Motor Yatakları ve Çeşitleri

Motor yatakları, motor ve makine sistemlerinde hareketli milleri destekleyen, üzerlerine gelen yükleri taşıyan ve hareketli yüzeyler arasındaki sürtünme ile aşınmanın kontrol edilmesine yardımcı olan önemli makine elemanlarıdır. İçten yanmalı motorlarda özellikle krank mili ve biyel mekanizmasının güvenilir şekilde çalışabilmesi için yatakların doğru malzemeden üretilmesi, uygun yağ boşluğuna sahip olması ve yeterli şekilde yağlanması gerekir.

Genel olarak milleri destekleyen ve hareketli parçalar üzerindeki yüklerin gövdeye aktarılmasını sağlayan makine elemanlarına yatak denir. Motorlarda kullanılan yatakların çalışma şartlarını daha iyi anlamak için Piston, Biyel ve Krank Mili Kontrolleri konusunu da inceleyebilirsiniz.

Motor Yatakları ve Yatak Çeşitleri

Yataklar çalışma prensiplerine göre temel olarak iki ana gruba ayrılır:

1. Kaymalı yataklar
2. Yuvarlanmalı yataklar

Kaymalı yataklarda mil ile yatak yüzeyi arasında kayma hareketi bulunurken yuvarlanmalı yataklarda bilya veya makara gibi yuvarlanma elemanlarından yararlanılır. Kullanılacak yatak tipi; yükün yönüne ve büyüklüğüne, dönme hızına, yağlama şartlarına, çalışma sıcaklığına ve sistemin tasarımına göre belirlenir.

Kaymalı Yataklar Nedir?

Hareketli bir mil veya başka bir makine parçası yatak yüzeyi üzerinde kayma hareketi yaparak çalışıyorsa bu yataklara kaymalı yataklar denir. İçten yanmalı motorlarda krank mili ana yatakları ve biyel yatakları kaymalı yatakların önemli uygulamalarındandır.

Kaymalı yataklarda uygun çalışma koşullarında mil ile yatak yüzeyinin doğrudan temas etmemesi, aralarında yeterli bir yağ filmi oluşması amaçlanır. Bu yağ filmi sürtünmenin ve aşınmanın azaltılmasında büyük önem taşır.

Kaymalı Yatak Malzemeleri

Kaymalı yatak malzemesinin seçiminde yük taşıma kapasitesi, yorulma dayanımı, sürtünme özellikleri, aşınma direnci, ısı iletimi, mile uyumluluk ve yağlama şartları gibi birçok özellik dikkate alınır. Yataklar tek bir metalden üretilebildiği gibi çelik taşıyıcı üzerine farklı yatak alaşımlarının kaplanmasıyla çok katmanlı olarak da üretilebilir.

Beyaz Metal Yataklar

Beyaz metal veya Babbitt olarak adlandırılan yatak malzemeleri kalay veya kurşun esaslı alaşımlardan oluşabilir. Bu malzemeler iyi yüzey uyumluluğu ve gömülebilirlik gibi özellikleri nedeniyle yatak teknolojisinde uzun yıllardır kullanılmaktadır.

• Kalay veya kurşun esaslı yatak alaşımları bulunabilir.
• Yumuşak yapıları sayesinde mil yüzeyine uyum sağlayabilirler.
• Küçük yabancı parçacıkların yatak yüzeyine gömülmesine belirli ölçüde imkân verebilirler.
• Yük ve sıcaklık kapasiteleri kullanılan alaşım ve yatak yapısına bağlıdır.

Pirinç Yataklar

Pirinç, esas olarak bakır ve çinko içeren bir alaşım grubudur. Uygun alaşım ve çalışma koşullarında burç ve yatak uygulamalarında kullanılabilir. Kullanım alanı yalnızca yük ve devirle değil; alaşımın özellikleri, yağlama şartları ve karşı yüzey malzemesiyle de ilişkilidir.

• Temel olarak bakır-çinko alaşımıdır.
• Burç ve bazı kaymalı yatak uygulamalarında kullanılabilir.
• Uygunluğu çalışma yükü, hız, sıcaklık ve yağlama şartlarına göre değerlendirilmelidir.

