Sıkı Geçme Yapılmış Çelik Millerin Yorulma Dayanımı ve Hasarının Araştırılması

Abstract

Bu tezde, enine (radyal) sıkı geçmeli çelik millerin yorulma dayanımı ve hasarı matematiksel, deneysel metotlar ve görsel bulgular ile ortaya konmuştur. Tek kademeli tek parça imal edilmiş yekpare çelik bir mil, geometrisi değiştirilmeden sıkı geçmiş iki parçalı mil-göbek konstrüksiyonu şeklinde tasarlanmıştır. Yekpare, sıkı geçme miller ve göbeklerin tamamı yüksek sıcaklıkta oksidasyona dirençli AISI H13 çelik çubuk malzemeden imal edilmiştir. Yapılan döndürme-eğme tipi yorulma deneylerinde sıkı geçme millerde yorulma hasarının geciktiği görülmüş ve nedenleri eğilme gerilmeleri ile ilişkili olarak tartışılmıştır. Mile etkiyen radyal gerilme hesaplanmış ve yüzey basıncına dönüştürülerek, sıkı geçme millerin eğilme yükü altında eğilme gerilme dağılımını resmeden yeni bir statik model geliştirilmiştir. Bu modelle, sıkı geçme millerde mil-göbek ortak yüzeyi ve serbest yüzeyi boyunca etkiyen eğilme gerilmeleri tahmin edilmiştir. Aynı ölçülerde yekpare ve sıkı geçme miller için eğme kuvveti uygulandığında, sonlu elemanlar metodu ve statik modelden analitik hesapla bulunan eğilme gerilme dağılımları karşılaştırılmıştır. Kademeli tek parça ve sıkı geçme millerde mil kırıklarına etkiyen eğilme gerilmeleri ve kırılmayan millere özgü hasar bulguları verilmiştir. Sonuç olarak, sıkı geçme mil-göbek bağlantısında göbek girişi boyuna kesitinde açısal daralma tespit edilmiştir. Bu daralma, mil yüzeyine göbek girişinde etkiyen bir reaksiyon kuvvetinin varlığını ve yorulma çatlaklarını zorlayan periyodik açma/kapama hareketlerinin göbek cidarınca sınırlandığına işaret etmiştir. Mil sertleştirme işlemi, gerek yekpare gerekse sıkı geçme millerde yorulma dayanımını yaklaşık % 28-33 kadar artırmıştır. Sıkı geçme işleminin, millerde yorulma hasarını 10 kat kadar geciktirdiği ve kırılmaya neden olan çatlakların göbek girişinden birkaç mm içerde başladığı anlaşılmıştır.In this study, fatigue strength of the interference fitted steel shafts were investigated by combination of different mathematical methods, fatigue tests, as well as failure. The construction of a monoblock steel shaft is designed as an assembly of the two parts, the shaft and hub, which are fitted into each other by interference fitting. All monoblock and interference fitted shafts are made of AISI H13 with oxidation resistance. Stress states of the shafts were represented with stress analyzing methods, i.e. static analysis and finite element methods. A new static model is developed which presents the stress distribution by converting radial stresses to surface pressure affecting on the loaded shaft. The bending stresses on the broken sections of monoblock and interference fitted shafts were estimated with this static model. The calculated stresses from finite element analysis and static model analysis were compared. All failure of broken and unbroken monoblock and interference fitted shafts were systematically shown. In conclusion, it was found that an angular narrowing of enter hole of the hub. This means that an available reaction force affecting on the hub enter and a limited of periodical open/close action of free cracks on the shaft by hub inner wall. It is also observed in tests that delayed fatigue failure and the fracture occurred in the almost 2 mm distance from the hub enter of shaft fitted inside the hub. The endurance limit of the interference fitted shafts increased almost 28-33%. The fatigue failure delayed approximately ten times.