Bab 4 Praktikum Metrologi

BAB IV PENGUKURAN SPESIMEN DAN GEOMETRI ULIR

1. Dasar Teori Alat Ukur

1.1 Pengertian Pengukuran Geometri Ulir Ulir (screw thread) mempunyai peranan sangat penting didalam konstruksi suatu mesin atau peralatan teknis lainnya. Fungsi tersebut adalah sebagai alat pengunci atau sebagai alat penerus (transmisi) daya. Salah satu contoh penggunaannya dalam jumbo jet sepeti boeing 747 dan Lockheed L1011 yang memerlukan sebanyak 2,5 juta alat pengunci. Dalam pengukuran geometri ulir ada tiga komponen utama yaitu : v

Jarak puncak ( pitch ) adalah jarak antara bentuk ulir yang berdekatan diukur sejajar dengan sumbu ulir.

v

Diameter besar ( major diameter ) adalah diameter terbesar dari ulir sekrup.

v

Diameter kecil ( minor diameter ) adalah diameter terkecil dari sekrup.

pengukuran geometri ulir dimaksudkan untuk memastikan kekuatan atau daya tahan kelelahan dari ulir atau mungkin juga untuk menjamin ketelitian pengubahan gerak dari gerakkan (rotasi menjadi gerakkan translasi) dari system pengubahan gerakan yang memakai ulir. ( Shigley, 1989)

1.2 Jenis-Jenis Alat untuk Pengukuran Spesimen dan Geometri Ulir Jenis-jenis alat yang digunakan untuk pengukuran specimen dan geometri ulir antara lain sebagai berikut : 1. Vernier Caliper

Gambar.4.1. Vernier Caliper / Jangka Sorong

Vernier caliper dapat digunakan untuk mengukur dimensi bagian dalam dan luar suatu benda. Vernier caliper terdiri dari bilah utama dan bilah pembantu. Bilah Utama dibagi dalam milimeter, bilah pembantu dibagi 100. 100 garis pada bilah pembantu sama dengan 49 milimeter pada bilah utama. Jadi panjang satu garis pada bilah pembantu adalah = 100/49 mm. Bila suatu garis bilah pembantu berhimpit dengan suatu tanda pada skala utama, maka  Asyari harga ukurnya adalah jumlah skala dihitung dari angka 0 x 0,02 mm. ( Asyari  Daryus,2000)

2. Mikrometer Ulir Digital

Gambar 4.2. Mikrometer Ulir Digital

Mikrometer ulir digunakan untuk mengukur diameter pits. Diameter pits adalah diameter dari silinder khayal dengan sumbu yang berimpit dengan sumbu ulir dan memotong sisi ulir sedemikian rupa sehingga tebal ulir dari  jarak ruang kosong diantara sisi ulir yang berseberangan adalah sama dengan setengah dari pits. ( Asyari Daryus,2000)

3. Three Wire Unit Gauge Cara pengukuran diameter pits yang teliti dan banyak dipraktekkan adalah dengan metode tiga kawat. Cara tersebut menggunakan tiga buah kawat dengan diameter sama. Untuk menghindari banyaknya macam diameter kawat, maka kawat pengukur ulir tersebut hanya dibuat menurut set yang tertentu. (Syamsul Arifin, 1981)

Gambar 4.3. Three Wire Unit Gauge Carll Zeiss membuat set yang berisi 21 buah kawat dari 0.17mm

sampai 6.35 mm yang dapat digunakan untuk mengukur ulir dengan harga pits dari 0.25 mm sampai dengan 12 mm. Jika kawat dari set tersebut dipilih dengan tepat, maka singgungan kawat dengan sisi ulir hanya menyinggung terhadap diameter pits paling jauh sebesar 0.1 p (ke atas atau ke bawah).

4. Screw Pits Gauge Adalah alat untuk menentukan jumlah pitch pada suatu ulir dalam satu satuan panjang tertentu (inch). Missal 20 G, artinya dalam 1 inchi terdapat 20 pits. Dengan angka ini dapat diketahui jarak pits. ( Asyari  Asyari Daryus,2000)

Gambar 4.4 Screw Pits Gauge

5. Outside Mikrometer Kapasitas ukur dari micrometer yang paling kecil adalah sampai dengan 25 mm. Untuk mengukur dimensi luar yang lebih besar dari 25 mm dapat digunakan micrometer luar yang mempunyai kapasitas ukur 25-50mm, 50-

