7-1

BAB VIII

PERANCANGAN ULIR DAYA DAN SAMBUNGAN BAUT 8.1. Pendahuluan Perancangan suatu peralatan atau mekanisme yang menggunakan “baut-mur”

sepertinya adalah salah satu aspek perancangan elemen mesin yang paling sederhana.

Tetapi dalam aplikasi di dunia nyata, keberhasilan dan kegagalan suatu peralatan sering

sekali ditentukan oleh kesempurnaan pemilihan dan penggunaan sistem sambungan

baut-mur. Penggunaan sambungan (baut-mur, rivet, dll) sangat banyak digunakan dalam

dunia mechanical, sehingga bisnis desain dan manufaktur “baut-mur” ini sangat dominan,

baik dari kuantitas maupun perputaran uang didalamnya. Sebagai contoh, sebuah

pesawat Boeing 747 menggunakan 2,5 juta sambungan (fastener). Tipe dan jenis

sambungan dalam dunia komersial sangat banyak variasinya. Dalam diktat ini,

pembahasan akan dibatasi dalam design dan pemilihan sambungan konvensional

menggunakan ulir, baut, mur dll.

Ulir dapat digunakan untuk (1) memegang/mengencangkan dua komponen atau

lebih, dan (2) memindahkan beban/benda. Fungsi yang pertama sering disebut

pengencang (fastener) dan yang kedua dikenal dengan nama ulir daya (power screw atau

lead screw). Sebagai fastener, konstruksi ulir dapat menerima beban tensile, shear,

maupun keduanya.

8.2. Terminologi, klasifikasi dan Standard Karena variasi jenis ulir (screw & thread) sangat banyak, maka perlu

distandardkan untuk menjamin sifat “interchangeabity”. Ada dua standard yang banyak

diadopsi yaitu UNS (Unified National Standard) yang digunakan di Inggris, Canada dan

Amerika serikat; dan Standard Internasional ISO yang digunakan kebanyakan negara

Eropa dan Asia. Secara umum terminologi geometri ulir ditunjukkan pada gambar 8.1.

Gambar 8.1 Terminologi geometri ulir

7-2

Parameter-parameter utama ulir antara lain adalah :

pitch, p – jarak antar ulir yang diukur paralel terhadap sumbu ulir.

diameter, d - major diameter, minor diameter, dan pitch diameter.

lead, L - adalah jarak yang ditempuh baut dalam arah paralel sumbu, jika baut diputar

satu putaran. Untuk ulir single thread, lead akan sama dengan pitch. Ulir juga dapat

dibuat multiple thread. Untuk tipe double thread, maka lead akan sama dengan 2 kali

pitch; triple thread akan memiliki lead sama dengan 3 kali pitch dan seterusnya.

Thread per inch, n – menyatakan jumlah ulir per inchi, sering digunakan pada

standard UNS

Gambar 8.2 (a) Single, (b) double dan (c) triple thread

Berdasarkan ukuran dan kualitas, UNS mengklasifikasikan thread menjadi tiga tipe

yaitu : coarse pitch (UNC), fine pitch (UNF), dan extra-fine pitch (UNEF). Sedangkan ISO

mengklasifikasikan dua seri yaitu coarse dan fine thread. Tipe coarse adalah yang paling

umum dan disarankan digunakan untuk keperluan “ordinary” dimana sambungan sering

dilepas-pasang, atau dipasangkan dengan material yang lebih lunak. Tipe fine thread

memiliki kualitas yang lebih tinggi dan lebih tahan terhadap “loosening” dari efek getaran.

Sedangkan extra-fine thread digunakan untuk keperluan khusus seperti sambungan yang

sangat tipis dimana diperlukan baut yang sangat kecil/ sangat pendek.

Berdasarkan toleransi ulir yang berpasangan, UNS mendefinisikan tiga “fit” kelas,

yang diberi label kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Kelas 1 adalah ulir dengan toleransi yang

paling rendah, dan digunakan untuk keperluan-keperluan biasa, pertukangan, rumah

tangga, dll. Kelas dua memiliki kualitas yang lebih tinggi dan toleransi yang lebih ketat

yang cocok digunakan pada mesin-mesin dan peralatan industri. Kelas 3 memiliki

toleransi yang paling tinggi untuk keperluan-keperluan khusus. Semakin tinggi kelas,

maka harganya juga semakin mahal. Kode A digunakan untuk ulir eksternal dan kode B

untuk ulir internal.

7-3

Profil geometri ulir sangat banyak variasinya. Gambar 8.3 menunjukkan contoh

profil ulir ISO yang paling banyak digunakan untuk baut-mur, yaitu tipe M. Tipe yang juga

banyak digunakan adalah tipe MJ dimana geometrinya mirip dengan tipe M, tetapi diberi

fillet pada root-nya. Disamping itu, juga memiliki diameter minor yang relatif besar.

Khusus untuk ulir daya (power screw), profil yang umum digunakan adalah tipe square,

tipe Acme dan tipe buttress seperti ditunjukkan pada gambar 8.4

Gambar 8.3 Profil dasar ulir ISO tipe M

Gambar 8.4 Profil ulir daya

UNS dan ISO menggunakan metoda yang berbeda untuk penulisan spesifikasi

ulir. Spesifikasi UNS : diameter, pitch, dan kelas. Contoh spesifikasi UNS :

¼ - 20 UNC-2A menyatakan diameter 0.25”, jumlah ulir per inchi adalah 20 buah, tipe coarse, kelas 2 fit,

dan external thread. Sedangkan contoh spesifikasi ISO :

M8x1.25 menyatakan ulir dengan diameter 8 mm dan pitch 1.25 mm, tipe coarse. Perlu dicatat

bahwa semua standard, baik UNS maupun ISO menganut “kaidah tangan kanan” (right

hand rule) kecuali diberikan spesifikasi secara khusus.

7-4

Tensile stress area Jika ulir mendapat beban tarik maka luas penampang yang paling kritis adalah

pada diameter minor (dr). Tetapi hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan tarik

batang berulir lebih tepat diwakili oleh diameter rata-rata antara diameter pitch dan

diameter minor. Jadi luas penampang untuk perhitungan tegangan adalah : 2

rpt 2

dd4

A ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +π=

dimana diameter pitch adalah

dp = d – 0.649519/N dr = d – 1.299038/N ; untuk ulir UNS

dp = d – 0.649519p dr = d – 1.226869p ; untuk ulir ISO

dengan d = diameter luar (major), N = jumlah ulir per inchi, dan p = picth dalam mm.

Standard dimensi-dimensi utama ulir, diberikan dalam bentuk tabel. Tabel 8.1 dan 8.2

menunjukkan contoh dimensi-dimensi standard UNS dan ISO.

