Sistem Satuan

BAB II KONSEP DASAR PERANCANGAN

2.6. Sistem Satuan

Sistem satuan yang akan digunakan dalam perancangan adalah Sistem Internasional (SI) dengan penggunaan satuan metrik seperti dalam Tabel 2.1. Awalan yang dipakai pada satuan-satuan dasar menunjukkan aturan besaran seperti yang diperlihatkan dalam Tabel 2.2.

Gambar 2.8 Langkah-langkah dalam proses perancangan

Mengenali kebutuhan konsumen

Mendefinisikan fungsi-fungsi alat

Menyatakan syarat perancangan

Mendefinisikan kriteria evaluasi

Mengusulkan beberapa konsep perancangan alternatif

Mengevaluasi setiap alternatif yang diusulkan

Menilai setiap alternatif terhadap setiap kriteria evaluasi

Memilih konsep perancangan yang optimal

Menyelesaikan perancangan terperinci dari konsep yang terpilih

Menentukan spesifikasi

Membuat konsep perancangan

Pembuatan keputusan

Tabel 2.1 Satuan-satuan yang digunakan dalam perancangan mesin

Besaran Satuan SI Satuan Lainnya

Panjang atau jarak

Luas Gaya Massa Waktu Sudut Suhu

Torsi atau momen Energy atau kerja

Daya

Tegangan, tekanan atau modulus elastik Modulus penampang Momen kelembaman Kecepatan reaksi Meter (m) Millimeter (mm)

Meter persegi (m²) atau mm² Newton (N)

(1 N = 1 kg.m/s) Kilogram (kg) Detik (s)

Radian (rad) atau derajat (^o) Derajat Celcius (^oC) Newton meter (Nm) Joule (J) (1 J = 1 N.m) Watt (W) atak (kW) (1 W = 1 J/s = 1 N/s) Pascal (Pa) = 1 N/m²) Kilopascal (kPa) = 10³ Pa Megapascal (MPa) = 10⁶ Pa Gigapascal (GPa) = 10⁹ Pa Meter kubik (m3) atau (mm3) Meter pangkat 4(m4) atau (mm4) Radian per detik (rad/s)

Inci (in) Kaki (ft) Inci persegi (in²) Pound (lb) Kip (K) (1000 lb) Slug (lb.s²/ft) Detik (s) Derajat (^o) Derajat Farenheit (^oF) Pound-in (lb.in) atau (lb.ft) Pound-inci (lb.in)

Daya kuda (hp) (1 hp = 550 lb.ft/s) lb/in² atau psi K/in² atau ksi Inci kubik (in3) Inci pangkat 4 (in4) Putaran/menit (rpm)

Tabel 2.2 Awalan-awalan yang digunakan dengan satuan SI

Awalan Simbol SI Faktor

Mikro- Milli- Kilo- Mega- Giga- µ m k M G 10^-6 = 0,000 001 10^-3 = 0,001 10³ = 1000 10⁶ = 1000 000 10⁹ = 1000 000 000

Satuan berat, gaya dan massa perlu diperjelas untuk mengetahui perbedaan dengan coba menjawab pertanyaan: “Berapakah berat 75 kg baja? Maka perlu dijawab dengan mengetahui hubungan antara gaya dan massa dari fisika berikut:

Dimana: F adalah gaya, m adalah massa, a adalah percepatan, w adalah berat, dan g adalah percepatan gravitasi. Kita akan menggunakan g = 9,81 m/s² atau 32,2 ft/s². Kemudian untuk menghitung berat,

w = m g = 75 kg x 9.81 m/s² = 736 kg . m/s² = 736 N Maka dapat dikatakan bahwa massa 75 kg memiliki berat 736 N. 2.7. Penutup (Soal Latihan)

1. Apakah yang dimaksud dengan perancangan mekanis?

2. Bagaimana syarat dan kriteria sebuah perancangan yang tepat? 3. Berapakah daya dalam kilowatt untuk 15 HP?

BAB III

DASAR-DASAR PEMBEBANAN

Dasar pembebanan pada elemen mesin adalah beban (gaya) aksial, gaya geser murni, torsi dan bending. Setiap gaya menghasilkan tegangan pada elemen mesin, dan juga deformasi, artinya perubahan bentuk. Di sini hanya ada 2 jenis tegangan yaitu: normal dan geser. Gaya aksial menghasilkan tegangan normal. Torsi dan geser murni, menghasilkan tegangan geser, dan bending menghasilkan tegangan normal dan geser.

