STATIC STRUCTURAL ANALYSIS BEARING, POROS, DAN PULLEY

BAB I

PRE – PROCESSING

Static analisis adalah model analisis struktur untuk mengetahui batas kemampuan bahan dengan material tertentu dan menahan beban yang dikenakan. Pada static analisis kali ini bahan material yang diuji terdapat tiga komponen yaitu bearing, poros dan pulley. Dalam materi kali ini beberapa hal yang pelu diketahui yaitu diantara :

      a.      Material                                               f. Pulley

      b.      Force                                                   g. Connection

      c.       Fixtures Advisor                                  h. Contact Set

      d.      Centrifugal Force                                i. Run

      e.       Bearing Loads                                     j. Safety Facto

Sebuah benda yang bekerja secara mekanis pasti mengalami pembebanan statis, benda kerja yang akan dianalisa kekuatan statisnya adalah sebuah poros yang dihubungkan dengan dua buah bearing dan satu buah pulley, seperti contoh gambar di atas ini. Untuk mengetahui pembebanan statis, jenis material dari masing-masing part (bagian) telah ditentukan, karena setiap material memiliki kekuatannya masing-masing. Selain dari jenis material yang digunakan tiap parts, dibutuhkan juga gaya yang diberikan ke masing masing bagian untuk didapatkan nilai maksmial von mises dan factor of safety (Faktor keamanan) dari mateial tersebut :

1.    Langkah pertama untuk membuka gambar adalah dengan membuka file gambar atau folder, kemudian pilih “documents” lalu pilih “solidwork analysis tutorial” kemudian pilih “Bearing Poros Analysis” lalu buka “Shaft Assem.SLDASM”.

2.    Lalu, hal yang harus dilakukan adalah klik study advisor pada pojok kiri atas, setelah itu pilih new study.

3.    Dan jangan lupa pilih tab simulation

4.  Setelah itu tentukan beban yang akan diberikan untuk dianalisis, terdapat beberapa pilihan untuk perlakuan seperti, termal, drop test, frekuensi dan static. Tetapi untuk percobaan pada benda kerja kali ini menggunakan pilihan statis untuk analisa statis.

5.    Penjelasan untuk pembebanan statis adalah beban yang akan dibebankan pada suatu benda uji yang akan dicari faktor keamanannya dengan beban beban statis, atau dengan kata lain material atau benda ini hanya akan menerima beban statis atau beban tak bergerak dalam proses analisis nya. 

6. Setelah memilih pembebanan yang akan dipilih, lalu klik OK. Untuk lebih jelasnya kita lihat pada gambar dibawah ini :

7. Kemudian pilih jenis material yang akan di analisis dengan cara mengklik tanda plus, lalu muncul beberapa part yang akan di analisis diantaranya:

a.    Pada bearing 1 dan bearing 2 menggunakan material ASTM A36 Steel.

b.    Pada poros menggunakan material Steel AISI 1020.

c.    Pada pulley Alumunium 7079 Alloy.

Untuk Bearing pertama dan kedua cara memilih jenis materialnya sama yaitu dengan mengklik part yang akan dianalisis kemudian pilih “apply/edit material” setelah itu pilih material yang sudah ditentukan diatas misalkan pada bearing 1 dan bearing 2 yaitu “ASTM A36 Steel” lalu pilih “apply”. Untuk lebih jelas nya kita liat pada gambar dibawah ini.

 

Untuk poros cara memilih jenis materialnya yaitu dengan mengklik part yang akan dianalisis kemudian pilih “apply/edit material” setelah itu pilih material yang sudah ditentukan pilih Steel AISI 1020 kemudian pilih “apply”. Untuk lebih jelas nya kita liat pada gambar dibawah ini.

Untuk pulley cara memilih jenis materialnya yaitu dengan mengklik part yang akan dianalisis kemudian pilih “apply/edit material” setelah itu pilih material yang sudah ditentukan pilih Alumunium 7079 Alloy.kemudian pilih “apply”. Untuk lebih jelas nya kita liat pada gambar dibawah ini.

