Tugas Besar Elemen Mesin 1

TUGAS BESAR
ELEMEN MESIN I

DISUSUN OLEH :

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

Kata Pengantar

Puji syukur saya panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas
berkat dan rahmat-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Besar Elemen
Mesin I.
Walaupun Tugas Besar Elemen Mesin I ini masih jauh dari kesempurnaan,
maka dari itu saya berharap kepada Bapak Dosen untuk memberikan kritik dan
saran untuk penyempurnaan Tugas Besar Elemen Mesin I ini.

Akhirnya penulis berharap mudah-mudahan Tugas Besar Elemen Mesin I
ini dapat berguna dan bermanfaat untuk kita semua.

Ternate, 27 November 2014

Penulis

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN

TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

Soal :
1. Rangcanglah bentuk poros dan hitung diameter minimum poros yang
diperlukan. Dengan diketahui:
 Daya motor 7 hp
 Putaran sprocket 700 rpm
 Dengan mengasumsikan poros dibuat dari baja st 37
 Kekuatan mulur 𝑆𝑦 = 340 𝑀𝑃𝑎
 Faktor keamanan dipilih 3
 Jarak antar bantalan ditentukan sebesar 100 mm
 Jarak antara bantalan A ke sprocket ditentukan sebesar 20 mm

20

20

100

Skematik Diagram Benda Bebas Poros

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

Tentukan :
1. Diameter poros
2. Gambarkan diagram momen lentur poros
3. Poros yang cocok digunakan

Jawab

1. Diameter poros :
Jarak antar bantalan ditentukan sebesar 100 mm
Jarak antara bantalan A ke sprocket ditentukan sebesar 20 mm
𝑇=
=
=

p
p
=
ω
2. π. n /40

40 x 7 x 746
2. π. 700

208880
4396

= 𝟒𝟕, 𝟓𝟏𝟔 𝐍𝐦
Kemudian gaya tangensial pada sproket adalah
𝐹𝑡 =

𝑇
47,516𝑁𝑚
=
= 𝟎, 𝟓𝟗 𝑵
160𝑚𝑚 /2
𝐷/2

Σ𝑀𝐵 = 0 ;

𝐹𝑡 (120) + 𝑅𝐴𝑦 (100) = 0;
𝑅𝐴𝑦 = −

0,59(120)
70,8
𝐹𝑡 (120)
= −

= −
100
100
100

𝑅𝐴𝑦 = −𝟎, 𝟕𝟎𝟖 𝑵

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

-

Dengan mengasumsikan poros dibuat dari baja st 37
Kekuatan mulur 𝑆𝑦 = 340 𝑀𝑃𝑎

Faktor keamanan dipilih 3
ΣF𝑦 = 0 ;

𝐹𝑡 + 𝑅𝐵𝑦 − 𝑅𝐴𝑦 = 0 ;

𝑅𝐵𝑦 = 𝑅𝐴𝑦 − 𝐹𝑡 = 0,708 𝑁 − 0,59 𝑁

𝑅𝐵𝑦 = 𝟎, 𝟏𝟏𝟖 𝑵

32 . 𝐹𝑆
𝑇 2
2
√
(𝑀𝐿 ) + ( )
𝑑 =
𝜋 . 𝑆𝑦
2
3

𝑑3 =

32 . (3)
𝟒𝟕, 𝟓𝟏𝟔 2
√(0,169)2 + (
)
𝜋 . (340)
2

𝑑3 = (0,090) (23,758)
𝑑3 = 2,138

2. Gambarkan diagram momen lentur poros
M=FxL
= 0,59 x 20
= 11,8 / 1000
= 0,011

A

T

20

20

B

47,516 N

0,118 N
100

RBy

M (Nm)

0,011
Diagram Momen Lentur Poros
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN

TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

2. Rangcanglah pasak yang dipakai dalam sistem. Dimana diketahui:
 Diameter terpasang sproket 18 mm
 Diameter sproket 160 mm
 Dengan mengasumsikan poros dibuat dari baja st 37
 Faktor keamanan dipilih 2
 Ukuran penampang untuk pasak berpenampang bujursangkar 3/16 inch
atau sekitar 4,8 mm
 Ukuran penampang untuk pasak berpenampang persegi panjang 1/8 inch
atau sekitar 3,2 mm
 Torsi 71,24 Nm
 Gaya tangensial 8.381,2 N
 Jari jari atau R 8,5 mm

Diameter Poros

Nominal

Lebar, W

5/16 - 7/16
7/16 – 9/16
9/16 – 7/8

3/32
1/8
3/16

Ukuran Nominal Pasak
Tinggi, H
Bujursangkar
Persegi-panjang
3/32
1/8
3/32
3/16
1/8

Tentukanlah Panjang pasak :
1.
2.
3.
4.