3.1. Gaya aksial

Balok pada Gambar 3.1 dibebani tarik sepanjang axis oleh gaya P pada tiap ujungnya. Balok ini mempunyai penampang yang seragam (uniform), dan luas penampang A yang konstan.

Gambar 3.1 : Gaya aksial pada balok

Tegangan. Dua gaya P menghasilkan beban tarik sepanjang axis balok, menghasilkan tegangan normal tarik ζ sebesar:

(3-1)

Contoh 1:

Tentukan tegangan normal pada sebuah balok persegi dengan sisi a = 5cm ditarik dengan gaya P = 55 kN.

Penyelesaian :

P = 55 kN = 55.000 N a = 5cm = 0,05m

Menghitung luas penampang balok A = a² = (0,05m)² = 0,00025 m². Menghitung tegangan normal dalam balok ζ :

= 22 x 10⁶ N/m² = 22 MPa. Contoh 2:

Hitung luas penampang minimum (Amin) yang dibutuhkan untuk balok yang dibebani tarik secara aksial oleh gaya P = 45 kN agar tidak melebihi tegangan normal maksimum σmax = 250 MPa.

Penyelesaian :

Mulai dengan Persamaan (3.1) dengan tegangan normal adalah maksimum σmax dan area A adalah minimum untuk memberikan:

= = 0.00018 m² Contoh 3:

Sambungan rantai besi cor seperti Gambar 3.2 di bawah ini dipakai untuk mentransmisikan beban tarik yang tetap sebesar 45 kN. Tentukan tegangan tarik yang terjadi dalam material rantai pada potongan A-A dan B-B.

Gambar 3.2 Seluruh dimensi dalam mm Penyelesaian:

Diketahui : P = 45 kN = 45.10³ N

Tegangan tarik ζ_{t1 yang terjadi penampang A-A adalah:} A1 = 20.45 = 900 mm².

ζt1 = P/A1 = 45.10³ N/900 mm²= 50 N/mm²= 50 MPa Tegangan tarik ζ_{t2 yang terjadi penampang B-B adalah:}

A2 = 20.(75-40) = 700 mm².

ζt2 = P/A2 = 45.10² N/700 mm² = 64,3 N/mm²= 64,3 MPa. Regangan

Gaya aksial pada Gambar 3.1 juga menghasilkan regangan aksial ε:

 = (3-2)

dengan δ adalah pertambahan panjang (deformasi) dan L adalah panjang balok.

Contoh 4:

Hitung regangan ε untuk pertambahan panjang δ = 0,038cm dan panjang balok L = 1,9 m. Penyelesaian : Menghitung regangan :  = = 0,0002 Diagram tegangan-regangan

Jika tegangan ζ diplotkan berlawanan dengan regangan ε untuk balok yang dibebani secara aksial, diagram tegangan-regangan untuk material ulet dapat dilihat pada Gambar 3.3, dengan A adalah batas proporsional, B batas elastis, D kekuatan ultimate (maksimum), dan F titik patah.

Diagram tegangan-regangan adalah linier sampai batas proporsional, dan mempunyai slope (kemiringan) E dinamakan modulus elstisitas. Dalam daerah ini persamaan garis lurus sampai batas proporsional dinamakan hukum Hooke’s, dan diberikan oleh Persamaan (3.3):

σ = E ε (3-3)

3.2. Geser murni

Sambungan balok dengan paku keling tunggal seperti pada Gambar 2.3 di bawah ini:

Gambar 3.3 : Gaya geser murni Tegangan.