75mm dst. Kenaikan tingkat sebesar 25 mm ini dimaksudkan untuk menjaga  Asyari Daryus,2000) Daryus,2000) ketelitian dari micrometer. ( Asyari

Gambar 4.5. Outside Mikrometer

1.3 Cara Menggunakan Macam-Macam Alat Ukur Spesimen dan Ulir A. Vernier Caliper Pada pengukuran mula-mula kit abaca skala pada bilah utama. Harga vernier caliper diperoleh dengan melihat garis yang berimpit dengan garis pada skala utama. (Syamsul Arifin, 1981) B. Mikrometer Ulir Adapun cara penggunaan alat ukur ulir yaitu pertama pilih pana ulir sesuai dengan jarak pits teoritis. Periksa kedudukan nol, dengan cara menyentuhkan kedua sensor pana tersebut. Ukur diameter pits (d 2) pada tiga posisi yang berbeda. Ujung kontak dengan sisi yang diperpendek lebih sering digunakan, sebab pengaruh dari kesalahansudut sisi ulir maupun kesalahan dari sudut ujung kontak tersebut dapat dieliminir sehingga dapat diukur diameter fungsional dari ulir. (Syamsul Arifin, 1981) Cara Setting Setting nol Mikrometer Mikrometer Ulir a.

Bersihkan anvil dan spindle dengan kain bersih. Putar ratchet stopper  sampai anvil dan spindle bersentuhan. Kunci spindle pada posisi ini dengan lock clamp. Mikrometer telah dikalibrasi dengan bendar jika titik  nol thimble lurus dengan garis pada outer sleeve.

b.

Jika ketelitiannya 0,02 mm atau kurang. Kuncilah spindle dengan lock  clamp. Putarlah outer sleeve sampai tanda “0” thimble lurus dengan garis

dengan menggunakan penyetel.

c.

Jika ketelitiannya melebihi 0,02 mm. Kuncilah spindle dengan lock  clamp. Kendorkan stopper  sampai thimble bebas, luruskan tanda “0” thimble dengan garis pada outer sleeve dan kencangkan kembali ratcher  stopper . Putarlah outer sleeve sampai tanda “0” thimble lurus dengan

garis dengan menggunakan penyetel. (Syamsul Arifin, 1981) C. Three Wire Unit Gauge Cara pengukuran Three Wire Unit Gauge tersebut menggunakan tiga buah kawat dengan diameter sama. Setelah tiga kawat dengan diameter yang telah diketahui dipasang pada alur ulir, maka jarak M antara kawat yang berseberangan dapat diukur dengan menggunakan mikrometer. Selanjutnya diameter pits yang dicari dapat dihitung dengan menggunakan rumus. Diameter kawat harus dipilih sedemikian rupa sehingga tepat menyinggung sisi ulir pada lingkaran pits. ( Syamsul Arifin, 1981) D. Screw Pits Gauge Pilih screw pits yang sesuai dengan ukuran geometri ulir Setelah terpilih screw pits yang tepat, catat angka yang terdapat pada screw pits tersebut. Missal 20 G, artinya dalam 1 inchi terdapat 20 pits. Dengan angka  Asyari Daryus, 2000) ini dapat diketahui jarak pits. ( Asyari

E. Outside Mikrometer Posisi pengukuran sedapat mungkin dilakukan secara vertical dengan ditumpu pada rangka di sebelah landasan tetapnya. Apabila hal ini tidak  dimungkinkan maka sebelum pengukuran dilakukan kembali setting nol. Penyetelan kedudukan nol ini dilaksanakan dengan memegang micrometer dengan posisi sesuai dengan posisi pengukuran yang akan dilakukan. Caranya rahang micrometer ditempelkan setelah itu kunci rahanh dengan pengunci kemudian putar angka skala sehingga angka nol tepat pada garis penunjuk, (Taufiq Rochim, 1994)

1.4 Teori Perhitungan Geometri Ulir 1. Menghitung harga H, diameter minor (d1), diameter pits (d2)

2. Menghitung

3. Menghitung

untuk kualitas G

apabila ulir dimisalkan mempunyai kualitas 6

4. Menghitung toleransi jarak M (Mmax dan Mmin)

1.5 Aplikasi Pengukuran Geometri Ulir dalam Kehidupan Pengukuran geometri ulir digunakan pada indusri pembuatan ulir yang akan di produksi masal. Langkah pembuatan ulir yang pertama kali adalah membuat prototipenya yang kemudian di ukur menggunakan alat ukur geometri ulir. Dari sini perusahaan atau pabrik mengetahui sejauh mana kepresisian ulir yang akan dibuat dibuat si perancang. Sampai saat ini fenomena kepresisian kepresisian ulir masih menjadi riset oleh para engineer, mengingat penggunaan sekrup, baut, dan

semisalnya digunakan pada alat-alat yang vital dan relative tinggi harganya seperti pada komponen mesin. (J. Shigley., and C ,Mischke,  Mechanical  Engineering Design  Engineering Design, 5th Ed., Ed., San Francisco: McGraw-Hill Inc., 1989.

