Kuru Sürtünme Deneyleri

T.C.
ONDOKUZ MAYIS ÜNĠVERSĠTESĠ
MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ
MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ
KURU SÜRTÜNME DENEYLERĠ
DENEY FÖYÜ
HAZIRLAYANLAR
Prof. Dr. Erdem KOÇ
Arş.Gör. Mahmut Can ŞENEL
EYLÜL 2011
SAMSUN

2.3. DENEY DÜZENEĞĠ
Kuru sürtünme deney düzeneği, Şekil 4’den görülebileceği üzere metal bir tabana sahip olup
üzerinde iki adet kılavuz yatak(1) bulunmaktadır. Kılavuz yataklar, taşıyıcıya(2) uygun olarak
tasarlanmıştır. Düzenekte senkron bir motor(12) bulunmaktadır. Bu senkron motor,
10 dev/dak dönüş hızına sahip olup kablo sarıcıyı(9) döndürmektedir. Kablo sarıcının diğer
ucu taşıyıcıya bağlanıp motorun çalıştırılmasıyla kablo sarılmakta ve dolayısıyla taşıyıcı
hareket etmektedir. Taşıyıcının farklı hızlardaki hareketini sağlamak amacıyla biri 7,5 mm
diğeri 15 mm çapta olmak üzere iki farklı kablo kullanılabilmektedir. Kablo, kablo sarıcıdan
elle açılarak taşıyıcıdan çıkarılmaktadır.
12
ġekil 4. Kuru sürtünme deney düzeneği
Deney ünitesinde, taşıyıcı üzerine yerleştirilen sürtünme plakaları(3); alüminyum, cam veya
plastik malzemeden yapılmıştır. Ayrıca, plastik sürtünme plakasının arka tarafında da keçeli
yüzey bulunmaktadır. Sürtünen cisimler(4) alüminyum veya pirinç malzemeden yapılmıştır.
Pirinç malzemeden yapılan cismin bir tarafında keçeli yüzey bulunmakta olup sürtünen
cisimlerin her biri 1 N ağırlığındadır. Ayrıca, deney düzeneğinde her biri 0,5 N ağırlığında
olan 8 adet yük(5) bulunmaktadır. Motorun çalıştırılıp taşıyıcıya bağlı kablo sarıcının
taşıyıcıyı çekmesiyle sürtünen cisim ve sürtünme plakası arasında oluşan sürtünme kuvveti
Şekil 3’de görüldüğü gibi bir dinamometre(6) yardımıyla ölçülmektedir. Dinamometre, 2
N’luk ölçüm aralığına ve 0,05 N’luk hassasiyete sahiptir. Dinamometredeki titreşimi
bastırmak amacıyla da dinamometreye bir sönümleyici silindir(7) yerleştirilmiştir.
2.4. DENEYE HAZIRLIK
Deneye başlamadan önce aşağıdaki işlemler yapılmalıdır:
Deney düzeneğinin sert ve düz bir zeminde olup olmadığı kontrol edilir.
Ana güç kablosu prize bağlanır.
2.5. DENEYĠN YAPILIġI
2.5.1. Deney Düzeneğine Sürtünme Plakasının YerleĢtirilmesi
Deney düzeneğindeki sabit parçalar sürtünen cisim ve yüklerdir. Hareketli parçalar ise taşıyıcı
ve taşıyıcı üzerine yerleştirilen sürtünme plakasıdır. Ayrıca, taşıyıcı üzerinde sürtünme
plakasının yerleştirildiği bir plaka yuvası bulunmaktadır. Sürtünme plakasında hangi yüzey
üzerinde deney yapılacaksa o yüzey üste gelecek şekilde Şekil 5’deki gibi plaka yuvasına
yerleştirilir.
4

