perhitungan pembebanan pada poros

8/13/2019 Perhitungan Pembebanan Pada POROS

1/10

Perhitungan Pembebanan Pada Poro

A. Berdasarkan bentuknya

Poros lurus Poros engkol sebagai penggerak utama pada silinder mesin

Sifat-Sifat Poros Yang Harus Diperhatikan

Kekuatan poros

Poros transmisi akan menerima beban puntir (twisting moment), beban lentur (bending

moment) ataupun gabungan antara beban puntir dan lentur. Dalam perancangan poros perlumemperhatikan beberapa faktor, misalnya : kelelahan, tumbukan dan pengaruh konsentrasi

tegangan bila menggunakan poros bertangga ataupun penggunaan alur pasak pada poros tersebut.

Poros yang dirancang tersebut harus cukup aman untuk menahan beban-beban tersebut.

Kekakuan poros

Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup aman dalam menahan

pembebanan tetapi adanya lenturan atau defleksi yang terlalu besar akan mengakibatkan

ketidaktelitian (pada mesin perkakas), getaran mesin (vibration) dan suara (noise). Oleh karenaitu disamping memperhatikan kekuatan poros, kekakuan poros juga harus diperhatikan dan

disesuaikan dengan jenis mesin yang akan ditransmisikan dayanya dengan poros tersebut.

Putaran kritis

Bila putaran mesin dinaikan maka akan menimbulkan getaran (vibration) pada mesintersebut. Batas antara putaran mesin yang mempunyai jumlah putaran normal dengan putaran

mesin yang menimbulkan getaran yang tinggi disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada

turbin, motor bakar, motor listrik, dll. Selain itu, timbulnya getaran yang tinggi dapatmengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jadi dalam perancangan poros

perlu mempertimbangkan putaran kerja dari poros tersebut agar lebih rendah dari putaran

kritisnya.

Korosi

Apabila terjadi kontak langsung antara poros dengan fluida korosif maka dapatmengakibatkan korosi pada poros tersebut, misalnya propeller shaft pada pompa air. Oleh karena

itu pemilihan bahan-bahan poros (plastik) dari bahan yang tahan korosi perlu mendapat prioritasutama.

B. Materi al poros


2/10

Material yang biasa digunakan dalam membuat poros adalah carbon steel (baja karbon), yaitu

carbon steel 40 C 8, 45 C 8, 50 C 4, dan 50 C 12. Namun, untuk poros yang biasa digunakan

untuk putaran tinggi dan beban yang berat pada umumnya dibuat dari baja paduan (alloy steel)dengan proses pengerasan kulit (case hardening) sehingga tahan terhadap keausan. Beberapa

diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom nikel molebdenum, baja khrom, baja khrom

vanadium, dll. Sekalipun demikian, baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasannyahanya karena putaran tinggi dan pembebanan yang berat saja. Dengan demikian perludipertimbangkan dalam pemilihan jenis proses heat treatment yang tepat sehingga akan diperoleh

kekuatan yang sesuai.

C. Perh itungan Poros

1. Pembebanan tetap (constant loads)

.: Untuk Poros yang hanya terdapat momen puntir saja

Dimana :

T = Momen puntir pada poros, J = Momen Inersia Polar, r = jari-jari poros = d o/2, = torsional

shear stress

Untuk poros solid (solid shaft), dapat dirumuskan :

Sehingga momen puntir pada poros adalah:


3/10

Sedangkan momen inersia polar pada poros berongga (hollow shaft) digunakan :

Dimana dodan diadalah diameter luar dan dalam

Sehingga didapat :

Dengan mensubstitusikan, di/d

o= k

Maka didapat,

Daya yang ditransmisikan oleh poros dapat diperoleh dari :

Dimana : P = daya (W), T = moment puntir (N.m), N = kecepatan poros (rpm)

Untuk menghitung sabuk penggerak (belt drive), dapat digunakan :

Dimana :

T1dan T2: tarikan pada sisi kencang (tight) dan kendor (slack).

R = jari-jari pulley

.: Untuk Poros yang hanya terdapat bending momen saja


4/10

Dimana :

M = momen lentur pada poros, I = momen inersia, O = bending momen, y = jari-jari poros = d/2

Untuk poros solid (solid shaft), besarnya momen inersia dirumuskan :

Setelah disubtitusikan didapatkan persamaan :

Sedangkan untuk poros berongga (hollow shaft), besarnya momen inersia dirumuskan :

Sehingga :

.: Untuk Poros dengan kombinasi momen lentur dan momen puntir

Jika pada poros tersebut terdapat kombinasi antara momen bending dan momen puntir maka

perancangan poros harus didasarkan pada kedua momen tersebut. Banyak teori telah diterapkan

untuk menghitung elastic failure dari material ketika dikenai momen lentur dan momen puntir,misalnya :

Maximum shear stress theory atau Guests theory: Teori ini digunakan untuk materialyang dapat diregangkan (ductile), misalnya baja lunak (mild steel).

Maximum normal stress theory atau Rankines theory: Teori ini digunakan untuk

material yang keras dan getas (brittle), misalnya besi cor (cast iron).