Bronz Yataklar

Bronz yataklarda bakır esaslı farklı alaşımlar kullanılabilir. Kalay bronzları ve yatak uygulamalarında kullanılan diğer bakır alaşımları, çalışma şartlarına bağlı olarak yüksek yük taşıma ve aşınma direnci sağlayabilir.

• Bakır esaslı farklı yatak alaşımları kullanılabilir.
• Uygun alaşımlar yüksek yük ve sıcaklık şartlarında kullanılabilir.
• Karşı mil yüzeyinin sertliği ve yüzey kalitesi önemlidir.
• İş makineleri ve çeşitli endüstriyel uygulamalarda bronz burç ve yataklarla karşılaşılabilir.
• Kimyasal dayanım kullanılan bronz alaşımının bileşimine göre değişir.

Alüminyum Alaşımlı Yataklar

Alüminyum esaslı alaşımlar modern motor yataklarında kullanılan önemli yatak malzemeleri arasındadır. Düşük yoğunluk, iyi ısı iletimi ve uygun alaşımlarda elde edilen mekanik özellikler motor yatakları açısından avantaj sağlayabilir.

• Alüminyum esaslı farklı yatak alaşımları bulunur.
• İyi ısı iletimi sağlayabilir.
• Uygun alaşımlar motor yataklarında kullanılabilir.
• Yük taşıma, aşınma ve yüzey uyumluluğu alaşımın yapısına göre değişir.

Kaymalı Yatakların Yapısına Göre Çeşitleri

Kaymalı yataklar yapısal özelliklerine ve kullanım yerlerine göre farklı şekillerde üretilebilir. Motor ve makine uygulamalarında parçalı, tek parçalı ve eksenel hareketi sınırlayan gezinti yataklarıyla karşılaşılabilir.

Parçalı Yataklar

Parçalı yataklar, genellikle iki yarım yatak parçasından oluşur. Motorlarda krank mili ana yatakları ve biyel yatakları bu yapıya örnek verilebilir. Yatakların montajında yağ deliklerinin, yatak tırnaklarının, çalışma boşluğunun ve üretici montaj yönünün doğru olması önemlidir.

Tek Parçalı Yataklar

Tek parçalı kaymalı yataklar çoğunlukla burç şeklinde üretilir ve uygun yuva içerisine takılarak kullanılır. Tasarıma bağlı olarak yağ kanalı veya yağ deliği bulunabilir.

Gezinti Yatakları

Gezinti yatağı veya eksenel yatak yüzeyi, krank milinin eksen doğrultusundaki hareketini sınırlandırmak amacıyla kullanılır. Motorun tasarımına göre ayrı gezinti pulları veya flanşlı yatak yapısı kullanılabilir.

Kaymalı Yataklarda Yağlama

Motor yataklarının yağlanması, yatak ile mil yüzeyi arasındaki sürtünme ve aşınmanın azaltılması açısından büyük önem taşır. Yağlama sırasında amaç, uygun çalışma şartlarında karşılıklı hareket eden yüzeyler arasında taşıyıcı bir yağ filmi oluşturmaktır.

Motor yağının yataklara nasıl ulaştırıldığını ve motor içerisindeki yağ dolaşımını daha ayrıntılı incelemek için Motor Yağlama Sistemi konusuna bakabilirsiniz.

Yağlama Prensipleri

Eski eğitim kaynaklarında yağlayıcıların yüzeylerle ve kendi molekülleriyle etkileşimi adezyon ve kohezyon kavramları kullanılarak açıklanmıştır. Adezyon, farklı maddelerin yüzeyleri arasındaki çekim; kohezyon ise aynı maddenin molekülleri arasındaki çekim olarak açıklanabilir.

Günümüzde kaymalı yatakların çalışma davranışı değerlendirilirken yağın viskozitesi, yatak boşluğu, mil hızı, yük, sıcaklık ve oluşan hidrodinamik basınç dağılımı birlikte dikkate alınır.

Yağ Boşluğu Nedir?

