Pengantar Area Tegangan Tarik Benang
Luas penampang ulir yang menahan tegangan tarik, yang sering dilambangkan sebagai As, mewakili luas penampang efektif yang menanggung beban tarik pada pengencang berulir. Parameter ini sangat penting dalam desain mekanik untuk menghitung kekuatan dan kapasitas menahan beban baut, sekrup, dan komponen berulir lainnya. Parameter ini memperhitungkan geometri ulir dan diturunkan dari standar industri yang telah ditetapkan seperti GB/T 16823.1-1997 untuk ulir metrik dan ASME B1.1 untuk ulir inci terpadu.
Dalam aplikasi teknik, pengetahuan yang akurat tentang area tegangan memastikan desain yang aman dan efisien, mencegah kegagalan akibat beban aksial. Bagan ini menyediakan data komprehensif untuk ulir metrik (berbasis ISO) dan inci (Terpadu), termasuk berbagai pitch dan jumlah ulir. Gunakan sumber daya ini untuk analisis struktural, pemilihan pengikat, dan kepatuhan terhadap standar internasional.
- Ulir metrik ditentukan dalam milimeter, mencakup ukuran dari M1 hingga M70.
- Ulir inci mencakup seri UNC (kasar) dan UNF (halus), dari #1 hingga 3-3/4 inci.
- Semua nilai diverifikasi terhadap rumus standar untuk memastikan keandalannya.
Tabel Luas Tegangan Tarik Benang Metrik (Satuan: mm)
Tabel berikut mencantumkan diameter nominal, pitch (P), dan luas tegangan tarik (As dalam mm²) untuk ulir metrik. Data bersumber dari GB/T 16823.1-1997, yang mendefinisikan luas tegangan dan bantalan untuk pengencang berulir. Perhatikan bahwa untuk setiap diameter, beberapa pitch disediakan jika berlaku, yang mencerminkan pilihan ulir kasar dan halus.
| Benang | Jarak P (mm) | Luas Tegangan (dalam mm²) | Benang | Jarak P (mm) | Luas Tegangan (dalam mm²) | Benang | Jarak P (mm) | Luas Tegangan (dalam mm²) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| M1 | 0.25 | 0.46 | M12 | 1.75 | 84.27 | M36 | 2 | 914.54 |
| M1 | 0.2 | 0.52 | M12 | 1.5 | 88.13 | M36 | 1.5 | 939.85 |
| M1.1 | 0.25 | 0.59 | M12 | 1.25 | 92.07 | M39 | 4 | 975.76 |
| M1.1 | 0.2 | 0.65 | M12 | 1 | 96.1 | M39 | 3 | 1028.39 |
| M1.2 | 0.25 | 0.73 | M14 | 2 | 115.44 | M39 | 2 | 1082.41 |
| M1.2 | 0.2 | 0.8 | M14 | 1.5 | 124.55 | M39 | 1.5 | 1109.94 |
| M1.4 | 0.3 | 0.98 | M14 | 1 | 134 | M42 | 4.5 | 1120.92 |
| M1.4 | 0.2 | 1.15 | M16 | 2 | 156.67 | M42 | 4 | 1148.93 |
| M1.6 | 0.35 | 1.27 | M16 | 1.5 | 167.25 | M42 | 3 | 1205.98 |
| M1.6 | 0.2 | 1.57 | M16 | 1 | 178.17 | M42 | 2 | 1264.42 |
| M1.8 | 0.35 | 1.7 | M18 | 2.5 | 192.47 | M45 | 4.5 | 1306.01 |
| M1.8 | 0.2 | 2.04 | M18 | 2 | 204.18 | M45 | 4 | 1336.23 |
| M2 | 0.4 | 2.07 | M18 | 1.5 | 216.24 | M45 | 3 | 1397.71 |
| M2 | 0.25 | 2.45 | M18 | 1 | 228.63 | M45 | 2 | 1460.57 |
| M2.2 | 0.45 | 2.48 | M20 | 2.5 | 244.8 | M48 | 5 | 1473.16 |
| M2.2 | 0.25 | 3.03 | M20 | 2 | 257.98 | M48 | 4 | 1537.67 |
| M2.5 | 0.45 | 3.39 | M20 | 1.5 | 271.5 | M48 | 3 | 1603.57 |
| M2.5 | 0.35 | 3.7 | M20 | 1 | 285.38 | M48 | 2 | 1670.85 |
| M3 | 0.5 | 5.03 | M22 | 2.5 | 303.4 | M52 | 5 | 1757.84 |
| M3 | 0.35 | 5.61 | M22 | 2 | 318.06 | M52 | 4 | 1828.25 |
| M3.5 | 0.6 | 6.78 | M22 | 1.5 | 333.06 | M52 | 3 | 1900.05 |
| M3.5 | 0.35 | 7.9 | M22 | 1 | 348.4 | M52 | 2 | 1973.22 |
| M4 | 0.7 | 8.78 | M24 | 3 | 352.51 | M70 | 6 | 3254.39 |
