shigley poros

8/10/2019 shigley poros

1/27

Sebuah poros adalah anggota yang berputar, biasanya dari penampang lingkaran, digunakan untuk

mengirimkan daya atau gerak. Menyediakan sumbu rotasi, atau osilasi, elemen seperti roda gigi,

katrol, roda gaya, engkol, sprocket, dan sejenisnya dan mengontrol geometri dari mereka

gerak. Sebuah poros adalah anggota non berputar yang tidak membawa torsi dan digunakan untuk

mendukung roda berputar, katrol, dan sejenisnya. Poros otomotif bukanlah poros benar; yang

Istilah adalah carry-over dari era kuda-dan-kereta, ketika roda diputar pada anggota non berputar.

Sebuah poros non-rotating mudah dapat dirancang dan dianalisis sebagai balok statis, dan tidak akan

menjamin perhatian khusus yang diberikan dalam bab ini untuk berputar yang

shaft yang mungkin dikenakan kelelahan beban.

Ada yang benar-benar unik tentang poros yang memerlukan perlakuan khusus

di luar metode dasar yang sudah dikembangkan dalam bab-bab sebelumnya. Namun, karena di mana-

mana poros dalam berbagai aplikasi desain mesin, ada beberapa keuntungan dalam memberi poros dan

desain pemeriksaan lebih dekat. Sebuah desain poros lengkap memiliki banyak ketergantungan pada

desain komponen. Desain mesin itu sendiri akan menentukan roda gigi yang tertentu, katrol, bantalan,

dan elemen lainnya akan memiliki setidaknya sebagian telah dianalisis dan ukuran dan jarak merekaragu-ragu ditentukan. Bab 18 memberikan sebuah studi kasus lengkap transmisi listrik, dengan fokus

pada proses desain keseluruhan. Dalam bab ini, detail dari poros itu sendiri akan diperiksa, termasuk

berikut:

Pemilihan bahan

tata letak geometris

Stres dan kekuatan

Kekuatanstatis

KekuatanKelelahan

defleksi dan kekakuandefleksi Bending

defleksi torsional

Slope pada bantalan dan elemen poros didukung

Geser defleksi akibat pembebanan melintang poros pendek

Getaran akibat frekuensi alami

Dalam menentukan pendekatan untuk poros ukuran, perlu untuk menyadari bahwa analisa tegangan

pada titik tertentu pada poros dapat dibuat hanya dengan menggunakan geometri poros di sekitar titik

itu. Dengan demikian geometri seluruh batang tidak diperlukan. Dalam desain biasanya mungkin untuk

menemukan daerah-daerah kritis, ukuran ini untuk memenuhi persyaratan kekuatan, kemudian ukuran

sisa poros untuk memenuhi persyaratan dari elemen poros yang didukung.

Defleksi dan slope analisis tidak dapat dilakukan sampai geometri seluruh yang

poros telah ditentukan. Jadi defleksi adalah fungsi dari geometri di mana-mana,

sedangkan tegangan pada bagian yang menarik adalah fungsi dari geometri lokal. Untuk alasan ini,

desain poros memungkinkan pertimbangan stres pertama. Nilai Kemudian, setelah sementara untuk


2/27

dimensi poros telah ditetapkan, menentukan besarnya defleksi dan

kemiringan dapat dibuat.

SHAFT MATERIAL

Defleksi tidak terpengaruh dengan kekuatan, melainkan dengan kekakuan yang diwakili oleh

modulus elastisitas, yang pada dasarnya adalah konstan untuk semua baja. Untuk itu alasan, kekakuan

tidak dapat dikontrol dengan keputusan materi, tetapi hanya dengan keputusan geometris.

Kekuatan yang diperlukan untuk melawan beban tekanan mempengaruhi pilihan bahan dan

perawatan mereka. Banyak shaft terbuat dari karbon rendah, ditarik dingin atau hot-rolled

baja, seperti ANSI 1020-1050 baja.

Penguatan signifikan dari perlakuan panas dan konten paduan tinggi sering tidak

dijamin. Kegagalan kelelahan berkurang cukup dengan peningkatan kekuatan, dan kemudian hanya

ke tingkat tertentu sebelum efek samping pada batas ketahanan dan sensitifitas takikan dimulai

untuk menangkal manfaat dari kekuatan yang lebih tinggi. Praktek yang baik adalah untuk memulai

dengan baja karbon yang murah, rendah atau menengah untuk pertama kalinya melalui perhitungan

desain. Jika pertimbangan kekuatan ternyata mendominasi defleksi, maka bahan kekuatan yang lebih

tinggi harus dicoba, memungkinkan ukuran poros harus dikurangi sampai kelebihan defleksi menjadi

sebuah masalah. Biaya bahan dan pengolahannya harus dipertimbangkan terhadap kebutuhan untuk

diameter poros yang lebih kecil. Ketika diperlukan, baja paduan khas untuk perlakuan panas termasuk

ANSI 1340-1350, 3140-50, 4140, 4340, 5140, dan 8650.

Poros biasanya tidak membutuhkan permukaan yang mengeras kecuali mereka melayani

sebagai aktual jurnal permukaan bantalan. Pilihan material umum untuk pengerasan

permukaan meliputi nilai karburasi ANSI 1020, 4320, 4820, dan 8620.

Baja ditarik dingin biasanya digunakan untuk diameter dibawah sekitar 3 inci. The nominal

diameter bar dapat dibiarkan unmachined di daerah yang tidak memerlukan pas

komponen. Hot baja gulungan harus di seluruh mesin. Untuk poros besar membutuhkan

banyak pemindahan material, tegangan sisa mungkin cenderung menyebabkan warping. Jika

konsentrisitet penting, mungkin perlu untuk mesin yang kasar, kemudian panas

memperlakukan untuk menghilangkan tegangan sisa dan meningkatkan kekuatan, kemudian

menyelesaikan mesin ke dimensi akhir.

Dalam pendekatan pemilihan material, jumlah yang akan diproduksi adalah faktor penting.Untuk produksi yang rendah, balik adalah proses pembentukan primer biasa. Sudut pandang ekonomi

mungkin mengharuskan menghilangkan material sedikit. Produksi yang tinggi dapat mengizinkan

metode pembentukan konservatif volume (forming (pembentukan) panas atau dingin , pengecoran),

dan materi minimum diporos dapat menjadi tujuan desain. Besi cor dapat ditentukan jika jumlah

produksi yang tinggi, dan roda gigi harus secara integral cor dengan poros.


3/27

Sifat poros lokal tergantung pada pekerjaan sejarah-yang dingin, dingin membentuk,

bergulir fitur fillet, perlakuan panas, termasuk media pendingin, pengocokan, dan

tempering rejimen.

Stainless steel mungkin cocok untuk beberapa lingkungan

SHAFT LAYOUT

Tata letak umum poros untuk mengakomodasi elemen poros, misalnya roda gigi, bantalan, dan

katrol, harus ditentukan di awal proses desain untuk melakukan gaya benda bebas analisis dan untuk

mendapatkan diagram geser-moment. Geometri dari poros umumnya dari silinder tahapan. Penggunaan

bahu poros adalah cara yang sangat baik aksial menemukan elemen poros dan untuk membawa setiap

beban dorong. Gambar 7-1 menunjukkan contoh poros melangkah yang mendukung gigi dari kecepatan

worm-gear reducer. Setiap bahu di poros melayani tujuan tertentu, yang Anda harus berusaha untuk

menentukan melalui pengamatan.

(a) Pilih poroskonfigurasi untuk mendukung dan

menemukan dua roda gigi dan dua

bantalan. (b) Solusi menggunakan

pinion terpisahkan, tiga poros

bahu, kunci dan alur pasak,

dan lengan. perumahan

menempatkan bantalan pada mereka

cincin luar dan menerima

beban dorong. (c) Pilih poros fan

konfigurasi. (d) Solusimenggunakan bantalan lengan, a

lurus-melalui poros, menemukan

kerah, dan sekrup ditetapkan untuk

kerah, kipas katrol, dan kipas

itu sendiri. Dukungan fan perumahan

bantalan lengan.