Tabel 8.1 Dimensi utama ulir berdasarkan ISO

7-5

Tabel 8.2 Dimensi utama ulir berdasarkan UNS

8.3. Mekanika Ulir Daya Ulir daya (power screw) adalah perlatan yang berfungsi untuk mengubah gerakan

angular menjadi gerakan linear dan biasanya juga mentransmisikan daya. Secara khusus,

ulir daya digunakan untuk :

untuk mendapatkan kelebihan mengangkat/menurunkan beban, seperti misalnya pada

dongkrak mobil

untuk memberikan gaya tekan/tarik yang besar seperti misalnya pada kompaktor atau

mesin press

7-6

untuk positioning yang akurat seperti pada mikrometer atau pada lead screw mesin

bubut.

Mengingat fungsi ulir daya, maka profil yang paling tepat dan banyak digunakan

adalah profil square, Acme, dan buttress. Profil square memberikan efisiensi yang paling

tinggi dan mampu mengeliminasi gaya dalam arah radial. Tetapi profil ini paling sulit

dalam proses pembuatannya. Acme thread walaupun efisiensinya lebih rendah, namun

lebih mudah dalam pembuatan, dan juga memiliki kekuatan yang lebih tinggi, sehingga

profil ini paling banyak digunakan untuk ulir daya. Untuk aplikasi dimana arah beban

adalah satu arah dan sangat besar, maka profil buttress lebih cocok digunakan karena

memiliki kekuatan paling tinggi pada akar ulir.

8.3.1. Analisis Gaya dan Torsi ulir daya

Gambar 8.5 (a) menunjukkan sebuah mekanisme ulir daya yang berfungsi untuk

menaikkan dan menurunkan beban P. Beban dapat dinaikkan dan diturunkan dengan

memutar nut (mur), jadi lama hal ini gerakan angular mur diubah menjadi gerakan linier

screw. Diagram benda bebas pasangan baut-mur ditunjukkan pada gambar (b).

Parameter inklinasi bidang ulir (λ) juga disebut lead angle dapat dihitung dengan

persamaan :

pdLπ

=λtan

Gambar 8.5 (a) mekanisme ulir daya , (b) diagram benda bebas

7-7

Jika kita buka satu lilitan ulir dan dibuat menjadi garis lurus, maka akan hasilnya akan

berbentuk seperti gambar 8.6 (a). Kotak menunjukkan potongan ulir dan gaya-gaya yang

bekerja padanya pada saat menaikkan beban. Sedangkan gambar (b) menunjukkan

diagram benda bebas pada saat menurunkan beban.

Gambar 8.6 Diagram benda bebas : (a) mengangkat beban, (b) menurunkan beban

Dengan menggunakan prinsip kesetimbangan gaya-gaya dalam arah x dan y maka

didapatkan

λ−λμ−=λ−λ−==Σ sincossincos NNFNfF0Fx

)sincos( λ+λμ= NF

PNNPfN0Fy −λμ−λ=−λ−λ==Σ sincossincos

)sin(cos λμ−λ

=PN

dimana μ adalah koefisien gesekan antara screw dengan mur. Dengan menggabungkan

kedua persamaan di atas, maka besarnya gaya F yang diperlukan untuk mengangkat

beban adalah

)sin(cos)sincos(

λμ−λλ+λμ

= PF

Sehingga torsi Ts yang diperlukan untuk mengangkat beban adalah

)sin(cos)sincos(

λμ−λλ+λμ

==2

Pd2

dFT pp

su

atau dalam parameter lead L,

)()(

LdLd

2Pd

Tp

ppsu μ−π

+μπ=

Gesekan pada collar juga memberikan kontribusi yang signifikan, maka perlu

ditambahkan. Torsi yang diperlukan untuk melawan gesekan pada collar adalah

7-8

2

dPT c

cc μ=

dimana dc adalah diameter rata-rata collar dan μc adalah koefisien gesekan pada collar.

Jadi torsi total yang diperlukan untuk menaikkan beban adalah

2

dP

LdLd

2Pd

TTT cc

p

ppcsuu μ+

μ−π

+μπ=+=

)()(

Dengan metoda yang sama, torsi yang diperlukan untuk menurunkan beban dapat

diturunkan menjadi

2

dP

LdLd

2Pd

TTT cc

p

ppcsdd μ+

μ+π

−μπ=+=

)()(

Untuk profil Acme, maka ada komponen gaya tambahan yang harus

diperhitungkan karena adanya sudut α. Diagram benda bebas untuk profil Acme

ditunjukkan pada gambar 8.7.

Gambar 8.7 Diagram benda bebas ulir daya Acme

Dengan menggunakan metoda penurunan yang sama dengan sebelumnya, maka torsi

yang dibutuhkan untuk menaikkan dan menurunkan beban adalah :

2

dP

LdLd

2Pd

TTT cc

p

ppcsuu μ+

μ−απ

α+μπ=+=

)cos()cos(

2

dP

LdLd

2Pd

TTT cc

p

ppcsdd μ+

μ+απ

α−μπ=+=

)cos()cos(

7-9

8.3.2. Self Locking

Pada kondisi khusus, mekanisme ulir daya dapat mengunci sendiri tanpa harus diberikan

torsi untuk menahan beban. Kondisi ini sering disebut dengan “self locking”. Hal ini sangat

berguna dalam aplikasi, misalnya untuk dongkrak mobil. Torsi diberikan pada saat

mengangkat beban, dan begitu posisi yang diinginkan tercapai, torsi dapat dilepaskan dan

dongkrak akan mengunci sendiri. Untuk mendapatkan mekanisme “self locking” maka ada

hubungan tertentu yang harus dipenuhi antara koefisien gesekan dan geometri ulir.

Dengan men-set torsi sama dengan nol atau negatif untuk penurunan beban, maka

kondisi self locking akan terjadi jika :

απ

≥μ cospd

L atau αλ≥μ costan

8.3.3. Efisiensi ulir daya

Efisiensi suatu sistem didefinisikan sebagai usaha yang dihasilkan dibagi dengan usaha

yang dimasukkan. Kerja masukan ulir daya adalah hasil pekalian antara torsi dan

perpindahan angular (radian). Untuk satu putaran, maka kerja masukkan adalah

T2Win )( π=

Sedangkan kerja yang dihasilkan untuk satu putaran adalah perkalian beban dengan

perpindahan 1 lead :

PLWout =

Jadi effisiensi adalah

T2PL

WW

in

outπ

==η

dengan mensubstitusikan persamaan untuk torsi maka efisiensi ulir daya profil Acme

adalah :

α+πμ

μ−απ

π=η

coscos

LdLd

dPL

p

p

p atau dalam lead angle

λμ+λμ−

=ηcottan

11

,

sedangkan untuk profil square dapat disederhanakan, dimana α = 0. Dari persamaan di

atas terlihat bahwa efisiensi tergantung pada koefisien gesek dan lead angle. Gambar 8.7

menunjukkan grafik karakteristik efisiensi ulir daya dengan profil Acme.

