 Kontrak Studi  Konsep Desain  Teori Kegagalan Statis & Dinamis  Sistem Unit  Bantalan Luncur  Bantalan Ge

1.  Kontrak Studi  Konsep Desain TeoriKegagalan Statis & Dinamis  Sistem Unit Bantalan Luncur  Bantalan Gelinding  Pegas Kopling  Clutches Rem

2. Kontrak Studi: Tujuan • Memberikan dasar-dasar pengertian dan pemahaman kepada maha-siswa mengenai berbagai tipe elemen mesin. • Memberikan kemampuan dan ketrampilan kepada mahasiswa dalam melakukan analisa elemen-elemen mesin yang menyangkut machine element design ditinjau dari kekuatan dan karakteristiknya. • Memberikan pemahaman dan melatih kreatifitas dalam perancangan: • Bantalan Luncur dan pelumasannya • Bantalan Gelinding dan pelumasannya • Pegas • Coupling • Clutch • Rem

3. KOGNITIF PSIKOMOTORIK AFEKTIF Memahami Meniru Jujur Menganalisa Mengembangkan Rajin Mensintesa Menyampaikan pendapat Pantang menyerah Kontrak Studi: Kompetensi

4. Kontrak Studi: Transformasi

5. Kontrak Studi: Handbooks • Deutschman, Aaron D. , Machine Design, Theory and Practice, Collier Mac millan, International Edition, London 1975. • Shigley, Joseph E., Mechanical Engineering Design, 5th Edition, Mc Graw Hill 2001. • Spotts, M. F., Design of Machines Elements, Prentice Hall Inc. • Dobrovolsky, V., Machine Elements, Peace Publisher.

6. Kontrak Studi: Evaluasi • T u g a s : 20 – 30 % • Presentasi mini • Pretest & Postest • Homework • Ujian Tengah Semester (UTS) : 30 – 40 % • Ujian Akhir Semester (UAS) : 30 – 40 % • Kehadiran (Presensi) : 0 % • Maksimal ketidak hadiran dengan/tanpa alasan 3 kali • Note: • Prasyarat mata kuliah Statika Struktur, MKM I/II, Elemen Mesin I • Dasar untuk kuliah Elemen Mesin III (5) dan PPEM (6)

7. DESAIN ANALISA Konsep Desain: Filosofi Desain • Ada 3 keadaan dalam perancangan suatu mesin yaitu • Beban dan geometri telah diketahui kemudian menentukan faktor ke-amanan dan jenis material yang digunakan. • Beban dan material telah diketahui kemudian menentukan faktor kea-manan dan geometri komponen mesin yang sesuai. • Beban, material dan geometri telah diketahui kemudian tinggal me-nentukan apakah aman atau tidak. • Problem: • Bagian manakah yang termasuk DESAIN? • Bagian manakah yang termasuk ANALISA?

8. Konsep Desain: Safety Factor • Persamaan dasar dalam menentukan angka keamanan: • Untuk material ulet (ductile materials): • N= 1.25 – 2.0 Static loading, high level of confidence in all design data. • N= 2.0 – 2.5 Dynamic loading, average confidence in all design data. • N= 2.5 – 4.0 Static or dynamic loading with uncertainty about loads, material properties, complex stress state, ect… • N> 4.0 Static or dynamic loading with uncertainty about loads, material properties, complex stress state, and desire to provide extra safety. • Untuk material getas (brittle materials): • Untuk setiap tingkatan faktor keamanan diatas rata-rata menjadi dua kali lipatnya.

9. Konsep Desain: Sifat-Sifat Material • Problem: • Mengapa kita harus mengerti tentang sifat-sifat material sebelum melaku-kan perancangan suatu mesin? • Dalam desain dan analisa desain, sifat-sifat material sangat diperlukan: • Desain: • Maka harus dirancang geometri yang sesuai untuk memenuhi persamaan diatas • Analisa: • Analisa ulang struktur sehingga tegangan failure dibawah tegangan ijin material • Problem: • Apa itu calculated stress? Bagaimana cara mendapatkannya? • Apa itu allowable stress? Bagaimana cara mendapatkannya?

10. Konsep Desain: Sifat-Sifat Material • Allowable Stress diperoleh dari TENSION TEST.

11. Konsep Desain: Sifat-Sifat Material • Sehingga akan diperoleh kurva STRESS - STRAIN.

12. Konsep Desain: Sifat-Sifat Material • Sifat Metalurgi Material: • Brittle fracture (patah getas): • Tidak ada reduksi luas penampang patahan. • Patahan tampak lebih mengkilap dan bidang patahan relatif tegak lurus terhadap tegangan tarik. • Disebabkan oleh pembebanan dinamis dan temperatur kerja yang rendah (Kapal Titanic). • Ductile fracture (patah ulet): • Ada reduksi luas penampang patahan. • Tempo patah lebih lama. • Daerah patahan lebih halus dan berserabut. • Beberapa golongan besar material: • Cast Iron dan Malleable Iron • Steel alloys • Aluminium alloys dan Copper alloys • Magnesium alloys dan Nickel alloys

