POROS.pdf

[Publish Date]

ELEMEN MESIN II (POROS)

ELEMEN MESIN II

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT BANJARBARU 2014

54

[Publish Date]


POROS (SHAFT) ▫

Poros

adalah

suatu

elemen

mesin

yang

digunakan

untuk

mentransmisikan/menghantarkan daya dari suatu tempat ke tempat lain, dengan perantaraan elemen mesin lain seperti roda gigi, sabuk, dan lainlain. ▫

Material yang digunakan untuk poros adalah baja lunak atau baja dengan paduan nikel, nikel-kromium, atau kromium-vanadium. Contoh material yang dapat digunakan sebagai poros dapat dilihat pada tabel 6.1 & 6.2.

▫

Poros biasanya dibuat dengan cara pengerolan panas, pengerolan dingi, untuk poros dengan diameter besar dapat digunakan cara pengecoran.

▫

Macam-macam poros : 1. poros transmisi 2. poros mesin, contohnya poros engkol

▫

Tegangan-tegangan yang terjadi pada poros : 1. tegangan geser yang terjadi karena beban torsi 2. tegangan lentur yang terjadi karena gaya yang bekerja pada elemen mesin (seperti roda gigi, puli, dan lain-lain), serta karena berat dari poros itu sendiri 3. perpaduan antara beban torsi dan beban lentur

▫

Tegangan izin maksimum untuk poros transmisi 1. Tegangan izin maksimum untuk beban tarik dan tekan, dapat diambil nilai-nilai sebagai berikut : a. 1120 kg/cm2 untuk poros tanpa alur pasak b. 840 kg/cm2 untuk poros dengan alur pasak Untuk pemilihan material, tegangan tarik izinnya adalah 60% dari tegangan tarik elastis, tetapi tidak boleh melebihi 36% UTS. 2. Tegangan geser izin maksimum : a. 560 kg/cm2 untuk poros tanpa alur pasak b. 420 kg/cm2 untuk poros dengan alur pasak 55

[Publish Date]


Untuk pemilihan material, tegangan geser izinnya adalah 30% dari tegangan tarik elastis, tetapi tidak boleh melebihi 18% UTS. Tabel 6.1. Baja karbon untuk poros

▫

Perencanaan poros harus disesuaikan dengan jenis bebannya, yaitu : 1. poros dengan beban torsi 2. poros dengan beban lentur(momen) 3. poros dengan beban gabungan antara beban torsi dan lentur 4. poros dengan beban gabungan antara beban torsi dan lentur, serta beban aksial

56

[Publish Date]


Tabel 6.2 Baja paduan untuk poros

Perencanaan poros dengan beban momen torsi ▫

Untuk poros yang padat, maka persamaan yang digunakan adalah : T

▫

 16

fsd 3

Untuk poros yang berlubang, persamaan yang digunakan adalah :

T

 16



fsd 3 1 k 4



Dimana : k=perbandingan diameter dalam dan diameter luar poros ▫

Besarnya momen torsi dapat dihitung dengan persamaan : P

2NT 4500

atau

T

P  4500 2N

57

[Publish Date]


Dimana :

P = daya yang dihantarkan (HP) T = momen torsi (kg.m) N = kecepatan putaran (rpm)

▫

Contoh : Suatu poros berputar pada putaran 200 rpm, menghantarkan daya sebesar 25 HP. Bahan poros adalah baja lunak dengan tegangan geser izin 420 kg/cm2. Hitunglah diameter poros tersebut ! Penyelesaian : T

P  4500 25  4500   89,5 kg.m = 8950 kg.cm 2N 2  200

Karena T 

d 3

 16

f s d 3 , maka :

16T 3 16  8950 3   108,5  4,77cm  5 cm f s   420

Perencanaan poros dengan beban momen lentur ▫

Contoh penggunaan dari poros jenis ini adalah poros kendaraan rel (tanpa elemen mesin pemutar/transmisi), nama lainnya adalah gandar (axle)

▫

Untuk poros yang padat, maka persamaan yang digunakan adalah : M 

▫

32

fbd 3

Untuk poros yang berlubang, persamaan yang digunakan adalah : M

▫



 32



fbdo 1  k 4 3



Contoh : Suatu poros kereta membawa beban 5 ton, pada jarak 10 cm dari rodanya (lihat gambar). Jarak antar roda adalah 140 cm. Carilah diameter poros, jika tegangan izinnya adalah 1000 kg/cm 2.

Penyelesaian :

58

[Publish Date]


Momen yang bekerja pada titik C dan D adalah : M C  M D  5000  10  50000kg  cm

Karena M 

d 3

 32

f b d 3 , maka d  3

32M f b

32M 3 32  50000 3   509  7,984  8 cm f b   1000

Perencanaan poros dengan beban momen torsi dan lentur ▫

Karena jenis bebannya gabungan, maka digunakan persamaan gabungan pula, antara beban momen torsi dan beban momen lentur.

▫

Persamaan yang digunakan adalah :

Te  T 2  M 2 

 16

fsd 3

Dimana : Te = torsi ekuivalen/gabungan ▫

Me 





1  M  M 2 T 2  fbd 3 2 32

Dimana : Me = momen lentur ekuivalen ▫

Untuk poros yang berlubang, persamaan di atas berubah menjadi : Te  T 2  M 2 

Me  ▫



 16



f s do 1  k 4 3





1  3 M  M 2 T 2  fbdo 1  k 4 2 32





Contoh : Suatu poros dengan roda gigi terpasang (seperti gambar), diameter roda gigi 12,5 cm, dan menghantarkan daya 5 HP pada 120 rpm. Jika tegangan geser izin 420 kg/cm 2, hitunglah diameter porosnya ! 59

[Publish Date]


Penyelesaian : Torsi yang ditransmisikan oleh poros : T

P  4500 5  4500   29,85 kg.m = 2985 kg.cm 2N 2  120

Gaya tangensial pada roda gigi :

F

2T 2  2985   477,5 kg ≈ 480 kg D 12,5

Momen lentur pada tengah roda gigi : M  480 

12,5  3000 kg.cm 2

Te  T 2  M 2  2985 2  3000 2  4232 kg.cm Te 

 16

d 3

f s d 3 → 4232 

 16

 420  d 3

4232  16 3  51,4  3,7  4 cm   420

Perencanaan poros dengan beban berfluktuasi ▫

Dalam perencanaan poros di atas, kita hanya memperhitungkan satu nilai beban saja, baik beban torsi ataupun beban momen lentur. Akan tetapi dalam aplikasi nyata, beban-beban tersebut berfluktuasi. Oleh karena itu perlu dimasukkan faktor kejut dan kelelahan material (fatigue) dalam perhitungan poros. Faktor-faktor tersebut dapat dilihat pada tabel 6.3 berikut. Tabel 6.3. Faktor kejut & fatigue terhadap torsi dan momen 60

[Publish Date]


Jenis beban

Km

Kt

1

1

1,5 - 2

1,5 – 2

1,5

1

b. beban kejut kecil

1,5 – 2

1,5 – 2

c. beban kejut besar

2-3

1,5 - 3

1. Poros tetap a. beban berfluktuasi b. beban kejut 2. Poros berputar a. beban berfluktuasi

Km = faktor kejut dan fatigue terhadap momen lentur Kt = faktor kejut dan fatigue terhadap momen torsi ▫

Dengan adanya faktor tersebut maka persamaan momen dan torsi berubah menjadi :

▫

Te 

K m  M 2  K t  T 2

Me 

1 K m  M   2 

K m  M 2  K t  T 2  

Contoh : Suatu poros dengan bahan baja lunak menghantarkan daya sebesar 25 HP pada 200 rpm. Poros ini membawa beban pada tengah-tengahnya sebesar 90 kg, dan ditumpu oleh dua bantalan yang berjarak 2,5 m. Tegangan geser izin adalah 420 kg/cm 2, dan tegangan tarik izin adalah 560 kg/cm2. Hitunglah diameter poros jika bebannya berfluktuasi ! Penyelesaian : Momen torsi (T) : T

P  4500 25  4500   89,5 kg.m = 8950 kg.cm 2N 2  200

M

WL 90  250   5625 kg.cm 4 4

Untuk beban yang berfluktuasi : Km = 1,5 dan Kt = 1, maka :

Te 

K m  M 2  K t  T 2

61

[Publish Date]


1,5  56252  1 89502

Te  Te 

 16

d 3

f s d 3 → 12300 

 16

 12300 kg.cm

 420  d 3

12300  16 3  149  5,3  5,5 cm   420

62

POROS.pdf

Recommend Documents