7-10

Gambar 8.8 Karkateristik efisiensi ulir daya profil Acme

Tabel 8.3 Dimensi utama ulir ACME

7-11

Contoh Soal 1 :

Mekanisme ulir daya digunakan untuk menaikkan dan

menurunkan beban seperti ditunjukkan pada gambar. Ulir daya

adalah tipe square dengan diameter mayor 32 mm, pitch 4

mm, dan berulir ganda. Beban yang bekerja adalah 6,4 kN per

ulir. Diameter rata-rata colar adalah 40 mm, dengan koefisien

gesekan μ = μc = 0,08. Tentukanlah :

Kedalaman ulir, lebar ulir, diameter pitch dan rata-rata,

diameter minor, dan lead.

Torsi yang dibutuhkan untuk mengangkat beban

Torsi yang dibutuhkan untuk menurunkan beban

Efisiensi total

Jawaban :

Dari gambar 8.4a diketahui bahwa lebar dan tinggi ulir jenis square adalah sama

dengan setengah pitch-nya atau sebesar 2 mm. Jadi

32 2 302ppd d mm= − = − =

32 4 28rd d p mm= − = − =

( )2 4 8l np mm= = =

Torsi yang dibutuhkan untuk mengangkat beban

( ) ( )( )( ) ( )

( )( )

2 2

6,4 30 8 0,08 30 6,4 0,08 402 30 0,08 8 2

15,94 10,24 26,18

p p c

p

Pd l d P dTd l

Nm

πμ μπ μ

ππ

⎛ ⎞+= +⎜ ⎟⎜ ⎟−⎝ ⎠

⎛ ⎞+= +⎜ ⎟⎜ ⎟−⎝ ⎠

= + =

Torsi yang dibutuhkan untuk menurunkan beban

( ) ( )( )( ) ( )

( )( )

2 2

6,4 30 0,08 30 8 6,4 0,08 402 30 0,08 8 2

0,466 10,24 9,77

p p c

p

Pd d l P dTd l

Nm

πμ μπ μ

ππ

⎛ ⎞−= +⎜ ⎟⎜ ⎟+⎝ ⎠

⎛ ⎞−= +⎜ ⎟⎜ ⎟+⎝ ⎠

= − + =

Gambar 8.9 Contoh soal ulir daya

7-12

Efisiensi total

( )( )

6,4 80,311

2 2 26,18Ple

Tπ π= = =

8.4. Threaded Fastener (Sambungan baut) Fastener adalah alat yang digunakan untuk memegang, mengencangkan atau

menyambung dua elemen atau lebih. Threaded fastener atau sambungan baut

menggunakan alat yang ber-ulir untuk menyambungkan dua elemen atau lebih. Kelebihan

jenis sambungan ini adalah kemungkinan untuk melepas dan memasang kembali.

Sehingga sambungan jenis ini sangat cocok untuk peralatan yang sering dilepas dan

dipasang untuk keperluan perawatan atau penggantian komponen yang aus. Gambar

8.10 menunjukkan tiga buah tipe sambungan baut yang umum digunakan yaitu

sambungan baut-mur, sambungan cap-screw, dan sambungan stud. Klasifikasi threaded

fastener umumnya dilakukan berdasarkan konstruksi dan kegunaan, tipe ulir, dan jenis

kepala baut.

Gambar 8.10 Konstruksi sambungan baut (a) baut-mur, (b) sambungan cap-screw, (c)

sambungan stud.

Variasi mur (nut) juga sangat banyak variasinya untuk memenuhi berbagai fungsi khusus.

Gambar 8.11 menunjukkan beberapa tipe mur standar. Washer adalah ring datar yang

biasanya digunakan pada sambungan baut mur. Fungsinya adalah untuk memperluas

bidang kontak antara mur dengan elemen yang disambung. Teknologi pembuatan atau

manufacturing baut-mur saat ini umumnya dilakukan dengan proses machining, rolling,

dan head forming.

7-13

Gambar 8.11 Tipe-tipe mur standard

8.4.1. Standar dan Kekuatan Baut

Standar geometri baut tipe kepala segi enam ditunjukkan pada gambar 8.12.

Bagian yang akan mengalami konsentrasi tegangan adalah pada fillet kepala baut dan

pada titik awal ulir. Standard panjang bagian yang berulir berdasarkan UNS adalah

⎩⎨⎧

>+≤+

= 6 L ;

6 L ; inin50D2

inin250D2LT .

.

dan untuk metrik (ISO), dalam mm :

⎪⎩

⎪⎨

⎧

>+≤≤+

≤≤+=

2 L ; 2 L 125 ;

48 D 25 L ;

0025D20012D2

16D2LT

Gambar 8.12 Standard baut kepala hexagonal

Penggunaan baut-mur untuk struktur dan aplikasi beban yang besar, maka baut

harus dipilih berdasarkan proof strength Sp seperti yang dispesifikasikan di SAE, ASTM,

dan ISO. Standar-standar ini mengklasifikasikan grade baut berdasarkan material, heat

treatment, dan proof strength minimum. Proof strength adalah tegangan dimana baut

akan mulai mengalami “permanent set”. Nilainya sangat dekat dengan kekuatan yield

material, tetapi lebih rendah. Grade atau kelas baut dapat dilihat dari tanda pada kepala

bautnya. Tabel 8.4 dan 8.5 menunjukkan standard baut SAE dan ISO yang terbuat dari

baja.

7-14

Tabel 8.4 Spesifikasi baut baja menurut SAE

Tabel 8.5 Spesifikasi baut baja menurut ISO (metrik)

7-15

8.4.2. Preload dan Faktor Kekakuan Sambungan Baut

Sebagai fastener, fungsi baut-mur adalah untuk mencekam komponen bersama,

dimana beban yang bekerja akan menimbulkan tegangan tarik pada baut seperti

ditunjukkan pada gambar 8.13. Dalam dunia praktis, pencekaman ditimbulkan oleh beban

awal (preload) dengan mengencangkan baut. Pengencangan baut dapat dilakukan

dengan memberikan torsi yang cukup sehingga menimbulkan beban tarik yang mendekati

proof strength. Untuk sambungan yang mendapat beban statik, beban awal biasanya

diberikan sampai 90% proof strength. Sedangkan untuk sambungan yang mendapat

beban dinamik (fatigue) maka beban awal umumnya diberikan sampai 75% proof

strength.

