Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana struktur mekanis mengubah ide menjadi desain yang nyata? Desain struktur mekanis mengubah prinsip-prinsip abstrak menjadi skema terperinci, memastikan setiap bagian dioptimalkan untuk fungsionalitas, kekuatan, dan kemampuan manufaktur. Panduan ini mempelajari prinsip-prinsip desain yang penting, pemilihan material, dan hubungan antar komponen, yang menawarkan wawasan untuk meningkatkan proyek rekayasa Anda. Temukan bagaimana desain strategis dapat meningkatkan presisi, daya tahan, dan efisiensi, membuat sistem mekanis Anda lebih andal dan efektif.
Tujuan desain struktur mekanis adalah, berdasarkan konsep desain keseluruhan, untuk memantapkan prinsip desain awal ke dalam skema terperinci yang memenuhi fungsi yang diperlukan.
Proses desain mengubah prinsip kerja abstrak menjadi komponen atau bagian tertentu, yang melibatkan penentuan material, bentuk, ukuran, toleransi, metode perlakuan panas, dan perlakuan permukaan anggota struktur.
Selain itu, sangat penting untuk mempertimbangkan proses manufaktur, kekuatan, kekakuan, presisi, dan keterkaitan dengan komponen lainnya. Meskipun hasil langsung dari desain struktural adalah gambar teknis, tugas ini tidak sesederhana perancangan mekanis.
Cetak biru hanya mengekspresikan skema desain dalam bahasa teknik; menerapkan berbagai teknik dalam desain mekanisme untuk mewujudkan konsep desain adalah konten mendasar dari desain struktural.
Fungsi struktur mekanis terutama dicapai melalui bentuk geometris komponen-komponennya dan hubungan posisi relatif di antara mereka. Bentuk geometris komponen dibentuk oleh permukaannya.
Biasanya, suatu komponen terdiri dari beberapa permukaan, beberapa di antaranya secara langsung bersentuhan dengan permukaan komponen lainnya. Permukaan yang bersentuhan ini disebut sebagai permukaan fungsional. Area yang menghubungkan permukaan fungsional ini disebut permukaan sambungan.
Permukaan fungsional suatu komponen sangat penting dalam menentukan fungsi mekanisnya. Desain permukaan fungsional ini merupakan inti dari desain struktural komponen.
Parameter geometris utama yang digunakan untuk menggambarkan permukaan fungsional meliputi bentuk geometris, ukuran, jumlah permukaan, posisi, urutan, dll. Berbagai solusi struktural dapat dicapai untuk mewujudkan fungsi teknis yang sama melalui desain permukaan fungsional yang berbeda.
Dalam mesin atau sistem mekanis apa pun, tidak ada komponen yang berdiri sendiri.
Oleh karena itu, selain mempelajari fungsi dan karakteristik terkait dari setiap komponen selama desain struktural, juga perlu untuk mengeksplorasi keterkaitan di antara komponen-komponen tersebut.
Keterkaitan antar komponen dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori: hubungan langsung dan tidak langsung.
Dua bagian dengan hubungan perakitan langsung dianggap berhubungan langsung, sedangkan yang tidak berhubungan langsung dianggap berhubungan tidak langsung. Hubungan tidak langsung dapat dibagi lebih lanjut ke dalam kelas yang berhubungan dengan posisi dan gerakan.
Hubungan posisi mengacu pada persyaratan bagi dua komponen untuk mempertahankan pengaturan ruang tertentu.
Misalnya, dalam peredam kecepatan, tombol jarak tengah antara dua poros transmisi yang berdekatan harus mempertahankan presisi tertentu, dan kedua sumbu poros harus sejajar untuk memastikan penyambungan roda gigi yang normal.
Hubungan yang berhubungan dengan gerakan mengacu pada lintasan gerakan dari satu komponen yang berhubungan dengan komponen lainnya. Sebagai contoh, lintasan gerakan pembawa pahat bubut harus sejajar dengan garis tengah spindel, yang dijamin oleh paralelisme antara rel alas dan sumbu spindel.
