PERANCANGAN FRAME PESAWAT MODEL PARATRIKE

PERANCANGAN FRAME PESAWAT MODEL PARATRIKE

Tugas Akhir

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Mencapai Derajat Strata-1 Fakultas Teknik Program Studi Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun oleh:

Elis Fiono 20120130030

PROGRAM STUDI S.1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

Elis Fiono

20120130030

Telah Dipertahankan Di Depan Tirn penguji

Pada Tanggal 03 Desember 2016

Susunan Tim Penguji :

Dosetr Pembimbing

I

bman. {.S.M

\IP.

195905021987021001

Dosen Pembimbing

II

Berli Paripurna Kamiel. S.T.. M.M."

M.Etrs.Sc. Ph.D.

NrK. 197,103022001041 ₂₃₀₄₉

NIL

19690304199603123024

Tugas Akhir Ini Telah Diterima

Scbagai Salah Satu Pe$yaratal Untuk Memperoleh Gelar Sadana Teknik r

'""""r lt'/

l6

.*,b6*,,,,/,,.,,,,,,,,,.,.,,,,,'

ltl'

Mengesabkan

Ketua Program Studi Teknik Mesin

xvii

frame pesawat paratrike. Pada bulan Januari 1990, paralayang mulai muncul di Indonesia ditandai dengan berdirinya kelompok terjun gunung merapi di Yogyakarta, namun perkembangan olahraga paralayang di Indonesia belum berkembang secara luas karena belum banyak riset tentang perancangan paratrike dikalangan anak bangsa Indonesia. Maka dari itu, desainer mencoba melakukan re-design dari frame paratrike yang sudah ada. Bahan yang digunakan pada perancangan frame pesawat paratrike adalah aluminium 6061 dan stainless stell, perhitungan secara manual dan simulasi pembebanan menggunakan Software Autodesk Inventor 2016 adalah acuan utama yang dipilih oleh desainer. Sedangkan harga-harga yang diperoleh dari perhitungan dan simulasi pembebanan pada frame pesawat paratrike adalah sebagai berikut: untuk diameter gandar yang mampu menumpu beban sebesar 1030 N adalah 15.25 mm, dengan diketahuinya harga diameter gandar maka dapat digunakan untuk memilih bantalan yang sesuai yaitu no bearing 6302, faktor kendala umur bantalan dengan pembebanan secara terus menerus adalah 3,9 tahun, sedangkan untuk ketebalan kampuh lasan yang mampu menumpu beban 1030 N dengan las fillet melingkar adalah 7,07 mm dibuat 10 mm, pada frame pesawat paratrike terdapat sambungan ulir, bahan mur dan baut yang digunakan adalah setailess stell A2-70 dengan ulir metrik M8 dan M10, pegas yang digunakan adalah pegas ulir tekan dengan d 7,5 mm dan D 37.5 mm panjang 230 mm, dengan

defleksi total 8mm berdasarkan surve dilapang didapatkan ukuran pegas yang mendekati hasil perhitungan yaitu merk DBS variasi milik YAMAHA JUPITER Z.

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Paralayang adalah salah satu cabang olahraga dirgantara yang memiliki beberapa kelas penerbangan di antaranya penerbangan standar, performance, dan kelas competition. Persatuan Layang Gantung Indonesia (PLGI) merupakan induk organisasi olahraga tersebut, sedangkan PLGI dinaungi Federasi Aero Sport Indonesia (FASI). Paralayang ini memadukan antara petualangan dan wisata karena dapat menjelajah dan berpetualang menggunakan pesawat paratrike. Akan tetapi, dalam menerbangkan pesawat paratrike, dibutuhkan keberanian dan skill khusus untuk mengendalikan parasut dan mesin yang berfungsi sebagai alat bantu menjelajah. Paratrike tidak jauh berbeda dengan paralayang, paratrike menggunakan mesin dan baling-baling serta frame sebagai alat bantu untuk menerbangkannya. Bahan bakar yang digunakan adalah pertamax, pertamax plus, dan bensol.

Awal mula munculnya olahraga paralayang tidak lepas dari timbulnya rasa keinginan untuk dapat terbang menikmati pemandangan alam bebas dan sebagai ajang perlombaan. Olahraga paralayang muncul di Indonesia pada tahun 1990 yang ditandai dengan berdirinya kelompok terjun Gunung Merapi di Yogyakarta pada Januari 1990. Pada saat itu, olahraga paralayang lebih dikenal dengan nama terjun gunung. Pendiri klub ini adalah Dudy Arief Wahyudi dan Gendon Subandono (Setiawan, 2013).

berkembang dengan baik dapat mempengaruhi perkembangan olahraga paralayang di Indonesia. Hal ini disebabkan oleh mahalnya harga satu unit paralayang (Pusat Paramotor – Pordirga MICROLIGHT, 2012).

Saat ini kontruksi rangka utama pada paratrike sangatlah sederhana. Pada umumnya, bahan yang digunakan adalah stainless steel seri EMT karena bahan tersebut memiliki tingkat elastisitas yang tinggi. Akan tetapi, stainless stell memiliki berat jenis lebih tinggi dibandingkan dengan aluminium. Paratrike umumnya, memiliki roda tiga sebagai alat bantu lepas landas. Proses take-off pada paratrike

tidak memerlukan landasan yang panjang dan luas, tetapi lapangan sepakbola pun dapat dijadikan landasan atau area untuk take-off. Seperti terlihat pada gambar 1.1.

(a) (b)

Gambar 1.1. (a) KomponenFrame Pesawat paratrike, (b) Paramotor.

Biaya merupakan kendala utama dalam perkembangan paralayang di indonesia, karena komponen-komponen pendukungnya harus didatangkan dari luar negeri (import), hal ini disebabkan oleh terbatasnya komponen buatan dalam negeri. Untuk menanggulangi hal ini, diperlukannya riset berkelanjutan tentang paratrike

dipasaran pada saat ini. Selain itu, permasalahan yang sering terjadi pada kontruksi rangka paratrike yaitu patahnya gandar poros roda pada saat landing. Penyebab utama terjadinya patah pada bagian gandar poros roda paratrike ialah tidak dilengkapinya sistim peredam kejut (suspensi), sehingga beban kejut yang diterima oleh gandar sangat besar hingga mencapai titik kritis dari materialnya. Kelebihan paralayang adalah mampu menjangkau daerah-daerah yang sulit dijangkau dengan transportasi darat. Selain itu paralayang dapat digunakan untuk alat penjelajahan melalui udara. Walaupun kontruksi frame sederhana, tetapi paratrike tersebut dapat digunakan sebagai transportasi udara seperti aerowista, memantau keadaan hutan, alat bantu olahraga serta alat militer dan alat evakuasi.

Adapun beberapa permasalahan umum yang sering terjadi pada frame paratrike

1.2. Identifikasi Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang di atas, olahraga paralayang di Indonesia belum berkembang secara luas karena komponen-komponen harus didatangkan dari luar negeri (import), dan belum banyak tersedianya komponen-komponen buatan dalam negeri, sehingga harga satu unit paralayang tersebut cukup mahal, selain itu belum banyak orang yang melakukan riset tentang pesawat paratrike dan paramotor, khususnya yang bersangkutan dengan kelemahan desain pesawat paratrike.

1.3. Rumusan Masalah

Dari permasalahan tersebut, didapatkan beberapa rumusan masalah dalam perancangan frame pesawat paratrike ini yaitu :

1. Bagaimana desain frame pesawat paratrike yang dapat mengatasi permasalahan patah gandar pada saat mendarat ?

2. Bagaimana menguji desain frame pesawat paratrike dengan menggunakan

Software Autodesk Inventor ?

1.4. Batasan Masalah

Dari permasalahan tersebut, peneliti membatasi pada rincian dan pembuatan

prototype paratrike untuk mendapatkan harga jual yang terjangkau. Batasan masalah dalam perancangan frame pesawat paratrike antara lain:

1. Tidak dilakukannya perhitungan gaya-gaya dinamis pada frame pesawat

paratrike.

