Pendahuluan Dan Poros
-
Upload
habibie-ze -
Category
Documents
-
view
101 -
download
0
Transcript of Pendahuluan Dan Poros
PERENCANAAN ELEMEN MESIN
Mata Kuliah lanjut :Prasyarat :1. Pengetahuan Bahan Teknik2. Statika dan dinamika3. Kekuatan Bahan4. Penerapan Komputer5. Matematika
Tujuan Umum
Mempelajari proses perencanaan elemen mesin dengan menggunakan salah satu Standar perencanaan yang ada (JIS)
Menentukan dimensi dan jenis bahan yang digunakan dari elemen mesin yang direncanakan
Mengintegrasikan proses perencanaan dalam bentuk software aplikasi
Materi Perkuliahan
Poros dan Pasak Kopling Tetap Kopling tidak Tetap dan REM Bantalan Sabuk dan Rantai Roda Gigi Ulir dan Pegas
Penilaian
Komponen Penilaian Tugas-Tugas kecil (10%) Kuiz (10%) UTS (30%) UAS (30%) Tugas Besar (grup) (20%)
Jadwal pengumpulan tugas besar, 2 minggu sebelum UAS
Materi 1.Poros dan Pasak
Poros merupakan bag yg sangat penting dari mesin Fungsi Poros :
Meneruskan Tenaga ke poros yang lan Meneruskan Putaran keporos yang lain
Macam_macam Poros : ada 3 Poros Transmisi : poros yang menerima beban lentur, puntir
atau kedua-duanya. Daya diruskan melalui : kopling, roda gigi, puli sabukatau sproket rantai
Poros Spindel : Beban utamanya adalah puntiran. Contohnya adalah poros yang ada pada mesin bubut. Syarat bahan yang digunakan harus mempunyai deformasi yang kecil
Gandar : adalah poros yang murni menerima beban lentur, contohnya adalah poros yang digunakan pada gerobak barang. Gandar ada yang berputar atau yang benar-benar diam
Lanjutan
Bentuk poros ada 3 macam : poros lurus, poros engkol, poros luwes (agar terdapat kebebasan bagi perubahan arah)
A. Hal-hal penting dalam Perencanaan Poros
a) Kekuatan Porosb) Kekakuan porosc) Putaran kritisd) Korosie) Bahan Poros
Lanjutan
Kekuatan Poros Beban Poros adalahpuntir, lentur atau kombinasi, beban
tarikatau tekan (spt pada as baling-baling) Pengaruh konsentrasi : poros bertangga, alur pasak Poros harus direncanakan untuk menerima beban-beban
external tsb Kekakuan Poros
Bahan poros walaupun kuat tetapi bila defleksi lentur atau puntir tinggi menyebabkan ketidak telitian. Maka kekakuan poros harus diperhatikan dalam perancangan
Putaran Kritis Jika putaran mesin dinaikan sampai nilai tertentu maka akan
terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran tsb disebut putaran kritis. Didalam design putaran operasional mesin harus dibawah putaran kritis
Lanjutan
Korosi Bahan tahan korosi harus dipilih untuk bahan
poros atau melakukan perlinungan terhadap bahan poros yang digunakan, mis dg coating
Bahan Poros Bahan S-C (Steel Construction) ; baja yang
