Tegangan Sambungan Las dalam Torsi

/0 Comments/in /by

Gambar di bawah mengilustrasikan kantilever dengan panjang l yang dilas ke kolom dengan dua las fillet. Reaksi pada tumpuan kantilever selalu terdiri dari gaya geser V dan momen M. Gaya geser menghasilkan geser primer pada lasan besarnya:

Free body diagram gaya geser pada las fillet

τ’ = V/A

A adalah luasan yang dilas

Momen pada tumpuan menghasilkan geser sekunder atau torsi las, dan tegangan ini dirumuskan

τ” = Mr/J

di mana r adalah jarak dari pusat massa kelompok las ke titik di las b dan J adalah momen kutub kedua dari luas grup las pada pusat massa dari grup. Ketika ukuran lasan diketahui, persamaan ini dapat diselesaikan dan hasilnya digabungkan untuk mendapatkan tegangan geser maksimum. Perhatikan bahwa r biasanya adalah jarak terjauh dari pusat massa kelompok las.

Gambar di atas menunjukkan dua lasan dalam satu kelompok. Bentuk persegi panjang mewakili daerah dari hasil las. Las 1 memiliki ketebalan t1 = 0,707h1, dan las 2 memiliki ketebalan t2 = 0.707h2. Perhatikan bahwa h1 dan h2 adalah ukuran las masing-masing. Luasan kedua lasan gabungan adalah

A = A1 + A2 = t1d + t2b

Sumbu x pada Gambar di atas melewati pusat massa G1 dari lasan 1. Kedua momen luas terhadap sumbu tersebut adalah

Ix = t1d3/12

Iy = dt13/12

Jadi momen kutub kedua dari luas las 1 pada pusat massanya sendiri adalah

JG1 = Ix + Iy = (t1d3/12) + (dt13/12)

Dengan cara yang sama, momen kutub kedua dari luas las 2 terhadap pusat massanya adalah

JG2 = (bt23/12) + (t2b3/12)

Titik berat G dari grup las terletak di

x¯= (A1x1+A2x2)/A ; y¯= (A1y1+A2y2)/A

jarak r1 dan r2 dari G1 dan G2 ke G, masing-masing adalah

r1 = [(x¯- x1)2 + y¯2]1/2 dan r2 = [(y2– y¯)2+(x2– x¯)2]1/2

Sekarang, dengan menggunakan teorema sumbu paralel, kita menemukan momen kutub kedua dari luas kelompok las menjadi

J = (JG1 + A1r12) + (JG2 + A2r22)

Tabel momen polar pada macam-macam konfigurasi umm fillet weld

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.

Bolt Preload and External Load

/0 Comments/in /by

Bolt preload digunakan untuk menjepit dua pelat atau dua struktur dan membuat kunci gesekan antar member dan mengurangi efek beban bersiklus pada baut. Sehubungan dengan yang terakhir (yaitu, kelelahan baut), preload dapat membuat semua perbedaan antara struktur yang aman dan tahan lama.

Sekarang mari kita perhatikan apa yang terjadi ketika beban tarik eksternal P, seperti pada Gambar di atas diterapkan pada sambungan baut. Tentu saja, diasumsikan bahwa penjepitan gaya, yang akan kita sebut pramuat (preload) Fi telah diterapkan dengan benar dengan mengencangkan mur sebelum P diterapkan. Nomenklatur yang digunakan adalah:

  • Fi = Gaya penjepitan (Preload)
  • Ptotal = Total beban tarik eksternal yang diterapkan pada sambungan
  • P = beban tarik eksternal per baut
  • Pb = bagian P yang diambil oleh baut
  • Pm = bagian P yang diambil oleh member
  • Fb = Pb + Fi = beban resultan baut
  • Fm = Pm – Fi = beban resultan member
  • C = fraksi beban eksternal P baut
  • 1 – C = fraksi beban eksternal P member
  • N = jumlah baut pada sambungan

Jika N baut membagi beban luar total secara merata, maka

P = Ptotal/N

Beban P adalah tegangan, dan itu menyebabkan sambungan meregang, atau memanjang, melalui jarak tertentu . Kita dapat menghubungkan perpanjangan ini dengan kekakuan dengan mengingat bahwa k adalah gaya dibagi dengan defleksi. Jadi

δ = Pb/kb dan δ = Pm/km

P = Pb + Pm , kita memiliki

Pb = KbP / (kb+km) = C P

Pm = P – Pb = (1 – C) P

dimana

C = kb / (kb+km)

disebut konstanta kekakuan sambungan. Beban baut yang dihasilkan adalah

Fb = Pb + Fi = C P + Fi ; Fm < 0

dan beban yang dihasilkan pada member yang terhubung adalah

Fm = Pm – Fi = (1-C) P – Fi ; Fm < 0

Hasil ini hanya berlaku selama beberapa beban penjepitan tetap berada di anggota.