Selain itu pengukuran pengukuran geometri geometri ulir juga diterapkan pada dongkrak ulir yang merupakan komponen dari sebuah mobil.berikut ini salah satu contohnya:

Gambar 4.6. Dongkrak Ulir Untuk melepas

: Putar

persambungannya persambungannya

dalam

arah

1

sampai

dongkraknya bebas. Untuk menyimpan

: Putar persambunganny persambungannyaa dalam arah 2 sampai dongkrak  terikat dengan kuat dan aman untuk mencegah terlempar kedepan pada saat terjadi tabrakan atau pengereman mendadak.

http://www.toyota.co.id/cars/reference/hilux/article.php?article_id=1849&Mod el=Hilux

Aplikasi pengukuran geometri ulir juga diterapkan pada kompresor ulir ( screw compressor ). Kelebihan dari kompresor jenis ini adalah : v

Biaya investasinya rendah,

v

bentuknya kompak, ringan

v

mudah perawatannya,

v

mudah operasinya dan

v

fleksibel dalam pemasangannya pemasangannya

sehingga kompresor ini sangat popular di industri. Biasanya digunakan dengan ukuran 30 sampai 200 hp atau 22 sampai 150 kW.

Gambar 4.8 Kompresor Screw (Sunyoto,Dkk, (Sunyoto,Dkk, 2008, Teknik Mesin Industri. Jilid I Untuk SMK, Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan)

2. Tujuan Praktikum Pengukuran Spesimen dan Geometri Ulir

2.1 Tujuan Umum Dapat memahami tentang arti pengukuran geometri ulir baik mulai dari fungsi serta aplikasinya.

2.2 Tujuan Khusus 1. Mengetahui jenis-jenis alat ukur yang dapat digunakan untuk mengukur elemen geometri ulir 2. Mengetahui cara menggunakan alat ukur tersebut 3. Memahami cara mengukur elemen geometri ulir 4. Dapat membandingkan hasil dari alat ukur ulir

3. Peralatan dan Benda Ukur

3.1 Alat Ukur Praktikum dan Gambarnya Berikut alat-alat ukur yang digunakan dalam pengukuran geometri ulir : 1. Vernier Caliper

Gambar 4.9 Vernier Calliper

2. Mikrometer Stand

Gambar 4.10 Mikrometer Stand

3. Outside Mikrometer

Gambar 4.11. Outside Mikrometer 4. Mikrometer Ulir

Gambar 4.12. Mikrometer Ulir

5. Screw Pits Gauge

Gambar 4.13. Screw Pits Gauge

6. 3 wire unit gauge

Gambar 4.14. 3 wire unit gauge

3.2 Gambar Benda Ukur Dalam Pengukuran Spesimen Spesimen dan Geometri Ulir

Gambar 4.15. Benda Ukur 2D

Gambar 4.16. Benda Ukur 3D

3.3 Prosedur Pengukuran Geometri Ulir Berikut ini prosedur pengukuran geometri ulir : a.

Penentuan Spesifikasi Ulir

1. Melakukan pemeriksaan jarak pitch ulir dengan cara menempelkan gigi mal ulir pada ulir yang diperiksa 2. Menuliskan hasil pemeriksaan ulir tersebut seperti tercantum pada mal ulir pada lembar kerja tabel 3. b.

Pengukuran Pengukuran dengan outside Mikrometer 1. Memeriksa kedudukan kedudukan nol mikrometer dengan menggunakan menggunakan kaliber yang terdapat dalam nol 2. Melakukan pengukuran pada tiga tempat yang berbeda, sepanjang ulir tersebut. Gunakan

racet untuk memberikan tekanan yang relatif sama

pada setiap pengukuran. 3. Menuliskan hasil pembacaan pengukuran. c.

