Orman Fakültesi Orman Endüstri Mühendisliği İŞ GÜVENLİĞİ UZMANLIĞI MAKİNA BİLGİSİ TEMEL EĞİTİM PROGRAMI. 12. Cıvata Somun Bağlantıları

İŞ GÜVENLİĞİ UZMANLIĞI

TEMEL EĞİTİM PROGRAMI

MAKİNA BİLGİSİ

Orman Endüstri Mühendisliği

12. Cıvata – Somun Bağlantıları

12.1. Genel

12.2. Cıvataların Görevleri 12.3. Vida Profilleri

12.4. Cıvata Somun Çeşitleri

12.5. Cıvata ve Somun Bağlantılarının Yapılması

12.6. Cıvata-Somun Bağlantılarında Emniyet Tedbirleri 12.7. Cıvata ve Somun Malzemeleri

12.8. Cıvataların Boyutlandırılması

• Cıvatalar ve somunlar, teknikte en çok kullanılan ve sökülebilen bağlantılar yapılmasına yarayan makina elemanlarıdır.

• Cıvata, esas itibarıyla silindirik bir gövde ve bu gövde üzerine belirli kurallara göre açılmış vida profilinden meydana gelir.

• Cıvata bağlantısında karşı parçayı oluşturan somun da aynı kurallara göre bir delik içine açılmış vidadan ibarettir.

• Çok geniş kapsamlı olarak standartlaştırılmış olduklarından gerektiğinde kolaylıkla temin edilebilir ve değiştirilebilirler.

• Somun-cıvata bağlantılarının esasını üzerinde dişler açılmış bir dış vida (cıvata) ile bir iç vida (somun) meydana getirir.

• Bu iki parça eş çalışacağından her ikisinde de açılmış olan dişlerin aynı şekil ve büyüklükte olması gerekir.

- Sökülebilen bağlantılarda tespit cıvatası olarak,

- Tespit ettikten sonra öngerilme vermek maksadıyla, - Tapa ve kör tapa olarak,

- Boşluk ve aşınmaları ayarlamak için ayar cıvatası olarak, - Ölçme aletlerinde ölçü vidası olarak (mikrometre),

- Küçük kuvvetleri büyük kuvvetlere çevirmek için (mengene, vidalı pres),

- Dönme hareketini ilerlemeye, ilerlemeyi dönmeye çevirmek için (yivset-mermi),

- Cıvatalar ve somunlar; makinaların montajında, dişli kutularında, yatakların ve makinaların temele tespitinde somunla birlikte ya da somunsuz olarak bağlantı cıvatası,

- Mengene, pres gibi mekanizmalarda küçük çevre kuvvetleri ile büyük eksenel kuvvetlerin sağlanması amacıyla hareket cıvatası, - Ön gerilme temini gereken gergi mekanizmalarında gergi

cıvatası, yağ deliklerinde kapama elemanı (kör tapa), aşınma ve boşluk ayarı gereken yerlerde ayar cıvatası, mikrometre gibi ölçü aletlerinde ölçme elemanı olarak

uygulanırlar.

• Somun–cıvata bağlantıları bağlantı amacı yanında, boru ve armatür bağlantılarında sızdırmazlık, vagon bağlantılarında darbelerin karşılanması amacıyla kullanılır.

- Bağlantı cıvatalarının görevi yapı ve konstrüksiyon elemanlarını birbirine bağlamaktır.

- Hareket cıvatalarının görevi ise vidanın hareketi sırasında kuvvetleri cıvatadan somuna veya somundan cıvataya iletmektir.

- Bağlama elemanı olarak somunlu, somunsuz ve saplama olmak üzere üç şekilde kullanılır.

- Saplamaların bir tarafı doğrudan doğruya bağlanacak parçaların birine vidalanır ve sık sık çözülmesi gereken sistemlerde kullanılır.

• Cıvataların bağlama ve çözme

Cıvata-Somun Bağlantılarının Avantajları

• Çözmek ve bağlamak çok kolaydır.

• Standart olarak hazırlanmışlardır.

• Kolay imal edilirler.

• Değişik uygulamalar için değişik tipleri mevcuttur.

Cıvata-Somun Bağlantılarının Dezavantajları

• Kendi kendine çözülmemesi için emniyet önlemleri almak gerekir.

• Vidanın merkezleme kalitesi yoktur.

• Çentik tesiri ile kopabilir.

