1

MODUL 1

Elemen Mesin

Pertemuan ke : 1

Topik belajar : Perencanaan Poros 1

Alokasi waktu : 200 menit

Tujuan pembelajaran :

• Mahasiswa mampu menjelaskan dasar perencanaan

• Mahasiswa mampu menjelaskan dasar perencanaan elemen mesin

• Mahasiswa mampu menjelaskan fungsi dan macam poros

• Mahasiswa mampu menjelaskan bahan poros

• Mahasiswa mampu menjelaskan kekuatan dan perancangan poros

• Mahasiswa mampu merencanakan poros dengan beban puntir

Materi 1

Perencanaan

Perencanaan merupakan penerapan kreatifitas dalam membuat rencana untuk

menyelesaikan sebuah masalah dan kemudian mengkomunikasikan rencana tersebut

kepada orang lain. Mengkomunikasikan hasil rencana kepada orang lain diperlukan

karena setelah perencanaan selesai dibuat maka penerapan hasilnya pasti dibutuhkan

atau membutuhkan oleh orang lain. Perencanaan merupakan proses kreatif yang

dilakukan sebagai upaya untuk berbuat atau melakukan sesuatu, baik itu sesuatu yang

baru atau perbaikan dari yang sudah ada. Dalam membuat perencanaan diperlukan

penguasaan terhadap berbagai macam ilmu pengetahuan dan teknologi artinya

perencanan merupakan aplikasi dari IPTEK untuk menyelesaikan sebuah masalah atau

kebutuhan. Penyelesaian masalah atau kebutuhan dalam perencanaan mesin dapat

berupa membuat produk atau mesin baru atau dapat juga memperbaiki atau

meningkatkan kemampuan produk atau mesin yang sudah ada. Jadi perencanaan

dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Perencanaan adalah penerapan kreatifitas dalam membuat rencana untuk

menyelesaikan sebuah masalah dan kemudian mengkomunikasikan rencana

tersebut kepada orang lain.

2

2. Aplikasi ilmu pengetahuan dan teknologi untuk membuat atau memperbaiki

sesuatu produk .

3. Produk adalah sesuatu yang dihasilkan termasuk mesin, peralatan dan benda

lain

Perencanaan mesin merupakan serangkaian kegiatan yang disebut dengan

proses perencanaan. Perencanaan selalu diawali dari identifikasi adanya kebutuhan

atau masalah yang harus diselesaikan baik itu dari hasil penelitian lapangan atau dari

kebutuhan nyata yang dihadapi dalam kehidupan sehari-hari. Dari hasil identifikasi

dibuat rumusan masalah sebagai patokan atau arah yang akan diselesaikan.

Berikutnya dibuat beberapa alternatif pemecahan masalah dalam bentuk pemodelan

yang akan dianalisa atau dipilih mana yang akan mendapatkan hasil terbaik dalam

menyelesaikan masalah. Alternatif atau pemodelan yang dipilih kemudian dievaluasi

dan dibuat gambar kerjanya untuk diuji coba. Jika hasil coba sudah baik atau

memuaskan barulah hasil ini diproduksi. Maka tahapan proses perencanaan dapat

disimpulkan sebagai berikut:

1. Identifikasi kebutuhan atau masalah yang akan diselesaikan.

2. Perumusan masalah yang disusun berdasar hasil penelitian lapangan.

3. Penyusunan beberapa alternatif pemecahan masalah dalam bentuk pemodelan.

4. Analisa dan optimalisasi untuk mendapatkan hasil terbaik.

5. Evaluasi dan review hasil perencanaan.

6. Pembuatan gambar kerja prototype dan uji coba.

7. Produksi hasil perencanaan.

Khusus untuk perencanaan mesin, setelah sebuah alternatif pemecahan

masalah dipilih maka ada proses yang harus dikerjakan dimulai dari penyusunan

konsep awal mesin yang akan dibuat. Konsep awal adalah bentuk model awal yang

menunjukkan bentuk atau mekanisme kerja mesin. Mekanisme kerja mesin dipakai

sebagai dasar untuk merencanakan atau menganalisa kekuatan elemen mesin yang

diperlukan dalam mekanisme kerja mesin. Analisa kekuatan didasarkan pada berbagai

gaya/beban yang bekerja pada elemen mesin. Gaya/beban dapat berupa gaya

3

tarik/tekan, gaya geser, gaya puntir, gaya bengkok, gaya kejut. Akibat gaya yang

bekerja akan terjadi tegangan pada elemen mesin. Tegangan pada elemen mesin pada

umumnya berupa tegangan puntir , bengkok , gabungan bengkok dan puntir, dan

gabungan bengkok-puntir dan beban aksial. Berdasarkan tegangan yang terjadi akibat

beban yang bekerja pada elemen mesin tersebut maka dapat dipilih bahan yang sesuai

artinya yang dapat menahan tegangan yang terjadi. Setelah proses perhitungan

kekuatan dari masing-masing elemen dan secara keseluruhan mesin dibuat dan

memenuhi semua persyaratan kekuatan barulah dibuat bentuk atau prorotipe yang

berpenampilan baik dan sempurna agar nantinya dapat diproduksi dan diterima oleh

pengguna. Penampilan mesin juga harus disesuaikan dengan kemungkinannya dalam

proses produksi artinya apakah model ini dapat dibuat dan sampai dimana kesulitan

