SOALAN 1 - fkm.utm.mymyunus/exam2.pdf · 1 MYA-Mekanik Mesin UTM . ... ujikaji diketahui amplitud getaran selepas satu ayunan lengkap adalah 1/50 daripada ... Frekuensi tabii sistem

SZM 3203-MEKANIK MESIN-APRIL 2001

SOALAN 1

Rajah S1 menunjukkan satu sistem gear pengecilan tiga peringkat yang digunakan

untuk meghantar kuasa dari satu punca kuasa ke gegendang yang bergarispusat 1 m.

Sistem ini dipacu oleh satu punca kuasa yang berkeupayaan menghasilkan dayakilas

maksimum 500 Nm pada kelajuan 500 ppm dan dapat memecut dengan pecutan

maksimum 10 rad/s2. Kirakan:-

(i) Halaju sudut dan pecutan sudut di gegendang.

(ii) Kuasa yang diperlukan untuk mengatasi dayakilas geseran di bering.

(iii) Kuasa yang diperlukan untuk memberikan pecutan kepada sistem gear.

(iv) Beban yang dapat ditarik naik oleh gegendang melalui satu takal

dengan pecutan maksimum.

(Perhatian : Abaikan geseran pada takal, jisim takal dan tali adalah tak anjal)

5Beban

Takal

DEA

1

Punca Kuasa

BC

Gegendang

G F

4

3

Rajah S1

26

Data-data yang diberikan adalah seperti berikut:- Bilangan gigi giar, t ; t1=40 ; t2=100 ; t3=40 ; t4=160 t5=40 ; t6=200

Moment Inersia, I ; Isyaf punca kuasa=2 kgm2 ; Isyaf gear 2,3=10 kgm2 ;

Isyaf gear 4,5=20 kgm2 ; Isyaf gear 6 & gegendang=40 kgm2

Dayakilas geseran pada bering, F ; FA=5 Nm ; FB=FC=10 Nm ; FD=FE=20 Nm ;

FF=FG=50 Nm.

Kecekapan cantuman gear, η ; η1/2= η3/4= η5/6=85%

MYA-Mekanik Mesin UTM 1


SOALAN 2

Sebuah enjin 6 silinder masing masing mempunyai jisim gerak salingan 1.2 kg,

panjang lejang silinder 120 mm, panjang rod penyambung 180 mm dan bekerja pada

kelajuan 2000 ppm.

(i) Kaji keseimbangan enjin tersebut jika ia dijadikan sebuah enjin segarisan 4

lejang dengan aturan nyala 1-5-3-6-4-2 dan jarak antara satah silinder adalah

sama iaitu 0.2 m. Berikan magnitud dan arah sebarang daya atau momen yang

tidak imbang.

(ii) Kaji keseimbangan enjin tersebut jika ia dijadikan sebuah enjin jejarian atau

‘radial’ dengan sudut paksi lejang adalah sama dan aturan silinder ialah 1-2-3-

4-5-6 ikut arah pusingan jam. Berikan magnitud dan arah sebarang daya atau

momen yang tidak imbang.



SOALAN 3

Sebuah motor eletrik yang berkeupayaan menghasilkan dayakilas malar 50 Nm

bekerja pada kelajuan 300 ppm digunakan untuk memacu sebuah mesin penebuk.

Perubahan dayakilas semasa proses penebukkan adalah diberikan oleh Rajah S3.

Berpandukan pada rajah tersebut, dapatkan perkara perkara berikut:-

(i) Bilangan penebukan yang dihasilkan dalam masa satu jam.

(ii) Perubahan maksimum tenaga dalam satu kitar.

(iii) Jika jumlah momen inersia bagi motor, mesin penebuk dan roda tenaga ialah

10 kgm2, dapatkan halaju maksimum dan minimum dalam satu kitar.

Rajah S3

t (saat) 1 saat

50

150

T (Nm)



SOALAN 4

Rotor turbin sebuah kapal berjisim 2000 kg dan berputar pada kelajuan 3000 ppm ikut

arah pusingan jam jika diperhatikan dari arah belakang kapal. Diketahui bahawa

jejari kisar bagi rotor tersebut ialah 0.5 m. Dapatkan momen giroskopik dan kesannya

terhadap kapal apabila kapal tersebut mengemudi ke arah kanan dengan jejari

kelengkungan 100 m pada kelajuan 16.1 knots (1 knot = 1855 m/hr).

Kirakan juga momen giroskopik dan kesannya apabila kapal menganggul (pitching)

dengan gerakan ombak dianggapkan sebagai Gerakan Harmonik Mudah, dan bebusur

kapal (bow) menjunam kebawah pada halaju maksimum. Diketahui bahawa sela

masa ketika kapal menganggul ialah 50 saat dan jumlah anjakan sudut ketika

menganggul di antara kedudukan tertinggi dan terendah ialah 12o. Tentukan juga

pecutan maksimum ketika tersebut kapal tersebut menganggul.



SOALAN 5

Rajah S5 menunjukkan satu sistem yang mengandungi rasuk, ceper dan blok yang

disokong oleh spring dan juga peredam. Sebuah blok, MA yang digantung dengan

kabel tak anjal diikat pada rasuk dan melalui satu ceper ditarik ke bawah dan

kemudian dilepaskan. Didapati sistem tersebut akan berayun bebas dan daripada

ujikaji diketahui amplitud getaran selepas satu ayunan lengkap adalah 1/50 daripada

asal. Kirakan:-

(i) nilai pekali redaman, C,

(ii) masa pekalaan, T bagi ayunan yang terjadi.

