SEGMANLAR ve GÖREVLERİ

GÖREVLERİ:

1-     Silindir cidarlarına belirli bir basınç yaparak, pistonla sızdırmazlık temin edip, zamanların oluşmasını sağlar.

2-     Segmanlar silindir içinde fazla yağı sıyırarak, pistonla silindir arasında yağ filmi oluşmasını temin eder ve hem silindirin yağlanmasını sağlar, hem de motorun yağ yakmasını önler.

3-     Piston başındaki yüksek ısıyı, silindir cidarına oradan da soğutma suyuna ileterek pistonların soğumasına yardımcı olur.

SEGMANLARIN TASARIMI

Malzeme Seçimi: Malzememiz yüksek dayanımlı gri dökme demirdir. Bu malzeme iyi sürtünme teşkil ettiği gibi, motorda meydana gelen yüksek sıcaklık ve yüksek basınca karşı koyarak uzun zaman esnekliklerini kaybetmedikleri için görevlerini daha uzun ve başarılı bir şekilde yaparlar. Ayrıca içerisine katılan katkı maddeleri sayesinde ısı iletimi de çok iyidir.

C   :   %  2.80 – 3.30      

Si  :   %  1.40 – 2.00

Mn:   %  0.50 – 0.80

P   :   %  0.15 max.

S   :   %  0.12 max

Karbon(C): Dayanımı azaltır. Ergime sıcaklığını düşürür. Ancak  sementit yani Fe₃C olarak doğada bulunduğu için malzemenin bünyesinde bulunmaktadır.  Çünkü dökme demirlerin temel elementlerindendir.

Silisyum(Si): Karbonun serbest halde kalmasını sağlar. Böylece karbon etkisi daha da azalır. Malzemeye elastiklik özelliği kazandırır.

Mangan(Mn): Dökme demiri sertleştirir. Kükürt ile birleşerek kükürdün kötü etkisini azaltır.

Fosfor(P): Kükürt miktarının artması kırılganlığı meydana getirir. Demir ile birleşince Fe₃P oluşur ve etkisi azalır. Malzeme eritilirken içine atılmak zorundadır. Akıcılığı artırır. İstenilmeyen bir elementtir.

Kükürt(S): Yapıya etkisi çok fazladır. Malzemenin aşırı derecede sertleşmesine neden olur. İşlenmesini azaltır. Malzemede istenilmez.

***Yüksek dayanımlı dökme demir imal edilirken geç soğutulduğu için moleküller arasındaki boşluk azdır. Diğer malzemelere nazaran daha toktur. Bunun için ısı iletimi iyidir. Segman yüzeyi krom(Cr) ile kaplanır. Bunun nedeni sertliği artırmak, aşınmayı önlemektir.

Pistondan Alınan Ölçüler:

D_T   = 79,83 mm

D    = 79,80 mm

h_S1  = 1,43 mm

h_S2  = 1,995 mm

h_yağ = 2,55 mm

Segman Hesaplarında Kullanılan Simgelerin Şekil Üzerinde Gösterimi

                 

Segman Tasarımında Kullanılacak Simgeler

σmax     : Segmanlar da maksimum eğilme gerilmesi

P           : Segmanın radyal basıncı(silindirlerin Segmanlara yaptığı temas basıncıdır).

g            : Radyal kalınlık

r            : Segmanın iç yarı çapı

r_o                : Segmanın dış yarı çapı

D           : Silindir çapı

e₁       : Birinci kompresyon segmanı için ağız aralığı

e₂             : İkinci kompresyon segmanı için ağız aralığı

e_Y            : Yağ segmanı için ağız aralığı

d           : Segmanın kapanma miktarı

E         : Dökme demirin elastikiyet      

K_{T 1}         : Birinci kompresyon segmanının serbest haldeki toplam açılma miktarı

K_T2          : İkinci kompresyon segmanının serbest haldeki toplam açılma miktarı

K_TY       :Yağ segmanının serbest haldeki toplam açılma miktarı

hs₁            : Pistonun 1. kompresyon segman yuva yüksekliği  

hs₁ seg  : Birinci kompresyon segman yüksekliği

hs₂            : Pistonun 2. kompresyon segman yuva yüksekliği  

hs₂ seg  : İkinci kompresyon segman yüksekliği

h_y              : Pistonun yağ segman yüksekliği.

h_y seg_.    : Yağ segman yüksekliği

s_d          : Segman yuvasını derinliği

Segmanlarda Maksimum Eğilme Gerilme  (  σmax  ) Hesabı

Eğilme gerilmesi, pistonun silindir içerisindeki hareketinden dolayı sekmanların silindir yüzeyi ile yapmış olduğu sürtünmeden dolayı oluşur. Segmanlarda maksimum eğilme gerilmesi (σmax) günümüz motorlarına göre alınan ölçülerin hesaplanması ve gri dökme demirlerin eğilme gerilmesi olarak 2300-2750 kg/ cm²  dir. Bizde yaptığımız ölçümlerin tasarladığımız motora en uygunu olarak ve içerisine atılan katkı malzemelerinden dolayı σmax = 2700 kg/cm² bulduk.

