Önsöz

Bu kitap 1974 yılından beri Orta Doğu Teknik Üniversitesinde vermiş olduğum “Mekanizma Tekniği” ders notlarının zaman içinde gelişmesi sonucunda ortaya çıkmıştır. ODTÜ’de eğitimin İngilizce olması nedeni ile 1979, 1985 ve 1999, 2009 ve 2018 yıllarında kitap İngilizce olarak basılmıştır ve halen ders kitabı olarak kullanılmaktadır. Kitapta her basım sırasında gelişen teknolojilere göre önemli değişiklikler yapılmıştır. Gerekli görülen birçok değişiklikler ve ekler yapılarak bu kitap Türkçe olarak 2000 yılında yeniden yazılmış, 2007, 2010 ve 2018 yıllarında gerekli değişikliklerle basılmıştır. İngilizce yazılmış olan kitabın tercümesi değildir. Amaç Türkçe eğitim gören veya sanayiide çalışan meslektaşlarımıza kendi açımdan mekanizma tekniği konusunda bilgi vermek ve bu alanda Türkçe literatüre ufak bir katkıda bulunmaktır.

Son yıllarda tek kalıcı şeyin değişim olduğu açıkca görülmektedir. Bilgiye erişimde ve hesaplama yöntemlerinde dijital teknoloji ile gelen önemli değişiklikler hem eğitimde ve hem de mühendislik çalışmalarında büyük değişimler getirmiştir. Ana bilgisayarların yerine kişisel bilgisayarların kullanılması ve bu bilgisayarlarda çeşitli paket programların geliştirilmesi ile, mühendisler eskiden olduğu gibi FORTRAN lisanı kullanıp uzun programlar yazmaya ve sonuç olarak elde ettiği bir yığın rakamın ne anlama geldiğini irdeleyerek zaman kaybetmektense, her türlü grafik özellikleri olan paket programları kullanarak sonuçları anında irdeleyebilir bir ortamda çalışır olmuşlardır. Bütün bu gelişmeler mühendislik mesleğini daha ilginç hale getirmiştir. Bu teknoloji ile zor ve zaman alıcı hesaplamalardan kurtuldu isek de temel kavramları bilmek, her hangi bir sistemin geometrisini tam ve doğru bir şekilde modellemek bu sanal bilgisayar ortamında çok daha önemli olmaktadır.

Makina mühendisliği nümerik kontrollü takım tezgahları, robotlar, programlanabilir makinalarla önemli değişikliklere uğradı ise de Newton kanunları hala makinalarda hareket ve kuvvetleri izlememiz için gerekli ve yeterli temel kural olarak ortada durmakta, uzun süre değişmeyeceği görülmektedir. Makinalarda hareketin geometrisini ele alan mekanizma bilimi (tekniği veya sanatı da diyebiliriz), grafik ve analitik yöntemlerle ondokuzuncu asırda geliştirilmiş, 1950’lerde ise çağdaş mekanizma tekniği diyeceğimiz evrede analitik ve sayısal yöntemlerin geliştirilmesi ile bugünkü halini almıştır. Tasarlanacak ürünler ve tasarım kriterleri değişti ise de mekanizma tekniği tasarımda önemini aynen korumaktadır.

Mühendisin esas görevi problem çözmek, üretken olmaktır. Bu açıdan bakıldığında mekanizma tekniği kanımca makina mühendisleri için sadece mekanizmalarla ilgili değildir. Bu güne kadar mekanizma dışında elde ettiğim tecrübelere dayanarak, herhangi bir sistemin geometrisini modelleyebilme ve bu modeli hayalde canlandırabilme, çözüm için ise algoritmik düşünerek bir yöntem geliştirme, insanı sonuca götüren temel yaklaşım olduğuna inanmaktayım. Bu nedenle bir öğrenci mekanizma tekniğinde hareketin geometrisini anlayabilir, hayalinde canlandırabilir hale gelir ise ve bir dizi işlemlerden oluşan problem çözümünü yapabilir ise, mekanizma tekniği dışında problemler için de çok önemli beceriler kazanmıştır.

