Şanzıman arızası nedeniyle ağır hizmet tipi bir makinenin durduğunu hayal edin - ortaya çıkan ekonomik kayıplar milyonlara ulaşabilir. Mekanik sistemlerin temel bileşeni olan bir şanzımanın performansı, verimliliği ve ömrü büyük ölçüde yapımında kullanılan malzemelere bağlıdır. Uygun şanzıman malzemelerinin seçimi sadece güvenilir çalışmayı sağlamakla ilgili değildir; bakım maliyetlerini azaltmak ve üretim verimliliğini artırmak için de çok önemlidir. Bu makale, performans, uzun ömür ve maliyet arasında optimum dengeyi sağlamaya yardımcı olmak için çeşitli şanzıman bileşenleri için malzeme seçimini incelemektedir.

Malzeme seçimleri doğrudan bir şanzımanın dayanıklılığını, performansını, bakım gereksinimlerini ve genel maliyet yapısını etkiler:

• Dayanıklılık: Şanzımanlar tipik olarak ağır yükler ve yüksek stres koşulları altında çalışır. Dayanıklı malzemeler aşınmaya karşı direnç gösterir ve hizmet ömrünü uzatır.
• Performans: Güç iletim verimliliği, dişlilerin ve gövdelerin malzeme özelliklerine bağlıdır.
• Bakım: Korozyona ve aşınmaya dayanıklı malzemeler, bakım sıklığını ve değiştirme ihtiyacını azaltır.
• Maliyet: Malzeme seçimi, ilk yatırım ile uzun vadeli tasarruflar arasında dikkatli bir denge gerektiren toplam sahip olma maliyetlerini etkiler.

Şanzımanlar, her biri işlevsel gereksinimlerine ve çalışma koşullarına uygun belirli malzemeler gerektiren birkaç temel bileşenden (dişliler, yataklar, gövdeler ve miller) oluşur.

Birincil güç iletim elemanları olarak, dişli malzemeleri yüksek mukavemet, sertlik ve aşınma direnci göstermelidir.

• Çelik: En yaygın dişli malzemesi. Karbon çelikleri, alaşımlı çelikler ve paslanmaz çelikler olağanüstü mukavemet ve dayanıklılık sunar. 20MnCr5 gibi yüzey sertleştirilmiş çelikler, sert dış yüzeyleri ve sert çekirdekleri nedeniyle özellikle popülerdir.
• Dökme Demir: Düşük hızlı uygulamalar için iyi işlenebilirlik ve aşınma direnci sağlar, ancak yüksek stresli ortamlar için uygun değildir.
• Pirinç ve Bronz: Mükemmel aşınma direnci ve kendi kendini yağlama özellikleri sunan, sonsuz dişliler gibi düşük sürtünmeli uygulamalarda kullanılır.
• Plastikler: Mühendislik plastikleri (naylon, asetal), hafif yapı ve gürültü azaltmanın öncelikli olduğu düşük yük, düşük hızlı uygulamalarda hizmet verir.

Çeliğin çok yönlülüğü ve üstün performansı, onu şanzıman imalatı için tercih edilen seçim haline getirir:

• Karbon Çeliği: %2'ye kadar karbon içeriği ile bu çelikler, orta derecede gerilmiş dişliler ve miller için uygun olan mukavemet ve tokluğu iyi dengeler.
• Alaşım Çeliği: Krom, molibden ve nikel katkı maddeleri sertliği, tokluğu ve korozyon direncini önemli ölçüde artırır. 4140 ve 4340 gibi yaygın kaliteler, yüksek stresli uygulamalara uygundur.
• Paslanmaz Çelik: Mükemmel korozyon direnci için ≥%10,5 krom içerir. 17-4PH ve 304 gibi kaliteler, ıslak veya kimyasal olarak maruz kalan ortamlarda kullanılır.

Bu bileşenler, hareketli parçalar arasındaki sürtünmeyi en aza indirirken dönen milleri destekler ve düzgün çalışmayı sağlarken ağır yüklere dayanabilen malzemeler gerektirir.

• Krom Çeliği: Yüksek sertlik, aşınma direnci ve yorulma ömrü sunan en yaygın rulman malzemesi.
• Paslanmaz Çelik: Korozyon direncinin çok önemli olduğu yerlerde kullanılır, ancak krom çeliğinden biraz daha düşük sertliğe sahiptir.
• Seramik: Seramik bilyalı hibrit rulmanlar, performans uygulamaları için yüksek hızlı yetenek, düşük sürtünme ve olağanüstü aşınma direnci sağlar.

Şanzıman gövdeleri, koruma ve yapısal destek sağlarken bileşenleri kapatır ve sağlamlığı darbe direnciyle birleştiren malzemeler talep eder.