Konfigurasi geometris dari poros harus dirancang seringkali sederhana revisi

dari model yang ada di mana sejumlah perubahan harus dilakukan. Jika

tidak ada desain yang sudah ada untuk digunakan sebagai starter, maka penentuan tata letak porosdapat memiliki banyak solusi. Masalah ini diilustrasikan oleh dua contoh Gambar. 7-2. dalam

Gambar. 7-2a sebuah poros diarahkan harus didukung oleh dua bantalan. Dalam Gambar. 7-2c a

fan poros yang akan dikonfigurasi. Solusi ditunjukkan pada Gambar. 7-2b dan 7-2d belum tentu yang

terbaik, tetapi menggambarkan bagaimana perangkat poros-mount adalah tetap

dan terletak di arah aksial, dan bagaimana ketentuan dibuat untuk mentransfer torsi dari


4/27

satu elemen yang lain. Tidak ada aturan mutlak untuk menentukan tata letak umum,

tapi panduan berikut mungkin bisa membantu.

Axial Layout of Components

Posisi aksial komponen sering didikte dengan tata letak perumahan dan komponen meshing lainnya.Secara umum, yang terbaik adalah untuk mendukung komponen pembawa beban antara bantalan,

seperti pada Gambar. 7-2a, bukan tempel kantilever bantalan, seperti pada Gambar. 7-2c. Katrol dan

sprocket sering perlu untuk dipasang tempel untuk kemudahan pemasangan sabuk atau rantai. Panjang

kantilever (penopang atau peyangga) harus tetap pendek untuk meminimalkan deflection.

Hanya dua bantalan yang harus digunakan dalam banyak kasus. Untuk poros yang sangat panjang yang

membawa beberapa komponen beban-bantalan, mungkin saja perlu untuk memberikan lebih dari dua

bantalan pendukung. Dalam hal ini, perhatian khusus harus diberikan untuk mensejajarkan bantalan.

Poros harus tetap pendek untuk meminimalkan momen lentur dan lendutan. beberapa

ruang aksial antara komponen yang diinginkan untuk memungkinkan aliran pelumas dan untuk

menyediakan ruang akses untuk pembongkaran komponen dengan sebuah penarik. Komponen beban

bantalan harus ditempatkan dekat bantalan, sekali lagi untuk meminimalkan momen lentur

di lokasi yang kemungkinan akan memiliki konsentrasi tegangan, dan untuk meminimalkan defleksi

pada komponen pembawa beban.

Komponen harus secara akurat terletak pada baris poros dengan pasangan komponen lainnya, dan

ketentuan harus dibuat untuk memegang aman posisi dalam komponen. Cara utama penempatan

komponen adalah terhadapa posisi bahu poros. Bahu juga memberikan dukungan yang kuat untuk

meminimalkan defleksi dan getaran dari komponen. Kadang-kadang ketika besaran pasukan

yang cukup rendah, bahu dapat dibangun dengan mempertahankan cincin di alur,

lengan antar komponen, atau kerah penjepit-on. Dalam kasus di mana beban aksial sangat

kecil, mungkin layak untuk dilakukan tanpa bahu sepenuhnya, dan mengandalkan pada tekan cocok,

pin, atau kerah dengan setscrews untuk menjaga lokasi aksial. Lihat Gambar. 7-2b dan 7-2d

untuk contoh dari beberapa cara ini lokasi aksial.

Supporting axial loads

Dalam kasus di mana beban aksial tidak sepele, perlu untuk menyediakan sarana untuk mentransfer

beban aksial kedalam poros, kemudian melalui dasar bearing . Hal ini akan menjadi

khususnya diperlukan dengan heliks atau bevel roda gigi, atau bantalan rol meruncing, karena masing-masing ini menghasilkan komponen gaya aksial. Seringkali, cara yang sama memberikan aksial

lokasi, misalnya, bahu, penahan cincin, dan pin, akan digunakan untuk juga mengirimkan

beban aksial ke poros.

Hal ini umumnya paling baik hanya memiliki satu bantalan pembawa beban aksial, untuk mengizinkan

toleransi yang lebih besar pada dimensi panjang poros, dan untuk mencegah pengikatan jika poros

mengembang karena perubahan suhu. Hal ini sangat penting untuk poros panjang.


5/27

Gambar 7-3 dan 7-4 menunjukkan contoh shaft dengan hanya satu bantalan pembawa

beban aksial terhadap bahu, sementara bantalan lainnya cukup tekan-fit ke

poros tanpa bahu.

PROVIDING FOR TORQUE TRANSMISSION

Menyediakan untuk Torque Transmisi

Kebanyakan shaft berfungsi untuk mengirimkan torsi dari gigi input atau katrol, melalui poros, untuk

gear produksi atau katrol. Tentu saja, poros itu sendiri harus memiliki ukuran untuk mendukung torsi

stres dan defleksi torsional. Hal ini juga diperlukan untuk memberikan sarana transmisi torsi antara

poros dan roda gigi. Elemen umum torsi transfer adalah:

Tombol

Splines

Set sekrup

Pins

Tekan atau mengecilkan pas

pas tapered

Selain transmisi torsi, banyak perangkat ini yang dirancang untuk gagal jika

torsi melebihi batas operasi yang dapat diterima, untuk melindungi komponen yang lebih mahal.

Detail mengenai komponen perangkat keras seperti kunci, pin, dan sekrup set yang

dibahas secara rinci dalam Sec. 7-7. Salah satu cara yang paling efektif dan ekonomis

transmisi sedang sampai tingkat tinggi torsi adalah melalui kunci yang cocok dalam

alur poros dan roda gigi. komponen yang berkunci umumnya memiliki slip cocok di

poros, sehingga perakitan dan pembongkaran mudah. Kuncinya memberikan sudut orientasi positif

pada komponen, yang berguna dalam kasus-kasus di mana waktu sudut faseadalah penting.

Splines dasarnya gigi gigi gemuk terbentuk pada bagian luar poros dan bagian dalam hub komponen

beban-transmisi. Splines umumnya jauh lebih mahal untuk memproduksi dari kunci, dan biasanya tidak

diperlukan untuk transmisi torsi sederhana. biasanya digunakan untuk mentransfer torsi tinggi. Salah

satu fitur dari spline adalah bahwa hal itu dapat dibuat dengan slip cocok cukup longgar untuk

memungkinkan gerak aksial yg besar antara poros dan komponen sementara masih transmisi torsi. Hal

ini berguna untuk menghubungkan dua poros di mana gerakan relatif antara mereka adalah umum,

seperti dalam menghubungkan kekuatan lepas landas (PTO) batang traktor ke menerapkan. SAE dan

ANSI menerbitkan standar untuk splines. Faktor konsentrasi tegangan yang terbesar di mana splineberakhir dan menyatu ke dalam poros, tetapi umumnya cukup moderat.

Untuk kasus dari transmisi torsi rendah, berbagai sarana transmisi torsi yang

tersedia. Ini termasuk pin, set sekrup di hub, cocok meruncing, dan tekan cocok.

Tekan dan menyusut pas untuk mengamankan hub ke poros yang digunakan baik untuk transfer torsi

dan demi melindungi lokasi aksial. Sehingga faktor stres konsentrasi biasanya


6/27

cukup kecil. Lihat Sec. 7-8 untuk pedoman mengenai ukuran dan toleransi yang sesuai

untuk mengirimkan torsi dengan pers dan menyusut cocok. Sebuah metode yang sama adalah dengan

menggunakan split hub dengan screws untuk menjepit hub pada poros. Metode ini memungkinkan

untuk pembongkaran dan penyesuaian lateral. Metode lain yang serupa menggunakan dua bagian hub

yang terdiri dari membagi anggota bagian dalam yang cocok dengan lubang yang runcing. Assembly ini

kemudian diperketat dengan poros dengan screws, yang memaksa bagian dalam ke roda dan klem

keseluruhan perakitan terhadap poros.

Fits runcing antara poros dan perangkat poros-mount, seperti roda, yang

sering digunakan di ujung menjorok dari poros. Ulir sekrup di ujung poros kemudian mengizinkan

penggunaan mur untuk mengunci roda erat pada poros. Pendekatan ini berguna karena

bisa dibongkar, tetapi tidak menyediakan lokasi aksial baik dari roda pada poros.

Pada tahap awal tata letak poros, yang penting adalah untuk memilih yang sesuai

berarti transmisi torsi, dan untuk menentukan bagaimana hal itu mempengaruhi poros keseluruhan

tata letak. Hal ini diperlukan untuk mengetahui di mana diskontinuitas poros, seperti keyways, lubang,dan splines, untuk menentukan lokasi penting untuk dianalisis.

