1

PERENCANAAN POROS PISAU

MESIN PEMARUT KELAPA

MAKALAH

UNTUK MEMENUHI TUGAS MATAKULIAH

Elemen Mesin

yang dibina oleh Bapak Siswanto

Oleh :

Arif Ahmad Zaini (120511427417)

Bangkit Dwi Prakosa (120514427423)

Mochamad Afit Muflich (120511403282)

Muhamad Cholid Al Abit (209511424821)

Rizqiana Yogi C (120511427455)

Yoga Prasetyo Widodo (120511427443)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESIN

April 2014

2

Poros merupakan salah satu komponen terpenting dari suatu mesin yang

membutuhkan putaran dalam operasinya. Secara umum poros digunakan untuk

meneruskan daya dan putaran.

1.1. Jenis-Jenis Poros

A. Poros transmisi

Beban berupa momen puntir dan momen lentur. Daya dapat

ditransmisikan melalui kopling, roda gigi, belt, rantai, dll.

B. Spindel

Poros transmisi yang relatif pendek, misalnya poros utama mesin

perkakas dengan beban utama berupa puntiran. Deformasi yang terjadi

harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.

C. Gandar

Poros seperti yang dipasang di antara roda-roda kereta barang, dimana

tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang tidak boleh berputar. Gandar

hanya menerima beban lentur, dan menerima beban puntir hanya jika

digerakkan oleh penggerak mula.

3

Menurut bentuknya, poros dapat digolongkan menjadi poros lurus umum,

poros engkol, poros luwes, dll.

1.2. Hal Penting Dalam Perencanaan Poros

A. Kekuatan Poros

Sebuah poros harus direncanakan sehingga kuat untuk menahan beban-

beban pada poros, seperti beban poros transmisi yang meliputi beban puntir,

lentur, gabungan puntir dan lentur, beban tarikan atau tekan (misal : poros

baling-baling kapal, turbin). Selain itu juga untuk menahan kelelahan,

tumbukan, konsentrasi tegangan seperti pada poros bertingkat dan beralur

pasak.

B. Kekakuan Poros

Sebuah poros harus direncanakan sehingga kuat untuk menerima beban

lentur atau defleksi akibat pntiran yang lebih besar.

C. Putaran Kritis

Sebuah poros harus direncanakan sehingga putaran kerja lebih kecil

dari putaran kritisnya. Putaran kritis adalah getaran luar biasa yang

ditimbulkan oleh dinaikkannya putaran pada suatu mesin.

D. Korosi

Perlindungan terhadap korosi untuk kekuatan dan daya tahan terhadap

beban.

E. Bahan Poros

Disesuaikan dengan kondisi operasi. Baja konstruksi mesin, baja

paduan dengan pengerasan kulit tahan terhadap keausan, baja krom, nikel,

baja krom molibden dll.

4

Standard diameter poros transmisi 25 s/d 60 mm dengan kenaikan 5

mm 60 s/d 110 mm dengan kenaikan 10 mm 110 s/d 140 mm dengan

kenaikan 15 mm 140 s/d 500 mm dengan kenaikan 20 mm

1.3. Poros dengan Beban Puntir

Jika poros yang akan direncanakan hanya mendapat beban berupa torsi

seperti pada poros motor dengan sebuah kopling, maka diameter poros tersebut

dapat lebih kecil daripada diameter yang dibayangkan.

A. Daya yang ditransmisikan (P = kW) dan putaran poros (n = rpm)

B. Faktor koreksi (𝑓𝑐 )

Daya yang akan ditransmisikan 𝒇𝒄

Daya rata-rata yang diperlukan

Daya normal

Daya maksimum yang diperlukan

0,8-1,2

1,0-1,5

1,2-2,0

C. Daya Rencana

𝑃𝑑 = 𝑓𝑐 .𝑃 (𝑘𝑊)

Jika daya dalam satuan daya kuda (HP) maka harus dikalikan dengan

0,735.