Birinci bölümde amaç okuyucuyu günlük uygulamalarda gördüğümüz mekanizmalarla tanıştırmaktır. Her zaman görülen ancak dikkat etmediğimiz yüzlerce mekanizmanın temel topolojik özellikleri anlatılmaya, uzuv, mafsal ve serbestlik derecesi kavramları açıklanmaya çalışılmıştır. Okuyucuya her türlü mekanizmayı tanıtabilmek için kitabın sadece bu bölümünde uzaysal mekanizmalar da gösterilmiştir. Ancak mekanizma çeşitleri ve uygulamaları bir bölüme sığamıyacak kadar çeşitli olduğu açıktır. Bu nedenle ilgili okuyucuların bu konuda internete başvurmalarını önemle tavsiye ederim. Bu kitap mekanizma tekniği için bir başlangıç kitabı olarak düşünüldüğünden, diğer bölümlerde uzaysal mekanizmalar kapsam dışı bırakılmıştır.

Şimdiye tek bir bölüm olarak yazılmış olan kinematik analiz konusu, kapsamın oldukça genişlemesinden dolayı iki bölüme ayrılmıştır. Kitabın ikinci bölümünde hareket analizi, üçüncü bölümünde ise hız ve ivme analizi ele alınmıştır. Bu bölümlerde düzlemsel mekanizmalarda hareket, hız ve ivme analizi konu edilmiştir. Temel olarak mekanizmada devre kavramı kullanılmıştır. Çözüm için ise geometrik ve analitik yöntemler anlatılmıştır. Geometrik yöntemlerin klasik şekilde pergel cetvel ile yapılabildiği gösterildiği gibi bilgisayar kullanılarak AutoCADâ, Solidworksâ, Catiaâ ve benzeri çizim programları ile veya son yıllarda tüm dünyada eğitimde kullanımı gittikçe artan ücretsiz GeoGebra paket programı kullanılarak uygulaması anlatılmıştır. Vikipediye göre “GeoGebra (GeoCebir), matematik ve geometriyi öğrenme ve öğretme amacıyla kullanılabilen, ilköğretimden üniversiteye kadar geniş bir kesime hitap eden özgür bir dinamik matematik yazılımıdır”. Son yıllarda birçok ülkede lise ve üniversitelerde bilhassa matematik, cebir ve geometri eğitimi için kullanıldığı görülmektedir. Kitapta GeoGebra paket programı ile mekanizmaların hareket analizi örneklerle anlatılmaktadır. Geogebra ile hız ve ivme analizi ise ilk defa kitaba destek olarak hazırlanmış olan videolarda yer almıştır. Analitik yöntemlerin uygulaması ağırlıklı olarak EXCELâ paket programı kullanılarak gösterilse de MathCADâ ve MATLABâ gibi matematik paket programlaının kullanılabileceği gösterilmiştir. Ayrıca, gerektiğinde mühendisin FORTRAN, VisualBASICâ, C+, ve benzeri her hangi bir yazılım dili ile mekanizmaların analizini yapabileceği açıktır. Burada en önemli olay kişinin “analitik” düşünceyi geliştirmesi ve çözüm için bir “algoritma” oluşturabilmesidir. EXCEL paket programına ağırlık verilmesinin en önemli nedeni:

a) Program günümüzde yaygın olarak çok değişik işlerde kullanılmaktadır (Excel sadece mekanizma eğitimi için öğrenilmez. Tüm mühendislik alanlarında kullanılabilir);
b) Exelin de bulunduğu ofis programlarını her bilgisayarda yaygın olarak bulunmaktadır.
c) Excel ile ilgili her bürlü bilgiye kolaylıkla erişilebilir;
d) Çıkan sonuçların başka programlara aktarılabilir (örneğin Teknik resim paket programları),
e) Basit Mühendislik hesaplamalarında algoritma geliştirmenin en kolay ortamıdır:
f) Diğer paket programlara göre çok düşük maliyettedir. (isterseniz WPS Office, LibreOffice, Google Sheets gibi ücretsiz paket programlar da benzer şekilde kullanılabilir).

ADAMSâ, WorkingModelâ gibi özellikle makinaların kinematik ve dinamik analizi için hazırlanmış paket programları kullanan örnekler kitapta yer almamıştır. Mekanizmaların analizi ve sentezi konusunda geliştirilmiş olan çok çeşitli paket program internette (ücretli veya ücretsiz) bulunmaktadır. Mekanizma tekniğine adım atılırken bu özel programların kullanımı kanımca sakıncalıdır. Bildiğim kadarı ile, mekanizma tekniği problemlerinin çözümünde EXCELâ paket programının kullanımı ilk defa bu kitapta yer almıştır. Kanımca günümüzde her mühendisin çok iyi bilmesi gereken bir programdır. Her türlü mühendislik hesaplamaların kolayca yapılabildiği, tekrar tekrar yapılacak işler için çabayı en aza indiren bir ortam yaratmaktadır. Bu kitapta anlatılanların bu paket programın tüm özelliklerini anlatmayı amaçlamadığı açıktır.