yang akan dihadapi dalam proses produksi. Proses produksi yang akan dilakukan harus

dihitung secara ekonomi apakah efisien atau tidak, apakah produk ini nantinya akan

laku dijual atau mampu bersaing dengan produk lain di pasaran. Segi keamanan pada

waktu mesin digunakan juga harus mendapatkan perhatian artinya apakah mesin aman

digunakan, peralatan tambahan apa yang perlu disiapkan agar mesin tidak berbahaya

bagi penguna maupun yang ada disekitarnya. Produk yang dihasilkan nantinya juga

perlu memperhatikan dampak lingkungan yang mungkin terjadi. Dampak lingkungan

dapat berupa kebisingan yang terjadi pada saat mesin digunakan, atau limbah yang

terjadi apakah berbahaya atau tidak. Jika berbahaya apakah sudah ada peralatan atau

penanganan limbah tersebut. Dan juga dari segi legalitasnya yang apakah mesin ini

dapat dipakai disuatu tempat, apakah ada larangan-larangan tertentu ditempat tersebut.

Jadi tahapan perencanaan mesin dapat disimpulkan meliputi berbagai bidang sebagai

berikut:

1. Konsep perencanaan awal

2. Analisa kekuatan

3. Pemilihan bahan

4. Penampilan

5. Keterlaksanaan

6. Ekonomi

7. Keamanan

4

8. Dampak lingkungan

9. Pertimbangan legalitas

Model perencanaan yang lain adalah sebagai berikut:

Perencanaan diawali dengan mendefinisikan produk yang akan dibuat

berdasarkan kebutuhan yang ada. Kemudian dibuat konsep awal untuk nantinya

dikembangkan menjadi konsep perencanaan sebagai bahan untuk analisa

perencanaan. Tahap berikutnya adalah pembuatan model atau prototipe yang akan

diuji dan dievaluasi kemudan direvisi jika perlu. Jika prototipe sudah selesai maka

dibuat gambar kerjanya, penyiapan bahan, cetakan, peralatan produksi dan yang

terachir adalah proses produksi. Berikut adalah diagram alir sebuah model

perencanaan.

5

Fig. 1.1

Pemilihan bahan merupakan bagian yang penting dalam perencanaan mesin

karena bahan merupakan unsur utama dari sebuah mesin atau lebih khusus adalah

masing masing elemen mesin. Bahan elemen mesin umumnya dibuat dari logam besi

atau yang bukan besi. Ada juga sekarang yang dibuat dari bahan plastik atau komposit

yang sudah tersedia dan kekuatannya dapat menyamai kekuatan logam, atau untuk

keperluan tertentu memang lebih tepat jika menggunakan bahan non logam. Berikut

6

akan dibahas tentang bahan logam yang umum digunakan untuk membuat elemen

mesin.

Elemen mesin umumnya dibuat dari baja karbon konstruksi mesin (S-C), baja

tempa (SF), atau baja chrom nikel dan ada juga yang mendapatkan perlakuan panas

untuk memperbaiki sifar-sifatnya. Kekuatan bahan adalah kemampuan bahan untuk

menahan tegangan tanpa kegagalan/ kerusakan. Pada gambar diagram tegangan-

regangan berikut ini terdapat beberapa hasil percobaan uji tarik untuk bahan yang getas

(besi tuang) dan bahan yang liat (baja).

Diagram tegangan-regangan

Percobaan uji tarik adalah percobaan untuk mengukur kekuatan suatu bahan

terhadap beban tarik. Pada mesin percobaan tarik dipasang sebuah specimen dengan

ukuran tertentu, kemudian pada bahan ini dikenakan beban tarik yang dapat diatur

mulai dari yang kecil sampai maksimum artinya sampai bahan tersebut rusak atau

patah. Bila bahan logam diuji tarik maka bahan logam akan mengalami pertambahan

panjang atau mulur, bahan bertambah panjang dan akhirnya akan putus. Dari hasil

percobaan diperoleh diagram tegangan-regangan seperti gambar diatas.

Untuk bahan getas (misalnya besi tuang) akan diperoleh diagram D, sedangkan

untuk bahan liat (misalnya baja) akan diperleh diagram (E). Garis koordinat vertikal atau

sumbu y menunjukkan besarnya tegangan (stress) yang terjadi akibat beban tarik,

sedangkan garis koordinat horisontal atau sumbu x menunjukkan besarnya regangan

(strain) yang terjadi. Tegangan ( ) adalah gaya tarik per satuan luas penampang

bahan yang

tarik dibagi dengan panjang semula.

Ada dua hasil penting yang didapat dalam percobaan tarik yaitu yield strength

(kekuatan luluh) adalah tegangan terendah yang dapat mengakibatkan terjadinya

7

deformasi (perubahan) permanen pada suatu bahan. Dalam beberapa bahan, seperti

paduan aluminium, titik deformasi permanen sangat sulit untuk ditentukan, sehingga

biasanya diberikan sebagai tegangan yang diperlukan untuk menyebabkan regangan

plastis 0,2 %. Yang kedua adalah tensile strength atau ultimate tensile strength

(kekuatan tarik) adalah adalah batas tegangan tarik yang mengakibatkan kegagalan

tarik dalam bentuk kegagalan ulet atau dalam bentuk kegagalan getas ( pecah

mendadak dalam dua atau lebih potongan).