D. Momen Puntir Rencana

𝑇 = 9,74 𝑋 105 𝑋 𝑃𝑑𝑛

(𝑘𝑔𝑚𝑚)

E. Bahan Poros, Kekuatan Tarik, dan Faktor Keamanan

1. Bahan Poros dan Kekuatan Tarik (𝜎𝐵)

Standar dan

Macam

Lambang Perlakuan

Panas

Kekuatan

Tarik 𝒌𝒈

𝒎𝒎𝟐

Keterangan

Baja karbon

konstruksi

mesin (JIS G

4501)

S30C

S35C

S40C

S45C

S50C

S55C

Penormalan

Penormalan

Penormalan

Penormalan

Penormalan

Penormalan

48

52

55

58

62

66

Batang baja

dengan

S35C-D

S45C-D

-

-

53

60

Ditarik dingin, digerinda,

dibubut, atau gabungan

5

difinis tinggi S55C-D - 72 antara hal-hal tersebut

2. Faktor Keamanan

𝑆𝑓1 untuk faktor keamanan terhadap kelelahan puntir, sedangkan 𝑆𝑓2

untuk faktor keamanan karena pengaruh konsentrasi tegangan jika poros

diberi alur pasak atau dibuat bertangga. Harga 𝑆𝑓1 adalah 5,6 untuk

bahan SF, dan 6,0 untuk bahan S-C. Sedangkan harga 𝑆𝑓2 adalah 1,3-3,0.

F. Tegangan Geser yang Diizinkan

𝜏𝑎 =𝜎𝐵

𝑆𝑓1. 𝑆𝑓2

𝑘𝑔

𝑚𝑚2

G. Faktor Koreksi dan Faktor Lenturan

1. Faktor Koreksi untuk Momen Puntir (Kt)

Beban yang Dikenakan Kt

Halus

Sedikit kejutan/tumbukan

Kejutan/tumbukan besar

1,0

1,0-1,5

1,5-3,0

2. Faktor Lenturan (Cb)

Jika diperkurakan akan terjadi pemakaian dengan beban lentur maka

dapat digunakan Cb dengan harga 1,2-2,3. Jika diperkirakan tidak ada

beban lentur maka dapat memakai harga 1,0.

H. Diameter Poros

𝑑𝑠 = 5,1

𝜏𝑎.𝐾𝑡 .𝐶𝑏 .𝑇

3

I. Jari-Jari Filet dari Poros Bertangga, Ukuran Pasak, dan Alur Pasak.

𝑗𝑎𝑟𝑖 − 𝑗𝑎𝑟𝑖 𝑓𝑖𝑙𝑒𝑡 =𝐷 − 𝑑𝑠

2 (𝑚𝑚)

J. Faktor Konsentrasi Tegangan

1. Pada poros bertangga (β)

𝑗𝑎𝑟𝑖 − 𝑗𝑎𝑟𝑖 𝑓𝑖𝑙𝑒𝑡

𝑑𝑠

2. Pada pasak (α)

𝛼 =𝑟

𝑑𝑠

K. Tegangan Geser

6

𝜏 = 5,1 𝑇

(𝑑𝑠)3

L. Dibandingkan

∴ 𝜏𝑎 . 𝑆𝑓2 ≥ 𝜏.𝐶𝑏 .𝐾𝑡

Jika tidak sesuai, maka perhitungan kembali ke langkah (H). diameter

poros, bahan poros, jari-jari filet poros bertangga, ukuran pasak, serta alur

pasak dapat diperbesar.

2.1. Poros dengan Beban Lentur Murni

A. Beban Statis pada Gandar (W→ kg), Jarak Telapak Roda (g→mm),

Jarak Bantalan Radial (j→mm), Tinggi Titik Berat (H→mm),

Kecepatan Kerja Maksimal (V→ 𝑘𝑚

𝑕), Jari-Jari Telapak Roda (r→mm).

B. Momen pada Tumpuan Roda karena Beban Statis

𝑀1 =𝑗 − 𝑔

4 .𝑊 (𝑘𝑔𝑚𝑚)

C. Beban Tambahan karena Getaran Vertikan dibanding Beban Statis (𝛼𝑣)

dan Beban Horisontal dibanding Beban Statis pada Gandar (𝛼𝐿).

