ELEMEN MESIN I ISI.pdf

ELEMEN MESIN I

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Jenis elemen mesin Elemen mesin adalah komponen/bagian yang digunakan pada suatu konstruksi untuk memindahkan energi. Ada pun beberapa jenis elemen mesin yang akan dipaparkan dalam makalah ini antara lain, mur, baut, sekrup, pena,  pasak, poros (shaft), kopling, sabuk-puli (belt pullley), rantai-sproket (chainsprocket), dan roda gigi. 1. Mur dan Baut

a. Definisi Mur adalah pelat logam dari da ri bermacam bentuk, biasanya segi enam atau segi empat, mempunyai lubang berulir sekrup s ekrup untuk menguatkan baut. Baut adalah besi batangan yang berulir (untuk menyambung atau mengikat dua  benda).  b. Fungsi Penggunaan utamanya adalah sebagai pengikat sebagai pengikat (fastener) untuk menahan dua obyek bersama dan sebagai  pesawat sederhana untuk mengubah torsi mengubah torsi (torque) menjadi gaya linear. Baut dan mur digunakan untuk mengencangkan part-part di berbagai area di kendaraan ataupun suatu alat. c. Prinsip Kerja Cara kerja baut seperti pesawat sederhana untuk mengubah torsi menjadi gaya linear. Sebagian besar baut dipererat dengan memutarnya searah jarum  jam, yang disebut ulir kanan. Baut dengan ulir kiri digunakan pada kasus tertentu, misalnya pada saat baut akan menjadi pelaku torsi berlawanan arah  jarum jam. Pedal kiri dari sepeda memiliki ulir kiri. kiri. Mur digunakan untuk mempererat baut pasangan ulir luar yang umumnya sudah dinormalisasikan. Kadang kala mur sering dibuat langsung dari kedua  bagian pelat yang disambung. Gerak mur terhadap baut dianggap sebagai gerak  putar dan gerak lurus, tetapi untuk pemeriksaan konstruksi hanya dihitung  berdasarkan tekanan pada permukaan profil ulirnya, sehingga diperoleh tinggi mur yang memadai atau sesuai. d. Aplikasi Mur dan Baut dapat kita jumpai pada kehidupan sehari hari kita. Baut dan mur adalah suatu rangkaian yang saling berhubungan. Biasanya baut dan mur UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

1

ELEMEN MESIN I digunakan pada area area kendaraan, Biasanya pada jembatan Gantung Besi,pemasangan Lemari, Biasa juga pada meja,dan aat permesinan,dll. 2. Pasak a. Definisi Pasak merupakan sepotong baja lunak (mild steel), berfungsi sebagai  pengunci yang disisipkan diantara poros dan hub (bos) sebuah roda pulli atau roda gigi agar keduanya tersambung dengan pasti sehingga mampu meneruskan momen putar/torsi. Pemasangan pasak antara poros dan hub dilakukan dengan membenamkan pasak pada alur yang terdapat antara poros dan hub sebagai tempat dudukan pasak dengan posisi memanjang sejajar sumbu poros.  b. Prinsip Kerja Pengunci yang disisipkan di antara poros dan hub (bos) sebuah roda pulli atau roda gigi agar keduanya tersambung dengan pasti sehingga mampu meneruskan momen putar/torsi. Pemasangan pasak antara poros dan hub dilakukan dengan membenamkan pasak pada alur yang terdapat antara poros dan hub sebagai tempat dudukan pasak dengan posisi memanjang sejajar sumbu  poros. c. Aplikasi Penggunaan Pasak yaitu sebagai pengaman posisi, pengaturan kekuatan  putar atau kekuatan luncur dari naf terhadap poros, perletakan kuat dari d ari gandar, untuk sambungan flexible atau bantalan, penghenti pegas, pembatas gaya,  pengaman sekrup dan lain-lain. 3. Pena a. Definisi Pena adalah elemen Mesin penghubung yang sifatnya semi permanen. Pena  juga merupakan bagian dari kontruksi mesin yang paling tua dan yang paling sederhana.  b. Fungsi Pena berfungsi untuk menghubungkan sesuatu akan tetapi sifatnya tida  permanen dalam artian masih bias dibuka. 4. Poros a. Definisi Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenampang  bulat dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear). Poros bisa menerima beban lenturan, beban tarikan, beban tekan atau beban puntiran yang  bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya. (Josep Edward Shigley,1983).  b. Fungsi Poros dalam sebuah mesin berfungsi untuk meneruskan tenaga bersamasama dengan putaran. Setiap elemen mesin yang berputar, seperti cakara tali,  puli sabuk mesin, piringan kabel, tromol kabel, roda jalan dan roda gigi, dipasang berputar terhadap poros dukung yang tetap atau dipasang tetap pada UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

2

ELEMEN MESIN I digunakan pada area area kendaraan, Biasanya pada jembatan Gantung Besi,pemasangan Lemari, Biasa juga pada meja,dan aat permesinan,dll. 2. Pasak a. Definisi Pasak merupakan sepotong baja lunak (mild steel), berfungsi sebagai  pengunci yang disisipkan diantara poros dan hub (bos) sebuah roda pulli atau roda gigi agar keduanya tersambung dengan pasti sehingga mampu meneruskan momen putar/torsi. Pemasangan pasak antara poros dan hub dilakukan dengan membenamkan pasak pada alur yang terdapat antara poros dan hub sebagai tempat dudukan pasak dengan posisi memanjang sejajar sumbu poros.  b. Prinsip Kerja Pengunci yang disisipkan di antara poros dan hub (bos) sebuah roda pulli atau roda gigi agar keduanya tersambung dengan pasti sehingga mampu meneruskan momen putar/torsi. Pemasangan pasak antara poros dan hub dilakukan dengan membenamkan pasak pada alur yang terdapat antara poros dan hub sebagai tempat dudukan pasak dengan posisi memanjang sejajar sumbu  poros. c. Aplikasi Penggunaan Pasak yaitu sebagai pengaman posisi, pengaturan kekuatan  putar atau kekuatan luncur dari naf terhadap poros, perletakan kuat dari d ari gandar, untuk sambungan flexible atau bantalan, penghenti pegas, pembatas gaya,  pengaman sekrup dan lain-lain. 3. Pena a. Definisi Pena adalah elemen Mesin penghubung yang sifatnya semi permanen. Pena  juga merupakan bagian dari kontruksi mesin yang paling tua dan yang paling sederhana.  b. Fungsi Pena berfungsi untuk menghubungkan sesuatu akan tetapi sifatnya tida  permanen dalam artian masih bias dibuka. 4. Poros a. Definisi Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenampang  bulat dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear). Poros bisa menerima beban lenturan, beban tarikan, beban tekan atau beban puntiran yang  bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya. (Josep Edward Shigley,1983).  b. Fungsi Poros dalam sebuah mesin berfungsi untuk meneruskan tenaga bersamasama dengan putaran. Setiap elemen mesin yang berputar, seperti cakara tali,  puli sabuk mesin, piringan kabel, tromol kabel, roda jalan dan roda gigi, dipasang berputar terhadap poros dukung yang tetap atau dipasang tetap pada UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

2

ELEMEN MESIN I  poros dukung yang berputar. Contohnya sebuah poros dukung yang berputar, yaitu poros roda keran berputar gerobak. c. Prinsip Kerja Poros merupakan sebatang logam yang berpenampang lingkaran yang  berfungsi memindahkan putaran atau mendukung sesuatu beban dengan atau tanpa meneruskan daya. Poros ditahan oleh dua atau lebih bantalan poros atau  pemegang poros. Bagian-bagian berputar yang didukung poros seperti roda daya (fly whweel), roda gigi, roda ban roda gesek dan lain-lain. d. Aplikasi Poros dapat digunakan pada mesin penghancur plastik, pada roda kereta api, As Garden, dan lain-lain. 5. Kopling

a. Definisi Kopling adalah komponen motor yang menghubungkan poros engkol dengan poros roda gigi transmisi. Kalau di luar negeri komponen ini  bernamaclutch.  b. Fungsi Terdapat beberapa fungsi dari kopling, antara lain sebagai berikut: 1) Meneruskan putaran poros engkol ke transmisi (persneling). 2) Melepaskan hubungan antara antara poros engkol mesin dengan transmisi. 3) Meneruskan perputaran poros engkol mesin ke transmisi secara berangsurangsur secara merata tanpa hentakan. 4) Menghubungkan dan memutuskan putaran motor motor ke transmisi. transmisi. c. Prinsip Kerja Secara lengkap dan umum cara kerja kopling dapat dijelaskan sebagaiberikut: 1) Handel kapling ditekan. 2) Tangkai pelepas pelepas kopling (clutch release release lever) tertarik oleh oleh kabel kopling. 3) Nok pelepas (release cam) cam) pada poros poros tangkai pelepas kopling mendorong  batang pengangkat (lifter rod). 4) Batang pengangkat menekan pengangkat (lifter pin) dan pelat pengangkat (lifter plate). 5) Pelat pengangkat menekan pegas-pegas kopling kopling dan mendorong piringan  penekan (pressure plate) sehingga menjauhi susunan pelat-pelat gesek kopling. UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

3

ELEMEN MESIN I 6) Terjadilah jarak renggang kecil diantara pelat-pelat gesek dan pelat-pelat  baja sehingga perputaran rumah kopling tidak diterusan lagi ke pusat kopling. Dengan melepaskan handel kopling secara perlahan-lahan maka gaya tekan  pegas sedikit demi sedikit diteruskan kembali pada susunan pelat-pelat gesek kopling, yang pada akhimya pelat-pelat baja beserta pusat kopling mulai mengikuti perputaran rumah kopling secara merata. 6. Sabuk-Puli

a. Definisi Puli adalah sebuah mekanisme yang terdiri dari roda pada sebuah poros atau batang yang memiliki alur diantara dua pinggiran di sekelilingnya. Sebuah tali, kabel, atau sabuk biasanya digunakan pada alur puli untuk memindahkan daya. Puli digunakan untuk mengubah arah gaya yang digunakan, meneruskan gerak rotasi, atau memindahkan beban yang berat.  b. Fungsi Sistem puli dengan sabuk terdiri dua atau lebih puli yang dihubungkan dengan menggunakan sabuk. Sistem ini memungkinkan untuk memindahkan daya, torsi, dan kecepatan, serta dapat memindahkan beban yang berat dengan variasi diameter yang berbeda. Sabuk penggerak berfungsi memindahkan gaya atau memindahkan putaran dari puli satu ke puli yang lain. Sabuk penggerak banyak digunakan untuk industri, otomotif, pertanian, dan lain-lain. Sabuk penggerak untuk mesin-mesin industri dan mesin pertanian selalu dibuat dengan standar potong silang. c. Prinsip Kerja Selain menggunakan sabuk puli juga dapat dihubungkan dengan menggunakan tali atau kabel. Sistem ini terdiri dari satu buah tali atau kabel yang memindahkan gaya linier pada suatu beban melalui sebuah puli atau lebih yang bertujuan untuk menarik beban (melawan gravitasi). Sistem ini sering digolongkan pada mesin sederhana. Puli digunakan untuk mengubah arah gaya yang digunakan, meneruskan gerak rotasi. Puli - Sabuk pada prinsipnya mempunyai prinsip yang sama dengan sprocket rantai. Pemakaian puli-sabuk ini dengan pertimbangan bahwa bila terjadi mekanisme kerja yang tidak diharapkan pada mesin, maka tidak akan mengakibatkan kerusakan pada elemen yang lain mengingat sifat-sifat pilusabuk yang dapat slip. UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