Pengukuran Diameter Pitch dengan Metode Tiga Kawat 1. Memilih diameter kawat yang akan digunakan. Diameter kawat (d 0) = , dimana P = Jarak pits teoritis. Diameter kawat yang dipilih adalah dD. 2. Mengukur jarak M (jarak antara sisi luar kawat yang bersebrangan), pada tiga posisi yang berbeda.

dD = diameter kawat yang dipilih •

o

= sudut sudut ulir ulir (ulir isometrik isometrik • = 60 )

d2 = diameter pits yang akan dicari 3. Menghitung diameter pits (d 2) berdasarkan pengukuran harga M rata-rata

4. Menuliskan hasil pengukuran pengukuran dan perhitungan pada lembar kerja, tabel 6 d. Pengukuran Diameter Pitch dengan Mikrometer Ulir 1. Memilih pana ulir sesuai dengan jarak pitch teoritis 2.

Memeriksa kedudukan nol, dengan cara menyentuhkan kedua sensor pana tersebut.

3. Mengukur diameter pitch (d2) pada tiga posisi yang berbeda. 4. Menuliskan hasil pengukuran pengukuran pada lembar kerja tabel 7.

4. Pembahasan

4.1 Data Pengukuran Pengukuran Geometri Ulir Tabel 1. Data Alat Ukur NAMA ALAT UKUR

mm

MERK

KECERMATAN

KAPASITAS UKUR

1. Spesimen 2. Vernier Caliper

0.02

15

3. Outside Mikrometer

Mitutoyo

0.01

0-25

Mikrometer Screw

Morhard

0.01

0-25

Screw Pitch Gage

Whitworth

Mikrometer Stand 3 Wire Gage Unit Ulir

Tabel 2. Data Pengukuran Spesimen

(mm)

HASIL PENGUKURAN

OBYEK UKUR

1

2

3

Rata-rata

A

34.40

34.30

34.40

34,36

B

9.10

9.80

9.90

9.86

C

56,50

56,30

56,20

56.16

D

42,92

42.90

42.80

42,86

E

39,90

40,00

40.00

39,96

F

20,00

19,90

19,90

19,93

Tabel 3 Spesifikasi Ulir Toleransi Yang Digunakan ISO Diameter Mayor Mayor (standar), d Jarak Pits, P

Geometri Ulir 9,53 1/18 x 25,4 = 1,41

Profil Dasar Ulir

18 G

Tabel 4. Harga Diameter Mayor

mm Posisi

Hasil Pengukuran

1

9,54

2

9,51

3

9,55

Gambar 4.17 Pengukuran diameter luar

9,53

Tabel 5. Harga Teoritik Elemen Geometri dan Toleransi Ulir Besaran

Rumus

Geometri Ulir

H

0.86603 P

Diameter minor (d1)

(3.1)

8,005

Diameter pis (d2)

(3.2)

8,615

Esg

(3.3)

-30,51  m

Diameter mayor maksimum (dmax)

(3.4)

9,49

Diameter pits maksimum (d2max)

(3.5)

9,584

Td (6)

(3.6)

0,22415

Td2 (6)

(3.7)

0,129375

Diameter mayor minimum (dmin)

(3.8)

9,265

Diameter pits minimum (d2min)

(3.9)

8,4547

Jarak sisi luar kawat maksimum

(3.10)

10,239

(3.11)

9,348

1,22

(Mmax) Jarak sisi luar kawat minimum (Mmin)

mm

Tabel 6. Diameter Pits (Metode Tiga Kawat) Besaran

Rumus

Diameter kawat teoritis, d0

0.577 P

0,82

-

0,62

(3.13)

9,20

Diamter kawat yang

Posisi

mm Geometri Ulir

dipilih, d0 Diamter pits, d2

1

9,84

2

9,83

3

9,83

 M 

9,83

Gambar 2. Pengukuran diameter pits

dengan metode tiga kawat

abel 7. Diameter Pits (dengan Mikrometer Screw)

mm

T

Posisi

Hasil pengukuran

1

9,23

2

9,20

3

9,17

d 2

9,2

Gambar 3. Pengukuran diameter pits

dengan mikrometer screw

a.