Kecepatan Kerja Maksimal 𝒌𝒎

𝒋𝒂𝒎 𝜶𝒗 𝜶𝑳

< 120

120-160

160-190

190-210

0,4

0,5

0,6

0,7

0,3

0,4

0,4

0,5

D. Momen pada Tumpuan Roda karena Gaya Vertikal Tambahan

𝑀2 = 𝜶𝒗.𝑴𝟏(𝒌𝒈𝒎𝒎)

E. Jarak Titik Tengah Bantalan ke Ujung Luar Naf Roda (a) dan Panjang

Naf Roda (l)

F. Beban Horisontal (P), Beban pada Bantalan akibat Beban Horisontal

(Qo), dan Beban pada Telapak Roda karena Beban Horisontal (Ro).

𝑃 = 𝜶𝑳.𝑾 (𝒌𝒈)

𝑄𝑜 = 𝑃 𝑕

𝑗 → 𝑘𝑔

𝑅𝑜 =𝑃 (𝑕 + 𝑟)

𝑔→ 𝑘𝑔

7

G. Momen Lentur pada Naf Tumpuan Roda Bagian Dalam Karena Beban

Horisontal.

𝑀3 = 𝑃. 𝑟 + 𝑄𝑜 𝑎 + 𝑙) − 𝑅𝑜 𝑎 + 𝑙) − 𝑗 − 𝑔

2

H. Macam, Pemakaian, Bahan, Perlakuan Panas dari Roda, Tegangan

Lentur yang Diizinkan menurut Macam Roda (𝜎𝑊𝑏 ), Faktor Tambahan

untuk Tegangan menurut Pemakaian Roda (m).

Bahan Gandar 𝝈𝑾𝒃

𝒌𝒈

𝒎𝒎𝟐

Kelas 1

Kelas 2

Kelas 3

Kelas 4

10,0

10,5

11,0

15,0

Pemakaian Gandar m

Gandar Pengikut (tidak termasuk gandar dengan rem

cakram)

Gandar yang digerakkan; ditumpu pada ujungnya

Gandar yang digerakkan ; lenturan silang

Gandar yang digerakkan ; lenturan terbuka

1,0

1,1-1,2

1,1-1,2

1,2-1,3

I. Diameter Tumpuan Roda

𝑑𝑠 = 10,2

𝜎𝑊𝑏.𝑚(𝑀1 + 𝑀2 + 𝑀3)

3

J. Tegangan Lentur pada Tumpuan Roda Bagian dalam Naf Roda

𝜎𝑏 =10,2.𝑚(𝑀1 + 𝑀2 + 𝑀3)

(𝑑𝑠)3 →

𝑘𝑔

𝑚𝑚2

K. Faktor Keamanan Kelelahan

𝑛 =𝜎𝑊𝑏

𝜎𝑏

L. Dibandingkan

∴ n ≥ 1

2.2. Poros dengan Beban Puntir dan Lentur

A. Daya yang ditransmisikan (P = kW) dan putaran poros (n = rpm)

8

B. Faktor koreksi (𝑓𝑐 )

Daya yang akan ditransmisikan 𝒇𝒄

Daya rata-rata yang diperlukan

Daya normal

Daya maksimum yang diperlukan

0,8-1,2

1,0-1,5

1,2-2,0

C. Daya Rencana

𝑃𝑑 = 𝑓𝑐 .𝑃 (𝑘𝑊)

Jika daya dalam satuan daya kuda (HP) maka harus dikalikan dengan

0,735.

D. Momen Rencana

𝑇 = 9,74 𝑋 105 𝑋 𝑃𝑑𝑛

(𝑘𝑔𝑚𝑚)

E. Keadaan Beban

F. Perhitungan Beban Vertikal dan Horisontal

G. Gaya Reaksi Engsel

𝑅𝐻1 =𝐻1 𝑏 + 𝑐) + 𝐻2(𝑐)

𝑎 + 𝑏 + 𝑐

𝑅𝐻2 = 𝐻1 + 𝐻2 − 𝑅𝐻1

𝑅𝑉1 =𝑉1 𝑏 + 𝑐) + 𝑉2(𝑐)