Assembly and Disassembly

Pertimbangan harus diberikan dengan metode perakitan komponen ke poros, dan perakitan poros ke

dalam bingkai. Hal ini biasanya memerlukan diameter besar di tengah poros, dengan diameter yang

semakin kecil terhadap ujungnya memungkinkan komponen untuk meluncur dari ujungnya. Jika bahu

diperlukan di kedua sisi komponen, salah satunya harus dibuat dengan cara seperti ring penahan atau

oleh lengan antara dua komponen. Gearbox sendiri akan perlu berarti secara fisik posisi poros menjadi

bantalan, serta bantalan ke dalam bingkai. Ini biasanya dicapai dengan menyediakan akses melalui

wadah untuk bantalan pada satu ujung poros. Lihat Gambar. 7-5 melalui 7-8 untuk contoh.

Ketika komponen menjadi press-fit pada poros, poros harus dirancang sehingga tidak perlu

menekan komponen panjang panjang poros. Ini mungkin memerlukan perubahan tambahan

diameter, tetapi akan mengurangi manufaktur dan biaya Assembly dengan hanya

membutuhkan toleransi dekat untuk jangka pendek.

Pertimbangan juga harus diberikan terhadap perlunya pembongkaran komponen dari poros.

Hal ini memerlukan pertimbangan isu-isu seperti aksesibilitas mempertahankan ring, ruang bagi

penarik untuk bantalan akses, bukaan pada wadah memungkinkan menekan poros atau

bantalan keluar, dll

Lokasi kritis

Hal ini tidak perlu untuk mengevaluasi tekanan pada poros di setiap titik; beberapa yg berpotensi

lokasi kritis saja sudah cukup. Lokasi Kritis biasanya berada di permukaan luar, di lokasi aksial di mana

momen lentur cukup besar, di mana adanya torsi, dan di mana konsentrasi tegangan ada. Dengan


7/27

perbandingan langsung dari berbagai titik di sepanjang poros, beberapa lokasi kritis dapat diidentifikasi

yang mendasari desain. Suatu penilaian situasi stres khas akan membantu.

Kebanyakan shaft akan mentransmisikan torsi melalui bagian poros. Biasanya torsi datang ke poros di

salah satu gigi dan meninggalkan poros di gigi lain. Sebuah diagram benda bebas poros akan

memungkinkan torsi pada bagian apapun yang akan ditentukan. torsi sering relatif konstan pada operasi

steady state. Tegangan geser karena torsi akan besar terhadap permukaan luarnya.

Momen lentur pada poros dapat ditentukan dengan geser (shear) dan diagram momen lentur. Karena

sebagian besar masalah poros gabungan gigi atau puli yang dikenalkan gaya dalam dua bidang, geser

dan lentur diagram momen umumnya akan diperlukan dalam dua bidang. Saat resultant yang diperoleh

dengan menjumlahkan momen sebagai vektor pada titik-titik yang menarik di sepanjang poros. Sudut

fase momen tidak penting karena poros berputar. Sebuah momen lentur stabil akan menghasilkan suatu

sepenuhnya terbalik saat poros berputar, sebagai elemen stres tertentu akan bergantian dari kompresi

tegangan dalam setiap revolusi poros. Tegangan normal karena momen lentur akan mencapaipuncaknya pada permukaan luar. Dalam situasi di mana bantalan terletak di ujung poros, menekankan

di dekat bantalan yang sering tidak penting karena momen lentur kecil.

Tekanan aksial pada poros karena komponen aksial ditransmisikan melalui heliks gigi atau bantalan rol

tirus akan hampir selalu diabaikan kecil dibandingkan stres momen lentur. seringkali juga konstan,

sehingga kontribusinya agak kelelahan. Karena itu, biasanya dapat diterima untuk mengabaikan tekanan

aksial yang disebabkan oleh gigi dan bantalan saat terjadi bending dalam poros. Jika suatu aksial

beban diterapkan pada poros dalam beberapa cara lain, tidak aman untuk menganggap itu bisa

diabaikan tanpa memeriksa besarannya.

Tegangan pada ShaftBending, torsi, dan tekanan aksial mungkin ada dalam kedua midrange dan bolak

komponen. Untuk keperluan analisis, itu cukup sederhana mengkombinasikan berbagai jenis

tegangan ke alternating dan midrange von Mises stress, seperti yang ditunjukkan pada Sec. 6-

14, p. 309. Terkadang mudah untuk menyesuaikan persamaan khusus untuk poros

aplikasi. Beban aksial biasanya relatif sangat kecil di lokasi yang kritis

di mana lentur dan torsi mendominasi, sehingga mereka akan dibiarkan keluar dari persamaan

berikut. Tegangan berfluktuasi karena lentur dan torsi yang diberikan oleh

dimana Mm dan Ma adalah midrange dan bolak momen lentur, Tm dan Ta adalah

midrange dan bolak torsi, dan Kf dan Kf s adalah faktor konsentrasi tegangan kelelahan untuk lentur dan


8/27

torsi, masing-masingnya.

Dengan asumsi poros solid dengan penampang bulat, istilah geometri yang tepat dapat

diperkenalkan untuk c, I, dan J menghasilkan

Menggabungkan stress ini sesuai dengan teori kegagalan energi distorsi,

von Mises stress untuk memutar putaran, poros padat, mengabaikan beban aksial, yang diberikan

oleh

Perhatikan bahwa faktor konsentrasi tegangan kadang-kadang dianggap opsional untuk

komponen midrange dengan bahan ulet, karena kapasitas ulet bahan akan menghasilkan lokasi pada

diskontinuitas.

Bandara setara bolak dan midrange stress dapat dievaluasi menggunakan

kurva kegagalan sesuai pada diagram Goodman yang dimodifikasi (Lihat Sec. 6-12, hal. 295,

dan Gambar. 6-27). Misalnya, kriteria kegagalan kelelahan untuk Goodman diubah

garis seperti yang diungkapkan sebelumnya dalam Pers. (6-46) adalah


9/27

Ekspresi yang sama dapat diperoleh untuk salah satu kriteria kegagalan umum dengan menggantikan

von Mises stress dari Pers. (7-5) dan (7-6) ke salah satu kegagalan

kriteria yang diungkapkan oleh pers. (6-45) sampai (6-48), hlm. 298. Persamaan yang dihasilkan

untuk beberapa kurva kegagalan yang umum digunakan adalah sebagai berikut. nama-nama

diberikan kepada setiap set persamaan mengidentifikasi teori kegagalan yang signifikan, diikuti oleh

nama lokus kegagalan kelelahan. Sebagai contoh, DE-Gerber menunjukkan tekanan yang

digabungkan dengan menggunakan energi distorsi (DE) teori, dan kriteria Gerber digunakan

atas kegagalan kelelahan.


10/27

Untuk poros berputar dengan konstan lentur dan torsi, tegangan lentur yang sepenuhnya

dibalik dan torsi yang stabil. Persamaan (7-7) melalui (7-14) dapat disederhanakan

dengan menetapkan Mm dan Ta sama dengan 0, yang secara sederhana turun beberapa istilah.

Perhatikan bahwa dalam situasi analisis di mana diameter diketahui dan faktor

keselamatan yang diinginkan, sebagai alternatif untuk menggunakan persamaan khusus di atas,

selalu tetap berlaku untuk menghitung bolak dan mid-range stress menggunakan Pers. (7-5)

dan (7-6), dan menggantikan mereka ke salah satu persamaan untuk kriteria kegagalan, Pers.

(6-45) sampai (6-48), dan menyelesaikannya secara langsung untuk n. Dalam situasi desain,

bagaimanapun, memiliki

persamaan pra-diselesaikan untuk diameter cukup membantu.

Itu selalu perlu diperhatikan kemungkinan kegagalan statis dalam siklus beban pertama.

Kriteria Soderberg pada dasarnya penjaga terhadap yang menghasilkan, seperti dapat dilihat dengan

memperhatikan bahwa

kurva kegagalan adalah konservatif dalam hasil (Langer) garis pada Gambar. 6-27, hal. 297.

ASME Elliptic juga mengambil yang menghasilkan memperhitungkan, tetapi tidak sepenuhnya


11/27

konservatif sepanjang seluruh rentang. Hal ini terbukti dengan catatan bahwa persilangan garis hasil di

Gambar. 6-27. Kriteria Gerber dan dimodifikasi secara Goodman tidak menjaga terhadap yang

menghasilkan, membutuhkan pemeriksaan terpisah untuk menghasilkan. Sebuah tegangan maksimum

von Mises dihitung untuk

tujuan ini.