Tabel di bawah berguna memberikan beberapa informasi tentang nilai relatif dari kekakuan yang dihadapi. Pegangan hanya berisi dua member, keduanya dari baja, dan tidak ada ring. Rasio C dan 1 C adalah koefisien P. Mereka menggambarkan proporsi beban eksternal yang diambil oleh baut dan oleh membernya masing-masing. Dalam semua kasus, member mengambil alih 80 persen dari beban eksternal. Pikirkan betapa pentingnya ini ketika ada beban kelelahan. Perhatikan juga bahwa membuat cengkeraman lebih lama menyebabkan member mengambil persentase yang lebih besar dari beban eksternal.

Desain screw dengan FEA

Metode yang umum digunakan untuk melakukan analisis baik untuk menghitung tegangan, defleksi, fatigue, atau mungkin tegangan kontak pada screw adalah menggunakan Finite Element Analysis (FEA). MSC Nastran adalah software FEA original pertama di dunia yang banyak sekali digunakan di berbagai industri, salah satunya untuk mendesain screw. Pelajari selengkapnya tentang MSC Nastran.

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.

skema kompresi pada baut

Kekakuan Member (Joints-Member Stiffness)

/0 Comments/in /by

Pada bagian sebelumnya, kita menentukan kekakuan pengikat di zona yang dijepit. Pada bagian ini, kita ingin mempelajari kekakuan komponen struktur di zona terjepit. Kedua kekakuan ini harus diketahui untuk mempelajari apa yang terjadi ketika sambungan rakitan dikenai beban tarik eksternal.

Mungkin ada lebih dari dua member yang disertakan dalam pegangan pengikat. Semua member bersama-sama bertindak seperti pegas tekan secara seri, dan karenanya konstanta pegas total member adalah:

1/kmember = 1/k1 +1/k2 …… + 1/kn

Jika salah satu member adalah gasket lunak, kekakuannya relatif terhadap member lainnya biasanya sangat kecil sehingga untuk semua tujuan praktis yang lain dapat diabaikan dan hanya kekakuan gasket yang digunakan. Jika tidak ada gasket, kekakuan member agak sulit diperoleh, kecuali dengan eksperimen, karena luasan kompresi menyebar di antara kepala baut dan mur sehingga luasnya tidak seragam. Namun, ada beberapa kasus di mana luasan ini dapat ditentukan.

skema kompresi pada baut

Gambar di atas mengilustrasikan geometri kerucut umum menggunakan sudut setengah puncak . Sebuah sudut α = 30◦ telah kita gunakan, karena sudut ini dipakai pada sebagian besar aplikasi fastener.

Mengacu pada Gambar.b, kontraksi elemen kerucut ketebalan dx mengalami gaya tekan P dapat dirumuskan menjadi

dδ = Pdx/EA

A = π (ro2 – ri2) = π {[x tan α + (D/2)]2 – (d/2)2}

dδ diintegralkan menjadi

δ = (P/π Ed tan α) ln {[(2t tan α+D-d)(D+d )] / [(2t tan α+D+d)(D-d )]}

konstanta kekakuan member adalah

k = P/δ = π Ed tan α / ln {[(2t tan α+D-d)(D+d )] / [(2t tan α+D+d)

kmember/Ed = π tan α / ln {[(2t tan α+D-d)(D+d )] / [(2t tan α+D+d) -> Kekakuan tak berdimensi

Desain joint member dengan FEA

umum digunakan untuk melakukan analisis baik untuk menghitung tegangan, defleksi, fatigue, atau mungkin tegangan kontak pada joint member adalah menggunakan Finite Element Analysis (FEA). MSC Nastran adalah software FEA original pertama di dunia yang banyak sekali digunakan di berbagai industri, salah satunya untuk mendesain joint member. Pelajari selengkapnya tentang MSC Nastran.

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.

http://portal.ku.edu.tr/~cbasdogan/Courses/MDesign/course_notes/Joint_Stiffness.pdf (diakses pada tanggal 9 Desember 2021)


Teori Kekakukan Pengikat Sambungan (Joint-Fastener Stiffness)

/0 Comments/in /by

Ketika sambungan ingin dirancang dapat dibongkar tanpa metode yang merusak dan cukup kuat untuk menahan beban tarik luar, beban momen, dan geser beban, atau kombinasinya, sambungan baut sederhana menggunakan hardened steel washer adalah solusi yang baik. Sambungan seperti itu juga bisa berbahaya kecuali jika dilakukan dengan benar, dirancang, dan dirakit oleh mekanik terlatih.