𝑎 + 𝑏 + 𝑐

𝑅𝑉2 = 𝑉1 + 𝑉2 − 𝑅𝑉1

9

H. Gambar Bidang Momen Lentur

𝑀𝐻1 = 𝑅𝐻1.𝑎

𝑀𝐻2 = 𝑅𝐻2 . 𝑐

𝑀𝑉1 = 𝑅𝑉1.𝑎

𝑀𝑉2 = 𝑅𝑉2 . 𝑐

I. Momen Lentur Gabungan

𝑀1 = (𝑀𝐻1)2 + (𝑀𝑉1)2

𝑀2 = (𝑀𝐻2)2 + (𝑀𝑉2)2

𝑀1:𝑀2 → 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑒𝑠𝑎𝑟 = 𝑀

M. Bahan Poros, Kekuatan Tarik, dan Faktor Keamanan

1. Bahan Poros dan Kekuatan Tarik (𝜎𝐵)

Standar dan

Macam

Lambang Perlakuan

Panas

Kekuatan

Tarik 𝒌𝒈

𝒎𝒎𝟐

Keterangan

Baja karbon

konstruksi

mesin (JIS G

4501)

S30C

S35C

S40C

S45C

S50C

S55C

Penormalan

Penormalan

Penormalan

Penormalan

Penormalan

Penormalan

48

52

55

58

62

66

Batang baja

dengan

difinis tinggi

S35C-D

S45C-D

S55C-D

-

-

-

53

60

72

Ditarik dingin, digerinda,

dibubut, atau gabungan

antara hal-hal tersebut

2. Faktor Keamanan

𝑆𝑓1 untuk faktor keamanan terhadap kelelahan puntir, sedangkan 𝑆𝑓2

untuk faktor keamanan karena pengaruh konsentrasi tegangan jika poros

diberi alur pasak atau dibuat bertangga. Harga 𝑆𝑓1 adalah 5,6 untuk

bahan SF, dan 6,0 untuk bahan S-C. Sedangkan harga 𝑆𝑓2 adalah 1,3-3,0.

N. Tegangan Geser yang Diizinkan

𝜏𝑎 =𝜎𝐵

𝑆𝑓1

. 𝑆𝑓2

𝑘𝑔

𝑚𝑚2

O. Faktor Koreksi Lenturan dan Puntiran

10

1. Faktor Koreksi Lenturan (Km)

Beban yang Dikenakan Kt

Momen lentur tetap

Tumbukan ringan

Tumbukan berat

1,5

1,5-2,0

2,0-3,0

2. Faktor Koreksi Puntiran (Kt)

Beban yang Dikenakan Kt

Halus

Sedikit kejutan/tumbukan

Kejutan/tumbukan besar

1,0

1,0-1,5

1,5-3,0

P. Diameter Poros

𝑑𝑠 = 5,1

𝜏𝑎 (𝐾𝑚 .𝑀)2 + (𝐾𝑡 .𝑇)2

3

Q. Jari-Jari Filet dari Poros Bertangga, Ukuran Pasak, dan Alur Pasak.

𝑗𝑎𝑟𝑖 − 𝑗𝑎𝑟𝑖 𝑓𝑖𝑙𝑒𝑡 =𝐷 − 𝑑𝑠

2 (𝑚𝑚)

R. Faktor Konsentrasi Tegangan

3. Pada poros bertangga (β)

𝑗𝑎𝑟𝑖 − 𝑗𝑎𝑟𝑖 𝑓𝑖𝑙𝑒𝑡

𝑑𝑠

4. Pada pasak (α)

𝛼 =𝑟

𝑑𝑠

S. Tegangan Geser

𝜏 = 5,1 𝑇

(𝑑𝑠)3

T. Dibandingkan

∴ 𝜏𝑎 . 𝑆𝑓2 ≥ 𝜏.𝛼

Jika tidak sesuai, maka perhitungan kembali ke langkah (P). diameter

poros, bahan poros, jari-jari filet poros bertangga, ukuran pasak, serta alur

pasak dapat diperbesar.

11

10 mm 25 mm

25 mm

RBV

RAV

A

B

V1 = 20 kg V2 = 10 kg

C

D

Contoh Soal:

Diketahui sebuah mesin pemarut kelapa dengan daya motor 10 Kw,

dengan putaran 1500 rpm. Hitung berapa diameter poros tersebut.

Jawab:

1) 𝑝 = 10 𝑘𝑤,𝑛 = 1500 𝑟𝑝𝑚

2) 𝑓𝑐 = 1,2

3) 𝑝𝑑 = 𝑓𝑐.𝑝

= 1,2 . 10 𝑘𝑤

= 12 𝑘𝑤

4) Momen rencana T

𝑇 = 9,75 × 105 𝑝𝑑

𝑛

= 9,75 × 105 12

1500

= 7800 𝑘𝑔𝑚𝑚

5)

𝑀𝐵 = 0

𝑅𝐴𝑉 = 𝑉1 𝑥 55 ) + 𝑉2 𝑥 25)

60

𝑅𝐴𝑉

V1 = 10 kg

V1 = 20 kg

𝑅𝐵𝑉

5 mm

5 mm

5 mm

5 mm

25 mm

25 mm

A

B

C

D

12

= 20 𝑥 55 ) + 10 𝑥 25 )

60

= 1350

60

= 22.5 𝑘𝑔

𝑅𝐵𝑉 = 𝑉1 + 𝑉2 − 𝑅𝐴𝑉

= 30 − 22.5

= 7.5 𝑘𝑔

6) Menghitung beban puntir akibat V pada puli A dan Pisau B

𝑀𝐴𝑉 = 𝑅𝐴𝑉 .𝐴𝐷

= 22.5 𝑥 20 𝑚𝑚

= 450 𝑘𝑔𝑚𝑚

𝑀𝐵𝑉 = 𝑅𝐵𝑉 .𝐵𝐷

= 7.5 𝑥 25 𝑚𝑚

= 187.5 𝑘𝑔𝑚𝑚

7) 𝑀𝐴 ∶ 𝑀𝐵 → 𝑝𝑖𝑙𝑖𝑕 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑎𝑟

𝑀𝐴 > 𝑀𝐵 → 450 𝑘𝑔𝑚𝑚

8) Pilih bahan S45C 𝜎𝑏 = 58 𝑘𝑔𝑚𝑚

𝑆𝑓1 = 6 , 𝑆𝑓2 = 2

𝜏𝑎 =𝜎𝐵

𝑆𝑓1. 𝑆𝑓2

=58

6.2= 4,83

𝑘𝑔𝑚𝑚2

9) 𝐾𝑚 = 2 𝐾𝑡 = 2

10) 𝑑𝑠 ≥ 5.1

𝜏𝑎

3 𝐾𝑚.𝑀)2 + 𝐾𝑡.𝑇)2

≥ 5.1

4.83

3

2 𝑥 450)2 + 2 𝑥 7800)2

≥ 1,056 . 15625.93997172653

≥ 16499.43972169883

≥ 25.46 𝑚𝑚 = 28 𝑚𝑚

13

𝑑𝑠 = 28 𝑚𝑚

11) Diameter poros bertangga 30 mm

ds = 28, Ukuran pasak 𝑏𝑥𝑕 = 8𝑥7

𝑟

𝑑𝑠=

0,25

28= 0.0089, 𝛼 = 3.2

12) 𝜏 =16

𝜋𝑑 𝑠3 𝐾𝑚.𝑀)2 𝐾𝑡.𝑇)2

=16

3,14 . (28)3. 15625.9399717265

=250015.039547624

68929.28

= 3.6 𝑘𝑔𝑚𝑚−2

13) 𝜏𝑎 . 𝑆𝑓2 ∶ 𝜏 .𝛼 → 𝑠𝑦𝑎𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑒𝑠𝑢𝑎𝑖, 𝜏𝑎 𝑆𝑓2 > 𝜏 .𝛼

4,83 𝑥 2 ∶ 3.6 𝑥 3.2

9,63 > 11.52 → 𝑇𝑖𝑑𝑎𝑘 𝑠𝑒𝑠𝑢𝑎𝑖

14) ds diperbesar menjadi 30 mm, D = 35

15) 𝜏 =16

𝜋𝑑 𝑠3 𝐾𝑚.𝑀)2 𝐾𝑡.𝑇)2

=16

3,14 . (30)3. 15625.9399717265

=250015.039547624

84780

= 2.9 𝑘𝑔𝑚𝑚−2

16) 𝜏𝑎 . 𝑆𝑓2 ∶ 𝜏 .𝛼 → 𝑠𝑦𝑎𝑟𝑎𝑡 𝑠𝑒𝑠𝑢𝑎𝑖, 𝜏𝑎 𝑆𝑓2 > 𝜏 .𝛼

4,83 𝑥 2 ∶ 2.9 𝑥 3.2

𝟗,𝟔𝟔 > 9.28 → 𝑠𝑒𝑠𝑢𝑎𝑖