2. Tidak dilakukannya pengujian dari hasil perancangan frame pesawat paratrike.

3. Frame pesawat paratrike terbuat aluminium 6061. 4. Bahan gandar adalah Fe 490.

1.5.Tujuan Perancangan

Adapun tujuan dari perancangan frame pesawat paratrike ini adalah sebagai berikut:

1. Mendapatkan desain frame pesawat paratrike yang dapat mengatasi permasalahan patah gandar pada saat mendarat yaitu dengan menambahkan sistim suspensi.

2. Mendapatkan data simulasi pengujian desain frame pesawat paratrike

menggunakan Software Autodesk Inventor.

1.6. Manfaat Perancangan

1. Bagi mahasiswa:

a. Sebagai syarat untuk menempuh S.1. Teknik Mesin dalam pembuatan tugas akhir.

b. Sebagai sarana menambah pengetahuan, wawasan, serta pengalaman mengenai proses perancangan paratrike.

2. Bagi orang lain:

6 BAB II

DASAR TEORI

2.1. Paramotor dan Paratrike 2.1.1. Paramotor

Paramotor merupakan salah satu alat bantu olahraga dirgantara yang memadukan antara petualangan dan wisata dengan melayang layang diudara. Akan tetapi, dalam menerbangkan paramotor dibutuhkan keberanian dan skill khusus untuk mengendalikan parasut dan mesin yang berfungsi sebagai alat bantu menjelajah. Paramotor terdiri dari bingkai, mesin penggerak baling-baling, harness

(tempat duduk terpadu), dan parasut. Paramotor dapat digunakan sediri maupun tandem (berdua). Seperti terlihat pada gambar 2.1. di bawah ini.

Gambar 2.1. Paramotor, (standar dimensi P.A.P).

2.1.2. Paratrike

tidak mampu lagi menggunakan paramotor (foot launch). Paratrike tidak jauh berbeda dengan paramotor perbedaannya hanya pada rangka. Paratrike dirancang untuk penerbang yang kurang mampu menggunakan paramotor (foot launch) hal ini, disebabkan oleh fisik dari seorang penerbang yang kurang mampu menggendong paramotor. Paratrike dirancangnya untuk memenuhi kebutuhan pernerbang yang kurang mampu menggunakan paramotor. Seperti terlihat pada gambar 2.2. di bawah ini.

Gambar 2.2. Paratrike, (Fly products, 2006).

2.2. Bagian-Bagian Paratrike

2.2.1. Perancangan Frame Pesawat Paratrike

Frame pesawat paratrike berfungsi sebagai tempat dudukan mesin bensin, alat bantu take-off, tempat duduk pilot, konektor parasut, dan roda, serta kelengkapan lainnya yang mendukung kinerja dari pesawat paratrike. Desain

Gambar 2.3.Frame pesawat paratrike.

2.2.2. Perancangan Pelindung Propeller Pesawat Paratrike

Pelindung Propeller pesawat paratrike berfungsi sebagai pembatas berputarnya propeller yang dieratkan menggunakan U-bolt pada kerangka utama untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan karena jika terjadi kecelakaan akan menimbulkan cidera yang fatal. Kontruksi pelindung propeller

sangat sederhana, tetapi memiliki fungsi terpenting bagi pilot maupun orang lain untuk melindungi dari kecelakaan yang diakibatkan oleh propeller. Seperti terlihat pada gambar 2.4. dibawah ini.

2.2.3. Perancangan Lengan Ayun

Pada umumnya, lengan ayun berfungsi sebagai batang pengungkit dari roda yang di sambungkan ke suspensi dan rangka utama serta berperan untuk mengurangi gaya yang terjadi. Seperti terlihat pada gambar 2.5. dibawah ini.

Gambar 2.5. Lengan ayun (swing arm).

