poros...perancangan poros untuk beban statik elemen mesin 1, kuliah 5 teori tegangan geser maksimum...
TRANSCRIPT
-
Poros
-
Shaft• Shaft mengalami momen puntir (torsi) dan juga momen lentur
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
-
Axle
• Axle hanya mengalami momen lentur saja tetapi tidak mengalami momen torsi, contoh axle pada roda mobil yg digerakkan.• Axle dapat berputar maupun tidak berputar (sebagai tumpuan dari poros yg berputar di dalamnya)
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
-
Spindle
• Spindle juga sepertishaft tetapi agak pendek. Spindle digunakan untukmenggerakan perkakaspotong. Contoh spindle adalah yang terdapat di alat bor
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
-
Poros
• Elemen mesin yang relatif panjangberpenampang bundarberputar dan mentransimisikan daya
• Elemen lain seperti rodagigi, sprocket, pulley, cam biasanyadisambung ke porosdengan pen, pasak, spline, snap ring dll
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
-
Beban-beban di poros
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
-
Torsi pada poros
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
𝜏𝑚𝑎𝑥 =𝑇𝑟
𝐽=16𝑇
𝜋𝑑3
Tegangan geser maksimum akibat beban torsi
Terjadi di permukaan luar porosUntuk poros bundar pejal (solid)Momen inersia polar
𝐽 =𝜋𝑑4
32=𝜋𝑟4
2
𝐽 =𝜋(𝑑𝑜
4 − 𝑑𝑖4)
32
Untuk poros bundar berlubang
𝜃 =𝑇𝐿
𝐽𝐺
G=modulus geser material
-
Momen lentur pada poros
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
𝜎𝑚𝑎𝑥 =𝑀𝑐
𝐼=32𝑀
𝜋𝑑3
Tegangan normal maksimum akibat momen lentur
Terjadi di permukaan luar poros
Untuk poros bundar pejal (solid)
Momen inersia penampang
𝐼 =𝜋𝑑4
64=𝜋𝑟4
4
𝐼 =𝜋(𝑑𝑜
4 − 𝑑𝑖4)
64
Untuk poros bundar berlubangDiagram Momen Lentur
-
Beban Lintang/Geser pada poros
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
𝜏𝑚𝑎𝑥 =4𝑉
3𝐴
Tegangan geser akibat gaya lintang untuk poros bundar
Terjadi di sumbu netral poros
Diagram Gaya Lintang
-
Perancangan Poros untuk Beban Statik
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
Teori tegangan geser maksimum
tsy=sy/2
Jika digunakan faktor keamanan sebear n maka
Dengan lingkaran Mohr, tegangan geser maksimum yg terjadi adalah:
𝜏𝑚𝑎𝑥 =𝜎𝑥2
2
+ 𝜏𝑥𝑦2 𝜏𝑚𝑎𝑥 =
16
𝜋𝑑3𝑀2 + 𝑇2
𝜎𝑦
2𝑛=
16
𝜋𝑑3𝑀2 + 𝑇2 𝑑 =
32𝑛
𝜋𝜎𝑦𝑀2 + 𝑇2 ൗ
12
ൗ1 3
Teori energi distorsi maksimum dengan cara yang sama maka:
𝑑 =32𝑛
𝜋𝜎𝑦𝑀2 +
3𝑇
4
2 ൗ12
ൗ1 3
d=diameter poros yang diperlukan
-
Contoh
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
𝜎𝑚𝑎𝑥 =32𝑀
𝜋𝑑3=32.4000.0,09
𝜋. 0.053= 29𝑀𝑃𝑎 (𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘)
Di elemen A (permukaan paling bawah poros)
𝜏𝑚𝑎𝑥 =16𝑇
𝜋𝑑3=16.1000
𝜋. 0.053= 40.7𝑀𝑃𝑎
𝜎𝑥 = 29𝑀𝑃𝑎
𝜏𝑥𝑦 = 40.7𝑀𝑃𝑎
Di elemen B (permukaan luar poros di elevasi sumbu netral)