5/10

Terkait dengan Maximum shear stress theory atau Guests theory bahwa besarnya maximum

shear stress pada poros dirumuskan :

Dengan mensubtitusikan nilai b dan , didapat:

Pernyataan dikenal sebagai equivalent twisting moment yang disimbolkan dengan .Sehingga dapat disimpulkan bahwa :

Selanjutnya, berdasarkan maximum normal stress theory, didapat :

Dengan cara dan proses yang sama seperti sebelumnya, maka akan didapatkan

2. Pembebanan berubah-ubah (fluctuating loads)

Pada pembahasan sebelumnya telah dijelaskan mengenai pembebanan tetap (constant loads)

yang terjadi pada poros. Dan pada kenyataannya bahwa poros justru akan mengalami

pembebanan puntir dan pembebanan lentur yang berubah-ubah. Dengan mempertimbangkanjenis beban, sifat beban, dll. yang terjadi pada poros maka ASME (American Society of


6/10

Mechanical Engineers) menganjurkan dalam perhitungan untuk menentukan diameter poros

yang dapat diterima (aman) perlu memperhitungkan pengaruh kelelahan karena beban berulang.

Dalam hal ini untuk momen puntir digunakan factor koreksi Kt dan untuk momen bending

digunakan factor koreksi Km. Sehingga persamaan untuk Te dan Me menjadi,

Tabel 1 :factor koreksi

3. Menentukan nilai safety factor

Untuk menentukan safety factor (ns) pada poros, kami menggunakan metode Pugsley.Penentuan safety factor (ns) dengan menggunakan metode Pugsley dapat ditentukan melalui

persamaan:

dimana :

nsx= safety factor untuk karakteristik A,B, dan C

A = kualitas material, pembuatan, perawatan, dan pemerikasaan

B = kontrol dari beban berlebih yang diberikan ke alat

C = ketelitian dari analisa beban, data percobaan atau mengalami kemiripan dengan alat yang

sejenis.


7/10

nsy= safety factor untuk karakteristik D dan E

D = Bahaya ke manusia

E = Dampak Ekonomi

Tabel 1.1 memberikan harga nsxuntuk berbagai kondisi A,B, dan C. Untuk menggunakan tabel

ini, digunakan beberapa karakterisrik untuk keterangan-keterangan seperti Very Good (vg),Good (g), Fair (f), atau Poor (p). Tabel 1.2 memberikan harga n syuntuk berbagai kondisi D dan

E. Untuk menggunakan tabel tersebut, digunakan salah satu karekteristik seperti Very serious

(vs), Serious (s), atau Not serious (ns). Menempatkan harga dari nsxdan nsy dalam persamaandiatas menghasilkan harga safety factor.

Penentuan harga A, B, C, D, dan E:

A = vg, karena poros merupakan salah satu komponen terpenting

B = g, karena poros hanya menerima beban yang konstan. C = g, perhitungan yang akurat dalam merancang poros. Akan tetapi banyak variable

yang tidak diketahui sehingga banyak menggunakan asumsi

D = vs, karena tidak ada factor yang membahayakan bagi pengguna.

E = ns, karena tidak ada perkara hukum.

Tabel 1.1

Karakteristik safety faktor A, B, dan C

vg = very good

g = goodf = fairp = poor


8/10

Tabel 1.2

Karakteristik safety faktor D dan E

ns = not serious

s = seriousvs = very serious


9/10

BantalanBantalanadalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban,sehjnga putaran atau gerakanbolak-baliknya dapat berlangsung secara halus,aman dan panjang umur.Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainya bekerja denganbaik.Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh system akan menurun atau takdapat bekerja secara semestinya.Jadi,bantalan dalam permesinan dapat disamakan perananyadengan pondasi pada gedung

Klasifikasi bantalanBantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1.Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros

a.Bantalan luncurPada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan porosditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas.

b.Bantalan gelindingPada bentalann ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melaluielemen gelinding seperti bola(peluncur),rol atau rol jarum dan rol bulat.

2.Atas dasar arah beban poros

a.Bantalan radialArah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros.

b.Bantalan aksialArah beban bantalan sejajar dengan sumbu poros.

c.Bantalan gelinding khususBantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.

Bantalan poros engkol


10/10

Crank pin & journal poros menerima beban yang berat saat mesin berputar, oleh karena itu diperlukan

bantalan (biasa disebut metal) yang dilumasi oli untuk mengurangi beban gesekan tersebut agar mesin

bisa berputar lembut dan mendapatkan performa yang bagus.

2. Macam Bantalan

Pada poros engkol dan bagian lain yang berputar dengan kecepatan tinggi dan berbeban berat biasanya

menggunakan bantalan tipe sisipan (insert type bearing). bantalan tipe ini mempunyai kemampuan

untuk mencegah gesekan yang baik.

Berikut beberapa tipe dari bantalan sisipan:a. Logam Putih

Logam putih adalah lapisan baja yang dilapisi timah putih, timah hitam, seng dan bahan lain, tipe ini

biasanya digunakan pada mesin dengan beba ringan.

b. Logam Kelmet

Logam kelmet adalah lapisan baja yang dilapisi timah hitam dan tembaga, logam kelmet lebih kuat

dan tahan lama dibandingkan dengan logam putih, oleh karena itu biasanya digunakan pada mesin yang

berbeban labih tinggi.

c. Alumunium

Pada tipe ini lapisan baja dilebur dengan alumunium, sehingga tipe ini memiliki efek pelepasan panas

yang bagus, tipe ini sekarang lebih populer dan banyak digunakan pada mesin bensin.

3. Celah Oli Bantalan

Pada bantalan tersebut selain harus memiliki bahan yang bagus juga memerlukan pelumasan untuk

meminimalisir keausan, nah agar oli bisa mengalir pada bantalan, diperlukan celah yang cukup. Pada

umumnya celah oli ini berkisar antara 0,02-0,06 mm dan bisa berbeda pada tiap tipe mesin.
http://i1198.photobucket.com/albums/aa453/teechno/OTOMOTIF%20Dasar/img071a.jpg

perhitungan pembebanan pada poros

Documents