Program Study Teknik Mesin Institut Sains dan Teknologi Al-Kamal

Modul Materi Kuliah

ELEMEN MESIN 1

IWAN RIDWAN ST

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST ii

Modul Materi Kuliah

ELEMEN MESIN 1 Dasar Perencanaan dan Pemilihan Oleh :

IWAN RIDWAN ST Dosen Pengajar

Institut Sains dan Teknologi Al-Kamal Kepala Departmen Tooling Maintenance

PT. Padma Soode Indonesia

Program Study Teknik Mesin Institut Sains dan Teknologi Al-Kamal

PENGANTAR

Dengan mengucap syukur alhamdulillah akhirnya buku pegangan siswa untuk matakuliah Elemen Mesin 1 , khususnya kelas yang diasuh penulis, dapat diselesaikan. Buku ini disusun berdasar pengalaman penulis dalam mengajar Elemen Mesin 2 pada semester-semester yang lalu.

Namun demikian, pada edisi pertama, buku ini belum dicobakan untuk digunakan dalam proses pembelajaran dikelas, karena itu disadari masih banyak kekurangan yang terdapat pada buku ini. Seiring dengan penggunaan dalam proses pembelajaran maka akan dilakukan penyempurnaan disana-sini.

Saran yang diberikan demi perbaikan mutu buku ini sangatlah dihargai, sehingga dengan makin sempurnanya buku ini, tidak hanya penulis yang menggunakannya sebagai buku pegangan siswa dalam proses pembelajaran Elemen Mesin 1 tetapi dapat juga digunakan oleh para dosen pengajar lainnya. Bekasi, 10 January 2011 Penulis Iwan Ridwan ST

DAFTAR ISI PENGANTAR

Bab I : Poros ( Shaft ) TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS:

• Memahami fungsi Poros • Klasifikasi, Bahan, keuntungan dan kerugian • Perhitungan kekuatan dan pemilihan sistem sesuai dengan fungsi dan penggunaannya

Bab II : Pegas ( Spring ) TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS:

• Memahami fungsi Pegas • Klasifikasi, Bahan, keuntungan dan kerugian • Perhitungan kekuatan dan pemilihan sistem sesuai dengan fungsi dan penggunaannya

Bab III : Baut & Mur TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS:

• Memahami fungsi Baut dan Mur • Klasifikasi, Bahan, keuntungan dan kerugian • Perhitungan kekuatan dan pemilihan sistem sesuai dengan fungsi dan penggunaannya

Bab IV : Keling ( Rivet ) TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS:

• Memahami fungsi Keling • Klasifikasi, Bahan, keuntungan dan kerugian • Perhitungan kekuatan dan pemilihan sistem sesuai dengan fungsi dan penggunaannya

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST v

Bab V : Las ( Welding ) TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS:

• Memahami fungsi Las • Klasifikasi, Bahan, keuntungan dan kerugian • Perhitungan kekuatan dan pemilihan sistem sesuai dengan fungsi dan penggunaannya

Daftar Pustaka

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 6

Bab I

Poros ( Shaft ) TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS:

• Memahami fungsi Poros • Klasifikasi, Bahan, keuntungan dan kerugian • Perhitungan kekuatan dan pemilihan sistem sesuai dengan fungsi dan penggunaannya

Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama – sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros.

1. Macam – Macam Poros Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut pembebanannya sebagai berikut : 1.1. Poros transmisi.

Poros macam ini mendapat beban puntir murni atau punter dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau sprocket rantai, dan lain – lain.

1.2. Spindel.

Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindle . Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.

1.3. Gandar

Bahan poros untuk mesin umum biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis, baja karbon konstruksi mesin ( disebut bahan S – C ) yang dihasilkan dari ingot yang di-“kill ” ( baja yang dideoksidasikan dengan ferrosilicon dan dicor, kadar karbon terjamin ). Sedangkan poros – poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom nikel molibden, baja khrom, baja khrom molibden, dan lain – lain. Poros seperti yang dipasang di antara roda – roda kereta barang, dimana tidak mendapat beban punter, bahkan kadang – kadang tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir juga.

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 7

2. Perencanaan Poros Untuk Merencanakan Sebuah poros yang perlu di perhatikan adalah :

1. Kekuatan Poros Suatu Poros Tranmisi dapat mengalami Beban Puntir atau Lentur atau gabungan dari lentur dan puntir. Atau juga mengalami beban tarik dan tekan. Contohnya : Poros Baling baling kapal atau Turbin

2. Kekakuan Poros Disamping kekuatan Poros, Kekakuannya juga harus diperhatikan, karena jika lenturan atau depleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidak telitian atau getaran dan suara.