Untuk memeriksa yang menghasilkan, tegangan maksimum von Mises ini dibandingkan dengan yield

kekuatan, seperti biasanya.

Untuk cepat, cek konservatif, perkiraan untuk 'max dapat diperoleh hanya dengan

menambahkan 'adan 'm. ('a + 'm) akan selalu lebih besar dari atau sama dengan 'max, dan akan

Oleh karena itu konservatif.

Example 7-1

Pada bahu poros mesin kecil diameter d adalah 1.100 di, besar diameter D 1.65 di, dan jari-jari fillet

adalah 0,11 di. momen lentur adalah 1260 lbf dan saat torsi stabil adalah 1100 lbf di. Poros bajadipanaskan memiliki ultimate kekuatan Sut = 105 KPSI dan kekuatan yield Sy = 82 KPSI. Tujuan

keandalan adalah 0.99.

(a) Tentukan faktor kelelahan keselamatan desain menggunakan masing-masing dari kegagalan fatigue

kriteria yang diuraikan dalam bagian ini.

(b) Tentukan faktor yang menghasilkan keselamatan.

Memperkirakan Konsentrasi Tegangan

Proses analisis tegangan untuk kelelahan sangat tergantung pada konsentrasi tegangan.

Konsentrasi tegangan untuk bahu dan keyways tergantung pada spesifikasi ukuran

yang tidak diketahui pertama kali melalui proses. Untungnya, sejak elemen ini

biasanya proporsi standar, adalah mungkin untuk memperkirakan konsentrasi tegangan

faktor desain awal dari poros. Konsentrasi tegangan ini akan fine-tuned di

iterasi berturut-turut, setelah rincian diketahui.

Bahu untuk bantalan dan dukungan peralatan harus sesuai dengan rekomendasi katalog

untuk bantalan atau gigi tertentu. melihat melalui bantalan katalog menunjukkan bahwa

panggilan bantalan khas untuk rasio D / d menjadi antara 1,2 dan 1,5. Untuk pendekatan pertama, kasus


12/27

terburuk dari 1,5 dapat diasumsikan. illet komponen berhubungan. Ada variasi yang signifikan dalam

bantalan khas dalam rasio fillet radius

dibandingkan diameter lubang, dengan r / d biasanya mulai dari sekitar 0,02-0,06. Cepat melihat grafik

konsentrasi tegangan (Angka A-15-8 dDemikian pula, jari-jari fillet di bahu perlu menjadi ukuran untuk

menghindari gangguan dengan radius fan 15-9 A-) menunjukkan bahwa konsentrasi tegangan lentur dan

meningkatkan torsi secara signifikan dalam rentang ini. Untuk Misalnya, dengan D / d = 1,5 untuk

membungkuk, Kt = 2,7 pada r / d = 0,02, dan mengurangi ke Kt = 2,1 pada r / d = 0,05, dan lebih lanjut ke

Kt = 1,7 pada r / d = 0,1. Hal ini menunjukkan bahwa ini adalah area di mana beberapa perhatian

terhadap detail bisa membuat perbedaan yang signifikan.

Untungnya, dalam kebanyakan kasus diagram momen geser dan lentur menunjukkan bahwa

membungkuk saat cukup rendah dekat bantalan, karena momen lentur dari gaya reaksi dasar yang kecil.

Dalam kasus di mana bahu di bantalan ditemukan menjadi kritis, perancang harus

merencanakan untuk memilih bantalan dengan radius fillet murah hati, atau

mempertimbangkan untuk memberikan radius fillet yang lebih besar pada poros dengan

membebaskannya ke dasar bahu seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7-9a. Ini secara efektifmenciptakan zona mati di daerah bahu yang tidak membawa tekanan lentur, seperti yang

ditunjukkan oleh garis aliran stres. Sebuah alur bantuan bahu seperti ditunjukkan pada Gambar.

7-9b dapat mencapai tujuan yang sama. Pilihan lain adalah untuk memotong besar radius

bantuan alur ke dalam diameter kecil poros, seperti ditunjukkan pada Gambar. 7-9c.

Ini memiliki kelemahan mengurangi luas penampang, namun sering digunakan

dalam kasus di mana hal ini berguna untuk memberikan alur bantuan sebelum bahu untuk

mencegah operasi grinding atau berbalik dari harus pergi semua jalan ke

bahu.

Untuk standar fillet bahu, untuk memperkirakan nilai Kt untuk iterasi pertama,

r / d rasio harus dipilih sehingga nilai Kt dapat diperoleh. Untuk akhir terburuk

spektrum, dengan r / d = 0,02 dan D / d = 1,5, nilai Kt dari konsentrasi tegangan

grafik untuk bahu menunjukkan 2,7 untuk bending 2,2 untuk torsi, dan 3.0 untuk

aksial.

Sebuah alur pasak akan menghasilkan konsentrasi tegangan di dekat titik kritis dimana komponen beban

transmisi berada. Konsentrasi tegangan di keyseat akhir giling adalah fungsi dari rasio jari-jari r di bagian

bawah alur dan poros diameter d. Untuk tahap awal proses desain, adalah mungkin untuk

memperkirakan stres konsentrasi untuk keyways tanpa memperhatikan dimensi poros yang sebenarnya

dengan mengasumsikan Rasio khas r / d = 0,02. Hal ini memberikan Kt = 2,2 untuk lentur dan KTS = 3.0

untuk torsi, dengan asumsi kuncinya adalah di tempat.

gambar A-15-16 dan A-15-17 memberikan nilai untuk konsentrasi tegangan untuk flatbottomed

alur seperti yang digunakan untuk mempertahankan ring. Dengan memeriksa penahan khas

Spesifikasi cincin di penjual katalog, dapat dilihat bahwa lebar alur biasanya sedikit lebih besar dari

kedalaman alur, dan jari-jari di bagian bawah alur adalah

sekitar 1/10 dari lebar alur. Dari Gambar. A-15-16 dan A-15-17, faktor konsentrasi tegangan untuk

dimensi cincin penahan khas sekitar 5 untuk lentur dan aksial, dan 3 untuk puntir. Untungnya, jari-jari

kecil sering akan menyebabkan sensitivitas kedudukan yang lebih kecil, mengurangi Kf.


13/27

Tabel 7-1 ini merangkum beberapa faktor konsentrasi tegangan khas untuk iterasi pertama

dalam desain poros. Perkiraan serupa dapat dibuat untuk fitur lainnya. The Titik adalah untuk melihat

bahwa konsentrasi tegangan pada dasarnya normal sehingga mereka tergantung pada rasio fitur

geometri, bukan pada dimensi tertentu. Akibatnya, dengan memperkirakan rasio yang tepat, nilai iterasi

pertama untuk konsentrasi tegangan dapat diperoleh. Nilai-nilai ini dapat digunakan untuk desain awal,

maka sebenarnya Nilai-nilai dimasukkan sekali diameter telah ditentukan.

Example 7-2

Contoh masalah ini adalah bagian dari studi kasus yang lebih besar. Lihat Chap. 18 untuk konteks

lengkap.

Sebuah desain reduction gearbox ganda berkembang ke titik yang umum tata letak dan aksial dimensi

poros membawa dua gigi spur yang telah ditentukan, seperti ditunjukkan pada Gambar. 7-10. Roda gigi

dan bantalan yang terletak dan didukung dengan bahu, dan ditahan di tempat dengan penahan ring.

Roda gigi mengirimkan torsi melalui tombol. Gears telah ditetapkan seperti yang ditunjukkan, yangmemungkinkan gaya tangensial dan radial dikirimkan melalui roda gigi pada poros harus ditentukan

sebagai berikut.

dimana superscripts t dan r merupakan arah tangensial dan radial, masing-masing; dan, subscript 23

dan 54 merupakan kekuatan yang diberikan oleh gigi 2 dan 5 (tidak terlihat) pada roda gigi 3 dan 4,

masing-masing. Lanjutkan dengan tahap berikutnya dari desain, di mana bahan yang cocok

dipilih, dan diameter yang sesuai untuk setiap bagian dari poros yang Diperkirakan, didasarkan pada

penyediaan kelelahan yang cukup dan kapasitas stres statis hidup tak terbatas poros, dengan faktor

keamanan minimal 1,5.