Sambungan berulir umumnya terdiri dari dua komponen, pengikat dan member. Masing-masing memiliki kekakuan yang berkontribusi pada keseluruhan kekakuan sambungan dan teridentifikasi dalam gambar di bawah ini.

Fastener dan Member. Sumber: http://portal.ku.edu.tr/~cbasdogan/Courses/MDesign/course_notes/Joint_Stiffness.pdf

Untuk mengetahui kinerja sambungan baut, perlu dilakukan perhitungan kekakuan sambungan. Itu adalah defleksi sambungan di bawah kondisi pembebanan baut. Ketika geometri sambungan baut adalah anulus dengan diameter luar kurang dari 2,5 x diameter baut, kekakuan sambungan dapat dengan mudah dihitung menggunakan k = EA/l. Ketika sambungan terdiri dari gasket non-logam atau bahan dengan modulus elastisitas rendah, komponen ini mungkin memiliki nilai kekakuan yang rendah sehingga kekakuan bagian logam sambungan akan berdampak sangat rendah pada kekakuan keseluruhan.

Kekakuan bagian baut atau sekrup di dalam zona klem umumnya akan terdiri dari dua bagian, bagian batang tidak berulir dan bagian berulir. Dengan demikian konstanta kekakuan baut setara dengan kekakuan dari dua pegas secara seri seperti pada gambar di bawah.

Skema kekakuan baut. Sumber: https://www.slideserve.com/odetta/chapter-8-powerpoint-ppt-presentation

Kekakuan keseluruhan pengikat ditentukan dengan hubungan:

1/kbolt = 1/kt + 1/kd

atau kbolt = (ktkd) / (kt+kd)

kt = AtE/lt dan kd = AdE/ld

  • At = Luasan tegangan tarik
  • lt = Panjang bagian
  • Ad = Luasan diameter utama pengikat
  • ld = Panjang bagian yang tidak berulir
  • E = Modulus elastisitas baut
  • kt = Konstanta kekakuan bagian berulir
  • kd = Konstanta kekakuan bagian tidak berulir

Substitusi persamaan kt dan kd, maka persamaan kbolt menjadi

kbolt = (AdAtE) / (Adlt+Atld)

Desain screw dengan FEA

umum digunakan untuk melakukan analisis baik untuk menghitung tegangan, defleksi, fatigue, atau mungkin tegangan kontak pada screw adalah menggunakan Finite Element Analysis (FEA). MSC Nastran adalah software FEA original pertama di dunia yang banyak sekali digunakan di berbagai industri, salah satunya untuk mendesain screw. Pelajari selengkapnya tentang MSC Nastran.

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.

http://portal.ku.edu.tr/~cbasdogan/Courses/MDesign/course_notes/Joint_Stiffness.pdf (diakses pada tanggal 8 Desember 2021)

https://www.slideserve.com/odetta/chapter-8-powerpoint-ppt-presentation (diakses pada tanggal 8 Desember 2021)

threaded fastener

Pengikat Berulir (Threaded Fastener) Pada Elemen Mesin

/0 Comments/in /by

Fastener (pengikat) adalah perangkat yang menahan dua atau lebih benda bersama-sama. Fastener bisa berupa baut dan mur, sekrup, paku keling, atau bahkan staples. Namun, sebagian besar pengencang digunakan dalam industri adalah pengencang berulir. Pengencang tersebut digunakan untuk menggabungkan elemen individu dengan cara yang aman dan murah yang dapat dirakit dan dibongkar sesering yang diperlukan.

Pengikat berulir (misalnya, baut/sekrup) adalah pengencang yang sebagian memiliki beberapa bentuk dari ulir sekrup. Baut/sekrup terdiri dari shank dan kepala. Batangnya berulir, baik untuk sebagian dari panjangnya atau untuk panjang penuh dari ujung ke kepala. Baut yang lebih panjang adalah biasanya hanya berulir sebagian. Tidak perlu membuat ulir lebih lama dari yang diperlukan karena ini hanya akan membuat baut lebih mahal. Gambar berikut menunjukkan nomenklatur pengencang berulir.

threaded fastener
Nomenklatur Threaded Fasterners. Sumber: https://practicalmaintenance.net/wp-content/uploads/Fundamentals-of-Threaded-Fasteners.pdf

Jenis Kepala Baut

Standard Hexagon-head Bolt

Hexagonal-head bolt

Gambar di atas adalah gambar baut kepala segi enam (hexagon-head) standar. Titik konsentrasi tegangan berada di fillet, di awal ulir (runout), dan di akar ulir fillet di dalam bidang mur jika ada. Diameter muka washer sama dengan lebar di seluruh bidang segi enam. Panjang ulir baut seri inci, di mana d adalah diameter nominal, adalah

nominal diameter
Rumus Panjang Ulir

Dimensi dihitung dalam milimeter. Panjang baut yang ideal adalah yang hanya satu atau dua ulir menonjol dari mur setelah dikencangkan. Lubang baut mungkin memiliki gerinda atau tepi tajam setelah pengeboran. Hal ini bisa menggigit fillet dan meningkatkan konsentrasi tegangan. Karena itu, washer harus selalu digunakan di bawah kepala baut untuk mencegah ini. Bahannya harus dari baja hardened (yang dikeraskan) dan dimuat ke baut sehingga tepian bulat dari lubang yang dicap bertemu washer dari baut. Terkadang itu perlu menggunakan washer di bawah mur juga.