Gambar 8.13 (a) Sambungan baut, (b)diagram benda bebas baut yang mendapat beban

tarik

Konstruksi sambungan baut dapat dianalogikan sebagai

sistem pegas seperti ditunjukkan pada gambar 8.14. Baut dapat

dipandang sebagai pegas tarik dengan kekakuan kb dan komponen

yang disambung dapat dianalogikan sebagai pegas tekan dengan

kekakuan kj. Baut yang terdiri dari bagian tanpa ulir dan bagian

berulir dapat dianggap sebagai pegas susunan seri, lihat gambar

8.14. Untuk jenis baut tertentu mungkin terdapat beberapa jenis

ukuran diameter. Recall defleksi batang yang mendapat beban

uniaksial, L

AEFk =δ

= , maka kekakuan baut dapat dituliskan

menjadi

7-16

bb

s

bt

t

b EAL

EAL

k1

+=

dimana At adalah tensile stress area baut, dan Ab adalah luas penampang bagian yang

tidak berulir.

Kekakuan komponen yang disambung juga merupakan susunan seri. Kekakuan

totalnya adalah

22m

2

11m

1

j EAL

EAL

k1

+=

dimana L1 dan L2 adalah masing-masing tebal komponen yang disambung, Am luas efektif

material yang dicekam. Khusus jika material komponen yang dicekam sama maka

LEA

k mmj =

Menentukan nilai kekakuan sambungan jauh lebih sulit dan kompleks

dibandingkan dengan kekakuan baut. Kesulitan terutama terletak pada penentuan luas

efektif pencekaman, Am. Pendekatan umumnya dilakukan untuk menyederhanakan

analisis. Berdasarkan analisis numerik dengan metoda elemen hingga diketahui bahwa

distribusi tegangan pencekaman pada komponen yang signitfikan terjadi pada daerah

berbentuk frusta cone seperti ditunjukkan pada gambar 8.15. Jika komponen yang

dicekam terbuat dari material yang sama, maka φ berharga sekitar 420. Nilai ini juga

masih belaku untuk tebal komponen yang dicekam tidak sama.

Volume efektif komponen yang dicekam dapat ditentukan dengan menghitung

volume “double cone shape barrel” seperti ditunjukkan pada gambar 8.15 (a) dan (b). Jika

material komponen yang dicekam jenisnya sama, maka dapat dibuat volume silinder yang

ekivalen dengan volume frusta cone seperti ditunjukkan pada gambar (c). Jika material

tidak sama maka konsep pegas seri harus digunakan dan parameter E masing-masing

material harus dimasukkan.

Gambar 8.14

7-17

Gambar 8.15 Volume efektif pencekaman

Luas penampang efektif komponen yang mengalami kompresi adalah luas

penampang rata-rata frustum-cone barrel :

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ +π≅−

π= 2

23222

effm d2

dd4

dd4

A )(

dimana d adalah diameter baut, d2 dan d3 seperti ditunjukkan pada gambar :

2

1,5d; jika tidak menggunakan washerd =

2d; jika washer digunakan pada kepala baut&mur

⎧⎪⎨⎪⎩

φ+= tanLdd 23

Gasket

Gasket adalah komponen yang sering digunakan pada sambungan baut untuk

mencegah kebocoran. Tipe dan jenis gasket sangat banyak, tetapi secara umum dadapat

dibedakan menjadi dua kelas yaitu (1) confined dan (2) unconfined. Gambar 8.16

menunjukkan contoh kedua kelas gasket. Gasket umumnya terbuat dari material yang

jauh lebih lunak dari komponen yang disambung. Tabel 8.5 menunjukkan modulus

elastisitas material gasket.

7-18

Gambar 8.16 Confined dan unconfined gasket

Tabel 8.6 Modulus elastisitas beberapa material gasket yang sering digunakan

Konstruksi sambungan yang menggunakan confined gasket memberikan kondisi

dimana permukaan komponen yang disambung dapat berkontak langsung. Dengan

demikian kekakuan sambungan tidak akan dipengaruhi oleh adanya confined gasket.

Sedangkan untuk konstruksi yang menggunakan unconfined gasket maka kekakuan

komponen menjadi

g2m1mj k1

k1

k1

k1

++=

dimana kg adalah kekakuan material gasket. Mengingat gasket terbuat dari material yang

lunak maka modulus elastistasnya juga jauh lebih kecil (Eg << Em1, Em2, ..). Karena

modulus berbanding lurus dengan kekakuan maka kg << km1, km2, …. Jadi dapat

dismpulkan bahwa kekakuan keseluruhan komponen :

7-19

gg2m1mj k1

k1

k1

k1

k1

≅++= atau kj ≅ kg

8.5. Sambungan yang mendapat beban statik Gambar 8.17 (a) menunjukkan karakteristik gaya-deformasi sambungan baut jika

diberikan beban awal untuk mengencangkan sambungan. Gaya awal dinaikkan dari nol

sampai Fi. Akibat gaya awal tersebut maka baut akan mengalami defleksi δk dan

komponen mengalami defleksi δm. Baut memiliki slope positif karena dengan

bertambahnya beban pengencangan maka panjangnya juga bertambah. Hal sebaliknya

untuk komponen yang disambung. Terlihat juga untuk gambar tersebut bahwa kekakuan

komponen yang disambung lebih tinggi daripada kekakuan baut sehingga deformasi

material lebih rendah berbeda dengan deformasi baut. Gaya yang bekerja pada keduanya

tetap sama.

Jika beban luar sebesar P diberikan pada sambungan seperti gambar 8.17 (b)

maka akan terjadi pertambahan deformasi ∆δ pada baut dan komponen seperti

ditunjukkan pada gambar 8.17 (c). Deformasi tambahan ini selalu bernilai sama untuk

baut dan komponen sampai sambungan terpisah.

7-20

Gambar 8.17 Karakteristik sambungan baut yang mendapat beban

statik

Adanya beban eksternal akan mengubah situasi beban yang dialami baik oleh baut

maupun komponen. Gaya yang bekerja pada baut akan mendapat tambahan sebesar Pb

sehingga gaya total pada baut menjadi Fb. Sedangkan komponen mengalami

pengurangan gaya sebesar Pm sehingga gaya total pada komponen menjadi Fm. Atau

dengan kata lain dicatat bahwa gaya luar P dipecah menjadi dua bagian yaitu Pb untuk

baut dan Pm untuk komponen.

P = Pm + Pb

Gaya total masing masing pada baut dan komponen adalah

Fb = Fi + Pb Fm = Fi - Pm

Sambungan akan mulai terpisah atau gagal jika beban luar yang diberikan, P, mencapai

beban awal pencekaman Fi. Pada kondisi ini seluruh gaya luar akan ditahan oleh baut.