ġekil 5. Deney düzeneğine sürtünme plakasının yerleştirilmesi
2.5.2. Deney Düzeneğine Kablo Sarıcının Bağlanması
Deney düzeneğine sürtünme plakası yerleştirildikten sonra kablo sarıcı açılarak taşıyıcıya
bağlanır. Taşıyıcı, kılavuz yataklar üzerinde Şekil 6’daki gibi kaydırılarak başlangıç
konumuna yani deney düzeneğinin sağ ucuna getirilir.
ġekil 6. Deney düzeneğinde kablo sarıcının bağlanması
2.5.3. Deney Düzeneğine Sürtünen Cismin YerleĢtirilmesi
Deney düzeneğinde, yüzey çifti sürtünme plakasıyla sürtünen cisim arasında oluşmaktadır. Bu
nedenle sürtünen cisim, sürtünme plakası üzerine Şekil 7’deki gibi yerleştirilerek sürtünen
cismin ucuna dinamometre giriş kablosu bağlanır. Kablo bağlantısı sağlandıktan sonra da
dinamometre kuvvet göstergesi sıfırlanır.
ġekil 7. Deney düzeneğine sürtünen cismin yerleştirilmesi
2.5.4. Deney Düzeneğinde Senkron Motorun ÇalıĢtırılması
Motor açma-kapama düğmesinden senkron motor çalıştırılarak kablo sarıcıya kablo sarılmaya
başlar. Kablo sarıcıda kablonun sarılmasıyla beraber Şekil 8’deki gibi taşıyıcı sola doğru
hareket eder. Bu sayede de dinamometreden sürtünme kuvvetinin değeri okunur. Eğer
dinamometredeki göstergede sapma oluyorsa sürtünme kuvvetinin ortalaması alınır. Sürtünen
cisim üzerine 5 N’a kadar yükler eklenerek deney tekrarlanır ve yeni sürtünme kuvveti
değerleri dinamometreden okunur. Değişken parametrelerin sürtünme kuvvetine olan etkisini
belirlemek amacıyla normal kuvvet, yüzey çiftleri, cismin kayma hızı, sürtünen yüzeylerin
yüzey alanları değiştirilerek deneyler tekrarlanır.
ġekil 8. Deney düzeneğinde senkron motorun çalıştırılması
5

2.6. SÜRTÜNME DENEYLERĠ
Deney düzeneğinde yapılacak deneylerde; sırasıyla normal kuvvetin, sürtünme yüzey
alanının, kayma hızının, yüzey özelliklerinin, yüzey çiftlerinin sürtünme kuvveti ve sürtünme
katsayısı üzerine etkileri analiz edilmektedir.
2.6.1. Normal Kuvvetin Sürtünme Kuvveti Üzerine Etkisi
Coloumb Kanununa dayanarak sürtünme kuvveti(Fs) normal kuvvetle(Fn) lineer bir değişim
göstermektedir. Normal kuvvet, sürtünen cisim üzerine eklenen yüklerle değişmektedir.
Sürtünme kuvveti ve sürtünme katsayısını belirleyebilmek amacıyla deney düzeneğinde;
Sürtünme plakası: Keçe
Sürtünen cisim: Alüminyum, pürüzsüz tarafı(1 N)
Sürtünme hızı: Küçük çaplı kablo sarıcı kullanılmaktadır.
Tablo 1. Sürtünme kuvvetinin normal kuvvete bağlı olarak değişimi
Fs, N 0,11 0,19 0,32 0,41 0,51 0,61 0,71 0,81 0,90
Fn, N 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Tablo 2. Sürtünme yüzey alanının sürtünme kuvveti üzerine etkisi
Fs(Ak), N 0,06 0,2 0,45 0,68 0,83 0,93 1,05 1,08 1,31
Fs(Ab), N 0,06 0,2 0,45 0,68 0,83 0,93 1,05 1,08 1,31
Fn, N 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

2.6.5. Malzeme Seçiminin Sürtünme Kuvveti Üzerine Etkisi
Farklı tür malzemelerin sürtünme kuvveti üzerine etkisini belirlemek amacıyla sürtünme
plakası ve sürtünen cismin malzemeleri değiştirilerek deneyler gerçekleştirilir.
a) Alüminyum/Pirinç Yüzey Çifti Arasındaki Sürtünmenin Belirlenmesi
Sürtünme kuvveti ve sürtünme katsayısını belirleyebilmek amacıyla deney düzeneğinde;
Sürtünme plakası: Alüminyum
Sürtünen cisim: Pirinç (1 N)
Sürtünme hızı: Küçük çaplı kablo sarıcı kullanılmaktadır.
Tablo 4. Alüminyum/pirinç yüzey çifti arasındaki sürtünme
Fs, N 0,03 0,2 0,4 0,62 0,79 0,95
Fn, N 1 2 2,5 3 4 5