Dalam diagram tegangan-regangan terdapat dua kemampuan bahan dalam

menahan beban tarik yaitu elastisitas dan plastisitas.

1. Elastisitas adalah kemampuan suatu material untuk kembali ke bentuk

sebelumnya setelah tegangan dilepaskan. Dalam banyak bahan, hubungan

antara tegangan dan regangan yang dihasilkan berbanding lurus (sampai batas

tertentu), dan grafik yang mewakili dua kuantitas adalah garis lurus.

2. Plastisitas atau deformasi plastis adalah kebalikan dari deformasi elastis artinya

material tidak kembali ke bentuk sebelumnya setelah tegangan dilepaskan.

Deformasi plastik dipertahankan bahkan setelah tidak terjadi tegangan.

Kebanyakan bahan dalam kategori linear - elastis biasanya mampu deformasi

plastis. Bahan rapuh, seperti keramik, tidak mengalami deformasi plastis dan

akan patah di bawah tekanan yang relatif rendah. Bahan-bahan seperti logam

biasanya mengalami sedikit deformasi plastis sebelum kegagalan sementara

polimer mengalami fase plastis yang lebih besar.

Perbandingan antara tegangan dan regangan diteliti oleh seorang ilmuwan

Inggris bernama Robert Hooke pada tahun 1678 yang kemudian dikenal sebagai

Hukum Hooke. Hukum Hooke menyatakan bahwa regangan sebanding dengan

tegangan dan pertambahan panjang berbanding lurus dengan gaya tarik dan panjang

batang dan berbanding terbalik dengan luas penampang dan modulus elastisitas.

8

P = gaya tarik (kg)

l = panjang specimen / batang (mm)

A = luas penampang batang (mm2)

E = modulus elastisitas, atau Young's Modulus (kg/mm2)

= tegangan tarik (kg/mm2)

regangan (mm/mm)

Tujuan dari perencanaan elemen mesin adalah untuk menentukan ukuran

berdasarkan data penggunaan elemen mesin dengan menggunakan rumus- rumus

kekuatan bahan. Dalam perhitungan perencanaan elemen mesin harus

diperhatikan:

1. Gaya/beban yang bekerja pada elemen mesin dapat berupa gaya tarik/tekan,

gaya geser, gaya puntir, gaya bengkok, gaya kejut.

2. Akibat gaya yang bekerja akan terjadi tegangan pada elemen mesin.

3. Konsep tegangan digunakan dalam proses perencanaan bahan yang

dipergunakan dan ukuran elemen mesin.

4. Tegangan pada elemen mesin pada umumnya berupa tegangan puntir ,

bengkok , gabungan bengkok dan puntir, dan gabungan bengkok-puntir dan

beban aksial.

5. Bahan elemen mesin dipilih sesuai dengan tegangan yang terjadi akibat beban

yang bekerja pada elemen mesin. Kekuatan bahan yamg dipilih dapat diketahui

dari tabel bahan yang dikeluarkan oleh pabrik (didapatkan dari hasil uji tarik).

6. Tegangan yang diijinkan adalah tegangan maksimum yang boleh bekerja pada

elemen mesin, agar elemen mesin tersebut tidak mengalami deformasi plastis.

9

7. Tegangan yang terjadi pada elemen mesin harus lebih kecil atau maksimum

sama dengan tegangan yang diijinkan untuk bahan elemen mesin yang dipakai.

8. Tegangan ijin adalah tegangan maksimum yang boleh bekerja pada bahan,

agar bahan tersebut tidak mengalami deformasi plastis.

9. Besarnya tegangan ijin suatu bahan biasanya ditentukan berdasarkan

percobaan dan pengalaman.

10. Harga-harga ini sangat tergantung pada jenis bahan dan jenis pembebanan.

11. Tegangan tarik ijin dihitung dengan membagi tegangan maksimum dengan

angka keamanan.

Angka keamanan adalah perbandingan antara tegangan yang terjadi dengan

tegangan yang diijinkan. Untuk menentukan tegangan tarik yang diijinkan dapat dihitung

dengan membagi tegangan maksimum dengan angka keamanan. Besarnya angka

keamanan tergantung pada jenis beban yang dialami oleh elemen mesin, apakah

beban statis, beban berulang, beban berganti/tidak tetap, dan beban kejut. Sebagai

contoh untuk besi baja angka keamanan tegangan tarik ijin untuk beban statis adalah 3,

beban berulang adalah 5, beban berganti/tidak tetap adalah 8, dan untuk beban kejut

adalah 12. Dapat juga dilakukan dengan cara menggunakan perbandingan jika angka

keamanan untuk beban statis telah ditentukan. Angka keamanan untuk beban yang

lainnya dapat ditentukan secara empiris dengan menggunakan perbandingan sebagai

berikut.

Statis : Berulang : Berganti : Kejut = 1 : 2 : 3 : 4

Pengetahuan yang diperlukan untuk merencanakan mesin adalah

Menggambar Teknik

Kinematika/Dinamika

Mekanika Teknik

Pengetahuan Bahan Teknik

Mekanika Kekuatan Bahan

Proses Manufaktur

10

Materi 2

Perencanaan poros dengan beban puntir murni.

Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir

semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Poros adalah

elemen mesin berbentuk batang dan umumnya berpenampang lingkaran, berfungsi

memindahkan tenaga gerak putar atau mendukung sesuatu beban dengan atau tanpa

meneruskan daya. Beban yang didukung oleh poros pada umumnya adalah kopling,

roda gigi, puli dan sabuk.

Dalam modul ini akan dibahas hal poros penerus tenaga gerak putar dan pasak

yang dipakai untuk meneruskan momen dari atau kepada poros.

Poros hampir terdapat pada setiap mesin dengan fungsi yang berbeda-beda. Macam-

macam poros dapat diklasifikasikan sebagai berikut.

1. Poros Transmisi

Poros transmisi mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya

ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli dan sabuk.

Poros bertangga Poros dengan roda gigi

11

Poros bertangga

Poros engkol

Poros dengan roda gigi dan puli

12

2. Gandar

Poros yang dipasang diantara roda-roda kereta tidak mendapat beban puntir,

disebut gandar. Gandar hanya mengalami beban lentur.

Tujuan dari perencanaan poros adalah untuk menentukan ukuran diameter

poros berdasarkan data penggunaan poros dengan menggunakan rumus- rumus

kekuatan bahan. Dalam perhitungan perencanaan poros harus diperhatikan:

12. Gaya/beban yang bekerja pada poros dapat berupa gaya tarik/tekan, gaya geser,

gaya puntir, gaya bengkok, gaya kejut.

13. Akibat gaya yang bekerja akan terjadi tegangan pada poros.

14. Konsep tegangan digunakan dalam proses perencanaan bahan yang dipergunakan

dan ukuran poros.

15. Tegangan pada poros pada umumnya berupa tegangan puntir , bengkok , gabungan

bengkok dan puntir, dan gabungan bengkok-puntir dan beban aksial.

16. Bahan poros dipilih sesuai dengan tegangan yang terjadi akibat beban yang bekerja

pada poros. Kekuatan bahan yamg dipilih dapat diketahui dari tabel bahan yang

dikeluarkan oleh pabrik (didapatkan dari hasil uji tarik).

17. Tegangan yang diijinkan adalah tegangan maksimum yang boleh bekerja pada

poros, agar poros tersebut tidak mengalami deformasi plastis

Tegangan yang terjadi pada poros.

Tegangan adalah gaya per satuan luas.

13

2)

F = Gaya yang bekerja (kg)

A = Luas penampang poros (mm2)

Tegangan yang terjadi pada poros pada umumnya berupa tegangan puntir ,

bengkok , gabungan bengkok dan puntir, dan gabungan bengkok-puntir dan

beban aksial.

Tegangan yang terjadi pada poros harus lebih kecil atau maksimum sama

dengan tegangan yang diijinkan untuk bahan poros yang dipakai.

Tegangan Yang Diijinkan

Tegangan ijin adalah tegangan maksimum yang boleh bekerja pada bahan, agar

bahan tersebut tidak mengalami deformasi plastis.

Tegangan ijin biasanya ditulis dengan simbol (tegangan tarik) atau (tegangan

geser).

Besarnya tegangan ijin suatu bahan biasanya ditentukan berdasarkan percobaan

dan pengalaman.

Harga-harga ini sangat tergantung pada jenis bahan dan jenis pembebanan.

Tegangan tarik ijin dihitung dengan membagi tegangan maksimum dengan

angka keamanan.

Tegangan tarik yang terjadi harus lebih kecil atau maksimum sama dengan

tegangan tarik ijin.

Untuk merencanakan sebuah poros ada beberapa hal penting yang perlu

diperhatikan yaitu kekuatan poros, kekakuan poros, putaran kritis, korosi dan bahan

poros.

1. Kekuatan Poros

Poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur atau gabungan antara

puntir dan lentur walaupun ada juga poros yang mengalami beban aksial berupa

14

beban tarik atau tekan seperti poros turbin atau baling-baling kapal. Poros harus

direncanakan sehingga cukup kuat untuk menahan beban-beban tersebut di atas.

Selain berbagai macam beban yang dialami poros maka untuk pemakaian dalam

waktu yang lama poros akan mengalami kelelahan (fatique) yang dapat mengurangi

kekuatan poros. Begitu juga dengan bentuk pembebanan yang terjadi apakah

dengan tumbukan atau tidak. Bentuk poros juga ikut berpengaruh karena dapat

menimbulkan terjadinya konsentrasi tegangan. Konsentrasi tegangan terjadi bila

diameter poros diperkecil yaitu pada poros bertangga atau jika pada poros dibuat

pasak.

2. Kekakuan Poros

Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup akan tetapi jika poros ini

mengalami lenturan akibat beban lentur yang dialaminya atau mengalami defleksi

puntir yang terlalu besar akibat beban puntir maka akan terjadi getaran atau suara

yang keras atau bising. Jadi disamping kekuatan poros, kekakuannya harus juga

diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan menggunakan poros

tersebut.