Jika keling dipotong pada bagian tengah sambungan untuk mendapatkan luas penampang A dari keling, kemudian menghasilkan diagram benda bebas pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4: Diagram benda bebas

Gaya geser V memberikan aksi pada bagian penampang keling dan oleh keseimbangan statis sama dengan besarnya gaya P. Tegangan geser η dalam keling adalah:

(3-4) Satuan tegangan geser sama dengan tegangan normal, yaitu pound per square inch (psi) dan N/m² atau Pascal (Pa). Andaikata dua sambungan keling ditarik secara bersamaan seperti di bawah ini:

Gambar 3.5: Dua sambungan keling (tampak atas)

Jika kedua keling dipotong bagian tengah sambungan untuk mendapatkan luas penampang A dari keling, kemudian menghasilkan diagram benda bebas pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6: Diagram benda bebas Tegangan geser η dalam keling adalah:

Jumlah paku keling bertambah, maka tegangan geser setiap keling menjadi berkurang.

Contoh 5:

Tentukan tegangan geser η dalam salah satu dari empat sambungan keling jika diketahui P = 45 kN dan diameter D = 0,6 cm.

Penyelesaian :

Diketahui: P = 45kN = 45.000N D = 0,6 cm = 0,006 m

Menghitung penampang setiap keling A: A = πD²/4

= 3,14.(0,006m)²/4 = 0,00003 m².

Di sini 4 keling harus menahan gaya P, gaya geser V untuk tiap keling adalah:

4V = P

V = P/4 = 45.000N/4 = 11.250N Menghitung tegangan geser tiap keling adalah:

 = V/Akeling = 11.250 N / 0,00003 m² = 375.000.000 = N/m² = 375MPa 3.3. Working Stress (tegangan kerja)

Ketika perancangan elemen mesin, tegangan yang terjadi harus lebih rendah dari pada tegangan ultimate atau maksimum. Tegangan yang terjadi ini dinamakan working stress atau design stress. Atau dinamakan juga tegangan yang dijinkan.

Catatan: Kegagalan desain tidak berarti bahwa material mengalami patah. Beberapa elemen mesin dikatakan gagal ketika mereka mengalami deformasi plastis, dan mereka tidak bisa melakukan fungsi mereka dengan memuaskan.

3.4. Faktor Keamanan (N)

Definisi umum faktor keamanan adalah rasio antara tegangan maksimum (maximum stress) dengan tegangan kerja (working stress), secara matematis ditulis:

Untuk material yang ulet seperti baja karbon rendah, faktor keamanan didasarkan pada yield point stress (tegangan titik luluh);

Untuk material yang getas seperti besi cor, faktor keamanan didasarkan pada ultimate stress (kekuatan tarik);

Hubungan ini bisa juga digunakan untuk material yang ulet. Catatan : rumus di atas untuk faktor keamanan pada beban statis.

3.5. Penutup (Soal Latihan)

1.

Dua batang bundar berdiameter 50mm dihubungkan oleh pin, seperti pada Gambar 2.7, diameter pin 40 mm. Jika sebuah tarikan 120 kN diberikan pada setiap ujung batang, tentukan tegangan tarik dalam batang dan tegangan geser dalam pin.

Gambar 3.7

2.

Diameter piston mesin uap adalah 300mm dan tekanan uap maksimum adalah 0,7 N/mm². Jika tegangan tekan yang diijinkan untuk material batang piston adalah 40 N/mm², tentukan ukuran batang piston.

3.

Batang balok persegi 20mm x 20mm membawa sebuah beban. Batang tersebut dihubungkan ke sebuat bracket dengan 6 baut. Hitung diameter baut jika tegangan maksimum dalam batang balok adalah 150 N/mm² dan dalam baut 75 N/mm².

BAB IV

TEGANGAN BENDING DAN TORSI

Kadang-kadang elemen mesin menerima torsi murni atau bending murni, atau kombinasi tegangan bending dan torsi. Kita akan membahas secara detail mengenai tegangan ini pada halaman berikut ini.

4.1. Tegangan Geser Torsi

Ketika bagian mesin menerima aksi dua kopel yang sama dan berlawanan dalam bidang yang sejajar (atau momen torsi), kemudian bagian mesin ini dikatakan menerima torsi. Tegangan yang diakibatkan oleh torsi dinamakan tegangan geser torsi. Tegangan geser torsi adalah nol pada pusat poros dan maksimum pada permukaan luar.

