Elemen elemen mesin dalam perancangan mekanis edisi PDF

Preview

Summary

STAKAAN I.SIPAN VA TIMUR 1 r ELEMEN.ELEMEN MESIN DALAM PERANCANGAN MEKANIS PERANCANGAN ELEMEN MESIN TERPADU Buku 2 Robert L. Mott, P.E. University of Dayton Penerbit AN Dl Yogyakarta M ILIK Badan Perpusta&*oo dan He,rrsipan Prepinsi Jaza Tins 3ue 4-/ Aev7f,/ zvto ELEMEN-ELEMEN MESIN DALAM PERANC...

Description

STAKAAN I.SIPAN VA

1

r

TIMUR

ELEMEN.ELEMEN MESIN

DALAM PERANCANGAN MEKANIS PERANCANGAN ELEMEN MESIN TERPADU

Buku 2

Robert L. Mott, P.E. University of Dayton

Penerbit AN Dl Yogyakarta

M

ILIK

Badan Perpusta&*oo dan He,rrsipan

Prepinsi Jaza

3ue

Tins

4-/ Aev7f,/ zvto

ELEMEN-ELEMEN MESIN DALAM PERANCANGAN MEKANIS - EDISI4 .ludul Asli: MACHINE ELEMENTS lN MECIIANICAL DESIGN By: Rolre rt L. Mott, P.E.

Original English editiorrCopyright(O2004byPearsonEduc.rtion, Inc.,Uppgl$lddlelliver;NewJersey07458.

Nlodifikasi Desain Sampul

Ir. Rines M.T; lL. F.X. Agus Unggul S.rntoso; Wibowo Kustt.rndorro S.T., M.T; Ir. F-A. Ruscli Samtr.rda M.T IGusti Ketut Puja S.T., M.T.; Drs. A Teguh Siswarrtoro I\1.S. Dwi Pralrantini Deddy Harmoko Deddy l{.rrnroko

Korektor

Suci Nurasih/Aktor Sadewa

Peneriernah Ed i tor Setting

AII Rights Reserved. No part of this book nr.ry lre reproduce(l or tmnsnritted in .rny form or lry any nreans, electrcnic or nrechanical, irrcluding plrotocopying, recorrling orby any information storage retrieval systenr, witlrout permission fronr Pulrlisher. Etlisi lrah.rsa Irrdonesia ditertritk.rn oleh Penertrit ANDI

('opyright ,

2009

Perpustakaan Nasional: Katalog dalam Terbitan

Robert L. Mott, P.E. Elemen-Eleman Mesin dalam Perancangan Mekanis/Robert L. Mott, P.E; Diterjemahkan oleh: Ir. Rines M.T; Ir. F.X. Agus Unggul Santoso; Wibowo Kusbandono S.T., M.T; Ir. F.A. Rusdi Sambada M.T; I Gusti Ketut Puja S.T., M.T.; Drs. A Teguh Siswantoro M.S.

-

Ed.

I. - Yogyakarta: ANDI

77-16-15-14-13

18

12-11_-10-09

xii + 250 hlm: 20 x 28 cm. 109 ISBN: 978.979.29.0683.7 (jilid lengkap)

lSaN: 978-979.29-0685-, (buku 2)

L. I. II.

Machine Design Mott, Robert L. Prabantini, Dwi

IIL Title DDC'27:621875

Tcga ngo

n

G e b tr

ttrlutt lct r t

L it

t':,.,:,'