4

ELEMEN MESIN I d. Aplikasi Digunakan pada konstruksi tertentu pada mesin penghancur dan digunakan untuk mentransmisikan daya dari motor listrik ke poros pisau. Sabuk biasanya digunakan untuk mesin-mesin penggilingan padi, mesin press, mesin tempa dan lain-lain. Sabuk digunakan secara luas dalam industri mesin jahit, komputer, mesin fotokopi dan sebagainya. 7. Rantai-Sproket a. Definisi Rantai-sproket adalah roda bergerigi yang yang berpasangan dengan rantai, tarack atau benda panjang yang bergerigi lainnya. Sprocket berbeda dengan roda gigi, sproket tidak pernah bersinggungan dengan sprocket lainnya dan tidak pernah cocok. Sproket juga berbeda dengan puli dimana sprocket memiliki gigi sedangkan puli pada umumnya tidak memiliki gigi.  b. Prinsip Kerja Prinsip kerja rantai dan sprocket yaitu sprocket dihubungkan dengan rantai untuk memutar poros yang menyangga pada roda belakang. Yang bekerja  berdasarkan gerakan hidroluik transmisi dari pinion dan manual dari gear  belakang. c. Aplikasi Sproket banyak digunakan pada sepeda, sepeda motor, mobil, kendaraan roda rantai dan mesin lainnya digunakan untuk mentransmisikan gaya putar antara 2 poros. Sproket juga digunakan pada kendaraan roda rantai. ada kendaraan jenis ini,  jumlah sproket yang terlibat banyak, namun sproket yang menggerakkan hanya satu, dua atau tiga. Sproket yang menggerakkan jika hanya satu biasanya berada di depan atau dibelakang kendaraan. Sementara dengan dua sproket penggerak,  posisi sproket ada didepan dan belakang. Sproket penggerak ketiga biasanya  bisa dimana saja dan biasanya posisinya lebih tinggi dari sproket penggerak yang lain. 8. Roda Gigi a. Definisi Roda gigi adalah bagian dari mesin yang berputar yang berguna untuk mentransmisikan daya. Roda gigi memiliki gigi-gigi yang saling bersinggungan dengan gigi dari roda gigi yang lain. Dua atau lebih roda gigi yang  bersinggungan dan bekerja bersama-sama disebut sebagai transmisi roda gigi, dan bisa menghasilkan keuntungan mekanis melalui rasio jumlah gigi. Roda gigi mampu mengubah kecepatan putar, torsi,  dan arah daya terhadap sumber daya. Tidak semua roda gigi berhubungan dengan roda gigi yang lain; salah satu kasusnya adalah pasangan roda gigi dan pinion yang bersumber dari atau menghasilkan gaya translasi, bukan gaya rotasi  b. Fungsi

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

5

ELEMEN MESIN I Roda gigi berfungsi mentransmisikan daya dan putaran yang tepat dari sumber penggerak ke poros penggerak berikutnya. c. Aplikasi Roda gigi digunakan pada jam mekanis. Perputaran jarum jam, menit dan detik terjadi karena kombinasi dari pasangan roda giginya, pada mainan anakanak, kerek dan lain-lain. Elemen mesin merupakan ilmu yang mempelajari bagian-bagian mesin dilihat antara lain dari sisi bentuk komponen, cara kerja, cara perancangan dan  perhitungan kekuatan dari komponen tersebut. Dasar-dasar yang diperlukan untuk dapat mempelajari dan mengerti tentang elemen mesin dan permasalahannya antara lain berkaitan dengan : • Sistem gaya • Tegangan dan regangan • Pengetahuan bahan • Gambar teknik  • Proses produksi 1.2 Definisi mesin Mesin • Gabungan dari berbagai elemen mesin yang membentuk satu sistem kerja. • Mesin-mesin penggerak mula  Turbin : air, uap, gas : (pesawat terbang, kapal laut, kereta api, dll).  Motor listrik (AC, pompa air, kompresor, dll)  Motor Bakar Bensin dan Diesel (mobil, sepeda motor, kereta diesel, generator listrik.  Kincir angin (pompa, generator listrik) • Mesin-mesin lain : crane, lift, katrol, derek, alat-alat berat, mesin pendingin, mesin  pemanas, mesin produksi, dll. • Mesin-mesin tersebut terdiri dari berbagai jenis dan jumlah komponen  pendukung yang berbeda-beda 1.3 Satuan SI (Satuan Absolute/mutlak)

Untuk memberikan informasi yang kuantitatif dari suatu gejala alam diperlukan  pengukuran terhadap sifat-sifat fisisnya. Sifat-sifat fisis disebut sebagai besaran umum, seperti : panjang, volume, momentum dan lain-lain. Pengukuran besaran sifat-sifat fisis dilakukan dengan membandingkan besaran yang akan diukur dengan dengan suatu besaran standar yang dinyatakan dengan bilangan dan satuan. UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

6

ELEMEN MESIN I Pengukuran besaran fisik menjadi salah satu pekerjaan yang paling penting dibidang keteknikan. Kepentingannya karena berkaitan erat dengan keberhasilan dalam menetapkan batasan-batasan yang diperlukan bagi  perancangan elemen-elemen yang saling berhubungan dalam suatu bangunan mesin. Agar dapat berfungsi sesuai dengan yang dikehendaki. Dari seluruh besaran fisik yang ada, Sesuai dengan ketetapan SI (Satuan Internasional) dalam hal ini diwakili oleh tiga besaran ukuran pokok / dasar :  –   Panjang, dilambangkan dengan

: L

 –  Massa, dilambangkan dengan

: M

 –  Waktu, dilambangkan dengan

: T

Besaran pengukuran lainnya yang dibentuk oleh gabungan dari ketiga satuan dasar ini, menjadi satuan turunan. Seperti contohnya satuan luas penampang, kecepatan, percepatan, tekanan dan lain-lain. Sedangkan untuk sistim satuan, dikenal ada empat sistim satuan yang umum digunakan dan diakui secara internasional (SI), yakni : a) Satuan CGS (centimeter, gram dan second). => dikenal sebagai satuan mutlak (absolut) atau satuan fisik.  b) Satuan MKS (meter, kilogram dan second). c) Satuan FPS (foot, pound dan second). => dikenal sebagai satuan grafitasi atau satuan perancangan. a) Satuan SI (satuan Sistim Internasional). Sistim satuan yang digunakan pada seluruh kurikulum ini, menggunakan sistim Satuan Internasional ( SI ) Unit. Unit.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

7

ELEMEN MESIN I

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

8

ELEMEN MESIN I

Simbol Satuan

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

9

ELEMEN MESIN I

BAB 2 MACAM MACAM TEGANGAN 2.1 Tegangan Normal Pengetahuan dan pengertian tentang bahan dan perilakunya jika mendapat gaya atau beban sangat dibutuhkan di bidang teknik bangunan. Jika suatu batang  prismatik, dengan luas tampang seragam di sepanjang batang, menerima beban atau gaya searah dengan panjang batang, maka gaya tersebut akan menimbukan tegangan atau tekanan pada tampang batang. Tegangan atau tekanan merupakan  besaran gaya per satuan luas tampang. Sehingga besar tegangan yang dialami  batang prismatik tersebut masing-masing sebesar T/A dan P/A. Pada gambar dibawah ini, A merupakan luas tampang melintang batang yang dikena T atau P  pada .

Tegangan normal tarik pada batang prismatik

Tegangan normal tekan pada batang prismatik  2.2 Tegangan Tarik

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

10

ELEMEN MESIN I Tegangan dan Regangan tarik ( Tensile and Strain ) : Tegangan tarik terjadi karena akibat bekerjanya gaya tarik pada luas suatu penampang sehingga  bendanya mengalami perpanjangan .

2.3 Tegangan Tekan Tegangan dan Regangan tekan ( Compresssive stress and Strain ) : Tegangan yang terjadi karena suatu gaya tekan pada suatu satuan luas penampang luas material elemen mesin sehingga mengalami pemendekan

Rumus :

2.4 Tegangan Geser Tegangan dan Regangan geser (Shear stress and Strain ) : tegangan yang terjadi karena 2 gaya geser yang saling berlawanan arah terhadap suatu bidang geser  pada bidang penampang elemen mesin sehingga bidang penampang tersebut mengalami tegangan geser.

Rumus :

     

τ = tegangan geser (kg/ , kg/ , ton/ P = gaya geser atau gaya lintang (kg, ton) F = Luas penampang ( , , )

)

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

11

ELEMEN MESIN I

2.5 Tegangan Lentur Balok merupakan struktur yang menerima beban tegak lurus terhadap arah  panjang. Karenanya balok umumnya mengalami lenturan dan geseran pada  bagian di dekat dudukan. Gaya geser, sering disebut gaya lintang akan menyebabkan tegangan geser. Gambar 3.52 menunjukkan diagram geser balok yang terjadi di sepanjang batang. Ditunjukkan pula diagram gaya momen yang menyebabkan lenturan pada balok. Momen penyebab lenturan tersebut disebut sebagai momen lentur.

Gaya geser dan momen lentur tersebut akan menyebabkan tegangan geser dan tegangan lentur. Tegangan lentur maksimum seperti terjadi pada batang tepat di  bawah P, berjarak a dari dudukan A. Diagram momen lentur maksimum terjadi  pada titik dimana geseran memiliki nilai = 0. Sedangkan geseran maksimum terjadi umumnya di daerah dudukan. Pada gambar gaya lintang masimum/ UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

12

ELEMEN MESIN I Dmaks terjadi di atas dudukan B. Terdapat dua macam momen lentur, momen lentur positif dan momen lentur negatif. Tampang balok yang mengalami lenturan positif akan mengalami tegangan dengan arah sejajar panjang batang (tegangan normal). Di bagian atas sumbu tengah tampang akan mengalami tegangan tekan (Compression Stress). Bagian bawah sumbu tampang mengalami tegangan tarik (tension stress). Sedangkan tampang dengan lenturan negatif berlaku kebalikannya, tegangan tarik di bagian atas dan tegangan tekan di bagian bawah sumbu tampang. Besaran tegangan akibat lenturan pada balok dapat ditulis dengan formula sebagai berikut. Tegangan lentur / lengkung ( ), yaitu tegangan yang terjadi akibat momen lentur atau lengkung yang timbul. Momen yang diperhitungkan adalah momen maksimum.



