BAB II

DASAR TEORI

II.1. Pengertian Bor

Bor adalah salah satu mesin perkakas, yang secara umum

digunakan untuk mengebor suatu benda kerja. Pada mesin ini juga dapat

dilakukan pekerjaan – pekerjaan yang lainnya seperti, memperluas lubang,

pengeboran untuk tirus pada bagian suatu lubang atau pembenaman. Dalam

pelaksanaannya pengeboran sesungguhnya adalah suatu poros yang

berputar, dimana pada bagian ujungnya (bagian bawah) disambungkan mata

bor yang dapat mengebor terhadap benda kerja yang di jepit pada meja

mesin bor.

Jadi secara umum dalam pelaksanaan pengeboran suatu lubang

pada benda kerja diperlukan suatu mesin bor yang bekerja baik dan teliti.

Mesin dapat mengebor benda kerja secara terus menerus dan mempunyai

kecepatan poros yang dapat disetel menurut kebutuhannya dan dapat

dilakukan bermacam –macam pengeboran yang sesuai kebutuhan.

II.2.1 Bagian Utama Mesin Bor

Bagian utama mesin bor adalah sebagai berikut :

1. Spindel pada mesin bor berfungsi menggerakkan mata bor

2. Drill head pada mesin bor berfungsi menopang mekanisme penggerak

pisau potong dan menghantarkan ke benda kerja.

3. Lengan Radial, bagian dari mesin bor radial yang dapat bergerak naik

turun maupun berputar dimana motor penggerak dan drill head

terpasang kuat.

4. Meja, bagian yang menopang seluruh bagian mesin bor dimana meja

terbuat dari material besi cor dengan kekuatan yang tinggi dan stabilitas

yang mantap.

II.3. Jenis – jenis Mesin Bor

II.3.1 Mesin Bor Meja

Mesin bor meja digunakan untuk proses bor sederhana (aplikasi ringan)

dimana dalam pengoperasiannya digunakan penekanan tangan pada hand

feed lever atau otomatik untuk menurunkan mata bor menuju benda kerja

yang dilubangi.

Gambar 2.1

II.3.2 Mesin Bor Tegak

Mesin bor tegak merupakan jenis mesin bor meja dengan kemampuan

mengerjakan benda kerja ukuran yang lebih besar dimana proses

pemakanan dari mata bor dapat dikendalikan secara otomatis naik turun.

Gambar 2.2

II.3.3 Mesin Bor Radial

Mesin bor radial mampu digunakan untuk benda kerja dengan dimensi

yang relatif besar dengan pisau potong (mata bor) yang juga besar.

Gambar 2.3

II.3.4 Mesin Bor Gang

Mesin bor gang mempunyai lebih dari satu spindel, biasanya empat

spindel dengan satu buah meja. Mesin in digunakan untuk melakukan

beberapa operasi sekaligus sehingga lebih cepat.

Gambar 2.4

II.4 Bearing (bantalan)

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban,

sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara

halus, aman dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk

memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika

bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan

menurun atau tidak dapat bekerja secara semestinya. Jadi bantalan dalam

permesinan dapat disamakan peranannya dengan pondasi pada gedung.

Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Atas Dasar Gerakan Bantalan Terhadap Poros.

a. Bantalan Luncur. Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara

poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh

permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas.

b. Bantalan Gelinding. Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding

antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen

gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat.

2. Atas Dasar Arah Beban Terhadap Poros.

a. Bantalan Radial. Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah

tegak lurus sumbu poros.

b. Bantalan Radial. Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu

poros.

c. Bantalan Gelinding Khusus. Bantalan ini dapat menumpu beban

yang arahnya sejajar dan tegak lurus dengan sumbu poros.

II.4.1 Bantalan gelinding

Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang

berputar dengan bagian yang diam melalui elemen gelinding seperti bola

(peluru), rol atau rol jarum, dan rol bulat.

Bantalan gelinding mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding

yang sangat kecil dibandingkan dengan bantalan luncur. Elemen gelinding

seperti bola atau rol dipasang antara cincin luar dan dalam. Dengan memutar

salah satu cincin tersebut, bola atau rol akan melakukan gerakan gelinding

sehingga gesekan akan jauh lebih kecil. Untuk bola atau rol, ketelitian tinggi

dengan bentuk dan ukurannya merupakan suatu keharusan. Karena luas

bidang kontak antara bola dan rol dengan cincin sangat kecil, maka besarnya

beban yang dipakai harus memiliki ketahanan dan kekerasan yang sangat

tinggi.