Untuk menjaga sambungan tidak mudah terpisah, yang berarti gagal, maka dari itulah

disarankan supaya menggunakan preload yang tinggi. Untuk aplikasi praktis, preload

disarankan

⎪⎩

⎪⎨⎧

=

connectionpermanentuntukF900

connectionreuseduntukF750F

ps

psi ,

,

dimana Fps adalah proof preload = SpAt. Perhitungan faktor keamanan sambungan dapat

dilakukan dengan analisis sebagai berikut :

Hubungan antara deformasi dan gaya

m

m

b

bkP

kP

==δΔ atau mm

bb P

kk

P =

mengingat P = Pm + Pb maka

7-21

Pkk

kP

bm

bb += atau CPPb =

dimana bm

bkk

kC

+= .

C sering disebut sebagai konstanta kekakuan atau konstanta sambungan. Konstanta C ini

nilainya biasanya < 1, dan jika kb relatif kecil dibandingkan km, C nilainya akan makin kecil.

Jadi dapat dikonfirmasikan bahwa baut akan mendapat porsi yang kecil dari beban luar P.

Dengan cara yang sama dapat diturunkan bahwa

PC1Pkk

kP

bm

mm )( −=

+=

Ekspresi Pb dan Pm dapat digantikan untuk mendapatkan gaya total yang diterima baut

dan komponen.

CPFF ib += dan PC1FF im )( −−=

Persamaan di atas dapat digunakan untuk menentukan berapa besar

preload yang harus diberikan pada suatu sambungan jika beban luar

yang bekerja sudah ditentukan, dan baut sudah dipilih sehingga proof

strength-nya diketahui.

Beban luar untuk memisahkan sambungan P0 dapat ditentukan

dengan men-set Fm sama dengan nol.

)( C1F

P i0 −=

Sehingga faktor keamanan terhadap pemisahan sambungan adalah

)( C1PF

PP

SF i0samb −

==

Contoh soal 2 :

Gambar dibawah ini menunjukkan potongan silinder bertekanan. Baut dengan jumlah total

N digunakan untuk menahan gaya pemisah 36 kip.

(a) Tentukan kekakuan dan konstanta sambungan C

Gambar 8.18 Sambungan

yang terpisah

7-22

(b) Cari jumlah baut yang dibutuhkan jika diingunkan faktor keamanan 2 dan juga

dengan menganggap bahwa baut dapat digunakan kembali jika sambungan

dibongkar-pasang.

Gambar 8.19. Contoh soal : Sambungan baut yang mendapat beban statik

Jawaban :

(a) Kekauan baut dapat dihitung sebagai berikut :

( ) ( )( )

22 0,625 304 4 1,5

6,13 /

bAE d Ekl l

Mlb in

ππ= = =

=

dimana panjang cekaman l =1,5 in. Modulus elastisitas besi cor no.25 adalah 12 Mpsi.

Jadi kekakuan dari eleman yang disambung dengan manngasumsikan bahwa tekanan

pada elemen sambungan berbentuk potongan kerucut (frustum cone) adalah :

( )( )( ) ( )( ) ( )

0,577 12 0,6250,5770,577 0,5 0,577 1,5 0,5 0,6252ln 5 2ln 50,577 2,5 0,577 1,5 2,5 0,625

7,67 /

mEdkl dl d

Mlb in

ππ= =

+⎛ ⎞ ⎛ ⎞+⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟+⎝ ⎠ +⎝ ⎠

=

Dengan demikian konstanta sambungan C dapat dihitung sebagai berikut :

6,13 0,4446,13 7,67

b

b m

kCk k

= = =+ +

(b) Dari tabel 8.2 dan 8.4 diperoleh At = 0,226 in2 dan Sp = 85 kpsi. Kemudian beban awal

yang direkomendasikan dapat dihitung sebagai berikut :

( )( )0,75 0,75 0,226 85 14,4i t pF A S kip= = =

7-23

Hubungan antara jumlah baut dengan faktor keamanan dapat dinyatakan sebagai

berikut :

( )/p t iS A F

nC F N

−= atau

p t i

CnFNS A F

=−

Kemudian dengan memasukkan, parameter-parameter yang sudah diketahui,

diperoleh jumlah baut N,

( )( )( )

0,444 2 366,65

85 0,226 14,4N = =

−

Jadi dipakai jumlah baut sebanyak 7 buah. Dengan menggunakan jumlah baut

sebanyak ini, diperoleh faktor keamanan sebagai berikut :

( )( )

85 0,226 14,42,11

0,444 36 / 7n

−= =

yang nilainya lebih besar daripada nilai yang disyaratkan. Dengan demikian dipilih 7

buah baut dengan beban awal yang direkomendasikan dalam pengencangan.

8.6. Momen Torsi untuk Preload Beban awal atau preload, Fi, pada sambungan dapat baut dilakukan dengan

memutar kepala baut atau mur, yang berarti diperlukan momen puntir untuk mendapatkan

preload yang diinginkan. Pada saat pemberian beban awal baut akan mengalami

tegangan tarik dan juga tegangan geser karena adanya torsi. Diagram benda bebas dan

elemen tegangan saat pengencangan ditunjukkan pada gambar 8.20. Setelah

sambungan digunakan baut biasanya mengalami sedikit “unwind” untuk melepas hampir

seluruh tegangan geser sisa yang diakibatkan oleh momen puntir. Nilai preload dapat

diukur atau dikontrol dengan beberapa metoda yaitu : (1) mengukur elongation atau

pertambahan panjang baut, dan (2) mengukur momen torsi yang diberikan. Metoda

pertama dapat dilakukan dengan menggunakan strain gage atau ultrasonic transduser.

Tetapi hal ini sangat tidak praktis untuk aplikasi di lapangan. Metoda kedua dapat

dilakukan dengan menggunakan “torque wrench”. Metoda ini sangat praktis tetapi

memiliki akurasi yang rendah yaitu sekitar ± 30%.

Besarnya momen puntir yang harus diberikan untuk menghasilkan preload yang

diinginkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan momen torsi yang telah

diturunkan pada ulir daya :

7-24

2d

F2

dFT c

cip

ii μ+λμ−ααλ+μ

=)tan(cos)costan(

Gambar 8.20 Beban dan tegangan yang terjadi pada baut saat diberi preload

(T1 = T2 +T3+ T4; T1 = torsi luar yang diberikan pada mur, T2 = torsi karena gesekan pada permukaan mur, T3 = torsi karena gesekan pada kepala baut, dan T4 = torsi luar yang harus diberikan pada kepala baut suapay baut tidak berputar)

Untuk baut/mur yang digunakan sebagai fastener, diameter pitch dapat diasumsikan

sama dengan diameter baut, d. Diameter colar dapat didekati dengan rata-rata antara

diameter baut dan standard kepala baut, 1,5d.

