NAMA : GANI MUHAMMAD RAMDHANNIM : 1404739DEPARTEMEN : PENDIDIKAN TEKNIK MESINMATA KULIAH : ELEMEN MESINDOSEN PENGAMPU : DRS. H. UUM SUMIRAT, M.PD., M.T.

POROS TRANSMISI

Poros transmisi (transmission shaft) atau sering hanya disebut poros (shaft) digunakan

pada mesin rotasi untuk mentransmisikan putaran dan torsi dari satu lokasi kelokasi yang lain.

Poros mentransmisikan torsi dari driver (motor atau engine) ke driven. Komponen mesin yang

sering digunakan bersamaan dengan poros adalah roda gigi, pulidan sproket. Transmisi torsi

antar poros dilakukan dengan pasangan roda gigi, sabuk atau rantai. Poros bisa menjadi satu

dengan driver, seperti pada poros motor dan engine crank shaft, bisa juga poros bebas yang

dihubungkan ke poros lainnya dengan kopling. Sebagai dudukan poros, digunakan bantalan.

Poros transmisi adalah poros pemindah gerak atau putaran dari poros penggerak ke poros

yang di gerakan . Putaran dari poros utama dipindahkan keporos pengantar melalui roda roda

gigi transmisi. Pada poros transmisi putaran poros n1 berubah menjadi n2 dan selanjutnya

menjadi n3 dan seterusnya . Dengan adanya perubahan putaran ini, maka akan terjadi

perbandingan putaran tertentu yang disebut dengan angka transmisi . Angka transmisi adalah

perbandingan putaran poros penggerak dengan poros yang digerakannya atau dapat di tulis :

Keterangan:

i = angka tarnsmisi

n1 = putaran oros penggerak (p/s)

n2 = putaran poros yang digerakkan (p/s)

1

PERHITUNGAN POROS TRANSMISI

Poros Transmisi mendapatkan beban punter murni atau beban puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros transmisi melalui kopling, roda gigi, puli sabuk, atau spoket rantai, dll.

a. Poros Dengan Benban Puntir

Contoh pada pengaplikasiannya ialah pada poros motor dengan sebuah kopling. Meskipun demikian, jika diperkirakan akan terjadi pembebanan berupa lenturan, tarikan, atau tekanan, misalnya jika sebuah sabuk, rantai atau roda gigi dipasangkan pada poros motor, maka kemungkinan adanya pembebanan tambahan tersebut perlu diperhitungkan dalam faktor keamanan yang diambil.

Perencanaan poros diawali dengan data yang diperlukan sebagai berikut. Jika sebuah poros harus mentransmisikan daya P (KW) dan putarannya n rpm maka perlu dilakukan pemeriksaan terhadap daya P tersebut. Jika P adalah daya rata-rata yang diperlukan maka harus dibagi dengan efisiensi mekanis ƞ dari system transmisi untuk mendapatkan daya penggerak mula yang diperlukan. Daya yang besar mungkin diperlukan pada saat awal, atau mungkin beban yang besar terus bekerja setelah start. Dengan demikian sering kali diperlukan koreksi pada daya rata-rata yang diperlukan dengan menggunakan faktor koreksi pada perencanaan.

Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai macam faktor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan, sehingga koreksi pertama dapat diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah fc maka daya rencana Pd (kW) sebagai patokan adalah:

Faktor-faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan, fc untuk daya rata-rata 0,8-1,2 sedangkan untuk daya maksimum dapat diambil 1,2-2,0 dan untuk daya normal 1,0-1,5. Hubungan antara daya rencana dengan momen puntir yang terjadi (T) dan putaran pada poros dinyatakan dalam persamaan:

Sehingga besar momen puntir dapat dihitung dari persamaan:

Jika momen puntir yang terjadi T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros d, (mm) maka besarnya tegangan geser τ (kg/mm2) yang terjadi adalah :

2

Tegangan geser τ (kg/mm2) yang terjadi ini menjadi pertimbangan utama dalam memilih bahan poros. Dari bahan poros yang dipilih yang mempunyai kekuatan tarik ϭB - (kg/mm2) yang dapat diketahui dari tabel kekuatan bahan dapat dihitung Tegangan geser yang diijinkan τa (kg/mm2). Tegangan geser yang diijinkan τa (kg/mm2) untuk pemakaian umum pada poros dapat diperoleh dengan membagi besarnya tegangan tarik dengan angka keamanan. Untuk bahan baja karbon konstruksi mesin (S-C) angka keamanannya adalah 6, sedangkan untuk baja tempa (SF) diambil 5,6. Faktor ini dinyatakan dengan Sf1.

Jika poros tersebut akan diberi alur pasak atau dibuat bertangga, maka pengaruh konsentrasi tegangan yang terjadi akan cukup besar. Konsentrasi tegangan tejadi pada bagian poros yang mengalami perubahan bentuk seperti alur pasak atau poros yang diameternya pada bagian tertentu tidak sama (lebih besar atau kecil). Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. 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 tegangan geser yang diijinkan τa dapat dihitung dengan rumus.