ddioksidasikan dg ferrosilikon da di cor : kadar karbon terjamin
Lanjutan Baja Karbon untuk Konstruksi Mesin dan
Baja Batang yang difinis dingin untuk porosStandar dan
macam
Lambang
Perlakuan Panas
Kekuatan Tarik
(kg/mm2)
Keterangan
Baja Karbon Konstruksi Mesin(JIS G 4501)
S30CS35CS40CS45CS50CS55C
PenormalanIdemIdemIdemIdemidem
485255586266
Batang Baja yang difinis Dingin
S35C-DS45C-DS55C-D
536072
Dtarik dingin, digerinda, dibubut atau gabungan hal-hal tsb
Lanjutan Poros
Poros-Poros yang digunakan untuk putaran tinggi dan beban beratumumnya dibuat dari baja paduan spt : baja khrom nikel, baja khrom nikel molibden dll
Baja paduan umumnya sangat mahal, maka tidak selalu dianjurkan untuk penggunaan jenis-jenis ini. Penggantinya menggunakan baja SF dimana kekauatannya dijamin
Lanjutan Poros
Standar dan Macam Lambang Perlakuan Panas Kekuatan Tarik(kg/mm2)
Baja Khrom Nikel(JIS G 4102)
SNC 2SNC 3
SNC 21SNC 22
--
Pengerasan kulitPengerasan Kulit
859580
100
Baja Khrom Nikel Molibden(JIS G 4103)
SNCM 1SNCM 2SNCM 7SNCM 8
SNCM 22SNCM 23SNCM25
----
Pengeran kulitPengerasan KulitPengerasan Kulit
8595
10010590
100120
Baja Khrom(JIS G 4104)
SCr 3SCr 4SCr 5
SCr 21SCr 22
---
Pengerasan kulitPengerasan Kulit
9095
1008085
Baja Khrom Molibden(JIS G 4105)
SCM 2SCM 3SCM 4SCM 5SCM21SCM22SCM 23
----
Pengerasan KulitPengerasan KulitPengerasan Kulit
8595
1001058595
100
Baja Paduan Untuk Poros
Lanjutan Poros
Kelas Lambang
Pemakaian Utama
Perlakuan Panas
Batas Mulur(kg/mm2)
Kekuatan Tarik(kg/mm2)
Kelas 1A SFA 55A Poros
PengikutPenormalan atau celup dingin
28 55B SFA 55B
Kelas 2A SFA 60A
Gandar yang digerakan dan poros pengikut
30 60B SFA 60B
Kelas 3
A SFA 65A Celup dingin dan pelunakan
35 65B SFA 65B
Kelas 4
A SFAQA Celup dingin dan pelunakan pd bag tertentu
30 60B SFAQB
Lanjutan Poros
Umumnya baja diklasifikasikan berdasarkan Kandungan Karbonnya
Golongan Kadar C (%)
Baja LunakBaja LiatBaja Agak KerasBaja KerasBaja Sangat Keras
- 0.15- 0.2 – 0.3- 0.3 – 0.5- 0.5 – 0.8- 0.8 – 1.2
Lanjutan PorosNama Standar
Jepang (JIS)Standar Amerika (AISI), Engrish(BS ) dan Jerman DIN
Baja karbon konstruksi mesin
S25CS30CS40CS45CS50CS55C
AISI 1025, BS060A25AISI 1030, BS060A30AISI 1035, BS060A35, DIN C35AISI 1045, BS060A45, DIN C45,CK45AISI 1050, BS060A50, DIN St50.11AISI 1055, BS060A55
Baja Tempa SF 40,45,50,55 ASTM A105-73
Baja Nikel Khrom SNCSNC22
BS 653M31BS En36
Baja Nikel Khrom molibden SNCM 1SNCM 2SNCM 7SNCM 8SNCM22SNCM23SNCM25
AISI 4337BS830M31AISI 8645,BS En100DAISI 4340, BS817M40, 816M40AISI 4315AISI 4320, BS En325BS En39B
Baja Khrom Scr 3SCr 4SCr 5SCr21SCr22
