Günümüz teknolojisinin vazgeçilmez bir elemanı olan ve hemen hemen her yerde kullanılan makina elemanlarından biri de hiç şüphesiz yaylardır. Yaylar, gerek yapıldıkları malzemenin elastik özelliklerinden ve gerekse sarım şekillerinden ötürü, nispeten büyük bir şekil değiştirme enerjisi depo eden ve bunu kullanım amacına göre de az veya çok bir sürtünme kaybıyla tekrar geri veren elemanlardır. Yayın herhangi bir yük altında elastik alanda şekil değişikliği yapabilme ve yükün kaldırılması ile eski haline gelebilme özelliğine sahip olması istenir. Bu noktada, yayın yapımında kullanılan malzemenin yaylanabilme özelliği önem kazanır. Yayların yapımında kullanılan malzemelerden olan yay çeliğinin, yüksek elastik modülüne ve sınırına, yüksek yorulma ile sürünme mukavemetine sahip olması gerekir .

Makine elamanları, nadiren statik yükler altında çalışırlar. Çoğunlukla, değişen yük ve gerilmelere maruzdurlar. Uygulanan yükler statik olsa dahi, çalışma esnasında elemanınbelirli kesitinde meydana gelen gerilmeler değişken olabilir. Mesela, statik yük altında eğilmeye çalışan bir milin herhangi bir anda üst tarafındaki lifler basma, alt tarafındaki lifler ise çekmeye maruzdur. Milin 180o dönmesi halinde bir süre önce çekmeye çalışan lifler basmaya, basmaya maruz olanlar ise çekmeye zorlanırlar [4]. Yaylar, daha çok emniyet sağlamak amacıyla kullanılmaktadırlar. Bu nedenden ötürü, yayların ve yay malzemelerinin karakteristik özelliklerinin belirlenmesi önemli bir konudur. Yayların emniyetli bir çalışma temin edecek şekilde tekrarlanan yük altındaki ömürlerinin belirlenmesi için, yorulma deneylerine ihtiyaç duyulmaktadır. Yorulma deneyi, bir yayın sürekli dayanım ömrünü saptamak amacıyla yapılan bir deneydir [3]. Bu çalışmada, farklı tel çapı, hatve ve çapa sahip olan yayların yorulma eneylerinin apılması için laboratuar tipi bir yay yorma makinasının tasarımı ve imalatı yapıldı. Belirli bir yük altında çalışan yayların ömürlerini inceleyebilmek için, tasarımı ve imalatı yapılan bu deney düzeneği, yayın tekrarlanan yükler sonucunda yorulmasını sağlayacaktır. Böylece yapılacak deneyler neticesinde yayın ömrü tespit edilebilecektir. Deney düzeneğinin tasarımı yapılırken; yayların kuru, yağlı, korozif vb. gibi farklı çalışma koşulları da dikkate alındı. Bu nedenle, yayın arzu edilen farklı çalışma koşullarında yorulma deneylerinin yapılmasına uygun bir şekilde tasarlanıp imal edildi.