3. Putaran Kritis

Poros dapat mengalami putaran yang disebut putaran kritis. Putaran kritis adalah

besarnya putaran tertentu yang dapat mengakibatkan terjadi getaran yang luar biasa

besarnya. Hal ini dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian

mesin lainnya. Putaran kritis dapat terjadi pada turbin, motor torak, motor listrtik.

Maka poros harus direncanakan sedemikian rupa sehingga putaran kerjanya lebih

rendah dari putaran kritisnya.

4. Korosi

Bahan-bahan untuk membuat poros selain kuat dan kaku juga harus tahan terhadap

korosi terutama untuk poros balin-baling dan pompa yang dipakai pada bagian

mesin yang megalami kontak dengan fluida yang korosif. Demikian juga untuk

poros-poros yang mengalami kavitasi, dan poros-poros mesin yang sering berhenti

lama. Untuk poros ini perlu dilakukan perlindungan terhadap korosi.

5. Bahan Poros

15

Poros untuk mesin umumnya dibuat dari baja karbon konstruksi mesin (S-C), baja

tempa (SF), baja chrom nikel dan ada juga yang mendapatkan perlakuan panas

untuk memperbaiki sifar-sifatnya. Ukuran poros padat yang tersedia di pasar adalah

- Sampai dengan 25 mm 0,5 mm bertahap

- 25 sampai 50 mm 1.0 mm increment

- 50 sampai 100 mm 2,0 mm bertahap

- 100 sampai 200 mm 5.0 mm increment

PERHITUNGAN PERENCANAAN POROS

Poros transmisi adalah poros yang mengalami beban puntir, beban lentur dan

beban aksial. Pertama akan dibahas poros dengan beban utama puntir atau torsi,

seperti 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 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:

Pd = fc P (kW) (1)

16

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:

102

60/n21000/TP 1

d

(2)

Sehingga besar momen puntir dapat dihitung dari persamaan:

1

d5

n

P10x74,9T (3)

Jika momen puntir yang terjadi T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros d,

(mm) maka besarnya tegangan geser (kg/mm2) yang terjadi adalah :

3

s

3

s d

T1,5

)16/d(

T

(4)

Tegangan geser (kg/mm2) yang terjadi ini menjadi pertimbangan utama dalam

memilih bahan poros. Dari bahan poros yang dipilih yang mempunyai kekuatan tarik B -

(kg/mm2) yang dapat diketahui dari tabel kekuatan bahan dapat dihitung Tegangan

geser yang diijinkan a (kg/mm2). Tegangan geser yang diijinkan a (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

17

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 a dapat

dihitung dengan rumus.

21Ba xSfSf/ (5)

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

3/1

bt

a

s TCK1,5

d

(6)

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

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

18

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 ( ) 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 ( ) dapat diperoleh dengan diagram

R. E. Peterson.

Bila harga faktor konsentrasi tegangan yang terjadi akibat adanya alur pasak dan

poros dibuat bertangga yaitu atau 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 dan , dan pilihlah

yang lebih besar. Kemudian koreksi Sf2 yang ditaksir sebelumnya untuk konsentrasi

tegangan, dalam mengambil a . Sf2 ( atau ) sebagai tegangan yang diijinkan yang

dikoreksi. Bandingkan harga ini dengan . 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.

Contoh soal.

Rencanakan sebuah poros untuk memindahkan daya dari sebuah motor listrik sebesar

10 (kW) pada putaran 1450 (rpm). Poros mengalami beban puntir, dan juga beban

lentur. Pada poros dibuat sebuah alur pasak, jika sehari poros ini dipakai selama 8 jam

dengan tumbukan ringan. Bahan dibuat dari baja batang difinis dingin S30C-D.

19

Penyelesaian soal.

1. Daya yang ditransmisikan P = 10 (kW), putaran n1 = 1450 (rpm)

2. Faktor koreksi untuk tumbukan ringan fc = 1,0

3. Harga daya yang direncanakan Pd = fc x P. Maka Pd = 1,0 x 10 = 10 (kW)

4. Harga momen puntir rencana T = 9,74 x 105 x 10/1450 = 6717 (kg.mm)

5. Kekuatan bahan S30C-D, Dari tabel bahan diketahui:

Tegangan tarik B = 58 (kg/mm2),

Faktor keamanan untuk menghitung tegangan geser ijin Sf1 = 6,0,

Dan faktor keamanan untuk konsentrasi tegangan Sf2 = 2,0

6. Tegangan geser yang diiijinkan a = 58/(6,0 x 2,0) = 4,83 (kg/mm2)

7. Karena poros akan mengalami beban lentur maka diambil faktor beban lentur Cb =

2,0 dan faktor koreksi untuk momen puntir Kt = 1,5.