Oleh karena itu, spindel dan rel terkait secara posisi, sedangkan pembawa pahat dan spindel terkait dengan gerakan.
Sebagian besar komponen memiliki dua atau lebih komponen yang berhubungan langsung. Dengan demikian, setiap bagian biasanya memiliki dua atau lebih lokasi yang secara struktural terkait dengan komponen lainnya.
Selama desain struktural, struktur bagian yang terkait langsung harus dipertimbangkan secara bersamaan untuk memilih metode perlakuan panas, bentuk, ukuran, presisi, dan permukaan material secara wajar.
Selain itu, persyaratan untuk hubungan tidak langsung, seperti rantai dimensi dan perhitungan presisi, juga harus dipertimbangkan.
Umumnya, semakin banyak bagian yang terkait langsung dengan suatu komponen, semakin kompleks strukturnya. Sebaliknya, semakin tinggi jumlah bagian yang terkait secara tidak langsung, semakin tinggi presisi yang diperlukan.
Berbagai bahan dapat dipilih dalam desain komponen, masing-masing dengan sifat yang unik. Bahan yang berbeda sesuai dengan proses manufaktur yang berbeda.
Proses desain tidak hanya membutuhkan pemilihan bahan yang sesuai berdasarkan persyaratan fungsional tetapi juga menentukan proses manufaktur yang sesuai berdasarkan jenis bahan.
Selanjutnya, struktur harus ditentukan menurut persyaratan proses manufaktur.
Hanya melalui desain struktural yang tepat, material yang dipilih dapat dimanfaatkan secara maksimal.
Agar perancang dapat memilih bahan untuk suku cadang dengan benar, mereka harus sepenuhnya memahami sifat mekanis, kemampuan mesin, dan efektivitas biaya dari bahan yang relevan.
Dalam desain struktural, prinsip-prinsip desain yang berbeda harus dipatuhi berdasarkan karakteristik bahan yang dipilih dan proses manufaktur yang sesuai.
Produk mekanis digunakan di berbagai industri, dengan spesifikasi dan persyaratan desain struktural yang sangat bervariasi.
Namun, persyaratan mendasar untuk desain struktural bersifat universal. Berikut ini menguraikan persyaratan untuk desain struktur mekanis pada tiga tingkat yang berbeda.
Upaya dicurahkan ke dalam perwujudan aspek teknis untuk memenuhi persyaratan mekanis utama.
Elemen-elemen seperti penerapan prinsip-prinsip kerja, keandalan operasi, proses, material, dan perakitan dibahas.
Menyeimbangkan berbagai tuntutan dan kendala untuk meningkatkan kualitas produk dan efektivitas biaya merupakan contoh desain teknik modern.
Area spesifik meliputi pengoperasian, estetika, keamanan, biaya, dan konservasi lingkungan. Dalam desain kontemporer, desain berkualitas sangat penting dan sering kali menentukan kekuatan kompetitif.
Pendekatan desain yang hanya berfokus pada pemenuhan fungsi teknis primer sudah ketinggalan zaman.
Inti desain mekanis modern terletak pada penyelarasan berbagai tuntutan, mencapai keseimbangan dan membuat pertukaran yang tepat di bawah premis memenuhi fungsi utama untuk meningkatkan kualitas produk.
Variabel desain struktural digunakan secara sistematis untuk membangun ruang desain yang dioptimalkan. Metode pemikiran desain kreatif dan metode ilmiah lainnya digunakan untuk seleksi dan inovasi.
Hasil akhir desain mekanis adalah mengekspresikan bentuk struktural yang ditentukan dalam gambar. Produk akhir dibuat menurut desain ini melalui proses pemesinan dan perakitan.
Oleh karena itu, desain struktur mekanis harus memenuhi berbagai persyaratan sebagai produk, termasuk fungsionalitas, keandalan, kemampuan proses, efisiensi ekonomi, dan bentuk estetika.