YAYLAR HAKKINDA GENEL BİLGİ

Yay, gerildiği zaman enerji depo eden, kendi haline bırakıldığı zaman kendini germek için sarf edilen enerjiyi aynı miktarda geri veren bir makina elemanıdır. Yaylar genel olarak titreşim ve sarsıntıları azaltmak (otomobil amortisör yayları,...), darbeleri önlemek (tampon yayları,...), makina parçalarını aynı konumda tutmak (bileşik kalıplar, sübaplar,...), kuvvet ölçmek (dinamometre), kuvvetlerin sınırlanması (emniyet valfleri, presler,...) ve bir hareket meydana getirmek (saat zemberekleri, kurulan oyuncaklar, vb.) gibi amaçlar için kullanılırlar . Yayların yapımında kullanılan çelik malzemeler, çalışma şartlarına göre değişmektedir. Bu çalışma şartlarında yaylar, uygulanan kuvvetin etkisine göre, basılır, çekilir, eğrilir veya burulurlar. Yayları, zorlanma cinsine ve etkiyen dış kuvvetlere, dış şekillerine ve yay telinin kesitine göre sınıflandırmak mümkündür. Zorlanış biçimine göre; bir burulma momentine yani yayı etrafında sarmaya veya açmaya çalışan bir yüke karşı koyarak çalışan burulma yayları, basan bir kuvvete karşı koyarak çalışan basınç yayları, çeken bir kuvvete karşı koyarak çalışan çekme yayları ve bir eğilme zorlanmasına karşı koyarak çalışan eğilme yayları. Dış şekillerine göre; silindirik, konik, helisel, spiral, disk, yaprak ve bilezik yaylar. Yay telinin kesitine göre; dairesel, kare ve dikdörtgen kesitli yaylar. Yaylar için krom, silisyum, silisyum-manganez ve krom-vanadyum alaşımlı çelikler kullanılmaktadır. Ayrıca özel hallerde fosforlu bronz, pirinç, berilyumlu bakır ve muhtelif nikel alaşımları kullanılabilir. Özellikle büyük sönümlemenin gerekli olduğu yerlerde kauçuk, mantar, muhtelif sıvılar ve hava gibi malzemeler kullanılmaktadır Yaylar için çelik seçiminde göz önünde tutulması gereken önemli üç öğe vardır. Bunlar; İstenilen dayanma direncini artırabilmek için mekanik özellikler, Mekanik özellikleri verecek yapıyı sağlayabilmek için kimyasal özellikler, Yorulma kesitini yüksek tutmak için gerekli olan yüzey düzgünlüğüdür.

Ayrıca yay malzemesinin şu özelliklere de sahip olması istenir ;

- Yüksek elastik sınırı; eğer elastik sınırı belli değilse yüksek akma sınırı faydalanılabilecek geniş bir elastik şekil değiştirme bölgesi bakımından,

- Yüksek zaman mukavemeti ve sürekli mukavemet değerleri; özgül titreşimlerin ve aşırı yüklerin karşılanması için,

- Yüksek uzama ve bükülme özelliği; su verip sertleştirme işleminden öncekisoğuk şekil vermeyi mümkün kılacak yeterli plastik şekil değiştirme özelliği bakımından, örneğin yayların sarılması ve bükülmesi gibi.

Bu özellikler çeliklerde C yüzdesi ve Si, Cr, Mn ve V gibi alaşım elamanları ile sağlanır.

Yaylar, kuvvet etkisi altında büyük miktarlarda deformasyon gösteren ve bu deformasyon esnasında enerji biriktiren makine elemanlarıdır. Geniş bir kullanım alanına sahiptirler.

Yaylar, sistem içerisinde kuvvet uygulamak, hareketi kontrol etmek, sönümleme yapmak, frekans değiştirmek, kuvvet ve tork ölçmek gibi birçok görevi üstlenirler. Bu özelliklerinden dolayı üretilen birçok ürünün vazgeçilmez elemanıdırlar. Metalden plastiklere birçok tip malzemeden imal edilirler. Yayların şekil ve yükleme karakteristikleri ise kullanıldıkları uygulama alanlarına göre değişir.

Her şeyden önce yaylar, deformasyona uğradıklarında mekanik enerji biriktirmek için kullanılan elemanlardır. Bu sebeple iyi bir yay önemli derecede deformasyona uğrayabilmeli ve herhangi bir boyutsal değişime uğramadan denge haline dönebilmelidir.

Yay Dizaynının Önemi
Mühendislik alanında hizmet veren tasarımcılar meslek hayatlarında çoğu kez yay dizaynına ihtiyaç duymaktadırlar. Ancak çoğu zaman yay dizaynına, dizayn proseslerinde gerekli önem verilmez. Ancak yay, dizayn prosesinde dikkat edilmesi gereken en önemli elemanlardan birisidir

Eğer kullanılan yay istenilen şekilde çalışmıyorsa üründen iyi bir netice alınmayacaktır. Bu sebeple ürününü dizayn etmeden önce yay dizaynını doğru bir şekilde yapmak önemli bir husustur. Bu işlem ürünün maliyetini düşürüp, verimini arttıracaktır ve ürüne uzun bir çalışma ömrü sağlayacaktır.

