PENGANTAR TEKNIK MESIN 4 IWAN PONGO,ST,MT

Transkripsi

1 PENGANTAR TEKNIK MESIN 4 IWAN PONGO,ST,MT 1

2 KEKUATAN 2

3 DAFTAR ISI 1. TEGANGAN IJIN DAN FAKTOR KEMANAN 2. JENIS BEBAN 3. PEMBEBANAN 4. PENGERTIAN KEKUATAN 5. TEGANGAN IJIN PADA BEBAN STATIS 6. HUBUNGAN BERBAGAI TEGANGAN IJIN PADA BERBAGAI MATERIAL 7. TEGANGAN IJIN PADA BEBAN DINAMIS 8. KARAKTERISTIK DINAMIS 9. CONTOH SOAL 9. 3

4 TEGANGAN IJIN DAN FAKTOR KEMANAN Untuk perhitungan maupun pembuktian dimensi suatu elemen mesin, pemilihan tegangan ijin merupakan hal yang sangat penting. Tegangan ijin adalah tegangan maksimum yang diperbolehkan terjadi pada elemen mesin agar tidak mengalami kerusakan atau perubahan bentuk plastis pada beban kerja. Tegangan ijin ini harus berada jauh dibawah tegangan patah dari material, sehingga tersedia keamanan yang cukup. Besarnya tegangan ijin tergantung dari jenis material, jenis beban dan pembebanan, serta bentuk dari elemen mesin. Pemilihan/penentuan besarnya faktor keamanan sangat ditentukan oleh seberapa pentingnya, jenis dan penggunaan dari elemen mesin tersebut. 4

5 2.2. JENIS BEBAN DAN PEMBEBANAN JENIS BEBAN: Dilihat dari bagaimana gaya luar bekerja pada konstruksi, serta tegangan dan perubahan bentuk yang diakibatkannya, maka beban dapat dibedakan menjadi: Beban tarik (mengakibatkan tegangan tarik, t) Beban tekan (mengakibatkan tegangan tekan, c) Beban lengkung (mengakibatkan tegangan lengkung, b) Beban geser (mengakibatkan( tegangan geser, 鐘 s, atau 鐘 a) Beban puntir / torsi (mengakibatkan tegangan torsi, 鐘 t ) Disamping 5 jenis beban pokok ini, masih terdapat 2 jenis beban lagi yaitu beban tekuk yang merupakan kejadian khusus dari beban tekan (bila l panjang konstruksi jauh lebih besar dari d - diameternya [l>>d] ) dan beban tekanan permukaan yang merupakan tekanan antar 2 permukaan yang saling menekan. q Bila pada suatu elemen mesin bekerja lebih dari satu gaya sekaligus, maka pembebanan semacam ini disebut beban gabungan atau beban kombinasi. 5

6 JENIS BEBAN KONSTRUKSI Beban tarik tegangan tarik, t F Beban tekan F L L 1 F tegangan tekan, c d d 1 F L>>d Tekuk Beban lengkung tegangan lengkung, b Beban geser tegangan geser, s, atau a Beban puntir / torsi l tegangan torsi, t 6

7 JENIS PEMBEBANAN: 嗗 Jika dilihat perubahan arah dan besar beban terhadap waktu, maka jenis pembebanan pada elemen mesin dapat dibedakan menjadi: Beban statis, yaitu beban yang besar dan arahnya sepanjang waktu pembebanan, konstan, dan Beban dinamis / siklis, yaitu beban yang besar dan arahnya sepanjang waktu pembebanan, berubah-ubah. 嗗 Tergantung dari bagaimana beban berubah terhadap waktu, maka model pembebanan pada elemen mesin dibedakan menurut: Beban statis (beban model I) Beban dinamis pulsating / osilasi tarik atau tekan (beban model II) Beban dinamis bolak-balik (beban model III) Beban dinamis umum (beban berosilasi secara teratur antara harga maksimum dan minimum) Beban dinamis acak / tak beraturan (beban model IV) 嗗 Dalam kehidpan sehari-hari, pada umumnya beban yang terjadi adalah beban dinamis umum dan beban dinamis acak. Namun untuk kepentingan praktis dalam perencanaan, maka cukup beban model I III saja yang diperhatikan. 7