Selain itu, ini harus meningkatkan kapasitas penahan gaya komponen, meningkatkan kekuatan, kekakuan, presisi, dan masa pakainya.
Oleh karena itu, desain struktur mekanis adalah tugas teknis yang komprehensif. Desain struktur yang tidak masuk akal atau keliru dapat menyebabkan kegagalan komponen yang tidak terduga, mencegah alat berat mencapai presisi yang diperlukan, dan menyebabkan ketidaknyamanan yang cukup besar selama perakitan dan pemeliharaan.
Prinsip-prinsip desain struktur berikut ini harus dipertimbangkan dalam proses desain struktur mekanis.
Tujuan utama desain produk adalah untuk memenuhi persyaratan fungsional yang sudah ditentukan sebelumnya.
Oleh karena itu, prinsip desain untuk mencapai fungsionalitas yang diharapkan, merupakan pertimbangan pertama dalam desain struktural. Untuk memenuhi persyaratan fungsional ini, poin-poin berikut ini harus dipatuhi:
(1) Fungsionalitas Eksplisit:
Desain struktur harus menentukan parameter, dimensi, dan bentuk struktur berdasarkan fungsinya di dalam mesin dan interkoneksinya dengan komponen lain.
Fungsi utama komponen termasuk menahan beban, mentransmisikan gerakan dan daya, dan memastikan atau mempertahankan posisi relatif atau lintasan gerakan di antara bagian atau komponen terkait. Struktur yang dirancang harus memenuhi persyaratan fungsionalnya yang dipertimbangkan dari perspektif alat berat secara keseluruhan.
(2) Alokasi Fungsional:
Selama desain produk, sering kali perlu untuk mendelegasikan tugas secara wajar berdasarkan keadaan tertentu, misalnya, menguraikan satu fungsi menjadi beberapa subfungsi.
Setiap sub-fungsi harus didukung oleh struktur yang ditentukan, dan harus ada hubungan yang masuk akal dan terkoordinasi antara bagian-bagian struktural yang berbeda untuk mencapai fungsi keseluruhan.
Beberapa komponen struktural yang berbagi satu fungsi dapat meringankan beban masing-masing komponen, sehingga memperpanjang masa pakainya.
Sebagai contoh, struktur penampang sabuk-V adalah contoh distribusi tugas.
Kabel serat digunakan untuk menahan ketegangan; lapisan pengisi karet menyerap peregangan dan kompresi selama pembengkokan sabuk; lapisan kain berinteraksi dengan alur katrol untuk menghasilkan gesekan yang diperlukan untuk transmisi.
Contoh lainnya adalah ketika gesekan yang dihasilkan oleh pengencangan awal baut saja diandalkan untuk menahan beban lateral, yang dapat mengakibatkan baut menjadi terlalu besar. Masalah ini dapat diatasi dengan menambahkan komponen tahan geser, seperti pin, selongsong, dan kunci, untuk membagi beban lateral.
(3) Konsentrasi Fungsional: Untuk menyederhanakan struktur produk mekanis, mengurangi biaya produksi, dan memfasilitasi pemasangan, satu bagian atau komponen dapat ditugaskan beberapa fungsi dalam beberapa keadaan.
Walaupun konsentrasi fungsional dapat membuat bentuk komponen lebih kompleks, namun harus dimoderasi untuk menghindari peningkatan kesulitan pemesinan dan secara tidak sengaja meningkatkan biaya produksi. Desain harus ditentukan berdasarkan situasi spesifik.
(1) Kriteria kekuatan yang sama:
Perubahan dimensi penampang bagian harus disesuaikan dengan perubahan stres internalsehingga kekuatan setiap bagian sama.
Struktur yang didesain menurut prinsip kekuatan yang sama, dapat memanfaatkan bahan secara maksimal, sehingga mengurangi bobot dan biaya. Desain braket kantilever, poros berundak, dll.
