Jawaban Soal UAS - Perancangan Elemen Mesin 1

No 1.
Diketahui konstruksi seperti terlihat dalam gambar di bawah ini. Konstruksi disambungkan dengan baut baja A307 M12 sebanyak 4 buah. Jarak antar pusat baut dalam arah horisontal 20 cm dan dalam arah vertikal 15 cm. Motor listrik seberat 15 kg diletakkan sekitar 40 cm dari posisi baut terdekat.
a. Hitung beban primer setiap baut
b. Hitung beban sekunder setiap baut
c. Hitung gaya resultan di setiap baut
d. Tentukan baut yang menerima beban terbesar

Jawab:
a. Beban luar, F = 15 kg x 10 m/s2 = 150 N.
beban primer setiap baut merupakan beban luar yang dibagi rata terhadap jumlah baut. Beban primer, Fp = 150 N / 4 = 37,5 N.
b. Beban sekunder merupakan beban yang diterima oleh setiap baut yang berasal dari momen akibat gaya luar.
Momen, M = F x L = 150 N x 50 cm = 7.500 N.cm.
Er^2 = r1^2 + r2^2 + r3^2 + r4^2
karena jarak r1=r2=r3=r4, maka: Er^2 = 4r1^2
dimana r1 = sqrt(10^2 + 7,5^2) = 12,5 cm
dan Er^2 = 4 x 12,5^2 = 625 cm^2

Beban sekunder setiap baut, Fs = M.r/Zr^2 = 7.500 x 12,5 / 625 = 150 N.

c. Resultan gaya di setiap baut:



















Gaya resultan di masing-masing baut adalah:









d. Baut yang menerima beban terbesar adalah baut 1 dan 2. Besarnya gaya resultan (FR) di baut 1 dan 2 lebih besar dari gaya resultan di baut 3 dan 4.

No 2.
Sebuah poros berdiameter 32 mm ditumpu oleh dua bantalan dengan beban di bantalan A sebesar 1.200 lb dan bantalan B sebesar 1.500 lb.
a. Pilihlah jenis bantalan seri 6200 yang memenuhi syarat.
b. Jika jenis bantalan A dan B sama, berapa basic static load rating bantalan
c. Jika jenis bantalan A dan B sama, berapa basic dynamic load rating bantalan
d. Hitunglah umur bantalan A dan bantalan

Jawab:
a. berdasarkan diameter poros, nomor bantalan terpilih adalah 6207 (dengan diameter dalam 35 mm).
b. Dari tabel (katalog), basic static load rating bantalan 6207 = 3.150 lb.
c. Dari tabel (katalog), basic dynamic load rating bantalan 6207 = 4.450 lb.
d. Umur bantalan A, LA = 1.000.000 (4.450/1.200)^3 = 50.996.000 putaran
Umur bantalan B, LB = 1.000.000 (4.450/1.500)^3 = 26.100.000 putaran

No 3.
Sebuah pegas spiral tekan ditekan dengan gaya 8 lb dan menghasilkan panjang pegas 1,75 in. Pada panjang 1,25 in gaya yang diperlukan untuk menekan adalah 12 lb. Pegas ini akan dipasang pada mesin yang siklusnya rendah dan diharapkan mencapai total 200.000 siklus. Pegas diletakkan dalam sebuah lubang berdiameter sekitar 0,6 in. Jika material pegas itu adalah ASTM A231 yang memiliki modulus geser G = 77,2 GPa, untuk keperluan itu tentukan:
a. Diameter kawat
b. Diameter rata-rata
c. Diameter luar
d. Diameter dalam
e. Panjang bebas
f. Panjang penuh
g. Jumlah gulungan

Jawab:
a. Diameter kawat
Diameter kawat dihitung dengan menggunakan rumus:





Ada 3 variabel yang harus diketahui terlebih dahulu sebelum menghitung diameter kawat. Ke-3 variabel itu sebaiknya ditebak dulu dengan angka-angka yang berbeda. Dalam kesempatan pertama, tebakan variabel K = 1,5 tebakan variabel Dm = 0,55 in tebakan Dw = 2 mm.




Selanjutnya dengan nilai Dw = 2 mm, tegangan geser yang diizinkan dihitung pada hitungan pertama sebesar 978,89 MPa. Angka ini dimasukkan ke rumus mencari Dw dan diperoleh Dw = 1,428 mm.
Angka Dw = 1,428 mm dimasukkan kembali ke rumus menghitung tegangan geser yang diizinkan sehingga diperoleh tegangan geser yang baru sebesar 1.030,29 MPa. Angka tegangan geser yang baru dimasukkan kembali ke rumus menghitung Dw dan diperoleh Dw = 1,404 mm.
Lakukan perhitungan ini secara berulang sehingga diperoleh nilai Dw yang tetap.
Setelah dilakukan proses perhitungan berulang (iterasi) maka diperoleh:
Dw = 1,272 mm
Faktor K = 1,13

b. Diameter rata-rata
Proses iterasi menghasilkan Dm = 0,55 in atau 13,97 mm

c. Diameter luar
Do = Dm + Dw = 13,97 + 1,272 = 15,24 mm

d. Diameter dalam
Di = Dm - Dw = 13,97 + 1,272 = 12,70 mm

e. Panjang bebas
Panjang bebas = 69,85 mm

f. Panjang penuh
Panjang penuh = 10,94 mm

g. Jumlah gulungan
Jumlah gulungan (lilitan) = 6,6 lilit