tabel-dimensi-baut-hexagonal-dan-persegi
tabel dimensi baut hexagonal dan persegi

Socket Head Cap Screw

Socket Head Cap-screw :
(a) fillister head; (b) flat head;
(c) hexagonal socket head.

Machine Screw

Macam-macam Machine Screw

Desain screw dengan FEA

umum digunakan untuk melakukan analisis baik untuk menghitung tegangan, defleksi, fatigue, atau mungkin tegangan kontak pada screw adalah menggunakan Finite Element Analysis (FEA). MSC Nastran adalah software FEA original pertama di dunia yang banyak sekali digunakan di berbagai industri, salah satunya untuk mendesain screw. Pelajari selengkapnya tentang MSC Nastran.

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.

https://practicalmaintenance.net/wp-content/uploads/Fundamentals-of-Threaded-Fasteners.pdf (diakses pada tanggal 7 Desember 2021)

Teori Mekanik Power Screw

/2 Comments/in /by

Power Screw adalah perangkat yang digunakan dalam mesin untuk mengubah gerakan sudut menjadi gerak linear, dan, biasanya untuk mentransmisikan daya. Aplikasi yang familiar dari alat ini adalah sekrup utama mesin bubut, dan sekrup pada vises, pengepres, dan dongkrak.

Kesetimbangan Gaya

Diagram Gaya Power Screw saat menaikkan beban dan menurunkan beban.

Gambar diatas adalah power screw ulir persegi dengan ulir tunggal memiliki rata-rata diameter dm , pitch p, sudut lead λ , dan sudut heliks ψ yang dibebani oleh gaya tekan sumbu aksial F. Untuk menaikkan beban, gaya PR bekerja ke kanan (Gambar a), dan untuk menurunkan beban, PL bekerja ke kiri (Gambar b). Gaya gesekan adalah hasil kali koefisien gesekan f dengan gaya normal N, dan bertindak untuk melawan gerakan. Sistem dalam keadaan setimbang pada aksi gaya-gaya ini. Kesetimbangan gaya untuk menaikkan beban adalah

ΣFx = PR – N sin λ – f N cos λ = 0
ΣFy = -F – f N sin λ + N cos λ = 0

Sementara untuk menurunkan beban kesetimbangan gayanya dapat dirumuskan menjadi

ΣFx = – PL – N sin λ + f N cos λ = 0
ΣFy = – F + f N sin λ + N cos λ = 0

Beban dan Torsi

Kita dapat menghilangkan N dari masing-masing rumus untuk mencari beban P. Beban naik dapat dirumuskan menjadi

PR = [F (sin λ + f cos λ)] / (cos λ – f sin λ) ; sedangkan untuk beban turun PL = [F (f cos λ – sin λ)] / (cos λ + f sin λ)

Selanjutnya, bagi pembilang dan penyebut persamaan ini dengan cos λ dan gunakan hubungan tan λ = l / πdm . Lalu rumus di atas menjadi

PR = {F [ (l/πdm) + f ]} / [1 – (fl/πdm)] dan PL = {F [f – (l/πdm)]} / [1 + (fl/πdm)]

Akhirnya, perhatikan bahwa torsi adalah produk dari gaya P dan jari-jari rata-rata dm/2, untuk menaikkan beban kita bisa merumuskan menjadi

TR = (Fdm/2) [(l + fπdm) / (πdm – fl)]

di mana TR adalah torsi yang diperlukan untuk dua tujuan: untuk mengatasi gesekan ulir dan untuk menaikkan beban. Torsi yang diperlukan untuk menurunkan beban adalah

TL = (Fdm/2) [(fπdm – l) / (πdm + fl)]

Self-locking Conditions

Jika torsi penurun negatif, beban akan menurunkan dirinya sendiri dengan menyebabkan sekrup berputar tanpa gaya eksternal. Jika torsi penurun positif, sekrup mengunci sendiri (self-locking) atau fπdm > 1. Sekarang bagi kedua ruas pertidaksamaan ini dengan dm . Karena l/πdm = tan λ, kita dapatkan f > tan λ. Relasi ini menyatakan bahwa self-locking diperoleh setiap kali koefisien gesekan ulir sama atau lebih besar dari tangen sudut ujung ulir (lead).