Yay tasarımı, ürün dizayn prosesinde geç düşünülürse, üründe istenen fonksiyonu yapacak yay temini için sıkıntı yaşanabilecek ve ekstra maliyet ve karmaşıklığa sebep olabilecektir.

Bütün tasarımcılar her makinenin ömrü için yay güvenirliğinin çok önemli olduğunu kabul edeceklerdir. İstatistikler göstermiştir ki doğru bir yay dizaynı ürün için uzun bir ömrü garantiye almada en önemli faktördür.

Teknik özellikleri doğru tespit edilmiş bir yay kullanıldığı yerde maksimum performansı sağlar ve optimum ömre sahip olur.

Çok iyi bir dizayn gerçekleştirmek için bu konuda uzman kişi ve kuruluşlardan bilgi ve destek alınabilir. Bir ürünü oluşturmada bu kişi ve kuruluşlardan dizayn başlangıcındaki kavramsal fikirlerden, ürünün elde edilmesine kadarki süreç içerisinde görüş alış verişinde bulunulabilir.

Gerekli dizayn modifikasyonları yay uzmanlarının yardımıyla daha çabuk ve daha verimli bir şekilde yapılabilir. Dizayn prosesi esnasında bu kişilerle erken diyaloga girmek zaman ve yeniden dizayn maliyeti açısından kazanç sağlayacaktır.

  Malzeme Seçimi

Yay malzemeleri endüstride kullanılan en mukavemetli malzemelerdir (Şekil 2.). Yaylar genellikle diğer elemanlardan daha fazla zorlanmaya maruz oldukları dikkate alınarak dizayn edilir.

Mesela helisel sarılmış basma yayları kopma mukavemetinin %70’ i hatta daha fazlası bir değerde gerilmeye maruz kalabilir. Buna ilaveten yay malzemeleri yüksek ve düşük sıcaklığın olduğu, korozif çözeltilerin bulunduğu yerlerde ani ve dinamik yüklemenin mevcut olduğu yerlerde çalışabilmelidir. Yay malzemelerinin sadece mekanik özellikleri değil elektrik ve manyetik özellikleri de önemlidir.

Helisel yaylar için malzeme seçimini yönlendiren birkaç faktör vardır. Bunlar yükleme durumu, çalışma gerilimi aralığı, ağırlık, çalışma sınır ölçüleri, yorulma ömrü, sıcaklık, korozyon, üretim metodu (soğuk ve sıcak sarım) ile malzeme özellikleri olarak sayılabilir.

Yaylara uygulanan yük arttırıldığında ve kullanılan yer sınırlandırıldığında yaylar daha yüksek çekme mukavemetine sahip malzemelerden yapılmalıdır. Eğer yayın üzerine etkiyen gerilme değeri yüksek ve yükleme durumu dinamikse bu kez yorulma dayanımı yüksek malzemeler tercih edilmelidir.

Yay malzemeleri konusu önemli ve derin bir konudur. Bu çalışma bu konuya ait küçük bir giriştir ve yay dizaynı yapan kişilerin malzeme seçiminde kendilerine güven duymasını sağlar.

Bu çalışmada yay malzemelerinin beş ana grubu ele alınmıştır. Bunlar yüksek karbonlu yay çelikleri, alaşımlı yay çelikleri, paslanmaz yay çelikleri, bakır alaşımları ve nikel alaşımlarıdır.

Tablo 1’ de özet bir malzeme referans tablosu verilmiştir. Bu tablo yay malzeme listesinin tamamı değildir. Kısa tutulmak amacıyla bir çoğu alınmamıştır.