Pertimbangan defleksi

Analisis defleksi pada lebih satu titik tujuan memerlukan informasi geometri lengkap untuk seluruh

poros. Untuk alasan ini, diinginkan untuk merancang dimensi pada lokasi penting untuk menangani

tekanan, dan isi estimasi yang memadai untuk semua dimensi lain, sebelum melakukan analisis defleksi.

Defleksi poros, baik linear dan sudut, harus diperiksa di gigi dan bantalan. Lendutan yang diijinkan akan

tergantung pada banyak faktor, dan bantalan dan gigi katalog harus digunakan untuk bimbingan

pada misalignment yang diijinkan untuk bantalan dan gigi tertentu. Sebagai pedoman kasar, khas

rentang untuk kemiringan maksimum dan defleksi melintang garis tengah poros yang diberikan dalam

Tabel 7-2. Defleksi melintang diijinkan untuk spur roda gigi tergantung

pada ukuran gigi, yang diwakili oleh diametral jarak P? jumlah

gigi diameter / jarak.


14/27

Dalam Sec. 4-4 beberapa metode defleksi balok dijelaskan. Untuk shaft, dimana lendutan dapat dicari di

sejumlah titik yang berbeda, integrasi baik menggunakan fungsi singularitas atau integrasi numerik

praktis. Dalam poros melangkah, sifat cross sectional berubah sepanjang poros pada setiap tahapan,

meningkatkan kompleksitas integrasi, karena kedua M dan I berbeda. Untungnya, hanya dimensi

geometris kasar perlu disertakan, sebagai faktor lokal seperti fillet, alur, dan keyways tidak memiliki

banyak dampak pada defleksi. Contoh 4-7 menunjukkan penggunaan singularitas fungsi untuk poros

melangkah. Banyak shaft akan mencakup gaya di beberapa bidang, yang membutuhkan baik analisis tiga

dimensi, atau penggunaan superposisi untuk mendapatkan lendutan di dua bidang yang kemudian

dapat disimpulkan sebagai vektor.

Analisis defleksi sangat mudah, tapi itu panjang dan membosankan untuk melakukan secara manual,

khususnya untuk beberapa titik. Akibatnya, hampir semua analisis defleksi poros akan dievaluasi dengan

bantuan software. Apa saja tujuan umum perangkat lunak terbatas-elemen dapat dengan mudah

menangani masalah poros (lihat Chap. 19). Ini praktis jika desainernya sudah akrab dengan

menggunakan perangkat lunak dan dengan cara benar model poros. Solusi perangkat lunak tujuan

khusus untuk Analisis poros 3-D yang tersedia, tapi agak mahal jika hanya digunakan sesekali.Software membutuhkan pelatihan sangat sedikit sudah tersedia untuk analisis planar balok, dan dapat

di-download dari internet. Contoh 7-3 menunjukkan bagaimana untuk memasukkan program seperti itu

untuk poros dengan gaya di beberapa bidang.

EXAMPLE 7-3

Contoh masalah ini adalah bagian dari studi kasus yang lebih besar. Lihat Chap. 18 untuk lengkap

konteks. Pada Contoh 7-2 geometri poros awal diperoleh atas dasar desain untuk stres. Poros yang

dihasilkan ditunjukkan pada Gambar. 7-10, dengan diusulkan diameter

Periksa lendutan dan kemiringan di gigi dan bantalan dapat diterima.

Jika perlu, mengusulkan perubahan geometri untuk menyelesaikan masalah

Sebuah program analisis planar balok sederhana akan digunakan. Dengan pemodelan poros

dua kali, dengan banyak dalam dua bidang ortogonal, dan menggabungkan hasil, poros

lendutan mudah dapat diperoleh. Untuk kedua bidang, bahan yang dipilih (baja dengan E = 30 Mpsi),

panjang poros dan diameter yang masuk, dan lokasi bantalan ditentukan. Rincian lokal seperti alur dan

keyways adalah diabaikan, karena mereka akan memiliki efek signifikan pada lendutan. Kemudian

tangensial gaya gigi yang dimasukkan dalam horisontal model pesawat xz, dan radial gaya gigi

dimasukkan dalam model bidang xy vertikal. Perangkat lunak ini dapat menghitung

Table 7-3

Defleksi dan lereng di titik diperoleh dari plot, dan dikombinasikan dengan penjumlahan vektor

orthogonal, yaitu, = XZ2

+ XY2.

Hasil ditunjukkan pada Tabel 7-3.

Apakah nilai-nilai ini dapat diterima akan tergantung pada bantalan khusus dan gigi yang dipilih, serta


15/27

tingkat kinerja yang diharapkan. Menurut pedoman pada Tabel 7-2, semua lereng bantalan berada jauh

di bawah umum batas untuk bantalan bola. Bantalan kemiringan yang tepat adalah dalam kisaran umum

untuk bantalan silinder. Karena beban pada bantalan yang tepat relatif tinggi, bantalan silinder dapat

digunakan. Kendala ini harus diperiksa terhadap spesifikasi bantalan khusus setelah bantalan yang

dipilih. Lereng gigi dan defleksi lebih dari memenuhi batas yang direkomendasikan pada Tabel 7-2.

Disarankan untuk melanjutkan dengan desain, dengan kesadaran bahwa perubahan yang mengurangi

kekakuan harus menjamin lain defleksi cek.

Setelah defleksi pada berbagai titik yang telah ditentukan, jika setiap nilai lebih besar

dari defleksi yang diijinkan pada saat itu, diameter baru dapat ditemukan dari

di mana Yalladalah defleksi yang diijinkan di stasiun itu dan nd adalah faktor desain. Demikian pula,jika kemiringan apapun lebih besar dari allkemiringan yang diijinkan, diameter baru dapat ditemukan

dari

dimana (kemiringan) semua adalah kemiringan yang diijinkan. Sebagai hasil dari perhitungan ini,

menentukan besaran rasio dnew / Dold, kemudian kalikan semua diameter dengan rasio ini. Kendala

yang ketat akan hanya ketat, dan semua yang lain akan longgar. Jangan terlalu khawatir tentang jurnal

akhir ukuran, karena pengaruh mereka biasanya diabaikan. bagusnya dari metode ini adalah bahwalendutan harus diselesaikan hanya sekali dan kendala dapat diberikan longgar tetapi

untuk satu, dengan diameter semua diidentifikasi tanpa mengerjakan ulang setiap defleksi.

EXAMPLE 7-4

Untuk poros dalam Contoh 7-3, tercatat bahwa kemiringan pada bantalan yang tepat adalah di dekat

batas untuk bantalan rol silinder. Tentukan peningkatan yang sesuai dalam diameter

untuk membawa lereng ini ke 0,0005 rad.

Mengulangi analisis defleksi balok dari Contoh 7-3 dengan diameter ini baru menghasilkan lereng di

bantalan yang tepat dari 0,0005 di, dengan semua defleksi lain kurang darinilai-nilai mereka sebelumnya.

Geseran V melintang pada bagian balok di kelenturan memberlakukan defleksi geser,

yang disuperposisikan pada defleksi lentur. Defleksi geser Biasanya seperti

kurang dari 1 persen dari melintang lendutan lentur, dan jarang dievaluasi.

Namun, ketika poros panjang-to-diameter ratio kurang dari 10, komponen geser

melintang manfaat defleksi perhatian. Ada banyak poros pendek. Sebuah tabel


16/27

Metode dijelaskan secara rinci di tempat lain, termasuk contoh.

Untuk poros silinder kanan melingkar di torsi defleksi sudut diberikan dalam

Eq. (4-5). Untuk poros tingkatan dengan individu panjang silinder li dan torsi Ti, yang

defleksi sudut dapat diperkirakan dari

Atau, untuk sebuah torsi konstan disepanjang material homogen, dari

Ini harus diperlakukan hanya sebagai perkiraan, karena bukti eksperimental menunjukkan bahwa

yang sebenarnya lebih besar dari yang diberikan oleh Pers. (7-19) dan (7-20)\

Jika kekakuan torsional didefinisikan sebagai ki= Ti/Idan, menjadi I= Ti/ kidan =

, untuk

torsi konstan

, maka bahwa torsi kekakuan poros k dalam hal kekakuan segmen adalah

Kecepatan Kritis untuk Poros

Ketika poros berputar, eksentrisitas menyebabkan kekuatan defleksi sentrifugal, yang ditentang oleh

poros lentur kekakuan E I. Selama defleksi kecil, tidak ada salahnya dilakukan. Masalah lain yang

potensial, namun, disebut kecepatan kritis: pada kecepatan tertentu poros tersebut tidak stabil, dengan

defleksi meningkat tanpa batas atas. Hal ini beruntung walaupun bentuk defleksi dinamis tidak

diketahui, dengan menggunakan kurva defleksi statis memberikan perkiraan yang sangat baik dari

kecepatan terendah kritis. Kurva semacam memenuhi batas kondisi persamaan diferensial (saat nol dan

defleksi di kedua bantalan) dan energi poros tidak terlalu sensitif terhadap bentuk yang tepat dari

lendutan kurva. Desainer mencari kecepatan pertama kritis setidaknya dua kali kecepatan operasi.