   



Rumus :  = tegangan lentur atau lengkung (kg/ )  = momen lengkung maksimum (kg/cm)  = momen tahanan linier ( ) = 1/12 b  untuk tampang persegi panjang dengan lebar b dan tingg h = π /64 untuk tampang lingkaran



2.6 Tegangan Puntir Terkadang suatu komponen struktur menerima puntiran, kopel puntir atau momen puntiran. Puntiran tersebut menimbulkan tegangan geseran yang disebut sebagai tegangan geser puntir. Ilustrasi batang yang mengalami torsi ditunjukkan pada Gambar 3.50.



Tegangan puntir ( ), yaitu tegangan yang timbul akibat momen puntir. Besarnya tegangan yang diakibatkan oleh momen puntir/torsi pada tampang UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

13

ELEMEN MESIN I  batang lingkaran dan lingkaran berlubang dituliskan dengan formula sebagai  berikut. Rumus : τ = T . r / Ip Dimana : τ = Tegangan geser torsi T = Besaran momen torsi r = Jari-jari batang terputir Ip = Momen inersia polar tampang tergeser: Ip = π /32 untuk lingkaran pejal Ip = π /32( ) untuk lingkaran berlubang

  

Atau bisa juga dengan rumus :

 

 

 = tegangan puntir (kg/ ),  = momen puntir (kg.cm)  = momen tahanan polar ( )

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

14

ELEMEN MESIN I

2.7 Contoh Soal

1. Contoh soal : Diketahui : P = 9600 kg, b = 8 cm, h = 12 cm Ditanyakan : Tegangan tarik yang timbul ( ) ?



2. Contoh soal hitungan : Diketahui :P = 2100 kg; b = 5 cm; h = 7 cm L = 400 cm; E = 105 kg/





Ditanyakan : a. Tegangan tarik yang timbul ( ) ?  b. Perpanjangan yang timbul (ΔL) ? c. Regangan yang timbul (ε) ? JAWAB :

3. Contoh soal :

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

15

ELEMEN MESIN I



Diketahui : P = 785 kg; d = 10 mm Ditanyakan : Tegangan tekan yang timbul ( Jawab :

)?

4. Contoh soal :

Diketahui : sambungan kelingan dengan P = 3140 kg dan d = 20 mm Ditanyakan : Tegangan geser yang timbul pada keling ? Jawab :

5. Contoh soal :

Diketahui : q = 200 kg/m; L = 8 m;  b = 20 cm; h = 30 cm Ditanyakan : tegangan geser maksimum yang timbul ? Jawab :

 

Q = q x L = 200 x 8 = 1600 kg Karena simetris ↔  =  = ½ Q = ½ (1600) = 800 kg UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

16

ELEMEN MESIN I Gaya lintang

↔ x = 0 → Dx = x = 8 → Dx =



 = 800 Kg  –  qx = 800 –  1600 = - 800 kg

6. Contoh Soal : Diketahui : balok jepit P = 200 kg, L = 200 cm, b = 15 cm, h = 15 cm

Ditanyakan : tegangan lentur yang timbul pada balok ? Jawab : Momen = P .L = 200 . 200 = 40000 kg.cm

7. Contoh soal : Diketahui : d = 10 cm; P = 300 kg; L = 30 cm

Ditanyakan : tegangan puntir yang timbul ( Jawab :  = P . L = 300 x 30 = 9000 kgcm





)?

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

17

ELEMEN MESIN I

    = 0.2

= 0.2

 = 0.2 (1000) = 200



BAB 3 SAMBUNGAN LAS 3.1 Pengertian Sambungan Las Proses pengelasan adalah proses penyambungan logam dengan menggunakan energi panas. Sambungan las mempunyai tingkat kerapatan yang baik serta mempunyai kekuatan sambungan yang memadai. Sambungan las ini juga mempunyai tingkat efisiensi kekuatan sambungan yang relatif lebih baik jika dibandingkan dengan sambungan yang lainnya. Di sa mping itu segi operasional  pengerjaan sambungan konstruksi las lebih sederhana dan relatif murah.

Ada beberapa macam jenis pengelasan yang dilakukan untuk menyambung logam, yaitu:  Las Resistansi Listrik (Tahanan)

Las resistensi listrik adalah suatu cara pengelasan dimana permukaan pelat yang disambung ditekankan satu sama lain dan pada saat yang sama arus listrik dialirkan sehingga permukaan tersebut menjadi panas dan mencair karena adanya resistensi listrik. Sambungan las resistensi listrik dibagi atas dua kelompok sambungan yaitu sambungan tumpang dan sambungan tumpul. Las resistansi listrik ini sangat baik digunakan untuk menyambung  pelat-pelat tipis sangat.  Las Titik (Spot Welding)

Pengelasan dengan las titik ini hasil pengelasannya membentuk seperti titik. Elektroda penekan terbuat dari batang tembaga yang dialiri arus listrik yakni, elektroda atas dan bawah. Elektroda sebelah bawah sebagai penumpu  plat dalam keadaan diam dan elektroda atas bergerak menekan pelat yang akan disambung. Agar pelat yang akan disambung tidak sampai bolong sewaktu proses terjadinya pencairan maka kedua ujung elektroda diberi air  pendingin.  Las Resistansi Rol (Rolled Resistance Welding)

Proses pengelasan resistansi tumpang ini dasarnya sama dengan las resistansi titik, tetapi dalam pengelasan tumpang ini kedua batang elektroda diganti dengan roda yang dapat berputar sesuai dengan alur/garis UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

18

ELEMEN MESIN I  pengelasanyang dikehendaki  Las Busur Listrik

Energi masukan panas las busur listrik bersumber dari beberapa alternatif diantaranya energi dari panas pembakaran gas, atau energi listrik.Panas yang ditimbulkan dari hasil proses pengelasan ini melebihi dari titik lebur  bahan dasar dan elektroda yang di las. Kisaran temperatur yang dapat dicapai pada proses pengelasan ini mencapai 2000-3000º C. Pada temperatur ini daerah yang mengalami pengelasan melebur secara  bersamaan menjadi suatu ikatan metalurgi logam lasan. Salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam pengelasan las busur listrk adalah pemilihan elektroda yang tepat. Secara umum semua elektroda diklasifikasikan menjadi lima kelompok utama yaitu mild steel, hight carbon steel, special alloy steel, cast iron dan non ferrous. Rentangan terbesar dari pengelasan busur nyala dilakukan dengan elektroda dalam kelompok mild steel (baja lunak).  Penyambungan dengan Las Oxy-Asetilen

Pengelasan dengan gas oksi-asetilen dilakukan dengan membakar bahan  bakar gas C2 H2 dengan O2, sehingga menimbulkan nyala api dengan suhu yang dapat mencair logam induk dan logam pengisi. Sebagai bahan bakar dapat digunakan gas-gas asetilen, propan atau hidrogen. Diantara ketiga bahan bakar ini yang paling banyak digunakan adalah asetilen, sehingga las pada umumnya diartikan sebagai las oksi-asetilen.  Las TIG (Tungsten Inert Gas)/GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)

Pengelasan dengan gas pelindung Argon (Tungsten Iner Gas) merupakan salah satu pengembangan dari pengelasan yang telah ada yaitu  pengembangan dari pengelasan secara manual yang khususnya untuk  pengelasan non ferro (alumunium, magnesium kuningan dan lain-lain, baja spesial (Stainless steel) dan logam-logam anti korosi lainnya. Pengelasan Tungsten Inert Gas (TIG) ini tidak menggunakan proses elektroda sekali habis (non consumable electrode). Temperatur yang dihasilkan dari proses  pengelasan ini adalah 3000 0F atau 1664,8 0C dan fungsi gas pelindung adalah untuk menghidari terjadinya oksidasi udara luar terhadap cairan logam yang dilas.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

19

ELEMEN MESIN I  Las MIG (Metal Inert Gas Arc Welding)/Gas Metal Arc Welding (GMAW)

Gas Metal Arc Welding (GMAW) adalah proses pengelasan yang energinya diperoleh dari busur listrik. Busur las terjadi di antara permukaan benda kerja dengan ujung kawat elektroda yang keluar dari nozzle bersamasama dengan gas pelindung. 3.2 Jenis-jenis Sambungan Las Jenis sambungan tergantung pada faktor-faktor seperti ukuran dan profil batang yang bertemu di sambungan, jenis pembebanan, besarnya luas sambungan yang tersedia untuk pengelasan, dan biaya relatif dari berbagai jenis las. Sambungan las terdiri dari lima jenis dasar dengan berbagai macam variasi dan kombinasi yang banyak jumlahnya. Kelima jenis dasar ini adalah sambungan sebidang (butt), lewatan (lap), tegak (T), sudut, dan sisi.