Perhatikan sebuah poros yang dijepit pada salah satu ujungnya dan menerima torsi pada ujung yang lain seperti pada Gambar 4.1. Akibat torsi, setiap bagian yang terpotong menerima tegangan geser torsi. Kita akan membahas tegangan geser torsi adalah nol pada pusat poros dan maksimum pada permukaan luar. Tegangan geser torsi maksimum pada permukaan luar poros dengan rumus sebagai berikut

(4-1)

Dengan η = Tegangan geser torsi pada permukaan luar poros atau Tegangan geser maksimum.

r = Radius poros,

T = Momen puntir atau torsi, J = Momen inersia polar,

C = Modulus kekakuan untuk material poros, l = Panjang poros,

θ = Sudut puntir dalam radian sepanjang l. Catatan:

1. Tegangan geser torsi pada jarak x dari pusat poros adalah:

2. Dari persamaan (4.1) diperoleh

Untuk poros pejal berdiameter d, momen inersia polar J adalah:

Untuk poros berlubang dengan diameter luar do dan diameter dalam di, momen inersia polar J adalah:

[( ) ₍ ) ] [( ) ( ) ] *^{( ) ( )} + ( ) ( )

3. Istilah (C.J) dinamakan kekakuan torsi (torsional rigidity) dari poros. 4. Kekuatan poros berarti torsi maksimum yang ditransmisikan oleh

poros. Jadi desain sebuah poros untuk kekuatan, persamaan diatas bisa digunakan. Daya yang ditransmisikan oleh poros (dalam watt) adalah :

Dengan T = Torsi yang ditransmisikan dalam N-m, dan ω = kecepatan sudut dalam rad/s.

Contoh 1:

Sebuah poros mentransmisikan daya 100 kW pada putaran 160 rpm. Tentukan diameter poros jika torsi maksimum yang ditransmisikan melebihi rata-rata 25%. Ambil tegangan geser maksimum yang diijinkan adalah 70 Mpa. Penyelesaian: P = 100 kW = 100.10³ W; N = 160 rpm; Tmax = 1,25.Trata ; η = 70 MPa = 70 N/mm², Daya yang ditransmisikan P adalah:

Torsi maksimum yang ditransmisikan Tmax adalah: Diameter poros d ketika torsi maksimum adalah

Contoh 2:

Poros baja berdiameter 35 mm dan panjang 1,2 m dijepit pada satu ujungnya oleh hand wheel berdiameter 500mm dikunci pada ujung yang lain. Modulus kekakuan dari baja adalah 80 GPa.

1. Berapa beban yang dipakai untuk menahan piringan roda yang menghasilkan tegangan geser torsi 60 MPa?

2. Berapa derajat roda memuntir ketika beban dipakai? Penyelesaian:

D = 35 mm atau r = 17,5 mm; untuk poros L = 1,2 m = 1200 mm;

D = 500 mm atau R = 250 mm; untuk roda.

C = 80 GPa = 80 kN/mm² = 80.10³ N/mm²; η = 60 MPa = 60 N/mm2

. 1. Beban yang dipakai untuk menahan piringan roda (W).

Torsi yang dipakai untuk hand wheel (T), T = W.R = W.250 = 250 W N-mm Momen inersia polar poros J adalah:

Kita mengetahui bahwa:

W = 2020 N

2. Berapa derajat θ roda memuntir ketika beban W = 2020 N dipakai. Kita mengetahui bahwa:

Contoh 3:

Sebuah poros mentransmisikan daya 97,5 kW pada 180 rpm. Jika tegangan geser yang diijinkan pada material adalah 60 MPa, tentukan diameter yang sesuai untuk poros. Poros tidak boleh memuntir lebih dari 1^o pada panjang 3 meter. Ambil C = 80 GPa.

Penyelesaian:

θ = 1o

= π/180 = 0,0174 rad; l = 3 m = 3000 mm; C = 80 GPa = 80.10⁹ N/m² = 80.10³ N/mm².