Poros, karena dari massa sendiri, memiliki kecepatan kritis. Ansambel lampiran untuk poros juga

memiliki kecepatan kritis yang jauh lebih rendah daripada poros intrinsik kecepatan kritis.

Memperkirakan kecepatan yang kritis (dan harmonik) adalah tugas dari desainer. Ketika geometri

sederhana, seperti dalam poros diameter seragam, hanya didukung, tugas mudah. Hal ini dapat

dinyatakan sebagai


17/27

Dimana m adalah massa per unit panjang, A luas penampang, dan spesifik berat badan. Untuk sebuah

rakitan keterikatan, metode Rayleigh untuk massa disamakan memberikan

dimana wi adalah berat dari lokasi i dan yi adalah defleksi pada lokasi body engan.

Hal ini dimungkinkan untuk menggunakan Pers. (7-23) untuk kasus persamaan. (7-22) oleh partisi poros

ke dalam segmen dan menempatkan kekuatan berat di segmen massa seperti yang terlihat pada

Gambar. 7-12.

Figure 7-13

Bantuan Komputer sering digunakan untuk mengurangi kesulitan dalam mencari defleksi melintang

poros tingkatan. Persamaan Rayleigh overestimates kecepatan kritis.

Untuk mengatasi meningkatnya kompleksitas detail, kami menggunakan sudut pandang berguna.

Lantaran sebagai poros adalah badan elastis, kita dapat menggunakan pengaruh koefisien. pengaruh

koefisien defleksi melintang di lokasi i pada poros akibat beban unit di lokasi j pada poros. Dari Tabel A-

9-6 kita memperoleh, untuk balok hanya didukung dengan unit beban tunggal seperti ditunjukkan padaGambar. 7-13,


18/27

untuk tiga beban koefisien pengaruh dapat ditampilkan sebagai

Teorema Maxwell timbal balik menyatakan bahwa ada sebuah simetri mengenai diagonal utama,

terdiri dari 11, 22, dan 33, dari j bentuk i= ji. Hubungan ini mengurangi kerja menemukan

koefisien pengaruh. Dari koefisien pengaruh di atas, salah satu dapat menemukan defleksi y1, y2, y3 dan

Pers. (7-23) sebagai berikut:

gaya Fi dapat timbul dari berat terpasang wi atau gaya sentrifugal mi2yi. The

persamaan set (7-25) ditulis dengan gaya inersia dapat ditampilkan sebagai

Yang mana adapat ditulis ulang sebagai

Set Persamaan (a) adalah tiga persamaan simultan dalam bentuk y1, y2, y3 dan. untuk menghindari

solusi trivial y1 = y2 = y3 = 0, determinan dari koefisien y1, y2, dan

y3 harus nol (eigen). Dengan demikian,


19/27

yang mengatakan bahwa defleksi selain nol hanya ada di tiga nilai yang berbeda dari ,kecepatan kritis. Memperluas determinan, kita peroleh

Tiga akar persamaan. (7-27) dapat dinyatakan sebagai 1 / 2

1, 1 / 2

2, dan 1 / 2

3. Jadi

Eq. (7-27) dapat ditulis dalam bentuk

Membandingkan Pers. (7-27) dan (7-28) kita lihat bahwa

Jika kita hanya memiliki m1 massa tunggal saja, kecepatan kritis akan diberikan oleh 1 / 2=

m111. Menunjukkan kecepatan ini penting sebagai 11(yang menganggap hanya M1 bekerja sendiri).

Demikian juga untuk m2 atau m3 bekerja sendiri, kita sama mendefinisikan istilah 1 / 222 = m222

atau 1 / 233 = m333, masing-masing. Dengan demikian, Eq. (7-29) dapat ditulis kembali sebagai

Jika kita memiliki kecepatan kritis sedemikian sehingga 1


20/27

Ide ini dapat dikembangkan ke poros n body:

Ini disebut persamaan Dunkerley. Dengan mengabaikan istilah modus yang lebih tinggi (s), estimasi

pertama kecepatan kritis lebih rendah dari sebenarnya terjadi.

Karena Pers. (7-32) tidak memiliki beban yang muncul dalam persamaan, maka jika masing-masing

beban bisa ditempatkan di beberapa lokasi yang mudah berubah menjadi beban yang setara,

maka kecepatan kritis berbagai beban dapat ditemukan dengan menjumlahkan beban setara, semua

ditempatkan di lokasi yang nyaman tunggal. Untuk beban di stasiun 1, ditempatkan di pusat span,

dilambangkan dengan subscript c, beban setara ditemukan dari

EXAMPLE 7-5

Pertimbangkan poros baja hanya didukung seperti yang digambarkan dalam Gambar. 7-14, dengandiameter 1

dan 31-dalam rentang antara bantalan, membawa dua gigi berat 35 dan 55 lbf.

(a) Tentukan koefisien pengaruh.

(b) Cari wy dan wy2 dan kecepatan kritis pertama menggunakan persamaan Rayleigh,

Eq. (7-23).

(c) Dari koefisien pengaruh, cari 11dan 22.

(d) Menggunakan persamaan Dunkerley ini, Eq. (7-32), memperkirakan kecepatan kritis pertama.

(e) Gunakan superposisi untuk memperkirakan kecepatan kritis pertama.

(F) Estimasikan kecepatan kritis intrinsik poros itu. Menyarankan modifikasi Dunkerley ini

Persamaan untuk memasukkan efek massa poros pada kecepatan kritis pertama

lampiran.

Miscellaneous Shaft Komponen

set kru

Tidak seperti baut dan sekrup penutup, yang bergantung pada tegangan pengembangan sebuah

kekuatan penjepit, yang


21/27

set sekrup tergantung pada kompresi untuk mengembangkan gaya klem. Resistensi terhadap gerakan

aksial kerah atau hub relatif terhadap poros disebut memegang kekuasaan. holding ini

kekuasaan, yang benar-benar tahan kekuatan, adalah karena tahanan gesek dari menghubungi yang

bagian kerah dan poros serta setiap penetrasi sedikit dari himpunan sekrup ke dalam

poros.

Gambar 7-15 menunjukkan jenis titik yang tersedia dengan soket set sekrup. Ini juga

diproduksi dengan slot obeng dan dengan kepala persegi.

Tabel 7-4 berisi nilai-nilai torsi duduk dan kekuatan yang sesuai menahan

untuk inci-series set sekrup. Nilai-nilai yang tercantum berlaku untuk aksial menahan tenaga,

untuk menolak dorongan, dan menahan tenaga tangensial, untuk menolak torsi. faktor umum

keselamatan adalah 1,5-2,0 untuk beban statis dan 4-8 untuk berbagai beban dinamik.

Sekrup Set harus memiliki panjang sekitar setengah dari diameter poros. Catatan bahwa ini

Praktek juga memberikan aturan kasar untuk ketebalan radial dari hub atau kerah.

Tombol dan pin yang digunakan pada poros untuk mengamankan elemen berputar, seperti roda gigi,

puli, atau wheels. Kunci yang digunakan untuk mengaktifkan transmisi torsi dari poros untuk

elemen poros yang didukung. Pin yang digunakan untuk menentukan posisi aksial dan untuk transfer

torsi atau dorongan atau keduanya.

Gambar 7-16 menunjukkan berbagai kunci dan pin. Pin yang berguna ketika principal

pembebanan geser dan ketika kedua torsi dan dorongan yang hadir. Pin Taper yang berukuran

menurut diameter di ujung besar. Beberapa ukuran yang paling berguna dari ini

tercantum dalam Tabel 7-5. Diameter di ujung kecil

Untuk aplikasi yang kurang penting, pin dowel atau pin drive dapat digunakan. Sebuah besar

variasi ini tercantum dalam catalogs.7 produsen '

Kunci persegi, ditunjukkan pada Gambar. 7-16a, juga tersedia dalam ukuran persegi panjang. standar

ukuran ini, sama dengan berbagai diameter poros yang berlaku, tercantum dalam

Tabel 7-6. Diameter poros menentukan ukuran standar untuk lebar, tinggi, dan kedalaman kunci.

Perancang memilih panjang kunci yang sesuai untuk membawa beban torsional. Kegagalan kunci bisa

juga dengan geser langsung, atau oleh stres bantalan. Contoh 7-6 menunjukkan proses untuk ukuran

panjang kunci. Panjang maksimum kunci dibatasi oleh panjang hub elemen terpasang, dan umumnya

harus tidak melebihi sekitar 1,5 kali diameter poros untuk menghindari memutar berlebihan dengan

defleksi sudut poros. Beberapa kunci dapat digunakan sebagai diperlukan untuk membawa beban yang

lebih besar, biasanya berorientasi pada 90 o satu sama lain. Faktor keamanan yang berlebihan harus


22/27

dihindari dalam desain kunci, karena itu diinginkan dalam situasi yang berlebihan untuk kunci gagal,

daripada komponen yang lebih mahal.

Bahan utama Stock biasanya terbuat dari baja karbon cold-rolled rendah, dan diproduksi sedemikian

rupa sehingga dimensinya tidak pernah melebihi dimensi nominal. Ini memungkinkan ukuran cutter

standar yang akan digunakan untuk keyseats. Sebuah setscrew kadang-kadang digunakan bersama

dengan kunci untuk menahan hub aksial, dan untuk meminimalkan backlash rotasi ketika poros berputar

di kedua arah.

Kunci gib-kepala, pada Gambar. 7-17a, diturunkan bertahap sehingga, ketika dengan kuat didorong, ia

bertindak untuk mencegah gerakan aksial relatif. Hal ini juga memberikan keuntungan bahwa posisi hub

dapat disesuaikan untuk lokasi aksial terbaik. Kepala membuat penghapusan mungkin tanpa akses ke

ujung yang lain, tetapi proyeksi mungkin berbahaya.

The Woodruff kunci, ditunjukkan pada Gambar. 7-17b, adalah kegunaan umum, terutama ketika

roda harus diposisikan terhadap bahu poros, karena slot kunci tidak perlu mesin ke bahu daerah streskonsentrasi. Penggunaan kunci Woodruff juga menghasilkan konsentrisitet lebih baik setelah perakitan

roda dan poros. Hal ini sangat penting pada kecepatan tinggi, seperti, misalnya, dengan roda turbin dan

poros. Kunci Woodruff sangat berguna dalam poros kecil di mana penetrasi lebih dalam membantu

mencegah bergulir kunci. Dimensi untuk beberapa Woodruff ukuran kunci standar dapat ditemukan

pada Tabel 7-7, dan 7-8 Tabel memberikan diameter poros yang lebar keyseat yang berbeda cocok.

Pilkey memberikan nilai untuk konsentrasi tegangan di keyseat akhir digiling, sebagai fungsi

dari rasio jari-jari r di bagian bawah alur dan diameter poros d.

Untuk fillet dipotong oleh pemotong penggilingan mesin standar, dengan rasio r / d = 0.02,

Grafik Peterson memberikan Kt = 2.14 untuk lentur dan KTS = 2.62 untuk torsi tanpakunci di tempat, atau KTS = 3.0 untuk torsi dengan kunci di tempat. Konsentrasi tegangan

pada akhir keyseat dapat dikurangi sedikit dengan menggunakan keyseat kereta luncur-pelari,

menghilangkan mengakhiri mendadak ke keyseat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7-17.

Memang, bagaimanapun, masih memiliki jari-jari yang tajam di dasar alur di sisi. Kereta luncur-pelari

keyseat hanya dapat digunakan ketika pasti posisi kunci memanjang tidak diperlukan. Hal ini juga tidak

cocok dekat bahu. Menjaga akhir keyseat setidaknya jarak d / 10 dari awal fillet bahu akan

mencegah konsentrasi dua stres dari kombinasi dengan satu sama lain.

penahan Rings

Sebuah cincin penahan sering digunakan sebagai pengganti bahu poros atau lengan untuk aksialposisi komponen pada poros atau membosankan perumahan. Seperti ditunjukkan dalam Gambar. 7-18,

alur dipotong tangkai atau menanggung untuk menerima pegas penahan. Untuk ukuran, dimensi, dan

peringkat aksial beban, katalog produsen 'harus dikonsultasikan.

Tabel Lampiran A-15-16 dan A-15-17 memberikan nilai faktor konsentrasi tegangan

untuk alur datar terendah di shaft, cocok untuk mempertahankan cincin. Untuk cincin ke


23/27

dudukan baik di dasar alur, dan mendukung beban aksial terhadap sisi alur, jari-jari di bagian bawah alur

harus cukup tajam, biasanya sekitar sepersepuluh dari lebar alur. Hal ini menyebabkan nilai-nilai relatif

tinggi untuk stres faktor konsentrasi, sekitar 5 untuk lentur dan aksial, dan 3 untuk puntir. Perawatan

harus diambil dalam penggunaan mempertahankan cincin, terutama di lokasi-lokasi dengan tegangan

lentur yang tinggi.

EXMPLE 7-6

Sebuah poros baja UNS G10350, panas-diperlakukan untuk kuat luluh minimum dari 75 KPSI, memiliki

diameter 1 7 16 di. Poros berputar pada 600 putaran / menit dan mengirimkan 40 hp melalui

gigi. Pilih tombol yang sesuai untuk gigi.

7-8 Batas dan Fits

Perancang bebas untuk memakai salah satu geometri yang cocok untuk poros dan lubang yang akan

memastikan fungsi yang dimaksudkan. Ada akumulasi pengalaman yang cukup dengan sering berulang

situasi untuk membuat standar yang berguna. Ada dua standar untuk batas dan cocok di Amerika

Serikat, yang didasarkan pada satuan inci dan yang lainnya berdasarkan satuan metrik .10 ini berbeda

dalam nomenklatur, definisi, dan organisasi. Tidak ada gunanya akan dilayani oleh terpisah mempelajari

masing-masing dua sistem. Metrik versi yang lebih baru dari dua dan terorganisasi dengan baik, dan jadi

di sini kita hanya menyajikan versi metrik tapi termasuk satu set konversi inch untuk mengaktifkan

sistem yang sama untuk digunakan dengan baik sistem unit.

Dalam menggunakan standar, huruf kapital selalu mengacu pada lubang; huruf kecil

digunakan untuk poros.

Definisi diilustrasikan pada Gambar. 7-20 dijelaskan sebagai berikut

Ukurandasar adalah ukuran yang membatasi atau penyimpangan ditetapkan dan bersifat seragam

untuk kedua anggota fit.

Deviasi adalah perbedaan aljabar antara ukuran dan ukuran dasar yang sesuai.

deviasi atas adalah perbedaan aljabar antara batas maksimum dan sesuai ukuran dasar.

deviasi rendah adalah perbedaan aljabar antara batas minimum dan sesuai ukuran dasar.

deviasi Fundamental adalah baik atas atau deviasi yang lebih rendah, tergantung pada

yang lebih dekat dengan ukuran dasar.

Toleransi adalah perbedaan antara batas ukuran maksimum dan minimum bagian.

Nomortoleransi kelas Internasional (TI) kelompok menunjuk toleransi seperti yang

toleransi untuk sejumlah TI tertentu memiliki tingkat yang relatif sama akurasi

tetapi bervariasi tergantung pada ukuran dasar.

dasar Lubang merupakan sistem cocok sesuai dengan ukuran lubang dasar. Penyimpangan dasarnya

adalah H.

dasar Shaft merupakan sistem cocok sesuai dengan ukuran poros dasar. The

penyimpangan dasarnya adalah h. Sistem poros-dasar tidak termasuk di sini.


24/27

Besarnya zona toleransi adalah variasi dalam ukuran bagian dan sama untuk kedua internal dan dimensi

eksternal. Zona toleransi ditentukan dalam jumlah toleransi kelas internasional, yang disebut nomor IT.

Angka-angka yang lebih kecil tingkat menentukan zona toleransi yang lebih kecil. Ini berkisar dari IT0 ke

IT16, tetapi hanya nilai IT6 ke IT11 diperlukan untuk cocok lebih disukai. Semuanya tercantum dalam

Tabel A-11 sampai A-13 untuk ukuran dasar hingga 16 atau 400 mm.