3. Putaran Kritis Adalah Bila putaran suatu mesin dinaikan maka pada suatu harga putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Dimana dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian lainnya. Maka poros harus direncanakan sedemikian rupa sehingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritis.

4. Korosi Poros di usahakan tahan terhadap korosi, biasanya korosi terjadi kalau mesin yang sering berhenti lama.

5. Bahan Poros Poros untuk mesin biasanya di buat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis, Baja karbon kontruksi mesin ( Bahan S-C ) yang dihasilkan dari igot yang dideoksidasikan dengan ferrosilikon dan Cor, kadar karbon terjamin. Poros-poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya di buat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya Baja Krom. Penggunaan bahan dengan pemakaian baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasanya hanya karena putaran tinggi dan beban berat. Dalam Hal ini bisa di pertimbangkan dengan diberikan perlakuan panas secara tepat untuk memperoleh kekuatan yang di perlukan.

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 8

Penggolongan baja secara Umum dapat dilihat dalam tabel 1.4 dimana kekerasan suatu bahan baja tergantung nilai kadar carbonnya.

Nama nama dan lambang-lambang dari bahan bahan menurut standart beberapa negara serta persamaanya dengan JIS ( standart Jepang ) untuk Poros di berikan dalam tabel 1.5.

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 9

3. Poros Dengan Beban Puntir Pembahasannya adalah sebuah poros yang mendapat pembebanan utama berupa Torsi, seperti pada poros motor dengan sebuah kopling. Jika diketahui bahwa poros yang akan direncanakan tidak mendapat beban lain kecuali torsi, maka diameter poros tersebut dapat lebih kecil daripada yang dibayangkan.Meskipun jika diperkirakan akan terjadi pembebanan berupa lenturan.

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 10

4. Rumus Perhitungan Poros

1. Faktor Koreksi ( fc )

Faktor koreksi untuk mesin dengan spesifikasi variasi beban ringan dengan jam

kerja 8 – 10 jam setiap hari adalah fc = 1,1 seperti yang terdapat pada tabel 3.2.

Faktor koreksi merupakan salah satu faktor keamanan yang diambil dalam

perencanaan.

Tabel 3.2. Faktor Koreksi cf

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 11

2. Daya Rencana ( Pd )

Jika daya nominal output dari motor penggerak adalah P = 0,373 kW dan faktor

koreksi yang diambil adalah fc = 1,1 maka daya rencana dapat dihitung sebagai berikut :

PfP cd ×=

3. Momen Puntir Rencana ( T )

Jika daya rencana sudah didapat yaitu Pd, dan diketahui putaran poros yang

direncanakan yaitu n2. Maka dapat dihitung momen puntir rencana sebagai berikut :

2

51074,9n

PT d×=

4. Perencanaan Poros

Bahan poros yang diambil adalah misalnya batang baja karbon konstruksi mesin

yaitu S 45 C. Seperti yang terdapat pada tabel 3.3 dibawah. Berdasarkan standar ASME

maka spesifikasinya sebagai berikut :

• Kekuatan tarik ( σB ) = 58 kg/mm2

• Faktor keamanan 1 ( Sf1 ) = 6,0 (Standar ASME)

• Faktor Kemanan 2 ( Sf2 ) = 2,0 (Standar ASME)

Tabel 3.3. Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin untuk poros.

Kekuatan tarik Standar dan macam Lambang

Perlakuan panas

( kg/mm2 )

Keterangan

S30C Penormalan 48

S35C Penormalan 52

Baja karbon konstruksi S40C Penormalan 55

mesin ( JIS G 4501 ) S45C Penormalan 58

S50C Penormalan 62

S55C Penormalan 66

Batang baja yang S35C-D - 53 Ditarik dingin,

digerinda,

difinis dingin S35C-D - 60 dibubut, atau

gabungan

S35C-D - 72 antara hal-hal tersebut

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 12

6. Tegangan geser yang diizinkan ( aτ )

Jika σB , Sf1 dan Sf2 sudah diketahui maka tegangan geser ( aτ ) dapat dihitung

sebagai berikut :

21 SfSfB

a ×=

στ

7. Faktor koreksi momen puntir & lenturan

Faktor koreksi untuk momen puntir dinyatakan dengan Kt. Untuk perencanaan

mesin ini diambil Kt = 1,5 ( Standar ASME ). Ini digunakan jika beban yang terjadi

dengan sedikit kejutan atau tumbukan.