AISI 5135, BS530A36AISI 5140,BS 530A40AISI 5145AISI 5115AISI 5120
Baja khrom molibden SCM 2SCM3SCM4SCM5
AISI 4130, DIN 34CrMo4AISI 4135, BS708A37AISI 4140, BS708M40, DIN42CrMo4AISI 4145, DIN50CrMo4
Diagram Perencanaan Poros dengan Beban Puntir Nurni
Mulai
1. Daya yang ditransmisikan P(kW), putaran poros (rpm)
2. Faktor koreksi
3. Daya Rencana Pd (kW)
A
Lanjutan
A
4. Momen Puntir Rencana T (kg.mm)
Bahan Poros, perlakuan panas, kekuatan tarik σB
(kg/mm2),apakah poros bertangga atau beralur pasak, faktor
keamanan sf1, sf2
Tegangan geser yang diijinjan τa
(kg/mm2)
BF
Lanjutan
B
7. Faktor koreksi untuk momen puntir KT, Faktor
lenturan Cb
8. Diameter poros ds (mm)
9. Jari-jari filet dari poros bertangga r
(mm) Ukuran pasak dan alur pasak
Menggunakan Tabel
CD
F
Lanjutan
C
10. Faktor konsentrasi tegangan pada poros bertangga β , pada
pasak αMelihat Gambar
12. <
D
≥
E
LanjutanE
13. Diameter poros ds (mm), Bahan poros,
Perlakuan panas, jari-jari filet dari poros
bertangga, ukuran pasak dan alur pasak
STOP
END
Lanjutan
Daya yang ditransmisikan fc
Daya rata-rata yang diperlukanDaya maksimum yang diperlukanDaya Normal
1.2 – 2.00.8 – 1.21.0 – 1.5
Tabel. Faktor koreksi daya yang ditransmisikan fc
=
𝑃𝑑=( 𝑇1000 )( 2𝜋 𝑛160 )
102
𝑇=9.74 𝑥105𝑃𝑑𝑛1
Daya Rencana
Torsi Rencana (kg.mm)
Lanjutan Torsi rencana bila dibebankan pada poros
dengan diameter ds, maka tegangan geser yang terjadi adalah τ (kg/mm2)
Tegangan geser yang diijinkan τa dihitung atas dasar batas kelelahan puntir yang besarnya diambil 40% dari batas kelelahan tarik yg besarnya kira-kira 45% dari kekuatan tarik σB (kg/mm2), jadi besarnya adalah 18% dari kekuatan tarik σB, sesuai dg standar ASME.
𝜏=𝑇
(𝜋 .𝑑𝑠316 )=5.1𝑇𝑑𝑠3
Lanjutan
Untuk nilai 18 %, maka faktor keamananya diambil 1/0.18 = 5.6, nilai digunakan untuk bahan SF dan 6 untuk bahan SC. Faktor keamanan ini diberi notasi sf1.
Untuk memberikan faktor keamanan pada poros bertangga atau beralur pasak akibat konsentrasi tegangan maka ditambahkan faktor keamanan kedua sf2. Besarnya sf2 menurut JIS adalah 1.3 s/d 3.0 dan besarnya τa dapat dihitung :𝜏𝑎=
𝜎𝐵
𝑠𝑓 1×𝑠𝑓 2
Lanjutan Faktor koreksi untuk momen puntir (Kt)
perlu dipertimbangkan dan besarnya adalah 1 s/d 3 tergantung kondisi beban external
Faktor koreksi untuk momen lentur juga dipertimbangkan dan besarnya diambil antara 1.0 s/d 2.3 tergantung ada/tidaknya lenturan yang terjadi pada sistem, dan diameter poros yang direncanakan dihitung dengan persamaan sbb :𝑑𝑠=[ 5.1𝜏 𝑎
×𝐾 𝑡×𝐶𝑏×𝑇 ]0.33
Ukuran Utama pada Porosukura
n nom. pasak
Ukuran stdr b, b1 dan b2
Ukuran Stdr h
C l Ukuran
standar t1
Ukuran standar t2 r1 dan r2 Referensi