Günümüzde eğitimde dijitalleşme söz konusudur. Bilgi sadece bir öğretim anlattıkları ile veya bir kitapla sınırlı kalması söz konusu değildir. İnternet artık eğitim hayatımızın önemli bir parçası olmuştur. Bazı konuları örneklerle video şeklinde hazırlayıp sunmak daha anlaşılır hale getirmekte yararlı olmaktadır. Dersde yapılması zor, veya zaman sınırlaması nedeni ile tekrarlanması mümkün olmayan bir olay bu şekilde öğrenci tarafından istediği kadar seyredilir hale gelebilmektedir. Bu nedenle Kinematik analiz konusu ile ilgili olarak elimden geldiğince fazla video hazırlanmaya çalışılacak ve bu videolar:

https://www.youtube.com/c/MuhendislerIcinExcelveGeogebraEresSoylemez

YouTube kanalından izlenebilecektir. Zamanla bu sitede yer alan örnek sayısının artması hedeflenmektedir. Ayrıca ODTÜ açık ders malzemelerinde yer alan Mekanizma Tekniği Konusunda hazırlanmış olan site yenilenmiştir. Bu siteye:

https://blog.metu.edu.tr/eresmech/mekanizma-teknigi/

erişilebilir.

Dördüncü bölümde lineer mekanik sistemler, dişli zincirleri anlatılmaktadır. Düz ve planet dişli sistemleri kinematik açıdan açıklanmıştır. Ülkemizde dişli konusu makina elemanları derslerinde oldukça detaylı kapsandığından dolayı, dişli profili ve dişli teorisi kapsam dışı bırakılmıştır.

Beşinci bölümde uygulamada en fazla karşılaşılan basit mekanizmalar ele alınmıştır. Dört-çubuk, krank-biyel ve kol-kızak mekanizmalarının genel özellikleri açıklanmış ve bu mekanizmalarla ilgili tasarım problemleri analitik yöntemler kullanılarak gösterilmiştir. Dört-çubuk mekanizması tipleri, biyel eğrisi ve özellikleri, dört-çubuk mekanizması eşlenikleri anlatılmıştır. Biyel noktasının yaklaşık doğrusal hareket yapması için krank-biyel ve kol-kızak mekanizmasının tasarımı gösterilmiştir.

Altıncı bölümde kam mekanizmaları ele alınmış, tipleri, hareket diyagramları ve bu hareket diyagramlarını gerçekleştirmek için kam profilinin çıkarılışı geometrik ve analitik olarak anlatılmıştır.

Her bölüm sonunda konu ile ilgili gerekli sayıda problem verilmiştir. Bu problemlerden bazıları konunun uygulaması olduğu gibi, bazıları ise konunun okuyucu tarafından irdelenmesi içindir. Kitapta oldukça fazla sayıda örnek yer almaktadır. Örneklerin gerçek uygulamalardan olmasına özen gösterilmiştir.

Bilhassa son yıllarda okuyuculardan kitapta yer alan problemlerin çözümü istenmektedir. Tarafımdan bu problemler çoğu kez çözülmüş olsa bile böyle bir arşiv bende bulunmamaktadır (tahtada yapıyorsam çözümü anlatır, çözer ve silerim. Kağıtta yaptı isem çözümü yırtar atarım). Bir mühendis hayatta başkası tarafından çözülmüş bir problemi çözmesi için işe alınmaz. Mühendis yaptığı hesapların doğruluğundan sorumlu olan kişidir. Öyle ise çözdüğümüz problemi kontrol etmekte öğrenmemiz gereken bir husustur. Bunun için öncelikle analiz konusunun esasını, temel olarak kullanılan yöntemin detaylarını çok iyi anlamış olmamız gerekir. Problem çözmeye başlamadan önce konu çok iyi anlaşılır olmalıdır. Ayrıca burada kinematik analiz için değişik yöntemler anlatılmıştır (grafik analitik ve sayısal yöntemler). Bir problem doğru çözdüğümüze emin olmak için aynı problemi iki değişik yöntemle çözmek çok faydalı bir yoldur.