𝜏𝑚𝑎𝑥 =16𝑇
𝜋𝑑3=16.1000
𝜋. 0.053= 40.7𝑀𝑃𝑎 𝜏𝑔𝑒𝑠𝑒𝑟 =
4𝑉
3𝐴=
4.4000
3. 𝜋/4. 𝑑2= 2.7MPa
𝜏𝑔𝑒𝑠𝑒𝑟 = 43.4MPa
-
Tegangan yang berfluktuasi
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
sa=amplitude tegangan
sm =tegangan rata-rata (midrange)
sr =jangkauan tegangan
ss =tegangan static atau tunak (steady)
-
Kelelahan pada Material (Fatigue-Life)
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
Skematik uji lelah (fatigue test) pada sebuah specimen material
-
Diagram S-N hasil dari uji fatigue tegangan
bolak-balik murni
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
Contoh diagram S-N untuk material baja (stress life method)
-
Endurance Limit, Se’
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
Untuk material baja bisa didekati dengan (untuk specimen dlm uji fatigue):
-
Perancangan Poros untuk Beban Statik dan
Beban Fatigue
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
𝑑 =32𝑀𝑛
𝜋𝜎𝑒
ൗ1 3
Jika terjadi beban lentur bolak balik murni dan beban torsi yg tetap
(kasus yang paling umum terjadi)
Menurut eksperimen, kekuatan lentur thd beban fatigue tidak dipengaruhi
oleh adanya tegangan geser akibat torsi yang tetap hingga kekuatan luluh
torsi melebihi 50%
-
Kriteria Kegagalan Lelah (fatigue) untuk
Tegangan yg berfluktuasi
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
Modified Goodman
diagram
-
Ilustrasi
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
Sebuah poros pinion dan
pembebanannya ditunjukkan
di gambar. Tentukan diameter
d dari poros di posisi bantalan
sebelah kanan (brg) untuk
pembebanan yg terjadi tsb.
Materia yang digunakan
mempunyai Sy=450MPa,
batas endurance terkoreksi
Se=135MPa serta faktor
keamanan sebesar 1,8
𝑑 =32𝑛
𝜋𝜎𝑦𝑀2 + 𝑇2 ൗ
12
ൗ1 3
𝑑 =32.1,8
3,14.450. 106200)2 + 3752 ൗ
12
ൗ1 3
-
Solusi
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
Jika hanya diperhitungkan
beban statik saja
𝑑 =32𝑛
𝜋𝜎𝑦𝑀2 + 𝑇2 ൗ
12
ൗ1 3
𝑑 =32.1,8
3,14.450. 106200)2 + 3752 ൗ
12
ൗ1 3
d=2,59 cm
Jika dipertimbangkan beban
fatigue
𝑑 =32𝑀𝑛
𝜋𝜎𝑒
ൗ1 3
𝑑 =32.200.1,8
3,14.135
ൗ1 3
= 3,01𝑐𝑚
-
Daya yang ditransmisikan
• P=T.w
• w=2pn/60
• P(kW)=T.n/9550000
– T dalam Nmm
– n : putaran dalam
rpm
P (hP)=P(kW)/0,7457
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
-
Latihan
• Sebuah poros ditumpu oleh bantalan di B dan C. Poros tsbdigerakkan oleh roda gigi ygberpasangan dengan roda gigi D berdiameter pitch 150mm dengangaya dan sudut tekan sepertigambar. Poros mentransmisikantorsi ke titik A sebesar 340 Nm.
• Poros terbuat dari baja denganSy=420MPa dan
Sut=560MPa.
Tentukan diameter poros ygdiperlukan jika:
Beban dianggap hanya static
Beban dianggap beban berfluktuasi
Asumsikan faktor keamanan sebesar1.8
Elemen Mesin 1, Kuliah 5
-
Kuliah berikutnya: