BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Lead screw adalah poros berulir yang merupakan pengubah gerakan dengan

memanfaatkan gaya tekan akibat perputaran ulir menjadi gerakan linier. Prinsip

kerjanya sebenarnya seperti pasangan mur dan baut, ketika mur di putar maka

akan didapatkan pergerakan linier dari bautnya.

Dengan mekanisme kerja yang demikian tadi, banyak sekali pemanfaatan

dari lead screw untuk memudahkan pekerjaan manusia. Salah satu bentuk

penerapan atau pemanfaatan lead screw ini adalah pada alat tambal ban. Dalam

melakukan penambalan suatu ban terdapat salah satu tahapan yaitu melelehkan

potongan ban pada tempat atau bagian ban yang bocor. Dalam melakukan

penambalan ini potongan karet harus dipanaskan agar dapat meleleh kemudian

harus ada penekanan agar potongan karet ban tersebut dapat benar-benar

menempel. Dengan adanya tahapan yang demikian maka dibutuhkan suatu alat

yang dapat melakukan hal yang demikian tadi yaitu dapat menekan potongan ban

dengan kuat agar benar-benar menempel pada ban yang bocor tersebut. Kemudian

terciptalah alat tambal ban yang mana dengan munculnya alat tersebut akan dapat

meringankan beban manusia.

Alat ini dapat ditemui disetiap orang yang menjual jasa tambal ban dengan

mudah. Sebagian besar orang juga sudah mengerti bagaimana cara kerja dari alat

ini. Alat ini juga biasanya dibuat sendiri oleh tukang tambal ban dengan

menggunakan batang berulir atau lead screw, nut/collar (lintasan saat lead screw

diputar), plat sebagai penekan serta pemanas ban untuk melelehkan potongan ban

penambal. Sebagian besar komponen penyusun alat tambal ban ini dibuat sendiri

dan ada juga yang terbuat dari barang-barang tidak terpakai yang mereka miliki,

misalnya plat yang bersentuhan langsung dengan ban ketika dilakukan

penambalan itu dapat dibuat dari barang bekas kaleng misalnya. Begitu juga

dengan lead screw dan tempat ulir (lintasan saat lead screw diputar) yang juga

dibuat sendiri, sehingga dapat dipastikan ukuran-ukuran yang ada pada setiap alat

tambal ban ini bisa berbeda-beda termasuk jumlah lintasan ulir yang terdapat pada

1

tempat ulir yang banyaknya jumlah lintasan ulir ini bisa jadi akan berpengaruh

terhadap kekuatan tekan (gaya tekan) yang ditimbulkan ketika lead screw diputar

untuk menekan plat.

Dengan dasar tersebut, lead screw pada alat tambal ban dipilih dan dijadikan

objek perancangan dengan adanya pertimbangan gaya-gaya yang timbul dan

diberlakukan pada alat tersebut saat bekerja untuk didapatkan rancangan yang

lebih baik.

B. Tujuan

Tujuan yang akan dicapai dengan melakukan kegiatan ini serta

menggunakan lead screw pada alat tambal ban sebagai objek yaitu

1. Memenuhi tugas akhir semester tiga mata kuliah elemen mesin.

2. Mengetahui yang dimaksud dengan lead screw dan juga macamnya.

3. Mengetahui sistem atau cara kerja dari lead screw terutama pada alat

tambal ban.

4. Menentukan serta mempertimbangkan bagian mana saja yang

berpengaruh terhadap kualitas alat tersebut (berhubungan dengan gaya

yang ditimbulkan yaitu gaya tekan) dan dapat dilakukan perubahan pada

bagian tersebut guna perbaikan.

5. Melakukan perancangan alat yang serupa dengan sistem kerja serta

mekanisme yang sama dengan

6. merubah sedikit beberapa komponen dari bentuk awal untuk

mendapatkan suatu rancangan yang lebih baik.

C. Rumusan Masalah

Isi dari tulisan ini menjawab dari beberapa rumusan masalah yang sudah

ditentukan yaitu :

1. Apa yang dimaksud dengan lead screw serta apa saja macam dari lead

screw?

2. Lead screw jenis apa yang dipakai pada alat tambal ban serta

bagaimana cara kerjanya?

2

3. Bagaimana rancangan yang baik pada lead screw yang digunakan pada

alat tambal ban agar dihasilkan kualitas yang baik?

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Lead Screw

Ulir dapat digunakan untuk memegang/mengencangkan dua komponen atau

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

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

screw atau lead screw). Lead screw (poros berulir) atau yang juga disebut dengan

power screw (ulir daya) merupakan pengubah gerakan dengan memanfaatkan

gaya tekan akibat perputaran ulir menjadi gerakan linier. Prinsip kerjanya

sebenarnya seperti pasangan mur dan baut, ketika mur di putar maka akan

didapatkan pergerakan linier dari bautnya.

Ulir daya ini berfugsi untuk mendapatkan keuntungan mekanik yang besar

sehingga akan meringankan beban manusia, biasanya diterapkan pada dongkrak

ulir, klem, mesin pres, ragum.

Dalam pembahasan ulir, biasanya dikenal beberapa istilah yang merupakan

parameter-parameter utama dari ulir yang diantaranya adalah :

a. Pitch (p) yang merupakan jarak antar ulir yang diukur paralel terhadap

sumbu ulir.

b.  Lead (l) yang merupakan jarak yang ditempuh baut dalam arah paralel

sumbu, jika baut diputar satu putaran. Berdasarkan kisarannya ulir

dibedakan atas :

Single thread : lead sama dengan pitch (l = p).

Gambar 2.1.1Single Thread

Double thread : lead sama dengan dua kali pitch (l = 2p).

4

Gambar 2.1.2Double Thread

Triple thread : memiliki lead sama dengan 3 kali pitch. (l = 3p).

Gambar 2.1.3Triple Thread

c. Thread per inch (n) yang mana menyatakan jumlah ulir per inchi.

B. Tipe Lead Screw

Berdasarkan bentuk profilnya terdapat tiga jenis atau tipe form dari lead

screw :

a. Acme form

Tipe Acme ini memiliki sudut ulir 29°, dapat digunakan dengan mudah

pada suatu mesin dibandingkan dengan tipe Square. Tipe ini tidak seefisien

bentuk square yang dikarenakan gesekan dapat meningkat akibat sudut ulir.

Gambar 2.2.1Acme thread

b. Square form

Ulir jenis ini dinamakan demikian karena bentuk geometrinya. Tipe ini

merupakan tipe yang paling efisien dimana memiliki gesekan yang sedikit

sehingga dapat digunakan untuk jenis sekrup yang bekerja membawa daya

yang tinggi. Meski efisien, tipe jenis ini sulit diterapkan pada suatu mesin.

Dari semua tipe, tipe jenis inilah yang paling mahal.

5

Gambar 2.2.2Square Thread

c. Buttres form

Tipe ini memiliki bentuk segitiga, tipe jenis ini memiliki tingkat efisiensi

yang sama dengan tipe square.

Gambar 2.2.3Butters Thread

C. Karakteristik

Lead screw ini tidak dapat bekerja pada kecepatan tinggi, karena hal ini akan

mennimbulkan gesekan yang tinggi dan menyebabkan screw akan mengalami

panas dan dapat menimbulkan aus.

D. Keuntungan dan Kerugian

Pada power screw atau lead screw terdapat beberapa keuntungan dalam

penggunaanya :

1. Efisiensi tinggi (>90%)..

2. Umur screw dapat diprediksi.

3. Akurat dan dapat bergerak berulang-berulang.

4. Tidak akan terjadi slip.

5. Pengaruh suhu kecil.

6. Gerakan halus sepanjang penggunaan.

7. Pada kapasitas angkat yang sama dapat digunakan ukuran yang lebih

kecil.

8. Sederhana dalam perancangannya.

6

Kerugian:

1. Membutuhkan banyak pelumas.

2. Sangat mudah kotor.

3. Lead screw ini tidak dapat digunakan untuk transmisi listrik secara terus

menerus.

E. Mekanik

Perhitungan torsi untuk ulir dapat dilakukan dengan rumus :

Dimana

T = torsi µ = koefisien friksi

F = beban pada screw φ = sudut friksi

l = lead α = sudut lead

dm = diameter rata-rata

Efisiensi diartikan dengan usaha yang dihasilkan dibagi dengan usaha yang

dimasukkan. Dalam hal ini, usaha yang dimasukkan merupakan hasil kali antara

torsi dan perpindahan angular (radian), untuk satu putaran dirumuskan dengan :

Wout = 2 π (M ¿¿ t)t ¿

Sedangkan dengan usaha yang dihasilkan merupakan perkalian antara beban

dengan perpindahan satu lead pada satu putaran, dirumuskan dengan :

Win = WL

Sehingga didapat rumusan untuk efisiensi adalah :

ηo=Wl

2 π (M ¿¿ t)t ¿

7

F. Standard

Variasi jenis ulir (screw dan thread) dalam dunia ini sangatlah banyak

sehingga diperlukan adanya standarisasi. Terdapat dua standard yang sering

digunakan pada perancangan ulir ini. Kedua standard tersebut yaitu UNS (Unified

National Standard) yang digunakan di Inggris, Canada dan Amerika serikat; dan

Standard Internasional ISO yang digunakan kebanyakan negara Eropa dan Asia.

Profil geometri ulir juga sangat banyak variasinya, salah satu bentuk tersebut

adalah tipe M dari standar ISO yang mana bentuknya seperti dibawah ini

Gambar 2.6.1Geometri Tipe M

G. Aplikasi Lead Screw

Dengan karakteristik serta keuntungan dari penggunaan lead screw, banyak

aplikasi atau penerapan dari lead screw ini yaitu ragum, dongkrak dan juga alat

tambal ban. Dalam alat tambal ban, lead screw ini digunakan sebagai alat penekan

ketika ban ditambal. Lead screw ini diputar sehingga akan menekan plat yang

berada diatas ban yang ditambal dengan potongan karet yang dilelehkan.

8

BAB III

PEMBAHASAN

A. Perancangan Lead Screw

Mesin tambal ban press yang dirancang menggunakan ulir daya atau lead

screw sebagai elemen untuk mentransmisikan daya serta elemen untuk mengubah

gerakan angular menjadi gerakan linear. Ulir daya yang digunakan pada mesin

tambal ban press berfungsi untuk memberikan gaya tekan yang besar terhadap

ban, untuk itu diperlukan suatu tipe profil ulir daya yang memiliki efisiensi yang

cukup tinggi sehingga didapatkan keuntungan mekanis yang tinggi pula.

Pada dasarnya, ulir daya yang biasa disebut power screw atau lead screw ini

dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan tipe profil ulirnya, yakni: square thread,

acme thread, dan buttress thread. Sedangkan berdasarkan aplikasinya dibagi

menjadi dua, yakni aplikasi yang menghendaki tingkat efisiensi tinggi dan

aplikasi yang menghendaki tingkat efisiensi rendah. Aplikasi yang menghendaki

tingkat efisiensi tinggi (application where high efficiency is desired) biasanya

diterapkan pada mesin press. Sedangkan untuk aplikasi yang menghendaki tingkat

efisiensi rendah (application where low efficiency is desired) umumnya

diterapkan pada dongkrak, clamp, serta ragum.

Jenis lead screw yang dipilih dalam perancangan mesin tambal ban press

portable ini adalah jenis application where high efficiency is desired dengan tipe

profil square thread. Dasar pemilihan jenis lead screw ini adalah penggunaan

mesin yang cenderung membutuhkan tingkat efisiensi tinggi, dimana diperlukan

transmisi daya yang besar sehingga mesin mampu memberikan gaya tekan yang

kuat terhadap ban yang akan direparasi (ditambal).

Tipe profil square thread merupakan tipe yang paling cocok diterapkan pada

mesin tambal ban press. Selain memiliki tingkat efisiensi yang tinggi, tipe profil

square thread juga tidak menghasilkan tekanan radial atau gaya dorong pada sisi

nut yang dapat berpengaruh terhadap performansi kerja lead screw tersebut. Oleh

karena itu tipe profil square thread dirasa lebih sesuai digunakan pada mesin

tambal ban press dibandingkan tipe profil acme thread dan buttress thread.

9

Namun di sisi lain, tipe profil square thread juga memiliki sedikit

kekurangan. Selain pembuatannya yang lebih sukar dan lebih mahal dibandingkan

acme thread dan buttress thread, tipe profil square thread juga lebih mudah aus

terutama di bagian permukaan ulirnya. Untuk itu perlu adanya penggantian pada

bagian nut atau ulirnya ketika thread mengalami kerusakan.

Jika membahas mengenai screw, biasanya dikenal istilah pitch dan kisar

(lead). Pitch adalah jarak antara puncak dengan puncak, sedangkan kisar adalah

jarak yang ditempuh mur bila ulir diputar satu putaran. Oleh karena itu

berdasarkan kisarnya, lead screw dapat dikelompokkan menjadi tiga jenis yakni:

ulir tunggal, ulir ganda, dan ulir triple. Pada perancangan mesin tambal ban press

ini, digunakan jenis ulir tunggal.

Untuk dimensi thread yang direncanakan meliputi nominal diameter, core

diameter, pitch, lead, dan helix angle.

