PENDAHULUANPENDAHULUAN

Elemen Mesin Elemen Mesin Metode dan proses perencanaan serta perancangan Metode dan proses perencanaan serta perancangan

bagian-bagian permesinan untuk memenuhi bagian-bagian permesinan untuk memenuhi kebutuhan kebutuhan tertentu.tertentu.

Suatu rangkaian mesin yang terdiri dari beberapa Suatu rangkaian mesin yang terdiri dari beberapa kombinasi yang dirancang dengan konsep yang tepat, kombinasi yang dirancang dengan konsep yang tepat, sehingga dapat bekerja dengan baik sebagai satu sehingga dapat bekerja dengan baik sebagai satu kesatuan.kesatuan.

Tujuan perencanaan dan perancangan :Tujuan perencanaan dan perancangan : Untuk mengetahui jenis sambungan dalam teknologi Untuk mengetahui jenis sambungan dalam teknologi permesinan, permesinan, memahami mekanisme kerja dan memahami mekanisme kerja dan mendeteksi bagian-bagian mesin, serta menguasai mendeteksi bagian-bagian mesin, serta menguasai metode perhitungan kekuatan.metode perhitungan kekuatan.

Beberapa pertimbangan perencanaan dan perancangan Beberapa pertimbangan perencanaan dan perancangan elemen mesin :elemen mesin :1. Pembebanan1. Pembebanan2. Jenis elemen yang bergerak2. Jenis elemen yang bergerak3. Sifat material bahan3. Sifat material bahan4. Kelayakan pemakaian yang ekonomis4. Kelayakan pemakaian yang ekonomis5. Faktor keamanan 5. Faktor keamanan

Pembebanan (Loading)Pembebanan (Loading)Gaya yang bekerja pada suatu bidang. Sumber Gaya yang bekerja pada suatu bidang. Sumber beban mencakup energi transmisi, berat elemen, beban mencakup energi transmisi, berat elemen, hambatan gesek dan momen inersia.hambatan gesek dan momen inersia.

Jenis-jenis pembebanan :Jenis-jenis pembebanan :a. Beban tetap a. Beban tetap

beban terpusat, beban merata, beban teratur dan beban terpusat, beban merata, beban teratur dan beban tidak teratur.beban tidak teratur.

b. Beban tidak tetapb. Beban tidak tetapc. Beban kejutc. Beban kejut

Tegangan (Stress) Tegangan (Stress) Beban gaya setiap satuan luas bidang yang Beban gaya setiap satuan luas bidang yang

menahan beban.menahan beban.

Jenis-jenis tegangan :Jenis-jenis tegangan :a. Tegangan normal a. Tegangan normal

- Tegangan tarik (tensile)- Tegangan tarik (tensile)

- Tegangan tekan (compressive)- Tegangan tekan (compressive)

b. Tegangan geser (shear)

c. Tegangan lentur (bend)c. Tegangan lentur (bend)MM

σσ = =ZZ

M = Momen inersia M = Momen inersia Z = Modulus luasZ = Modulus luas

d. Tegangan puntird. Tegangan puntir

G G θθ r T r r T r ττ = = == ℓ ℓ I I

G = Modulus rigiditasG = Modulus rigiditasθθ = Sudut puntir = Sudut puntirr = Jari-jarir = Jari-jariℓ ℓ = Panjang = Panjang

I = Momen inersia polarI = Momen inersia polar

Regangan (Strain)Regangan (Strain)Pertambahan panjang (deformasi) sebuah Pertambahan panjang (deformasi) sebuah

benda/logam menjadi lebih panjang dari bentuk benda/logam menjadi lebih panjang dari bentuk semula semula

Jenis-jenis regangan :Jenis-jenis regangan :a. Regangan liniera. Regangan linierb. Regangan lateralb. Regangan lateralc. Regangan volumetrikc. Regangan volumetrikd. Regangan geser d. Regangan geser

Modulus Elastisitas (Modulus Young)Adalah hubungan antara tegangan dan regangan.

σE =

ℓ

E = Modulus elastisitasσ = Teganganℓ = Regangan

Diagram tegangan-reganganDiagram tegangan-regangan

σσ Keterangan :Keterangan :OA = Daerah elastisOA = Daerah elastis

DD AB = Daerah plastisAB = Daerah plastisBC = Daerah luluhBC = Daerah luluhD = Titik ultimateD = Titik ultimate

BB CC EE E = Patah (failure)E = Patah (failure)

AA

00 ℓℓ

SAMBUNGAN PAKU KELING (RIVET)

Merupakan jenis sambungan tetap. Pemakaian sambungan paku keling :- Pekerjaan konstruksi ringan atau berat- Pekerjaan bangunan kapal dan pesawat terbang- Pekerjaan kilang minyak, turbin dan ketel

Beberapa kegagalan dalam sambungan paku keling :1. Pelat melengkung

Terjadi karena tegangan atau gaya F paku keling lebih besar dari pelatnya.