Kaymalı yatak ile yatak içerisinde çalışan mil arasında tasarımla belirlenen bir çalışma boşluğu bulunur. Motor yataklarında bu boşluk genel olarak yağ boşluğu olarak adlandırılır.

Yağ boşluğunun temel görevleri arasında şunlar bulunur:

• Uygun yağ filminin oluşmasına imkân sağlamak,
• Yağın yatak yüzeyleri arasında dolaşmasını sağlamak,
• Uygun çalışma koşullarında mil ile yatak arasındaki doğrudan teması azaltmak,
• Isının yatak bölgesinden uzaklaştırılmasına katkıda bulunmak.

Yağ boşluğunun gereğinden az veya fazla olması yatakların çalışmasını olumsuz etkileyebilir. Bu nedenle boşluk değerleri ilgili motorun üretici teknik verilerine göre kontrol edilmelidir.

Hidrodinamik Yağlama Nasıl Oluşur?

Hidrodinamik yağlamada hareket eden mil, uygun viskozitedeki yağı daralan yatak boşluğuna sürükler. Milin dönmesiyle yağ içerisinde basınç oluşur ve uygun hız, yük, viskozite ve yatak boşluğu şartlarında mil ile yatak yüzeyi arasında taşıyıcı bir yağ filmi meydana gelir.

Yağlamanın Amacı Nedir?

Yağlamanın temel amacı sürtünmeyi tamamen ortadan kaldırmak değil, hareketli yüzeyler arasındaki doğrudan teması mümkün olduğunca azaltarak sürtünmeyi ve aşınmayı kontrol etmektir.

Sürtünmenin artması:

• Enerji kaybına,
• Isı oluşumunun artmasına,
• Yüzeylerde aşınmaya,
• Uygun olmayan şartlarda yatak hasarına

neden olabilir.

Motor yağlarının viskozitesi ve diğer temel özellikleri hakkında ayrıntılı bilgi için Motor Yağları ve Özellikleri konusunu da inceleyebilirsiniz.

Sürtünme ve Yağlama Rejimleri

Hareketli yüzeylerde oluşan sürtünme ve yağlama durumu, yüzeylerin birbirinden ne ölçüde ayrıldığına göre değerlendirilir. Uygulamada kuru sürtünmenin yanı sıra sınır, karışık ve tam film yağlama bölgeleriyle karşılaşılabilir.

1. Kuru Sürtünme

Yüzeyler arasında yeterli bir yağlayıcı film bulunmadığında yüzey pürüzlerinin birbirleriyle doğrudan teması artar. Bu durum sürtünme, sıcaklık ve aşınmanın yükselmesine neden olabilir.

a) İki yüzey arasındaki kayma hareketi:

b) Yuvarlanma elemanlarıyla gerçekleşen hareket:

2. Tam Film Yağlama

Tam film yağlama koşullarında karşılıklı hareket eden yüzeyler yağ filmiyle birbirinden ayrılır. Kaymalı yataklarda bunun önemli örneklerinden biri hidrodinamik yağlamadır.

Hidrostatik yağlamada ise taşıyıcı yağ basıncı yalnızca yüzeylerin hareketiyle oluşturulmaz; yağ harici bir basınç kaynağıyla yatak bölgesine basılır. Bu nedenle hidrostatik yağlamayı yalnızca “ince film”, hidrodinamik yağlamayı ise yalnızca “kalın film” şeklinde ayırmak doğru değildir.

Yatak Yükünün Yağlamaya Etkisi

Kaymalı yatak üzerindeki yük arttığında yağ filminin çalışma şartları da değişir. Yük, yatak boşluğu, yağ viskozitesi, sıcaklık ve mil devri uygun olmadığı takdirde yağ filminin kalınlığı azalabilir ve yüzeyler arasındaki doğrudan temas riski artabilir.

Yüzey Pürüzlülüğünün Yataklara Etkisi

İyi işlenmiş ve çıplak gözle düzgün görünen metal yüzeyler büyütülerek incelendiğinde mikroskobik çıkıntı ve çukurlara sahip oldukları görülür. Bu yüzey geometrisi yüzey pürüzlülüğü olarak değerlendirilir.