Untuk Pasak Bujursangkar
Untuk Pasak Persegi Panjang
Untuk Pasak Pin
Untuk Pasak Pin Ulir

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

Jawab

1. Pasak yang cocok digunakan yaitu pasak berpenampang bujur sangkar,
ukuran penampang itu adalah 3/16 inch (atau sekitar 4,8 mm)
Torsi yang diteruskan oleh rantai sebesar 71,24 Nm eqivalen dengan gaya
tangensial sebesar 8381,2 N yang bekerja pad poros berdiameter 18 mm
𝐹𝑡 =

𝑇 71,24 𝑁𝑚
=
𝑅
8,5 𝑚𝑚

𝐹𝑡 = 𝟖𝟑𝟖𝟏, 𝟐 𝑵

Untuk Pasak Bujursangkar
Jika diasumsikan pasak dibuat dari material yang sama dengan material
poros yaitu St 37 dan factor keamanan ditentukan sebesar 2 maka
panjang pasak menurut kegagalan akibat tegangan normal yaitu:
𝑙=

𝑙=

𝐹𝑡 × 𝐹𝑆
ℎ1 × 𝑆𝑦

16762,4
8381,2 𝑁 × 2
=
= 𝟐𝟎, 𝟓𝟒𝟐 𝑚𝑚
816
2,4 𝑚𝑚 × 340 𝑀𝑃𝑎

Sedangkan panjang pasak menurut kegagalan akibat tegangan geser
adalah:
𝑙=

𝐹 × 𝐹𝑆
8381,2𝑁 × 2 16762,4
=
=
= 𝟏𝟎, 𝟐𝟕𝟏 𝑚𝑚
𝑤 × 𝑆𝑦 4,8𝑚𝑚 × 340
1632

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

Menurut kedua hasil perhitungan diatas, panjang minimum atau panjang
aman untuk jenis pasak bujur sangkar adalah 20,542 mm.
2. Untuk Pasak Persegi Panjang

𝑙=

𝑙=

𝐹𝑡 × 𝐹𝑆
ℎ1 × 𝑆𝑦

8381,2 𝑁 × 2
16762,4
=
= 𝟑𝟎, 𝟖𝟏𝟑 𝑚𝑚
1,6 𝑚𝑚 × 340 𝑀𝑃𝑎
544

Sedangkan panjang pasak menurut kegagalan akibat tegangan geser
adalah:
𝑙=

𝐹 × 𝐹𝑆
8381,2𝑁 × 2 16762,4
=
=
𝑤 × 𝑆𝑦 4,8𝑚𝑚 × 340
1632

𝑙 = 𝟏𝟎, 𝟐𝟕𝟏 𝑚𝑚

3. Diameter Untuk Pasak Pin
d=

√8(71,24 Nm)x2
√8TxFS
=
D(π . Sy ) 18 mm (π . 340 MPa)

d = 7,7 mm

Selanjutnya berapa panjang pasak pin yang diperlukan ? apabila tebal dari
hub diasumsikan sebesar 5 mm maka panjang pasak pin minimum yang diperlukan
adalah :
Lminimum = D+2t = 18 mm + 2(5 mm) = 28 mm

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

4. Diameter Pasak Pin Ulir
Diameter pasak pin ulir yang menerima beban torsi sebesar 71,24 Nm

d=

√16TxFS √16(71,24 Nm)x2
=
D(π . Sy ) 18 mm (π . 340 MPa)

d =10,8 mm

3. Sebuah katalog memperlihatkan basic dynamic load rating sebuah ball
bearing sebesar 6 lb untuk umur sebesar 1.000.000 putaran. Berapakah umur
L10 yang diharapkan, jika bearing itu dikenai beban 3.500 lb.
Diketahui :


P1 = C = 6 lb (basic dynamic load rating)



P2 = Pd = 3.500 lb (beban desain)



L1 = 106 putaran (umur L10 pada beban C)



k = 3,00 (untuk ball bearing)

Ditanyakan Umur desain (L2 )=...?

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

Jawab :
𝐿2
𝑃1 𝐿
=( )
𝐿1
𝑃2

𝐹

𝑘

6

3

𝐿2 = 𝐿𝑑 = 𝐿1 × ( 1 ) = 106 × (
) = 5,037×106. putaran
𝑃
3.500
2

4. Sebuah pegas spiral tekan dengan gaya 6 lb dan menghasilkan panjang
pegas 1,75 in. Pada panjang 1,25 in gaya yang diperlukan untuk menekan
adalah 10 lb . pegas ini akan dipasang pada mesin yang siklusnya rendah
dan diharapkan mencapai total 200 000 siklus. Pegas yang diletakkan dalam
sebuah lubang berdiameter sekitar 0,75 in. Untuk keperluan itu, tentukan :

a. Material pegas yang sesuai
b. Diameter kawat
c. Diameter rata-rata
d. Diameter luar
e. Diameter dalam
f. Panjang bebas
g. Panjang penuh
h. Jumlah gulungan
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

Penyelesaian :
Diketahui :
Fi

= 6 lb = 26,7 N

Li

= 1,75 in = 44,45 mm

Lo

= 1,25 in = 31,75 mm

Fo

= 10 lb = 44,5 N

Dw

= 3 mm

Dm

= 0,6 in atau 15,24 mm

K

= 1,2

Diameter lubang = 0,75 in
Ditanya : ..?
a.

Material pegas yang sesuai

b.

Diameter kawat

c.

