde dönen bir dingil eskisi gibi sallanmaya başlamaz ve aks kolların arasından aşınır.)

Hareketli parçaların yağlanması, sürtünmesi ve aşınmasıyla ilgilenen bilim ve mühendislik disiplini; malzeme bilimi, makine mühendisliği, kimya ve mekaniği kapsayan disiplinler arası bir alan olan tribolojidir.

Arıza

Bahsedildiği gibi aşınma, bir makinedeki hareketli parçalar için bir endişe kaynağıdır. Arızaya yol açan diğer endişeler arasında korozyon, erozyon, termal stres ve ısı oluşumu, titreşim, yorulma yüklemesi ve kavitasyon yer alır.

Yorulma, büyük atalet kuvvetleriyle ilişkilidir ve hareketli bir parçanın sahip olduğu hareket türünden etkilenir. Düzgün dönme hareketine sahip hareketli bir parça, ileri geri salınan hareketli bir parçaya göre daha az yorulmaya maruz kalır. Titreşim, makine çalışması sonucu oluşan zorlama frekansının, dönen miller gibi bir veya daha fazla hareketli parçanın rezonans frekansına çarpmasına sebep olarak arızaya yol açar. Tasarımcılar, tasarlama sürecinde parçaların doğal frekanslarını hesaplayarak bu rezonansı sınırlamak veya ortadan kaldırmak için parçaları değiştirerek bu sorunlardan kaçınırlar.

Hareketli parçaların arızalanmasına yol açabilecek diğer faktörler, bir makinenin soğutma ve yağlama sistemlerindeki arızaları içerir.

Hareketli parçaların arızalanmasıyla ilgili son ve özel bir faktör kinetik enerjidir. Bir makinenin hareketli parçalarının kinetik enerjisinin ani bir şekilde serbest bırakılması, hareketli bir parçanın hareketi yabancı bir cisim tarafından engellenirse meydana gelir ve bu aşırı gerilim arızalarına neden olur. (Bununla ilgili daha fazla tartışma için yabancı cisim hasarına bakın.)

Bir makinenin hareketli parçalarının kinetik enerjisi

Bir makinenin kinetik enerjisi, her bir hareketli parçasının kinetik enerjilerinin toplamıdır. Hareketli parçaları olan bir makine, matematiksel olarak kinetik enerjileri basitçe toplanmış birbirine bağlı bir cisimler sistemi olarak ele alınabilir. Bireysel kinetik enerjiler, hareketli parçaların eksenleri etrafındaki öteleme ve dönüş hareketlerinin kinetik enerjilerinden belirlenir.

Hareketli parçaların dönme kinetik enerjisi, bu tür her hareketli parça sisteminin bir halkayı veya ideal bir halkanın bir parçasını oluşturan, anlık bir eksen etrafında dönen bağlı cisimlerin bir koleksiyonuna indirgenebileceğine dikkat edilerek yarıçap $a$, saniyedeki devir sayısı $n$ olacak şekilde hesaplanabilir. Bu ideal halka, yarıçapı dönme yarıçapı olan eşdeğer volan olarak bilinir. Halkanın tüm bölümlerinin yarıçaplarının karelerinin kütlelerine göre integrali $\int a^{2}dm$, ayrıca halka, bu kütlelerin çarpımlarının ve yarıçaplarının karelerinin toplamı olarak ayrık parçacıkların bir koleksiyonu olarak modellendiğinde de ifade edilebilir. $\sum _{k=0}^{n}m_{k}\times a_{k}^{2}$ halkanın atalet momentidir ve $I$ olarak gösterilir. Tüm hareketli parça sisteminin dönme kinetik enerjisi $\omega$'nin eylemsizlik momenti ile aynı eksen etrafındaki hareketli parçaların açısal hızı olduğu ${\frac {1}{2}}I\omega ^{2}$'dir.

Hareketli parçaların ötelenme kinetik enerjisi $m$'in toplam kütle ve $v$'nin hızın büyüklüğü olduğu${\frac {1}{2}}mv^{2}$'dir. Bu durum bir makinenin hareketli parçalarının toplam kinetik enerjisi için formülü şu şekilde verir: ${\frac {1}{2}}I\omega ^{2}+{\frac {1}{2}}mv^{2}$.

Bu mühendislik diyagramı yanlış türde/sayıda mekanik bağlantı kullanılmasının sabit parçaların sallanmasına) neden olabileceği kinematik tasarım ilkesini gösterir.

Hareketli parçaları mühendislik diyagramlarında gösterme

Teknik çizimde, hareketli parçalar geleneksel olarak parçanın ana veya ilk konumunda katı taslağı çizilerek parçanın ikincil, hareket ettirilmiş, bir hayali çizgiyle çizilmiş bir konumda ek bir taslağıyla ("nokta-nokta-çizgi" dizileri iki kısa ve bir uzun çizgi segmenti) ana hatları ile belirlenir. Bu sözleşmeler, 1979'da yayınlanan ASME Y14.2M de dahil olmak üzere Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü ve Amerikan Makine Mühendisleri Derneği'nin çeşitli standartlarında kabul edilmiştir.

Son yıllarda, hareketli parçaların hareketlerinin gösterimi için teknik ve mühendislik diyagramlarında animasyon kullanımı daha pratik ve yaygın hale geldi. Animasyon, hareketli parçaları daha net bir şekilde temsil etmekte ve bunların ve hareketlerinin daha kolay görselleştirilmesini sağlamaktadır. Ayrıca bilgisayar destekli tasarım araçları, hareketli parçaların hareketlerinin simüle edilmesine izin vererek makine tasarımcılarının, örneğin belirli bir tasarımdaki hareketli parçaların birbirinin hareketini engelleyip engellemeyeceğini veya tasarımcının doğrudan sayısal bir analiz yapması yerine bilgisayarın basit görsel incelemesiyle çarpışacağını belirlemesine olanak tanır.

Ayrıca bakınız

• Kinetik sanat — hareketli parçalar içeren heykel
• Hareket (saat mekanizması) — bir saatin veya saatin hareketli parçalarının özel adı

Kaynakça

• "Line conventions and lettering". New York: American National Standards Institute. 1979. ANSI/ASME Y14.2M. 
• "Method of diagramming for moving parts fluid controls". National Fluid Power Association and American National Standards Institute. 1976. ANSI/NFPA T3.28.9-1976.