Yatak ve mil yüzeylerinin pürüzlülüğü yağ filminin oluşumu, sürtünme ve aşınma üzerinde etkili olabilir. Özellikle yağ filmi yeterince kalın olmadığında karşılıklı yüzeylerdeki pürüz tepeleri temas edebilir.

Yüzeylerin Yağsız Hareketi

İki metal yüzey yeterli yağ filmi olmadan birbirine göre hareket ettiğinde yüzeyler arasındaki doğrudan temas artar. Bunun sonucunda:

• Yüzey sıcaklığı artabilir.
• Sürtünme ve aşınma artar.
• Mikroskobik temas noktalarında yapışma meydana gelebilir.
• Yapışan bölgelerin kopması yüzey hasarını artırabilir.
• İleri durumlarda yatak sarma ve ciddi mekanik hasar meydana gelebilir.

Yüzeylerin Yağlı Hareketi

Hareketli yüzeyler arasına uygun özellikte yağ ulaştırıldığında çalışma şartlarına bağlı olarak koruyucu bir yağ filmi meydana gelir. Yeterli film oluştuğunda yüzeylerin doğrudan teması büyük ölçüde azaltılabilir.

• Yüzeyler arasında yağ filmi oluşur.
• Metal yüzeylerin doğrudan teması azalır.
• Sürtünme ve aşınma önemli ölçüde azaltılabilir.
• Oluşan ısının uzaklaştırılmasına katkı sağlanır.

Yuvarlanmalı Yataklar Nedir?

Yuvarlanmalı yataklar, iç ve dış bilezikler arasında bulunan bilya, makara veya benzeri yuvarlanma elemanları aracılığıyla yük taşıyan yataklardır. Kaymalı yataklardan farklı olarak hareketin önemli bölümü yuvarlanma elemanları üzerinden gerçekleşir.

Yuvarlanmalı Yatakların Taşıdığı Yükler

Yuvarlanmalı yataklar tasarımlarına göre farklı yönlerdeki yükleri taşıyabilir:

• Radyal (çapsal) yük: Mil eksenine dik yönde etki eden yüktür.
• Eksenel yük: Mil ekseni doğrultusunda etki eden yüktür.
• Birleşik yük: Radyal ve eksenel yüklerin aynı anda etkidiği durumdur.

Bilyalı, silindirik makaralı, konik makaralı ve iğneli yataklar gibi farklı yuvarlanma elemanı ve yatak geometrileri bulunur. Hangi yatağın kullanılacağı yükün büyüklüğüne ve yönüne, dönme hızına, çalışma hassasiyetine ve kullanım şartlarına göre belirlenir.

Motor Yatakları Neden Önemlidir?

Motor yatakları, krank mili ve biyel gibi hareketli parçaların yüklerini taşırken bu parçaların mümkün olduğunca düşük sürtünme ve aşınmayla hareket etmesini sağlar. Yatak malzemesinin, yağ boşluğunun ve motor yağının uygun olması yatak ömrü açısından büyük önem taşır.

Yetersiz yağlama, düşük yağ basıncı, uygun olmayan yağ, aşırı yatak boşluğu, hatalı montaj, kirli yağ ve aşırı yük gibi durumlar yataklarda aşınma veya hasara yol açabilir. Bu nedenle motor yataklarının değerlendirilmesinde yalnızca yatak yüzeyine değil, krank mili muylularına ve motorun genel yağlama sistemine de bakılmalıdır.

Motor yatakları aynı zamanda temel makine elemanları içerisinde değerlendirilir. Yataklarla birlikte mil, kama, vida ve diğer makine elemanlarını incelemek için Makine Elemanları Dersi içeriğinden yararlanabilirsiniz.

Motor Yatakları Ders Sunumu

Kaymalı ve yuvarlanmalı yatakların yapısını, yatak malzemelerini ve yağlama prensiplerini görseller üzerinden tekrar etmek için aşağıdaki Motor Yatakları sunumunu inceleyebilirsiniz.

Motor yatakları, yağlama sistemleri ve diğer Motorlu Araçlar Teknolojisi eğitim içeriklerine MotorDersi ana sayfasından ulaşabilirsiniz.