ill

Kata Pengantar Tujuan buku ini adalah untuk mernberikan konsep, prosedur, data, dan teknik-teknik analisis yang diperlukan rrntuk ltlL'raltcaltg elenren-elenrert nresirr ),ang secara unrurl dijunrpai dalarl peralatan dan sistern nrekanis. Para nralrasislva yang akan nrenyelesaikan nrata kuliahnya dengan rnerlpela.iari buku ini dilrarapkan nlarnpLl rnelaksanakan perancanganperancangan arval untuk elenren-elernen mesin darr selarr-iutnya rnengintegrasikarr elernerr-elenren tersebut ke dalarn :ebuah sistenr yang tersusun dari beberapa elernen. Mengingat elemen-elerren tersebut bekerja santa dalarl rnerlbentuk sebualr sistern, nraka proses ini mentellukan sebuah peftimbangan terhadap syarat-syarat unjuk keria rnasing-rnasing elenrerr dan keterkaitan antarelenren. Sebagai ;ontoh, sebuah roda gigi harus dirancang untuk ntentrarrsrrisikan daya dengarr kecepatan teftentLl. Perancangan ini :neliputi penetapan jLrnrlalr gigi,.iarak baui, bentuk gigi, lebar rnuka. cliarueter jarak bagi, bahan, dan nretode perlakuan f,anasnya. Tetapi perancangan roda gigi juga meurengaruhi dan diperrgaruhi oleh roda gigi pasangannya, poros yang :nerttbawa roda gigi tersebut, dan lingkungan di sekitar tetnpat roda gigi tersebut akan dioperasikan. Terlebilr lagi, poros roda gigi harus ditumpu dengan bantalan-bantalan yang harus diletakkan di dalaur rurnah mesin. Dengan denrikian, rerallcang lrarus tetap menrikirkan sistenr ini secara ntenyelurulr ketika sedang nrelakr.rkan perancangan telhadap nrasing:nasing elenren penyusunnya. Dengan cara inilah, buku ini al2

().(x).1

5rv

(1.(x).'l

terlalu

urtakan

0.fi)2

I

0.tJ

().(x)

0.6 I

J0

8(|

60

0,,r

I (.)0

40 60 8t) l(o t:0 l{0 l6{) lr{o

Suhu.'C

Suhu, "F

(a) Satuan melris Sl

(b) Satuan yang lazim di AS

cangarl

rzinr di bortrue darnya sistenr

)ungan dalant

lalikan

OAtrlBAR 16.7

Hubungan variabel ketebalan lapisan, holC,, dan bilangan Sommerfeld, S (Disadur dari John Boyd dan Albert A. Raimondi, "A Solution for the Finite Journal Bearing and lts Application to Analysis and Design," Bagian I dan ll. Transactions of the Americans Society of Lu brication Engineers, Edisi I, No. '1, 1985).

1.0

0.9 I t')

o'

().7

.6

0.6

€o

)utnya

..,,,,,Y

I

(.,1

II

/

o.+

o.r

ti i

\:t

I

o 6 c,.^ ,

()

'1

/

Ii

.t

o

i

l, /

o 6 n< gc

.,*4 '*

z

0.i)l 0.0:

/ a. rl

0 (ld 0.00

0.10 0.24

Bilangan sommerfew

"t6-2)

4

,/-

.q

0,1

dapat

0li

0.8

0.'10

(l.fn)

s = Al:!!iQ) p

10

{.0 60

18

Elenen-Elenren Mesin dalam Perancangon Mekenis

Perhatikan bahwa S santa dengan parameter bantalan, pn/p. yarrg dibahas dalarn Subbab 16.3. rane rneliputi perrgaruh gabungan dari viskositas, kecepatan putar, dan tekanan pernrukaan. Agar S rnenjadi tak berdintensi. ntaka satuan-satualr berikut ini perlu digunakan untuk faktor-faktornya:

AS lb.detik/in'?(reyns) putaran/detik lb/in'?(psi) in.

Satuan yang lazim di

p tl, p R, C,.

Sutuan Sl Pa.detik (N.detik/m':)

putaran/detik Pa

(N/mr)

ur atau nru

Sebarang satuan konsisten dapat digunakan. Ganrbar 16.7, yang disadur dari Relerensi 3, menunjLrkkarr hubungan antara bilangan Somnrerfeld dan rasio ketebalan lapisan, h,fC,. Garnbar 16.8 nrenunjukkan hubr"rngan antara S dan koefisien

variabel gesekan, /(RIC,). Nilai-nilai tersebut digunakarr dalam prosedur perancangan selanjutnya. Karena banyak keputusan perancangan yang dibutuhkan, rnaka nrungkin ada beberapa solusi yang dapat diterirna.