• Ötelemenin dönmeye çevrilmesinde verim düşüktür.

• Cıvata bağlantıları çok farklı alanlarda kullanıldığından amaca uygun çeşitli vida profilleri geliştirilmiştir.

• Ancak, seçilen profilin şekline ve büyüklüğüne, vida adımına ve sarıldığı silindirin çapına bağlı olarak sonsuz sayıda vida elde edilebilir.

• Bunun sonucunda farklı ölçülerde yapılan vidalar birbirine uymaz, aralarında değiştirilme özelliği sağlanamaz.

• Bu sebeple vidalar uluslar arası düzeyde standartlaştırılan ilk makina elemanlarındandır.

• Vidalar; açıldığı yüzeye, ölçü sistemine, helis yönüne, diş profiline, diş aralığına, kullanım amacına, ağız sayısına ve kullanım alanına göre sınıflandırılmıştır.

• Vida silindirik çubukların dış ve dairesel deliklerin iç yüzeyine açılmış helis şeklinde kanaldır.

• Vidayı; h hatve, silindir çapı d ve eğim açısı 𝛼 olmak üzere üç ana faktör karakterize eder.

• Vida profili adı verilen diş şeklinin bir silindir üzerine bir helis eğrisi boyunca sarılması ile vida elde edilir.

• Helis eğrisi açıldığı zaman bir dik üçgen elde edilir.

• Dik üçgenin yüksekliğine (h) vida adımı (hatve)) denir.

• Helisin eğim açısı ve silindirin çapı olmak üzere aşağıdaki bağıntı geçerlidir.

𝑡𝑔𝛼 = ℎ

Diş: Helisel vida kanalı açıldıktan sonra oluşan çıkıntılardır. Çeşitli profillerde olabilir. Ancak, bir vidanın bütün dişleri aynı profildedir.

• Diş üstü çapı (d): Vida açılmış silindirin çapıdır. Anma ölçüsü olarak da adlandırılır.

• Adım (h): Vidalarda iki diş arasındaki uzaklık ya da vidanın bir turda aldığı yoldur.

• Bölüm dairesi çapı (d₂): Vidanın diş üstü çapı ile diş dibi çapı arasından geçen çapın ölçüsüdür.

• Sadece hesaplarda kullanılır.

• Diş dibi çapı (d₁): Vidanın diş dibinden ölçülen çapıdır.

• Diş üstü çapından iki diş yüksekliğinin çıkarılmasıyla elde edilir.

• Diş yüksekliği (t): Vidanın diş üstü çapı ile diş dibi çapı arasında kalan tek taraflı uzaklıktır.

• Vida eğim açısı 𝛼 : Vida dişlerini oluşturan helis eğrisinin, bölüm dairesi açınım doğrusu ile yaptığı açıdır.

• Kullanım amacına göre vida profilleri;

• üçgen,

• trapez,

• yuvarlak,

• testere dişi,

• kare ve

• özel vida profilleri olarak üretilmektedir.

• Dikdörtgen vida profilleri standartlaştırılmamıştır.

Üçgen Vida Profilleri

• Üçgen vida profilleri tepe açılarına göre iki gruba ayrılırlar;

• Metrik vida

• Whitworth vida

• Metrik vida profili eşkenar bir üçgen olup, tepe açısı 60^o’dir.

Cıvataya açılan dişlerin uçları üçgen yüksekliğinin 1/8’i kadar kırılmış, dipleri çentik etkisini azaltmak ve imalatı kolaylaştırmak için yuvarlatılmıştır.

• Whitworth vida profili tepe açısı 55^o olan ikizkenar bir üçgen şeklindedir. Dişlerin baş ve dipleri üçgen yüksekliğinin 1/6’i kadar kırılarak yuvarlatılmıştır.

• Withworth vida profili bugün yerini metrik vidaya bırakmıştır.

• Üçgen profilli vidalar bağlantı cıvatalarında kullanılır.

Trapez Vida Profilleri

• Trapez vidada tepe açısı 30^o olan bir trapez profil kullanılır.

• Vidalar, profillerin yan yüzeylerinden temas ederler ve vida ucunda boşluk bulunabilir.

• Trapez profil eksenel doğrultuda her iki yöndeki kuvvetleri aynı şekilde taşıyabilir.

Testere Dişi Vida Profilleri

• Testere dişi vida profili tepe açısı 30^o olan bir dik üçgen şeklindedir.