Diameter rata-rata

d.

Diameter luar

e.

Diameter dalam

f.

Panjang bebas

g.

Panjang penuh

h.

Jumlah gulungan

Jawab :
a. Untuk permasalahan diatas, berbagai jenis material pegas dapat digunakan.
Sebagai jawaban dipilih Baja Chromium-Vanadium A231 yang memiliki
modulus geser G = 77,2 Gpa. Angka sebesar itu setara dengan 11.200.000
psi.
b. Diameter kawat, Dw.
𝐷𝑤 =

3

√8. 𝐾. 𝐹0 . 𝐷𝑚
𝜋. 𝜏𝑑

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

𝜏𝑑 = −0,51. 𝐷𝑤3 + 14,038 . 𝐷2𝑤 − 133,44 . 𝐷𝑤 + 1193,7

𝜏𝑑 = −0,51. (3)3 + 14,038 . (3)2 − 133,44 . (3) + 1193,7

𝜏𝑑 = 𝟗𝟎𝟓, 𝟗 𝑴𝑷𝒂

Setelah ketiga variabel telah diketahui, selanjutnyabmemasukkan nilai ketiganya

𝐷𝑤 = 3√(

8 (1,2)(44,5 𝑁)(15,24 𝑚𝑚
)
𝜋 (978,9 𝑀𝑃𝑎)

𝐷𝑤 = 𝟏, 𝟑𝟏 𝑚𝑚

Dengan memasukkan kembali diameter kawat ini kedalam persamaan tegangan geser
yang diizinkan maka diperoleh :

𝜏𝑑 = −0,51. (1,31)3 + 14,038 . (1,31)2 − 133,44 . (1,31) + 1193,7

𝜏𝑑 = 𝟏𝟎𝟒𝟏, 𝟖 𝑴𝑷𝒂

Selanjutnya diameter kawat pegas dihitung kembali sebagai berikut :
𝐷𝑤 =

3

√8. 𝐾. 𝐹0 . 𝐷𝑚
𝜋. 𝜏𝑑

𝐷𝑤 = 3√(

8 (1,2)(44,5 𝑁)(15,24 𝑚𝑚
)
𝜋 (1041,8 𝑀𝑃𝑎)

𝐷𝑤 = 𝟏, 𝟐𝟓 𝑚𝑚

c. Diameter rata – rata, Dm
𝐶 =

𝐷𝑚 15,24 . 𝑚𝑚
=
= 𝟏𝟐, 𝟏𝟗
𝐷𝑤
1,25. 𝑚𝑚

Setelah mendapatkan indeks pegas, faktor Wahl harus dikoreksi kembali
dengan menggunakan persamaan
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

𝐾=
𝐾=

4𝐶 − 1
0,615
+
4𝐶 − 4
𝐶

4(12,19) − 1
0,615
+
= 𝟒𝟒, 𝟕𝟗𝟎
4(12,19) − 4
12,19

d. Diameter luar
Besarnya diameter luar adalah :
𝐷0 = 𝐷𝑚 + 𝐷𝑤 = 15,24 + 1,25 = 𝟏𝟔, 𝟒𝟗
e. Diameter dalam
Besar diameter dalam adalah :
𝐷𝑖 = 𝐷𝑚 − 𝐷𝑤 = 15,24 − 1,25 = 𝟏𝟑, 𝟗𝟗
f. Panjang bebas, Li
𝑘=

𝐹0
𝐿𝑓 − 𝐿0

Konstanta pegas itu sendiri dihitung dengan menggunakan persamaan berikut,

𝑘=

(44,5 − 26,7)𝑁
𝐹0 − 𝐹𝑖
=
= 𝟏, 𝟒𝟎𝟐 𝑁/𝑚𝑚
(44,45 − 31,75)𝑚𝑚
𝐿𝑖 − 𝐿𝑜

Selanjutnya panjang pegas adalah :

𝐹0
𝐿𝑓 − 𝐿0
𝐹0
𝐿𝑓 = 𝐿0 =
𝑘
𝑘=

𝐿𝑓 =

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014

𝐹0
44,5
+ 𝐿0 =
+ 31,75 = 𝟔𝟑, 𝟒𝟗𝟎 𝑚𝑚
𝑘
1,402

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036

g. Jumlah gulungan
𝑁𝑎 =

𝐺. 𝐷𝑤
77,2 . 𝐺𝑃𝑎 × 1,25 𝑚𝑚
=
8𝑘𝐶 3
8(1,402 𝑁⁄𝑚𝑚)(12,19)3

𝑁𝑎 = 𝟒, 𝟕𝟒 𝑙𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑛

h. Panjang penuh
Panjang penuh adalah dimana kondisi setiap lilitan kawat pegas saling
bersentuhan. Panjang penuh dihitung dengan menggunakan persamaan berikut
:
𝐿0 = 𝐷𝑤 (𝑁𝑎 + 2)

𝐿0 = 1,25 𝑚𝑚 (4,74 + 2) = 𝟖, 𝟒𝟐𝟓 𝑚𝑚

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS KHAIRUN
TERNATE
2014

ELIESER TAHALELE
0724 1311 036