8. Dengan memasukkan harga tegangan geser yang diijinkan, momen puntir

rencana, fackor-faktor keamanan, faktor beban lentur dan faktor koreksi untuk

momen puntir pada rumus untuk menghitung diameter poros

3/1

bt

a

s TCK1,5

d

ds =

6717x5.1x0.2x

83,4

1,5 1/3 = 27,7 (kg.mm)

maka dibuat diameter poros ds = 28 (mm)

9. 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. Anggaplah diameter bagian yang menjadi tempat

20

bantalan adalah = 30 (mm), jari-jari filet r = (30-28)/2 = 1,0 (mm), alur pasak 8 x 4 x

filet 0,4 (0,4 besar dari JIS)

Konsentrasi tegangan pada poros bertangga dari diagram R. E. Peterson adalah

jari-jari filet r dibagi dengan diameter poros d yaitu 1,0/28 = 0.034, dan dari hasil

bagi diameter poros tempat bantalan dengan diameter poros didapatkan 30/28 =

1,07, maka besarnya harga faktor konsentrasi tegangan untuk poros bertangga

= 1,37

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 ( ) dapat diperoleh

dengan diagram R. E. Peterson. Harga konsentrasi tegangan pada poros dengan

alur pasak didapat dari harga jari-jari filet r = 0,4 dibagi dengan harga diameter

poros 28 yaitu sama dengan 0,014, maka didapatkan = 2,8 . Harga > maka

yang dipergunakan adalah harga

Harga tegangan geser ijin yang dipergunakan untuk menghitung diameter pada no

8 didapatkan dengan menggunakan factor tegangan yang diambil sembarang yaitu

2. Dari perhitungan faktor konsentrasi tegangan yang didapat dari diagram R.E.

Peterson tenyata lebih besar yaitu 2,8 maka perlu diadakan pengecekan apakah

a . Sf2/ apakah lebih besar atau lebih kecil dari Cb.Kt

Jika ternyata lebih kecil berarti diameter maka perarti diameter yang didapatkan

harus dikoreksi menjadi lebih besar sedangkan jika lebih kecil berarti diameter

tersebut sudah sesuai atau sudah cukup kuat.

10. Pengecekan diameter hasil perhitungan no 8

Tegangan yang terjadi dapat dihitung dari persamaan (4)

= 5,1 x 6717/(28)3 = 1,56 (kg/mm2)

21

Maka tegangan geser yang terjadi dikalikan faktor beban lentur dan faktor koreksi

beban

Cb.Kt = 1,56 x 2,0 x 1,5 = 4,68 (kg/mm2)

Tegangan geser yang diijinkan dengan menggunakan faktor konsentrasi tegangan

atau dan dipilih yang besar yaitu 2,8. (harga ini lebih besar dari harga

perkiraan Sf2 = 2).

Maka tegangan geser yang diijinkan dikalikan dengan Sf2 dibagi dengan

a . Sf2/

4,83 x 2,0/2,8 = 3,45 (kg/mm2)

Berarti a . Sf2/ < Cb.Kt

3,45 < 4,68 maka harga diameter hasil perhitungan no 8 harus dikoreksi

dan perhitungan diulang dengan mengubah diameter poros menjadi lebih besar

yaitu:

11. Buatlah diameter menjadi ds = 31,5 (mm)

Diameter bagian bantalan dibuat 35 (mm)

Jari-jari filet (35 – 31,5)/2 = 1,75 (mm)

Alur pasak 10 x 4,5 x 0,6

Konsentrasi tegangan dari poros bertangga adalah

1,75/31,5 = 0.056, 35/31,5 = 1,11 =1,30

Konsentrasi tegangan dari poros dengan alur pasak adalah

0,6/31,5 = 0,019, = 2,7, >

12. Tegangan yang terjadi = 5,1 x 6717/(31,5)3 = 1,10 (kg/mm2)

22

Maka tegangan geser yang terjadi dikalikan faktor beban lentur dan faktor

koreksi beban

Cb.Kt = 1,10 x 2,0 x 1,5 = 3,3 (kg/mm2)

Tegangan geser yang diijinkan dengan menggunakan faktor konsentrasi

tegangan atau dan dipilih yang besar yaitu 2,7. (harga ini lebih besar dari

harga perkiraan Sf2 sama dengan 2).

Maka tegangan geser yang diijinkan dikalikan dengan Sf2 dibagi dengan

a . Sf2/

4,83 x 2,0/2,7 = 3,58 (kg/mm2)

Berarti a.Sfa/> Cb.Kt, atau sudah baik.

13. Dari hasil perhitungan diatas dapat disimpulkan harga diameter poros yang

dapat dipakai adalah ds = 31,5 (mm) dari bahan S30C-D

Diameter poros: 31,5 x 35

Jari-jari filet 1,75 (mm)

Pasak : 10x 8

Alur pasak: 10 x 4,5 x 0,6

Berikut ini adalah table-tabel yang dapai dipergunakan dalam merencanakan poros.

23

24

25

26

27

28

Materi 3

Macam – macam pasak

Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menghubungkan/

menetapkan bagian-bagian mesin seperti roda gigi, sproket, puli, dan kopling. Pasak

pada umumnya dapat digolongkan atas beberapa macam menurut letaknya pada poros

yaitu: pasak pelana, pasak rata, pasak benam, dan pasak singgung, yang umumnya

berpenampang segi empat. Dalam arah memanjang dapat dibentuk prismatis atau

berbentuk tirus. Pasak benam prismatis ada yang khusus dipakai sebagai pasak luncur.

Disamping itu ada juga pasak tembereng dan pasak jarum.

Yang sering dipakai adalah pasak benam yang dapat meneruskan momen yang

besar. Untuk momen dengan tumbukan, dapat digunakan pasak singgung.