Misalkan T = Torsi yang ditransmisikan oleh poros dalam Nm, dan d = diameter dalam mm. Kita mengetahui bahwa daya yang ditransmisikan oleh poros (P), T = 97,5.10³/18,852 = 5172 Nm = 5172.10³ Nmm.

Kita dapat menentukan diameter poros berdasarkan pada kekuatan dan kekakuan.

1. Pertimbangan kekuatan poros

Kita mengetahui bahwa torsi yang ditransmisikan (T), 5172.10³ Nmm = π/16 . η.d3 = π/16 . 60.d3 = 11,78.d3 d³ = 5172.10³/11,78 = 439.10³

d = 76 mm

2. Pertimbangan kekakuan poros Momen inersia polar dari poros, J = π/32 .d⁴ = 0,0982.d⁴ Kita mengetahui bahwa :

Ambil yang lebih besar dari dua nilai di atas, kita akan peroleh d = 103 mm dibulatkan menjadi 105 mm.

4.2. Tegangan Bending dalam Balok Lurus

Dalam praktik keteknikan, bagian-bagian mesin dari batang struktur yang mengalami beban statis atau dinamis yang selain menyebabkan tegangan bending pada bagian penampang juga ada tipe tegangan lain seperti tegangan tarik, tekan dan geser. Balok lurus yang mengalami momen bending M seperti pada Gambar 4.2 di bawah ini:

Gambar 4.2: Tegangan bending pada balok lurus.

Ketika balok menerima momen bending, bagian atas balok akan memendek akibat kompresi dan bagian bawah akan memanjang akibat tarikan. Ada permukaan yang antara bagian atas dan bagian bawah yang tidak memendek dan tidak memanjang, permukaan itu dinamakan permukaan netral. Titik potong permukaan netral dengansembarang penampang balok dinamakan sumbu netral. Distribusi tegangan dari balok ditunjukkan dalam Gambar 4.2. Persamaan bending adalah :

Yang mana, M = aksi momen bending pada bagian yang diberikan, ζ = tengan bending,

I = Momen inersia dari penampang terhadap sumbu netral,

y = Jarak dari sumbu netral ke arsiran, E = Modulus elastisitas material balok, R = Radius kelengkungan balok.

Dari persamaan di atas, rumus tegangan bending adalah:

Karena E dan R adalah konstan, oleh karena itu dalam batas elastis, tegangan pada sembarang titik adalah berbanding lurus terhadap y, yaitu jarak titik ke sumbu netral. Juga dari persamaan di atas, tegangan bending adalah:

⁄

Rasio I/y diketahui sebagai modulus penampang (section modulus) dan dinotasikan Z.

Contoh 4:

Sebuah poros pompa ditunjukkan pada Gambar 4.3. Gaya-gaya diberikan sebesar 25 kN dan 35 kN pusatkan pada 150mm dan 200mm berturut-turut dari kiri dan kanan bantalan. Tentukan diameter poros, jika tegangan tidak boleh melebihi 100 Mpa.

Gambar 4.3 Penyelesaian:

Diketahui: ζb = 100 MPa = 100 N/mm³ RA dan RB = Reaksi pada A dan B. Momen pada A adalah:

RB = 30.000/950 = 31,58 kN = 31,58.10³ N Dan RA = (25 + 35) – 31,58 = 28,42 kN = 28,42.10³ N Momen bending pada C adalah:

= RA. 150 = 28,42.10³ = 4,263.10⁶ Nmm.

Dan bending pada D = RB.200 = 31,58.10³.200 = 6,316.10⁶Nmm

Kita melihat bahwa momen bending maksimum adalah pada D, oleh karena itu momen bending maksimum, M = 6,316.10⁶ Nmm. Sedangkan d = diameter poros, dan section modulus, Z adalah

= 0,0982.d³

Kita mengetahui bahwa tegangan bending (ζb), 100 = M/Z

100 = 6,316.10⁶/(0,0982.d³) = 64,32.10⁶/d³ d³ = 64,32.10⁶/100 = 643,2.10³

d = 86,3 mm ≈90 mm. Contoh 5:

Sebuah poros roda panjangnya 1 meter mendukung bantalan pada ujungnya dan pada bagian tengahnya menahan beban fly wheel sebesar 30 kN. Jika tegangan (bending) tidak boleh melebihi 60 MPa, tentukan diameter poros tersebut. Poros roda ditunjukkan Gambar 4.4.