(2) Struktur aliran gaya yang wajar:
Untuk menunjukkan secara visual, bagaimana gaya ditransmisikan dalam komponen mekanis, gaya dianggap mengalir seperti air dalam komponen, dan garis-garis gaya ini menyatu ke dalam aliran gaya.
Aliran gaya ini memainkan peran penting dalam pertimbangan desain struktural. Aliran gaya dalam komponen tidak akan terputus, dan tidak ada garis gaya yang tiba-tiba hilang. Gaya harus disalurkan dari satu tempat ke tempat lain.
Karakteristik lain dari aliran gaya adalah cenderung merambat di sepanjang rute terpendek, sehingga menghasilkan aliran gaya yang padat di dekat rute terpendek dan membentuk zona tegangan tinggi.
Aliran gaya di bagian lain jarang sekali, dan bahkan tidak ada aliran gaya yang melewatinya. Dari perspektif tegangan, material tidak dimanfaatkan sepenuhnya.
Oleh karena itu, untuk meningkatkan kekakuan komponen, bentuk komponen dirancang sesuai dengan jalur aliran gaya terpendek sebanyak mungkin, mengurangi area penahan beban, dan dengan demikian mengurangi akumulasi deformasi, meningkatkan kekakuan seluruh komponen dan memanfaatkan material sepenuhnya.
(3) Meminimalkan konsentrasi tegangan dalam struktur:
Ketika arah aliran gaya berubah secara tiba-tiba, gaya menjadi terlalu terkonsentrasi pada belokan, yang menyebabkan konsentrasi tegangan.
Langkah-langkah harus diterapkan dalam desain untuk memastikan perubahan arah gaya secara bertahap. Konsentrasi tegangan merupakan faktor signifikan yang mempengaruhi kekuatan kelelahan komponen.
Dalam desain struktural, upaya harus dilakukan untuk menghindari atau meminimalkan konsentrasi tegangan, seperti dengan meningkatkan jari-jari transisi, mengadopsi struktur pelepas tegangan, dan sebagainya.
(4) Membangun struktur yang seimbang dengan beban:
Selama pengoperasian mesinbeberapa gaya yang tidak perlu, seperti gaya inersia dan gaya aksial roda gigi heliks, sering kali dihasilkan.
Gaya-gaya ini tidak hanya meningkatkan beban pada komponen seperti poros dan bantalan, mengurangi presisi dan masa pakainya, tetapi juga menurunkan efisiensi transmisi alat berat. Penyeimbangan beban mengacu pada tindakan struktural yang sebagian atau seluruhnya menyeimbangkan gaya-gaya yang tidak perlu ini untuk mengurangi atau menghilangkan efek buruknya.
Langkah-langkah struktural ini terutama melibatkan penggunaan komponen penyeimbang dan pengaturan simetris.
Untuk memastikan bahwa komponen berfungsi secara normal selama siklus hidupnya, penting untuk memberikan kekakuan yang memadai.
Tujuan utama desain struktural komponen mekanis adalah untuk memastikan fungsionalitas, memungkinkan produk memenuhi performa yang diperlukan. Namun, rasionalitas desain secara langsung memengaruhi biaya produksi dan kualitas komponen.
Oleh karena itu, sangat penting dalam desain struktural untuk mengupayakan kemampuan manufaktur yang baik dari mekanisme komponen. Kemampuan manufaktur yang baik berarti struktur komponen mudah dibuat.
Setiap metode produksi memiliki keterbatasan, yang dapat mengakibatkan biaya produksi yang tinggi atau kualitas yang terganggu.
Oleh karena itu, penting bagi para desainer untuk memahami karakteristik berbagai metode manufaktur, sehingga dapat memaksimalkan kekuatannya dan meminimalkan kelemahannya selama desain.