Kelakuan Bantalan Gelinding :

1. Membawa beban aksial

Bantalan radial mempunyai sudut kontak yang besar antara

elemen dan cincinnya, dapat menerima sedikit beban aksial. Bantalan

bola macam alur dalam, bantalan bola kontak sudut, dan bantalan rol

kerucut merupakan bantalan yang dibebani gaya aksial kecil.

2. Kelakuan terhadap putaran

Diameter d (mm) dikalikan dengan putaran permenit n (rpm)

disebut harga d.n. Harga ini untuk suatu bantalan yang mempunyai

bantalan empiris, yang besarnya tergantung pada macamnya dan cara

pelumasannya.

3. Kelakuan gesekan

Bantalan bola dan bantalan rol silinder mempunyai gesekan

yang relatif kecil dibandingkan dengan bantalan yang lainnya. Untuk

alat-alat ukur, gesekan bantalan merupakan penentuan ketelitiannya.

4. Kelakuan dalam bunyi dan getaran.

Hal ini dipengaruhi oleh kebulatan bola dan rol, kebulatan

cincin, kekerasan elemen-elemen tersebut, keadaan sangkarnya, dan

kelas mutunya. Faktor lain yang mempengaruhi adalah ketelitian

pemasangan, konstruksi mesin (yang memakai bantalan tersebut), dan

kelonggaran dalam bantalan.

Gambar 2.1. : Jenis bantalan gelinding

Sumber : Sularso, 2004.

II.4.2 Sistem Pelumasan Pada Bantalan

Penggunaan bantalan pada suatu mesin, haruslah memperhatikan

sistem pelumasan yang akan digunakan, sehingga konstruksi, kondisi kerja,

dan letak bantalan menjadi pertimbangan dalam pemilihan. Tempat

pelumasan, bentuk serta kekerasan alur minyak juga merupakan faktor-

faktor penting.

Dalam pelumasan bantalan, dikenal bermacam-macam cara, antara

lain :

1. Pelumasan tangan

Cara ini sesuai pada beban ringan, kecepatan rendah, atau kerja

yang tidak terus menerus. Kekurangannya adalah bahwa aliran

pelumasan tidak selalu tetap, atau pelumasan menjadi tidak teratur.

2. Pelumasan tetes

Dari sebuah wadah, minyak diteteskan dalam jumlah yang

banyak dan teratur melalui sebuah katup jarum. Cara ini untuk beban

ringan dan sedang.

3. Pelumasan sumbu

Cara ini menggunakan sebuah sumbu yang dicelupkan dalam

mangkok minyak sehingga minyak terhisap oleh sumbu tersebut.

Pelumasan ini dipakai seperti dalam hal pelumasan tetes.

4. Pelumasan percik

Dari suatu bak penampung, minyak dipercikkan. Cara ini

digunakan untuk melumasi torak dan silinder motor bakar torak yang

berputar tinggi.

5. Pelumasan cincin

Pelumasan ini menggunakan cincin yang digantungkan pada

poros sehingga akan berputar bersama poros sambil mengangkat

minyak dari bawah. Cara ini dipakai untuk beban sedang.

6. Pelumasan pompa

Pelumasan pompa dipergunakan untuk mengalirkan minyak ke

dalam bantalan. Cara ini dipakai untuk melumasi bantalan yang sulit

letaknya, seperti pada bantalan utama motor putaran tinggi dan beban

besar.

7. Pelumasan gravitasi

Pada bantalan diletakkan sebuah tangki, minyak dialirkan oleh

gaya beratnya. Cara ini dipakai untuk kecepatan sedang dan tinggi

pada kecepatan keliling sebesar 10-15 m/s.

8. Pelumasan celup

Sebagian dari bantalan dicelupan dalam minyak. Cara ini cocok

untuk bantalan dengan poros tegak, seperti pada turbin air. Disini

perlu diberikan perhatian pada besarnya gaya gesekan, karena tahanan

minyak, kenaikan temperatur dan kemungkinan masuknya kotoran

atau benda asing.

Bantalan dalam permesinan seperti halnya dalam pondasi

bangunan. Artinya apabila bantalan tidak berfungsi dengan baik, maka

sistem tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya.