1) Sambungan Sebidang Sambungan sebidang dipakai terutama untuk menyambung ujung-ujung plat datar dengan ketebalan yang sama atau hampir sarna. Keuntungan utama jenis sambungan ini ialah menghilangkan eksentrisitas yang timbul pada sambungan lewatan tunggal seperti dalam Gambar 6.16(b). Bila digunakan bersama dengan las tumpul penetrasi sempurna (full penetration groove weld), sambungan sebidang menghasilkan ukuran sambungan minimum dan biasanya lebih estetis dari pada sambungan bersusun. Kerugian utamanya ialah ujung yang akan disambung biasanya harus disiapkan secara khusus (diratakan atau dimiringkan) dan dipertemukan secara hati-hati sebelum dilas. Hanya sedikit penyesuaian dapat dilakukan, dan potongan yang akan disambung harus diperinci dan dibuat secara teliti. Akibatnya, kebanyakan sambungan sebidang dibuat di bengkel yang dapat mengontrol proses pengelasan dengan akurat. 2) Sambungan Lewatan Sambungan lewatan pada Gambar 6.17 merupakan jenis yang paling umum. Sambungan ini mempunyai dua keuntungan utama:

 Mudah disesuaikan. Potongan yang akan disambung tidak memerlukan

ketepatan dalam pembuatannya bila dibanding dengan jenis sambungan lain. Potongan tersebut dapat digeser untuk mengakomodasi kesalahan kecil dalam pembuatan atau untuk penyesuaian panjang.  Mudah disambung. Tepi potongan yang akan disambung tidak memerlukan  persiapan khusus dan biasanya dipotong dengan nyala (api) atau geseran. Sambungan lewatan menggunakan las sudut sehingga sesuai baik untuk UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

20

ELEMEN MESIN I  pengelasan di bengkel maupun di lapangan. Potongan yang akan disambung dalam banyak hal hanya dijepit (diklem) tanpa menggunakan alat pemegang khusus. Kadang-kadang potongan-potongan diletakkan ke posisinya dengan  beberapa baut pemasangan yang dapat ditinggalkan atau dibuka kembali setelah dilas. Keuntungan lain sambungan lewatan adalah mudah digunakan untuk  menyambung plat yang tebalnya berlainan. 3) Sambungan Tegak Jenis sambungan ini dipakai untuk membuat penampang bentukan (built-up) seperti profil T, profil 1, gelagar plat (plat girder), pengaku tumpuan atau  penguat samping (bearing stiffener), penggantung, konsol (bracket). Umumnya  potongan yang disambung membentuk sudut tegak lurus seperti pada Gambar 6.16(c). Jenis sambungan ini terutama bermanfaat dalam pembuatan penampang yang dibentuk dari plat datar yang disambung dengan las sudut maupun las tumpul. 4) Sambungan Sudut Sambungan sudut dipakai terutama untuk membuat penampang berbentuk boks segi empat seperti yang digunakan untuk kolom dan balok yang memikul momen puntir yang besar. 5) Sambungan Sisi Sambungan sisi umumnya tidak struktural tetapi paling sering dipakai untuk menjaga agar dua atau lebih plat tetap pada bidang tertentu atau untuk mempertahankan kesejajaran (alignment) awal. Seperti yang dapat disimpulkan dari pembahasan di muka, variasi dan kombinasi kelima jenis sambungan las dasar sebenarriya sangat banyak. Karena  biasanya terdapat lebih dari satu cara untuk menyambung sebuah batang struktural dengan lainnya, perencana harus dapat memilih sambungan (atau kombinasi sambungan) terbaik dalam setiap persoal. 3.3 Keuntungan Sambungan Las Keuntungan Sambungan Las Listrik dibanding dengan Paku keling / Baut : a. Pertemuan baja pada sambungan dapat melumer bersama elektrode las dan menyatu dengan lebih kokoh (lebih sempurna).  b. Konstruksi sambungan memiliki bentuk lebih rapi. c. Konstruksi baja dengan sambungan las memiliki berat lebih ringan. d. Dengan las berat sambungan hanya berkisar 1  –  1,5% dari berat konstruksi, sedangkan dengan paku keling / baut berkisar 2,5 –  4% dari  berat konstruksi.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

21

ELEMEN MESIN I e. Pengerjaan konstruksi relatif lebih cepat (tak perlu membuat lubang lubang  pk/baut, tak perlu memasang potongan baja siku / pelat penyambung, dan sebagainya ). f. Luas penampang batang baja tetap utuh karena tidak dilubangi, sehingga kekuatannya utuh.

3.4 Kerugian Sambungan Las a. Kekuatan sambungan las sangat dipengaruhi oleh kualitas pengelasan. Jika pengelasannya baik maka kekuatan sambungan akan baik, tetapi  jika pengelasannya jelek/tidak sempurna maka kekuatan konstruksi juga tidak baik bahkan membahayakan dan dapat berakibat fatal. Salah satu sambungan las cacat lambat laun akan merembet rusaknya sambungan yang lain dan akhirnya bangunan dapat runtuh yang menyebabkan kerugian materi yang tidak sedikit bahkan juga korban jiwa. Oleh karena itu untuk konstruksi bangunan berat seperti jembatan jalan raya / kereta api di Indonesia tidak diijinkan menggunakan sambungan las.  b. Konstruksi sambungan tak dapat dibongkar-pasang. 3.5 Perhitungan Sambungan Las Kekuatan sambungan las dapat diperiksa atau dihitung kekuatannya berdasarkan atas :  

Kekuatan tarik Kekuatan geser

Untuk menentukan kekuatan sambungan las terhadap kekuatan tarik yaitu dengan cara menghitung sambungan las terhadap tegangan tarik yang terjadi, Tegangan tarik pada sambungan las yaitu gaya tarik tiap satuan luas penampang las . Jika gaya tarik pada sambungan las F [N] dan luas penampangnya adalah A [mm2] maka tegangan tarik pada sambungan las tersebut adalah :

1) Tegangan Tarik pada Alas Tumpul

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

22

ELEMEN MESIN I

Las Tumpul Jika ukuran panjang las-tumpul L [mm] dan tebal pelat s [mm] , maka luas  penampangnya adalah : A = L X s ………[mm2] 2) Tegangan Tarik pada Las Tumpang Jika pelat yang dilas mempunyai ukuran tebal s [mm] dan panjang las L [mm] disambung dengan las tumpang , kemudian sambungan tersebut mendapatkan  beban tarik , maka besarnya tegangan tarik yang terjadi pada las tumpang adalah sebagai berikut : Keterangan :

3) Tegangan Geser pada Las Sisi Jika suatu pelat disambung dengan las tumpang dua sisi dan kedua pelat tersebut mendapatkan gaya tarik yang menyebabkan tegangan geser pada kedua sambungan lasnya . Besarnya tegangan geser pada sambungan las sisi tersebut adalah : T  g

= Tegangan geser dalam satuan N/mm2 . F = Beban pada sambungan [N] S = Tebal plat atau bilah dalam satuan mm L = Panjang lasan [mm] 4) Pengelasan pada Poros yang mendapat Beban Puntir

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

23

ELEMEN MESIN I

Tegangan geser pada las poros Tegangan geser pada lasan Gaya F merupakan gaya keliling yang dapat dihitung dengan menggunakan

 persamaan: Keterangan : T  g = Tegangan geser dalam satuan N/mm2 . d = Diameter poros dalam satuan mm h = Tinggi lasan [mm] F = Gaya keliling dalam satuan [N]

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

24

ELEMEN MESIN I

BAB 4 SAMBUNGAN ULIR (SCREW JOINED) 4.1 Definisi Sambungan Ulir

Sambungan ulir adalah sambungan yang menggunakan kontruksi ulir untuk mengikat dua atau lebih komponen permesinan. Sambungan Ulir merupakan  jenis dari sambungan semi permanent (dapat dibongkar pasang). Sambungan ulir terdiri dari 2 (dua) bagian, yaitu baut (Inggris=Bolt) dimana memiliki ulir di  bagian luar dan Mur (Inggris = Nut) dimana memiliki ulir di bagian dalam. Sambungan Ulir digunakan pada sambungan yang tidak permanen. 4.2 Fungsi Sambungan Ulir

Dilihat dari kontruksi yang memiliki ulir (yang dapat di bongkar pasang) sambungan ulir memiliki fungsi teknis utama, yaitu: 

Digunakan pada bagian mesin yang memerlukan sambungan dan  pelepasan tanpa merusak bagian mesin.



Untuk memegang dan penyesuaian dalam perakitan atau perawatan.

4.3 Keuntungan dan Kerugian Sambungan Ulir

Ditinjau dari sisi teknik sambungan ulir memiliki keuntungan dan kerugian sebagai berikut; Keuntungan Sambungan Ulir 1. Mempunyai reliabilitas (kehandalan) tinggi dalam operasi. 2. Sesuai untuk perakitan dan pelepasan komponen. 3. Suatu lingkup yang luas dari sambungan baut diperlukan untuk beberapa

kondisi operasi. 4. Lebih murah untuk diproduksi dan lebih efisien.

Kerugian Sambungan Ulir

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

25

ELEMEN MESIN I



Konsentrasi tegangan pada bagian ulir yg tidak mampu menahan berbagai kondisi beban

4.4 kelas Ulir

Ukuran ulir uar dinyatakan dengan diameter luar, diameter efektif ( diameter dimana tebal profil dan tebal alur dalam arah sumbu adalah sama ), dan diameter inti. Untuk ulir dalam, ukuran tersebut dinyatakan dengan diameter efektif , ukuran pembatas yang diizinkan, dan toleransi. Atas dasar besarnya toleransi, ditetapkan kelas ketelitian Sebagai berikut : Untuk ulir metris : kelas 1,2 dan 3. Untuk ulir UNC, UNF UNEF : kelas 3A, 2A, dan 1A, untuk ulir luar. Kelas 3B, 2B, dan 1B untuk ulir dalam. Perlu diterangkan bahwa ketelitian tertinggi dalam standar JTS adalah kelas 1, dan dalam standar amerika adalah 3A atau 3B . Patokan yang dipakai untuk pemilihan kelas adalah Sebagai berikut : Kelas teliti ( kelas 1 dalam JTS ) untuk ulir teliti Kelas sedang ( kelas 2 dalam JTS ) untuk pemakaian umum . Kelas kasar ( kelas 3 dalam JTS ) untuk ulir yang sukar dikerjakan, Misalnya ulir dalam dari Lubang yang panjang

4.5 Istilah dalam Sambungan Ulir

Istilah-istilah dalam ulir terlihat pada gambar di bawah ini : Major diameter Diameter terbesar pada bagian ulir luar

atau bagian ulir dalam dari sebuah sekrup. Sekrup ditentukan oleh diameter ini, juga disebut diameter luar atau diameter nominal.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

26

ELEMEN MESIN I

Minor diameter Bagian terkecil dari bagian ulir dalam atau bagian ulir luar, disebut juga sebagai

core atau diameter root.

Pitch diameter Disebut juga diameter efektif, merupakan

 bagian yang berhubungan antara baut dan mur.

Gambar 6.1 Model ulir

Pitch Jarak dari satu ujung ulir ke ujung ulir berikutnya. Juga dapat diartikan jarak

yang ditempuh ulir dalam satu kali putaran.  

Crest adalah permukaan atas ulir Depth of thread adalah jarak tegak lurus antara permukaan luar dan dalam dari ulir.



Flank adalah permukaan ulir



Angle of thread adalah sudut yang terbentuk dari ulir



Slope Ini adalah setengah pitch

4.6 Jenis –   jenis dan Bentuk Ulir a). British standard whitworth (BSW) threat Mata Ulir berbentuk segitiga. Aplikasi : untuk menahan vibrasi,

automobile

Gambar 6.2 Ulir whitworth

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

27

ELEMEN MESIN I

b). British Association (BA) threat Mata Ulir berbentuk segitiga dengan puncak

tumpul Aplikasi : Untuk mengulir pekerjaan yang  presisi.

Gambar 6.3 Ulir British Association

c). American national standard thread . Standar nasional Amerika dimana memiliki

 puncak datar. Ulir ini digunakan untuk tujuan umum misalnya  pada baut, mur, dan sekrup.