Dalam produksi aktual, kemampuan manufaktur struktur komponen dibatasi oleh banyak faktor. Misalnya, ukuran batch produksi dapat memengaruhi metode pembuatan benda kerja kosong; kondisi peralatan produksi dapat membatasi ukuran benda kerja.
Selain itu, faktor-faktor seperti pencetakan, presisi, perlakuan panas, biaya, dll., berpotensi membatasi kemampuan manufaktur struktur komponen.
Oleh karena itu, faktor-faktor ini harus dipertimbangkan secara menyeluruh dalam desain struktural untuk mengetahui dampaknya pada kemampuan manufaktur.
Perakitan adalah langkah penting dalam proses pembuatan produk, dan struktur komponen secara langsung memengaruhi kualitas dan biaya perakitan. Panduan desain struktural untuk perakitan dijelaskan secara singkat sebagai berikut:
(1) Pembagian unit perakitan yang rasional:
Seluruh alat berat harus dibedah menjadi beberapa unit yang dirakit secara independen (suku cadang atau komponen) untuk mencapai operasi perakitan paralel dan khusus, memperpendek siklus perakitan, dan memfasilitasi inspeksi dan perbaikan teknis langkah demi langkah.
(2) Pastikan pemasangan komponen yang benar:
Hal ini mencakup pemosisian komponen yang akurat, menghindari perkawinan ganda, dan mencegah kesalahan perakitan.
(3) Memfasilitasi perakitan dan pembongkaran komponen:
Desain struktural harus memastikan ruang perakitan yang cukup, seperti ruang kunci pas; hindari perkawinan yang terlalu lama untuk mencegah peningkatan kesulitan perakitan dan potensi kerusakan pada permukaan perkawinan, seperti yang terlihat pada beberapa desain poros berundak; untuk memudahkan pembongkaran komponen, posisi untuk menempatkan alat pembongkaran harus disediakan, seperti pada kasus pelepasan bantalan.
(1) Konfigurasi produk harus disusun berdasarkan faktor-faktor seperti tingkat kegagalan, kerumitan perbaikan, ukuran, berat, dan karakteristik pemasangan.
Setiap komponen yang memerlukan perawatan harus mudah diakses. Komponen dengan tingkat kegagalan tinggi dan sakelar darurat yang memerlukan perawatan yang sering harus dilengkapi dengan aksesibilitas yang optimal.
(2) Produk, khususnya suku cadang habis pakai, komponen yang sering dibongkar pasang, dan peralatan tambahan, harus mudah dirakit dan dibongkar pasang.
Jalur bagi komponen untuk bergerak masuk dan keluar selama pembongkaran dan perakitan, idealnya berupa garis lurus atau lekukan yang landai.
(3) Titik pemeliharaan produk, seperti titik inspeksi dan titik pengujian, harus ditempatkan di lokasi yang mudah diakses.
(4) Produk yang memerlukan perawatan dan pembongkaran harus memiliki ruang operasional yang memadai di sekitarnya.
(5) Selama pemeliharaan, operator umumnya harus dapat melihat operasi internal. Selain mengakomodasi tangan atau lengan personel pemeliharaan, lorong juga harus menyisakan celah yang sesuai untuk observasi.
Desain suatu produk tidak hanya memenuhi kebutuhan fungsionalnya, tetapi juga mempertimbangkan nilai estetikanya, sehingga menarik bagi penggunanya. Sederhananya, sebuah produk haruslah berguna dan menarik. Secara psikologis, 60% keputusan manusia didasarkan pada kesan pertama.
Mengingat bahwa produk teknis adalah komoditas di pasar pembeli, merancang eksterior yang menarik adalah persyaratan desain yang penting. Selain itu, produk yang menarik secara estetika dapat membantu operator mengurangi kesalahan yang disebabkan oleh kelelahan.
Estetika desain mencakup tiga aspek: bentuk, warna, dan perawatan permukaan.
Apabila mempertimbangkan bentuk, perhatian harus diberikan pada proporsi ukuran yang harmonis, bentuk yang sederhana dan terpadu, serta penyempurnaan dan hiasan yang diberikan oleh warna dan pola.