2d511F

2dFT ciii

),()tan(cos)costan( +

μ+λμ−ααλ+μ

≅

Dengan mendefinisikan koefisien torsi Ki,

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡μ+

λμ−ααλ+μ

≅ cii F625050K ,)tan(cos)costan(,

formula di atas dapat ditulis menjadi

dFKT iii ≅

7-25

Hasil eksperimental nilai koefisien torsi, ki, baut standard UNS, untuk koefisien gesek μ =

μc = 0,15 adalah :

Koefisien torsi, Ki Ukuran baut Tipe UNC Tipe UNF

1”,2”,3”,4”,5”,6”,7”,8”,10”,12” 0,22 0,22 ¼”, 5/16”, 3/8” 0,22 0,21

7/16”, ½”, 9/16”, 5/8”, ¾”, 7/8”, 1 1/8”, 1 ¼”, 1 3/8” 0,21 0,21 1 ½” 0,21 0,20

Dari data eksperimental di atas, maka terlihat bahwa variasi kofisien torsi untuk preload

sangatlah kecil baik terhadap ukuran baut maupun kelas baut itu sendiri. Variasi koefisein

torsi juga sangat kecil jika kita menggunakan dp untuk formula koefisien torsi. Jadi momen

puntir atau torsi yang diperlukan untuk mendapatkan preload Fi, (ulir dilumasi, μ=μc= 0,15)

dapat didekati dengan :

dF210T ii ,≅

8.7. Beban Dinamik Berfluktuasi Untuk kasus sambungan yang mendapat beban dinamik siklus atau berfluktuasi,

maka pengaruh beban awal akan lebih dominan dibandingkan dengan pembebanan

statik. Dalam prakteknya kebanyakan beban luar P dinamik yang bekerja pada

sambungan baut adalah tipe “fluctuating” dimana beban P terendah, Pmin adalah nol. Jadi

pada saat beban luar bernilai nol maka hanya beban awal Fi, yang bekerja pada

sambungan seperti terlihat pada gambar 8.21(a) Pada saat beban maksimum, Pmax, maka

beban tersebut akan ditanggung bersama oleh baut dan komponen bersama-sama.

Karena kekakuan baut lebih rendah maka sebagian besar beban berfluktuasi akan

ditanggung oleh komponen yang disambung. Hal ini terlihat jelas pada gambar 8.21 (b).

Hal ini secara drastis akan menurunkan tegangan berfluktuasi tarik (tensile) yang sangat

berpotensi menimbulkan kegagalan fatigue pada baut. Tegangan fluktuatif tekan pada

komponen tidak perlu dikhawatirkan karena kegagalan fatigue selalu disebabkan oleh

tegangan tarik.

7-26

Gambar 8.21 Karakteristik gaya-deformasi baut yang mendapat beban berfluktuasi

Dengan Fb, adalah gaya total yang bekerja pada baut, maka amplitudo dan gaya

rata-rata pada baut adalah

2

FFF ib

amp−

= , 2

FFF ib

rata+

=

sehingga tegangan pada baut menjadi

t

ampfamp A

FK=σ dan

t

ratafmrata A

FK=σ

At adalah tensile stress area baut, Kf adalah faktor konsentrasi tegangan fatigue baut dan

Kfm adalah faktor konsentrasi tegangan rata-rata. Untuk sambungan yang diberikan beban

awal maka Kfm biasanya bernilai 1,0. Faktor konsentrasi tegangan pada beberapa tipe

baut ditunjukkan pada tabel 8.6.

Tabel 8.7 Faktor konsentrasi tegangan fatigue untuk baut

Tegangan baut karena beban awal

t

ifmi A

FK=σ

Perlu diketahui bahwa hasil penelitian Peterson terhadap kegagalan baut adalah :

15% kegagalan terjadi pada fillet dibawah kepal baut

20% kegagalan terjadi pada titik awal bagian berulir

65% kegagalan terjadi pada ulir yang berkontak dengan mur

7-27

Untuk menentukan faktor keamanan baut terhadap beban yang berfluktuasi, beberapa

kriteria dapat digunakan seperti kriteria modified-Goodman, Gerber parabola, atau ASME

elliptic line. Dengan menggunakan “modified Goodman diagram” maka formula untuk

perhitungan faktor keamanan terhadap fatigue adalah :

amputiratae

iutelelah SS

SSSF

σ+σ−σσ−

=)(

)(

Hal penting yang perlu diingat, preload yang tinggi akan menurunkan pengaruh beban

fatigue pada baut. Jika sambungan tidak diberi preload, maka tegangan fluktuatif yang

harus ditanggung baut akan meningkat sesuai dengan faktor 1/C. karena C adalah

bilangan yang kecil, maka faktor 1/C adalah bilangan yang besar.

Contoh Soal 3 :

Sebuah komponen mesin terdiri dari dua buah pelat baja yang dicekam sambungan baut.

Baut yang digunakan adalah tipe 0,5”-13UNC grade 5. komponen mesin tersebut

mendapat beban berfluktuasi dari 0 s/d Fmax. Tentukanlah nilai Fmax yang dapat ditahan

baut sehingga memiliki umur tak hingga untuk kasus (a) sambungan tidak diberi beban

awal, dan (b) baut diberi beban awal sampai proof load.

Gambar 8.22 Contoh soal : komponen mesin mendapat beban berfluktuasi

7-28

Jawaban :

Asumsi :

1. Sisa panjang ulir baut hanya sedikit diatas mur, dan tangkai baut berdiameter 0,5 inchi

sepanjang baut tersebut.

2. Kedua pelat baja tersebut mempunyai permukaan yang halus dan datar, dan tidak ada

gasket diantaranya.

3. Luas efektif elemen yang dijepit dapat diaproksimasi dengan gambar berikut :

Gambar 8.23 Salah satu metode penentuan luas efektif elemen yang dijepit

Analisis :

1. Untuk kasus a , tegangan yang ada hanya diakibatkan beban fluktuatif saja. Tensile

stress area dan koefisien beban fluktuatif diperoeh dari tabel 8.2 dan tabel 8.7.

( ) ( )max max

max3,8 13,392 2 0,1419a m f

t

F FK FA

σ σ= = = =

2. Dengan menggunakan grafik 8.22c dan hasil di atas, diperoleh 37000a m psiσ σ= =

Dengan demikian, max13,39 37000F = atau max 2760F lb=

3. Untuk kasus b , beban tarik awalnya adalah :

( )( )0,1419 85000 12060i t pF A S lb= = =

4. Dengan asumsi nomor 2, maka kb dan kc adalah proporsional terhadap Ab dan Ac.

Kemudian dengan menggunakan asumsi pertama, diperoeh :

( )22 20,5 0,1964 4bA d inπ π

= = =

Dengan menggunakan gambar 8.23 untuk memperkirakan Ac diperoleh :

7-29

( )

( ) ( )( )( ) ( ) ( )( )

2 2 2

2 2

2

5 6 tan30 tan 3016

5 0,5 6 0,5 2 0,577 2 0,33316

1,19

cA d dg g

in

π

π

= + ° + °

= + +

=

Dengan demikian diperoleh :

0,196 0,140,196 1,19

b b

b c b c

k Ak k A A

= = =+ + +

Yang berarti bahwa hanya 14% dari fluktuasi gaya eksternal yang ditahan oleh baut,

sedangkan sisanya digunakan untuk melawan tekanan jepitnya.

