Ayna sıkma kuvveti ve iş mili devri

Bir aynanın sıkma kuvveti dururken ayarlanır ve ayna dönerken bu kuvvet korunmaz. Ayaklar dönen bir gövdenin üzerindeki kütlelerdir, dışa doğru çekerler. Schunk’a göre dönme sırasında ayak kütlesi bir merkezkaç kuvveti doğurur ve bu kuvvet, iş dıştan mı içten mi sıkıldığına göre başlangıçtaki sıkma kuvvetini azaltır ya da artırır; bir Howa patenti dıştan sıkmayı açıkça anlatır: dönmenin doğurduğu merkezkaç kuvveti ayaklara etki eder ve onların iş parçasını sıkma kuvvetini azaltır. Fazla hızda kavrama kaybolur. Schunk: devir sınırı aşıldığında sıkma kuvveti gereken en küçük sıkma kuvvetinin, Fspmin’in altına düşer.

Kuvvet nereye gider

r yarıçapında ω açısal hızıyla dönen m kütlesinin çemberinde kalması için F = m·r·ω² kadar bir kuvvet gerekir (OpenStax fizik kitabı bunu m·v²/r ile birlikte Fc = m·r·ω² diye verir). İş mili devri n dev/dak cinsinden olunca ω = 2π·n/60 = π·n/30 rad/s’dir. Röhm ve Schunk aynadaki karşılığını her ayağın kütlesiyle ağırlık merkezinin yarıçapının çarpımından kurar; Schunk mB · rs çarpımına merkezkaç momenti Mc der. Aynanın kendi ayağı (base jaw) ile ona vidalanan ayaktan (top jaw) oluşan bir ayakta iki moment toplanır, Mc = McGB + McAB; aynanın kendi ayağının değeri aynanın tablosundan, vidalanan ayağınki McAB = mAB · rsAB’den gelir (Röhm, Schunk). Röhm merkezkaç kuvvetini (mB · rs) ile bir devir teriminin çarpımı olarak basar; yukarıdaki ω ile, bütün ayaklar üzerinden:

$$F_c = \sum (m \cdot r_s) \cdot \left(\frac{\pi \cdot n}{30}\right)^2, \qquad F_{sp} = F_{sp0} \mp F_c$$

Fsp0 dururkenki sıkma kuvveti, Fsp ayna dönerken kalan kuvvettir. Eksi işaret dıştan sıkma, artı işaret içten sıkma içindir: Röhm ikinci denklemi Fsp = Fsp0 ± Fc diye basar; Schunk’un açıklamasına göre (–) dıştan içe, (+) içten dışa sıkma içindir. Kuvvet n² ile büyüdüğü için devri iki katına çıkarmak kaybı dört katına çıkarır.

Devir n

4000

dev/dakStatik sıkma kuvveti Fsp0

87

kNAyakların Σ m·r değeri

0,197

kg·mKesmenin gerektirdiği kuvvet Fspz

10

kN

dıştan sıkmaiçten sıkma

Merkezkaç kuvveti Fc

—

Dinamik sıkma kuvveti Fsp

—

Statik kuvvete oranı

—

Fc = ⅔ Fsp0 devri

—

İzin verilen devir (Sz = Ssp = 1,5)

—

Kitagawa’nın kendi değerleri etkinin büyüklüğünü gösterir: en yüksek devirde 87 kN’dan kalan 32,9 kN %38’dir; yani ayna anma devrine ulaştığında statik kuvvetin %62’si gitmiştir.

Üreticilerin izin verdiği

Röhm ve Schunk kesmenin gerektirdiği kuvvetten, Fspz’den ve iki güvenlik katsayısından yola çıkar; Schunk ikisini de VDI 3106’ya dayandırır: işleme katsayısı Sz ≥ 1,5 ve sıkma katsayısı Ssp ≥ 1,5; Röhm de aynı değerleri verir. Röhm adımları şöyle yazar:

$$F_{sp} = F_{spz} \cdot S_z, \qquad F_{sp0} = S_{sp} \cdot (F_{sp} \pm F_c)$$

Bu denklemde işaretler tersinedir: Schunk’a ve Röhm’ün Almanca metnine göre (+) dıştan içe, (–) içten dışa sıkma içindir (Röhm’ün İngilizce metni ilk açıklamayı tekrarlar). Dıştan sıkmada statik kuvvet hem kesmeyi, hem güvenlik payını, hem de ayakların hızda kaybedeceğini karşılamalıdır. İki üretici de belli bir statik kuvvet için izin verilen devri bir formülle verir. Bu denklemlerden ve yukarıdaki merkezkaç kuvvetinden dıştan sıkma için yeniden düzenlenince n = (30/π) · √((Fsp0/Ssp − Fspz·Sz) / Σ(m·rs)) olur; şekil bu biçimi kullanır. Bu düzenleme bu sayfanındır ve bir üreticinin çözümlü örneğiyle doğrulanmamıştır; gerçek bir iş için aynanın üreticisinin kendi hesabını alın.