2. Pelat sobekTerjadi karena jarak antar paku keling terlalu rapat atau berdekatan, dan tegangan atau gaya F paku keling lebih besar dari pelatnya, sehingga pelat menjadi sobek.

3. Pelat terguntingTerjadi karena adanya tegangan geser, dan

tegangan atau gaya F paku keling lebih besar dari pelatnya, sehingga pelat akan tergunting.

4. Pelat melumerTerjadi karena adanya tekanan bidang permukaan yang lebih kecil, sehingga pelat akan melumer.

5. Tepi pelat terguntingTerjadi karena adanya tekanan bidang permukaan yang lebih kecil, sehingga tepi pelat akan tergunting dan paku keling menjadi remuk.

6. Tepi pelat sobekTerjadi karena adanya tekanan bidang permukaan yang lebih kecil, sehingga tepi pelat akan sobek.

Catatan :Kegagalan sambungan paku keling di atas merupakan dasar perhitungan kekuatan sambungan.

1. Sambungan Paku Keling Berhimpit Tunggal

sd

s

Besarnya gaya F pada setiap kegagalan sambungana. Pelat sobek

F = (s – d) t σt

b. Pelat tergunting F = π/4 d2 τp

c. Pelat melumerF = d t σe

d. Tepi pelat terguntingF = 2 d t τt

Keterangan :t = Tebal pelat (mm)d = Diameter paku keling (mm)s = Jarak antar paku keling (mm)

Untuk menentukan efisiensi sambungan :Kekuatan sambungan

η = x 100 %Kekuatan pelat utuh

Gaya F terkecil diantara kegagalan sambunganη =

t s σt

2. Sambungan Paku Keling Berhimpit Ganda

sd

s

Besarnya gaya F pada setiap kegagalan sambungana. Pelat sobek

F = (s – d) t σt

b. Pelat tergunting F = 2 π/4 d2 τp

c. Pelat melumerF = 2 d t σe

Untuk menentukan efisiensi sambungan :Kekuatan sambungan

η = x 100 %Kekuatan pelat utuh

Gaya F terkecil diantara kegagalan sambunganη =

t s σt

SAMBUNGAN PAKU KELING DENGAN BEBAN EKSENTRIK

y ℓ F

x Pusat gravitasi

Jika seluruh ukuran paku keling dianggap sama maka pembebanan pusat gravitasi adalah :

x1 + x2 + x3 + … + xn x =

z

y1 + y2 + y3 + … + yn z = Jumlah paku keling y =

z

PembebananF F1

Fn = ℓ1 ℓ2 F2 z

Beban akibat momen puntir F1 F2 F3 F4 F4 ℓ3 ℓ4

= = =ℓ1 ℓ2 ℓ3 ℓ4 F3

Sehingga :ℓ2 ℓ3 ℓ4

F2 = F1 F3 = F1 F4 = F1

ℓ1 ℓ1 ℓ1

Persamaan momen F ℓ = F1 ℓ1 + F2 ℓ2 + F3 ℓ3 + F4 ℓ4

F ℓ = F1 / ℓ1 (ℓ22

+ ℓ32

+ ℓ42)

Beban resultan Ri = √ Fn

2 + Fi2 + 2 Fn Fi cos θ

dimana : Ri = Resultan beban pada paku keling ke-i Fi = Beban terbesar yang dialami pada paku keling ke-i

SAMBUNGAN MUR BAUT

Merupakan jenis sambungan tidak tetap, karena ikatan sambungan dapat dilepas/dibuka.

Berbeda dengan sambungan paku keling, sambungan mur baut memiliki bagian ulir yang berfungsi sebagai ikatan sambungan.