• Eksenel doğrultuda tek yönde etki eden kuvvetlerin karşılanması için testere dişi vida profili profil şeklinden dolayı daha uygundur

Yuvarlak Vida Profilleri

• Yuvarlak vida profilinde dişler yuvarlatılmıştır.

• Atmosfer etkilerine, toza, toprağa maruz ve sık sık takılıp sökülmesi gereken bağlantılarda sivri tepeli üçgen profiller kolaylıkla hasar görebildiklerinden kullanılmazlar.

• Raylı taşıtlardaki vagon kavramaları, armatür bağlantıları ve benzeri yerlerde toz ve topraktan kolay zarar görmeyen yuvarlak vida profilleri kullanılır.

İnce Diş Vidalar

• Normal ölçülerdeki vida profilleri ve bunların adımları bazı işler için kaba gelir ve uygun olmaz.

• Örneğin, optik aletlerde, ince ayar işlerinde vidanın büyük dönme açılarına karşılık küçük eksenli eksenel ilerleme olması istenir.

• Bu amaçla küçük adımlı ince diş üçgen vidalar kullanılır.

• İnce diş vidalarda profillerin geometrik şekli normal profilin benzeri fakat küçüğüdür.

• Bütün vida profillerinin çeşitli adımlarda standartlaştırılmış ince

• Cıvatalar, başlı cıvata, başsız cıvata (saplama) vidalı pim, vidalı mil olarak gruplandırılabilir.

• Cıvata ya bir somunla birlikte kullanılır veya vida açılmış bir deliğe vidalanır.

• Genel olarak, anahtarla sıkılan başlı cıvataların kullanılması tavsiye edilir.

• Baş şekilleri uygun ve yeterli mukavemette olduklarından başlı cıvatalara anahtarla

istenilen moment

uygulanabilir.

• Tornavida ile sıkılan cıvatalara uygulanabilecek moment sınırlı olduğu, baştaki tornavida ağzı da kolaylıkla bozulduğundan, özellikle korozyona maruz kalmış cıvataları sökmek de zordur.

Baş şekillerine göre cıvatalar;

• Altı köşe başlı cıvatalar

• Kare başlı cıvatalar

• Havşa başlı cıvatalar

• Mercek başlı cıvatalar

• Yuvarlak başlı cıvatalar

• Silindirik başlı cıvatalar

• Özel başlı cıvatalar (tırtıllı, halkalı, kelebek, beton, çekiç başlı, saplı)

• Altı köşe başlı cıvata en çok kullanılan cıvata tipidir. İçten altı köşe başlı cıvatalar (inbus cıvatası) gömme başlı cıvata bağlantılarında yer ihtiyacı az olduğu için daha uygundur.

• Cıvatalar standart eleman olduklarından baş şekline, açılmış olan vidaya ve uzunluklarına göre gösterilirler.

• Örneğin, 20 mm çapında 60 mm uzunluğunda altı köşe başlı bir metrik cıvatanın gösterilişi;

Altı köşe başlı cıvata M 20 x 60 TS 1021/1

• Cıvataların vidalı kısımlarının uzunlukları somunun takılmasına veya cıvatanın deliğe vidalanmasına yetecek kadardır.

• Aynı vida ölçüsünde, çeşitli uzunlukta cıvata yapıldığı için şaft uzunluğunun kullanım yerine uygun olarak seçilmesi gerekir.

• Özel durumlar için başa kadar vida açılmış cıvatalar da yapılmaktadır.

• Saplama cıvatalarında vidanın yerine takılıp sıkıldıktan sonra sarsıntılar nedeniyle gevşemesini önlemek için sıkı geçmeye yakın bir toleransta işlenir.

• Saplama, yerine özel bir anahtarla takılıp sıkıldıktan sonra üzerine diğer parça geçirilir ve ucuna somun vidalanır.

• Makinaların temellere tespitinde kullanılan cıvataların, şaft kısımları betona gömüleceklerinden, yeterli uzunlukta ve çıkmalarını önleyecek şekillerde yapılırlar.

• Kelebek ve tırtıl başlı cıvatalar anahtar kullanılmadan elle sıkılabilirler.

• Gözlü cıvatalar sık sık açılıp kapatılan kapakların tespitinde kullanılır.