Dalam memilih bantalan yang akan digunakan, perlu

diperhatikan hal-hal sebagai berikut :

1. Tinggi rendahnya putaran poros

2. Jenis bahan yang dikenakan

3. Besar-kecilnya beban yang dikenakan

4. Ketelitian elemen mesin

5. Kemudahan perawatannya

Adapun analisa terhadap bantalan, dilakukan untuk menghitung

umur bantalan berdasar beban yang diterima oleh bantalan. Perhitungan

umur bantalan tersebut menggunakan rumus (Sularso,2004)

Lh = 500.fh3 ………………………………………………. 2.1

Keterangan :

Lh = Umur bantalan (jam)

fh = Faktor umur

Faktor umur (fh) dihitung dengan menggunakan rumus

(Sularso,2004) :

fh = fn . C/P ................................................................................ 2.2

Keterangan :

fn = Faktor kecepatan

C = Kapasitas dinamik spesifik

P = Beban yang diterima (N)

Sementara fn untuk bantalan peluru dihitung dengan rumus

(Sularso, 2004) yaitu :

fn = (33,3/ n)1/3 ........................................................................ 2.3

Keterangan :

n = Kecepatan putar

II.5 Roda Gigi

Jika dari dua buah roda gigi berbentuk silinder atau kerucut yang saling

bersinggungan pada kelilingnya salah satu diputar maka yang lain akan ikut

berputar pula. Alat yang menggunakan cara kerja semacam ini untuk

mentranmisikan daya disebut roda gesek. Cara ini cukup baik untuk

meneruskan daya kecil dengan putaran yang tidak tepat.

Untuk mentransmisikan daya besar dan putaran yang tepat tidak dapat

dilakukan dengan roda gesek. Untuk ini, kedua roda tersebut harus dibuat

bergigi pada kelilingnya sehingga penerusan daya dilakukan oleh gigi-gigi

kedua roda yang saling berkait. Roda bergigi semacam ini, yang dapat

berbentuk silinder atau kerucut, disebut roda gigi.

Di luar cara transmisi di atas, ada pula cara lain untuk meneruskan daya,

yaitu dengan sabuk atau rantai. Namun demikian, transmisi roda gigi

mempunyai keunggulan dibandingkan dengan sabuk atau rantai karena lebih

ringkas, putaran lebih tinggi dan tepat, dan daya lebih besar. Kelebihan ini

tidak selalu menyebabkan dipilihnya roda gigi di samping cara lain, karena

memerlukan ketelitian yang lebih besar dalam pembuatan, pemasangan,

maupun pemeliharaannya. Pemakaian roda gigi sebagai alat transmisi telah

menduduki tempat terpenting disegala bidang selama 200 tahun terkhir ini.

Penggunaannya dimulai dari alat pengukur yang kecil dan teliti seperti jam

tangan, sampai roda gigi reduksi pada turbin besar yang berdaya puluhan

megawatt.

II.5.1 Macam-macam Roda Gigi

II.5.1.1 Roda Gigi Lurus atau Sejajar

Roda gigi dengan poros sejajar adalah roda gigi dimana giginya

berjajar pada bidang silinder (disebut ”bidang jarak bagi”); kedua bidang

silinder tersebut bersinggungan dan yang satu menggelinding pada yang

lain dengan sumbu tetasejajar. Roda gigi lurus merupakan roda gigi

paling dasar dengan jalur gigi yang sejajar poros.

II.5.1.2 Roda Gigi Miring

Roda gigi miring mempunyai jalur gigi yang membentuk ulir pada

silinder jarak bagi. Pada roda gigi miring ini, jumlah pasangan gigi yang

saling membuat kontak serentak adalah lebih besar dari pada roda gigi

lurus, sehingga pemindahan momen atau putaran melalui gigi-gigi

tersebut dapat berlangsung dengan halus. Sifat ini sangat baik untuk

naikkan

mentrasmisikan putaran tinggi dan beban besar. Namun roda gigi miring

memerlukan bantalan aksial dan kotak roda gigi yang lebih kokoh,

karena jalur roda gigi yang membentuk ulir tersebut menimbulkan gaya

reaksi yang sejajar dengan poros, dalam hal roda gigi miring ganda.

II.5.1.3 Roda Gigi Berbentuk V

Gaya aksial yang timbul pada gigi yang mempunyai alur yang

berbentuk V tersebut, akan saling meniadakan. Dengan roda gigi ini,

perbandingan reduksi, kecepatan keliling, dan daya yang diteruskan

dapat diperbesar, tetapi pembuatannya sukar.