Diberikan; K1 = 2 x 103 N/m ; K2 = 1 x 103 N/m ; MA = 4 kg ; MB = 30 kg ; MC = 32 kg dan L = 1 meter.

Momen Inersia rod, 3

2mL01I =

Momen Inersia ceper, 2

2mR02I =

02

01

MB

MC

Rajah S5

L/4

MA

L/2L/2

C

K1

K2

4C



SOALAN 6

Rajah S6 menunjukkan sebuah pelantar berjisim 100 kg diletakkan di atas sebuah

penyokong yang menyebabkan ianya mengalami anjakan statik sebanyak 4 mm. Jika

pekali redaman penyokong adalah 2000 Ns/m kirakan:-

(a) Frekuensi tabii sistem.

(b) Pekali pemalar pegas pada penyokong.

(c) Nisbah redaman pada penyokong.

(i) Jika lantai bergerak dengan gerakan harmonik mudah iaitu, y = 2 sin 50 t,

dapatkan:-

(d) Amplitud keadaan mantap gerakan pelantar.

(ii) Jika pelantar kemudian ditindaki oleh daya ujaan harmonik, P = Po sin 50 t,

kirakan pula:-

(e) Daya ujaan Po untuk menghasilkan amplitud keadaan mantap yang

sama dengan bahagian (i) bagi pelantar tersebut.

(f) Daya yang dihantar oleh penyokong ke lantai.

Rajah S6

100 kg

C K

(ii) P = Po sin 50 t

(i) y = 2 sin 50 t



TRANSLATION

QUESTION 1

Figure S1 shows three stages reduction gear system is used for power transmission

from one power source to a drum with a diameter of 1 meter. The power source is

capable of produces a maximum torque of 500 Nm at the speed of 500 rpm, with a

maximum acceleration of 10 rad/s2. For the given data, determine the following:-

(i) The angular speed and acceleration of the drum.

(ii) The required power to overcome the friction torque at the bearing.

(iii) The required power to give the acceleration of the gearing system.

(iv) The load that can be raised through the pulley with the maximum

acceleration.

(Notes: Neglect the friction on pulley, mass of the pulley and the rope is in-elastic).

QUESTION 2

In a six-cylinder engine with equal reciprocating masses of 1.2 kg, crank length is 120

mm and connecting rod length is 180 mm runs at 2000 rpm.

(i) Investigate the out-of-balance forces and moments and specifying the

magnitude and phase if the engine is arranged in-line with firing order 1-5-3-

6-4-2. The distance between cylinder centre line is 0.2 m.

(ii) Investigate the out-of-balance forces and moments and specifying the

magnitude and phase if the engine is a radial engine. The number of cylinder

is arranged as 1-2-3-4-5-6 in a clockwise direction with same crank angle.



QUESTION 3

A punching press is driven by a constant torque electric motor with produce a torque

of 50 Nm at 300 rpm. The variation with time of the torque required on the driving

shaft of a machine during one cycle of operation is as shown in Figure S3. Determine

the following:-

(i) The maximum number of pressings that can be made in one hour.

(ii) The maximum fluctuation of energy during the cycle.

(iii) If the total moment inertia is 10 kgm2, what is the maximum and minimum

speed during the cycle.

QUESTION 4

The turbine rotor of a ship has a mass of 2000 kg, a radius gyration of 0.5 m and

rotates at 3000 rpm in a clockwise direction when viewed from stern. Determine the

gyroscopic couple and its effect upon ship when the ship is steering to the right on a

curve of 100 m at a speed of 16.1 knots (1 knot =1855 m/hr).

Calculate also the gyroscopic couple and its effect when the ship is pitching in a

simple harmonic motion, the bow falling with its maximum velocity. The period of

pitching is 50 seconds and the total angular displacement between the two extreme

positions is 12 degrees. What is the maximum acceleration during this condition.



QUESTION 5

Figure S5 shows a system which consist of rod, disk and block A pivoted at 01 and

supported by two springs with stiffnesses of K1=2x103 N/m and K2=1x103 N/m and

two dash-pots. The system is then given a small oscillation and released. It is found

that the reduction amplitude is 1/50 of one complete oscillation. Determine the

following:-

(i) Damping values, C

(ii) Period motion of the system for one complete oscillation, T.

QUESTION 6

Figure S6 shows a platform of mass 100 kg supported by a spring and fixed with a

dash-pot, which causes a vertical static deflection of 4 mm. If the coefficient of

damping is 2000 Ns/m, calculate;

(a) natural frequency of the system,

(b) the stiffness coefficient of the spring, and

(c) damping ratio of the supports.

(i) If the floor is permits vibratory movement is vertical direction with “Simple

Harmonic Motion”, where y = 2 sin 50 t, determine;

(d) the amplitude of steady state motion.

(ii) If the platform is further excited by a harmonic force where, P = Po sin 50 t,

determine;

(e) the excitation force, Po so that the amplitude of steady state motion is the

same as part (ii), and

(f) the force transmitted by the supports to the floor.


Documents

SOALAN 1 - fkm.utm.mymyunus/exam2.pdf · 1 MYA-Mekanik Mesin UTM . ... ujikaji diketahui amplitud getaran selepas satu ayunan lengkap adalah 1/50 daripada ... Frekuensi tabii sistem