PENGANTAR TEKNIK MESIN 4 IWAN PONGO,ST,MT

(1)

PENGANTAR TEKNIK

MESIN 4

PENGANTAR TEKNIK

MESIN 4

IWAN PONGO,ST,MT

(2)

KEKUATAN

(3)

DAFTAR ISI

1.

1. TEGANGAN IJIN DAN FAKTOR KEMANAN

TEGANGAN IJIN DAN FAKTOR KEMANAN

2.

2. JENIS BEBAN

JENIS BEBAN

3.

3. PEMBEBANAN

PEMBEBANAN

4.

4. PENGERTIAN KEKUATAN

PENGERTIAN KEKUATAN

5.

5. TEGANGAN IJIN PADA BEBAN STATIS

TEGANGAN IJIN PADA BEBAN STATIS

6.

6. HUBUNGAN BERBAGAI TEGANGAN IJIN

HUBUNGAN BERBAGAI TEGANGAN IJIN

PADA BERBAGAI MATERIAL

7.

7. TEGANGAN IJIN PADA BEBAN DINAMIS

TEGANGAN IJIN PADA BEBAN DINAMIS

8.

8. KARAKTERISTIK DINAMIS

KARAKTERISTIK DINAMIS

9.

(4)

–

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.

TEGANGAN IJIN DAN FAKTOR KEMANAN

(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, Beban tarik (mengakibatkan tegangan tarik, 鐗鐗_t_t)) –

–Beban tekan (mengakibatkan tegangan tekan, Beban tekan (mengakibatkan tegangan tekan, 鐗鐗_c_c) ) –

–Beban lengkung (mengakibatkan tegangan lengkung, Beban lengkung (mengakibatkan tegangan lengkung, 鐗鐗_b_b)) –

–Beban geser (Beban geser (mengakibatkan tegangan geser, mengakibatkan tegangan geser, 鐘鐘_s,_s,atau atau 鐘鐘_a_a)) –

–Beban puntir / torsi (mengakibatkan tegangan torsi, Beban puntir / torsi (mengakibatkan tegangan torsi, 鐘鐘_t_t) ) –

–Disamping 5 jenis beban pokok ini, masih terdapat 2 jenis beban lagi yaitu Disamping 5 jenis beban pokok ini, masih terdapat 2 jenis beban lagi yaitu beban tekuk

beban tekuk yang merupakan kejadian khusus dari beban tekan (bila yang merupakan kejadian khusus dari beban tekan (bila

l

–– panjang konstruksi jauh lebih besar dari

panjang konstruksi jauh lebih besar dari

d

- diameternya [l>>d] ) dan - diameternya [l>>d] ) dan beban

beban tekanan permukaantekanan permukaan yang merupakan tekanan antar 2 permukaan yang merupakan tekanan antar 2 permukaan yang saling menekan.

yang saling menekan.

q

q Bila pada suatu elemen mesin bekerja lebih dari satu gaya sekaligus, maka Bila pada suatu elemen mesin bekerja lebih dari satu gaya sekaligus, maka pembebanan semacam ini disebut beban gabungan atau beban kombinasi.

(6)

JENIS BEBAN KONSTRUKSI

Beban tarik

Beban tarik tegangan tarik, tegangan tarik, _tt

Beban tekan tegangan tekan, Beban tekan tegangan tekan, c_c

Beban lengkung tegangan lengkung, Beban lengkung tegangan lengkung, bb

Beban geser

Beban geser tegangan geser, tegangan geser, ss, atau , atau aa

Beban puntir / torsi tegangan torsi, Beban puntir / torsi tegangan torsi, _t t

F F F F L L L L₁1 d d dd11 F F FF L>>d L>>d Tekuk Tekuk l l

(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 statis (beban model I) –

– Beban dinamis pulsating / osilasi tarik atau tekan (beban model II)Beban dinamis pulsating / osilasi tarik atau tekan (beban model II) –

– Beban dinamis bolak-balik (beban model III)Beban dinamis bolak-balik (beban model III) –

– Beban dinamis umum (beban berosilasi secara teratur antara harga maksimum dan Beban dinamis umum (beban berosilasi secara teratur antara harga maksimum dan minimum)

minimum)

–

– Beban dinamis acak / tak beraturan (beban model IV)Beban dinamis acak / tak beraturan (beban model IV)

嗗

Dalam kehidpan sehari-hari, pada umumnya beban yang terjadi adalah beban Dalam kehidpan sehari-hari, pada umumnya beban yang terjadi adalah beban dinamis umum dan beban dinamis acak. Namun untuk kepentingan praktis

dinamis umum dan beban dinamis acak. Namun untuk kepentingan praktis

dalam perencanaan, maka cukup beban model I

dalam perencanaan, maka cukup beban model I –– III saja yang III saja yang diperhatikan.

(8)

嗗

MODEL PEMBEBANAN

鐗 t 鐗 = konstan Model I 鐗 t Model II 鐗_a 鐗 a 鐗 m 鐗_ma x 鐗 t Model III 鐗 Dinamis umum Dinamis acak 鐗 t t m = 0; min = a;

-max = min; R = min/ max

鐗min=0 0 0 0 0 0 鐗_max 鐗mi n 鐗m 鐗a 鐗 a

(9)

2.3. PENGERTIAN KEKUATAN

Berikut ini adalah beberapa pengertian yang berkaitan dengan

kekuatan dan tegangan ijin dari material.

– Kekuatan patah - 鐗_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:

鐗_B (鐘_B) = F_max/A_o (N/mm2₎ Dimana: Fmax = beban maksimum/patah (N)

Ao = luas penampang benda uji (mm)

– Batas luluh/yield - 鐗_y ( 鐘_y), adalah tegangan pada saat terjadinya luluh (regangan plastis bertambah dengan cepat tanpa kenaikan beban ) pada benda uji.

– Tegangan 0,2 - 鐗_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

(10)

2.4. TEGANGAN IJIN PADA BEBAN STATIS

Tegangan maksimum yang boleh terjadi pada konstruksi ditentukan oleh

kekuatan patah

kekuatan patah 鐗鐗_B_B dan batas luluh dan batas luluh 鐗鐗_y_y atau atau 鐗鐗_0,2_0,2. Namun demikian selalu . Namun demikian selalu diusahakan masih terdapat keamanan yang cukup.

diusahakan masih terdapat keamanan yang cukup.

Pada material Baja, pada padu:

鐗

鐗_ijin_ijin = = 鐗鐗_y_y/s/s_f_f [N/mm [N/mm22_{] ;}_{] ;}_鐘_鐘 ijin

ijin = = 鐘鐘yy/s/sff [N/mm [N/mm22] ]

Untuk Al, Al padu, logam ringan dan paduannya, seng dan sejenisnya:

鐗

鐗_ijin_ijin = = 鐗鐗_0,2_0,2/s/s_f_f [N/mm [N/mm22_{] ;}_{] ;}_鐘_鐘 ijin

ijin = = 鐘鐘0,20,2/s/sff [N/mm [N/mm22]]

Dimana: s

Dimana: s_f_f(faktor keamanan)= 1,5 (faktor keamanan)= 1,5 –– 2 2

Untuk material besi tuang, kayu, plastik, keramik, dsb:

鐗

鐗_ijin_ijin = = 鐗鐗_B_B/s/s_f_f[N/mm[N/mm22_{] ;}_{] ;}_鐘_鐘 ijin

ijin = = 鐘鐘BB/s/sff [N/mm [N/mm22]]

Dimana: s

(11)

HUBUNGAN ANTAR TEGANGAN IJIN

Baja, baja tuang,

cu-padu

padu

鐗

c ijin

= 鐗

t ijin

鐘

a ijin = 0,85鐗t ijin

鐘

_{t ijin} = 0,65鐗_{t ijin}

Aluminium, ai-padu

_鐗

_{c ijin}

₌

_1,2

_鐗

_{t ijin}

_鐘

_{a ijin} _{= 0,8}_鐗_{t ijin}

鐘

_{t ijin} = 0,7鐗_{t ijin}

Besi tuang

_鐗

_{c ijin}

₌

_2,5

_鐗

_{t ijin}

_鐘

_{a ijin} _{= 1,2}_鐗_{t ijin}

Besi tuang temper,

besi tuang putih

鐗

c ijin

=

2

鐗

t ijin

鐘

a ijin = 1,2鐗t ijin 鐗_y (鐘_y) = (0,6 – 0,75) 鐗_B(鐘_B))