Gambar 6.4 Ulir American standard

d). Unified standard thread . Tiga negara yakni, Inggris, Kanada dan

Amerika Serikat melakukan perjanjian untuk sistem ulir sekrup yang sama yaitu dengan sudut termasuk 60°, dalam rangka memfasilitasi pertukaran mesin. Ulir ini memiliki puncak dan akar yang bulat, seperti

Gambar 6.5 Ulir Unifed standard

ditunjukkan pada Gambar.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

28

ELEMEN MESIN I e). Square threat Mata Ulir berbentuk Segiempat. Aplikasi : power

transmisi, machine tools, valves.

Gambar 6.6 Ulir Square(segi empat)

f). Acme threat

Mata Ulir berbentuk Trapesium Aplikasi : cutting lathe, brass valves.

Gambar 6.7 Ulir acme(trapesium)

g). Knuckle threat Mata ulir berbentu bulat, merupakan modifikasi

dari ulir persegi. Ulir ini digunakan untuk  pekerjaan

kasar,

biasanya

ditemukan

di

sambungan gerbong kereta api, dan botol kaca.

Gambar 6.8 ulir knuckle(ulir bulat)

h). Ulir Metrics

Merupakan ulir standar India dan mirip

dengan

ulir

BSW.

Ini

memiliki sudut 60 °. Profil dasar ulir

ditunjukkan

pada

Gambar.

Samping atas dan profil desain mur dan

baut

ditunjukkan

pada

Gambar.bawah.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

29

ELEMEN MESIN I

Gambar 6.9 Ulir metrics

4.7 Tipe Umum Penyambungan Ulir 1. Through bolt Merupakan jenis penyambungan yang digunakan

untuk menyambung dua bagian atau lebih dengan cara dijepit menggunakan mur dan baut. Lubang aterial yang akan disambung harus sesuai dengan ukutan baut sehingga beban yang dapat ditahan oleh  baut dapat maksimal. Gambar 6.10 Through bolt

2. Tap Bolt

Merupakan jenis penyambungan dua buah material atau lebih dimana salah satu ujung mur mengikat  pada material dan ujung lainnya diikat dengan baut, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.11

Gambar 6.11 Tap bolt

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

30

ELEMEN MESIN I

3. Studs

Merupakan jenis penyambungan dua buah material atau lebih dimana mur diikat langsung pada material, seperti ditunjukkan pada Gambar. 6.12.

Gambar 6.12 Studs bold

4. Macam-macam bentuk kepala mur dan baut ditunjukkan pada gambar

Gambar 6.13 Macam-macam bentuk ke ala mur dan baut

4.8 Penguncian Mur / Baut Umumnya mur dan baut akan tetap kencang di bawah beban statis, tapi banyak

ikatan mur dan baut menjadi longgar di bawah beban variabel atau ketika mesin mengalami getaran. Mengendurnya baut/mur ini sangat berbahaya dan harus dicegah. Untuk mencegah hal ini, sejumlah besar metode penguncian perangkat telah diterapkan, beberapa di antaranya adalah : 1) Jam nut or lock nut. Perangkat penguncian yang

 paling umum adalah mengunci mur. Metode ini menggunakan dua buah mur dimana mur  bagian atas adalah sebagai  penguncinya. Seperti UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

Gambar 6.14 Lock nut

31

ELEMEN MESIN I ditunjukkan pada gambar 6.14. 2) Castle nut.

Mur berbentuk heksagonal dengan bagian atas  berbentuk silinder yang memiliki slot, seperti ditunjukkan pada Gambar. 6.15. Pin melewati dua slot pada mur dan sebuah lubang pada baut,  biasanya digunakan pada kondisi yang tiba-tiba mengalami guncangan dan getaran yang cukup  besar seperti di industri otomotif. Gambar 6.15 Castle nut

3) Sawn nut.

Memiliki

slot

setengah

mur,

seperti

ditunjukkan pada Gambar. 6.16 dimana mur diperkuat

dengan

sekrup

kecil

yang

menghasilkan lebih banyak gesekan antara mur

dan

baut.

Hal

ini

mencegah

mengendurnya mur. Gambar 6.16 Sawn nut

4) Locking with pin .

Mur dapat dikunci dengan menggunakan pin atau pasak lancip melewati tengah mur seperti ditunjukkan pada Gambar. 6.17(a). Tapi pin juga sering digunakan diatas dari mur, yaitu dimasukkan pada lubang baut, seperti ditunjukkan pada Gambar. 6.17(b)

Gambar 6.17 a Locking with pin

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

Gambar 6.17 b Locking with pin

32

ELEMEN MESIN I

5) Locking with plate . Mur bisa disesuaikan dan kemudian dikunci melalui

interval sudut 30 ° dengan menggunakan plat. Plat  penguncian ditunjukkan pada Gambar. 6.18.

Gambar 6.18 Locking with plate

6) Spring lock washer

Mur dapat dikunci dengan menggunakan pegas cincin yang pipih, pegas dapat meningkatkan ketahanan sehingga mur tidak mudah untuk mengendur seperti ditunjukkan pada Gambar. 6.19.

Gambar 6.19 Spring lock washer

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

33

ELEMEN MESIN I

Standard Dimensions of Screw Threads

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

34

ELEMEN MESIN I

Tabel 6.1 Standard ukuran ulir 4.9 Bahan ulir Penggolongan ulir menurut kekuatannya distandarkan dalam JTS seperti diperlihatkan dalam Tabel 1.3. arti dari bilangan kekuatan untuk baut dalam tabel tersebut adalah sbb : angka sebelah kiri tanda titik adalah 1/10 harga minimum kekuatan tarik σb ( kg /mm) dan sebelah kanan titik adalah 1/10 ( /  ) Untuk mur , bilangan yang bersangkutan menyatakan 1/10 tegangan  beban jaminan.

 

4.10 Langkah-langkah Perencanaan Ulir Baut dan Mur 1. Diameter Ulir, d (mm)

τt =

W   A

=

W  (   / 4)d 1

Untuk diameter baut yang mempunyai diameter ≥ 3 mm, umumnya besar diameter d1 ≈ 0,8 d, sehingga (d1/d)² = (0,8 d/d) ² = 0,64 ≈ 0,64 UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

35

ELEMEN MESIN I

τt =

d≥

W  (   / 4)(0,8d )2 4W 

≤ τa, sehingga

atau

ax 0,64

  

2W 

d≥

a

 

(mm)

  

Dimana : Wo = Beban tarik aksial pada baut (kg) W = Beban rencana = Wo . fc (kg) Wo = Beban murni (kg) Fc = Faktor koreksi beban Tabel. Faktor koreksi gaya/beban yang akan ditransmisikan/dipindahkan/diteruskan,fc Daya/Beban yang akan ditransmisikan

fc

Daya/beban rata-rata yang diperlukan Daya/beban maksimum yang diperlukan Daya/beban normal yang diperlukan

1,2 - 2,0 0,8 - 1,2 1,0 - 1,5

τa = Tegangan tarik aksial yang diizinkan (kg/mm²)

2. Tekanan Kontak pada permukaan ulir yang terjadi, q q=

W  (  .d 2.h.z )

Dimana

≤ qa 

(kg/mm²)

(kg/mm²)

: d2 = Diameter lingkaran jarak bagi ulir (mm) h = Tinggi ulir (mm) z = Jumlah lilitan ulir (buah) z ≥ W / (πd2.h.qa)  (buah) qa = Tekanan kontak permukaan yang diizinkan (kg/mm²) qa dapat dilihat pada Tabel 7.4 Tekanan permukaan yang diizinkan pada ulir.

3. Tinggi mur, H

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

36

ELEMEN MESIN I H = z . p (mm) Dimana : p = kisar (jarak puncak ulir yang satu ke puncak ulir yang  berikutnya) (mm) Menurut standar : H = (0,8 –  1,0) d (mm) 4. Tegangan geser yang terjadi pada ulir baut, τb  W 

τb =

.d 1.k . p. z 

(kg/mm²)

  (kg/mm²)

  

Dimana

: d1 = Diameter dalam ulir baut (mm) k.p = Tebal akar ulir baut (mm) k ≈ 0,84 (untuk ulir metris)

5. Tegangan geser yang terjadi pada mur, τn   W 

τn =

. D. j. p. z 

(kg/mm²)

 (kg/mm²)

  

Dimana

:D = Diameter luar mur  j. p = Tebal akar ulir mur  j ≈ 0,75

(mm) (mm)

6. Pemeriksaan Tegangan Tegangan geser yang terjadi baik pada ulir baut maupun pada ulir mur harus lebih kecil dari tegangan geser yang diizinkzn, τa (kg/mm²) τb, τn < τa (aman / dapat dipakai) Dimana : Untuk bahan baja liat kadar karbon 0,2 –  0,3 (%) yang difinis tinggi adalah τa = 6  (kg/mm²) Untuk bahan baja liat kadar karbon 0,2 –  0,3 (%) yang difinis biasa adalah τa = 4,8 (kg/mm²) LATIHAN PERHITUNGAN Rencanakan ulir baut dan mur untuk sebuah kait dengan beban tarik 5 ton

dengan faktor koreksi daya beban 1,2. Bahan ulir dan mur terbuat dari baja liat difinis tinggi yang memiliki tegangan tarik 40 kg/mm 2 .

Penyelesaian : UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

37

ELEMEN MESIN I Diketahui

: Wo = 5 ton = 5000 kg Fc = 1,2 τB

= 40 kg/mm

Ditanya

2

: 1. Diameter ulir dan mur, d

(mm)

2. Jumlah lilitan ulir mur yang diperlukan, z

(buah)

3. Tinggi mur (mm) 4. Tegangan geser ulir baut dan mur, τb/ τn 5. Pemeriksaan tegangan τb dan τn < τa Jawab

: 1. Diameter ulir dan mur, d d=

 

 

(kg/mm

2

)

( harus a aman)

(mm)

(mm)

Dimana : W = beban tarik aksial = Wo . fc = 5000 . 1,2 = 6000 kg τa = Tengangan tarik izin (kg/mm ) 2

Berdasarkan penjelasan hal. 297 untuk bahan baja liat difinis tinggi = 6 kg/mm 2 d=

       =

 =

2000 = 44,741 mm. Ditentukan d = 45 mm.

Berdasarkan Tabel 7.1 (b) Ukuran standar ulir kasar metris (JIS B 0205) hal. 290 untuk Diameter luar ulir, d = 45 mm, adalah :

- Diameter dalam ulir, d1 = 40, 129 mm - Jarak bagi ulir atau kisar, p = 4,5 mm. 2.