1. Nominal diameter (d)

d=60 mm

2. Core diameter (dc)

dc=45 mm

3. Pitch (p)

p=15 mm

4. Lead (l)

l=p=15 mm

5. Mean diameter (dm)

dm=d−0.5 p=60−0.5 (15 )=60−7.5=52.5 mm

6. Coefficient of friction at the thread and at the nut (μ)

μ=0.15

tan φ=μ=0.15

φ=8.53 °

7. Helix Angle (α ¿

tan α= lπ dm

= 15(3.14 )(52.5)

=0.0901

α=5.15 °

8. Inner and outer diameter of collar (D0 dan Di)

D0 = 60 mm

10

Di = 80 mm

9. Radius of Handle (R)

R=400 mm

10. The weight of the main part

Digunakan asumsi untuk menentukan berat dari kerangka utama mesin

tambal ban press, yakni sebesar 60 N.

11. Resultan gaya gesek dalam arah aksial

Digunakan asumsi untuk menentukan resultan gaya gesek dalam arah

aksial yang ditahan oleh ulir yakni sebesar 15 N.

12. Kekuatan yang diberikan oleh tiap lengan untuk mengangkat beban

W =60+15=75 N

M t=W dm

2tan (φ+α )

¿(75 )(52.5)

2tan (¿8.53 °+5.15° )¿

¿ 3937.52

tan(¿13.68 °)¿

¿479.20 Nmm

(M ¿¿ t)c=μc W

4(D¿¿0+Di)¿¿

¿(0.15 ) (75 )(60+80)

4

¿393.75 Nmm

(M ¿¿ t)t=M t+(M¿¿t )c=479.20+393.75¿¿

¿872.95 Nmm

Dua lengan masing-masing memberikan gaya sebesar P pada jarak 175

mm, sehingga:

(M ¿¿ t)t=2 P x 175¿

P=( M¿¿t )t

350=872.95

350=2 .5 N ¿

13. Kekuatan yang diberikan oleh tiap lengan untuk menurunkan beban

W =60−15=45 N

M t=W dm

2tan (φ−α )

11

¿(45 )(52.5)

2tan(¿8.53 °−5.15 °)¿

¿ 2362.52

tan(¿3.38 °)¿

¿139.53 Nmm

(M ¿¿ t)c=μc W

4(D¿¿0+Di)¿¿

¿(0.15 ) (45 )(60+80)

4

¿236.25 Nmm

(M ¿¿ t)t=M t+(M¿¿t )c=139.53+236.25¿¿

¿375.78 Nmm

Dua lengan masing-masing memberikan gaya sebesar P pada jarak 250

mm, sehingga:

(M ¿¿ t)t=2 P x 175¿

P=( M¿¿t )t

350=375.78

35 0=1.08N ¿

14. Efisiensi Total (dihitung berdasarkan pengangkatan beban)

ηo=Wl

2 π (M ¿¿ t)t=(75 )(15)

2 (3.14 )(872.95)=0.205 atau 20.5 %¿

Dari perhitungan tersebut, telah didapatkan perancangan optimal dengan

tingkat efisiensi sebesar 20.5%. Hal ini membuktikan bahwa lead screw berjenis

application where high efficiency is desired dengan tipe profil square thread dan

dengan ulir tunggal merupakan jenis screw yang tepat digunakan dalam mesin

tambal ban press.

B. Cara Kerja Mesin Tambal Ban Press

Pada dasarnya mesin tambal ban press yang dirancang memiliki cara kerja

yang sama dengan mesin tambal ban press yang telah banyak dipergunakan secara

umum. Cara kerja mesin tambal ban press tersebut antara lain:

12

1. Putar handle ulir ke atas untuk menciptakan ruang antara plat dengan

ujung handle agar dapat dimasukkan ban dalam yang telah ditempel

dengan ban penambal.

2. Putar handle ulir ke bawah untuk menjepit ban dengan plat

penampang, putar hingga benar-benar kencang agar dapat meneruskan

panas dengan maksimal ke ban.

3. Nyalakan api dibawah plat sebagai sumber panas, adapun sumber api

bisa berasal dari pembakaran bensin, minyak tanah hingga spiritus.

4. Tunggu hingga panas merata ke seluruh ban dan ban penambal telah

meleleh dan menyatu dengan ban asli. Biasanya memakan waktu 10

hingga 15 menit.

5. Matikan api, namun tunggu hingga panas dalam ban hilang secara

alami, diharapkan jangan melakukan pendinginan dengan cara

menyirami ban yang masih panas dengan air karena dapat

menyebabkan ban mengeras dan fracture.