Standar ini menggunakan huruf posisi toleransi, dengan huruf kapital untuk dimensi internal yang

(lubang) dan huruf kecil untuk dimensi eksternal (shaft). Seperti ditunjukkan dalam Gambar. 7-20,

deviasi mendasar menempatkan zona toleransi relatif terhadap ukuran dasar.

Tabel 7-9 menunjukkan bagaimana huruf dikombinasikan dengan nilai toleransi untuk membangun

cocok disukai. Simbol ISO cocok untuk lubang geser dengan ukuran dasar 32 mm adalah 32H7. satuan

Inch bukanlah bagian dari standar. Namun, penunjukan (13 8 in) H7 termasuk informasi yang sama dan

direkomendasikan untuk digunakan di sini. dalam kedua kasus, huruf kapital H menetapkan deviasi

fundamental dan nomor 7 mendefinisikan kelas toleransi IT7.

Untuk fit geser, dimensi poros yang sesuai ditentukan oleh simbol

32g6 [(13 8 in) g6].

Penyimpangan mendasar untuk poros diberikan dalam Tabel A-11 dan A-13. untuk

Kode huruf c, d, f, g, dan h,

Deviasi Atas = deviasi mendasar

Deviasi yang lebih rendah = atas penyimpangan - toleransi kelas

Untuk kode huruf k, n, p, s, dan u, penyimpangan untuk poros adalah

Deviasi yang lebih rendah = deviasi mendasar

Deviasi Atas = rendah deviasi + toleransi kelas

Table7-9

Jarak longgar yang berjalan fit: untuk toleransi komersial yang luas atau H11 / c11

tunjangan pada anggota eksternal

Panduan menjalankan fit: tidak untuk digunakan di mana akurasi adalah H9 / d9

penting, tapi baik untuk variasi suhu yang besar,

menjalankan kecepatan tinggi, atau tekanan jurnal berat

yang berjalan tertutup fit: untuk berjalan pada mesin yang akurat H8 / f7

dan untuk lokasi yang akurat pada kecepatan moderat dantekanan jurnal

Sliding fit: di mana bagian yang tidak diperuntukkan untuk berjalan secara bebas, H7 / g6

tetapi harus bergerak dan berubah dengan bebas dan menemukan akurat

Locational izin fit: menyediakan nyaman cocok untuk lokasi H7 / h6

bagian stasioner, tetapi dapat secara bebas dirakit dan

dibongkar


25/27

Transisi Locational transisi cocok untuk lokasi yang akurat, sebuah H7 / k6

kompromi antara clearance dan gangguan

Locational transisi cocok untuk lebih akurat lokasi H7 / n6

di mana gangguan yang lebih besar diperbolehkan

Interferensi Locational gangguan fit: untuk part yang memerlukan kekakuan H7 / p6

dan keselarasan dengan akurasi utama lokasi tetapi

tanpa persyaratan tekanan bore khusus

Sedang drive pas: untuk bagian baja biasa atau mengecil cocok pada H7 / s6

bagian ringan, ketat cocok digunakan dengan besi cor

Gaya cocok: cocok untuk bagian-bagian yang dapat sangat menekankan H7 / u6

atau untuk mengecilkan cocok di mana gaya mendesak berat yang dibutuhkan dan praktis

Nilai terendah H deviasi (untuk lubang) adalah nol. Untuk ini, penyimpangan atas sama dengan

toleransi grade.

Sebagai gambaran pada gambar 7-20, kita gunakan mengikuti notasi :

D = besaran dasar pada lubang

d = besaran dasar pada shaft

u= deviasi tinggi

l= deviasi rendah

D= tingkat toleransi untuk lubang

d=tingkat toleransi untuk shaft

Perhatikan bahwa jumlah ini semua deterministik. Dengan demikian, untuk lubang,

Untuk poros dengan jarak tertentu sesuai c, d, f, g, dan h,

Untuk poros dengan gangguan cocok k, n, p, s, dan u,

kapasitas Stres dan Torsi di Fits Interferensi

Interferensi cocok antara poros dan komponennya kadang-kadang dapat digunakan secara efektif

untuk meminimalkan kebutuhan untuk bahu dan keyways. Tegangan akibat gangguan

cocok dapat diperoleh dengan memperlakukan poros sebagai silinder dengan tekanan eksternal yang


26/27

seragam , dan hub sebagai silinder berongga dengan tekanan internal yang seragam. stres persamaan

untuk situasi ini dikembangkan di Sec. 3-16, dan akan dikonversi di sini dari segi radius ke dalam istilah

diameter untuk mencocokkan terminologi bagian ini.

Tekanan p yang dihasilkan pada pertemuan sisi antara gangguan fit, dari Persamaan. (3-56)

dikonversikan dengan diameter, diberikan oleh

atau, dalam kasus di mana kedua anggota adalah dari material yang sama,

dimana d adalah diameter poros nominal, di adalah diameter dalam (jika ada) dari poros,

do adalah diameter luar hub, E adalah modulus Young, dan v adalah rasio Poisson, dengan subscript o

dan i untuk bagian luar (hub) dan anggota bagian dalam (poros), masing-masing. adalah gangguan

diametral antara poros dan hub, yaitu, perbedaan antara poros diameter luar dan hub diameter.

Karena akan ada toleransi di kedua diameter, maksimum dan minimum tekanan dapat ditemukan

dengan menerapkan gangguan maksimum dan minimum. dengan menerapkan notasi dari Gambar. 7-

20, kita tulis

di mana istilah diameter didefinisikan dalam Pers. (7-36) dan (7-38). Gangguan maksimum harus

digunakan dalam Pers. (7-39) atau (7-40) untuk menentukan tekanan maksimum untuk memeriksa stres

yang berlebihan.

Dari Pers. (3-58) dan (3-59), dengan jari-jari dikonversi ke diameter, yang tangensial

menekankan pada pertemuan sisi antara poros dan hub adalah


27/27

Tegangan radial pada antarmuka hanya

Tegangan tangensial dan radial ortogonal, dan harus dikombinasikan dengan menggunakan teori

kegagalan untuk membandingkan dengan yield strength. Jika salah satu poros atau hub yield pada saat

perakitan, tekanan penuh tidak akan tercapai, mengurangi torsi yang dapat ditransmisikan. Interaksi

tekanan karena gangguan pas dengan yang lain tekanan di poros karena poros muatan bukan hal sepele.

Analisis terbatas-unsur antarmuka akan sesuai bila diperlukan. Unsur stres pada permukaan berputar

poros akan mengalami tegangan lentur benar-benar terbalik di arah longitudinal , serta tegangan tekan

stabil dalam arah tangensial dan radial. Ini adalah elemen stres tiga dimensi. Tegangan geser karena

torsi di poros juga bisa ditambahkan. Karena tekanan karena pers fit adalah tekan, keadaan kelelahan

biasanya benar-benar ditingkatkan. Untuk alasan ini, mungkin dapat diterima untuk menyederhanakan

analisis poros dengan mengabaikan tegangan tekan stabil karena pers fit. Ada, bagaimanapun, efek

konsentrasi tegangan di poros lentur stres dekat ujung hub, karena perubahan tiba-tiba dari kompresi

bahan terkompresi. Desain geometri hub, dan karena itu keseragaman dan kekakuan, dapat memiliki

dampak yang signifikan terhadap nilai tertentu dari faktor konsentrasi tegangan, sehingga sulit untuk

melaporkan nilai umum. Untuk perkiraan pertama, nilai-nilai biasanya tidak lebih besar dari 2.

Jumlah torsi yang dapat ditularkan melalui gangguan fit dapat diperkirakan dengan analisis gesekan

sederhana pada antarmuka. Gaya gesekan adalah produk koefisien gesekan f dan gaya normal yang

bekerja pada antarmuka. The gaya normal dapat diwakili oleh produk dari tekanan p dan luas

permukaan A antarmuka. Oleh karena itu, gaya gesekan Ff adalah

di mana l adalah panjang hub. Gaya gesekan ini bertindak dengan lengan momen

d / 2 untuk menyediakan kapasitas torsi sendi, sehingga

Minimum gangguan, dari Persamaan. (7-42), harus digunakan untuk menentukan minimum untuk

memeriksa jumlah maksimum torsi yang sendi harus dirancang untuk mengirimkan tanpa tergelincir.

shigley poros

Documents