13. Konsep Desain: Sifat-Sifat Material • Sifat Mekanik Material: • Homogenitas • Elastisitas • Isotropik • Plastisitas • Tensile Strength/Ultimate Strength • Fracture Strength • Yield Strength/Yield Point • Modulus Elastisitas/Modulus Young • Hukum Hooke • Direct Shear Strength: • Wrought steel: Ssu = 0.82 Su • Malleable iron & cooper alloys: Ssu = 0.90 Su • Cast iron: Ssu = 1.30 Su • Aluminium alloys: Ssu = 0.90 Su

14. dari Uji Tarik Konsep Desain: Sifat-Sifat Material • Shear Yield Strength: • Aluminium alloys: Ssyp = 0.55 Syp • Wrought stell: Ssyp = 0.58 Syp • Ductility • Malleability • Modulus of Resilience • Modulus of Toughness • Hardness • Keterangan: • Su = Ultimate Strength/Tensile Strength • Syp = Yield Point Strength • Ssu = Shear Ultimate Strength • Ssyp = Shear Yield Point Strength

15. Konsep Desain: Beberapa Nilai Properties

16. Beban Sket Tegangan Aksial Geser Bending Torsi Beban – Tegangan: Klasifikasi

17. Pembebanan Aksial: External Loading – Normal Stress • External loading menimbulkan: • Dari Hukum Hooke’s didapatkan regangan: dimana regangan adalah deformasi dibagi dengan panjang semula, sehingga • Apabila beban dan material bervariasi, baik modulus elastisitas maupun luas penampang-nya maka deformasi total adalah

18. Pembebanan Aksial: Thermal Loading – Normal Stress • Perubahan suhu akan menyebabkan pemuai-an material sehingga terjadi perubahan pan-jang. Apabila ada bagian yang ditumpu maka akan terjadi tegangan. • Tegangan yang terjadi dapat didekati dengan 2 bentuk deformasi superposisi: deformasi ter-mal dan akibat beban luar. • Kedua deformasi tersebut haruslah sama besar sehingga:

19. Ini adalah momen inersia, I Momen Bending: Normal Stress • Momen bending dapat menyebabkan be-am terdeformasi. • Pada neutral surface (axis) tidak mengala-mi perubahan panjang (deformasi). • Semua penampang melintang akan te-tap datar dan tegak lurus terhadap longi-tudinal axis. • Jumlah momen pada penampang melin-tang adalah

20. Momen akibat gaya F yang bekerja pada luasan A adalah • sehingga • Besaran ini disebut momen inersia (momen kedua) dengan unit satuan panjang pangkat empat [L4]. Besaran ini digunakan untuk menghitung tegangan normal (tarik/tekan) akibat beban bending pada balok. Momen Inersia: Definisi • Gaya total F yang bekerja pada penampang balok A dapat diturunkan dari sehingga Besaran ini disebut gaya inersia (momen perta-ma) dengan unit satuan panjang pangkat tiga [L3]. Besaran ini digunakan untuk menghitung tegangan geser akibat bending pada balok.

21. Momen Inersia: Momen Inersia Polar • Momen inersia selalu berkaitan dengan sumbu x (Ix) atau sumbu y (Iy). Momen inersia yang berhubungan dengan sumbu putar dinamakan momen inersia polar (J), dinyatakan dengan Hubungan momen inersia polar dengan mo-men inersia Ix dan Iy adalah Jadi momen inersia polar adalah penjumlahan dari monen inersia terha-dap sumbu x dan y. Besaran ini digunakan untuk menghitung tegangan geser akibat torsi pada poros.

22. Momen Inersia: Formulasi

23. Momen Inersia: Formulasi

24. Momen Inersia: Formulasi

25. Momen Bending: Shear Stress • Gaya geser internal pada beam menyebab-kan deformasi geser, tegangan dan rega-ngan geser. • Gaya geser dalam beam harus mendapat perhatian lebih karena seringkali beam ga-gal karena tegangan geser yang timbul.

26. Torsi: Shear Stress • Torsi pada batang silinder sebanding menye-babkan tegangan geser internal yang besar-nya sama tapi berlawanan arah. • Jumlah momen dari tegangan geser internal sama dengan torsi yang diaplikasikan, yang dinyatakan dengan persamaan: Jadi tegangan geser akibat torsi adalah

27. Tegangan pada Elemen: • Problem: • Bagaimana caranya membandingkan antara: ? Transformasi Tegangan (Stress Transformation) vs

28. STATIC LOADING FATIGUE LOADING Teori Kegagalan (Failure Theories) • Failure Theories digunakan untuk menghitung tegangan yang timbul di-dalam material akibat beban luar,sehingga didapatkan calculated stress. • Kapan material mengalami failure? • Apakah hubungan failure theories dengan safety factors? • Beberapa jenis teori kegagalan: • Maximum Normal Stress • Maximum Shear Stress • Modified Mohr • Strain Energy • Distortion Energy • Goodman • Gerber • Soderberg • Penggunaan teori kegagalan tergantung pada tipe beban yang bekerja, tipe material yang digunakan dan tipe tegangan yang terjadi.