(12)

嗗

FAKTOR KEAMANAN

Besarnya faktor keamanan dipilih dengan perimbangan sebagai berikut:

–

–Faktor keamanan yang lebih kecil: Faktor keamanan yang lebih kecil:

嗗

Faktor yang lebih kecil bisa dipilih, jka beban kerja dapat diketahui dengan Faktor yang lebih kecil bisa dipilih, jka beban kerja dapat diketahui dengan pasti, serta jika konstruksi gagal/patah tidak menimbulkan kerusakan yang

pasti, serta jika konstruksi gagal/patah tidak menimbulkan kerusakan yang

parah dan mudah diperbaiki

–

–Faktor keamanan yang lebih besar:Faktor keamanan yang lebih besar:

嗗

Faktor yang lebih besar harus dipilih, jka beban kerja tidak dapat diketahui Faktor yang lebih besar harus dipilih, jka beban kerja tidak dapat diketahui dengan pasti, serta jika konstruksi gagal/patah akan menimbulkan kerusakan

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 Pada perencanaan suatu konstruksi, konstruksi harus kuat menerima beban kerja. Syarat suatu konstruksi kuat menerima beban adalah bila:

kerja. Syarat suatu konstruksi kuat menerima beban adalah bila:

Tegangan yang terjadi pada konstruksi < Tegangan ijin material yang

digunakan, jadi:

鐗

(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 (Batas lelah (

endurance limit

), ), 鐗鐗_E_E atau atau 鐘鐘_E_E: adalah tegangan maksimum : adalah tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh material dengan umur tak terbatas

yang dapat ditahan oleh material dengan umur tak terbatas

鐗

鐗 (N/mm (N/mm22₎₎

鐗

鐗_i_i

鐗

鐗E_EUmur terbatasUmur terbatas

Umur tak terbatas Umur tak terbatas

Umur batas lelah biasanya

diambil N

diambil N_E_E = 2.10 = 2.1066_siklus_siklus

Diagram kekuatan lelah

material/komponen (diagram S-N) material/komponen (diagram S-N) 50% 50% 90% 90% P P_h_h:10%:10%

(14)

DIAGRAM BATAS LELAH

Tegangan Tegangan 鐗鐗鐗鐗m_m 鐗鐗m_m 鐗鐗 t t 鐗鐗 = 0 = 0 鐗

鐗min_min = o = o 鐗鐗minmin > 0 > 0

鐗鐗 D D 鐘鐘_D_D 鐗

鐗_alt_alt 鐗鐗_pul_pul 鐗鐗_tc_tc 鐗鐗_b_b 鐗鐗_t_t 鐗鐗 c c 鐗鐗_b_b 鐘鐘_al_al t t 鐘鐘_p_p ul ul 鐘鐘_t_t 鐘鐘_t_t

(15)

嗗

TEGANGAN IJIN PADA BEBAN DINAMIS

Pada pembebanan dinamis, tegangan ijin dinyatakan dengan

persamaan sebagai berikut:



_ijin_ijin

=(



_

_D_D

.b

₁₁

.b

₂₂

)/(



_

_k_k

.s

_f_f

) N/mm

22



_ijin_ijin

=(



_

_D_D

.b

₁₁

.b

₂₂

)/(



_

_k_k

.s

_f_f

) N/mm

22 Dimana: Dimana:

鐗

_D_D

= batas lelah material pada beban normal (N/mm

22

₎



_D_D

=

batas lelah material pada beban geser (N/mm

22

₎

b

₁₁

= faktor kekasaran permukaan (0,7

–

1)

b

₂₂

= faktor dimensi komponen (0,7 - 1)

鐆

_k_k

= faktor takik (0,8

–

1)

s

(16)

Contoh soal 1

嗗

Dieketahui sebuah batang pengencang Dieketahui sebuah batang pengencang seperti pada gambar 1 terbuat dari baja

seperti pada gambar 1 terbuat dari baja

42 (S

42 (S_t_t 42) dibebani secara statis, dengan 42) dibebani secara statis, dengan gaya F = 10000 N.

gaya F = 10000 N.