Keterangan :D = Diameter luar (mm)D1 = Diameter inti (mm)D2 = Diameter kisar (mm)Dm = Diameter rata-rata (mm) = (D + D1)/4p = Pitch/kisar (mm)t = Tinggi ulir (mm)

Keuntungan yang dimiliki sambungan mur baut :1. Mudah dalam proses penyambungan2. Dapat dipasang atau dibongkar sesuai dengankebutuhan3. Memenuhi segala syarat pengoperasian4. Memiliki efisiensi yang baik

Kekurangan sambungan mur baut :1. Mudah terjadi pemusatan tegangan pada bagian ulir2. Bila tekanan sambungan lebih kecil, akan mudah lepas

Ada beberapa jenis ulir, yaitu :1. Berdasarkan bentuk profil

- Ulir persegi/trapesium- Ulir bulat- Ulir sayap kupu-kupu

2. Berdasarkan arah putar- Ulir putar kiri- Ulir putar kanan

Perhitungan Kekuatan Sambungan

1. Tegangan permulaan karena kekuatan ikatan- Tegangan tarik pada batang baut Beban awal Fi = 2840 D

σ = Fi/A dimana A = π/4 [(Dm + D1)/2]2

- Tegangan geser akibat gesekan ulir Momen puntir awal M = Fi (0,16 p + 0,58 f D2)

dimana f = koefisien gesek ulir

2. Tegangan karena beban luar - Tegangan tarik σ = F/A dimana A = π/4 D1

2

- Tegangan geser τ = Fg/A dimana A = π/4 D1

2

- Tegangan kombinasi σmax = σ/2 + 1/2 √σ2 + 4 τ2

τmax = 1/2 √σ2 + 4 τ2

3. Beban gabunganFg = Fi + [a/(1+a)] F

dimana a = Perbandingan elastisitas antara komponen dengan baut

SAMBUNGAN LAS

Merupakan jenis sambungan pengikat dan penyatuan suatu logam dengan proses metalurgi yang dilakukan dalam keadaan lumer.

Alat yang digunakan untuk proses penyambungan adalah fluks yang dipakai untuk memperlancar perpindahan butiran metalurgi.

Fluks merupakan sumber terak yang berfungsi sebagai pelindung terhadap pengaruh luar (penetrasi unsur lain).

Perhitungan Kekuatan Sambungan

Tergantung pada jenis kampuh dan pembebanannya, sehingga menimbulkan tegangan tarik (σ) dan tegangan geser (τ).

Faktor lain yang perlu diperhatikan adalah :- Luas penampang efektif- Panjang efektif las- tebal efektif las

te t = Tebal kaki las te= Tebal efektif las

= ½ √2 tt

ℓ ℓe = Panjang efektif las = ℓ - 3 te

1. Sambungan las penampang asimetris beban aksial

ℓa t ℓ τF =

a √2 b

ℓb

ℓ = ℓa + ℓb ………… (1) ℓa t τ a = ℓb t τ bℓa a = ℓb b ………… (2)

Dari (1) dan (2) didapat : ℓ a ℓ b

ℓa = ℓb = a + b a + b

2. Sambungan las dengan beban eksentrik

Beban eksentrik = beban langsung + beban momen = F + Fe

= (2 t ℓ τ)/√2 + σ z = (2 t ℓ τ)/√2 + (σ 2 t ℓ2)/6√2

σmax = σ/2 + ½ √σ2 + 4 τ2

τmax = ½ √σ2 + 4 τ2

SAMBUNGAN POROS

Merupakan jenis elemen mesin yang berputar, yang berfungsi sebagai transmisi daya atau pembawa daya dari ujung poros ke ujung poros yang lain.

Sedangkan gandar merupakan jenis elemen mesin yang bersifat statis (diam), yang berfungsi sebagai pembawa momen

Pembebanan yang terjadi pada poros :1. Beban puntir (torsi)

DT T = (π/16) τ D3

2. Beban momenD

M M = (π/32) τ D3

Catatan :Untuk diameter berlubang perbandingan diameter luar (D0) dan diameter dalam (D1) adalah K = D0/D1.

3. Beban kombinasiTorsi ekivalen Te = √M2 + T2

Momen ekivalen Me = ½ (M + √M2 + T2)

Sebuah poros yang mentransmisikan daya sebesar P pada putaran ω memberikan torsi T pada poros, sehingga :

P = ω T dimana : P = Poros (Watt) ω = Putaran poros (rad/det) T = Torsi (N.m)

Dalam satuan SI, maka hubungan putaran antara ω dan n adalah :

ω = (2 π n)/60 dimana : n = putaran per menit(1/menit)

Sehingga :

P = (2 π n T)/60

P E G A S

Merupakan bagian elemen mesin yang berfungsi sebagai penahan beban yang maksimum dan akan kembali ke ukuran semula jika beban tersebut dihilangkan.

