TUGASELEMEN MESIN 2

POROS

NAMA : FRANS SINARTANIM/TM : 66615/05 (D3 NR)

Tehnik OtomotifJurusan Tehnik Otomotif

FT – UNP2007

PENYELESAIAN SOAL-SOAL POROS

1. Diketahui

F = 100 kN = 100 x 103 N

Li = 2000 mm

L2 = 1500 mm

d = 120 mm

Gambar VII.02

Ditanya :

a) τb maks jika beban muatan terpusat diperhitungkan? (145

N/mm2)

b) Apakah tegangan ini diperbolehkan? (tidak)

c) Berapa garis tengah yang sedikitnya yang seharusnya

dimiliki oleh poros? (153 mm)

Jawab :

a) τb maks ?

Mb = F.k

=

= 100 x 103 N x

= 100.000 x 250

= 25 x 102 N/mm

Wb = 0,1 x (d)3

= 0,1 x (120)3

= 0,1 x 1.728.000 mm

= 1128 x 102 mm3

Jadi τb =

=

b) Tegangan ini tidak diperbolehkan karena τb pada Fe 590 = 50

– 20 N/mm2 (145 N/mm2 ≥ 50 – 70 N/mm2)

c) d =

Wb =

=

=

d =

d =

d = 152,85 mm ~ 153 mm

2. Diketahui :

d = 20 mm

L = 30 mm

t atau k1 = 3 mm

g = 10 m/dt2

τb maks = 120 N/mm2 (F4e 190 τb maks 80 – 120 N/mm2)

Ditanya :

a) F….? (1410 N)

b) τb …? (8,4 N/mm2)

c) T01….? (2,4 N/mm2)

d) T02….? (12 N/mm2)

e) τb pena…..? (6,4 N/mm2)

Jawab :

a) F ?

k2 =

=

Wb= 0,1 x d2

= 0,1 (20)3

= 0,1 x 8000 mm2

= 800 mm3

Mb maks = τbx Wb

= 120 N/mm2 x 800 mm2

= 96.000 N/mm

F =

=

= 1411,36 N = 1410 N

b) τb?

k0 =

=

=

= 25 mm

k = + 2

=

= 2,75 mm + 2 = 4,75 mm

τb =

=

= 8,319 N/mm2 8,4 N/mm2

c) T01 …?

T01 =

=

=

= 2.35 N/mm2 8.4 N/mm2

d) T02 = ….?

=

= 12 N/mm2

e) τb Pena = ….?

τb = τb - T01

= 8,4 N/mm2 – 2,4 N/mm2

= 6,0 N/mm2

3. Diketahui

Jarak Tap : 100 mm

Panjang naf tuas : 50 mm

Garis tengah dan poros tap : 25 mm

Garis tengah poros : 35 mm

Beban pada lengan pendek : 5 kN = 5000 N

Ditanya :

a) Buat bagan dan ukurannya

b) Tegangan lengkung maskimum dalam poros ?

Jawab :

a) Gambar

b) τb = =

Mb =

= = 37500 Nmm

Wb = 0,1 (d)3

= 0,1 (25 mm)3

= 0,1 x 15625 mm

= 1562,5 mm2

τ =

= = 24 N/mm2

4. Diketahui

P : 22,5 kW

ω : 300 rpm

r : 200 mm = 0,2 m

poros : 60 mm

Ditanya : Tegangan ideal maksimum dalam poros beban boleh

dianggap sebagai muatan terpusat dan pelemahan oleh alur

pasak boleh diabaikan. (35)

Jawab :

Mw = P = W

=

=

= 716 x 5 Nm

Q (gaya roda gigi)

Q =

=

= 3582,56 N

Besar gaya RA dan RB = ½ Q

RA = RB = ½ 3582,5 N

= 1791,2 N

Besar Momen Bengkok (Mb)

Mb-RA = 0

Mb = RA 0,8 m

= 1791,2 N x 0,8 m

= 1432,9 Nm

Besar Momen Ideal (Mi)

Mi =

=

=

= 151,4 Nm

Tegangan Ideal Maksimum (τi)