• Halka başlı cıvata elektrik motorları, dişli kutuları ve ağır makine parçalarının taşınmasında ve montajında kullanılır. Cıvata halkasından geçirilen bir halat veya çubuk yardımıyla parçanın rahatlıkla kaldırılması mümkün olur.

• Fırdöndü tertibatında kullanılan özel başlı cıvatanın bir tarafında sağ, diğer tarafında sol vida açılmış olup, döndürüldüğü zaman her iki ucun birbirine yakınlaşmasını ve sıkmayı sağlar.

• Kör tapa olarak kullanılan kapama cıvatalarındaki fatura, conta içim dayanma yüzeyi teşkil ederek sızdırmazlığı sağlar.

• Sac bağlantılarında ve ağaç işlerinde kullanılan sac ve ağaç vidaları takıldıkları parçadaki vidayı kendileri açarlar.

• Bu vidalar hassas cihaz tekniği, aparat imalatı ve elektronikte yumuşak metal ve ince sacdan yapılmış parçaların bağlantılarında somun kullanılmadan bağlantının yapılmasını sağlarlar.

• Bu vidaların bir kısmı çekiçle yerine bir miktar çakıldıktan sonra, tornavida ile sıkılarak ön gerilme verilir.

Somun çeşitleri:

• Altı köşe somunlar (normal, faturalı, şapkalı, emniyetli, taçlı)

• Kare somunlar

• Kelebek somunlar

• Tırtıllı somunlar

• Yuvarlak somunlar

• Halkalı somunlar

• Kollu somunlar

• Özel somunlar (yarıklı, kanallı, vb.)

• Kullanılacak cıvata ve somun tipinin seçiminde montaj imkanı en önemli rolü oynar.

• Sıkma için anahtar, kanca anahtar, tornavida ve diğer takımların rahatlıkla kullanılması, montaj ve demontajın kolay olması ön koşuldur.

• Somunun sıkılmasında normal altı köşe anahtar kullanılıyorsa, anahtarın döndürülmesi için yeterli hacim olmalı ve parça üzerinde döndürmeyi önleyecek çıkıntı bulunmamalıdır.

• Altı köşe somun anahtarlarının dönmesi için yer olmayan gömme başlı cıvata konstrüksiyonlarında boru anahtar kullanılır.

• Dönen makina parçalarında çıkıntılar her zaman tehlike yarattığından cıvata başlarının gömme yapılması daha uygundur.

• Özellikle takım tezgahlarında makinanın kolay temizlenmesi bakımından da gömme başlı cıvata konstrüksiyonları tercih edilir.

• İçten altı köşe başlı cıvatalar daha az yere ihtiyaç gösterdiklerinden gömme başlı konstrüksiyonlar için uygun özelliklere sahiptirler.

• Somun ve cıvata başı altına konan çeşitli tipteki rondela veya pullarla, cıvata ve somunları sıkmak için kullanılan anahtarlar tamamlayıcı parçaları oluştururlar.

• Böylece sıkma ve sökme momentinin gereksiz artması önlenmiş olur.

• Ayrıca bağlanan parçaların yumuşak olması halinde, oturma yüzeyini artırdığından, parçaların ezilmesi önlenir.

• Cıvata bağlantılarının özellikle dinamik zorlanmalar etkisinde kendi kendine gevşemesini/bağlantının tamamen çözülmesini önlemek için tedbir alınmalıdır

• Cıvata bağlantılarında kullanılan emniyet tedbirleri şekil bağlı ve kuvvet bağlı olmak üzere iki gruba ayrılır.

• Şekil bağlı emniyet tedbirlerinde gevşeme somunun özel şekli veya emniyet elemanının şekli ile önlenir. Emniyeti sağlayan eleman parçalanmadan veya şekli bozulmadan somunun gevşemesi mümkün değildir.

• Şekil bağlı emniyet tedbirleri;

emniyet pimleri ve emniyet saclarıdır.

• Kuvvet bağlı emniyet tedbirlerinde ise cıvata ve somun arasında ek bir gerilme oluşturularak somunun gevşemesi önlenir. Yaylı rondelalar, fiber veya plastik halkalar, kontra somun kuvvet bağlı emniyet tedbirleridir.

• Somun içine açılan kanala fiber veya plastikten diş açılmamış bir halka konur.

• Somun sıkıldığı zaman cıvata dişleri radyal yönde bir kuvvete maruz kalır ve gevşemesi zorlaşır.