Fungsi pegas :- Memberi beban pada rem atau kopling- Memberi pengukur beban pada timbangan pegas- Menyimpan energi pada pegas jam- Sebagai peredam kejut dan getaran pada pegas roda kendaraan bermotor atau sambungan kereta api

Beban gaya yang terjadi pada pegas :- Beban tekan- Beban tarik- Beban torsi- Beban kejut/getaran

Jenis-jenis pegas :- Pegas ulir- Pegas daun

Pegas Ulir

1. Panjang BebasPanjang normal pegas ulir tanpa ada pembebanan

2. Panjang Terbeban

Panjang pegas ulir selama pembebanan

3. Panjang TetapPanjang pegas ulir pada pembebanan maksimum

4. Indeks Pegas Rasio antara diameter pegas dengan kawat pegasC = D/d

5. Konstanta PegasBesarnya beban setiap satuan defleksi pegask = F/δ

6. Kisar (Pitch)Jarak aksial antara dua kawat berurutan pada

keadaan normal (tidak ada pembebanan)

Perhitungan Kekuatan

1. Tegangan yang timbul akibat pembebanan

a. Tegangan geser τmax = τm + τd

Dimana :τm = Tegangan geser akibat momen = 8 W D / (π/d3)

τd = Tegangan geser langsung = 4 W / (π/d2)

b. Efek kelengkungan kawat4C – 1 0,615

K = +4C – 4 4

τmax = K {8 W D / (π/d3)}

2. Defleksi pegas ulir yang terjadi akibat pembebanan

a. Panjang kawat efektifℓ = π D n

b. Defleksi angular akibat torsiθ = 16 W D2 n / (d4 G)

c. Defleksi aksial δ = 8 W C3 n / (d G)

d. Beban energi yang tersimpanE = ½ W δ

3. Pembebanan pegas ulir dengan beban torsi

a. Tegangan yang timbul akibat momenσ = 32 M K / (π/d3)

Dimana :4 C2 – C – 1

K = 4 C2 – 4 C

b. Defleksi angularθ = 64 M D n / (E d2)

Pegas Daun

Terbuat dari bahan pelat datar dengan bentuk konstruksi tunggal maupun majemuk.

Pegas daun berfungsi sebagai :- Penahan beban- Peredam getaran atau kejut

Beberapa konstruksi dasar pegas daun :1. Pegas daun kantilever pelat tunggal

Momen lengkung max, M = F ℓ t Modulus luas, Z = 1/6 b t2

ℓ b Tegangan lentur, σ = M / ZDefleksi max, δ = F ℓ3 / 3 E ℓ

2. Pegas daun beban terpusat pelat tunggal ℓ1 F1

Kantilever ganda, Fi = 2F, t ℓi = 2ℓ

ℓ b Momen lengkung max, M = F ℓModulus luas, Z = 1/6 b t2

Tegangan lentur, σ = M / ZDefleksi max, δ = F ℓ3 / 3 E ℓ

3. Pegas daun majemuk seragam t

ℓ b Jika pegas daun terdiri dari n daun seragam, maka : Tegangan lentur, σ = M / n Z Defleksi max, δ = 4 F ℓ3 / n E b t2

4. Pegas daun majemuk tak seragam

F F b t

ℓ

ng = Jumlah daun bertingkat nf = Jumlah daun seragam n = ng + nf

Tegangan lentur pada daun seragam :

σf = 18 F ℓ / (2 ng + 3 nf) b t2

Tegangan lentur pada daun bertingkat :

σg = 12 F ℓ / (2 ng + 3 nf) b t2

Defleksi total :

δ = 12 F ℓ3 / (2 ng + 3 nf) E b t3

KOPLING TETAP

Merupakan elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara kontinu (tanpa terjadi slip), dimana kedua poros tersebut terletak pada satu garis lurus.

Konstruksi kopling tetap selalu dalam keadaan tersambung, sehingga setiap elemen menjadi satu kesatuan gerak.

Jenis-jenis kopling tetap adalah :1. Kopling kaku

Kopling bus dan kopling flens2. Kopling luwes

Kopling karet, kopling gigi dan kopling rantai3. Kopling universal

Kopling Hook dan kopling universal tetap

Ada beberapa pertimbangan dalam perencanaan kopling tetap :1. Pemasangan yang mudah dan cepat2. Konstruksi ringan dan fleksibel 3. Aman pada putaran tinggi dan tahan getaran4. Mencegah pembebanan yang berlebih5. Kemungkinan gerakan aksial pada porosnya sangat kecil

Perencanaan Perhitungan

Daya rencana, Pd = P ƒc P = Daya (kW)ƒc = Faktor koreksi untuk daya rata-rata yang diperlukan (1,2 – 2)