8 嗗 MODEL PEMBEBANAN a 0 Model I = konstan t 0 Model II a min=0 m ma x t a 0 t 0 max a mi n Dinamis umum m t Model III m = 0; min = a ; 0 Dinamis acak t - max = min ; R = min / max 8

9 2.3. PENGERTIAN KEKUATAN Berikut ini adalah beberapa pengertian yang berkaitan dengan kekuatan dan tegangan ijin dari material. Kekuatan patah - B ( 鐘 B), adalah tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh material/konstruksi pada pembebanan statis. Karakteristik ini diperoleh dengan melakukan pengujian dari material dengan benda uji standar. Tergantung dari jenis beban, maka kekuatan patah disebut pula sebagai Kekuatan Tarik, Kekuatan Lengkung dan sebagainya. 嗗 Besarnya kekuatan patah dihitung seperti berikut: B ( 鐘 B) = F max /A o (N/mm 2 ) Dimana: Fmax = beban maksimum/patah (N) Ao = luas penampang benda uji (mm) Batas luluh/yield - y ( 鐘 y), adalah tegangan pada saat terjadinya luluh (regangan plastis bertambah dengan cepat tanpa kenaikan beban ) pada benda uji. Tegangan 0,2-0,2, adalah tegangan yang menyebabkan perpanjangan plastis 0,2%. Tegangan ini merupakan pengganti tegangan luluh pada material yang tidak jelas batas luluhny seperti aluminium, tembaga dan sebagainya 9

10 2.4. TEGANGAN IJIN PADA BEBAN STATIS Tegangan maksimum yang boleh terjadi pada konstruksi ditentukan oleh kekuatan patah B dan batas luluh y atau 0,2.. Namun demikian selalu diusahakan masih terdapat keamanan yang cukup. Pada material Baja, pada padu: ijin = y/s f [N/mm 2 ] ; 鐘 ijin = 鐘 y/s f [N/mm 2 ] Untuk Al, Al padu, logam ringan dan paduannya, seng dan sejenisnya: ijin = 0,2/s f [N/mm 2 ] ; 鐘 ijin = 鐘 0,2/s f [N/mm 2 ] Dimana: s f (faktor keamanan)= 1,5 2 Untuk material besi tuang, kayu, plastik, keramik, dsb: ijin = B/s f [N/mm 2 ] ; 鐘 ijin = 鐘 B/s f [N/mm 2 ] Dimana: s f (faktor keamanan)= 1,8 3 10

11 HUBUNGAN ANTAR TEGANGAN IJIN Baja, baja tuang, cu- padu c ijin = t ijin 鐘 a ijin = 0,85 t ijin 鐘 t ijin = 0,65 t ijin Aluminium, ai-padu c ijin = 1,2 t ijin 鐘 a ijin = 0,8 t ijin 鐘 t ijin = 0,7 t ijin Besi tuang c ijin = 2,5 t ijin 鐘 a ijin = 1,2 t ijin Besi tuang temper, besi tuang putih y ( 鐘 y) = (0,6 0,75) B ( 鐘 B) c ijin = 2 t ijin 鐘 a ijin = 1,2 t ijin 11

12 嗗 FAKTOR KEAMANAN Besarnya faktor keamanan dipilih dengan perimbangan sebagai berikut: Faktor keamanan yang lebih kecil: 嗗 Faktor yang lebih kecil bisa dipilih, jka beban kerja dapat diketahui dengan pasti, serta jika konstruksi gagal/patah tidak menimbulkan kerusakan yang parah dan mudah diperbaiki Faktor keamanan yang lebih besar: 嗗 Faktor yang lebih besar harus dipilih, jka beban kerja tidak dapat diketahui dengan pasti, serta jika konstruksi gagal/patah akan menimbulkan kerusakan yang parah dan sulit diperbaiki 嗗 PENGUJIAN KEKUATAN Pada perencanaan suatu konstruksi, konstruksi harus kuat menerima beban kerja. Syarat suatu konstruksi kuat menerima beban adalah bila: Tegangan yang terjadi pada konstruksi < Tegangan ijin material yang digunakan, jadi: < ijin atau 鐘 = 鐘 ijin 12