τi =

c =

=

=

=

= 66,3 N/mm2 66 N/mm2

τw=

=

=

= 16,5

τb=

=

=

=

= 71,9N/mm2

τi maks =

= 35,9N/mm2 35 N/mm2

5. Diketahui :

P : 160 mm → 80 mm = 0,08m

ω : 240 rpm

P : 20 kW

k1 : 300 mm = 0,3 m

k2 : 150 mm = 0,15 m

D : 70 mm

d : 60 mm

Ditanya :

a) Jalan Mw, Mb, dan Mi

b) Penampang berbahaya dalam poros (D dan L Tap = 60 mm

antara bantalan, garis tengah poros 70 mm dan di tempat

kopling garis tengah poros 55 mm (τ maks = 41 N/mm2)

Jawab :

a) Mw =

=

= 795,2 Nm

Q =

=

= = 9940 N

Besarnya Gaya RA dan RB

RA = RB = ½ Q

= ½ 9940 N

= 4970 N

Mb = RA x k2

= 4970 N x 0,15 mm = 745,5 Nm

Besarnya Momen Ideal

Mi =

=

=

= 5017,48 Nm

Mb = Mi x + d poros

= 5017,48 Nm + 0,055 m

= 5017,48 Nm x (0,28 m)

= 5017,48 x 0,28 m

= 1404,89 Nm

Wb = 0,1 (d)3

= 0,1 x (70 m)3

= 0,1 x (343.000 mm3)

= 34300 mm3

τr =

=

= 40,95 N/mm2 41 N/mm2

6. Diketahui :

D : 120 mm → r = 60 mm

d : 75 mm

D poros : 25 mm

d poros : 17 mm

Fk : 400 N

s : ½ x 75 mm = 0,0315 m

Ditanya :

a) Garis momen lengkung resultan

b) Garis momen ideal

c) Momen ideal dalam penampang C-C (15,8 Nm)

d) Tegangan ideal dalam penampang (32 n/mm2)

Jawab :

a) Mw = Fk x s

= 400 N x 0,0315 m

= 15 Nm

b) Momen lengkung resultan (Mb RA dan Mb RB)

F =

=

=

= 250 N

Perhitungan Partikel

F1 = 0,145 m = RAv x 0,1 m

RAv =

=

=

= 540 N

RAh = RBh – F2

= 540 – 400 N

= 140 N

Maka besar (RA dan RB) adalah :

RA =

=

=

=

= 388,5 N

RB =

=

=

=

= 551,5 N

Jadi momen lengkung/bengkok resultannya adalah ;

Mb x RA = - F1 x 0,035 m

= - 250 N x 0,035 m

= - 8,75 Nm 8,8 Nm

Mb x RB = - F2 x 0,045 m

= - 400 N x 0,045 m = - 18 Nm

c) Momen ideal (Mi)

Mi x RA =

=

=

=

= 15,69 Nm

Mi x RB =

=

=

=

= 22,1 Nm

d) Momen ideal pada penampang C-C (Mi C-C)

Mi C-C =

=

= 22 77,1685,77 NmNm

=

= 15,69 Nm 15,8 Nm

e) Tegangan ideal dalam penampang C-C (τi C-C)

τi C-C =

=

=

=

= 17,191 Nmm2

τw C-C =

=

= 15,6 N/mm

Jadi tegangan ideal (τ C-C)

τi C-C =

=

=

=

= 31,92 N/mm2 32 N/mm2

7. Diketahui

D gigi I : 200 mm, P : 17,5 kW = 17,5 x 103 watt

D gigi II : 400 mm, P : 8,75 kW = 8,75 x 103 watt

D gigi III : 300 mm

n : 150 put/menit

Ditanya :

a) Junjungan bawah gaya pada roda gigi III berlawanan

dengan roga gigi I dan roda gigi II.

b) Garis momen dan garis tengah kalau τb = 50 N/mm2 (75

mm)

Jawab :

Momen puntir (Mw) I =

=

=

= 114,65 Nm

Mw II =

=

=

= 557,33 Nm

Mw III =

=

= 557,33 Nm

Gaya yang bekerja (B)

Q1 = = = 11456,5 N

Q2 = = = 2786,65 N

Q2 = = 3715,53 N

RA dan RB

RA = 0

= - RB x 0,6 – Q1 x 0,15 m + Q2 x 0,3 – Q3 x 0,75 = 0

RB=

=

=

= - 0037,78 N (tanda (–) adalah arah RB berlawanan

arah dengan RA)