| M4 | 0.5 | 9.79 | M24 | 2 | 384.42 | M70 | 4 | 3446.88 |
| M4.5 | 0.75 | 11.32 | M24 | 1.5 | 400.89 | M70 | 3 | 3545.2 |
| M4.5 | 0.5 | 12.76 | M24 | 1 | 417.71 | M70 | 2 | 3644.9 |
| M5 | 0.8 | 14.18 | M27 | 3 | 459.41 | M70 | 1.5 | 3695.27 |
| M5 | 0.5 | 16.12 | M27 | 2 | 495.74 | |||
| M6 | 1 | 20.12 | M27 | 1.5 | 514.43 | |||
| M6 | 0.75 | 22.03 | M27 | 1 | 533.46 | |||
| M7 | 1 | 28.86 | M30 | 3.5 | 560.59 | |||
| M7 | 0.75 | 31.14 | M30 | 2 | 621.2 | |||
| M8 | 1.25 | 36.61 | M30 | 1.5 | 642.1 | |||
| M8 | 1 | 39.17 | M30 | 1 | 663.34 | |||
| M8 | 0.75 | 41.81 | M33 | 3.5 | 693.56 | |||
| M10 | 1.5 | 57.99 | M33 | 2 | 760.8 | |||
| M10 | 1.25 | 61.2 | M33 | 1.5 | 783.91 | |||
| M10 | 1 | 64.49 | M36 | 4 | 816.73 | |||
| M10 | 0.75 | 67.88 | M36 | 3 | 864.94 |
Rumus Perhitungan untuk Ulir Metrik
Luas area tegangan tarik untuk ulir metrik dihitung menggunakan rumus:
As = (π / 4) × [(d₂ + d₃) / 2]²
Di mana:
- d₂: Diameter ulir luar dasar (per GB/T 196).
- d₃: Diameter minor ulir luar, dihitung sebagai d₃ = d₁ – H/6.
- d₁: Diameter minor dasar ulir luar (sesuai GB/T 196).
- H: Tinggi segitiga fundamental (menurut GB/T 192).
Rumus ini memastikan perhitungan yang tepat untuk ulir khusus atau non-standar, sesuai dengan persyaratan ISO 898-1 untuk kekuatan pengikat.
Tabel Luas Tegangan Tarik Benang Inci (Satuan: inci)
Tabel ini menyediakan data untuk ulir inci terpadu, termasuk diameter nominal (d), ukuran dalam inci, jumlah ulir per inci (n), dan luas penampang tegangan tarik (As dalam in²). Tabel ini mencakup seri UNC (kasar) dan UNF (halus), berdasarkan standar ASME B1.1.
| Diameter Nominal d | Ukuran (inci) | Benang/n | Luas Area Stres (dalam²) | Diameter Nominal d | Ukuran (inci) | Benang/n | Luas Area Stres (dalam²) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1# | 0.073 | 64 | 0.00262 | 1# | 0.073 | 72 | 0.00278 |
| 2# | 0.086 | 56 | 0.0037 | 2# | 0.086 | 64 | 0.00393 |
| 3# | 0.099 | 48 | 0.00486 | 3# | 0.099 | 56 | 0.00523 |
| 4# | 0.112 | 40 | 0.00603 | 4# | 0.112 | 48 | 0.0066 |
| 5# | 0.125 | 40 | 0.00796 | 5# | 0.125 | 44 | 0.00831 |
| 6# | 0.138 | 32 | 0.00909 | 6# | 0.138 | 40 | 0.01014 |
| 8# | 0.164 | 32 | 0.01401 | 8# | 0.164 | 36 | 0.01473 |
| 10# | 0.1875 | 24 | 0.01695 | 10# | 0.1875 | 32 | 0.01937 |
| 12# | 0.216 | 24 | 0.02416 | 12# | 0.216 | 28 | 0.02579 |
| 1/4 | 0.25 | 20 | 0.03182 | 1/4 | 0.25 | 28 | 0.03637 |
| 5/16 | 0.3125 | 18 | 0.05243 | 5/16 | 0.3125 | 24 | 0.05807 |
| 3/8 | 0.375 | 16 | 0.07749 | 3/8 | 0.375 | 24 | 0.08783 |
| 7/16 | 0.4375 | 14 | 0.10631 | 7/16 | 0.4375 | 20 | 0.11872 |
| 1/2 | 0.5 | 13 | 0.1419 | 1/2 | 0.5 | 20 | 0.15995 |
| 9/16 | 0.5625 | 12 | 0.18194 | 9/16 | 0.5625 | 18 | 0.20298 |
| 5/8 | 0.625 | 11 | 0.226 | 5/8 | 0.625 | 18 | 0.25596 |
| 3/4 | 0.75 | 10 | 0.33446 | 3/4 | 0.75 | 16 | 0.37296 |
| 7/8 | 0.875 | 9 | 0.46173 | 7/8 | 0.875 | 14 | 0.50947 |
| 1 | 1 | 8 | 0.60575 | 1 | 1 | 12 | 0.66304 |
| 1-1/8 | 1.125 | 7 | 0.76328 | 1-1/8 | 1.125 | 12 | 0.85572 |
| 1-1/4 | 1.25 | 7 | 0.96911 | 1-1/4 | 1.25 | 12 | 1.07295 |
| 1-3/8 | 1.375 | 6 | 1.15488 | 1-3/8 | 1.375 | 12 | 1.31471 |
| 1-1/2 | 1.5 | 6 | 1.40525 | 1-1/2 | 1.5 | 12 | 1.58102 |