6. Putar handle ulir ke atas untuk melepaskan jepitan pada ban, kemudian

lepaskan ban dari plat, maka proses penambalan ban telah selesai.

C. Kelebihan dan Kekurangan Mesin Hasil Rancangan

Perancangan mesin tambal ban press bertujuan agar diperoleh suatu mesin

yang dapat memberikan efisiensi daya yang besar. Meskipun secara umum lead

screw tergolong alat transmisi daya dengan efisiensi kecil, namun pada

perancangan ini dapat diperoleh efisiensi daya yang optimal yakni sebesar 20.5%

dengan dimensi perancangan seperti di atas. Selain dapat diperoleh efisiensi yang

optimal, kelebihan lain dari adanya perancangan mesin tambal ban press ini

adalah:

1. Transmisi daya dengan ulir daya rancangan ini lebih baik sehingga gaya

tekan yang dihasilkan lebih kuat.

2. Alat akan lebih praktis karena api yang digunakan bukan dari minyak

tapi api pembakaran dengan gas.

3. Transmisi daya yang baik akan menentukan hasil pengepresan ban, gaya

yang terdispersi merata akan meningkatkan kualitas hasil tambal ban.

13

4. Efisiensi waktu penambalan, karena dengan tekanan yang merata seluruh

proses penambalan akan selesai dalam satu waktu.

Di samping kelebihan-kelebihan tersebut, mesin tambal ban press ini juga

memiliki kekurangan yang antara lain:

1. Karena seluruh rangka hampir terbuat dari besi maka mengakibatkan alat

ini menjadi berat.

2. Belum adanya sistem timer sehingga dalam setiap proses penambalan

masih kurang presisi.

3. Belum adanya standar sebagai patokan pembuatan alat ini, sehingga

setiap tambal ban memilki kualitas tambalan yang bervariasi.

4. Karena tipe profil ulir yang dipilih adalah tipe square thread, maka dari

segi ekonomi pembuatan mesin tambal ban press ini cenderung lebih

mahal.

D. Gambar Rancangan Mesin Tambal Ban Press dan Lead Screw yang

Digunakan

terlampir

14

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan yang telah dipaparkan pada bab sebelumnya

mengenai perancangan lead screw pada penerapan mesin tambal ban press, dapat

ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Lead screw merupakan salah satu jenis ulir yang termasuk dalam satu

keluarga ulir daya dan berfungsi sebagai elemen untuk mentransmisikan

daya serta elemen untuk mengubah gerakan angular menjadi gerakan

linear.

2. Jenis lead screw yang cocok digunakan dalam pembuatan mesin tambal

ban press adalah jenis application where high efficiency is desired

dengan ulir tunggal (single thread) dan bentuk profil ulir square thread.

3. Parameter yang dapat mempengaruhi kualitas dari lead screw antara lain

adalah mean diameter, berat dari kerangka utama mesin, resultan gaya

gesek dalam arah aksial, koefisien gesek antara ulir dan nut, momen total

yang bekerja saat mesin bekerja, sudut friksi, serta sudut thread.

4. Setelah dilakukan perancangan lead screw, diperoleh efisiensi total

sebesar 20.5%.

B. Saran

Dari rancangan mengenai mesin tambal ban press yang telah dilakukan,

terlihat bahwa hasil rancangan masih memiliki beberapa kekurangan. Oleh karena

itu, dapat diberikan beberapa saran terkait kekurangan tersebut.

1. Dikembangkan mesin tambal ban dengan jenis material lain yang

memiliki berat lebih ringan namun memiliki kekuatan yang tinggi serta

dengan harga yang relatif lebih rendah pula, sehingga dari segi ekonomis

lebih efisien.

15

2. Untuk ke depannya, mesin tambal ban dilengkapi dengan system timer

digital sehingga dalam setiap proses penambalan dapat diperoleh hasil

yang presisi.

3. Ditetapkan standar sebagai patokan pembuatan alat ini, sehingga setiap

tambal ban memilki kualitas tambalan yang mengacu pada satu patokan.

16

DAFTAR PUSTAKA

Bhandari, V. B. 2010. Design of Machine Element (3rd ed). New Delhi: Tata

McGraw Hill Education Private Limited.

Anonim (2011). Perancangan Ulir Daya dan Sambungan Baut, 7, 1-12.

Anonim (2010). Design of Screws, Fasteners, and Power Screws, 5, 106-122.

Ali Hasballah, M (2008). Dinamika. Cara Kerja Alat dan Rancang Bangun

Mesin Press untuk Penempelan Kulit dengan Sol Sepatu, 154-167.

17