 

8. Setelah material sudah ditentukan untuk menentukan letak posisi beaing yang pertama, kemudian pilih “connections” lalu pilih “bearing” maka akan muncul kolom connectors. Pada kolom yang berwarna biru pilih bagian pada poros, sedangkan kolom yang berwarna pink pilih bearing pada bagian dalam sehingga kolom yang berwarna biru tertulis “face <1> @poros-1”. Kemudian klik kolom yang berwarna pink pilih bagian lubang atau bearing pada gambar,sehingga kolom yang berwarna pink tertulis “face <2> @bearing-2”. dan pilih “allow selft aligment” untuk dinonaktifkan lalu pilih “OK” untuk diproses selanjutnya. Kemudian matikan “Allow self-aligment” dengan cara diklik pada simbolnya.  Untuk lebih jelas nya liat gambar dibawah ini :

 

 

9.  Untuk menentukan letak posisi bearing yang kedua, kemudian pilih “connections” lalu pilih “bearing” maka akan muncul kolom connectors. Pada kolom yang berwarna biru pilih bagian pada poros, sedangkan kolom yang berwarna pink pilih bearing pada bagian dalam sehingga kolom yang berwarna biru tertulis “face <1> @poros-1”. Kemudian klik kolom yang berwarna pink pilih bagian lubang atau bearing pada gambar,sehingga kolom yang berwarna pink tertulis “face <2> @bearing-2”. dan pilih “allow selft aligment” untuk dinonaktifkan lalu pilih “OK” untuk diproses selanjutnya. Untuk lebih jelas nya liat gambar dibawah ini :

 

10. Selanjutnya pilih “connections” lalu pilih “contact set”. Pada kolom contact set pilih “automatically find contact set” kemudian blok semua pada benda kerja tersebut maka akan ada 4 part yaitu pulley, poros, bearing 1 dan 2 yang tercantum di kolom berwarna pink pada bagian components. Lalu klik “find contact sets” maka akan muncul beberapa contact set pada kolom dibagian results, setelah itu pilih contact set pada kolom dibagian result kemudian pilih sampai contac set tidak ada/habis. Setelah itu pilih “OK”.

 

11.  Kemudian untuk mengatur geometry pada benda kerja yaitu dengan cara klik “fixtures advisor” lalu pilih “fixed geometry” maka akan muncul kolom fixed geometry. Pada kolom tersebut pilih kedua ujung bearing tersebut dengan dicantumkan pada kolom berwarna biru setlah itu pilih “OK”.

 

12. Setelah itu tentukan beban untuk benda kerja tersebut dengan cara klik “external load” lalu pilih “force” maka akan muncul kolom force. Klik pada kolom berwarna biru kemudian pilih ujung paling atas pada poros kemudian masukkan beban yang akan dianalisis sebesar 21 N kemudian pilih “OK”.

 

  

13.  Untuk menentukan gravitasi yaitu dengan cara klik “external load” lalu pilih “gravity” maka akan muncul kolom pada gravity. Pada kolom tersebut atur gravitasi yang akan dianalisis yaitu 9,81 m/s² kemudian pilih “OK”.

14.  Tahap selanjutnya yaitu mengatur pada centrifugal force dengan cara klik “external load” lalu pilih “centrifugal force” maka akan muncul kolom centrifugal. Pada kolom tersebut terdapat bagian “selected reference” klik bagian kolom yang berwarna biru kemudian pilh bagian part yaitu poros. Lalu masukkan nilainya yaitu 150 rad/s dengan putaran searah jarum jam kemudian pilih “OK”

 

15.  Tahap selanjutnya yaitu mengatur bearing 1 dan 2 yang akan dianalisis dengan cara klik “external load” lalu pilih “bearing load” maka akan muncul sebuah kolom bearing load. Pada kolom yang berwarna biru isi dengan bearing 1 sedangkan kolom yang berwarna pink isi dengan coordinate system pada bearing 1, kemudian masukkan nilai beban yang akan dianalisis sebesar 9 N pada coordinate Y dengan perhatikan arahnya sesuai yang telah ditentukan.

 

16.  Sedangkan pada bearing 2 sama dengan langkah pada bearing 1 hanya yang membedakan pada saat mengatur arah cordinatenya saja dengan berlawanan arah tetapi nilai beban yang digunakan sama yaitu 9 N.

 

17.  Tahap selanjutnya menentukan beban pada pulley dengan cara klik “external load” lalu pilih “force” maka muncul kolom force/torque. Pada kolom tersebut pilih “selection direction” dan pilih bagian tengah pulley, dikolom yang berwarna pink masukkan “axis 1” yang berada di model tree “shaft assem”. Kemudian masukkan nilai beban yang akan di analisis sebesar 25 N pada titik coordinate Y sambil diperhatikan arah putarannya dengan searah jarum jam, setelah itu pilih “OK”.