Efisiensi Power Screw

Efisiensi juga berguna dalam evaluasi power screw. Jika kita membiarkan f = 0 dalam Persamaan TR, kita peroleh

T0 = Fl/2π

karena gesekan ulir telah dihilangkan, torsi yang diperlukan hanya untuk menaikkan muatan. Oleh karena itu, efisiensinya adalah

e = T0/TR = Fl/2πTR

Gesekan Pada Collar

Thrust Collar

Biasanya komponen torsi ketiga harus diterapkan dalam aplikasi power screw. Ketika sekrup dimuat secara aksial, bantalan dorong atau collar (kerah ulir) harus digunakan antara komponen yang berputar dan komponen stasioner untuk memikul komponen aksial. Gambar di atas menunjukkan collar dorong khas di mana beban diasumsikan terkonsentrasi di diameter collar rata-rata dc. Jika fc adalah koefisien gesekan collar, torsi yang dibutuhkan adalah

Tc = Ffcdc/2

Untuk collar besar, torsi mungkin harus dihitung dengan cara yang mirip dengan disk clutch.

Tegangan Pada Power Screw

Geometri ulir persegi berguna dalam menemukan bending dan tegangan geser transversal pada akar ulir.

Tegangan bodi nominal pada power screw dapat dikaitkan dengan parameter ulir sebagai berikut. Tegangan geser nominal maksimum dalam torsi pada sekrup dapat dinyatakan sebagai

τ = 16T/ πd3

Tegangan aksial pada badan sekrup akibat beban F adalah

σ = F/A = 4F/ πdr2

Desain power screw dengan FEA

umum digunakan untuk melakukan analisis baik untuk menghitung tegangan, defleksi, fatigue, atau mungkin tegangan kontak pada power screw adalah menggunakan Finite Element Analysis (FEA). MSC Nastran adalah software FEA original pertama di dunia yang banyak sekali digunakan di berbagai industri, salah satunya untuk mendesain power screw. Pelajari selengkapnya tentang MSC Nastran.

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.

terminologi limit dan fit poros

Limits dan Fits Pada Poros (Shaft)

/0 Comments/in /by

Dalam ilmu teknik, fit (kecocokan) mengacu pada jarak antara dua bagian tersambung. Pilihan fit menentukan apakah kedua bagian dapat bergerak relatif satu sama lain dalam hal kecocokan jarak bebas, atau bertindak secara keseluruhan jika fit ketat. Sementara (limit) batasan dan kesesuaian berlaku untuk semua jenis bagian tersambung, penggunaan utamanya adalah untuk mengatur ukuran poros dan lubang sambungan untuk kinerja terbaik.

Perancang bebas untuk mengadopsi geometri apa pun yang cocok untuk poros dan lubangnya. Ada dua standar untuk limit dan fit yang terkenal di dunia. Yang satu berdasarkan satuan inci dan yang lainnya berdasarkan satuan metrik. Perbedaannya terletak pada nomenklatur, definisi, dan organisasi. Tidak ada poin yang akan dilayani secara terpisah mempelajari masing-masing dari dua sistem. Versi metrik adalah yang lebih baru dari keduanya dan terorganisir.

Limits (Batasan)

Ukuran maksimum dan minimum yang diizinkan dari ukuran komponen sebenarnya disebut limit. Limit ditetapkan dengan mengacu pada ukuran dasar dimensi itu. Batas atas (Batas tinggi) untuk dimensi itu adalah ukuran terbesar yang diizinkan dan yang terendah limit adalah ukuran terkecil yang diizinkan untuk dimensi tersebut.

Istilah-istilah

terminologi limit dan fit poros
Terminologi limit dan fit poros. Sumber: https://ncet.co.in/assets/pdf/e_learning/me/ol/semIII/18MET32/MODULE%202-System%20of%20Limits,%20Fits,tolerances.pdf
  • Basic size: Ukuran teoretis yang tepat yang dicapai oleh desain (ukuran nominal).
  • Actual size: Ukuran bagian seperti yang dapat ditemukan dengan pengukuran.
  • Maximum limit of size: Lebih besar dari dua batas ukuran.
  • Minimum limit of size: Lebih kecil dari dua batas ukuran.
  • Allowance: Perbedaan yang disengaja antara batas material maksimum dari bagian tersambung. Merupakan clearance minimum atau interferensi maksimum antara bagian tersambung.
  • Deviation: Perbedaan aljabar antara ukuran (aktual, maksimum, dll.) dan ukuran dasar yang sesuai.
  • Actual deviation: Perbedaan aljabar antara ukuran sebenarnya dan dasar yang sesuai ukuran.
  • Upper deviation: Perbedaan aljabar antara batas maksimum ukuran dan ukuran dasar yang sesuai.
  • Lower deviation: Perbedaan aljabar antara batas minimum ukuran dan ukuran dasar yang sesuai.