Jumlah ulir mur yang diperlukan, z (buah)

Z=

W  .d 2.h.qa

 (buah)

  

Dimana : phi, π = 3,14 d2 = diameter lingkaran jarak bagi ulir = h = Tinggi kepala ulir =

d   d 1 2

=

d   d 1 2

=

45  40,129 2

45  40,129 2

 = 42,565 mm

 = 2, 436 mm.

qa = Tekanan kontak permukaan ulir yang diizinkan Berdasarkan Tabel 7.4 Tekanan permukaan yang diizinkan pada ulir UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

38

ELEMEN MESIN I Tekanan kontak izin bahan baja liat untuk pengikat, qa = 3 kg/mm 2 Z=

W  .d 2.h.qa

 =

  

6000 3,14.42,565.2,436.3

 =

6000 976,532

 = 6,144 (buah) = 6 buah

3. Tinggi/lebar mur, H

H = z . p = 6 . 4,5 = 27 mm Menurut Standar : H = (0,8 –  1,0) d, halaman 297 poin (7.7), tinggi/lebar mur adalah

- Minimun, H = 0,8 . d = 0,8 . 45 = 36 mm - Maksimun, H = 1,0 . d = 1,0 . 45 = 45 mm - Jumlah ulir minimun, z min. = z/p = 36/4,5 =8 buah - Jumlah ulir maksimun, z mak = z/p = 45/4,5 = 10 buah 4. Tegangan geser yang terjadi pada ulir luar atau baut, τb (kg/mm 2  ) W 

τb =

2

.d 1.k . p. z 

 (kg/mm  )

  

Dimana : k = Tebal akar kulit luar ulir Berdasarkan penjelasan hal. 297 poin (7.9), k≈ 0,84 dan j = 0,75 τb =

6000 3,14.40,129 .0,84.4,5.10

=

6000 4762 ,99

2

 = 1,26 (kg/mm  )

5. Tegangan geser yang terjadi pada ulir dalam atau mur, τn (kg/mm 2  )

τn =

W 

2

. D. j. p. z 

 (kg/mm  )

  

τn =

6000 3,14.45.0,75.4,5.10

=

6000 4768 ,875

2

 = 1,258 (kg/mm  )

6. Pemeriksaan Tegangan τb dan τn < qa ( harus aman)

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

39

ELEMEN MESIN I Dari hasil perhitungan tegangan geser yang terjadi baik ulir baut, τb = 1,26 2

(kg/mm ) dan tegangan geser yang terjadi pada ulir mur, τn = 1,258 kg/mm ternyata tidak melebihi dari tegangan geser yang diizinkan, τa = 6 kg/mm

2

2

(Aman dapat digunakan) 2

2

τb = 1,26 kg/mm dan τn = 1,258 kg/mm < τa = 6 kg/mm

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

2

40

ELEMEN MESIN I

BAB 5 SAMBUNGAN KELING 5.1 Pengertian Paku keling / rivet   adalah salah satu metode penyambungan yang sederhana. sambungan keling umumnya diterapkan pada jembatan, bangunan, ketel, tangki, kapal Dan pesawat terbang. Penggunaan metode penyambungan dengan paku keling ini juga sangat baik digunakan untuk penyambungan pelat pelat alumnium. Pengembangan Penggunaan rivet dewasa ini umumnya digunakan untuk pelat-pelat yang sukar dilas dan dipatri dengan ukuran yang relatif kecil. Setiap bentuk kepala rivet ini mempunyai kegunaan tersendiri, masing masing jenis mempunyai kekhususan dalam penggunaannya. Sambungan dengan paku keling ini umumnya bersifat permanent dan sulit untuk melepaskannya karena pada bagian ujung pangkalnya lebih besar daripada batang paku kelingnya.  Bagian utama paku keling adalah :

1. Kepala 2. Badan 3. Ekor 4. Kepala lepas  Bahan paku keling

Yang biasa digunakan antara lain adalah baja, brass, aluminium, dan tembaga tergantung jenis sambungan/ beban yang diterima oleh sambungan. Penggunaan umum bidang mesin : ductile (low carbor), steel, wrought iron. Penggunaan khusus : weight, corrosion, or material constraints apply : copper (+alloys) aluminium (+alloys), monel, dll 5.2 Penggunaan Paku Keling Pemakaian paku keling ini digunakan untuk :  Sambungan kuat dan rapat, pada konstruksi boiler ( boiler, tangki dan  pipa-pipa tekanan tinggi ).  Sambungan kuat, pada konstruksi baja (bangunan, jembatan dan crane ).  Sambungan rapat, pada tabung dan tangki ( tabung pendek, cerobong,  pipa-pipa tekanan).  Sambungan pengikat, untuk penutup chasis ( misalnya ; pesawat terbang, kapal). UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

41

ELEMEN MESIN I

5.3 Keuntungan dan Kelemahan a. Keuntungan Sambungan paku keling ini dibandingkan dengan sambungan las mempunyai keuntungan yaitu :  Bahwa tidak ada perubahan struktur dari logam disambung. Oleh karena itu banyak dipakai pada pembebanan-pembebanan dinamis.  Sambungan keling lebih sederhana dan murah untuk dibuat.  Pemeriksaannya lebih mudah  Sambungan keling dapat dibuka dengan memotong kepala dari paku keling tersebut b. Kelemahan  Hanya satu kelemahan bahwa ada pekerjaan mula berupa pengeboran lubang paku kelingnya di samping kemungkinan terjadi karat di sekeliling lubang tadi selama paku keling dipasang. Adapun  pemasangan paku keling bisa dilakukan dengan tenaga manusia, tenaga mesin dan bisa dengan peledak (dinamit) khususnya untuk  jenis-jenis yang besar.  Paku keling dalam ukuran yang kecil dapat digunakan untuk menyambung dua komponen yang tidak membutuhkan kekuatan yang  besar, misalnya peralatan rumah tangga, furnitur, alat-alat elektronika, dll 5.4 Jenis Pembebanan dalam Paku Keling Bila dilihat dari bentuk pembebanannya, sambungan paku keling ini dibedakan yaitu : Pembebanan tangensial dan Pembebanan eksentrik.  PEMBEBANAN TANGENSIAL

Pada jenis pembebanan tangensial ini, gaya yang bekerja terletak pada garis kerja resultannya, sehingga pembebanannya terdistribusi secara merata kesetiap paku keling yang digunakan.  PEMBEBANAN EKSENTRIK

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

42

ELEMEN MESIN I

5.5 Jenis Kerusakan  Tearing of the plate at ende : robek pada bagian pinggir dari plat yang dapat terjadi jika margin (m) kurang dari 1.5 d, dengan d ialah diameter paku keling.

 Tearing of the plate a cross a row of rivets : robek pada garis sumbu

lubang paku keling dan bersilangan dengan garis gaya.

 Shearing of the rivets : kerusakan sambungan paku keling karena

 beban geser.

5.6 Tipe Sambungan Paku Keling A. Berdasarkan Penyambungan Plat  Lap joint (Sambungan Berimpit) : sambungan yang menempatkan  pelat yang akan disambung saling berimpitan dan kedua pelat tersebut disambung dengan paku keling . Pemasangan tipe lap joint biasanya digunakan pada plat yang overlaps satu dengan yang lainnya..

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

43

ELEMEN MESIN I  Butt joint (Sambungan

Bilah ): sambungan yang menempatkan kedua ujung pelat yang akan disambung saling berdekatan, lalu kedua  pelat tersebut ditutup dengan bilah (strap), kemudian masing-masing  pelat disambungkan dengan bilah menggunakan paku keling Digunakan untuk menyambung dua plat utama, dengan menjepit menggunakan 2 plat lain, sebagai penahan (cover), dimana plat  penahan ikut dikeling dengan plat utama. Tipe ini meliputi single strap  butt joint dan double strap butt joint

B. Berdasarkan Jumlah Baris  Sambungan baris tunggal (single riveted joint) Pada sambungan berimpit, sambungan baris tunggal adalah sambungan yang menggunakan satu baris paku keeling pada sistem sambungan. Sedangkan pada sambungan bilah, sambungan baris tunggal adalah sambungan yang menggunakan satu baris paku pada masing-masing sisi sambungan.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

44

ELEMEN MESIN I

 Sambungan baris ganda (double riveted lap joint)

Pada sambungan berimpit, sambungan baris ganda adalah sambungan yang menggunakan dua baris paku keling pada sistem sambungan. Sedangkan pada sambungan bilah, sambungan baris ganda adalah sambungan yang menggunakan dua baris paku pada masing-masing sisi sambungan

C. Berdasarkan Susunan Paku  Sambungan Rantai  Sambungan Zig - Zag

5.7 Desain Teknis Keling Pitch: Jarak dari pusat satu keling ke pusat keling lainnya yang sejajar, dinotasikan dengan p. UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

45

ELEMEN MESIN I Diagonal Pitch: Jarak antara pusat keling pada baris berikutnya dari sambungan keling zig-zag Back Pitch: Jarak tegak lurus diantara garis pusat dari baris berikutnya, donotasikan dengan ps. Margin: Merupakan jarak antara pusat dari lubang keling dengan tepi dari  pelat, notasi m. 5.8 Perhitungan Dalam Paku Keling  Perhitungan Kekuatan - Area Sobekan per Panjang Pitch

-

        

Ketahanan sobek per panjang pitch

Dimana :  p = pitch dari keling d = diameter keling t = ketebalan plat f t = tegangan tarik yg diijinkan dari bahan plat  Pergeseran Pada Keling

        ⁄       ⁄  √      

-

Area geser per keling / Luas Penampang

-

Tegangan Geser

Sehingga

-

Diameter paku Keling

-

Ketahanan geser keling per panjang pitch

 Patah (Crush) Pada Keling UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

46

ELEMEN MESIN I -

Area patah per rivet

-

Total area patah

-

Ketahanan patah keling per panjang pitch

        

Dimana : n : jumlah keling per panjang pitch f c : tegangan patah yg diijinkan bahan keeling  Efisiensi Sambungan Keling

-

Strength of The Riveted Joint ( Pt, Ps, Pc ) Strength of Plate, P = p x t x f t Efisiensi Sambungan

   

EFISIENSI SAMBUNGAN

Lap Joint

Effisiensi

But joint (D strap)

Effisiensi

Single

45 – 60

Single

55 – 60

Double

63 – 70

Double

70 – 83

Triple

72 – 80

Triple

80 – 90

Quadruple

85 – 94

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

47

ELEMEN MESIN I

BAB 6 POROS (SHAF) 6.1 Definisi Poros

Poros adalah suatu bagian stasioner yang berputar, biasanya berpenampang  bulat diameter pasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear), pully, flywheel, engkol, sprocket dan elemen pemindah lainnya. Poros bias menerima beban lentur, beban tarikan, beban teka atau beban puntur yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya.