Sedangkan faktor lenturan dinyatakan dengan Cb. Karena pada mesin yang

direncanakan diperkirakan misalnya akan terjadi pemakaian dengan beban lentur maka

dapat dipertimbangkan pemakaian faktor Cb = 2,0 ( Standar ASME ).

Sehingga didapat Kt = 1,5 dan Cb = 2,0.

8. Diameter Poros ( ds )

Untuk menghitung diameter poros menggunakan persamaan sebagai berikut :

31

2..1,5

= TCKd bt

as τ

Diameter poros penggerak ds mm ini adalah diameter poros minimum yang dapat

bekerja atau akan lebih baik apabila digunakan diameter yang lebih besar.

9. Defleksi puntiran θ ( 0 )

Untuk menghitung defleksi puntiran menggunakan persamaan sebagai berikut :

θ = 4.

.584

sdG

lT

10. Pemeriksaan defleks puntiran pada poros

Defleksi puntiran poros < lebih kecil dari batas ketentuan defleksi yang diizinkan

yaitu (0,250 – 0,30). maka defleksi puntiran poros baik dan perencanaan dapat

dilanjutkan.

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 13

5. Latihan Soal Perhitungan Poros

5.1. Latihan 1 : Tentukan Diameter sebuah poros bulat untuk meneruskan daya 10 kW pada 1450 rpm, Disamping beban punter diperkirakan pula akan direncanakannya beban lentur, sebuah alur pasak perlu di buat, dan dalam sehari akan bekerja selama 8 jam dengan tumbukan ringan, bahan di ambil baja batang di finis dingin S 40 C Penyelesaian :

1. Daya Yang di Tranmisikan dan Putaran poros P=10 kW ; n = 1450 rpm

2. Faktor Koreksi ; 0,1=fc 3. Daya Rencana

)(10100,1 kWPd =×= 4. Momen Puntir Rencana

).(67171450

101074,9 5 mmkgT =××=

5. Bahan Poros S40C-D, 0,2,0,6),/(58 21

2 === SfSfmmkgBσ ) 6. Tegangan Geser Yang diizinkan

( ) )/(83,40,20,6

58 2mmkga =×

=τ

7. Faktor Koreksi untuk momen punter , Faktor Lenturan 0,2;5,1 == bt CK

8. Diameter Poros

)(7,2767175,10,283,41,5

..1,5 3

1

2

31

mmTCKd bta

s =

×××=

=

τ

Anggaplah Diameter Poros = 31,5 mm 9. Anggaplah diameter bagian yang menjadi tempat bantalan adalah 35 mm

mmjariFiletJari 75,12

5,3135 =

−=−

Alur pasak 10 x 4,5 x 0,6

10. Faktor Konsentrasi tegangan pada poros bertangga adalah :

30,1,11,15,31

35,058,0

5,31

475 === β

Kosentrasi tegangan dari poros dengan alur pasak adalah :

βαα >== ,7,2,019,05,31

6,0

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 14

11. Tegangan Geser

)/(109,15,31

67171,51,5 233

mmkgd

T =×=×=τ

12. )/(58,37,2

0,283,4. 21 mmkgSfa =×=

ατ

)/(3,35,1210,1 2mmkgKC tB =××=×× τ

13. baik,3,358,3 >∴

5.2. Latihan 2 :

5.3. Latihan 3 :

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 15

6. Macam macam pasak Pasak adalah suatu Elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian-bagian mesin seperti roda gigi, sprocket, pully, kopling pada poros. Momen diteruskan dari poros ke naf atau dari naf ke poros Fungsi yang serupa dengan pasak dilakukan oleh seplain ( spline ) dan Gerigi ( Serration ) yang mempunyai gigi luar pada poros dan gigi dalam dengan jumlah gigi yang sama pada naf dan saling terkait yang satu dengan yang lain. Gigi Pada Seplain adalah besar besar sedang pada gerigi adalah kecil-kecil dengan jarak bagi yang kecil pula, kedua-duanya dapat digeser secara aksial pada waktu meneruskan daya.

Menurut letaknya pada poros dapat dibedakan antara pasak pelana, pasak rata, pasak benam dan pasak singgung, yang umumnya berpenampang segi empat. Dalam

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 16

Arah memanjang dapat berbentuk prismatis atau berbentuk tirus. Pasak benam primatis ada yang khusus dipakaisebagai pasak luncur. Pasak luncur memungkinkan pergeseran aksial roda gigi, pada porosnya seperti pada seplain. Yang paling umum dipakai adalah pasak benam yang dapat meneruskan momen yang besar. Untuk momen dengan tumbukan, dapat dipakai pasak singgung.