Penyelesaian:

Diketahui: L = 1 m = 1000 mm; W = 30 kN = 30.10³ N; ζb = 60 MPa = 60 N/mm². Misalkan d = Diameter poros dalam mm.

Section modulus,

Momen bending pada pusat poros,

Kita mengetahui tegangan bending (ζb)

d³ = 76,4.10⁶/60 = 1,27.10⁶ d = 108,3 mm ≈ 110 mm Contoh 6:

Sebuah balok berpenampang persegi pada salah satu ujungnya dijepit dan menahan sebuah motor listrik dengan berat 400 N pada jarak 300 mm dari ujung jepit. Tegangan bending maksimum pada balok adalah 40 MPa. Tentukan lebar dan tebal balok jika tebalnya adalah dua kali lebar. Balok ditunjukkan Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Penyelesaian:

Diketahui: W = 400 N; L = 300 mm; ζb = 40 MPa = 40 N/mm²; h = 2.b Misalkan b = Lebar balok dalam mm, dan

^{( )}

Momen bending maksimum (pada ujung jepit), M = W.L = 400.300 = 120.10³ Nm. Kita mengetahui tegangan bending (ζb)

b³ = 180.10³/40 = 4,5.10³ b = 16,5 mm h = 2.b = 2 x 16,5 = 33 mm. Contoh 7:

Sebuah puli besi cor mentransmisikan daya 10 kW pada 400 rpm. Diameter puli adalah 1,2 meter dan mempunyai 4 lengan lurus berbentuk elips, dimana poros mayor adalah dua kali poros minor. Tentukan dimensi dari lengan (arm) jika tegangan bending adalah 15 MPa.

Penyelesaian: Diketahui:

P = 10 kW = 10.10³ W; N = 400 rpm; D = 1,2 m = 1200 mm atau R = 600 mm; ζb = 15 MPa = 15 N/mm².

Misalkan T = Torsi yang ditransmisikan puli.

Kita mengetahui bahwa daya yang ditransmisikan oleh puli (P), 10.10³ = = 42 T T = 10.10³/42 = 238 Nm = 238.10³ Nmm.

Karena torsi adalah produk dari beban tangensial dan radius puli, oleh karena itu beban tangensial pada puli adalah:

Karena puli mempunyai empat lengan, karena itu beban tangensial setiap lengan,

W = 396,7/4 = 99,2 N

Dan momen bending maksimum pada lengan, M = W.R = 99,2.600 = 59520 Nmm

Misalkan 2b = poros minor dalam mm, dan 2a = poros mayor dalam mm = 2. 2b = 4b

Section modulus untuk penampang elips, Z = /4 . a². b = /4 . (2b)² . b =  b³ mm³ Kita mengetahui bahwa tegangan bending (ζ_b),

15 = b³ = 18943/15 = 1263 b = 10,8 mm Poros minor, 2b = 2 x 10,8 = 21,6 mm Poros mayor, 2a = 4.b = 4 x 10,8 = 43,2 mm. 4.3. Penutup (Soal Latihan)

1. Sebuah poros baja diameter 50 mm dan panjang 500 mm dikenai momen puntir 1100 N-m, total sudut punter 0,6^o. Tentukan tegangan geser maksimum yang terjadi pada poros dan modulus kekakuan. 2. Sebuah poros mentransmisikan daya 100 kW pada 180 rpm. Jika

diameter dalam poros. Poros tidak boleh memuntir lebih dari 1^o pada panjang 3 meter. Ambil C = 80 GPa.