3. EĞĠK DÜZLEMDE KURU SÜRTÜNME DENEYĠ
3.1. DENEYĠN AMACI
Bu deneyde, farklı tür malzemeler için eğik düzlemde sürtünme katsayısının belirlenmesi,
dinamik ve statik sürtünme arasındaki farkın gözlenmesi ve düzlemin farklı eğim açılarında
statik kuvvet dengesinin oluşturulması amaçlanmıştır.
3.2. DENEY DÜZENEĞĠ
Deney düzeneği Şekil 10’da gösterilmekte olup temel olarak eğik düzlem(1), taşıyıcı sütun(2),
taşıyıcı tabladan(3) oluşmaktadır. Eğik düzlemin eğim açısı, açı skalasına(4) bağlantılı dönen
bir eleman yardımıyla +45° ve -45° arasında ayarlanabilmektedir. Eğik düzlemin üstü kaymayapışma
etkisinin olmadığı kayar nesnelerle deneylerin tekrarlanabildiği plastik katmanla
kaplıdır.
ġekil 10. Eğik düzlemde sürtünme deney düzeneği
Eğik düzlemin uç kısmında bir makara(5) bulunmaktadır. Makara, üzerinden geçen bir ip
yardımıyla kayar nesne(6) ve yüklemelerin yapıldığı sarkaç(7) birbirine bağlanmaktadır.
Düzenekte, iki adet kayar nesne mevcuttur. Ayrıca kayar nesnenin her bir yüzeyinde de iki
farklı malzeme(çelik, pirinç, polipropilen ve alüminyum) bulunmaktadır. Deneyde, sarkaca 10
N’a kadar yükleme yapılabilmektedir.
3.3. DENEYLER
Bu deney düzeneğiyle iki ayrı deney yapılabilmektedir. Bunlar; eğik düzlem sürtünme
katsayısının belirlenmesi ve eğik düzlemdeki kuvvetlerin belirlenmesi deneyleridir.
3.3.1. Sürtünme Katsayısının Belirlenmesi Deneyi
a) Temel Denklemler
Deney düzeneğinde, Şekil 11.a’da görüldüğü gibi eğik düzlemdeki eğim açısı sıfır dereceye
ayarlanarak sürtünme katsayısı hesabı yapılmıştır. Sürtünme katsayısını belirlemek amacıyla
kayar nesne harekete başlayana kadar yük arttırılır. Kayma anındaki yüklemeye bağlı olarak
da sürtünme katsayısı hesabı yapılır.
9

c) Hesaplamalar
ġekil 12. Eğik düzlem açısının sıfır olduğu(α=0º) eğik düzlem deney seti
Deney düzeneğinde, her bir yüzeyi farklı malzemelerden oluşan(propilen, çelik, alüminyum,
pirinç) iki adet kayar nesne bulunmaktadır. Kayar nesneleri harekete geçiren kuvvetler(F)
deneysel olarak belirlenip sürtünme katsayısı değerleri Tablo 7’de verilmiştir. Deney
düzeneğinde eğik düzlem açısı(α) 0º olup sürtünme katsayısı hesabında kayar nesnenin
ağırlığı(W) 10 N olarak alınmaktadır
Tablo 7. Farklı malzemeler için sürtünme katsayısı değerleri
Malzeme Türü Kayar Nesneyi Harekete
Geçiren Kuvvet, F [N]
11
Sürtünme Katsayısı, μ
Polipropilen 2,8