Prosedur Perancangan Prosedur untuk Merancang Bantalan Berpelumas Hidrodinamis Lapisan Penuh Karena perancangan bantalan biasanya dilakukan setelah analisis tegangan poros selesai diker-iakan, nraka item-itenr berikut ini biasanya diketahui: Beban radial pada bantalan, F, biasanya dalam 1b atau N Kecepatan putaran,

r,

biasanya dalarn rpnr

Diameter poros nominal pada tap, kadang ditetapkan sebagai dialneter uriniurunr yang dapat diterirna berdasarkarr kekuatan dan kekakuan

Hasil dari prosedur perancangan menrberikan nilai-nilai untuk diarreter tap sesungguhnya, paniang bantalan. kelonggaran diametral, ketebalan lapisan nrininral dari pelumas selaura operasi, lapisan pennukaan untuk tap, pelumas dan suhu operasi maksimalnya, koefisien gesek, torsi gesekan, dan rugi-rugi daya karena gesekan.

l. 2,

Menentukan nilai diarneter coba-coba untuk tap, D, dan.iari-.lari, R: Dl2. Menentukan tekanan nominal permukaan operasi, biasarrya 200 hingga 500 psi (1.4-3,4 MPa). di rnanap -- FILD. Selesaikan untuk L:

L:

3. 4, 5.

F/PD

Kernudian hitunglah L/D. Mungkin lebih disukai untuk rnenetapkan kernbali L/D sebagai nilai yang tepat dari 0,25 hingga 1,5 untuk dapat rnenggunakan bagan yang ada. Aklrirnya, tentukan nilai rancangan sesunggultnyadari LlD dan L, dan hitunglah FILD yang sebenarnya. Lihat Gambar 16.3, tentukan kelonggaran dianretral, C,, berdasarkan nilai-nilai Lrntuk Ddan rz. Kernudian hitunglah

p:

C,:

C,l2 dan rasio R/C.. Tentukan kehalusan pernrukaan yang diin-qinkan untuk tap dan bantalan dan rrenurut aplikasi. Nilai urnurrnya adalah

l6-32 pin (0,40-0,80 pm). Hitunglah ketebalan lapisan nominal minirrurn dari Persarnaan (16-l), h,,:0,00025D

6. 1.

Hitunglah h,fC,,rasio ketebalan lapisan. Dari Gambar 16.7, tentukan nilai bilangan Somrrrerfeld untuk rasio ketebalan lapisan yang terpilih dan rasio L/D. Anda harus teliti ketika rnenyisipkan dalarr bagan inidikarenakan sutnbu logaritmik dan sebaran tak linierdi antara kurva-kurva. Untuk Ll D > I , hanya data perkiraan sa.ia yang dapat d ipero leh. Untuk L/ D 1,5, laku kan interpolas i kira-kira l/4 darijarak antara kurva untuk LID-- | dan LID: tak berhingga. Untuk LID:2lakukan hingga separulr jarak kedua kurva tersebut.

:

Bantolan Ltrnc'ttr

8.

Hitung kecepatan putam dalam putaran per detik:

n,: di rrana

9.

r

nl60

dalam rpnr.

Karena tnasing-trtasing faktor dari bilangan Somnrerfeld dikenal kecuali viskositas pelurnas, pr, carilalr jarvabarr urrtuk viskositas rninirrtal yang dibutuhkan yaug akan rnenghasilkan ketebalan lapisan minintal yarrg diinginkan: S,,

,,

'' -

Viskosiios Pelumos Minimol

yong Dibuluhkon

l0'

l9

(

,,,qR lC,.)2

r

6-3)