Karena poros mengalami momen puntir maka perlu dilakukan koreksi sesuai dengan momen puntir yang bekerja. Faktor koreksi ini dinyatakan dengan Kt,. Faktor koreksi Kt dipilih sebesar 1,0 jika beban dikenakan secara halus, jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan dipilih sebesar 1,0-1,5, dan 1,5-3,0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar.

Meskipun dalam perkiraan sementara ditetapkan bahwa beban hanya terdiri atas momen puntir saja, perlu ditinjau pula apakah ada kemungkinan pemakaian dengan beban lentur di masa mendatang. Jika memang diperkirakan akan terjadi pemakaian beban lentur dimasa mendatang. Jika memang diperkirakan akan terjadi pemakaian dengan beban lentur maka dapat dipertimbangkan pemakaian faktor Cb yang harganya antara 1,2 sampai 2.3. (jika diperkirakan tidak akan terjadi pembebanan lentur maka Cb diambil = 1,0).

Dari persamaan (4) diperoleh rumus untuk menghitung diameter poros ds (mm) sebagai

Diameter poros harus dipilih sesuai dengan diameter bahan poros yang tersedia.

3

Pemasangan poros pada konstruksi mesin selalu ditumpu oleh beberapa bantalan agar poros dapat berputar dengan lancar dan kokoh. Bantalan yang dipakai umumnya berdiameter lebih besar dari diameter poros dan disesuaikan dengan diameter dalam bantalan yang tersedia. Untuk menyesuaikan dengan diameter bantalan maka poros dibuat bertangga artinya pada bagian yang akan dipasang bantalan dibuat lebih besar..Dari perbedaan diameter poros dan bantalan yang dipilih dapat ditentukan jari-jari fillet yang diperlukan pada tangga poros. Akibat dari perbedaan diameter akan terjadi konsentrasi tegangan pada bagian tersebut. Besarnya harga faktor konsentrasi pada poros bertangga ( β ) dapat diperoleh dengan diagram R. E. Peterson.

Pemasangan elemen mesin pada poros (roda gigi, puli) dihubungkan dengan pasak agar dapat ikut berputar bersama-sama dengan poros. Untuk itu pada poros harus dibuat alur pasak sebagai tempat pemasangan pasak. Alur pasak yang dibuat mengakibatkan terjadinya konsentrasi tegangan pada bagian tersebut. Besarnya harga faktor konsentrasi pada poros beralur pasak ( α) dapat diperoleh dengan diagram R. E. Peterson.

Bila harga faktor konsentrasi tegangan yang terjadi akibat adanya alur pasak dan poros dibuat bertangga yaitu α atau β yang didapatkan lebih besar jika dibandingkan dengan harga faktor keamanan Sf2 (harga konsentrasi tegangan pada poros bertangga atau alur pasak pada awalnya hanya ditaksir lebih dahulu yaitu antara 1,3 sampai 3), maka akan dihasilkan diameter poros yang lebih besar.

Perhitungan tegangan perlu diperiksa dan bandingkan α dan β , dan pilihlah yang lebih besar. Kemudian koreksi Sf2 yang ditaksir sebelumnya untuk konsentrasi tegangan, dalam mengambil τa . Sf2 ( α atau β )sebagai tegangan yang diijinkan yang dikoreksi. Bandingkan harga ini dengan τ. Cb. Kt dari tegangan geser τ 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.

4

b. Poros Dengan Beban Puntir dan Lentur

Poros pada umumnya meneruskan daya melalui sabuk, roda gigi dan rantai. Jadi poros ini mengalami beban puntir dan lentur sehingga pada permukaan poros akan terjadi tegangan geserτ (=T/Zp) karena momen puntir T dan tegangan ϭ (=M/Z) karena momen lentur.

Bila poros dbuat dari bahan liat maka perhitungan tegangan geser maksimum yang dipakai yaitu tegangan geser yang terjadi akibat gabungan antara momen puntir dan momen lentur. Rumus yang dipergunakan adalah

Pada poros yang pejal dengan penampang bulat, besarnya momen lentur dan momen puntir sehingga gabungannya dapat dhitung dengan rumus

Poros selalu mengalam beban berulang. Jika poros meneruskan daya besar dengan roda gigi maka akan terjadi kejutan berat pada saat awal atau pada waktu berputar. Pertimbangan akbat macam beban, sifat beban, dll, ASME menganjurkan dimasukkannya pengaruh kelelahan karena beban berulang. Maka faktor koreksi Kt untuk momen puntir perlu dimasukkan dalam perhitungan. Faktor lenturan Cb tidak dipergunakan, dan diganti dengan faktor koreksi Km untuk momen lentur. Pada poros yang berputar dengan pembebanan momen lentur yang tetap, faktor Km adalah 1,5. untuk beban dengan tumbukan ringan Km terletak antara 1,5 dan 2,0 dan untuk beban dengan tumbukan berat Km terletak antara 2 dan 3.

