Elemen Mesin (Poros Dan Pasak)

7/16/2019 Elemen Mesin (Poros Dan Pasak)

http://slidepdf.com/reader/full/elemen-mesin-poros-dan-pasak 1/18

MAKALAH ELEMEN MESIN

PASAK DAN POROS

POLITEKNIK MAUFAKTUR ASTRA

Jl. Gaya Motor Raya No 8, Sunter II, Jakarta Utara 14330, Telp. 021 6519555, Fax 021

6519821, email: [email protected]

mailto:[email protected]






POROS

Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenampang

bulat dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi ( gear ), pulley, flywheel ,

engkol, sprocket dan elemen pemindah lainnya. 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)

Untuk merencanakan sebuah poros, maka perlu diperhatikan hal-hal sebagai

berikut:

1.

Kekuatan poros

Pada poros transmisi misalnya dapat mengalami beban puntir atau lentur atau

gabungan antara puntir dan lentur. Juga ada poros yang mendapatkan beban tarik

atau tekan, seperti poros baling-baling kapal atau turbin.

Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros

diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak harus

diperhatikan. Jadi, sebuah poros harus direncanakan cukup kuat untuk menahan

beban-beban yang terjadi.

2. Kekakuan poros

Walaupun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup, tetapi jika lenturan

dan defleksi puntirannya terlalu besar, maka hal ini akan mengakibatkan

ketidaktelitian (pada mesin perkakas) atau getaran dan suara (misalnya pada turbin

dan kotak roda gigi).

3. Putaran kritis

Putaran kritis terjadi jika putaran mesin dinaikkan pada suatu harga putaran

tertentu sehingga dapat terjadi getaran yang terlalu besar. Hal ini dapat

mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian yang lainnya. Untuk itu,

maka poros harus direncanakan sedemikian rupa sehingga putaran kerjanya lebih

rendah dari putaran kritis.

4. Korosi

Bahan-bahan tahan korosi harus dipilih untuk poros propeller dan pompa bila

terjadi kontak dengan fluida yang korosif. Demikian pula untuk poros-poros yangterancam kavitas dan poros mesin yang sering berhenti lama.



5. Bahan poros.

Bahan untuk poros mesin umum biasanya terbuat dari baja karbon konstruksi

mesin, sedangkan untuk pembuatan 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, dan baja khrom molybdenum.

b. Macam – Macam Poros

Poros sebagai penerus daya diklasifikasikan menurut pembebanannya sebagai

berikut:

1. Poros transmisi

Poros transmisi atau poros perpindahan mendapat beban puntir murni atau

puntir dan lentur. Dalam hal ini mendukung elemen mesin hanya suatu cara,

bukan tujuan. Jadi, poros ini berfungsi untuk memindahkan tenaga mekanik salah

satu elemen mesin ke elemen mesin yang lain.

Dalam hal ini elemen mesin menjadi terpuntir (berputar) dan dibengkokkan.

Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau

sproket rantai, dan lain-lain.

2. Spindle

Poros tranmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas,

dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindle. Syarat yang harus

dipenuhi poros ini adalah deformasinya yang harus kecil, dan bentuk serta

ukuranya harus teliti.

http://3.bp.blogspot.com/_-Bg4zql5Cd8/SguCg5c2r0I/AAAAAAAAAF8/vvIfQNqGYws/s1600-h/conveyor+2.bmp



3. Gandar

Gandar adalah poros yang tidak mendapatkan beban puntir,bahkan kadang-

kadang tidak boleh berputar. Contohnya seperti yang dipasang diantara roda-roda

kereta barang.

Sedangkan pembagian poros berdasarkan bentuknya ,terdapat beberapa tipe sebagai

berikut:

Poros Engkol

Poros engkol merupakan bagian dari mesin yang dipakai untuk merubah gerakan naik

turun dari torak menjadi gerakan berputar. Poros engkol yang kecil sampai yang sedang biasanya dibuat dari satu bahan yang ditempa kemudian dibubut, sedangkan yang besar-besar

dibuat dari beberapa bagian yang disambung-sambung dengan cara pengingsutan.

Didalam praktek dikenal 2 macam poros engkol yaitu :

a. Poros Engkol Tunggal

Poros ini terdiri dari sebuah poros engkol dan sebuah pen engkol. Kedua-duanya

diikat menjadi satu oleh pipi engkol yang pemasangannya menggunakan cara pengingsutan.

Pipi engkol biasanya dibuat dari baja tuang, sedangkan pen engkolnya dari pada baja St.50atau St.60. jarak antara sumbu pen engkol dengan sumbu poros engkol adalah setengah

langkah torak.

b. Poros Engkol Ganda

Poros engkol ini mempunyai 2 buah pipi engkol terdiri dari satu bahan sedang

pemasangan poros engkolnya adalah dengan sambungan ingsutan. Poros-poros engkol ini

bahan dibuat dari besi tuang khusus. Disamping harga pembuatannya lebih ringan, besi

tuang itu mempunyai sifat dapat menahan getaran-getaran.

Poros Engkol Ganda



Poros Dengan Beban Puntir

Berikut ini akan dibahas rencana sebuah poros yang mendapat pembebanan utama

berupa torsi ,seperti pada poros dengan sebuah kopling. Suatu kasus dimana daya P (kW) harus ditransmisikan dan putaran poros n1 (rpm) diberikan:

P (kW)

Daya yang harus ditransmisikan Daya rata-rata yang diperlukan

Daya maksimum yang diperlukan

Daya normal

1,2 – 2,0

0,8 – 1,2

1,0 – 1,5

adalah daya rencana

Jika momen puntir adalah T (kg.mm), maka :

= ⁄ ⁄

Sehigga:

T = 9,74

Bila momen T(kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros (mm) ,maka

tegangan geser ( ⁄ ) yang terjadi adalah:

⁄

=

Tegangan geser yang diijinkan τa (kg/mm2) untuk pemakaian umum pada poros dapat

diperoleh dengan berbagai cara, salah satunya τa dihitung atas dasar batas kelelahan puntir

adalah 18% dari kekuatan tarik σB (sesuai standar ASME)

Untuk harga 18% ini faktor keamanan diambil sebesar 1/0,18 = 5,6. Harga

5,6 ini diambil untuk bahan SF dan 6,0 untuk bahan S-C dan baja paduan. Faktor ini

dinyatakan dengan Sf1.



S elanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur pasak atau

dibuat bertangga, karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh kekasaran

permukaan juga harus diperhatikan. Faktor-faktor ini dinyatakan dengan Sf2 dengan

harga sebesar 1,3 sampai 3,0.

Dari hal-hal diatas maka besarnya τa dapat dihitung dengan :

= )

Faktor Koreksi Momen Puntir, Kt (Standar ASME)

• Kt = 1,0 jika beban dikenakan secara halus.

• Kt = 1,0 – 1,5 jika terjadi sedikit tumbukan atau kejutan.

• Kt = 1,5 – 3,0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar.

• Meskipun dalam perkiraan sementara bahwa beban hanya puntiran saja, perlu ditinjau pula

apakah ada kemungkinan pemakaian dengan beban lentur dimasa mendatang. Jika memang

diperkirakan akan terjadi pemakaian dengan beban lentur, maka dapat dipertimbangkan

pemakaian faktor Cb yang harganya 1,2 sampai 2,3. (Cb = 1,0 jika tidak ada beban

lentur).

Diperoleh rumus untuk menghitung diameter poros ds (mm) :

⁄

Diameter poros dapat dipilih dari tabel. Pada tempat dimana akan dipasang bantalan

gelinding, pilihlah suatu diameter yang lebih besar dari harga yang cocok didalam tabel untuk

menyesuaikannya dengan diameter dalam dari bantalan.