Tentukan suhu peluntas maksimal yang dapat diterin:a, biasanya l60oF atau 70"C. Pilihlah satu pelurrras dari Gambar 16.6 yang akan merniliki sekurangnya viskositas yang dibutuhkan pada suhu operasi. Jika pelumas yang terpilih

nremiliki viskositas yang lebih besar dari yang dihitung dalant Larrgkah 9, hitung kembali S untuk nilai viskositas yang baru. Nilai yang dihasilkan untuk ketebalan lapisan rnininral yang sekarang akan sedikit lebih besar dari nilai rancangan, hasil yang umumnya diinginkan. Jika perlu Anda dapat rrelihat kentbali Gambar 16.7 untuk rnenentukarr nilai baru dari ketebalan lapisan minirnunt. OAMBAR

n-

,/

l0o

*:

#80 P60 E40 o 920 o

I I

I I

c

L,

o

E i8

l:::;:,::

I

0)

to

g6 8a

I:" lor*U: ;ffi':.ii

I6.8

Hubungan koefisien variabel gesekan, f(RlC,), dan bilangan Sommerfeld, S

lD;c

-;'t'

1

1.0

7

0'{}

r 0.2 0.6 I 0 ${ 0 08 0.4 0.lt 0.c)6 0.

0.01 0,01

2

,1 6 8l

>'/ )' Fn,(ffiC, - * P!1r!' Bilangan Sommerfeld S p

il. l].

Dari Cambar 16.8, dapatkan koefisien variabel gesekan,./(R/C,). Hitunglah /': J(RlC,)l(RlC,) = koefisien gesekan. t3. Hitunglah torsi gesekan. Hasil kali dari koefisien gesek dan beban Frrenrberikan gaya gesek pada permukaan tap. Nilaiyang dikalikan dengan jari-jari ini memberikan torsi: Iorsi Gesekon

T,: F,R: lFR

(r

6J)

11. Hitunglah rugi-rugi daya dalarn bantalan dari hubungan antara daya, torsi, dan kecepatan yang telah serirrg kita gunakan:

-\ ?

Rugi-nugi Doyo koreno

Gesekon

P,= 77163 000 lrp

(r

Rugi-rugi daya karena gesekan ini rnewakili besarnya input energi ke pelurnas dalarl bantalan yang

6-s)

dapat

rrenyebabkan suhu naik. lni merupakan bagian dari energi yang harus dibLrang dari bantalan untuk rnenrpertalrankatr viskositas pelumas yang rnerruaskan. ,-ontoh Soal 16.3 dapat menjelaskan prosedur tersebut.

20

Elemen-Elemen Mesin dalam Perancqn{:an Mekonis

EdTtTh- $l[I|I

fEJ

EiVE:trf:BA0 69

Buatlah perancangan barrtalan tap luncur untuk rnembawa beban radialy'ang mantap sebesar 1500 lb dengan poros berputar pada kecepatan 850 rpnr. Analisis tegangan poros rnenetapkan bahwa dianreter rnininral yang cocok pada tap adalah 2. I 0 in. Poros nrerupakan bagian dari sebuah mesin yang r.nenuntut kepresisian yang baik.

Lungkuh /. Mari kita pilih D :2,50in. Kenrudian R= I.25 in. Langkah 2. Untuk p:200 psi, L harus:

L:

F/pD = ls00(200)(2,50)

:

3.00 in

Untuk nilai I tersebut, t'naka LID:3,0012,50: 1,20. Agar dapat menggunakart salah satu bagan perancangan standar, rnari kita ubah l. rnenjadi 2,50 in, sehingga L/D: 1,0. lni tidak penting, tetapi dapat rrenghilangkan interpolasi. Maka tekanan sesungguhnya adalah:

p: FiLD:

1500(2,50)(2,s0):240

psi

lni nrerupakan tekanan yang dapat diterima. Langkah 3. Dari Garnbar 16.3, C,t:0,003 in sesuai untuk kelonggaran diarnetral, : 2,50 in dan r = 850 rpm, dan C,. : C,l2 :0,0015 in. Demikian pula:

berdasarkan nilai D

Rlc,:

t,25t0,0015

:

833

Nilai ini digunakan dalanr penghitungan narrti. Luttgkolt 4. Untuk kepresisian yang diinginkan dalam rnesin ini, gunakan kehalusan perrrukaan l6-32 pin., yang nrernerlukan tap dasar. Lungkalt 5. Ketebalan lapisan nrininrunr (nilai rancangan):

h,,: 0,00025D:

0,00025 (2,50)

:

0,0006 in (kira-kira)

Langkah 6. Variabel ketebalan lapisan: It,,

lC,

:

0,0006/0,00 I 5

:

0,40

Luttgkult 7.Dari Garnbar 16.7, untuk h,,lC,.- 0,40 dan

LID: l, kita dapat rnenrbaca S

= 0,13.

Langkah 8. Kecepatan putar dalanr putaran per detik:

n,:

nl60 =

850i60:

14,2 putaran/detik

Lungkulr 9. Carilah jawaban urrtuk viskositas dari bilangan Somrnerf'eld,

S:

":#:#*#:3r7xro.rcYrr Lungkah 10. Dari bagan viskositas, Garnbar 16.6, SAE 30 minyak dibutuhkan untuk rnemastikan viskositas yang nretnadai pada sulru 160"F. Viskositas yang diharapkarr sebenarnyadari SAE 30 pada suhu l60oF kira-kira 3.3 X l0 6 reyn. Langkuh /1. Untuk viskositas sesungguhnya, bilangan Somrnerf'eld-nya akan men jadi:

a

J:-

ltn\(R

lC,

p

f

(3,3)(r0 6;1r+,2;1s::;2 (240)

:0,135

:

Langkah /2. Koefisien gesek (dari Garrrbar 16.8):/(R/C,): 3.,i

l. Sekarang, karena R/C-, :

urrtLrk .t =

r-r. ,

-:: :,,-

.

833, maka: .f = 3,s1833

:0,0042

Longkah 1J. Torsi gesekan:

Tt: /FR :

(0,0042X ls00x I ,25)

:

7,88 lb in

Langkah 14. Daya gesekan:

P,: Ulasan

T,nl63 000

:

(7,88X850)/63 000

Evaluasi kualitatif dari hasil

di

:

0, I 06 hp

atas rreuuntut kita Lrntuk lnetrperoleh

pengetahuan yang lebih banyak lagi tentang aplikasi. Tetapi sebagai catatan. bahwa koefisien gcsek sebesar 0,0042 adalah cukup rendah. Kernungkinan nresin yang nrenrerlukan poros sebesar itu dan dengan gaya-gaya bantalan setinggi itu juga akan uemerlukan daya yang besar unttrk ntenggerakkannya. Maka kemudian gaya gesekan 0, 106 hp akan nantpak kecil. Peftimbangan-pertiurbangan panas juga penting untuk trtenentukan seberapa besar rugi-rugi energi dari bantalan. Dengan mengubah rugi-rugi daya akibat gesekan rrenjadi daya panas, nrenrberikan:

Pr

:

o'106

nPJllZ

rL

-

7e'o

w

Dengan rnenyatakannya dalarn satuan yang lazirn di AS, mentberikan:

P, -i9.0 '