Perhitungan Perhitungan harga H , diameter minor (d 1), diameter pits (d2) Harga H

= 0,86603P = 0,86603 ( 1,411 1,411 ) = 1,22196833 = 1,22 (pembulatan)

Diameter minor (d1) = d – 2 ( 5/8H ) = 9,53- 2(5/(8x1,22)) = 8,005 mm Diameter minor (d2)

= d-2(3/8H) =9,53-2(3/(8x1.22)) = 8,615 mm

Perhitungan dmax d 2max untuk kualitas G. Esg = - ( 15+11p ) = - (15+ 11x1,41) = -30,51 -30,51 µm µm Diameter mayor maksimum (d max) = d+ Esg = 9,53 – 0,03051 = 9,49 Diameter pits maksimum (d2max) = d2 + Esg =8,615-0,03051 = 8,584 Perhitungan dmin dan d2min apabila ulir dimisalkan mempunyai kulitas 6. Td (6) =

–

=

–

=226,8-2,65 = 224,15 = 0,22415 Td2 (6) = 90 P

0,4

d

0,1

= 90x1,411

0,4

x 9,53

0,1

= 129,375 = 0,129375 dmin

=

dmax – T d(6)

= 9,49 – 0,22415 = 9,265 d2min

=

d2max – Td2 (6)

= 8,584 – 0,129375 = 8,454625 Perhitungan toleransi jarak M ( Mmax dan Mmin ) Jarak Sisi Luar Kawat Maksimum

(Mmax) = d2max + [3+0,076(P/ d2max)2]d D – 0,866P = 9,584 + [3+ 0,076( 1,41/8,584)2]0,62 – 0,866(1,41) = 9,584 + 1,875 – 1,22 1,22 = 10,239 Jarak sisi luar kawat minimum (Mmin) = d2min + [3+0,076(P/ d2min)2]dD – 0,866P = 8,4547+ [3+ 0,076( 1,41/-120,375)2]0,62 1,41/-120,375)2]0,62 – 0,866(1,411) = 8,4547 +2,1135 – 1,22 = 9,348 Perhitungan diameter pits (d2), berdasarkan pengukuran harga M rata-rata d2 = M - d D

= 9,83 - 0,62 = 9,83-1,86+1,22 = 9,19

b. Analisis Dari hasil penelitian yang diperoleh pengukuran yang paling cermat yaitu dengan menggunakan micrometer ulir sedangkan yang kurang cermat yang menggunakan metode 3 kawat. Sedangkan untuk mengukur ulir secara umum dengan menggunakn mal ulir. Benda Ukur

Standar

Mikrometer Ulir

Diameter Mayor Mayor

9.53 mm

Diameter Pits

8.615 mm

Dari data diatas terbukti mikromter ulir memiliki tingkat ketelitian yang tinggi. Penyebab perbedaan pengukuran yang terjadi dikarenakan penyimpangan alat ukur sendiri serta penyimpangan operator pada pembacaan skala. Penyimpangan yang terjadi pada metode 3 kawat dapat disebabkan karena pemasang mal ulir pada mikrometer.

5. Kesimpulan dan Saran

5.1. Kesimpulan a. Keakuratan Dari keakuratan

penggunaan dan

metode-metode

ketelitian

adalah

di

atas,

mikrometer

yang

ulir

memberikan

karena

dengan

menggunakan micrometer ulir kita dapat memperolah nilai seluruh diameter, baik diameter mayor, minor, maupun diameter pits. b. Profil Yang Tidak Dapat Diukur Dengan pengunaan mikrometer ulir setiap profil dapat diukur. c. Perbandingan Data Dari data yang diperoleh,maka diperoleh,maka dapat di bandingkan bandingkan hasil pengukuran denagan menggunakan metode 3 kawat,dan dengan micrometer ulir.Harga diameter mayor(7,44 mm) dan diameter pits (7,09 mm).Sedangkan dengan metode 3 kawat hanya didapat diameter pits (7,78 mm). d. Kemudahan penggunaan alat ukur Dari kedua metoda pengukuran tersebut, sebenarnya penggunaannya relatif mudah, namun yang paling mudah adalah menggunakan mikrometer ulir, karena penggunaannya yang lebih sederhana e. Kemampuan mengukur secara tepat Untuk dapat dapat mengukur secara secara tepat diperlukan diperlukan latihan, keterampilan dan pengalaman dalam menggunakan alat ukur tersebut

5.2. Saran a. Praktikan harus mempelajari mempelajari modul praktikum metrologi sebelum melakukan melakukan praktikum metrologi. b. Praktikan harus teliti dalam melihat skala mikrometer mikrometer c. Praktikan harus tepat tepat dalam menempatkan 3 wire unit gauge. gauge.

d. Oleh karena itu, dalam menggunakan alat ukur tersebut diperlukan ahli yang mempunyai keterampilan dan kecermatan dalam mengukur, dan juga dapat menganalisa data yang diperoleh dari hasil pengukuran. e. Pengalaman pengukur juga akan mempengaruhi hasil pengukuran. Oleh karena itu diperlukan banyak banyak latihan dan pengalaman pengalaman dalam mengukur.