DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL PROGRAM EKSTENSI JURUSAN TEKNIK MESIN FTI‐ITS
JAWABAN UAS GASAL 2008/2009
Mata Kuliah
: Elemen Mesin II
D o s e n : Achmad Syaifudin, ST
Sebuah pegas heliks tekan akan digunakan untuk menahan beban yang bervariasi secara kontinyu dari 0 sampai 900 lb. Dengan menggunakan asumsi squared and ground ends, harga indeks pegas 5, clash allowance 25 %, faktor keamanan 1.4 dan laju pegas 480 lb/in, a. Desainlah pegas tersebut (meliputi jumlah total gulungan kawat, diameter kawat dan gulungan, tinggi solid dan bebas) bila dibuat dari baja dengan kekuatan geser luluh 70 ksi dan endurance limit 40 ksi pada one‐way shear. b. Bila kawat yang sama digunakan untuk menahan beban statis 600 lb, berapakah jumlah total gulungan kawat yang diperlukan?
2.
The band brake shown is activated by a compression‐air cylinder with diameter dc. The brake cylinder is driven by air pressure p = 0,7 MPa. Calculate the maximum possible brake moment if the coefficient of friction between the band and the drum is 0,25. The mass force on the brake arm is neglected, dc = 50 mm, r = 200 mm, l1 = 500 mm, l2 = 200 mm dan l3 = 500 mm.
60 %
1.
40 %
r dc l1
l2
Solusi
Diketahui: a. Beban dinamis (P) : 0 – 900 lb b. Clash allowance : 25 % = 0,25 c. Spring index (C) : 5 d. Faktor keamanan (N) : 1.5 e. Laju pegas (K) : 480 lb/in f. Kekuatan geser luluh : 70 ksi g. Endurance limit : 40 ksi (one way shear) h. Asumsi : squared and ground ends Ditanyakan: a. Desain pegas dinamis meliputi jumlah total gulungan kawat, diameter kawat, diameter gulungan, tinggi solid dan tinggi bebas. b. Jumlah total gulungan kawat bila kawat yang sama digunakan untuk menahan beban statis 600 lb. Jawaban: P +P 900 + 0 Pm = max min = = 450 lb 2 2 a. Pmax − Pmin 900 Pr = = = 450 lb 20 2 2 τr =1 τm Pr τr =1= Pm τm Sse Sse , 2N 2N 10 Safe stress line Syp N 0 τ r (ksi)
1.
l3
0
10
20
30
τ m (ksi)
40
50
60
Maka
S se 40 ksi = = 14285,7 psi 2N 2 × 1,4 atau dari rumus lain S syp N 70 1,4 τm = = (2 × 70 − 40) + 1 = 14285,7 psi (τ r τ m ) 2S syp − S se +1 40 S se τm =
(
D2 =
)
8PmC ⎛ 4C − 1 0,615 ⎞ 8 × 450 × 5 ⎛ 4 × 5 − 1 0,615 ⎞ + + ⎜ ⎟= ⎜ ⎟ πτm ⎝ 4C − 4 C ⎠ 3,14 × 14285,7 ⎝ 4 × 5 − 4 5 ⎠ = 0,525 in2
D = 0,725 in (wire diameter) 5 × 0,757 = 1,813 in (coil diameter) R = 12 CD = 2 11,5 × 10 6 (psi) × 22,94 4 in4 GD 4 Na = = = 17,35 ≅ 17 3 ⎛ lb ⎞ 64KR 3 3 64 × 480 ⎜ ⎟ × 57,34 in ⎝ in ⎠ (squared and ground ends ) Nt = Na + 2 = 17 + 2 = 19 P 1,25 × 900 δ s = 1,25 max = = 2,34 in 480 K hs = Nt D = 19 × 0,725 = 13,775 in 8 PCN ⎛ 4C − 1 0,615 ⎞ 8 × 450 × 5 × 1,4 ⎛ 4 × 5 − 1 0,615 ⎞ + + D2 = ⎜ ⎟= ⎜ ⎟ πS syp ⎝ 4C − 4 C ⎠ 3,14 × 70000 ⎝ 4 × 5 − 4 5 ⎠
( ) ( )
= 0,15 in2
b.
D = 0,387 in (wire diameter) 5 × 0,387 R = 12 CD = = 0,969 in (coil diameter) 2 11,5 × 10 6 (psi) × 12,254 in4 GD 4 Na = = = 9,23 ≅ 9 ⎛ lb ⎞ 64KR 3 64 × 480 ⎜ ⎟ × 30,64 3 in3 ⎝ in ⎠ (squared and ground ends ) Nt = Na + 2 = 9 + 2 = 11
( ) ( )
2.
Diketahui: a. Pressure of compression : 0,7 Mpa b. Coefficient of friction : 0,25 Ditanyakan: Maximum possible brake moment Jawaban:
(
)(
200 50 500
)
Fa = P × A = 0,7 N mm2 π × 252 mm2 = 1373,75 N 500 500 × 1373,75 F2 = Fa = N = 3434,375 N 200 200 F1 = F2 e fθ = (3434,375 N)× 2.718281828 0 ,25×210 = 8582 N Mmax = (F1 − F2 )R = (8582 − 3434,375)200 = 1029,53 Nm
200 500