| 1-3/4 | 1.75 | 5 | 1.89946 | ||||
| 2 | 2 | 4.5 | 2.49823 | ||||
| 2-1/4 | 2.25 | 4.5 | 3.24769 | ||||
| 2-1/2 | 2.5 | 4 | 3.99883 | ||||
| 2-3/4 | 2.75 | 4 | 4.93401 | ||||
| 3 | 3 | 4 | 5.96737 | ||||
| 3-1/4 | 3.25 | 4 | 7.09891 | ||||
| 3-1/2 | 3.5 | 4 | 8.32862 | ||||
| 3-3/4 | 3.75 | 4 | 9.65651 |
Rumus Perhitungan untuk Ulir Inci
Luas area tegangan tarik untuk ulir inci terpadu dihitung sebagai:
As = 0,7854 × [d – (0,9743 / n)]²
Di mana:
- d: Diameter nominal dalam inci.
- n: Jumlah ulir per inci.
Perkiraan ini berasal dari diameter efektif dan banyak digunakan dalam standar ASME dan SAE untuk perhitungan kekuatan baut.
Aplikasi dan Pentingnya dalam Desain Mekanik
Luas area tegangan tarik sangat penting untuk menentukan beban tarik maksimum yang diizinkan pada pengencang berulir menggunakan rumus: F = As × σ, di mana σ adalah kekuatan tarik material. Hal ini membantu dalam:
- Memilih ukuran baut yang tepat untuk sambungan struktural di industri otomotif, kedirgantaraan, dan konstruksi.
- Memastikan kepatuhan terhadap faktor keselamatan dalam aplikasi beban tinggi seperti bejana tekan atau mesin.
- Mengoptimalkan desain dengan membandingkan ulir kasar dan ulir halus untuk ketahanan terhadap kelelahan atau kemudahan perakitan.
Selalu verifikasi sifat material dan panjang pengikatan sesuai standar yang relevan untuk menghindari desain yang kurang atau berlebihan.
Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)
- Apa perbedaan antara luas tegangan tarik dan luas diameter minor?
- Luas tegangan tarik (As) adalah luas efektif yang memperhitungkan geometri akar ulir, biasanya lebih besar daripada luas diameter minor untuk mencerminkan distribusi beban aktual. Luas ini digunakan untuk perhitungan kekuatan, sedangkan luas diameter minor murni bersifat geometris.
- Bagaimana jarak antar ulir memengaruhi area tegangan pada ulir metrik?
- Jarak ulir yang lebih kecil menghasilkan area tegangan yang lebih besar untuk diameter yang sama karena meningkatkan diameter efektif. Misalnya, pada M12, jarak ulir 1 mm menghasilkan As = 96,1 mm², dibandingkan dengan 84,27 mm² untuk jarak ulir 1,75 mm.
- Apakah nilai-nilai ini berlaku untuk baut dan sekrup?
- Ya, area tegangan ini berlaku untuk ulir luar pada baut dan sekrup sesuai GB/T 16823.1 dan ASME B1.1, dengan asumsi bentuk ulir standar. Untuk ulir dalam, area geser mungkin berbeda.
- Mengapa menggunakan benang halus daripada benang kasar?
- Ulir halus memberikan area tegangan yang lebih tinggi dan ketahanan lelah yang lebih baik karena akar yang lebih dangkal, ideal untuk aplikasi yang rentan terhadap getaran. Namun, ulir kasar menawarkan perakitan yang lebih mudah dan kekuatan geser yang lebih tinggi.
- Bagaimana cara menghitung luas area tegangan untuk ulir non-standar?
- Gunakan rumus yang disediakan dengan dimensi tepat dari GB/T 196 atau ASME B1.1. Untuk akurasi, ukur d₂ dan d₃ atau konsultasikan perangkat lunak yang sesuai dengan ISO 898-1.
- Apakah konversi antara sistem metrik dan inci mudah dilakukan?
- Tidak, karena bentuk ulir yang berbeda. Konversikan satuan (1 in² = 645,16 mm²), tetapi pilih ukuran yang setara berdasarkan persyaratan beban, bukan kecocokan dimensi langsung.