Fits (Kecocokan)

Ketika dua bagian akan digabungkan, hubungan yang dihasilkan dari perbedaan antara ukuran mereka sebelum perakitan disebut fit. Fit dapat didefinisikan sebagai tingkat keketatan dan kelonggaran antara dua bagian tersambung.

Clearance Fit

Fit jenis ini berarti ada celah antara dua bagian tersambung. Mari kita lihat skema berikut representasi dari clearance fit. Diameter poros lebih kecil dari diameter lubang. Ada celah antara poros dan lubang. Oleh karena itu poros dapat dengan mudah meluncur ke dalam lubang.

Clearance Fit. Sumber: https://ncet.co.in/assets/pdf/e_learning/me/ol/semIII/18MET32/MODULE%202-System%20of%20Limits,%20Fits,tolerances.pdf

Dalam clearance fit, perbedaan antara ukuran maksimum lubang dan ukuran minimum poros dikenal sebagai clearance maksimum dan perbedaan antara ukuran minimum lubang dan ukuran maksimum poros dikenal sebagai clearance minimum.

Interference Fit

Tidak ada celah antara wajah dan akan terjadi persilangan material. Diameter poros lebih besar dari diameter lubang. Akan terjadi persilangan dua komponen tersambung akan terjadi. Oleh karena itu poros akan membutuhkan kekuatan tambahan untuk masuk ke dalam lubang.

Interference Fit. Sumber: https://ncet.co.in/assets/pdf/e_learning/me/ol/semIII/18MET32/MODULE%202-System%20of%20Limits,%20Fits,tolerances.pdf

Perbedaan antara ukuran maksimum poros dan ukuran minimum lubang ini dikenal sebagai interferensi maksimum dan perbedaan antara ukuran minimum poros dan ukuran maksimum lubang dikenal sebagai interferensi minimum.

Transition Fit

Transition fit tidak longgar atau ketat seperti clearance fit dan interferensi fit. Toleransi zona poros dan lubang akan tumpang tindih antara interferensi dan clearance.

Transition Fit. Sumber: https://ncet.co.in/assets/pdf/e_learning/me/ol/semIII/18MET32/MODULE%202-System%20of%20Limits,%20Fits,tolerances.pdf

Sistem Fit

Sistem fit adalah sistem tunjangan standar yang sesuai dengan kisaran ukuran dasar tertentu.

Hole Basis System (Sistem Dasar Lubang)

Dalam sistem dasar lubang, ukuran lubang dijaga konstan dan ukuran poros divariasikan untuk mendapatkan berbagai jenis fit. Dalam sistem ini, deviasi lubang yang lebih rendah adalah nol, yaitu batas bawah lubang adalah sama dengan ukuran dasar. Batas tinggi lubang dan dua batas ukuran untuk poros adalah bervariasi untuk memberikan jenis kecocokan yang diinginkan. Sistem dasar lubang biasanya digunakan karena lebih nyaman untuk membuat lubang yang benar dengan ukuran tetap, karena bor standar, keran, reamer dan cabang dll tersedia untuk memproduksi lubang dan ukurannya tidak dapat disesuaikan. Di sisi lain, ukuran poros yang dihasilkan dengan memutar, menggiling, dll dapat dengan mudah divariasikan.

Hole Basis System. Sumber: https://ncet.co.in/assets/pdf/e_learning/me/ol/semIII/18MET32/MODULE%202-System%20of%20Limits,%20Fits,tolerances.pdf

Shaft Basis System (Sistem Basis Poros)

Dalam sistem basis poros, ukuran poros dijaga konstan dan kecocokan yang berbeda diperoleh dengan memvariasikan ukuran lubang. Sistem dasar poros digunakan ketika ground bar atau drawn bar tersedia. Bar ini tidak memerlukan pemesinan lebih lanjut dan kecocokan diperoleh dengan memvariasikan ukuran lubang. Dalam sistem ini, deviasi atas (deviasi fundamental) poros adalah nol, yaitu batas tinggi poros sama dengan ukuran dasar dan berbagai kecocokan diperoleh dengan memvariasikan batas bawah poros dan kedua batas lubang.

Shaft Basis System. Sumber: https://ncet.co.in/assets/pdf/e_learning/me/ol/semIII/18MET32/MODULE%202-System%20of%20Limits,%20Fits,tolerances.pdf

Analisis 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). 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.

