BAB III METODOLOGI PERANCANGAN
3.2. Dasar teori perancangan
3.2.1 Macam – macam poros
Bentuk, ukuran dan jenisnya poros ada bermacam – macam. Dari yang kecil sebesar jari sampai yang berdiameter satu meter lebih ada. Dari semua poros itu mempunyai fungsi dan karakteristik masing – masing. Adapun jenis – jenis poros yang berfungsi sebagai penerus daya adalah sebagai berikut.
1. Poros transmisi
Poros transmisi yaitu poros yang menerima beban puntir murni atau poros yang menerima beban puntir dan beban lentur. Daya ditransmisikan pada poros ini melelui kopling, roda gigi, pully sabung atau sprocket rantai, dll.
2. Spindel
Spindel yaitu poros transmisi yang relative pendek, seperti poros utama pada mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran. Syarat utama yang harus dipenuhi oleh poros ini adalah deformasinya harus sekecil mungkin dan entk dan ukuranya harus teliti.
3. Gandar
Poros gandar yaitu poros yang seperti terpasang diantara roda – roda kereta barang, dimana tidak mendapat beban punter, bahkan
kadang – kadang tidak boleh berputar . Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakan oleh penggerak mula dimana akan mengalami bean puntir juga.
3.2.2 Hal – hal penting dalam perancangan poros
Dalam merancang sebuah poros tidak boleh ngasal dan sembarangan menentukan ukuran dan jenis matrialnya karena ukuran dan matrial akan sangat menentukan umur dari poros tersebut. Maka dari itu ada hal - hal penting yang harus diperhatikan dalam merancang sebuah poros yaitu;
1. Kekuatan poros.
Poros transmisi itu bisa mengalami beban puntir atau beban lentur atau gabungan antara beban puntir dan beban lentur seperti yang telah dijelaskan diatas. Juga ada poros yang mendapatkan beban tarik atau beban tekan seperti poros pada baling – baling kapal atau turbin. Kelelahan, tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil atau bila poros mempunyai alur pasak, harus diperhatikan. Sebuah poros harus direncanakan hingga cukup kuat untuk menahan beban – beban yang akan diterima.
2. Kekakuuan poros.
Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang sangat besar tetapi jika lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar akan menyebabkan ketidak telitian jika digunakan pada mesin perkakas
atau getaran dan suara jika digunakan pada turbin atau gear box. Oleh karena itu selain kekuatan poros kekakuannyapun harus juga diperhatikan dan disesuaikan dengan fungsinya pada mesin tersebut
3. Putaran kritis
Jika putaran mesin dinaikan sampai suatu harga tertrentu maka akan terjadi getaran yang sangat luar biasa besarnya. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor torak, motor listrik dll. Sehingga dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagain – bagain lainya. Maka dari itu sebisa mingkin diusahakan putaran kerja poros lebih rendah dari putaran kritisnya.
4. Korosi
Jika digunakan pada fluida yang korosif maka harus di pilih bahan – bahan poros yang tahan korosi sebagai contoh pada poros propeller dan poros pompa. Tidak hanya itu saja untuk poros – poros yang terancam kavitasi dan poros – poros mesin yang sering berhenti dalam kurun waktu yang lama. Sampai batas – batas tertentu dapat dilakuakn perlindngan korosi.
5. Bahan poros
Biasanya poros – poros untuk mesin umum menggunakan bahan – bahan yang ditarik dingin dan difinis, bahan karbon untuk konstruksi mesin biasanya disebut bahan S-C dengan kadar karbonya yang terjamin. Tapi bahan ini kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang
seimbang misalnya bila diberi alur pasak. Karena ada tegangan sisa didalam terasnya. Penarikan dingin ini membuat permukaan poros menjadi keras dan kekuatannya bertambah besar.