II.5.1.4 Roda Gigi Dalam

Roda gigi dalam dipakai jika ingin alat tranmisi dengan ukuran

kecil dengan perbandingan reduksi besar, karena pinyon terletak di dalam

roda gigi.

II.5.1.5 Pinyon dan Batang Gigi

Batang gigi merupakan dasar profil pahat pembuat gigi. Pasangan

antara roda gigi dan pinyon dipergunakan untuk mengubah gerakan putar

menjadi lurus atau sebaliknya.

II.5.1.6 Roda Gigi Kerucut

Dalam hal roda gigi kerucut, bidang jarak bagi merupakan bidang

kerucut yang puncaknya terletak di titik potong sumbu poros. Roda gigi

kerucut lurus dengan gigi lurus, adalah yang paling mudah dibuat dan

paling sering dipakai. Tetapi roda gigi ini sangat berisik karena

perbandingan kontaknya yang kecil. Juga kontruksinya tidak mungkin

pemasangan bantalan pada kedua ujung poros-porosnya.

II.5.1.7 Roda Gigi Kerucut Spiral

Roda gigi kerucut spiral karena mempunyai perbandingan kontak

yang lebih besar, dapt meneruskan putaran tinggi dan beban besar. Sudut

poros kedua roda gigi ini biasanya dibuat 90 derajat.

II.5.1.8 Roda Gigi Cacing

Roda gigi cacing meneruskan putaran dengan perbandingan reduksi

besar.

II.5.1.9 Roda Gigi Hipoid

Rada gigi hipoid adalah seperti yang dipakai pada roda gigi

diferensial otomobil. Roda gigi in mempunyai jalur gigi yang berbentuk

spiral pada bidang kerucut yang sumbunya bersilang, dan pemindahan

gaya pada permukaan gigi berlangsung secara meluncur dan

menggelinding.

II.6 POROS

Poros merupakan bagian terpenting dari setiap mesin. Hampir

semua mesin menggunakan poros untuk meneruskan tenaga bersama-sama

dengan putaran.

Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut

pembebanannya sebagai berikut :

a. Poros Transmisi

Poros macam ini mendapatkan beban puntir murni atau puntir

dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling,

roda gigi, puli sabuk atau sproket, rantai.

b. Spindel

Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin

perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel.

c. Gandar

Poros yang dipasang pada roda kereta barang, dimana tidak

mendapat beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar,

disebut gandar. Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali jika

digerakan oleh penggerak mula dimana akan mengalami beban putir

juga.

Untuk merencanakan sebuah poros, hal-hal berikut yang perlu

diperhatikan:

a. Kekakuan Poros.

Meskipun sebuah poros memiliki sebuah kekuatan yang

cukup, tetapi jika lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar, akan

mengakibatkan ketidak-telitian pada mesin perkakas atau getaran dan

suara.

Karena itu disamping kekuatan poros kekakuannya juga harus

diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan dilayani

poros tersebut.

naikkan

b. Putaran Kritis

Bila putaran suatu mesin dinaikkan, maka pada suatu harga

putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya.

Putaran ini disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin,

motor listrik, dan dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan

bagian-bagian yang lainnya. Jika mungkin, poros harus direncanakan

sedemikian rupa sehingga puturan kerjanya lebih dari putaran

kritisnya.

c. Kekuatan Poros

Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir, lentur

atau gabungan antara puntir dan lentur. Juga ada poros yang mendapat

beban tarik atau tekan seperti poros baling-baling kapal atau turbin.

Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi pengaruh tegangan

bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros

mempunyai alur pasak, harus diperhatikan.sebuah poros harus

direncanakan hingga cukup kuat untuk menahan beban-beban diatas.

d. Korosi

Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik) harus dipilih

untuk poros propeler dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida

yang korosif. Demikian pula untuk poros-poros yang terancam

kavitasi, dan poros-poros mesin yang sering berhenti lama. Sampai

batas-batas tertentu dapat pula dilakukan perlindungan terhadap

korosi.

e. Bahan Poros

Poros untuk mesin umumnya terbuat dari baja batang yang

ditarik dingin dan difinising, baja karbon kontruksi mesin yanag

dihasilkan dari igot yang di-“kill” (baja yang dideoksidasikan dari fero

silicon dan dicor, kadar karbon terjamin). Meskipun demikian, bahan

ini kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi

karena tegangan yang kurang seimbang misalnya diberi alur pasak

karena ada tegangan sisa di dalam terasnya. Tetapi penarikan dingin

membuat permukaan poros menjadi keras dan kekuatannya bertambah

besar.