) Deneyin YapılıĢı
Deneyin yapılması sırasında aşağıdaki işlemler sırasıyla uygulanır:
Açı skalası yardımıyla eğik düzlem eğim açısı(α) 30°’ye ayarlanır.
Kayar nesnenin alüminyum tarafı eğik düzlem yüzeyine yerleştirilir ve Şekil 15’de
gösterildiği gibi makara üzerinden bir ip ile sarkaca bağlanır.
Sarkaca 4 N’luk yük asılır.
Kayar nesne yukarı yönde hareket edene kadar sarkaca yük eklenir.
Yüzeye yerleştirilen malzeme, yükler ve kayar nesneyi harekete geçiren kuvvet(F) not
edilir.
Kayar nesne aşağı yönde hareket edene kadar yükler yavaşça boşaltılır.
Kayar nesnenin aşağı yönde kaymaya başladığı andaki yük değeri not edilir.
Diğer malzemeler için deneyler tekrarlanır.
ġekil 15. Eğik düzlem eğim açısının α=30º olarak ayarlandığı eğik düzlem deney seti
c) Hesaplamalar
Deney düzeneğinde kayar nesnenin aşağı ve yukarı yönde hareketine bağlı olarak deneysel ve
teorik kayar nesneyi harekete geçiren kuvvet değerleri Tablo 8’de verilmiştir.
Tablo 8. Hareketin yönüne bağlı olarak kayar nesneyi harekete geçiren kuvvet değerleri
Hareketin
yönü
Kayar Nesneyi Harekete Geçiren
Kuvvet, F1 [N] (Deneysel)
Yukarı yönde 7,0
Aşağı yönde 3,0
13
Kayar Nesneyi Harekete Geçiren
Kuvvet, F[N] (Teorik)
F = W sinα + μ. cosα
F = 10 sin30 + 0,25. cos30
F=7,17 N
F = W sinα − μ. cosα
F = 10 sin30 − 0,25. cos30
F=2,84 N
Eşitlik 15 ve 17’den yararlanılarak yapılan hesaplamalarda sürtünme katsayısı(μ) 0,25, eğik
düzlem eğim açısı α=30º olarak alınmıştır. Kayar nesnenin yukarı ve aşağı yönde hareketiyle
elde edilen deneysel ve teorik kuvvet değerlerinin birbirine çok yakın olduğu sonucuna
ulaşılmıştır. Ayrıca, alüminyum kayar nesnenin haricinde diğer kayar nesneler(polipropilen,
çelik, pirinç) de sırasıyla deney düzeneğine yerleştirilerek deneyler tekrarlanabilmektedir.

4. ĠSTENENLER
- Sürtünme kuvvetinin normal kuvvetle değişimini gösteren Tablo 1’i oluşturup sürtünme
kuvveti normal kuvvet değişim grafiğini çizerek grafiği yorumlayınız.
- Sürtünme kuvvetinin sürtünme hızı ve sürtünme alanıyla olan değişimini gösteren Tablo 2
ve Tablo 3’ü oluşturup grafiklerini çizerek grafikleri yorumlayınız.
- Sürtünen cismin yüzey özelliklerinin sürtünme kuvveti üzerine olan etkisini açıklayınız.
- Tablo 4, 5 ve 6’daki gibi yüzey çiftlerinin sürtünme kuvveti üzerine olan etkisini gösteren
tabloları oluşturarak grafiklerini çiziniz. Yüzey çiftleri arasındaki sürtünme katsayılarını
karşılaştırarak yorumlayınız.
- Eğik düzlemde sürtünme katsayılarının belirlenmesi deneyinde her bir malzeme için
sürtünme katsayısı değerlerini hesaplayarak Tablo 7’yi oluşturunuz.
- Farklı malzeme kombinasyonları için kayar nesnenin aşağı ve yukarı yönlü hareketine
bağlı olarak teorik ve deneysel olarak kayar nesneyi harekete geçiren kuvvetleri Tablo
8’deki gibi belirleyiniz.
- Farklı malzemelere ait oluşturulan Tablo 7 ve Tablo 8’i grafiklerle analiz ederek
irdeleyiniz.
- Tablo 8’de teorik ve deneysel olarak kayar nesneyi harekete geçiren kuvvetlerin farklı
olmasının sebeplerini yazınız. Yüzde hata miktarını bulunuz.
5. KAYNAKLAR
[1] Koç, Erdem, Makina Elemanları Cilt 2, Nobel Yayınevi, 2. Baskı, Adana, 2006
[2] G.U.N.T. TM 210 Dry Friction, 2010
[3] G.U.N.T. TM 225 Friction on the Inclined Plane, 2010
14