• Selanjutnya ukuran pasak dan alur pasak dapat ditentukan dari tabel.

• Harga faktor konsentrasi tegangan untuk alur pasak α dan untuk poros bertangga β dapat

diperoleh dari diagram Peterson.

Periksalah perhitungan tegangan, mengingat diameter yang dipilih dari tabel lebih

besar dari ds yang diperoleh dari perhitungan.

• Bandingkan σ dan β , dan a2 atau β ) sebagai tegangan yang diijinkan yang dikoreksi.



Bandingkan harga ini dengan τ.Cb.Kt dari tegangan geser yang dihitung atas dasar

poros tanpa alur pasak, faktor lenturan Cb, dan faktor koreksi tumbukan Kt, dan

tentukan masing-masing harganya jika hasil yang terdahulu lebih besar, serta lakukan

penyesuaian jika lebih kecil.

Poros yang hanya terdapat momen lentur murni

Untuk menghitung diameter poros yang hanya terdapat momen lentur saja (bending moment

only), dapat diperoleh dari persamaan berikut :



Poros dengan beban punter dan lentur

Jika pada poros tersebut terdapat beban lentur dan beban puntir maka perancangan

poros harus didasarkan pada kedua beban tersebut. Banyak teori telah diterapkan untuk

menghitung elastic failure dari material ketika dikenai beban lentur dan beban puntir,

misalnya :

1. Maximum shear stress theory atau Guest’s theory

Teori ini digunakan untuk material yang dapat diregangkan (ductile), misalnya baja

lunak (mild steel).

2. Maximum normal stress theory atau Rankine’s theory

Teori ini digunakan untuk material yang keras dan getas (brittle), misalnya besi cor

(cast iron).

Pada 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 :



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 (Sularso dan Kiyokatsu suga, 1994: 8).

2. 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.



PASAK

Pasak digunakan untuk menyambung dua bagian batang (poros) atau memasang roda,

roda gigi, roda rantai dan lain-lain pada poros sehingga terjamin tidak berputar pada poros.

Pemilihan jenis pasak tergantung pada besar kecilnya daya yang bekerja dan kestabilan

bagian-bagian yang disambung.

Untuk daya yang kecil, antara naf roda dan poros cukup dijamin dengan baut tanam (set

screw).

Dilihat cara pemasangannya, pasak dapat dibedakan yaitu :

1. Pasak memanjang

Jenis pasak memanjang yang banyak digunakan ada bermacam-macam yaitu :

Sunk Keys (pasak benam)

Pasak benam ada beberapa jenis yaitu :

a. Pasak benam segi empat (Rectangular Sunk key)

Lebar pasak b = 4d

Tinggi pasak t = 32 b

dimana : d = diameter poros

b. Pasak bujur sangkar (Square key)

Bentuknya smaa seperti Rectangular sunk key, tetapi lebar dan tebalnya sama yaitu :

b = t = 4d



c. Parallel Sunk key (pasak benam sejajar)

Bentuknya sama seperti di atas, tapi penggunaannya bila pemakaian di atas belum

mampu memindahkan daya, maka pasak tersebut dipasang sejajar



d. Pasak Berkepala (Gib head key)

Pasak ini digunakan biasanya untuk poros berputar bolak balik

b = 4d

t = 32 b = 6d

e. Pasak Tembereng (woodruff key)

Pasak jenis ini digunakan untuk poros dengan puntir / daya tidak terlalu besar.



f. Pasak Pelana (Saddle key)

Jenis pasak ini pemakaian umum untuk menjamin hubungan antara naf roda dengan

poros.

g. Tangent key

Pemakaiannya sama seperti pasak pelana, tetapi pasaknya dipasang dua buah

berimpit.

h. Pasak bulat (Round keys)

Jenis pasak ini, biasanya digunakan untuk memindahkan daya relatip kecil.

i. Pasak gigi (Splines)



Jenis pasak ini bahannya dibuat satu bahan dengan poros dan biasanya

digunakan untuk memindahkan daya serta putaran yang cukup besar dan arah kerja

putarannya bolak balik.

• Perhitungan kekuatan pasak memanjang

Bila direncanakan poros tersebut mampu memindahkan daya sebesar P (KW)

dengan putaran (n) rpm, maka sudah barang tentu pasak yang akan direncanakan

tersebut juga harus mampu meneruskan daya dan putaran, sehingga besar torsi (T)

yang bekerja pada poros yaitu :



T = nP π260 (N.m) atau T = 16π τ p

d3

dimana p = daya yang akan dipindahkan (watt)

n = putaran dalam (rpm)

d = Diameter poros

τ p

= Tegangan puntir yang diizinkan untuk bahan poros

Dalam perencanaan pasak, besar torsi yang terjadi lebih besar dari torsi yang harus

dipindahkan yaitu :

T p

= k. T

dimana : T p

= Total untuk perencanaan pasak

T = Torsi yang bekerja pada poros

k = Faktor perencanaan = 1,25 s/d 1,5.

Bila diameter poros serta Torsi untuk perencanaan pasak telah diketahui, maka gaya

keliling yang bekerja pada pasak dapat dicari yaitu :

F = 2/dTp …………………. 1) dimana : d = diameter poros.

Dalam perencanaan pasak, ada dua kemungkinan pasak tersebut rusak atau putus :

a. Putus akibat gaya geser

b. Putus akibat tekanan bidang

Bila pasak tersebut diperhitungkan kemungkinan putus akibat gaya geser maka :

F = A τg

---------- > F = L b τg

…………………… 2)



dimana : A = Luas penampang kemungkinan putus tergeser

= L b

τg

= Tegangan geser yang diizinkan untuk bahan pasak.

Dari pers. 1 & 2 diperoleh :

2/dTp = L b τg

===== > T p

= L b 2d τg…………………. 3)

Bila diperhitungkan kemungkinan rusak akibat tekanan bidang :

F = A σD

dimana : σD

= Tegangan bidang yang diizinkan untuk bahan pasak

A = Luas bidang pasak yang menekan / bersinggungan terhadap bidang poros.

= L 2t

------ > F = L 2t σD

dimana T p

= F 2d

===== > Tp = L 2t 2d σD

……………… 4)

Bila pasak harus mampu menahan gaya geser dan gaya tekan, maka dari pers.

3 & 4 diperoleh :

L b 2d τg

= L 2t σD

b τg= 2t σ

D==== > tb = gDτσ2

Untuk ukuran lebar dan tebal pasak biasanya sudah distandarisasi maka hasil

perhitungan harus dipilih ukuran yang ada pad astandarisasi.Bila hasil perhitungan,

ukurannya tidak ada yang cocok dalam tabel pasak, maka ukuran pasak yang diambil

adalah ukuran yang lebih besar.



Di bawah ini dicantumkan ukuran lebar dan tebal pasak,

sesuai dengan standart yang dipasaran.

Tabel standart pasak melintang menurut SI : 2292 dan 2293 – 1963.

Diameter

Poros

(mm)

Penampang Pasak Diameter

Poros

(mm)

Penampang Pasak

Lebar

(mm)

Tebal

(mm)

Lebar

(mm)

Tebal

(mm)

6 2 2 85 25 14

8 3 3 95 28 16

10 4 4 110 32 18

12 5 5 130 36 20

17 6 6 150 40 22

22 8 7 170 45 25

30 10 8 200 50 28

38 12 8 230 56 32

44 14 9 260 63 32

50 16 10 290 70 36

58 18 11 330 80 40

65 20 12 380 90 45

75 22 14 440 100 50

Elemen Mesin (Poros Dan Pasak)

Documents

Transcript of Elemen Mesin (Poros Dan Pasak)