Gaya keliling F (kg) yang sama seperti tersebut diatas dikenakan pada luas

permukaan samping pasak. Kedalam alur pasak pada poros dinyatakan dengan t1, dan

kedalaman alur pasak pada naf dengan t2. abaikan pengurangan luas permukaan oleh

pembulatan sudut pasak. Dalam hal ini tekanan permukaan p (kg/mm2) adalah

)atautt(lx

Fp

21

Dari harga tekanan permukaan yang diizinkan pa (kg), panjang pasak yang diperlukan

dapat dihitung dari

)atautt(lx

Fp

21

a

Harga pa adalah sebesar 8(kg/mm2) untuk poros dengan diameter kecil,

10(kg/mm2) untuk poros dengan diameter besar, dan setengah dari harga-harga diatas

untuk poros berputaran tinggi.

Perlu diperhatikan bahwa lebar pasak sebaiknya antara 25-35 (%) dari diameter

poros, dan panjang pasak jangan terlalu panjang dibandingkan dengan diameter poros

antara (0,75 sampai 1,5 ds). Karena lebar dan tinggi pasak sudah distandarkan, maka

beban yang ditimbulkan oleh gaya F yang besar hendaknya diatasi dengan

menyesuaikan panjang pasak. Namun demikian, pasak yang terlalu panjang tidak dapat

menahan tekanan yang merata pada permukaannya. Jika terdapat pembatasan pada

29

ukuran naf atau poros, dapat dipakai ukuran yang tidak standar atau ukuran poros perlu

dikoreksi.

Contoh soal.

Tentukan bahan dan ukuran suatu pasak untuk poros yang meneruskan daya sebesar

10 (kW) pada 1450 (rpm). Panjang pasak benam tidak boleh lebih dari 1,3 kali diameter

poros.

Penyelesaian soal

1. P = 10 (kW), n1 = 1450 (rpm)

2. fc = 1

3. Pd = 1,0 X 10 = 10 (kW)

4. T = 9,74 x 105 x 10/1450 = 6717 (kg.mm)

5. S30C-D : 2Sf,6Sf),mm/kg(58 21

2

B

6. )mm/kg(83,4)0,2x0,6/(58 2

sa

7. K1=2, Cb=2

8. )mm(5,31)mm(4,306717x2x2x83,4

1,5d

3/1

s

9. F=6717/(31,5/2) = 426 (kg)

10. penampang pasak 10 x 8,

kedalaman alur pasak pada poros t1 = 4,5 (mm)

kedalaman alur pasak pada naf t2 = 3,5 (mm)

11. Jika bahan pasak S45C dicelup dingin dan dilunakkan, maka

183x6Sf.Sf,3Sf,6Sf),mm/kg(70 2K1K21

2

B

12. Tegangan geser yang diizinkan )mm/kg(9,318/70 2

ka

Tekanan permukaan yang diizinkan pa=8(kg/mm2)

13. )mm(9,10l9,3xl10

4261

1

k

30

)mm(2,15l0,85,3xl

426p 2

2

14. l = 15,2 (mm)

15. lk = 25 (mm)

16. b/ds = 10/31,5 = 0,317, 0,25 < 0.317 <0,35, baik

lk/ds = 25/31,5 = 0,794, 0,75 < 0,794 <1,5, baik

17. Ukuran pasak: 10 x 8 (standar)

Panjang pasak yang aktif: 25 (mm)

Bahan pasak: S45C, dicelup dingin dan dilunakkan.

Berikut ini adalah tabel ukuran pasak.

31

32

Soal evaluasi

1. Perencanaan merupakan penerapan kreatifitas untuk

a. membuat rencana untuk menyelesaikan sebuah masalah dan

menerapkan rencana tersebut

b. membuat rencana untuk menyelesaikan sebuah masalah dan

mengkomunikasikan rencana tersebut

c. membuat rencana untuk menyelesaikan sebuah masalah dan

memproduksi rencana tersebut

d. membuat rencana untuk menyelesaikan sebuah masalah dan

mengevaluasi rencana tersebut

2. Poros transmisi berfungsi untuk

a. memindahkan tenaga gerak putar

b. mendukung daya.

