Perancangan Elemen Mesin: latihan soal dan soal ujian

Merancang elemen mesin yang meneruskan daya dengan aman: rangkaian roda gigi, poros dalam torsi, tegangan gabungan dengan lingkaran Mohr, serta kekuatan dan stabilitas batang.

Latih mata kuliah ini secara gratisLatih mata kuliah iniIkuti ujian simulasi5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.

Paket kilat (PDF)Lembar rumus, langkah-langkah metode, dan soal latihan dengan pembahasan lengkap, siap dicetak.

Topik dalam mata kuliah ini

  1. Roda gigi & rangkaian roda gigirasio putaran · torsi dan daya · rangkaian roda gigi majemukhitungan
  2. Torsi porostegangan geser · sudut puntir · transmisi dayahitungan
  3. Lingkaran Mohr & transformasi tegangantegangan utama · geser maksimum dan arah utama · tegangan pada bidang miringhitungan
  4. Tegangan & regangan aksialtegangan normal · regangan dan pertambahan panjang · batang bertingkathitungan
  5. Tekuk kolomujung sendi · kondisi tumpuan lain · desain dan tegangan kritishitungan
  6. Getaran mekanisfrekuensi alami · rasio redaman · pegas seri dan paralelhitungan

Tips ujian untuk Perancangan Elemen Mesin

  • Daya = torsi × kecepatan sudut: menurunkan putaran dengan roda gigi menaikkan torsi dengan rasio yang sama.
  • Tentukan tegangan utama sebelum membandingkannya dengan kekuatan bahan.
  • Ubah rpm ke rad/s dengan ω = 2π·n/60.

Contoh dengan pembahasan

Roda gigi & rangkaian roda gigiMudah
d1​ = 160 mmd2​ = 400 mm1500 rpmn2​ = ?

Sebuah motor berputar pada 1500 rpm menggerakkan puli 160 mm. Sebuah sabuk menghubungkannya ke puli 400 mm. Dengan anggapan tidak ada slip, cari kecepatan n2 puli yang digerakkan.

n1 = 1500 rpmd1 = 160 mmd2 = 400 mm

Tentukan n2 (rpm)

Tampilkan petunjuk
  1. Sabuk bergerak dengan satu kecepatan, jadi kedua tepi puli memiliki kecepatan yang sama.
  2. π·d₁·n₁ = π·d₂·n₂.
  3. n₂ = 1500·160/400.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Penggerak sabuk: tanpa slip, kedua puli memiliki kecepatan tepi yang sama v = π·d·n/60, sehingga n₁·d₁ = n₂·d₂ dan rasio kecepatan adalah d₂/d₁. Slip s membuat puli yang digerakkan sedikit lebih lambat: n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s). Daya yang ditransmisikan adalah P = (T₁ − T₂)·v, dengan T₁ tegangan sisi tarik dan T₂ sisi kendor. Gesekan membatasi rasio tegangan: T₁/T₂ = eμθ, dengan θ sudut kontak dalam radian pada puli yang lebih kecil; untuk sabuk terbuka θ = π − 2·asin((d₂ − d₁)/(2C)) dengan jarak sumbu C.

Kecepatan tepi yang sama

n₁·d₁ = n₂·d₂

Kecepatan puli yang digerakkan

n2 = 1500·160/400 = 600 rpm

Jawaban

n2 = 600 rpm
Torsi porosSedang
T = 750 N·md = 40 mmL = 1,5 mφ = ?

Poros pejal kuningan dijepit di dinding dan dipuntir oleh torsi T di ujung bebasnya. Cari sudut puntir φ ujung bebas, dalam derajat.

T = 750 N·md = 40 mmL = 1,5 mG = 39 GPa

Tentukan φ (°)

Tampilkan petunjuk
  1. Gunakan φ = TL/(GJ), yang menghasilkan radian.
  2. Gunakan N dan mm di semua besaran: T dalam N·mm, L dalam mm, G dalam MPa (GPa × 1000), J dalam mm⁴.
  3. J = 251327 mm⁴.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Torsi poros bulat: tegangan geser naik linear dari nol di pusat hingga τmax = T·r/J di permukaan, dengan J = πd⁴/32 untuk poros pejal dan J = π(do⁴ − di⁴)/32 untuk poros berongga. Sudut puntir φ = TL/(GJ) dalam radian. Daya dan torsi berhubungan melalui P = T·ω.

Momen inersia polar

J = π·40⁴/32 = 251327 mm⁴

Sudut puntir

φ = TL/(GJ) = 750·1000·1500/(39000·251327) = 0,1148 rad
φ = 0,1148·180/π = 6,576°

Jawaban

φ = 6,576°

Cara kerja latihan

  • “Latih mata kuliah ini” mencampur soal dari semua topiknya, seperti ujian sungguhan.
  • Setiap soal memakai nilai baru, sehingga Anda mempelajari metodenya, bukan menghafal jawabannya.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil terlebih dahulu, dan penjelasan lengkap hanya jika Anda membutuhkannya.
  • Ujian simulasi memiliki batas waktu dan tanpa petunjuk, dan di akhir Anda mendapat skor serta tinjauan lengkap.

Kalkulator untuk mata kuliah ini

Kalkulator torsi porosKalkulator tegangan dan regangan aksialKalkulator tekuk EulerKalkulator lingkaran MohrKalkulator rasio roda gigiKalkulator frekuensi alami dan redamanKalkulator pemuaian termalKalkulator panjang sabuk (sabuk terbuka dan bersilang)

Mata kuliah terkait

Latihan ujian FE MechanicalMekanika BahanDinamikaAnalisis StrukturSistem MekatronikaLatihan ujian FE CivilStatikaTermodinamika 1
Latih mata kuliah ini secara gratisLatih mata kuliah iniIkuti ujian simulasi5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.