 

18.  Langkah terakir adalah klik “Run” kemudian terdapat seperti gambar diatas lalu pilih “No”

 

 

BAB II

SOLVER – SOLUTION

Solver solution adalah suatu proses mental dan intelektual dalam menemukan masalah dan memecahkan berdasarkan data dan informasi yang akurat, sehingga dapat diambil kesimpulan yang tepat dan cermat.

 

Proses ini merupakan proses langkah untuk perhitungan analisis dari subject dengan cara perhitungan element per element pada meshing system. Langkah perhitungan yang dilakukan secara otomatis oleh komputer dengan menggunakan model matematika lanjut (Hukum Hooke, Rumus Diferensial/Laplace serta Rumus Matriks).

Setelah memasukkan besaran angka pada force = 21 N, centri = 150 Rad/s, bearing = 9 N, dan pulley F= 25 N. Kemudian klik “run” untuk dilakukan pengujian pada material dan setelah di run maka akan muncul “linear static” kemudian pilih “No”. 

Pada gambar tersebut software solidworks sedang melakukan analisa dan juga running program dengan syarat atau data-data yang digunkan. Rumus dasar yang digunakan apabila melakukan perhitungan manual adalah dengan menggunakan matematika lanjut seperti hukum hooke, rumus diferensial / Laplace serta rumus matriks.

Umur pakai bearing berdasarkan putaran dapat dihitung dengan persamaan :

 (Dalam Putaran)

Beban dinamis bearing

L          : Umur pakai dalam putaran 

C         : beban dinamis ijin (N) 

Fe        : beban dinamis ekuivalen (N) 

K         : faktor dinamis bantalan 

= 3 untuk bantalan bola  

= 10/3 untuk bantalan roller. 

n          : putaran (r/min)

BAB III

POST PROCESSING

Setelah proses solving selesai hasil analysis dari material tersebut yang dimana terdapat 3 buah komponen material yaitu; bearing, poros dan pulley dapat langsung dilihat. Ada 3 hasil analysis yang dapat ditampilkan dengan memilih pada “Results” yaitu :

a.  Stress Result

b.  Displacement Result

c.   Factor Of Safety

Von Misses Stress

Hasil von mises stress yang di dapat pada analisa material benda kerja di atas adalah 210.007.168,0 Titik yang menjadi tegangan maksimum terjadi pada bagian bearing 2 pada bagian sudut bawah. Hal ini terjadi dikarenakan pada bagian fixed geometry tersebut medapatkan beban dari ketiga bagian lainnya yang saling berhubungan. Gaya yang ditimbulkan dari setiap pembebanan yaitu gaya sentrifugal sebesar 150 rad/s pada poros, lalu gaya yang terjadi pada pulley sebesar 25 N, dan lain-lain. Lalu material dari bearng juga berpengaruh terhadap besarnya tegangan von misses yang terjadi pada bearing 2 tersebut.

Von Displacement Result

Pada gambar diatas merupakan hasil analisis Displacement, dimana part tersebut mendapatkan nilai displacement maksimum sebesar 7.281e+000 mm sedangkan nilai minimum pada displacement sebesar 1.000 e-030 mm.

Factor of safety (FOS)

Nilai faktor kamanan yang diapatkan dari adalah sebesar 1.67 Nilai tersebut mengacu pada nilai dari keadaan setiap gaya yang diberikan kepada bagian-bagian yang terdapat pada bagian bearing, poros, dan juga bagian pulley. Posisi faktor keamaan pada gambar di atas adalah posisi yang sama dengan posisi von mises stress, itu berarti bagian yang terdapat pada bagian tersebut mendapatkan beban yang paling besar dibandingkan pada bagian-bagian lainnya. Untuk bagian bearing, digunakan material jenis ASTM A36 Steel, mungkin dengan material tersebut, kemungkinan nilai kekuatan dari material tersebut lebih besar dari material-material lain yang menggunakan material yang berbeda. Gaya tekan poros dan juga gaya sentrfiugal yang dibebankan dari poros kepada bearing menyebabkan beban tertumpu pada bagian tersebut. Bagian tersebut menerima beban yang besar, tetapi dalam kondisi nilai dari factor of safety yang didapatkan, masih memenui standar aman untuk suatu material. Karena apabila nilai dari FOS.