P.prismatis, pasak luncur
Pasak tirus
Pasak prismatis
Pasak luncur
Pasak tirus
Diameter poros yang dapat
dipakai
2x2 22
0.16-
0.25
6.20 1.2 1.0 0.5
0.08-0.16
Lebih dari 6 - 8
1.43 x 3 3 3 6-36 1.8 0.9 Lebih dari 8-10
1.84 x 4 4 4 8-45 2.5 1.2
Lebih dari 10 -12
2.35 x 5 5 5
0.25-
0.40
10-56 3.0 1.7
0.16-0.25
Lebih dari 12 - 17
2.66 x 6 6 6 14-70 3.5 2.2 Lebih dari 17 - 22
7 x 7 7 7 7.2 16-80 4.0 3.0 3.5 3.0Lebih dari 20 -
25
8 x 7 8 7 18-90 4.0 3.3 2.4Lebih dari 22 -
30
10 x 8 10 8
0.40-
0.60
22-110 5.0 3.3 2.4
0.25-0.40
Lebih dari 30-38
12 x 8 12 828x14
05.0 3.3 2.4
Lebih dari 38 - 44
14 x 9 14 936x16
05.5 3.8 2.9 Lbih dari 44 - 50
15 - 10 15 10 10.240 - 180
5.0 5.0 5.5 5.0Lebih dari 50 -
55
16 x 10 16 1045 - 180
6.0 4.3 3.4Lebih dari 50 -
58
18 x 11 18 1150 - 200
7.0 4.4 3.4Lebih dari 58 -
65
20 x 12 20 12
0.60 –
0.80
56 - 220
7.5 4.9 3.9
0.40- 0.60
Lebih dari 65 - 75
22 x 14 22 1463 - 250
9.0 5.4 4.4 Lebih dari 75 - 85
24 x 16 24 16 16.2 70 - 280
8.0 8.0 8.5 8.0 Lebih dari 80 - 80
25 x 14 25 14 70 - 280
9.0 5.4 4.4 Lebih dari 85 - 85
28 x 16 28 16 80 - 320
10.0 6.4 5.4 Lebih dari 95 - 110
32 x 18 32 18 90 - 360
11.0 7.4 6.4 Lebih dari 110 - 130
Contoh Aplikasi
Tentukan diameter sebuah poros bulat untuk meneruskan daya 10 (kW) [ada rpm 1450 (rpm). Disamping beban puntir, diperkirakan pula akan dikenakannya beban lentur. Sebuah alur pasah perlu dibuat, dan dalam sehari akan bekerja selama 8 jam dengan tumbukan ringan. Bahan diambil baja batang difinis dingin S30C
Solusi P = 10 kW, n1 = 1450 rpm Fc = 1 Pd = 1.0 x 10 = 10 kW T =
Lanjutan contoh
S30C-D, , sf1 = 6.0 dan sf2 = 2.0
Cb = 2.0 Kt = 1.5
Diameter poros ds = 28 mm (lihat ukuran poros yang ada) Dianggap diameter bagian yang menjadi tempat bantalan
adalah = 30 mm Jari-jari filet =(30 -28)/2 = 1.0 mm Alur pasak 8 x 4 x filet 0.4 ( besar dari JIS) Konsentrasi tegangan pada poros bertangga adalah : 0.4/28 = 0.034, 30/28 = 1.07, β = 1.37 Konsentrasi tegangan pada poros dengan alur pasak
adalah 0.4/28 = 0.014, α = 2.8 maka α > β
Lanjutan Contoh
Dari persamaan untuk tegangan geser aktual
4.83 x 2.0/2.8 = 3.45 (kg/mm2) 1.56 x 2.0 x 1.5 = 4.86 < Berarti diameter poros belum memenuhi syarat JIS harus
diulang perhitungannya dengan menaikan diameter ds menjadi = 31.5 mm, dan mengambil diameter untuk tempat bantalan = 35 mm.
Jari-jari filet (35 -31.5)/2 = 1.75 mm Alur pasak 10 x 4.5 x 0.6 (0.6 besar dari JIS) Konsentrasitegangan dari poros bertangga adalah 1.75/31.5 = 0.056, 35/31.5 = 1.11, β = 1.30 Konsentrasi tegangan dari poros dengan alur pasak adalah : 0.6/31.5 = 0.019, α = 2.7 α > β