Torsi, T = 9,74 x 105 (Pd / n1) n1 = Putaran (rpm)

Tegangan tarik,σb = 100 h + 20 h = Konstanta kadar karbon pada bahan baja (0,2% - 0,3%)

Tegangan geser,τa = σb / (Sf1 Sf2) Sf1 = Konstanta faktor keamanan (5 – 6)

Sf2 = Konstanta faktor keamanan (1,5 – 2)

Diameter poros kopling5,1 1/3 Kt = Konstanta koreksi

d = Kt Cb T tumbukan (1 – 2) τa Cb = Konstanta lenturan

(0,5 – 1)

Dari perhitungan diameter didapat beberapa variabel

d A B C L n F db

25 112 75 45 40 4 18 1028 125 85 50 45 4 18 1035 140 100 63 50 4 18 1045 160 112 80 56 4 20 1450 180 132 90 63 6 20 1456 200 140 100 71 6 22,4 1663 224 160 112 80 6 22,4 1671 250 180 125 90 6 28 2080 280 200 140 100 6 28 2090 315 236 160 112 6 35,5 25100 355 260 180 125 6 35,5 25

Keterangan :A = Diameter luar B = Diameter pusatC = Diameter nafL = Panjang nafn = Jumlah bautF = Tebal flensdb = Diameter baut

Jumlah baut efektif, ne = є n є = Nilai efektif baut (0,5 – 1)

8 TTegangan geser, τb =

π db ne B

Tegangan geser baut yang diizinkan dengan bahan SS41B

τba = σba / (Sfb Kb) σb = Tegangan tarik baut yang diizinkan (40 kg/mm

2 – 50 kg/mm2)

Sfb = Faktor keamanan baut (5 – 6) Kb = Faktor koreksi baut (2,5 – 3)

Apabila τb < τba, maka perencanaan perhitungan dapat

dinyatakan layak dan baik.

Tegangan geser flens yang diizinkan dengan bahan FC20 τfa = σb / (Sf Kf) σb = Tegangan tarik flens

yang diizinkan (15 kg/mm

2 – 20 kg/mm2)

Sf = Faktor keamanan flens (5 – 6) Kf = Faktor koreksi flens (2,5 – 3)

2 TTegangan geser, τf =

π C2 F

Apabila τf < τfa, maka perencanaan perhitungan dapat

dinyatakan layak dan baik.

KOPLING TIDAK TETAP

Merupakan elemen mesin yang menghubungkan poros penggerak ke poros yang digerakkan, dengan putaran yang konstan dalam meneruskan daya, serta dapat melepas hubungan kedua poros tersebut baik dalam keadaan diam ataupun berputar.

Jenis-jenis kopling tidak tetap adalah :1. Kopling cakar

Kopling persegi dan kopling spiral2. Kopling gesek (pelat)

Kopling pelat tunggal-ganda dan kopling pelat manual-hidrolik 3. Kopling kerucut4. Kopling friwil

Perencanaan Perhitungan

Diameter, D1= Dm – b D1 = Diameter dalam D2= Dm + b D2 = Diameter luar

Dm = Diameter rata-ratab = Lebar

60 PTorsi, T = P = Daya

2 π n n = Putaran

Momen percepatan koplingρ π r1 r2

2 h ω ρ = Massa jenis koplingMpk = r1 = Jari-jari D1

tgesekan r2 = Jari-jari D2 h = Tinggiω = 2 π n / 60tgesekan = Waktu gesekan

Momen percepatan mesinMpm = 2 Apm / ω tgesekan Apm = Angka percepatan

Momen gesekMg = T + Mpk + Mpm

Mg = Fgesek r μ = Koefisien gesek = μ p A (Dm/2) p = Tekanan gesekan

= μ p π Dm b (Dm/2)

Dipilih Mg yang terkecil.

Kerja gesekan, Wg = Mg ω (tgesekan/2)

Daya gesekan, Pg = (Wg z)/3600z = Frekuensi pemakaian kopling

Temperatur koplingtk = (847 Pg) / Ad α

2 π (D2/2) Ad =

[h + (D2/2)]

α = 2,13 x 105 Watt/m2 0c

Umur kopling, L = a A ak / Pg a = Ketebalan pelatak = Angka kerusakan (kWh/m3)

Efisiensi kopling 2 π n Mg

Pmaks = 60

(Pmaks tgesekan z) + (3600 P – P tgesekan z) Pm =

3600 Pm – Pg

Pef = x 100% Pm