Poros – poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi biasanya digunakan dari bahan baja paduan dengan pengerasan kulit terhadap keausan. Beberapa diantarnya adalah baja khrom nilkel, baja khrom nikel molibden, baja khrom, baja khrom molibden, dll. Namun pemakaian baja khusus tidak selalu dianjurkan sekalipun digunakan untuk putaran yang tinggi dan beban yang berat. Dalam hal yang demikian itu maka perlu diperhatikan pemakaian baja khrom yang diberi perlakuan panas secara tepat untk memperoleh kekuatan secara tepat.
Tabel 3.1. Penggolongan baja secara umum
Golongan Kadar carbon (%) Baja lunak
Baja liat
Baja agak keras Baja keras Baja sangat keras
-0.15 0.2-0.3 0.3-0.5 0.5-0.8 0.8-1.2
(Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin Sularso hal.4) 3.2.3 Poros dengan beban puntir
Macam dan kegunaan poros itu banyak sekali dan salah satunya adalah poros dengan beban puntir yaitu jika sebuah poros hanya mendapat pembebanan utama sebuah torsi, yaitu seperti poda poros motor dengan sebuah kopling. Jika merencanakan sebuah poros yang hanya mendapat beban berupa torsi, maka diameter poros tersebut dapat lebih kecil dari diameter poros yang dibayangkan. Tapi jika diperkirakan
akan terjadi lenturan, terikan, atau tekanan, yaitu jika sebuah sabuk, rantai, atau roda gigi dipasangkan pada poros motor. Maka tambahan pembebanan tersebut harus diperhatikan dengan menambah perhitungan faktor keamanan.
Tabel 3.2. Faktor – faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan Daya yang akan ditransmisikan Faktor keamanan Daya rata – rata yang diperlukan
Daya maksimum yang diperlukan Daya normal
1.2-2 0.8-1.2 1.0-1.5
(Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin Sularso hal.7 Tabel 3.3. Diameter poros
4 4.5 5 *5.6 6 *6.3 7 *7.1 8 9 10 11 *11.2 12 *12.5 14 (15) 16 (17) 18 19 20 22 *22.4 24 25 28 30 *31.5 32 35 *35.5 38 40 42 45 48 50 55 56 60 63 65 70 71 75 80 85 90 95 100 (105) 110 *112 120 125 130 140 150 160 170 180 190 200 220 *224 240 250 260 280 300 *315 320 340 *355 360 380 400 420 440 450 460 480 500 530 560 600 630 Keterangan:
1. Tanda * menyatakan bahwa bilangan yang besangkutan dipilih dari bilangan standart.
2. Bilangan di dalam kurung hanya dipakai untuk bagian dimana akan dipasang bantalan gelinding.
(Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin Sularso hal.9)
3.2.4 Poros dengan beban lentur murni.
Contoh poros dengan beban lentur murni adalah gander dari kereta tambang dan kereta rel tidak dibebani dengan puntiran melainkan mendapatkan pembebanan lentur saja. Dalam kenyataanya gander tidak hanya mendapat beban statis saja melainkan juga mendapat beban dinamis.
Tabel 3.4. Faktor tambahan tegangan pada gander
Pemakaian gander Faktor tambahan tegangan Gandar pengikut (tidak termasuk
gandar dengan rem cakram) 1.0 Gandar yang digerakan; ditumpu pada
ujungnya 1.1-1.2
Gandar yang digerakan; lenturan
silang 1.1-1.2
Gandar yang digerakan; lenturan
terbuka 1.2-1.3
(Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin Sularso hal.13) 3.2.5 Poros dengan beban puntir dan lentur
Selain poros dengan beban puntir dan poros dengan beban lentur murni ada juga gabungan dari keduanya yaitu poros dengan beban puntir dan lentur. Yaitu pada umumnya poros meneruskan daya melalui sabuk, roda gigi, dan rantai. Sehingga poros tersebut dapat dikatakan mendapat beban puntir dan lentur secara bersamaan sehingga pada
permukaan poros akan terjadi tegangan geser karena momen puntir dan tegangan karena momen lentur. Pada umumnya beban yang terjadi pada poros aalah beban yang berulang. Maka dari itu untuk menghitung tegangan yang bekerja pada poros harus memasukan pengaruh kelelahan karena beban berulang.