*

I Btu/lrr :270 Bturhr 0.291 w

16.8 PERTIMBANGAN.PERTIMBANGAN PRAKTIS UNTUK BANTALAN LUNCUR ?erancangan sistem bantalan harus rrrenrpertinrbangkan cala pengiriman pelurras ke bantalan, distritrusi peluntas dalant :antalan, banyaknya pelumas yang dibutuhkan, .junrlah panas yang terjadi dalarn bantalan dan pengaruhnya terhadap .ihu pelurnas, disipasi panas dari bantalan, perawatan pelunras dalam kondisi bersih, dan daya guna bantalan terhadap :trbagai kondisi pengoperasian yang mungkin dialarni bantalan tersebut. Banyak dari faktor tersebut rnerupalian detail perancangan yang harus diker.lakan bersanra dengan aspek-aspek lain :rri perancangan nresin. Tetapi beberapa pedoman dan saran-saralr uurum akan diberikan di sini. Pelurnas dapat dikirirrkan ke bantalan dengan pompa, rl ungkin didorong dari surnber yang sanra yang rnenggerakkan .r'luruh mesin. Dalarn beberapa transrnisi roda gigi, salah satu roda gigi dirancang untuk nrasuk ke dalam penampung riny'ak dan mengangkat minyak menuju ke roda gigi pasangannya dan ke bantalan-bantalan. Mangkuk minyak di luar .:epat digunakan untuk mengirirnkan minyak secara gravitasijika.iunrlah pelurnas yang diperlukan hanya sedikit. Cara-cara memperkirakan jurnlah urinyak yang dibLrtulrkan, dengan menrpertirrbangkan kebocoran rninyak dari ung-ujung bantalan, juga tersedia. (Lihat Referensi l, 3, 5, I 4-l 8.) -.' Pengiriman rrinyak ke bantalan harus selalu ada di daeralr yang berlawanan lokasinya dari tekanan hidrodinarnis . eng Inembawa beban. Jika tidak, lubang pengantaran nrinyak akan nrer.lrusnahkan tekanan udara dari lapisan.

22

Elemen-Elemen Mesin dalam Perancangqn Mekanis

Pembuatan alur sering digunakan untuk nrendistribusikan minyak sepanjang perpanjangan banralan. Minl,ak akan dikirirrkan melalui lubang radial dalarn bantalan pada titik perterrgahan panjangnya. Alur harus rrerrran.janr secara aksial dalam dua arah dari lubang, tetapi kemudian harus berakhir sebelunr ujung bantalan agar rrinyak tidak bocor ke sarnping. Putaran tap kentudian membawa minyak ke daerah terjadinya lapisan hidrodinarris. Garnbar 16.9 menunjukkan beberapa

rlodel pembuatan alur yang digunakan. Pendinginan bantalan itu sendiri, atau pendinginarr rr inyak dalanr rvadah pensuplai rl inyak, harus selalu dipertirnbangkan. Konveksi alami mungkin cukup rrenradai untuk ttrentransler parras dan rnernpertahankan suhu barrtalarr tidak, konveksi buatan dapat diusahakan. Dalanr kasus lain dari terjadirrya panas, khususnyajika sistenr bantalan bekerja di area yang panas seperti dalam tungku petnbakaran, cairan pendin gin (licluicl coolont) dapat dipompakan rrclalui sebuah selubung yang menutupi bantalan. Beberapa bantalan yang tersedia di pasaran rnerniliki ciri-ciri khas tersebut. Penenrpatan alat penukar panas (heat exchanger) juga dapat diusahakan. Carnbar 16.10 menuniukkan sebuah Irodel bantalan luncur yang tersedia di pasaran dengan ruang-ruang pendingin yang nengizinkan penggLrnaan air, udara, atau rninyak sebagai zat pendingin internal. r ang sesuai. Jika

& ",w g":w

t:w wee)

&

II II ti

OAMBAR

I6.IO

Blok bantalan Sleevoil RTL yang berpelumas hidrodinamis OAMBAR

I6.9

Contoh-contoh model pembuatan alur untuk bantalan datar (Bunting Bearings Corp., Holland, OH)

dengan ruang-ruang pendingin. (Hak cipta Rockwell Automation/ Dodge, Milwaukee, Wl. Digunakan dengan izin.)

Pelumas dapat dibersihkan dengan nrengalirkannya rnelalui filter-filter ketika pelurnas tersebut dipornpakan ke bantalan. Plug-plug magnetis di dalam wadah rninyak cukup baik untuk rnenarik dan menahan partikel-partikel loganr y'ang dapat menggores bantalan.iika mernungkinkan mernasuki celah antara tap dan bantalan. Tentu saja, penggantian minyak secara...