Hesap ne derse desin iki sınır daha vardır.

• Üçte iki. Schunk’a göre merkezkaç kuvveti başlangıçtaki sıkma kuvvetinin en fazla %67’si olabilir ve Schunk bunu DIN EN 1550’ye dayandırır. BERG Spanntechnik önerdiği devri, belirttiği ayak tipiyle hesaplanan merkezkaç kuvvetinin dururkenki en büyük sıkma kuvvetinin üçte ikisine eşit olduğu devir diye tanımlar ve bunu DIN 6386’ya dayandırır. İkisi aynı oran için farklı standartları gösterir.
• Yazılı devir. Röhm’e göre en yüksek devir ve aynayı çalıştıran kuvvet ya da basınç gövdeye kazınmıştır ve aşılmamalıdır; hesaplanan izin verilen devir daha yüksek olsa bile bu geçerlidir. Schunk: hesaplanan izin verilen devir, aynanın üzerinde yazan en yüksek devri aşamaz. Tezgâh bağlama düzeninin en yüksek devrinden hızlı dönebiliyorsa, Schunk’a göre devir güvenlik için sınırlandırılmalıdır.

Aynada yazan devir yalnızca onunla belirlendiği ayaklar için geçerlidir. Schunk’un önerdiği en yüksek devir, aynayı çalıştıran kuvvet en yüksekken ve uygun sert standart basamaklı (stepped) ayaklarla geçerlidir; SMW-Autoblok da statik ve dinamik sıkma kuvvetlerini standart yumuşak vidalı ayaklarla (soft top jaws), bakımı yeni yapılmış aynalarda ölçmüştür. Yumuşak ya da özel ayaklar için Schunk VDI 3106’ya göre bir izin verilen devir hesabı ve onu doğrulayan dinamik bir ölçüm ister.

Bunların arkasındaki standartlar: iş parçası bağlama aynalarının tasarım ve yapımı için güvenlik gerekliliklerini veren ve kullanım kılavuzunu ve aynanın işaretlenmesini de kapsayan DIN EN 1550:2008-11; ve bölümleri statik ve dinamik sıkma kuvvetlerini, belli bir devir için gereken dururkenki kuvveti ve belli bir dururkenki kuvvet için izin verilen devri ele alan VDI 3106:2004-04.

Ayaklar: hafif, alçak ve fazla dışarıda değil

Σ m·rs’nin her terimi ayakları küçük tutmak için bir nedendir. Röhm’e göre ayaklar olabildiğince hafif ve alçak olmalıdır; Schunk da aynısını söyler. SMW-Autoblok: daha yüksek ya da ağır ayaklar kullanılıyorsa ya da daha büyük bir çapta sıkılıyorsa çekme kuvveti ya da devir buna göre azaltılmalıdır. Schunk vidalı ayakların ne kadar dışarı taşabileceğini sınırlar: dış çapları aynanınkini %10’dan fazla aşmamalıdır. Momentleri toplamadan önce aynanın tablosundaki birime bakın: Röhm onları mkg, Schunk kgm diye yazar, ikisi de kg·m’dir; ama bir Schunk kılavuzu kgm × 9,81 = Nm dönüşümünü de verir.

Bazı aynalar karşı koyar. Merkezkaç dengelemeli bir aynada her ayakla birlikte bir dengeleme kütlesi (balance weight) döner ve Howa patentine göre ona etki eden merkezkaç kuvveti karşılık gelen ana ayağın (master jaw) arka yüzüne aktarılır; Cutting Tool Engineering’in SMW-Autoblok HFKS-2G ürün haberine göre yerleşik merkezkaç dengelemesi belirgin biçimde daha yüksek devirlere izin verir.

Ayarladığınız kuvveti koruyun

Bir ayna statik kuvvetini ancak temiz ve gresli olduğunda verir. Röhm’e göre uygun olmayan bir yağlayıcı sıkma kuvvetini %50’den fazla düşürebilir. Schunk, en yüksek sıkma kuvvetinin yalnızca %80’ine ulaşıldığında yağlamayı ister. Aralıklar aynanın kendisinindir: Röhm KFD-AF için her 20 çalışma saati, Schunk ROTA 2B için her 24 çalışma saati verir. Greslemeden sonra ikisi de ayakları uç konumlarına kadar birkaç kez gidip getirmeyi ve kuvveti yeniden ölçmeyi ister.

Güvenmeyin, ölçün. Röhm’e göre sıkma kuvvetini ölçmenin en güvenilir yolu bir kuvvet ölçerdir (load cell); Röhm’ün 3–4 bar’daki işlev denetimi yalnızca pistonun hareket ettiğini gösterir, kuvveti ölçmez. Röhm sıkma sıklığından bağımsız olarak yaklaşık 40 çalışma saatinde bir, Schunk her yeni üretimden önce, işin bağlamasıyla aynı düzende bir ölçüm ister. Schunk ayrıca oturma davranışı yüzünden sıkma kuvvetinin zamanla düşebileceği konusunda uyarır.