29. Brittle Materials Static Failure: Maximum Normal Stress Theory (MNSt) • Teori ini berdasarkan asumsi bahwa kegagalan material akibat tension atau compression. • Cocok digunakan pada material yang relatif tahan tegangan geser namun lemah terhadap tegangan tarik maupun tekan. • Persamaan Dasar: • Teori ini biasanya diaplikasikan untuk mendesain komponen mesin dari cast iron. Besi tuang bersifat getas sehingga tidak memiliki yield point dan ultimate compressive strength lebih besar daripada ultimate tensile strength.

30. Kasus kombinasi bending dengan torsi atau bending dengan geser tran- • versal, dimana maka Static Failure: Maximum Shear Stress Theory (MSSt) • Teori ini berdasarkan asumsi bahwa kegagalan material akibat tegangan geser maksimum. • Cocok digunakan untuk mendesain komponen mesin dari baja (steel) yang bersifat ulet. • Persamaan Dasar: dimana: Bila 1dan 2 sama tandanya (2D) Bila 1dan 2 berlawanan tanda (2D)

31. Static Failure: Distortion Energy Theory (DEt) • Energi distorsi: selisih antara energi regangan dengan energi ekivalen. • Teori ini berusaha membandingkan antara distorsi komponen mesin (ele-men yang diamati) dengan distorsi energi ketika terjadi kegagalan pada spesimen uji. • Persamaan Dasar: • Kasus 3D: • Kasus 2D: • Kasus kombinasi bending dengan torsi atau bending dengan geser tran-versal, dimana maka

32. Diagonal Shear Static Failure: Komparasi antara MNSt, MSSt dan DEt Maximum Normal Stress Maximum Shear Stress Distortion Energy

33. (–0.577, 0.577) (–0.50, 0.50) DEt MSSt MNSt Diagonal Shear Static Failure: Komparasi antara MNSt, MSSt dan DEt

34. Static Failure: Contoh Soal 1

35. Static Failure: Contoh Soal 1

36. Static Failure: Contoh Soal 2

37. Static Failure: Contoh Soal 2

38. Fatigue Failure: Hubungan Mode Pembebanan dan Perancangan • Ada 2 tipe pembebanan: • Monotonik, statik atau steady loading. • Dinamik, siklik atau unsteady loading. DESIGN FOR STRENGTH DESIGN FOR LIFE

39. Fatigue Failure: Asal properties Sutdan Se • Rotating Bending Test Equipment: • Fatigue Strength vs Cycles to failure

40. Fatigue Failure: Fatigue Strength, Endurance Limit • Fatigue failure perlu diperhatikan secara serius sebab terjadi tanpa adanya warning terlebih dahulu dan tegangan fatiguenya lebih rendah dibanding-kan dengan static failure. • Fatigue strength (Sf) adalah level tegangan dimana material tidak failure sampai N siklus. Kadang-kadang disebut juga endurance strength (Sn). • Endurance limit (S’n) adalah level tegangan dimana material tidak failure sampai N siklus yang tidak terbatas. • Material bukan besi (non-ferrous; paduan brass, copper, aluminium, mag-nesium) tidak memiliki endurance limit.

41. Endurance limitdiketahui dari garis harisontal pada kurva S-N Fatigue Failure: Kurva S-N

42. Fatigue Failure: Kurva S-N Beberapa Material Perhatikan bahwa non-ferrous material tidak memiliki endurance limit

43. Fatigue Failure: Teori-teori • Ada 3 macam beban fatigue: • Reversed Bending Loading • Reversed Axial Loading • Reversed Torsional Loading • Beban fatigue memiliki tujuh parameter utama yaitu: • max = tegangan maksimum • min = tegangan minimum • a = tegangan amplitudo • m = tegangan rata-rata • r = range tegangan • R = rasio tegangan • A = amplitudo rasio • Untuk tensile stress range dengan mean stress = 0 (R = -1), maka desain un-tuk umur tak terbatas dapat dirumuskan menjadi:

44. Fatigue Failure: Kriteria Soderberg • Cocok digunakan pada kondisi tegangan minimum kurang dari atau sama dengan nol. Namun tidak sesuai bila tegangan rata-rata negatif. • Kriteria Soderberg menyajikan bahwa kombinasi tegangan rata-rata dan tegangan amplitudo ([m,r], dengan konsentrasi tegangan [m,Kfr]) tidak akan menyebabkan kegagalan bila berada dibawah garis yang menghu-bungkan endurance limit (Se) dan yield stress (Syp) pada koordinat. Garis ini kemudian dinamakan Soderberg failure line. • Dengan memasukkan angka keamanan maka didapatkan garis Soderberg safe stress line.

45. Fatigue Failure: Kriteria Goodman • Cocok digunakan pada material yang memiliki Su dan Syp. • Kriteria Goodman merupakan modifikasi dari kriteria Soderberg, bedanya adalah adanya gabungan antara garis yang menghubungkan endurance limit (Se) dan ultimate stress (Syp) dengan garis yang dibentuk oleh yield stress pada koordinat. Garis ini kemudian dinamakan Goodman failure line. • Dengan memasukkan angka keamanan maka didapatkan garis Goodman safe stress line.