• Dökme Demir: Mukavemeti, işlenebilirliği ve titreşim sönümleme özellikleri nedeniyle yaygın olarak kullanılır.
• Alüminyum: Hafif ve korozyona dayanıklı, ağırlık azaltmanın kritik olduğu yerler için idealdir.
• Çelik: Ağır hizmet tipi uygulamalar için üstün mukavemet ve dayanıklılık sunar.

Şanzımanlardan diğer bileşenlere güç ileten miller, sağlam, sert ve burulma gerilmelerine dayanıklı malzemeler gerektirir.

• Alaşım Çeliği: Yüksek mukavemeti, tokluğu ve yorulma direnci nedeniyle yaygın olarak kullanılır.
• Paslanmaz Çelik: Zorlu ortamlarda korozyon direnci için seçilir.
• Karbon Çeliği: Mukavemet, tokluk ve uygun maliyetin dengeli bir kombinasyonunu sağlar.

Birincil malzemelerin ötesinde, birkaç tanesi özel amaçlara hizmet eder:

• Dökme Demir Çeşitleri:
  • Gri Demir: Mükemmel aşınma direnci ve titreşim sönümleme için grafit pulları içerir.
  • Sfero Döküm: Gri demirden daha fazla süneklik ve darbe direnci sunar.
• Pirinç ve Bronz:
  • Pirinç (bakır-çinko alaşımı): Sonsuz dişlilerde ve düşük sürtünmeli uygulamalarda kullanılır.
  • Bronz (bakır-kalay alaşımı): Rulmanlar ve yüksek yüklü dişliler için üstün aşınma direnci ve mukavemet sağlar.
• Mühendislik Plastikleri:
  • Naylon: Dişliler ve rulmanlar için mukavemet, tokluk ve aşınma direncini birleştirir.
  • Asetal: Hassas bileşenlerde düşük sürtünme ve boyutsal kararlılık ile bilinir.

Birkaç kritik faktör malzeme seçimlerine rehberlik eder:

1. Yük Kapasitesi: Malzemeler, çalışma yüklerine deformasyon veya arıza olmadan dayanmalıdır.
2. Aşınma Direnci: Yüksek direnç, hizmet ömrünü uzatır.
3. Korozyon Direnci: Paslanmaz çelikler veya kaplamalar, zorlu ortamlarda bozulmayı önler.
4. Termal Özellikler: Malzemeler, sıcaklık aralıklarında güvenilir bir şekilde çalışmalıdır.
5. İşlenebilirlik: Özellikle karmaşık dişli geometrileri için üretilebilirliği etkiler.
6. Maliyet: Performans ihtiyaçlarını bütçe kısıtlamalarıyla dengelemeyi gerektirir.

Malzeme bilimindeki gelişmeler, şanzıman teknolojisini dönüştürmeye devam ediyor:

• Kompozit Malzemeler: Malzeme mukavemetlerini birleştirmek (örneğin, metalin mukavemetini plastiğin hafif özellikleriyle birleştiren metal-plastik kompozitler).
• Yüzey İşlemleri: Nitritleme, karbürleme ve PVD kaplamalar gibi teknikler, çekirdek malzeme özelliklerinden ödün vermeden yüzey sertliğini ve aşınma direncini artırır.
• Katmanlı İmalat: 3B baskı, özelleştirilmiş malzeme özelliklerine sahip karmaşık dişli geometrilerini mümkün kılar.

Sektöre özgü gereksinimler malzeme seçimlerini belirler:

Yüksek yüklere dayanmalı, aynı zamanda düzgün çalışma ve aşınma direnci sağlamalıdır.

• Dişliler: Tipik olarak yüzey sertleştirilmiş (20MnCr5) veya alaşımlı çelikler (4140)
• Rulmanlar: Yüksek hızlı çalışma için krom çeliği veya hibrit seramik
• Gövdeler: Ağırlık azaltma için alüminyum, ağır taşıtlar için dökme demir
• Miller: Yüksek mukavemetli alaşımlı çelikler (4340)

Konveyör sistemlerinden rüzgar türbinlerine kadar çeşitli ortamlara hizmet eder.

• Dişliler: Yüksek mukavemetli alaşımlı ve yüzey sertleştirilmiş çelikler
• Rulmanlar: Korozyon direnci için paslanmaz çelik veya ağır yükler için krom çeliği
• Gövdeler: Mukavemet ve titreşim sönümleme için dökme demir
• Miller: Ağır yük kapasitesi için yüksek mukavemetli alaşımlı çelikler

Olağanüstü korozyon direnci ve dayanıklılık gerektirir.

• Dişliler: Paslanmaz çelik veya bronz
• Rulmanlar: Deniz suyuna dayanabilmesi için paslanmaz çelik veya seramik
• Gövdeler: Deniz sınıfı alüminyum veya paslanmaz çelik
• Miller: Korozyona dayanıklı paslanmaz çelik