嗗

TentukanlahTentukanlah

1.

1. Tegangan tarik ijin (Tegangan tarik ijin (鐗鐗t ijin_{t ijin}) ) dari batang dari batang

agar kuat menerima beban.

2.

2. Diameter pengencang (d) Diameter pengencang (d)

–

Penyelesaian Penyelesaian

Bahan pengencang St 42,

jadi tegangan patah material adalah:

jadi tegangan patah material adalah: 鐗鐗_B_B= = 420 N/mm

420 N/mm22

Tegangan luluh (yield) dari material adalah:

鐗

鐗_y_y= 0,65 = 0,65 鐗鐗_B_B = 0,65 (420 N/mm = 0,65 (420 N/mm22₎₎

= 263 N/mm

= 263 N/mm22

1) Tegangan tarik ijin

1) Tegangan tarik ijin dari material:dari material: (

(鐗鐗t ijin_{t ijin}) = ) = 鐗鐗yy/s/sff [N/mm [N/mm22]]

Bila faktor keamanan diambil S

Bila faktor keamanan diambil Sf_f= 2, = 2,

maka maka ( (鐗鐗t ijin_{t ijin}) = (263/2) [N/mm) = (263/2) [N/mm22] ] = 130 N/mm = 130 N/mm2 2

2) Batang kuat bila

鐗

_t_t

鑇

鐗

_tijin_tijin

,

jadi (F/(

鐔

/

₄₄

d

22

)

₎

鑇

_鑇

鐗

_鐗

tijin tijin d d22 _鑗_鑗鑺鑺_(4.F/_(4.F/_鐔_鐔 _鐗_鐗 tijin tijin ) ) 鑗鑗鑺鑺 (4.10000N/3,14.130 ) N/mm2 (4.10000N/3,14.130 ) N/mm2 d d22 _鑗_鑗_鑺_鑺_(123)mm_(123)mm22 d d 鑗鑗 10,7 mm 10,7 mm d = 12 mm d = 12 mm F F F F dd

(17)

Contoh soal 2

嗗

Diketahui dudukan bantalan Diketahui dudukan bantalan seperti pada gambar diatas,

seperti pada gambar diatas,

tebuat dari S

tebuat dari S_t_t 52, dan 52, dan tegangan lenkung yang

tegangan lenkung yang

terjadi pada potongan AB

adalah

鐗

鐗_b_b= 48= 48N/mmN/mm22

嗗

Buktikanlah bahwa poros Buktikanlah bahwa poros kuat menerima beban kerja

kuat menerima beban kerja

嗗

PenyelesaianPenyelesaian

Poros disamping menerima beban lengkung

dinamis, oleh karena itu, maka tegangan ijin dari

poros adalah:



_bijin_bijin =( =(_D_D.b.b₁₁.b.b₂₂)/()/(_k_k.s.s_f_f) N/mm) N/mm22



_D_D.= 260 N/mm.= 260 N/mm22_{(tabel material)}_{(tabel material)}

Untuk poros diambil

Untuk poros diambil _k_k = 1,3; S = 1,3; S_f_f = 1,5; b1 = = 1,5; b1 = 0,85; b2 = 0,85. 0,85; b2 = 0,85. Jadi Jadi  _bijin_bijin =(260.0,85.0,85)/(1,3.1,5) N/mm =(260.0,85.0,85)/(1,3.1,5) N/mm22 = 95 N/mm2 = 95 N/mm2 Diketahui Diketahui 鐗鐗_b_b= 48= 48N/mmN/mm2 2 Karena

Karena 鐗鐗_b_b< < _bijin_bijin

Maka poros kuat menerima beban kerja

鑪鑪 16 0 16 0 55 B B A A 鑪鑪 4545