• Çift veya kontra somun düzeni de basit ve etkili bir emniyet tedbiridir.

• Somun – cıvata bağlantılarının sökülmemesi esastır.

• Sıkılarak ön gerilme verilmiş bir cıvata bağlantısının kendiliğinden çözülmemesine otoblokaj (kilitlenme) denir.

• Bu özellik vida eğimine ve sürtünme katsayısına bağlıdır.

• Çözme yönüne uygulanan moment sıfır ya da sıfırdan küçükse otoblokaj vardır.

• Diğer bir ifade ile, vida eğim açısı sürtünme açısından küçük veya ona eşit ise kilitlenme sağlanmış olur.

• Cıvata ve somunlar genellikle çelikten imal edilir. Korozyona dayanıklılık istenen yerlerde paslanmaz çelikler ve bakır alaşımları (pirinç) kullanılır.

• Cıvata malzemelerinde ilk önce soğuk şekillendirme özelliğinin iyi olması istenir.

• Cıvataların çentik darbe tokluğu ve yorulma dayanımlarının iyi olması istenir. Böyle bir özellik genellikle ıslah etme işlemi ile sağlanır ve cıvatalar genellikle ıslah çeliklerinden yapılır.

• Cıvataların mekanik özelliklerini belirten semboller kabartma usulü kullanılarak cıvata başlarına yazılır.

• Cıvata kalitesi: DIN ve ISO standartlarına göre cıvata kaliteleri aşağıda gösterildiği gibi iki rakamla verilir:

• Cıvata kaliteleri: 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9

• Dayanım değerleri yaklaşık olarak hesaplanabilir.

• Bunun için, birinci rakamın 100 ile çarpımı çekme dayanımı (Rm) değerini verir.

• İki rakamın çarpımı ile elde edilen sayı 10 ile çarpılır ise akma sınırı (Re) değerini verir. Örneğin, 6.8 cıvatası için:

• Rm = 6x100 = 600 N/mm2,

• Re = 6x8x100 = 480 N/mm2

Cıvata-Somun Sıkma: Cıvata ve somunların sıkılmasında, uygulanması gereken kuvvetlerin hesaplanması bağlantıların yapılması için önemlidir. Bunun için moment veya iş bağıntısından (M = kuvvet x yol) yararlanılır.

• Sıkma anında anahtarın bir turda aldığı yol, anahtar ucunun çizdiği dairenin çevresine 2𝜋𝑟 ; cıvatanın bir turda aldığı yol ise vida adımına (h) eşittir.

Döndürme momenti: M_d = F₁ x 2πr İlerleme momenti: M_i = F₂ x ℎ

Moment eşitliği: Md = Mi  𝐅_𝟏 x 2𝛑r = 𝐅_𝟐 x h

• Sıkma Esnasında Hasar Oluşumu: Cıvatalar sıkma esnasında burulma momenti uygulanır. Aşırı burulma momenti cıvataya hasar verebilir.

• Cıvatalar genel olarak eksenel doğrultuda gelen kuvvetlerin etkisi altında çekmeye zorlanırlar.

• Bununla birlikte, cıvataları eğmeye ve kesmeye zorlayan kuvvetler de sözkonusu olabilir.

• Bu bakımdan, cıvataların doğru bir şekilde boyutlandırılabilmesi için cıvataya etki eden kuvvetlerin bilinmesi gerekir.

Çekme zorlanması: Cıvata, Fç kuvveti etkisinde çekmeye zorlanırsa, oluşan çekme gerilmesi cıvata malzemesinin emniyetli çekme gerilmesinden küçük olmalıdır.

σ_ç = F_ç

nA ≤ σ_ç,em Daire kesit için; A = ^πd2

4 olup, buna göre emniyetli cıvata çapı:

d = 4 F_ç π n σ_ç,em

𝐾 𝜎

Kesme zorlanması: Cıvata Fk kuvveti etkisi altında kesilmeye zorlanırsa, cıvatanın emniyetli kayma gerilmesi cıvataya uygulanan kuvvet sonucu oluşan kesme gerilmesinden büyük olmalıdır.

τ = ^Fk

n A ≤ τ_em A = ^{π d2}

4

• Cıvata malzemesinin kayma gerilmesi K, emniyet katsayısı S

olmak üzere, cıvata

malzemesinin emniyetli kayma gerilmesi;

τ_em = K

S = τ S