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.

https://ncet.co.in/assets/pdf/e_learning/me/ol/semIII/18MET32/MODULE%202-System%20of%20Limits,%20Fits,tolerances.pdf (diakses pada tanggal 2 Desember 2021)

Komponen Poros (Shaft) Lain-lain

/0 Comments/in /by

Poros adalah komponen paling penting pada peralatan yang bergerak memutar. Poros perlu dilindungi dengan komponen lain agar kinerjanya andal. Tidak hanya bantalan saja yang mampu melindungi poros, tetapi ada beberapa komponen lain yang dapat mendukung kinerja poros.

Setscrews

Tidak seperti baut dan sekrup tutup yang bergantung pada tegangan untuk mengembangkan kekuatan penjepit, setcrew tergantung pada kompresi untuk mengembangkan kekuatan penjepit. Ketahanan terhadap gerakan aksial atau hub relatif terhadap poros disebut daya tahan (holding power). Holding power ini merupakan hambatan gaya karena hambatan gesekan dari menyentuh bagian dari collar dan poros saat setscrew ke dalam poros.

Socket setscrews: (a) flat point; (b) cup point; (c) oval point; (d ) cone point; (e) half-dog point.

Tabel di bawah menunjukkan nilai torsi dudukan dan holding power yang sesuai untuk setcrew seri inci. Nilai-nilai yang tercantum berlaku untuk daya tahan aksial, untuk menahan gaya dorong, dan daya tahan tangensial, untuk menahan torsi. Faktor keamanan yang khas adalah 1,5 hingga 2,0 untuk beban statis dan 4 hingga 8 untuk berbagai beban dinamis. Setscrews harus memiliki panjang sekitar setengah dari diameter poros.

Tabel holding power dan gaya pada socket

Keys (Pasak) dan Pins (Susuk)

Pasak dan susuk digunakan pada poros untuk mengamankan elemen berputar, seperti roda gigi, katrol, atau roda lainnya. Pasak digunakan untuk mentransmisikan torsi dari poros ke elemen yang didukung poros. Susuk digunakan untuk penentuan posisi aksial dan untuk transfer torsi atau dorong atau keduanya.

Gambar di bawah menunjukkan berbagai macam pasak dan susuk. Susuk berguna ketika beban utama adalah geser dan ketika torsi dan gaya dorong hadir. Susuk lancip berukuran sesuai dengan diameter di akhir yang besar. Diameter ujung kecil adalah d = D − 0.0208L di mana d = diameter pada ujung kecil, D = diameter pada ujung besar, dan L = panjang susuk.

(a) Pasak persegi; (b) pasak bulat; (c dan d) susuk bulat (e) susuk lancip; (f) split pin pegas tubular. Susuk di bagian (e) dan (f) ditunjukkan lebih panjang dari yang diperlukan, untuk menggambarkan chamfer di ujungnya, tetapi panjang mereka harus disimpan lebih kecil dari diameter hub untuk mencegah kerusakan karena proyeksi pada bagian yang berputar.

Untuk aplikasi yang kurang penting, pin dowel atau pin drive dapat digunakan digunakan. Berbagai macam ini tercantum dalam katalog produsen. Pasak persegi juga tersedia dalam ukuran persegi panjang. Diameter poros menentukan ukuran standar untuk lebar, tinggi, dan kedalaman pasak. Perancang memilih panjang pasak yang sesuai untuk memikul beban puntir. Kegagalan pasak bisa dengan geser langsung, atau dengan menahan tegangan. Panjang maksimum pasak dibatasi oleh panjang hub dari elemen yang terpasang, dan umumnya tidak boleh melebihi sekitar 1,5 kali diameter poros untuk menghindari puntiran yang berlebihan dengan defleksi sudut poros. Beberapa pasak dapat digunakan untuk membawa beban yang lebih besar, biasanya berorientasi pada 90o dari satu lain. Faktor keamanan yang berlebihan harus dihindari dalam desain pasak, karena lebih diinginkan pasak gagal daripada komponen yang lebih mahal.

Cincin Penahan (Retaining Rings)

Cincin penahan sering digunakan sebagai pengganti bahu poros atau selongsong untuk memposisikan komponen secara aksial pada poros atau lubang housing. Seperti ditunjukkan pada gambar, alur dipotong di poros atau lubang untuk menerima penahan pegas. Untuk ukuran, dimensi, dan tingkat beban aksial, katalog pabrikan harus diperhatikan.

Penggunaan khas untuk cincin penahan. (a) Cincin luar dan (b) cincinnya aplikasi; (c) cincin internal dan (d) penerapannya

Agar cincin terpasang dengan baik di bagian bawah alur, dan penyangga beban aksial terhadap sisi alur, jari-jari di bagian bawah alur harus cukup tajam, biasanya sekitar sepersepuluh dari lebar alur. Ini menyebabkan nilai stres yang relatif tinggi faktor konsentrasi, sekitar 5 untuk lentur dan aksial, dan 3 untuk torsi. Hati-hati dalam menggunakan cincin penahan, terutama dalam lokasi dengan tegangan lentur tinggi.