5. Beban alternating pada baut adalah setengah dari fluktuasi peak-to-peaknya atau

0,07Fmax. Jadi beban alternating pada baut :

( )maxmax

0,07 3,8 1,880,1419

aa f

t

F FK FA

σ = = =

6. Dengan 12060i t pF A S lb= = , beban eksternal yang lebih besar sedikit dari 12060

lbf tidak akan menyebabkan pemisahan sambungan. Dengan demikian, Fmax=12060

lbf merupakan solusi kasus ini jika tegangan baut tidak menyebabkan kegagalan

fatigue. Untuk Fmax=12060 lbf,

( )max1,88 1,88 12060 22670a F psiσ = = =

Titik ini tepat berada dibawah garis Goodman untuk umur tak terbatas. Jadi jawaban

untuk kasus b adalah Fmax=12060 lbf.

8.8. Sambungan Baut yang Mendapat Beban Geser Konstruksi yang menggunakan sambungan baut juga dapat menahan beban

geser. Penggunaan sistem sambungan ini yang luas lebih banyak untuk struktur seperti

misalnya jembatan, bangunan, boiler, tangki dan lain-lain. Contoh sistem sambungan ini

dan aplikasinya ditunjukkan pada gambar 8.23. Beban awal tensile pada baut diberikan

untuk menimbulkan gaya gesek yang besar pada komponen yang disambung. Gaya

gesek inilah yang berfungsi menahan sebagian besar beban geser. Jadi baut tetap harus

diberikan beban awal tarik yang tinggi. Jika gaya gesek pada sambungan tidak cukup

kuat menahan beban maka baut akan lanngsung mendapat gaya geser.

7-30

(a) (b)

Gambar 8.24 Konstruksi sambungan baut yang mendapat beban geser

Untuk kasus dimana sambungan mendapat beban geser langsung seperti pada gambar

8.24(a) maka beban geser P dapat diasumsikan ditanggung secara merata oleh masing

masing baut. Sehingga tegangan geser yang dialami baut dapat dihitung dengan formula

sederhana

tbaut A

iP )/(=τ

dimana i adalah jumlah baut.

Untuk kasus dimana sambungan mendapat beban geser dan momen seperti

gambar 8.24 (b) maka baut akan menerima dua jenis gaya geser yaitu (1) F’, akibat gaya

geser langsung yang disebut primary shear, dan (2) F”, akibat momen puntir pada

sambungan yang disebut secondary shear. Analisis sambungan baut jenis ini terdiri dari

empat tahap utama yaitu :

menentukan titik pusat (centroid)

menentukan gaya geser langsung (primary shear)

menentukan gaya geser akibat momen (secondary shear)

Menentukan resultan gaya yang bekerja pada baut

7-31

Gambar 8.25 Analisis gaya-gaya pada baut akibat gaya geser langsung dan momen

Dalam sistem koordinat kartesian (x,y), centroid atau titik pusat sekumpulan baut dapat

ditentukan dengan menggunakan persamaan

∑

∑=

n

1i

n

1ii

A

xA

x dan

∑

∑=

n

1i

n

1ii

A

yA

y

dimana n adalah jumlah baut, Ai luas penampang baut yang ke-i, dan xi, yi adalah

koordinat masing-masing baut yang ke i.

Dengan mengasumsikan bahwa beban geser langsung akan diterima secara

merata oleh masing-masing baut, maka komponen beban langsung (primary shear) dapat

langsung dihitung dengan membagi gaya V dengan jumlah baut atau F” = V/n. Gaya

geser akibat momen atau secondary shear dapat dihitung dari menggunakan persamaan

...""" +++= CCBBAA rFrFrFM

dengan rA, rB, dst adalah jarak antara centroid dengan ke masing-masing titik tengah baut,

dan F” adalah secondary shear. Gaya yang ditanggung setiap baut tergantung pada jarak

radial dari centroid ke baut. Baut yang terjauh akan menanggung gaya paling besar,

sedangkan yang terdekat mendapat beban paling kecil. Jadi dapat ditulis dalam bentuk

perbandingan

..."""===

C

C

B

B

A

ArF

rF

rF

7-32

Kombinasi kedua persamaan di atas menghasilkan persamaan secondary shear untuk

baut yang ke-i

2n

2i

2B

2A

ii

rrrrMr

F+++++

=......

"

Langkah berikutnya adalah menghitung resultan gaya geser yang bekerja pada

masing-masing baut dengan melakukan penjumlahan vectorial antara primary shear dan

secondary shear. Selanjutnya tegangan dan kekuatan baut dapat dihitung dengan kriteria-

kriteria yang telah dibahas sebelumnya.

Contoh Soal 4 : Konstruksi sambungan baut untuk pelat baja setebal 15 mm digunakan untuk menahan

beban sebesar 16 kN. Baut yang digunakan adalah M16 kelas 8.8. Tentukanlah faktor

keamanan terendah dari keempat baut jika semua beban ditanggung oleh baut (asumsi

tidak ada gesekan antara komponen yang disambung). Semua dimensi yang diperlukan

diberikan pada gambar 8.26.

Gambar 8.26 Semua dimensi dalam millimeter

Jawaban : Titik O pada gambar 8.26 ditentukan berdasarkan kesimetrisan. Jika digambar diagram

benda bebas dari kantilever, gaya reaksi V akan melewati titik O dan momen reaksi M

juga akan berkerja pada titik O. Reaksi-reaksi ini adalah :

V = 16 kN M = 16(425) = 6800 Nm

Pada gambar 8.27 dibawah ini digambarkan diagram gaya-gaya pada sambungan secara

terperinci.

Jarak tiap baut terhadap titik O adalah :

( ) ( )2 260 75 96r mm= + =

7-33

Geseran primer pada tiap baut adalah :

16' 44

VF kNn

= = =

Karena simetris, maka geseran sekunder dapat dihitug sebagai berikut :

( )2

6800" 17,74 4 4 96Mr MF kNr r

= = = =

Dengan menggambarkan gaya-gaya ini pada gambar 8.26 dan dengan skala tertentu,

maka dapat diperoleh besar resultan gaya pada tiap baut.

FA = FB = 21 kN, dan FC = FB = 13,8 kN.

