material shaft (poros) pada elemen mesin

Shaft adalah elemen mesin yang umum dan penting. Shaft adalah komponen yang berputar memiliki penampang melingkar dan digunakan untuk mentransmisikan daya.

Shaft umumnya mengalami momen lentur, torsi dan gaya aksial. Pemilihan material shaft yang benar akan mempermulus desain sistem kita. Shaft harus memiliki sifat-sifat berikut:

• Berkekuatan tinggi
• Machinability (kemampuan benda untuk dibentuk dengan proses permesinan) yang baik
• Perlakuan panas yang baik
• Tahan aus

Umunya, shaft menggunakan baja cold rolled steel (CRS) atau baja hot rolled steel (HRS). Baja ini menunjukkan kekuatan, ketangguhan dan ketahanan aus yang baik. Namun logam lain selain baja kadang digunakan.

Hot-rolled Carbon Steel

Baja karbon hot-rolled adalah baja yang telah di-roll-press pada suhu yang sangat tinggi (lebih dari 1.700˚F), yang berada di atas suhu kristalisasi ulang untuk sebagian besar baja. Pengerjaan ini membuat baja lebih mudah dibentuk, dan menghasilkan produk yang lebih mudah dikerjakan.

Untuk memproses baja hot-rolled, pabrikan memulai dengan logam besar berbentuk persegi panjang, yang disebut billet. Billet dipanaskan dan kemudian dikirim untuk pra-pemrosesan, di mana billet diratakan menjadi gulungan besar. Dari sana, itu disimpan pada suhu tinggi dan dijalankan melalui serangkaian rol untuk mencapai dimensi akhir. Untaian baja putih-panas didorong melalui roller dengan kecepatan tinggi. Untuk lembaran logam, baja yang digulung dipintal menjadi gulungan dan dibiarkan dingin. Untuk bentuk lain, seperti batangan atau pelat, bahan dipotong dan dikemas.

Baja menyusut sedikit saat mendingin. Karena baja hot-rolled didinginkan setelah pemrosesan, kontrol atas bentuk akhirnya menjadi lebih sedikit, sehingga kurang cocok untuk aplikasi presisi. Baja hot-rolled sering digunakan dalam aplikasi di mana dimensi khusus yang teliti tidak penting.

Baja karbon hot-rolled, berdasarkan biaya per pon, lebih murah daripada baja belerang cold-rolled. Namun, material hot-rolled harus berukuran lebih besar dari pada cold-rolled karena kurangnya kontrol diameter luar dalam proses pengerolan.

Bahan hot-rolled, berdasarkan sifat pemrosesannya, memiliki titik-titik keras dan lunak, tegangan sisa, rongga, dan kekurangan bahan lainnya, sehingga lebih sulit untuk dikerjakan. Masalah dengan beberapa baja kekuatan tinggi adalah bagian tersulit hanya lapisan luar, jadi ketika shaft dikerjakan, Anda akan kehilangan kekuatan.

Cold-rolled Steel

Baja cold-rolled pada dasarnya adalah baja hot-rolled yang telah melalui proses lebih lanjut. Setelah baja hot-rolled didinginkan, kemudian digulung ulang pada suhu kamar untuk mencapai dimensi yang lebih tepat dan kualitas permukaan yang lebih baik.

Baja cold-rolled sering digunakan untuk menggambarkan berbagai proses finishing, meskipun secara teknis cold-rolled hanya berlaku untuk lembaran yang mengalami kompresi di antara roller. Bentuk baja yang ditarik, seperti batang atau tabung, “ditarik”, tidak digulung. Proses finishing dingin lainnya termasuk pembubutan, penggilingan, dan pemolesan masing-masing digunakan untuk memodifikasi stok hot-rolled yang ada menjadi produk yang lebih halus.

Baja Paduan

Baja paduan seperti yang dapat dipahami adalah campuran berbagai elemen dengan baja induk untuk meningkatkan sifat fisik tertentu. Untuk mempertahankan keuntungan total dari bahan paduan yang membutuhkan perlakuan panas dari komponen mesin setelah itu diproduksi. Nikel, kromium, dan vanadium adalah beberapa bahan paduan umum. Namun, baja paduan relatif mahal.

Bahan-bahan ini digunakan untuk kondisi pemakaian yang relatif parah. Ketika situasi menuntut kekuatan yang besar, baja paduan digunakan. Mereka memiliki lebih sedikit kecenderungan untuk retak, melengkung atau terdistorsi dalam perlakuan panas. Tegangan sisa juga kurang dibandingkan dengan baja karbon.

Serat Karbon

Serat karbon adalah bahan poros linier yang sangat tidak umum. Sebagian besar aplikasi yang menggunakan poros serat karbon melibatkan bahan non-magnetik, atau sesuatu yang membutuhkan bobot dan kekuatan yang sangat rendah. Sebuah poros dengan diameter 20mm beratnya hanya 0,17kg, jadi jika dibandingkan dengan poros baja 20mm, yang beratnya 2,46kg, ada perbedaan berat yang sangat besar. Hal lain yang perlu dipertimbangkan adalah harga serat karbon sangat tinggi dibandingkan dengan bahan lain. Sekitar lima kali lipat harga aluminium dan satu setengah kali lipat harga stainless steel.

Desain poros dengan FEA

Untuk mendesain struktur yang kompleks dengan detail dan interaksi beban yang rumit seperti pada kasus shaft, salah satu cara yang paling umum digunakan untuk melakukan analisis baik untuk menghitung tegangan, defleksi, fatigue, atau mungkin critical speed adalah menggunakan Finite Element Analysis (FEA) termasuk untuk memvariasikan materialnya. MSC Nastran adalah software FEA original pertama di dunia yang banyak sekali digunakan di berbagai industri, salah satunya untuk mendesain poros. Pelajari selengkapnya tentang MSC Nastran.