Öğrenmede tabiiki örneklerin önemli bir yeri vardır. Bu nedenle kitapta oldukça fazla sayıda örnek olduğuna inanmaktayım. Daha başka örnek görmek isteyen, konuya ilgi duyan meslektaşlarıma yazmış olduğum “Örneklerle mekanizma Tekniği” kitabını öneririm. (https://kitap.mmo.org.tr/orneklerle-mekanizma-teknigi, Makina Mühendisleri Odası (MMO) yayın No:707, 2020).

Mekanizmalarda kuvvet analizi, titreşim gibi dinamik konuları ile mekanizmaların sentezi konuları kapsam dışı tutulmuştur. Dinamik konusunda yazmış olduğum “Makina Dinamiği” kitabı faydalı oladuğuna inanıyorum (Birsen Yayınevi, 2018). “Mekanizmaların Tasarımı” konusunda yazmakta olduğum kitabı yakın bir gelecekte meslektaşlarımla paylaşmayı bekliyorum.

Kitabın dizilişi, şekillerin çizimi tamamen tarafımdan yapıldığından, olası her türlü hata tarafımdan yapılmıştır. Ne kadar dikkat gösterilirse gösterilsin bazı hataların olacağını tahmin ediyorum. Olası hatalar ve değişiklikler kitapta hızla düzeltilemezsede sanıyorum bu konu yayına girmiş olan blog da devamlı olarak güncellenebilecektir. . Okuyucular her türlü hatayı, düşüncelerini ve sorularını eres@metu.edu.tr adresine gönderir iseler, en kısa zamanda cevaplandırılacaklarından emin olmalarını rica ederim.

Bu kitabın oluşumunda son 40 sene içinde birçok öğrencimin ve araştırma görevlilerinin emeği geçmiştir, hepsine sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Bilhassa Orta Doğu Teknik Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümünde ve diğer birçok üniversitede bu dersi verirken kullanan ve bana çok önemli önerilerde bulunan tüm meslektaşlarıma teşekkür ederim. Son sıralarda bu konuda Blog hazırlamayı üstlenen değerli meslektaşlarım Sayın Doç. Dr. Gökhan Kiper ve Murat Demirel’in diğer yoğun işleri arasında vermiş oldukları emek için çok müteşekkirim.

Ankara

Eylül 2021

2.Baskı için kısa bir-kaç söz

Kitabı yeni baskıya birçok hataları düzelterek hazırlama fırsatım oldu. Kitabı okutan diğer üniversitelerdeki değerli meslektaşlarımdan benim için çok faydalı olan düzeltmeleri ve kritikleri aldım. Hepsine çok teşekkür ederim. Olası her türlü hata benim tarafımdan yapılmıştır. Şimdiden özür dilerim.

Kitap ve hazırlamış olduğum “http://mekanizma.me.metu.edu.tr” mekanizma sitesi sanıyorum ülkemiz makina mühendislerine umduğum katkıyı yapmaktadır.

Kitap başlığı “Makina Teorisi -I : Mekanizma Tekniği” olarak değiştirilmiştir. Bu değişikliğin nedeni kitabın devamı olan: “Makina Teorisi – II : Makina Dinamiği” kitabımın (zor uğraşlardan sonra) Ekim 2007 de basılacağından ve bu iki kitabın Makina Teorisi çatısı altında bir bütün teşkil etmesidir.

2.ci baskının hazırlanması sırasında bana yardımcı olan değerli Araştırma Görevlisi Sayın Gökhan Kiper’e teşekkürü borç bilirim.

Ankara

Eylül 2007

3. Baskı için kısa bir-kaç söz

Kitapta bitmeyen yazım hatalarını düzeltmek için yoğun çaba harcadığımızı sami-miyetle söylemek isterim. Ancak ben ve değerli meslektaşlarım Gökhan Kiper ve Mümin Özsipahi okudukca hata bulduğumuzu görünce, bu yazım hatalarından dolayı özür dilerim.

Kitap ülkemizde mekanizma tekniği alanında önemli bir boşluğu dolduruyor sanıyorum. Bu nedenle bazı eklemelerle üçüncü baskısı yapılmaktadır. Değerli meslektaş-larıma, veya gelecekte meslektaşım olacak genç arkadaşlarıma faydalı olmasını dilerim.

3.ci baskının hazırlanması sırasında bana yardımcı olan değerli Araştırma Görevlisi Sayın Gökhan Kiper’e ve Sayın Mümin Özsipahi’ye teşekkürü borç bilirim.

Ankara

Eylül 2010

2.Baskı için kısa bir-kaç söz

3. Baskı için kısa bir-kaç söz