Monokrom hanya cocok untuk komponen kecil. Komponen yang besar, khususnya yang bergerak, akan tampak monoton dan datar jika hanya menggunakan satu warna. Sedikit tambahan warna kontras dapat menyemarakkan skema warna secara keseluruhan.
Dalam situasi multi-warna, harus ada warna dasar yang dominan, dengan warna yang sesuai, yang dikenal sebagai warna kontras.
Namun demikian, jumlah warna yang berbeda pada satu produk tidak boleh berlebihan, karena terlalu banyak warna dapat memberikan kesan dangkal.
Warna-warna yang nyaman pada umumnya berada dalam kisaran kuning muda dan kuning-hijau hingga cokelat. Tren ini mengarah ke warna-warna yang lebih hangat, dengan warna kuning cerah dan hijau yang sering terlihat tidak nyaman; warna abu-abu yang kuat dapat terlihat menindas.
Warna-warna hangat seperti kuning, jingga-kuning, dan merah sebaiknya digunakan untuk lingkungan yang dingin, sedangkan warna-warna sejuk seperti biru muda sebaiknya digunakan untuk lingkungan yang panas.
Semua warna harus diredam. Selain itu, konfigurasi warna tertentu dapat membuat produk tampak aman dan kokoh.
Area dengan perubahan bentuk minimal dan permukaan yang lebih besar harus dikonfigurasikan dalam warna terang, sedangkan komponen dengan kontur yang bergerak dan aktif harus dikonfigurasikan dalam warna gelap. Warna gelap harus ditempatkan di bagian bawah mesin, dan warna terang di bagian atas.
Desain harus menyederhanakan produk dan tugas pemeliharaan:
(1) Selama desain, analisis biaya-manfaat harus dilakukan pada fungsi produk.
Gabungkan fungsi yang serupa atau identik, hapus fungsi yang tidak perlu untuk menyederhanakan produk dan tugas pemeliharaan.
(2) Desain harus bertujuan untuk kesederhanaan dalam struktur sekaligus memenuhi persyaratan fungsional yang ditentukan.
Jumlah lapisan dan komponen hirarkis harus diminimalkan, dan bentuk komponen disederhanakan sebanyak mungkin.
(3) Produk harus dirancang dengan mekanisme penyesuaian yang mudah digunakan namun dapat diandalkan untuk mengatasi masalah umum yang disebabkan oleh keausan atau penyimpangan.
Untuk suku cadang yang mahal dan rentan terhadap keausan lokal, rancanglah sebagai rakitan yang dapat disesuaikan atau dilepas untuk memudahkan penggantian atau perbaikan sebagian. Hindari atau minimalkan kebutuhan untuk penyesuaian berulang karena komponen yang saling berhubungan.
(4) Komponen harus disusun secara logis untuk mengurangi jumlah konektor dan perlengkapan, sehingga pemeriksaan, penggantian komponen, dan tugas pemeliharaan lainnya menjadi lebih sederhana dan nyaman.
Sebisa mungkin, desain harus memungkinkan perbaikan komponen apa pun tanpa perlu membongkar, memindahkan, atau minimal membongkar atau memindahkan komponen lain. Pendekatan ini menurunkan tingkat keterampilan dan beban kerja yang diperlukan personel pemeliharaan.
Sebagai pendiri MachineMFG, saya telah mendedikasikan lebih dari satu dekade karier saya untuk industri pengerjaan logam. Pengalaman saya yang luas telah memungkinkan saya untuk menjadi ahli di bidang fabrikasi lembaran logam, permesinan, teknik mesin, dan peralatan mesin untuk logam. Saya terus berpikir, membaca, dan menulis tentang subjek-subjek ini, terus berusaha untuk tetap menjadi yang terdepan di bidang saya. Biarkan pengetahuan dan keahlian saya menjadi aset bagi bisnis Anda.
ID 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR