1. beban pada elemen mesin 2015

BebanBeban yangyang terjaditerjadi padapada ElemenElemen MesinMesin

• Mesin atau peralatan serta komponen-komponenya pasti menerima beban operasionaldan beban lingkungan dalam melakukanfungsinya.• Beban dapat dalam bentuk gaya, momen,

defleksi, temperatur, tekanan dan lain-lain.Analisis pembebanan dalam perancangan mesinatau komponen mesin sangatlah penting, karenajika beban telah diketahui maka dimensi,kekuatan, material, serta variabel design lainnyadapat ditentukan.

• Mesin atau peralatan serta komponen-komponenya pasti menerima beban operasionaldan beban lingkungan dalam melakukanfungsinya.• Beban dapat dalam bentuk gaya, momen,

defleksi, temperatur, tekanan dan lain-lain.Analisis pembebanan dalam perancangan mesinatau komponen mesin sangatlah penting, karenajika beban telah diketahui maka dimensi,kekuatan, material, serta variabel design lainnyadapat ditentukan.

BebanBeban yangyang terjaditerjadi padapada ElemenElemen MesinMesin

• Jenis beban pada suatu mesin/peralatan dapat dibagimenjadi beberapa kelas berdasarkan karakter beban yangbekerja dan adanya gerakan atau perpindahan.

• Jika konfigurasi umum dari mesin telah didefinisikandan gerakan kinematikanya telah dihitung, maka tugasberikutnya adalah menganalisis besar dan arah semuagaya, momen, dan beban lainnya. Beban-beban ini dapatsaja konstan atau bervariasi terhadap waktu. Komponenmesin dimana gaya tersebut bekerja juga bisa dalamkeadaaan diam (statik) atau bergerak. Dengan demikiankelas pembebanan dapat dibedakan menjadi empat yaitu:

• Jenis beban pada suatu mesin/peralatan dapat dibagimenjadi beberapa kelas berdasarkan karakter beban yangbekerja dan adanya gerakan atau perpindahan.

• Jika konfigurasi umum dari mesin telah didefinisikandan gerakan kinematikanya telah dihitung, maka tugasberikutnya adalah menganalisis besar dan arah semuagaya, momen, dan beban lainnya. Beban-beban ini dapatsaja konstan atau bervariasi terhadap waktu. Komponenmesin dimana gaya tersebut bekerja juga bisa dalamkeadaaan diam (statik) atau bergerak. Dengan demikiankelas pembebanan dapat dibedakan menjadi empat yaitu:

Jenis beban pada suatu mesin/peralatan dapat dibagi menjadibeberapa kelas berdasarkan karakter beban yang bekerja danadanya gerakan atau perpindahan

Beban statik Beban dinamik

Elemen diam Kelas 1 Kelas 2

Elemen bergerak Kelas 3 Kelas 3

Aplikasi beban berdasarkan daerah pembebanan dapatdiklasifikasikan menjadi dua yaitu

• Beban terkonsentrasi :beban yangdiaplikasikan padadaerah yang sangatkecil dibandingkandengan luas komponenyang dibebani, dapatdiidealisasikan menjadibeban terkonsentrasipada suatu titik.

• Beban terkonsentrasi :beban yangdiaplikasikan padadaerah yang sangatkecil dibandingkandengan luas komponenyang dibebani, dapatdiidealisasikan menjadibeban terkonsentrasipada suatu titik.

Aplikasi beban berdasarkan daerah pembebanan dapatdiklasifikasikan menjadi dua yaitu

• Beban terdistribusi :beban didistribusikanpada suatu daerahtertentu.

Berdasarkan lokasi dan metoda aplikasi beban serta arahpembebanan, beban dapat diklasifikasikan menjadi : Bebannormal, beban geser, beban lentur, beban torsi, dan beban

kombinasi.

Load (beban)

Definisi: sembarang gaya luar yang bekerja pada suatukomponen mesin.

Ada tiga jenis beban :1. Dead or steady load2. Live or varying load3. Suddenly applied or Shock load

Suatu komponen mesin lebih mudah menahan bebanmati dari pada beban hidup, dan lebih tahan terhadapbeban hidup dari pada beban kejut.

Definisi: sembarang gaya luar yang bekerja pada suatukomponen mesin.

Ada tiga jenis beban :1. Dead or steady load2. Live or varying load3. Suddenly applied or Shock load

Suatu komponen mesin lebih mudah menahan bebanmati dari pada beban hidup, dan lebih tahan terhadapbeban hidup dari pada beban kejut.

Beban DinamisSifat bahan dalam yg mendapat pembebanan yg bergetar atauber-osilasi berbeda dari perilaku bahan di bawah beban statis

Beban dinamis adalah beban yg diberikan secara teratur danterus menerus dalam rentang waktu tertentu

Jenis beban dinamis:• beban dinamis ganti

Yaitu beban dinamis yg diterima secara bergantian pada arah danbentuk yg berlawananMisal : tarik-tekan, tekuk bolak-balik, putir bolak-balik

• beban dinamis ulangYaitu beban dinamis yg diterima pada arah dan besar yg samasecara berulang

Beban dinamis dalam waktu lama akan mengakibatkan kelelahanbahan

Sifat bahan dalam yg mendapat pembebanan yg bergetar atauber-osilasi berbeda dari perilaku bahan di bawah beban statis

Beban dinamis adalah beban yg diberikan secara teratur danterus menerus dalam rentang waktu tertentu

Jenis beban dinamis:• beban dinamis ganti

Yaitu beban dinamis yg diterima secara bergantian pada arah danbentuk yg berlawananMisal : tarik-tekan, tekuk bolak-balik, putir bolak-balik

• beban dinamis ulangYaitu beban dinamis yg diterima pada arah dan besar yg samasecara berulang

Beban dinamis dalam waktu lama akan mengakibatkan kelelahanbahan

Macam Beban Dinamik

Beban Dinamik Ganti

1. Ganti Tarik-Tekan

2. Ganti Tekuk

3. Ganti Puntir

Beban Dinamik Ulang

1. Ulang Tarik

2. Ulang Tekan

3. Ulang Tekuk

4. Ulang Puntir

1. Ganti Tarik-Tekan

2. Ganti Tekuk

3. Ganti Puntir

1. Ulang Tarik

2. Ulang Tekan

3. Ulang Tekuk

4. Ulang Puntir

Beban Dinamik Ganti

Tarik-TekanBeban tarik (+) dan tekan (-) diberikan scr bergantian pdinterval waktu tertentu

(a) Beban tarik-tekan ygdiberikan sama besar

(b) Beban tarik lebih besardrpd beban tekan ygdiberikan

(c) Beban tekan lebih besardrpd beban tarik ygdiberikan

t

(+)

(-)

0t

(+)

(-)

0t

(+)

(-)

0

Beban Dinamik Ulang

Tarik atau TekanBeban tarik (+) dan tekan (-) scr berulang diberikan dalaminterval waktu tertentu

(a) Beban ulang tarik (b) Beban ulang tekan

t

(+)

(-)

0t

(+)

(-)

0

• Deformasi plastik terjadi akibat adanyaTEGANGAN yang terjadi pada setiap elemenmesin.

• Tegangan adalah sesuatu yang tidak bisadilihat dan terjadi didalam elemen.

• Beban Tegangan Deformasi

• Deformasi plastik terjadi akibat adanyaTEGANGAN yang terjadi pada setiap elemenmesin.

• Tegangan adalah sesuatu yang tidak bisadilihat dan terjadi didalam elemen.

• Beban Tegangan Deformasi

Tegangan pada Elemen Mesin

Tegangan NORMAL

Gaya Aksial (tarikatau tekan)

Momen LenturGaya Radial

Tegangan GESER

Momen LenturGaya Radial

Gaya Geser (gayalintang )

Momen Puntir(Torsi)

Stress (tegangan)

Ketika ada suatu sistem gaya luar atau bebanbekerja pada suatu benda, maka pada setiappotongan melintang benda tersebut akanmuncul gaya dalam (internal forces: besarnyasama tetapi arahnya berlawanan) menahanbeban tersebut.

Gaya dalam per satuan luas penampangmelintang benda tersebut : stress.

Ketika ada suatu sistem gaya luar atau bebanbekerja pada suatu benda, maka pada setiappotongan melintang benda tersebut akanmuncul gaya dalam (internal forces: besarnyasama tetapi arahnya berlawanan) menahanbeban tersebut.

Gaya dalam per satuan luas penampangmelintang benda tersebut : stress.

Tensile stress & strain

P P

x

x

P ftPft

P ftPft

lltarikregangan

APtariktegangan

t

t

:

:

Compressive stress & strain

P P

x

x

P ftPft

lltarikregangan

APtariktegangan

c

c

:

:

Teg. Tarik menyebabkan luas penampang mengecil (tegangan membesar)Teg. Tekan menyebabkan luas penampang membesar (tegangan mengecil)

Mathematically :

Tegangan Normal Akibat Gaya Aksial

bendaangmelpenampangluasA

NjabeyangbebanPmmNtegangan

AP

intker)/( 2

bendaangmelpenampangluasA

NjabeyangbebanPmmNtegangan

AP

intker)/( 2

Momen Lentur

• Penyebab momen lentur adalah Gaya Radial.

• Gaya radial bekerja tegak lurus sumbu poros

• Akibat momen lentur pada poros yaitu porosmengalami melendut.

• Penyebab momen lentur adalah Gaya Radial.

• Gaya radial bekerja tegak lurus sumbu poros

• Akibat momen lentur pada poros yaitu porosmengalami melendut.

L

Gaya Radial, FR

MLMmax = FR (L/2)

Tegangan Normal Akibat MomenLentur

IcxM L

IcxM L

c

d

Sebuah titik yang diamati

Penampang Poros

Shear stress & strain

PP P

P

:

:

geserregangan

APgesertegangan s

Strain (regangan)

Besarnya deformasi per satuan panjang : strain.

mmulamulapanjangl

mbendapanjangperubahanlregangan

ll

mmulamulapanjangl

mbendapanjangperubahanlregangan

ll

Modulus Young

bila suatu material dibebani dalam bataselastisnya, maka tegangan yang bekerja akanproporsional terhadap regangan.

lAlPfEatau

E

..

Shear Modulus atau modulus of rigidity

Experimentally: bila suatu material dibebani dalambatas elastisnya, maka tegangan geser yangbekerja akan proporsional terhadap regangangesernya.

s

s

Gatau

G

Tabel harga E dan G untuk beberapa materialyang sering dipakai sehari-hari

Material E (kg/cm2) G (kg/cm2)

Steel 2 to 2.2 x 106 0.8 to 1.0 x 106

Wrought iron 1.9 to 2.0 x 106 0.8 to 0.9 x 106

Cast iron 1.0 to 1.6 x 104 0.4 to 0.5 x 104

Copper 0.9 to 1.1 x 105 0.3 to 0.5 x 106Copper 0.9 to 1.1 x 105 0.3 to 0.5 x 106

Brass 0.8 to 0.9 x 104 0.3 to 0.5 x 106

Timber 0.1x 105 0.1x 106

Contoh

A rectangular base plate is fixed at each of its four corners bya 20 mm diameter bolt and nuts as shown in Fig. The platerests on washer of 22 mm internal diameter and 50 mmexternal diameter. Copper washer which are placedbetween the nut and the plate are 22 mm internaldiameter and 44 mm external diameter.

If the base plate carries a load of 12 tonnes (including selfweight, which is equally distributed on the four corners),calculate the stress on the lower washer before the nutsare tightened.

What could be the stress in the upper and lower washer,when the nuts are tightened so as to produce a tension of500 kg on each bolt ?

A rectangular base plate is fixed at each of its four corners bya 20 mm diameter bolt and nuts as shown in Fig. The platerests on washer of 22 mm internal diameter and 50 mmexternal diameter. Copper washer which are placedbetween the nut and the plate are 22 mm internaldiameter and 44 mm external diameter.

If the base plate carries a load of 12 tonnes (including selfweight, which is equally distributed on the four corners),calculate the stress on the lower washer before the nutsare tightened.

What could be the stress in the upper and lower washer,when the nuts are tightened so as to produce a tension of500 kg on each bolt ?

Another exercise

A pull of 80 kN is transmitted from a bar X to thebar Y through a pin as shown in fig. If themaximum permissible tensile stress in the baris 100 N/mm2 and the permissible shearstress in the pin is 80 N/mm2, find thediameter of bars and of the pin.

A pull of 80 kN is transmitted from a bar X to thebar Y through a pin as shown in fig. If themaximum permissible tensile stress in the baris 100 N/mm2 and the permissible shearstress in the pin is 80 N/mm2, find thediameter of bars and of the pin.

Terima Kasih

• Bersambung ke Kekuatan Material