Tinggi baut yang diperlukan :

Gambar 8.27 Diagram gaya-gaya pada sambungan

Panjang baut yang diperlukan sama dengan tebal elemen yang disambung (25 mm)

ditambah tinggi mur dan sekitar 2 mm untuk ring atau washer. Dari tabel standard

diperoleh tinggi mur standar untuk M16 sekitar 14,8 mm sehingga tinggi total yang

diperlukan adalah 41,8 mm. Jadi dipilih baut dengan panjang 46 mm. Kemudian dihitung

panjang bagian yang berulir berdasarkan tabel 8.5, LT = 38 mm. Dengan demikian

geseran terjadi pada bagian yang berulir, sehingga shear-stress area 2 / 4s pA dπ=

dimana dp adalah diameter pitchnya. Adapun diameter pitch untuk ulir ISO dapat dihitung

sebagai berikut :

7-34

( )

( )

0,5

0,5

3 / 8 3 0,5 3 / 8

16 3 0,5 3 2 / 8

15,35

pd d H d p

mm

⎡ ⎤= − = − ⎣ ⎦

⎡ ⎤= − ⎣ ⎦

=

Sehingga diperoleh 2 2/ 4 185s pA d mmπ= =

Diperoleh tegangan geser

21000 113,5185

A

S

F MPaA

τ = = =

Dengan demikian dapat dihitung faktor keamanan baut terhadap tegangan geser sebagai

berikut :

600 5,286113,5

alln ττ

= = =

8.9. Soal-soal Latihan 1. Sebuah dongkrak ulir dengan ulir Acme ganda berdiameter 1 inchi digunakan untuk

menaikkan beban sebesar 4000 N. Sebuah thrust collar berdiameter rata-rata 50 mm

digunakan pada ulir tersebut. Koefisien gesekan yang terjadi adalah f = 0,12 dan fc =

0,09.

a. Tentukan pitch, lead, kedalaman ulir, diameter rata-rata ulir, dan sudut heliksnya.

b. Hitung torsi awal untuk menaikkan dan menurunkan beban.

c. Hitung efisiensi dongkak ketika sedang menaikkan beban.

2. Baut UNC class 7 berdiameter 0,5 inchi dengan ulir yang dibuat dengan proses rolling

diberikan beban awal 80% dari proof strength-nya ketika digunakan menjepit susuan

baja berlapis setebal 3 inchi. Tentukan faktor keamanan terhadap luluh statis (static

yielding) dan pemisahan sambungan (joint separation) ketika beban statik eksternal

sebesar 5 kN diberikan. Gunakan reliability 99%.

3. Ulir daya berprofil Acme dengan diameter pitch 1 inchi dan beulir tunggal digunakan

untuk menaikkan beban sebesar 25000 lbf. Diameter rata-rata collar adalah 1,5 inchi.

Koefisien gesekan ulir sama dengan koefisien gesekan collar yaitu sebesar 0,1.

tentukan :

a. Diameter puncak ulir

b. Torsi ulir yang diperlukan untuk menaikkan beban

c. Koefisien gesekan maksimum yang diperlukan untuk mencegah ulir mengalami

self- locking jika gesekan collar dihilangkan.

7-35

4. Sebuah dongkrak mobil terdiri dari ulir daya dan mur. Mobil diangkat dengan memutar

ulir daya. Hitung torsi yang dibutuhkan untuk menaikkan beban seberat 1 ton.

Diketahui bahwa lead l = 9 mm, diameter pitchnya adalah 22 mm, dan sudut ulirnya

adalah 30°. Koefisien gesekan yang ada adalah 0,1 pada ulir dan nol ditempat lain.

5. Ulir daya berprofil Acme digunakan untuk menaikkan beban sebesar 1350 lbf.

Diameter luar ulir adalah 1,25 inchi dan diameter collar rata-rata adalah 2 inchi.

Koefisien gesek ulir adalah 0,13 dan pada collar adalah 0,16. Tentukan :

a. Torsi yang diperlukan untuk menaikkan dan menurunkan beban.

b. Dimensi geometris ulir.

c. Efisiensi ketika menaikkan beban.

d Beban yang menyebabkan efisiensi ketika menaikan beban adalah sebesar 18%.

6. Gambar dibawah ini menunjukkan bejana tekan dengan pelat tutup bergasket.

Tekanan internal cukup seragam sehingga beban pada baut dapat dianggap statik.

Tekanan jepit gasket yag direkomendasikan adalah minimal sebesar 13 MPa

(termasuk faktor keamanan) untuk menjamin sambungan yang tahan bocor. Untuk

penyederhanaan, lubang baut dapat diabaikan dalam penghitungan luas gasket.

a. Jika baut 12, 16, dan 20 mm mempunyai ulir kasar dan terbuat dari baja SAE

class 8.8 atau 9.8 (dipilih yang paling cocok antara keduanya) akan digunakan,

tentukan jumlah baut yang diperlukan.

b. Jika rasio jarak antar-baut dengan diameter baut tidak boleh melebihi 10 untuk

menjaga tekanan flens yang cukup antar-baut, dan jika rasio ini tidak boleh kurang

dari 5 untuk menyediakan ruang yang cukup untuk kunci standar, yang manadari

ketiga ukuran baut di atas yang memberikan ruang antar-baut yang paling baik.

Gambar P8.1

7. Gambar dibawah ini menunjukkan sambungan pada cylinder head pada bejana tekan

yang menggunakan 10 baut dan confined-gasket seal. Diameter seal efektif adalah

sebesar 150 mm sedangkan dimensi lainnya adalah : A = 100 mm, B = 200 mm, C =

300 mm, D = 20 mm, dan E = 25 mm. Tekanan statik gas pada silinder adalah

sebesar 6 MPa. Telah dipilih baut ISO class 8.8 dengan diameter 12 mm. Berapa

faktor pembebanan, n, dari pemilihan ini?

7-36

Gambar P8. 2

8. Gambar dibawah ini menunjukkan lap joint yang dibaut dengan menggunakan baut

SAE grade 8. Temukan gaya geser yang aman F yang dapat diaplikasikan pada

sambungan ini jika ditentukan faktor keamanan berikut : shear pada baut 3, bearing

pada baut 2, bearing pada elemen yang disambung 2,5, dan tension pada elemen

yang disambung 3.

Gambar P8.3

9. Kanal vertikal berukuran 152 X 76 mempunyai kantilever yang dibaut kepadanya.

Kanal tersebut terbuat dari baja AISI 1015 yag di-hot roll. Bautnya adalah M12 x 1,75

ISO 5,8. Untuk faktor desain 2,8 cari gaya F yang aman diberikan pada kantilever.

Gambar P8.4

10. Cari gaya geser total pada tiap baut untuk sambungan seperti diperlihatkan pada

gambar dibawah ini, dan hitung shear stress dan bearing stress-nya. Cari momen

7-37

inersia pelat bertebal 8 mm pada penampang tegak lurus dengan lubang baut, dan

cari bending stress maksimum pada pelat.

Gambar P8.5