3. Desain diameter yang sesuai untuk sebuah poros bundar yang diperlukan untuk mentransmisikan 90 kW pada 180 rpm. Tegangan geser dalam poros tidak boleh melebihi 70 MPa dan torsi maksimum melebihi rata-rata 40%. Juga tentukan sudut puntir pada panjang poros 2 meter. Ambil C = 90 GPa.

4.

Sebuah spindle seperti pada Gambar 4 .6, adalah elemen dari rem industri dan dibebani sperti pada pada gambar. Setiap beban P adalah sama dengan 4 kN dan diterapkan pada tengah titik bantalannya. Tentukan diameter spindle, jika tegangan bending maksimum adalah 120 MPa.

Gambar 4.6: Spindel

5.

Sebuah puli besi cor mentransmisikan 20 kW pada 300 rpm. Diameter puli 550 mm dan mempunyai empat lengan lurus berpenampang elips yang mana poros mayor adalah 2 kali poros minor. Tentukan dimensi lengan, jika tegangan bending yang diijinkan adalah 15 Mpa

BAB V

SAMBUNGAN KELING

5.1. Pendahuluan

Keling (rivet) adalah sebuah batang silinder pendek dengan kepala bulat. Bagian silinder dari keling dinamakan shank atau body dan bagian bawah dari shank adalah tail seperti ditunjukkan pada Gambar 5.1. Keling digunakan untuk membuat pengikat permanen antara plat-plat seperti dalam pekerjaan struktur, jembatan, dinding tangki dan dinding ketel. Sambungan keling secara luas digunakan untuk sambungan logam ringan.

Gambar 5.1: Bagian-bagian Keling 5.2. Metode Pengelingan

Fungsi keling dalam sebuah sambungan adalah untuk membuat sebuah ikatan yang kuat dan ketat. Kekuatan biasanya untuk mencegah kegagalan dari sambungan. Keketatan biasanya agar kuat dan mencegah kebocoran seperti pada ketel.

Gambar 5.2: Metode pengelingan

Ketika dua plat diikat bersamaan dengan sebuah keling seperti pada Gambar 5.2(a), lubang dalam plat di-punching dan di-reaming. Punching adalah metode paling murah dan digunakan untuk plat yang relatif tipis pada suatu struktur. Drilling digunakan pada kebanyakan pekerjaan pressure-vessel (tangki). Dalam pengelingan pressure-vessel dan struktur, diameter lubang keling biasanya 1,5 mm lebih besar dari pada diameter nominal keling.

Pengelingan bisa dikerjakan dengan manual atau dengan mesin. Dalam pengelingan manual, original head dari keling ditahan dengan sebuah hammer (palu) atau batang yang berat dan kemudian bagian tail ditempat pada die (cetakan keling) yang dipukul oleh sebuah palu, seperti Gambar 5.2 (a). Hal ini mengakibatkan shank mengembang hingga memenuhi lubang dan tail berubah menjadi sebuah point seperti ditunjukkan Gambar 5.2(b). Dalam pengelingan mesin, die adalah bagian dari palu yang dioperasikan dengan tekanan udara, hidrolik atau uap. Catatan:

1. Untuk keling baja sampai diameter 12 mm, proses keling dingin bisa digunakan sementara untuk keling diameter lebih besar, proses pengelingan panas yang digunakan.

2. Dalam kasus keling yang panjang, hanya tail yang dipanaskan dan bukan shank.

5.3. Material Keling

Material keling harus tangguh dan ulet. Keling biasa dibuat dari baja (baja karbon rendah atau baja nikel), kuningan, aluminium atau tembaga, tetapi ketika kekuatan dan ketahanan terhadap kebocoran adalah pertimbangan yang utama, maka keling baja yang digunakan.

Keling secara umum diproduksi dari baja yang memenuhi Indian Standard (Standar India) berikut:

a) IS : 1148-1982 (ditetapkan 1992)-Spesifikasi untuk batang keling pengerolan panas (diameter sampai 40 mm) untuk struktur, b) IS : 1149-1982 (ditetapkan 1992) – Spesifikasi untuk batang keling

baja kekuatan tinggi untuk struktur.