6.2 Macam-macam Poros

1. Jenis-Jenis Poros Poros sebagai penerus daya diklasifikasikan menurut pembebanannya sebagai berikut: a. Poros Transmisi Poros Transmisi (transmission shaft) atau sering hanya disebut dengan

poros

(shaft)

digunakan

pada

mesin

rotasi

untuk

metransmisikan putaran dan rotasi dari satu lokasi kelokasi yang lainnya. Poros mentransmisikan torsi dan driver (motor atau engine) ke driven. Komponen mesin yang sering digunakan bersamaan dengan  poros adalah roda gigi, puli dan sprocket. Transmisi torsi antar poros dilakukan dengan pasangan roda gigi, sabuk atau rantai. Poros bisa menjadi satu dengan driver, seperti pada poros motor dan engine crank shaft, bisa juga poros bebas yang dihubungakan ke poros lainnya dengan kopling. Sebagai dudukan poros, digunakan bantalan.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

48

ELEMEN MESIN I

 b. Poros Spindle Poros Spindle adalah poros tranmisi yang relative pendek, seperti  poros utama mesin perkakas, dimana beban utama berupa puntiran, disebut spindle. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah 1 deformasinya yang harus kecil, dan bentuk serta ukuran haruslah teliti.

Gambar 2. Poros Spindle

c. Gandar Gandar adalah poros yang tidak mendapatkan beban punter, bahkan kadang kadang tidak boleh berputar. Contohnya seperti yang terpasang diantara roda-roda kereta barang dll.

Gandar

Gambar 3. Gandar

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

49

ELEMEN MESIN I

Berdasarkan bentuknya : a. Poros lurus  b. Poros engkol sebagai penggerak utama pada silinder mesin

Ditinjau dari segi besarnya transmisi daya yang mampu ditransmisikan, poros merupakan elemen mesin yang cocok untuk mentransmisikan daya yang kecil hal ini dimaksudkan agar terdapat kebebasan bagi perubahan arah (arah momen putar).

6.3 Hal-hal yang Perlu Diperhatikan pada Poros

a. Kekuatan Poros Poros transmisi akan menerima beban puntir (twisting moment), beban lentur (bending moment) ataupun gabungan antara beban puntir dan lentur. Dalam perancangan poros perlu memperhatikan beberapa faktor, misalnya :kelelahan, tumbukan dan pengaruh konsentrasi tegangan bila menggunakan  poros bertingkat ataupun penggunaan alur pasak pada poros tersebut. Poros yang dirancang tersebut harus cukup aman untuk menahan beban-beban tersebut.  b. Kekakuan Poros Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup aman dalam menahan pembebanan tetapi adanya lenturan atau defleksi yang terlalu besar akan mengakibatkan ketidak telitian (padamesinperkakas), getaran mesin (vibration) dansuara (noise). Oleh karena itu disamping memperhatikan kekuatan poros, kekakuan poros juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan jenis mesin yang akan ditransmisikan dayanya dengan poros tersebut. c. Putaran Kritis UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

50

ELEMEN MESIN I Bila putaran mesin dinaikkan maka akan menimbulkan getaran (vibration)  pada mesin tersebut. Batas antara putaran mesin yang mempunyai jumlah  putaran normal dengan putaran mesin yang menimbulkan getaran yang tinggi disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor  bakar ,motor listrik , dll. Selain itu, timbulnya getaran yang tinggi dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jadi dalam  perancangan poros perlu mempertimbangkan putaran kerja dari poros tersebut agar lebih rendah dari putaran kritisnya. d. Korosi Apabila terjadi kontak langsung antara poros dengan fluida korosif maka dapat mengakibatkan korosi pada poros tersebut, misalnya propeller shaft pada  pompa air. Oleh karena itu pemilihan bahan-bahan poros (plastik) dari bahan yang tahan korosi perlu mendapat prioritas utama. e. Material Poros Poros yang biasa digunakan untuk putaran tinggi dan beban yang berat pada umumnya dibuat dari baja paduan (alloy steel) dengan proses pengerasan kulit (case hardening) sehingga tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom, baja khrom nikel, baja khrom molibden, baja khrom nikel molebdenum, dll. Sekalipun demikian, baja

paduan khusus tidak selalu

dianjurkan jika alasannya hanya karena putaran tinggi dan pembebanan yang  berat saja. Dengan demikian perlu dipertimbangkan dalam pemilihan jenis  proses heat treatment yang tepat sehingga akan diperoleh kekuatan yang sesuai.

6.4 Perancangan Poros

Tegangan dan defleksi adalah parameter yang harus diperhatikan pada  perancangan poros. Defleksi sering menjadi parameter kritis, karena defleksi yang besar akan mempercepat keausan bantalan dan mengakibatkan terjadinya misalignment pada roda gigi, sabuk dan rantai. Tegangan pada poros bisa

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

51

ELEMEN MESIN I dihitung hanya pada posisi tertentu yang ditinjau dengan mengetahui beban dan  penampang poros. Tetapi, untuk menghitung defleksi yang terjadi, harus diketahui terlebih dahulu geometri seluruh bagian poros. Sehingga dalam merancang poros, pertama kali yang dilakukan adalah berdasar tegangan yang terjadi, baru kemudian menghitung defleksi berdasar geometri yang telah ditentukan. Perancangan poros juga dipengaruhi hubungan frekuensi pribadi  poros (pada pembebanan bending dan torsi) terhadap frekuensi pembebanan terhadap waktu. Jika frekuensi pembebanan mendekati frekuensi pribadi poros, akan terjadi resonansi, sehingga timbul getaran, tegangan dan defleksi yang  besar.

1. Aturan umum perancangan poros : a. Untuk meminimalisasi defleksi dan tegangan, poros diusahakan sependek mungkin dan meminimalisasi keadaan ‘overhang’,  b. Sebisa

mungkin

menghindari

susunan

batang

kantilever,

dan

mengusahakan tumpuan sederhana, kecuali karena tuntutan perancangan. Hal ini karena batang kantilever akan terdefleksi lebih besar, c. Poros berlubang mempunyai perbandingan kekakuan dengan massa (kekakuan spesifik) lebih baik dan frekuensi pribadi lebih besar dari pada  poros pejal, tetapi harganya akan lebih mahal dan diameter akan lebih  besar, d. Usahakan menghindarkan kenaikan tegangan pada lokasi momen bending yang besar jika memungkinkan dan meminimalisasi efeknya dengan cara menambahkan fillet dan relief. e. Jika tujuan utamanya adalah meminimalisasi defleksi, baja karbon rendah  baik untuk digunakan karena kekakuannya setinggi baja dengan harga

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

52

ELEMEN MESIN I yang lebih murah dan pada poros yang dirancang untuk defleksi, tegangan yang terjadi cenderung kecil, f. Defleksi pada roda gigi yang terpasang pada pada poros tidak boleh melebihi 0.005 inch dan slope relatif antar sumbu roda gigi harus kurang dari 0.03º. g. Jika digunakan plain bearing, defleksi poros pada arah sepanjang bantalan harus kurang dari tebal lapisan oli pada bantalan, h. Jika digunakan non-self-alligning rolling element bearing, defleksi sudut  poros pada bantalan harus dijaga kurang dari 0.04º, i. Jika terjadi gaya aksial, harus digunakan paling tidak sebuah thrust bearing untuk setiap arah gayanya. Jangan membagi gaya aksial pada beberapa thrust bearing karena ekspansi termal pada poros akan mengakibatkan overload pada bantalan.  j. Frekuensi pribadi pertama poros minimal tiga kali frekuensi tertinggi ketika gaya terbesar yang diharapkan terjadi pada saat operasi. Semakin  besar akan semakin baik, tetapi akan semakin sulit untuk dicapai. 6.5 Perhitungan Diameter Poros

Dalam perhitungan diameter poros ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yakni faktor koreksi yang dianjurkan ASME dan juga dipakai disini. Faktor koreksi akibat terjadinya tumbukan yang dinyatakan dengan Kt, jika beban dikenakan beban secara halus, maka dipilih sebesar 1,0. Jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan, maka dipilih sebesar 1,0-1,5. Jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar, maka dipilih sebesar 1,5-3,0. Dalam hal ini harga Kt diambil sebesar 3 karena cangkang terhisap langsung kedalam mesin fan sehingga mendapatkan beban kejut atau tumbukan yang besar secara tiba-tiba. Meskipun dalam perkiraan sementara ditetapkan bahwa beban hanya terdiri atas momen puntir saja, perlu ditinjau pula apakah ada kemungkinan  pemakaian dengan beban lentur. Dimana untuk perkiraan sementara ditetapkan UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

53

ELEMEN MESIN I  bahwa beban hanya terjadi karena momen puntir saja dengan harga diantara 1,22,3 (jika diperkirakan tidak akan terjadi pembebanan lentur maka Cb diambil 1,0), dalam perencanaan diambil faktor koreksinya sebesar 1,2. Maka rumus untuk merencanakan diameter poros ds diproleh:

dimana :

ds = diameter poros yang direncanakan (mm)



a

Kt

= kekuatan tarik bahan (kg/mm2) aτ = faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya

tumbukan Cb = faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya  beban lentur.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

54

ELEMEN MESIN I a. Pembebanan Tetap (constant loads) 1) Poros yang hanya terdapat momen puntir saja. Untuk menghitung diameter poros yang hanya terdapat momen puntir saja (twisting moment only) dapat diperoleh dari persamaan berikut :

Dimana :

T = Momen puntir pada poros r = Jari –  jari poros J = Momen Inersia Polar

Selain dengan persamaan diatas, besarnya momen  puntir pada poros (twisting moment) juga dapat diperoleh dari hubungan persamaan dengan variable-variable lainnya, misalnya : a) Daya yang ditransmisikan

 buk penggerak (belt drive) : T = (T1 –  T2) x R dimana T1 = tarikan yang terjadi pada sisi kencang T2 = tarikan yang terjadi pada sisi kendor R = jari-jari pulley 2) Poros yang hanya terdapat momen lentur saja.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

55

ELEMEN MESIN I Untuk menghitung diameter poros yang hanya terdapat momen lentur saja (bending moment only), dapat diperoleh dari persamaan berikut :

dimana :

M = Momen lentur pada poros I = Momen Inersia y = jari-jari poros



 = Bending stress

Untuk poros yang berbentuk bulat padat besarnya

momen Inersia dirumuskan :

3) Poros dengan kombinasi momen lentur dan momen puntir. Jika pada poros tersebut terdapat kombinasi antara momen lentur dan momen puntir maka perancangan poros harus didasarkan pada kedua momen tersebut. Banyak teori telah diterapkan untuk menghitung elastic failure dari material ketika dikenai momen lentur dan momen puntir. a) Maximum shear stress theory atau Guest’s theory Teori ini digunakan untuk material yang dapat diregangkan (ductile), misalnya baja lunak (mild steel).  b) Maximum normal stress theory atau Rankine’s theory Teori ini digunakan untuk material yang keras dan getas (brittle), misalnya besi cor (cast iron). Pada UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