13 2.5 KARAKTERISTIK DINAMIS MATERIAL Didepan telah dijelaskan tentang difinisi beban dinamis atau beban siklis. Beban ini secara umum terjadi pada komponen-komponen yang bergerak seperti poros, rocker-arm, roda gigi, bantalan serta pegas. Dilihat dari segi kekuatan maka komponen yang menerima beban dinamis akan lebih kritis dari komponen yang dibebani statis. Batas lelah ( (endurance limit), E atau 鐘 E: : adalah tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh material dengan umur tak terbatas (N/mm 2 ) i E P h :10% 50% Umur terbatas 90% Diagram kekuatan lelah material/komponen (diagram S-N) Umur tak terbatas Umur batas lelah biasanya diambil N E = siklus N i N E Umur, N (siklus) 13

14 DIAGRAM BATAS LELAH D 鐘 D alt pul 鐘 al t 鐘 p ul tc b t c b 鐘 t 鐘 t Tegangan m t min = o min > 0 m m = 0 14

15 嗗 TEGANGAN IJIN PADA BEBAN DINAMIS Pada pembebanan dinamis, tegangan ijin dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut: Dimana: ijin =( ijin =( =( D.b 1.b 2 )/( k.s f ) N/mm 2 =( D.b 1.b 2 )/( k.s f ) N/mm 2 D = batas lelah material pada beban normal (N/mm 2 ) D = batas lelah material pada beban geser (N/mm 2 ) b 1 = faktor kekasaran permukaan (0,7 1) b 2 = faktor dimensi komponen (0,7-1) 鐆 k = faktor takik (0,8 1) s f = faktor keamanan (2 4) 15

16 Contoh soal 1 嗗 Dieketahui sebuah batang pengencang seperti pada gambar 1 terbuat dari baja 42 (S t 42) dibebani secara statis, dengan gaya F = N. 嗗 Tentukanlah 1. Tegangan tarik ijin ( t ijin) dari batang agar kuat menerima beban. 2. Diameter pengencang (d) 1) Tegangan tarik ijin dari material: ( t ijin) ) = y/s f [N/mm 2 ] Bila faktor keamanan diambil S f = 2, maka ( t ijin) ) = (263/2) [N/mm 2 ] = 130 N/mm 2 F d F Penyelesaian Bahan pengencang St 42, jadi tegangan patah material adalah: B = 420 N/mm 2 Tegangan luluh (yield) dari material adalah: y = 0,65 B = 0,65 (420 N/mm 2 ) = 263 N/mm 2 2) Batang kuat bila t 鑇 tijin jadi (F/( 鐔 / 4 d 2 ) 鑇 tijin tijin, d 2 鑗鑺 (4.F/ 鐔 tijin ) 鑗鑺 ( N/3, ) N/mm2 d 2 鑗鑺 (123)mm 2 d 鑗 10,7 mm d = 12 mm 16

17 Contoh soal 2 鑪 160 A B 55 鑪 45 嗗 Penyelesaian Poros disamping menerima beban lengkung dinamis, oleh karena itu, maka tegangan ijin dari poros adalah: bijin =( D.b 1.b 2 )/( k.s f ) N/mm 2 嗗 Diketahui dudukan bantalan seperti pada gambar diatas, tebuat dari S t 52, dan tegangan lenkung yang terjadi pada potongan AB adalah b = 48 N/mm 2 嗗 Buktikanlah bahwa poros kuat menerima beban kerja D.= 260 N/mm 2 (tabel material) Untuk poros diambil k = 1,3; S f = 1,5; b1 = 0,85; b2 = 0,85. Jadi bijin =(260.0,85.0,85)/(1,3.1,5) N/mm 2 = 95 N/mm2 Diketahui b = 48 N/mm 2 Karena b < bijin Maka poros kuat menerima beban kerja 17