∑ RB = 0

RA x 0,6 – Q1 x 0,75 – Q2 x 0,3 – Q3 x 0,15 = 0

RA =

=

=

= - 16255,15 N

Momen bengkok (Mb)

Mb x Q = 0

Mb x RA = - Q1 x 0,15

= - 11146,5 N x 0,5

= - 1671,9 Nm

Mb x Q2 = - Q1 x 0,45 + RA x 0,3

= - 11146,5 N x 0,45 + 15255,11 N x 0,3

= - 5015,92 Nm + 4876,54

= - 139,38 Nm

Mb x RB = Q3 x 0,15

= 3715,53 x 0,15 m

= 557,32 Nm

Mb x Q3 = 0

Momen ideal titik RA (Mi RA)

Mi x RA =

=

=

=

=

= 1930,63 Nm

τb = dimana Wb = 0,143

Jika τb = 50 N/mm2

Wb =

0,1 (d)3 =

= 38614 mm

(d)3 =

=

= 72,82mm 73 mm

8. Diketahui :

Q1 : 200 N

Q2 : 150 N

r : 300 mm = 0,3 m

d bjk : 120 mm → r = 0,06 m

Ditanya :

a) Garis momen puntir AB

b) Tegangan poros di E (12,5 N/mm2)

Jawab :

a. Garis momen puntir poros AB

Momen puntir (Mw)

MwD = Q2 x r

= 200 N x 0,3 m = 60 Nm

MwE = Q2 x r

= 150 N x 0,3 m = 45 Nm

MwC = MwD + MwE

= 60 Nm + 45 Nm

= 105 Nm

Besar gaya di C (QC)

QC =

=

= 175 N

b. Tegangan poros di C (τb C)

Gaya vertikal : RAV =

=

= 1312,5 N

RBV = Q - RAV

= 1750 N – 1312,5 N

= 437,5 N

MbCV = RAV x 0,2 m

= 1312,5 N x 0,2 m

= 262,5 Nm

Gaya Horizontal

Mb RAB= - Q x 0,4 m

= - 200 N x 0,4 m

= - 80 Nm

Mb RBD= Q2 x 0,4

= 150 N x 0,4 m

= 60 Nm

∑RBh = 0

RAh x 0,8 – 200 x 12 + 150 N x 0,4 m = 0

RAh =

= 375 N

MbCA = - Q x 0,6 m + RAh x 0,2 m

= - 200 x 0,6 m + 375 N x 0,2 m

= - 120 Nm + 75 Nm

= - 45 Nm

MbC =

=

=

=

= 266,33 Nm

dan τb poros dc adalah

τb =

= 12,53 N/mm2 12,5 N/mm2

9. Diketahui :

Kekuatan tukar lengkung : 300 N/mm2

Titik searah untuk lengkung : 600 N/mm2

Faktor skala : 0,9

Faktor tarik : 1,9

Ditanya :

a) Gambar diagram smith dengan skala 10 N/mm = 20 mm

b) Hitunglah keamanan terhadap lelah kalau poros berputar

maksimum yang dihitung = 10 N/mm2 (1,35)

Jawab ;

a) Diagram Smith

b) Keamanan terhadap lelah

Diasumsikan bahan Fe 490 dengan tb = 120 -180 N/mm2

Kekuatan Tukar Lengkung

Tegangan Lengkung

Maka W=

=

τb maks = 120 N/mm2 + 100 N/mm2

= 220 N/mm2

=

= 1,16 1,35

10. Diketahui :

D : 50 mm, beban Fe 450

F : 0 – mak

Βbk : 1,47

g : 0,8

Go : 0,9

V : 1/14

Ditanya :

a) Beban kalkulasi untuk momen (18750 Nm)

b) Factor keamanan kalau kepada beban yang diohiotung

untuk momen ditampakan beban tarik konstan sebesar

100 kN (1,05)

c) Idem suatu beban tekanan sebesar (1,05)

d) Gambar diagram smith

Jawab :