Poros-poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi

umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang

sangat tahan terhadap keausan beberapa diantaranya adalah baja

khrom, nikel, baja khrom nikel molibden. Sekalipun demikian

pemakaian baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasannya

hanya untuk putaran tinggi dan beban berat. Dalam hal demikian perlu

dipertimbangkan penggunaan baja karbon yang diberi perlakuan panas

secara tepat untuk memperoleh kekuatan yang diperlukan

Dalam perencanaan sebuah poros, harus diperhitungkan

terlebih dahulu daya yang ditransmisikan P (kW), dan putaran poros

n (rpm). Atas dasar pertimbangan keamanan maka poros ini diberi

nilai keamanan atau faktor koreksi fc, sehingga daya rencana ( )

dapat dihitung. (Sularso, 2004).

(kW) ………………………………………………..2.4

Keterangan :

Pd = Daya rencana (KW)

fc = Faktor koreksi

P = Daya nominal motor penggerak (KW)

Tabel 2.2 Faktor-faktor Koreksi Daya yang akan Ditransmisikan (fc)

Daya yang akan ditransmisikan fc

Daya rata-rata yang diperlukan

Daya maksimum yang diperlukan

Daya nominal

1,2 – 2,0

0.8 – 1,2

1,0 – 1,5

Sumber : - Sularso, 2004

Jika momen puntir (disebut juga sebagai momen rencana) adalah T

(kg.mm) maka, (Sularso, 2004).

………………………………….…….. 2.5

Sehingga

……………………………………………….

2.6

Tegangan geser yang diizinkan a (kg/mm ) untuk pemakaian

umum pada poros dihitung atas dasar batas kelelahan puntir yang

besarnya diambil 40% dari batas kelelahan tarik yang besarnya kira-kira

45% dari kekuatan tarik (kg/mm ). Jadi batas kelelahan puntir adalah

naikkan

18% dari kekuatan tarik (kg/mm ), sesuai dengan setandar ASME.

Untuk harga ini faktor keamanan diambil sebesar 1/0,18 = 5,6 untuk bahan

SF dengan kekuatan yang dijamin dan 6,0 untuk bahan S-C dengan

pengaruh masa dan baja paduan. Faktor ini dinyatakan dengan Sf1.

Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros akan diberi alur pasak atau dibuat

bertetangga, karena pengaruh konsentrasi tegangan sangat besar. Untuk

memasukkan pengaruh-pengaruh ini dalam perhitungan perlu diambil

faktor yang dinyatakan sebagai Sf2 dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0.

Dari hal-hal di atas maka besarnya τa (kg/mm ) dapat dihitung dengan,

(Sularso, 2004).

a = /(Sf1 ×Sf2) ............................................................... 2.7

Kemudian, keadaan momen puntir itu sendiri juga harus ditinjau.

Faktor yang dianjurkan oleh ASME juga dipakai di sini. Faktor ini

dinyatakan dengan Kt dipilih1,0 jika beban dikenakan secara halus, 1,0

sampai 1,5 jika terjadi sedikit kejutan dan 1,5 sampai 3,0 jika beban

dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar. Sedangkan faktor koreksi

momen lentur Km besarnya 1,5 untuk pembebanan tetap, 1,5 sampai 2,0

untuk beban dengan tumbukan ringan dan 2 sampai 3 untuk beban dengan

tumbukan besar.

Besarnya diameter poros dapat dihitung dengan, (Sularso, 2004).

………………………………… 2.8

keterangan :

d = Diameter poros (mm)

a = Tegangan geser yang diijinkan (Kg/mm2)

Km = Faktor koreksi momen lentur

Kt = Faktor koreksi momen puntir

M = Momen lentur (kg.mm)

T = Torsi (kg.mm)

Defleksi Puntiran

................................................................................... 2.9

keterangan :

G = Modulus geser

T = Momen puntir (kg.mm)

l = Panjang poros (mm)

ds = Diameter poros (mm)

Besarnya deformasi yang disebabkan oleh momen puntir pada

poros harus dibatasi. Untuk poros yang dipasang pada mesin umum dalam

kondisi kerja normal, besarnya defleksi puntiran dibatasi sampai 0,25 0 -

0,3 0.