56

ELEMEN MESIN I  pembahasan selanjutnya, cakupan pembahasan akan lebih terfokus pada pembahasan baja lunak (mild steel) karena menggunakan material S45C sebagai material  poros. Terkait dengan Maximum shear stress theory atau Guest’s theory bahwa besarnya maximum shear stress  pada poros dirumuskan :

Dengan mensubsitusikan ke persamaan akan diperolah :

Tegangan geser yang diizinkan untuk pemakaian umum pada poros dapat diperoleh dari berbagai cara, salah satu cara diantaranya dengan menggunakan  perhitungan berdasarkan kelelahan puntir yang besarnya diambil 40% dari batas kelelahan tarik yang besarnya kira-kira 45% dari kekuatan tarik. Jadi batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan tarik, sesuai dengan standar ASME. Untuk harga 18% ini faktor keamanan diambil sebesar . Harga 5,6 ini diambil untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin dan 6,0 untuk bahan S-C dengan  pengaruh masa dan baja paduan. Faktor ini dinyatakan dengan . Selanjutnya  perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur pasak atau dibuat  bertangga karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. Untuk memasukan pengaruh ini kedalam perhitungan perlu diambil faktor yang dinyatakan dalam yang besarnya 1,3 sampai 3,0

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

57

ELEMEN MESIN I  b. Pembebanan Berubah-ubah (fluctuating loads) Pada pembahasan sebelumnya telah dijelaskan mengenai pembebanan tetap (constant loads) yang terjadi pada poros. Dan pada kenyataannya bahwa  poros justru akan mengalami pembebanan puntir dan pembebanan lentur yang  berubah-ubah. Dengan mempertimbangkan jenis beban, sifat beban, dll. yang terjadi pada poros maka ASME (American Society of Mechanical Engineers) menganjurkan dalam perhitungan untuk menentukan diameter poros yang dapat diterima (aman) perlu memperhitungkan pengaruh

kelelahan karena beban

 berulang Jenis Pembebanan

K m

K t

1,0

1,0

1. Poros tetap a. Beban perlahan  b. Beban tiba-tiba

1,5 - 2,0 1,5 –  2,0

2. Poros yang berputar a. Beban perlahan ataupun tetap

1,5

1,0

 b. Beban tiba-tiba kejutan ringan

1,5 – 2,0 1,5 –  2,0

c. Beban tiba-tiba kejutan berat

2,0 – 3,0 1,5 –  3,0

6.6 Daya Poros

Di stasiun Kernel pada Pabrik Kelapa Sawit, poros Depericarper Fan akan mendapatkan daya dari boiler. Daya tersebut akan ditransmisikan dari turbin ke poros melalui V-Belt. Daya merupakan daya nominal output dari motor penggerak dalam hal ini turbin uap. Daya yang besar mungkin diperlukan  pada saat mulai (start), atau mungkin beban yang besar terus bekerja setelah start. Dengan demikian sering diperlukan koreksi pada daya rata-rata yang diperlukan dengan menggunakan faktor koreksi pada perencanaan.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

58

ELEMEN MESIN I Ada beberapa jenis faktor koreksi sesuai dengan daya yang akan ditransmisikan sesuai dengan tabel 2.1. Tabel 2.1 Jenis-jenis faktor koreksi berdasarkan daya yang ditransmisikan Daya yang ditransmisikan Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal

f c 1,2 –  2,0 0,8 –  1,2 1,0 –  1,5

Dalam perhitungan poros ini diambil daya rata-rata sebagai daya rencana dengan faktor koreksi sebesar fc = 2,0. Harga ini diambil dengan pertimbangan  bahwa daya yang direncanakan akan lebih besar dari daya maksimum sehingga  poros yang akan direncanakan semakin aman terhadap kegagalan akibat momen  puntir yang terlalu besar. Sehingga besar daya rencana Pd yaitu :

Dimana :

Pd = daya rencana (kW)

fc = faktor koreksi  N = daya normal keluaran motor penggerak (kW) Dengan adanya daya dan putaran, maka poros akan mendapat beban  berupa momen puntir. Oleh karena itu dalam penentuan ukuran-ukuran utama  poros akan dihitung berdasarkan beban puntir serta kemungkinan-kemungkinan kejutan/tumbukan dalam pembebanan, seperti pada saat motor mulai berjalan.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

59

ELEMEN MESIN I Besarnya momen puntir yang dikerjakan pada poros dapat dihitung :

Dimana :

T = momen puntir rencana (kg.mm)

Pd = daya rencana (kW) n = putaran (rpm) Bahan poros yang direncanakan adalah baja cor yaitu jenis baja karbon tinggi dengan kadar C > 0,5 %. Baja karbon konstruksi mesin (disebut bahan SC) dihasilkan dari ingot yang dikil (baja yang dioksidasikan dengan ferrosilikon dan dicor), kadar karbon terjamin. Jenis-jenis baja S-C beserta dengan kekuatan

tariknya dapat dilihat dari tabel 2.2. Dalam perencanaan poros ini dipilih bahan jenis S30C yang dalam perencanaannya diambil kekuatan tarik sebesar . Maka tegangan puntir izin dari bahan dapat diperoleh dari rumus :

Dimana : τa = tegangan geser izin (kg/mm2) σ b = kekuatan tarik bahan (kg/mm2) UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

60

ELEMEN MESIN I Sf1 = faktor keamanan yang bergantung kepada jenis bahan. Sf2 = faktor keamanan yang bergantung pada bentuk poros (harga 1,3-3,0) Sesuai dengan standar ASME, batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan tarik, dimana untuk harga ini faktor keamanan diambil sebesar =5,6. Harga 5,6 diambil untuk bahan SF dan 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh massa dan baja paduan. Harga Sf1 diambil 6 karena dalam perencanaan  pemilihan bahan diambil jenis S30C. Sedangakan nilai Sf2, karena poros yang dirancang merupakan poros bertingkat, sehingga dalam perencanaannya faktor keamanan diambil 1,4. bσ10,18 6.7 Pemeriksaan Kekuatan Poros

Ukuran poros yang telah direncanakan harus diuji kekuatannya. Pengujian dilakukan dilakukan dengan memeriksa tegangan geser yang terjadi (akibat momen puntir) yang bekerja pada poros. Apabila tegangan geser ini melampaui tegangan geser izin yang dapat ditahan oleh bahan maka poros mengalami kegagalan. Besar tegangan geser akibat momen puntir yang bekerja

 pada poros diperoleh dari:

dimana: τ p = tegangan geser akibat momen puntir ( kg/mm2 ) T = momen puntir yang terjadi (direncanakan) ( kg.mm ) ds = diameter poros ( mm )

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

61

ELEMEN MESIN I

BAB 7 SAMBUNGAN PASAK

7.1 Definisi Pasak adalah suatu komponen yang berfungsi menyambung / menghubungkan Poros dengan komponen lain yaitu : Nat roda, roda gigi, roda  pully, kopling agar dapat berputar bersamaan dengan poros. Pada poros sehingga terjamin tidak berputar pada poros. Pemilihan jenis pasak tergantung  pada besarnya daya yang bekerja dan kestabilan bagian-bagian yang disambung. Untukdaya yang kecil, antara nafroda dan poros cukup dijamin dengan baut tanam (set screw). Dilihat cara pemasangannya, pasak dapat di bedakan yaitu :  Pasak Memanjang Jenis pasak memanjang yang banyakdigunakan adabermacam-macam yaitu : Sunk Keys (pasak benam) 7.2 Macam Pasak Benam Pasak Benam ada beberapa jenis yaitu : a. Pasak benam segiempat (Rectangular Sunk Key)

 b. Pasak Bujur Sangkar (Square Key) Bentuknya sama seperti rectangular sunk key, tetapi lebar dan tebalnya sama yaitu:

c. Paraller Sunk Key (pasakbenamsejajar) UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

62

ELEMEN MESIN I Bentuknya sama seperti di atas, tapi penggunaan bila pemakaian diatas belum mampu memindahkan daya, maka pasak tersebut di  pasang sejajar. d. Pasak Berkepala (gib head key) Pasak ini digunakan biasanya untuk poros berputar bolak - balik

e. Pasak Tembereng (woodruff key) Pasak jenis ini digunakan untuk poros dengan punter/daya tidak terlalu  besar.

f. Pasak Pelana (Saddle key) Jenis pasak ini pemakain umum untuk menjamin hubungan antara nafroda dengan poros.

g. Tangent Key Pemakaiannya sama dengan seperti pasak pelana, dipasang dua buah berimpit.

tetapi pasaknya

h. PasakBulat (Round Keys) Jenis pasak ini, biasanyadigunakan untuk memindahkan daya relative kecil. UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

63

ELEMEN MESIN I

i. Pasak Gigi (Splines) Jenis pasak ini bahannya di buat satu bahan dengan poros dan  biasanya digunakan untuk memindahkan daya serta putaran yang cukup besar dan arah kerja putarannya bolak-balik.

7.3 Perhitungan Panjang Pasak



Gaya tangensial (Ft) = gayageser (Fs)



Torsi yang ditransmisikanolehporos:



Gaya tangensialakibat crushing (terjadikerusakan )

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

64

ELEMEN MESIN I



Torsi akibatgayageser = torsi akibat crushing



Torsi vstegangangeserpadapasak



Torsi vs torsional shear strength padapasak

Maka:

a. Panjangpasak

 b. Jikalebarpasakhasilperhitunganterlalukecildantidakadaditabe lpasak, makalebarpasakdihitungmenggunakanhubungan :

Dalampasakharusdicaripanjangpasakberdasarkantegangange ser yang terjadi (shearing stress) dantegangan crushing (crushing stress) kemudiandiambilpanjangterbesarnya.

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

65

ELEMEN MESIN I

7.4 ContohSoal 1. Pasakpersegipanjangdipasangpadaporosdengan diameter 50 mm, 2 tegangangeser yang diijinkantidakmelebihi 4200 N/cm dan crushing stress tidakmelebihi 7000 N/cm2. Carilahpanjangpasak yang paling aman. Jawab :



Untuk d=50 mm berdasarkan table pasakdiperoleh : b = 16 mm = 1,6 cm dan t = 10 mm = 1 cm Torsi akibattegangangeser (pasak):



Torsi akibattegangangeser torsional (poros) :







Jikadiasumsikanbahanpasaksamadenganbahanporosmakapanjan gpasakakibatgeseran :

Panjangpasakakibat crushing stress

UNIVERSITAS GADJAH MADA – TEKNIK MESIN SV

66