c. meneruskan beban tanpa daya

d. memindahkan beban

3. Gandar mengalami beban

a. beban puntir

b. beban lentur

c. beban tarik

d. beban geser

4. Tujuan dari perencanaan poros adalah untuk

a. menentukan ukuran diameter poros

b. menentukan kekuatan bahan poros

c. menentukan jenis bahan poros

d. menentukan ukuran panjang poros

5. Bahan poros dipilih sesuai dengan

a. puntiran yang terjadi akibat beban yang bekerja pada poros

b. tegangan yang terjadi akibat beban yang bekerja pada poros

c. lenturan yang terjadi akibat beban yang bekerja pada poros

d. regangan yang terjadi akibat beban yang bekerja pada poros

6. Tegangan yang diijinkan adalah

33

a. tegangan minimum yang boleh bekerja pada poros, agar poros tersebut tidak

mengalami deformasi plastis

b. tegangan minimum yang boleh bekerja pada poros, agar poros tersebut tidak

mengalami deformasi elastis

c. tegangan maksimum yang boleh bekerja pada poros, agar poros tersebut

tidak mengalami deformasi plastis

d. tegangan maksimum yang boleh bekerja pada poros, agar poros tersebut

tidak mengalami deformasi elastis

7. Tegangan yang terjadi pada poros

a. harus lebih kecil atau maksimum sama dengan tegangan yang diijinkan untuk

bahan poros yang dipakai

b. harus lebih kecil atau miniimum sama dengan tegangan yang diijinkan untuk

bahan poros yang dipakai

c. harus lebih besar atau maksimum sama dengan tegangan yang diijinkan

untuk bahan poros yang dipakai

d. harus lebih besar atau minimum sama dengan tegangan yang diijinkan untuk

bahan poros yang dipakai

8. Akibat gaya yang bekerja pada poros akan terjadi

a. tegangan puntir dan tegangan lentur

b. tegangan puntir dan tegangan izin

c. tegangan izin dan tegangan lentur

d. tegangan izin dan tegangan tarik

9. Poros untuk mesin umumnya dibuat dari

a. baja karbon konstruksi mesin, baja tempa dan besi cor

b. baja karbon konstruksi mesin, komposit dan besi tuang

c. baja karbon konstruksi mesin, baja tempa dan besi tuang

d. baja karbon konstruksi mesin, baja tempa dan baja chrom nikel

10. Jika poros diberi alur pasak atau dibuat bertangga, maka pengaruh akan terjadi

a. konsentrasi tegangan

b. konsentrasi puntiran

c. konsentrasi lenturan

34

d. konsentrasi geseran

11. Sebuah poros memindahkan tenaga gerak putar sebesar 5 HP pada putaran 1750

rpm, poros didukung oleh 2 buah bantalan dan memutar sebuah roda gigi seperti

pada gambar. Hitung momen puntir yang terjadi pada poros

12. Rencanakan sebuah poros untuk memindahkan daya dari sebuah motor listrik

sebesar 5 (kW) pada putaran 1000 (rpm). Poros mengalami beban puntir, dan juga

beban lentur. Pada poros dibuat sebuah alur pasak, jika sehari poros ini dipakai

selama 16 jam dengan tumbukan ringan. Bahan harus dipilih sendiri yang sesuai.

35

Kunci soal evaluasi

1. b

2. a

3. b

4. a

5. b

6. b

7. c

8. a

9. d

10. a

36

Rangkuman

Perencanaan merupakan penerapan kreatifitas dalam membuat rencana untuk

menyelesaikan sebuah masalah dan kemudian mengkomunikasikan rencana tersebut

kepada orang lain. Dalam membuat perencanaan diperlukan penguasaan terhadap

berbagai macam ilmu pengetahuan dan teknologi artinya perencanan merupakan

aplikasi dari IPTEK untuk menyelesaikan sebuah masalah atau kebutuhan.

Penyelesaian masalah atau kebutuhan dalam perencanaan mesin dapat berupa

membuat produk atau mesin baru atau dapat juga memperbaiki atau meningkatkan

kemampuan produk atau mesin yang sudah ada. Perencanaan selalu diawali dari

identifikasi adanya kebutuhan atau masalah yang harus diselesaikan. Dari hasil

identifikasi dibuat rumusan masalah sebagai patokan atau arah yang akan diselesaikan.

Berikutnya dibuat beberapa alternatif pemecahan masalah dalam bentuk pemodelan

yang akan dianalisa atau dipilih mana yang akan mendapatkan hasil terbaik dalam

menyelesaikan masalah. Alternatif atau pemodelan yang dipilih kemudian dievaluasi

dan dibuat gambar kerjanya untuk diuji coba. Jika hasil coba sudah baik atau

memuaskan barulah hasil ini diproduksi.

Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir

semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Poros adalah

elemen mesin berbentuk batang dan umumnya berpenampang lingkaran, berfungsi

memindahkan tenaga gerak putar atau mendukung sesuatu beban dengan atau tanpa

meneruskan daya. Beban yang didukung oleh poros pada umumnya adalah kopling,

roda gigi, puli dan sabuk.

Perhitungan dalam perencanaan poros harus memperhatikan:

Gaya/beban yang bekerja pada poros, akibat gaya yang bekerja akan terjadi tegangan

pada poros. Konsep tegangan digunakan dalam proses perencanaan bahan yang

dipergunakan dan ukuran poros. Bahan poros dipilih sesuai dengan tegangan yang

terjadi akibat beban yang bekerja pada poros.

Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menghubungkan/

menetapkan bagian-bagian mesin seperti roda gigi, sproket, puli, dan kopling. Yang

sering dipakai adalah pasak benam yang dapat meneruskan momen yang besar. Untuk

momen dengan tumbukan, dapat digunakan pasak singgung.

37

Daftar pustaka

Holowenko, dkk. , 1980 , Machine Design, Asian Student Edition, Schaums

Outline Series, New York : McGraw-Hill Book, Inc.

Khurmi, R.S., Gupta, J.K., 1980 , Machine Design, New Delhi: Eurasia Publishing

House.

Shigley, J.E., Mitchell, L.D., 1986, Perencanaan Teknik Mesin Jakarta :

Erlangga.

Sularso, Kiyokatsu Suga, 1980, Elemen Mesin, Jakarta: Pradnya Paramita.