Desain komponen poros dengan FEA

Untuk mendesain struktur yang kompleks dengan detail dan interaksi beban pada komponen-komponen yang rumit seperti pada kasus komponen 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). 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.

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.

skema defleksi poros

defleksi poros (shaft deflections) dan putaran kritis poros

/0 Comments/in /by

Beberapa komponen segel putar memiliki perpindahan poros lateral yang signifikan yang harus ditangani dengan benar untuk kinerja segel yang memuaskan. Contoh perpindahan poros lateral adalah defleksi.

Defleksi poros yang terdiri dari linier dan sudut, harus diperiksa pada roda gigi dan bantalan. Defleksi yang diizinkan akan bergantung pada banyak faktor, dan katalog bantalan dan roda gigi harus digunakan untuk panduan pada misalignment (ketidaksejajaran) yang diperbolehkan untuk bantalan dan roda gigi tertentu.

Contoh Soal Defleksi Poros

Jika poros dibebani dengan gaya F, batang poros akan melengkung ke bawah dengan defleksi di titik C adalah yC, seperti gambar di bawah.

skema defleksi poros
Skema defleksi poros.

RA = Fb/L ; RB = Fa/L ; MAC =Fbx/L dan MBC = (Fa/L) (L-X) untuk 0 <= X <= a

Defleksi yang timbul sepanjang AC (yAC) adalah: yAC = [Fbx/(6EIL)](L2-X2-b2)

Bila x = a, yc = [Fab/(6EIL)] (L2-x2-b2).

Dengan memasukkan L = a+b, defleksi di titik C adalah yc = Fa2b2/(3EIL).

I adalah momen inersia penampang dan E adalah modulus elastisitas bahan poros.

Putaran Kritis Poros (Critical Speed)

Putaran kritis adalah putaran sudut teoretis yang membangkitkan frekuensi alami benda yang berputar, seperti poros. Saat kecepatan rotasi mendekati frekuensi alami objek, objek mulai beresonansi yang secara dramatis meningkatkan getaran sistemik. Resonansi yang dihasilkan terjadi terlepas dari orientasi. Ketika kecepatan rotasi sama dengan nilai numerik getaran alami maka kecepatan itu disebut kecepatan kritis.

Untuk poros yang berputar ada kecepatan di mana, untuk setiap defleksi awal yang kecil, gaya sentrifugal sama dengan gaya pemulih elastis. Pada titik ini defleksi meningkat pesat dan poros dikatakan “berputar”. Di bawah dan di atas kecepatan ini efek ini sangat berkurang. Putaran kritis tergantung pada dimensi poros, material poros dan beban poros.

Putaran kritis poros ncr (RPM) dapat dihitung dengan rumus:

Rumus-putaran-kritis-poros
Rumus putaran kritis poros

dengan g adalah percepatan gravitasi dan y1, y2, ….. yn adalah defleksi yang terjadi pada titik dimana F1, F2,…. Fn bekerja.

Contoh Soal Putaran Kritis Poros

Sebuah poros mendapat pembebanan dengan diameter poros d =2 in dan modulus elastis E = 3 x 107 psi. Tentukan defleksi di titik C dan D dan putaran kritis poros ncr.

Beban dan Defleksi Poros
Beban dan Defleksi Poros.

Penyelesaian

Momen Inersia Penampang: I = (π/64) d4 = (π/64) 24 = 0,7854 in4

Berdasarkan rumus yAC = [Fbx/(6EIL)](L2-X2-b2)

Defleksi titik C akibat F1 saja: y =[(80x30x60)/(6×3.107x0,7854×90)] (902-602-302) = 0,04074 in

Deleksi titik C akibat F2 saja: y =[(120x20x30)/(6×3.107x0,7854×90)] (902-202-302) = 0,03848 in

Jadi defleksi di titik C akibat F1 dan F2 adalah yC = 0,040747 + 0,03848 = 0,07922 in

Defleksi titik D akibat F1 saja: y = [(80x30x20)/(6×3.107x0,7854×90)] (902-302-202) = 0,02565 in

Defleksi titik D akibat F2 saja: y = [(120x20x70)/(6×3.107x0,7854×90)] (902-202-702) = 0,03697 in

Jadi defleksi di titik D akibat F1 dan F2 adalah yD = 0,02565 + 0,03697 = 0,06262 in

Putaran kritis poros ncr dengan g = 386 in/s2 = 32,2 ft/s2 = 9,81 m/s2 adalah

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.

http://www.morseairsystems.com.au/news-critical-speed-of-shafts.html (diakses pada tanggal 30 November 2021)

Malau, V. 2012. Diktat Elemen Mesin. Departemen Teknik Mesin dan Industri UGM.