Segmanın maksimum eğilme gerilmesinin ve radyal kalınlık formülünü yazacak olursak;

                                                                                              

Kaynaklardan alınan bilgilere göre otomotiv motorlarında P değeri 2 kg/cm² alınır.

Yukarıdaki maksimum eğilme gerilmesini (σmax) verilen formüller yardımı ile segmanın radyal kalınlığı (g) elde edecek şekle getirelim.

 Bu formüller ışığında hesaplamaları yaparsak;

  Þ   Þ  bulunur.

  Þ  g =3.4389 mm bulunur.

Segman iç çapını (r) ise g = r_o-r formülünü düzenleyerek bulalım; g = r_o-r formülünü  r = r_o- g  şeklinde yazarak segman iç çapını

r = r_o- g  Þ r =3,9915 – 0,34389 = 3,647 cm Þ r = 36,476mm buluruz.

Segmanın Silindir İçindeki Ağız Aralığı (e)

1. kompresyon segmanı için kaynaklardan alınan verilere göre her 25 mm si için 0.1 mm diğerlerinde ise 0.075 mm olur.

                                        

Birinci kompresyon segmanı için ağız aralığı (e₁)

  Þ e₁ =0,31 mm bulunur.

İkinci kompresyon segmanı için ağız aralığı (e₂)

  Þ e₂ = 0,2325 mm bulunur.

Yağ segmanı için ağız aralığı (e_Y)

  Þ e_Y = 0,2325 mm bulunur.

  1. kompresyon sekmanı ağız aralığı diğerlerinden daha fazladır. Çünkü yanma sonunda piston tepesinde oluşan yüksek sıcaklık 1.kompresyon sekmanına daha fazla tesir eder. Malzemeler aynı olduğu için 1. kompresyon sekmanının da daha fazla genleşme görülecektir.

Segmanın Kapanma Miktarı (d)

Segmanın kapanma miktarı segman silindir içerisine takıldığındaki segman ağız aralığına kadar olan miktardır. Buna e kadar olan içe esneme payı diyebiliriz. Şekil 3`de segmanın kapanma miktarı açık halde görülmektedir. Formülümüz ise;

         şeklindedir.

Formülde kullanılan elastikiyet modülü (E) dökme demire ait olan 800.000 kg/cm² elastikiyet modülü kullanılacaktır.

    Þ d = 22,411 mm kapanma miktarı bulunur.

Segmanın Serbest Haldeki Toplam Açılma Miktarı (K_T)

Segmanın boşta iken silindire takılmadan serbest haldeki segman ağız aralığıdır. Bu ise Segman kapanma miktarı ile segmanın silindir içindeki ağız aralığının toplamıdır. Yani;

KT = d + e

 

                             Şeklindedir

Birinci Kompresyon Segmanının Serbest Haldeki Toplam Açılma Miktarı (K_{T 1})

K_{T 1} = d + e₁ Þ K_{T 1} = 2,2411+ 0,031 = 2.2721cm Þ K_T1 = 22,721mm dir.

İkinci Kompresyon Segmanının Serbest Haldeki Toplam Açılma Miktarı (K_T2)

K_{T 2} = d + e₂ Þ K_{T 2} = 2,2411+ 0,02325 = 2,2641cm Þ K_T2 = 22,641mm dir.

Yağ Segmanının Serbest Haldeki Toplam Açılma Miktarı (K_TY)

K_TY = d + e_Y Þ K_TY =  2,2411+ 0,02325 = 2,2641cm Þ K_T2 = 22,641mm dir.

Segman Yükseklikleri (h_{s seg)}

Kaynaklardan alınan bilgilere göre 1. kompresyon segmanı yan boşluğu 0,05 mm diğerleri ise 0,04 mm dir. Ancak tasarım aşamasında yağın yanma bölgesine geçmesini engellemek için 0,025 mm den daha fazla alınmamalıdır. Bunu 1. kompresyon segmanı için seçersek diğerleri daha az olacağından 0,020mm alındı.

Birinci Kompresyon Segman Yüksekliği (hs₁ seg.)

hs₁ seg =  hs₁ – 0,025          

hs₁ seg = 1,43  – 0,025 = 1,405 mm

İkinci Kompresyon Segman Yüksekliği (hs₂ seg.)

hs₂ seg = hs₂ – 0,025

hs₂ seg =1,99– 0,025 =1,965 mm

Yağ Segman Yüksekliği (h_y seg_.)

h_y seg = h_y – 0,025

h_y seg. = 2,55– 0,025 = 2,525 mm

           Bulunan bu yükseklikler emniyetli gerilmeye göre bulunduğu için daha düşük bir değer alamazlar. Eğer daha yüksek bir değer verecek olursak şekmanın silindir yüzeyine yapacağı basınç yani radyal basınç (p) azalacağından kompresyon kaçakları oluşur.

Segman iç yüzeyi ile pistondaki segman yeri arasındaki boşluk otomotiv motorlarında 0,2 dir.

                                                                           

Segman yuvasını derinliği (s_d)

S_d= piston tepesinin yarı çapı + 0,2 +g – r_o

   = 39,9 + 0,2 + 3,4389 – 39,915

   = 3,6239 mm