Keling untuk ketel diproduksi dari material menurut IS : 1990-1973 (ditetapkan 1992) – Spesifikasi untuk keling baja untuk ketel. Catatan: Baja untuk konstruksi ketel yang sesuai adalah IS:2100-1970 (ditetapkan 1992)- Spesifikasi untuk batang dan billet baja untuk ketel. Menurut Indian Standard, IS : 2998-1982 (ditetapkan 1992), material sebuah keling harus mempunyai kekuatan tarik lebih besar dari 40 N/mm² dan perpanjangan lebih besar dari 26 persen. Keling ketika panas harus lurus tanpa retak untuk diameter 2,5 kali diameter shank. Keling dibuat dengan cold heading atau hot forging.

5.4. Tipe Kepala Keling

Kepala keling dikelompokkan ke dalam 3 jenis sesuai standar India: 1. Kepala keling secara umum (di bawah diameter 12 mm) sesuai

dengan IS : 2155-1982 (ditetapkan 1996) seperti Gambar 5.3.

2. Kepala keling secara umum (diameter 12mm sampai 48mm) sesuai dengan IS: 1929-1982 (ditetapkan 1996) seperti Gambar 5.4. 3. Kepala keling untuk ketel (diameter 12mm sampai 48mm) sesuai

Gambar 5.3: Kepala keling diameter dibawah 12mm

Gambar 5.5: Kepala keling untuk ketel 5.5. Tipe Sambungan Keling

Ada dua tipe sambungan keling, tergantung pada pelat yang disambung, yaitu:

1. Lap Joint (sambungan 2 lapis).

Lap joint adalah sambungan yang mana dua plat disambung bersama-sama, seperti terlihat pada Gambar 5.6 dan Gambar 5.7.

2. Butt Joint (sambungan 3 lapis).

Butt Joint adalah sambungan yang mana plat utama ditutup oleh dua plat lain. Plat penutup dikeling bersama-sama dengan plat utama, seperti pada Gambar 5.8. Ada 2 jenis butt joint, yaitu:

a. Single strap butt joint b. Double strap butt joint.

Gambar 5.6: Sambungan Lap joint single dan double

a) Single riveted double strap butt joint.

b) Double riveted double strap butt joint

c) Double riveted double strap butt joint

d) Double riveted double strap butt joint

Gambar 5.8 Butt joint 5.6. Kegagalan Sambungan Keling

Sebuah sambungan keling bisa gagal dengan cara sebagai berikut:

a. Keretakan pada sudut plat. Keretakan ini dapat dihindari dengan mencegah margin, m = 1,5.d, dimana d adalah diameter dari lubang keling, seperti pada Gambar 5.9.

b. Retak pada seluruh plat. Akibat tegangan tarik pada plat utama, plat utama atau penutup plat bisa retak seluruhnya seperti pada Gambar 5 .10. Dalam kasus ini, kita hanya membahas satu panjang kisar (pitch) dari plat. Ketahanan yang diberikan oleh plat melawan keretakan dinamakam ketahanan retak (tearing resistance) atau kekuatan retak (tearing strength) atau nilai keretakan (tearing

value) dari plat.

(a) (b)

Gambar 5.10: Retak pada (a) sudut plat (b) seluruh plat Misalkan p = Pitch dari keling,

d = Diameter dari lubang keling, t = Ketebalan plat, dan

σt = Tegangan tarik yang diijinkan untuk material plat. Kita mengetahui bahwa luas keling per panjang pitch adalah:

At = (p – d)t

Ketahanan retak (Pt) dari plat per panjang plat adalah: Pt = At.σt = (p – d).σt

Ketika ketahanan retak Pt lebih besar dari pada beban yang diterapkan (P) per panjang pitch, maka tipe ini tidak akan terjadi keretakan.

c. Pergeseran keling. Plat yang dihubungkan dengan keling yang mengalami tegangan tarik pada keling, dan jika keling tidak sanggup menahan tegangan, maka keling akan bergeser seperti pada Gambar 5.11. Ketahanan yang diberikan oleh keling terhadap geseran dinamakam ketahanan geser (shearing resistance atau kekuatan geser (shearing strength) atau nilai pergeseran