a) Kalkulasi momen

Mb= F (0,015 + 0,059) m

= 250 x 103 N (0,016 + 0,059) m

= 18750 Nm

b) Penampang beban 10 kN → F : 10.000 N

Mb = 100.000 N x 0,015 m

= 1600 Nm

τb =

=

=

= 128 Nm2

τb maks = C0 x Cg x τb x

= 0,9 x 0,8 x (100) x

= 48,96 N/mm2

Maka keamanan penampang lelah

υ =

= -

= 1,41 – 0,38

= 1,03 1,05

c) Jadi idem suatu beban tekan sebesar kN keamanan

penampang ialah di atas 1,05

d) Diagram smith

11. Diketahui

D : 60 mm

P : 44 kW

n : 300 rpm

Alur pasak : 7 mm

Kekuatan tukar puntir : 0,95

Titik searah puntir : 260 N/mm2

Faktor skala : 0,85

Faktor tarik : 1,5

Ditanya :

a) Tegangan puntir maksimum (117,5 N/mm2)

b) Kekuatan lompat (200)

c) Keamanan terhadap patah kalau beban dikontrol adalah

beban lompat (1,12)

Jawab :

a) Momen puntir

Mw=

Mw=

= 1401,27 N/mm

m = Faktor tambahan x Mw

= 2,5 x 140,127 Nm

= 3503,17 Nm

Tegangan puntir τw =

=

= 117,6 N/mm2 17,5 N/mm2

b) Kekuatan lompat (τws)

Fe 490 = τws = 190 N/mm2

τw s = Co – Cg x Faktor tambahan x τws x

= 0,95 x 0,8 x 2,5 x 190 x

=

= 255,7 260

c) Keamanan terhadap patah

υ = = = 2,21

12. Diketahui :

Fe 590 jarak sumbu bantalan : 170 mm

Kekerasan permukaan poros : 4 mm

P : 3 kW

n : 240 rpm

D : 200 mm

Faktor tambahan : 2

Dalam pasak : 6 mm

Penampang III : 7,5 mm

d1 : 55 mm

d2 : 60 mm

d3 : 70 mm

Ditanya : Keamanan terhadap patah ialah penampang I, II, III

Jawab :

Mw = = = 1194,26 Nm

m = 2 x Mw

= 2 x 1194,26 Nm

= 2388,53Nm

τw 1=

=

=

= 101,5 N/mm

τw sm1 = C0 x Cg x τw s x

= 0,95 x 0,74 x 207 x

= 103,9 N/mm2 103 N/mm2

υ =

= = 1,014 1,01

τw 2=

=

=

= 75,85 N/mm2 75 N/mm2

τw sm2 = C0 x Cg x τw s x

= 0,95 x 0,85 x 207 x

= 119,3 N/mm2 119 N/mm2

υ2=

= = 1158

τw 3=

=

= 66,21 N/mm2

τw sm3 = C0 x Cg x τw s x

= 0,95 x 0,85 x 130 x

= 74,96 N/mm2 75 N/mm2

υ3=

=

= 1,175 1,18

Gambar.

13. Diketahui :

P : 12 kW = 12 x 103 W

n : 720 rpm

F1 : 4,7 kN = 4700 N

F2 : 15,2 kN = 5500 N

d : 5,5

τw : 320 N/mm2

τww : 190 N/mm2

a : 2,5

Co : 0,95

Cg : 0,95

Bpkr : 1,5

d1 : 40 mm, d2 : 50 mm

d sekrup : 68 mm

r : 34 mm

Ditanya : Keamanan terhadap pada dalam penampang 1 dan 2,

kalau untuk kedua penampang, boleh dianggap bahwa faktor-

faktor permukaan = 0,95, faktor skala 0,85 dan faktor teknik 1,5

(22 dan 2,2)

Jawab :

Mw =

=

= 159,24 N/mm

Q =

=

= 4683,5 N

Ww =

=

= 497,6 N

Mb = Q x r1

= 468,5 Nmm x 0,034 mm

= 159,24 Nmm

Mi =

=

=

=

=

= 946,78 Nmm

Wb1 = Mb1 =

=

= 12,14 mm3

τb1 =

=

= 77,98 N/mm2

υ =

= Co x Cg x τwb x

= 0,95 x 0,85 x 320 N/mm2 x

= 172,27 N/mm

υ1=

= 2,2

b = Mb2 = Q – r2

= 4683,15 N x 0,26 mm

= 1217,45 Nmm