Maka persamaan (3) berubah menjadi

Besarnya τ max yang dihasilkan harus lebih kecil dari tegangan geser yang diizinkan untuk bahan poros yang dpakai τa. Dengan memasukkan harga tegangan geser yang diizinkan τa , dapat dihitung besarnya diameter poros. Perhitungan dapat dilakukan dengan cara menghitung secara terpisah lebih dahulu momen puntir ekivalen yang dihitung menurut teori tegangan geser maksimum, dan kemudian momen lentur ekivalen yang diperoleh dengan teori tegangan normal maksimum. Dari kedua perhitungan ini diperoleh rumus perhitungan diameter poros

5

Deformasi pada poros akibat momen puntir harus dibatasi. Untuk poros mesin umum dengan kondisi kerja normal, besarnya defleksi puntiran dibatasi sampai 0,25 atau 0,3 derajat. Untuk poros panjang atau poros yang mendapat beban kejutan atau berulang, harga tersebut harus dikurangi menjadi 1/2 dari harga yang diatas.

Jika ds adalah diameter poros (mm), defleksi puntiran , l panjang poros (mm), T momen puntir (kg,mm), dan G modulus geser (kg/mm2), maka besarnya defleksi akibat momen puntir adalah

Harga modulus geser baja G = 8,3 x 103 (kg/mm2). Perhitungan defleksi puntiran θ dihitung untuk memeriksa apakah harga yang diperoleh masih dibawah batas harga yang diperbolehkan untuk pemakaian yang bersangkutan. Bila θ dibatasi sampai 0,25 untuk setiap meter panjang poros, maka dapat diperoleh persamaan.

Kekuatan poros terhadap lenturan juga perlu diperiksa. Bila suatu poros baja ditumpu oleh bantalan yang tipis atau bantalan yang mapan sendiri, maka lenturan poros y (mm) dapat ditentukan dengan rumus berikut.

Dimana ds=diameter poros (mm), l = jarak antara bantalan penumpu (mm), F = beban (kg), l1 dan l2 = jarak dari bantalan yang bersangkutan ke titik pembebanan (mm).

Beban F dalam rumus diatas adalah gaya-gaya yang bekerja di roda gigi, tegangan dari sabuk dan berat puli beserta sabuk, berat poros sendiri, dll. Jika beberapa dari gaya-gaya tersebut bekerja diantara bantalan atau diluarnya, maka perhitungan harus berdasarkan pada gaya resultantenya. Bila gaya bekerja dalam berbagai arah, perlu ditentukan komponen vertikal dan horisontal dari resultantenya, dan selanjutnya dihitung lenturan yang akan terjadi dalam arah vertikal dan horisontal. Jika berat poros sendiri tidak dapat diabaikan, maka penambahan gaya vertikal dengan ½ berat poros tersebut dianggap cukup.

Bila suatu poros panjang ditumpu secara kaku dengan bantalan atau dengan cara lain, maka lenturannya dapat dinyatakan dengan rumus seperti berikut.

Lenturan yang terjadi perlu dibatasi sampai 0,3-0,35 (mm) atau kurang untuk setiap 1 (m) jarak bantalan, untuk poros transmisi umum dengan beban terpusat. Syarat ini bila dipenuhi tidak

6

akan memperburuk kaitan antara pasangan roda gigi yang teliti. Bila celah antara rotor dan rumah merupakan masalah, seperti pada turbin, maka batas tersebut tidak boleh lebih dari 0,03-0,15 (mm/m).

Untuk poros putaran gigi, putaran kritis sangat penting untuk diperhitungkan.

Pada mesin-mesin yang dibuat secara baik, putararan kerja didekat atau diatas putaran kritis tidak terlalu bahaya. Tetapi, demi keamanan, dapat diambil pedoman secara umum bahwa putaran kerja poros maksimum tidak boleh melebihi 80(%) putaran kritisnya.

Misalkan ada suatu beban terpusat yang berasal dari berat rotor yang bekerja disuatu titik pada sebuah poros. Jika berat beban tersebut dinyatakan dengan W(kg), jarak antara bantalan 1(mm), dan diameter poros yang seragam ds (mm), serta penumpunya terdiri atas bantalan tipis atau mapan sendiri, maka putaran kritis poros tersebut Nc (rpm) adalah

Perlu diperhatikan bahwa dalam penentuan putaran kritis, gaya yang diperhitungkan hanyalah gaya berat dari masa berputar yang membebani poros saja, sedangkan gaya luar tidak berpengaruh.

Berat poros sendiri dapat diabaikan jika cukup kecil. Tetapi jika dirasa cukup besar dibandingkan dengan berat masa yang membebaninya, maka ½ dari berat poros tersebut dapat ditambahkan pada berat beban yang ada.

Jika bantalan cukup panjang dan poros ditumpu secara kaku, maka putaran kritisnya adalah

Bila terdapat beberapa benda berputar pada poros, maka dihitung lebih dahulu putara-putara kritis dari masing-masing benda tesebut yang seolah-olah berada sendiri pada poros. Maka putaran kritis keseluruhan dari sistim Nc0 adalah

Harga Nc0 dari rumus ini kemudian dibandingkan dengan putaran maksimum sesungguhnya yang akan dialami oleh poros.

7