2.2.4. Perancangan dan Pemilihan Sistem Peredam Kejut

Peredam kejut biasa disebut sebagai suspensi, karena memiliki dua fungsi utama yaitu berperan dalam handling, pengereman dan berfungsi menambah keamanan dan kenyamanan pengendara dari kondisi jalan yang tidak rata, dan getaran mesin. Seperti terlihat pada gambar 2.6. dibawah ini.

2.2.5. Perancangan dan Pemilihan Sambungan Ulir

Perancangan frame peawat paratrike memakai Sambungan ulir untuk mengikat dua atau lebih komponen frame paratrike. Sambungan Ulir merupakan jenis dari sambungan semi permanent (dapat dibongkar pasang). Sambungan ulir terdiri dari dua bagian, yaitu baut yang memiliki ulir di bagian luar dan Mur memiliki ulir di bagian dalam. Seperti terlihat pada gambar 2.7. di bawah ini.

Gambar 2.7.Sambungan ulir.

2.2.6. Perancangan Gandar

Gandar berfungsi sebagai tumpan dari roda, karena gandar merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Gandar memiliki peranan utama dalam menahan beban pada setiap roda, sedangkan gandar tidak menerima beban puntir dan hanya mendapat beban lentur sehingga pemilihan jenis poros ini sesuai dengan kebutuhan dari mekanisme penerus daya yang dibutuhan oleh frame paratrike. Seperti terlihat pada gambar 2.8. dibawah ini.

2.2.7. Perhitungan dan Pemilihan Bantalan (Bearing)

Proses pemilihan bantalan yaitu berdasarkan jenis pembebanan dan mengukur diameter gandar yang dipakai, dan pemilihan bantalan harus sesuai dengan diameter gandar yang digunakan. Bantalan berfungsi sebagai elemen mesin yang menumpu poros berbeban. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros suatu mesin bekerja dengan baik. Bantalan yang direncanakan adalah bantalan gelinding. Seperti terlihat pada gambar 2.9 di bawah ini.

Gambar 2.9. Bantalan

2.2.8. Perancangan dan Pemilihan Roda (kaki-kaki)

Roda berfungsi sebagai alat bantu gelinding frame pesawat paratrike

yang membawa beban serta melaju dengan kecepatan tinggi. Roda yang direncanakan adalah memakai roda grobak angkung dengan dimensi velg 10

Gambar 2.10. Roda.

2.2.9. Perancangan Jok

Jok berfungsi sebagai tempat duduk pilot yang terbuat dari serangkaian pipa aluminium yang dieratkan menggunakan paku keling dan dianyam menggunakan belt (sabuk) untuk menahan beban pilot. Tempat duduk disambungkan pada kerangka utama dengan bantuan baut dan tali, serta dilengkapi dengan sabuk pengaman (safety belt). Seperti terlihat pada gambar 2.11 di bawah ini.

2.2.10. Pemilihan Tali Weebing

Pemilihan tali weebing berdasarkan beban maksimum dari paratrike,

akan tetapi, perancang mengambil angka faktor keamanan puluhan kali lipat supaya mendapatkan safety yang lebih memadai karena tali weebing ini penting perannya dan berfungsi untuk memenuhi persyaratan yang dikeluarkan oleh

Federasi Aero Sport Indonesia (FASI) yang memerintahkan untuk memasang tali dan carabiner (pengait) disetiap frame minimal dua buah carabiner, selain untuk memenuhi persyaratan, tali dan carabiner berfungsi sebagai kekuatan utama pada saat terbang melayang diudara. Pemilihan tali weebing pada perancangan ini adalah tali weebing panjat tebing yang sudah teruji kekuatannya. Seperti terlihat pada gambar 2.12 di bawah ini.

Gambar 2.12. Tali weebing.

2.2.11. Pemilihan Carabiner

Gambar 2.13.Carabiner.

2.3. Kriteria Perancangan

Meskipun kriteria yang digunakan oleh seorang perancang adalah banyak, namun semuanya tertuju pada kriteria berikut ini:

1. Function (fungsi/pemakaian) 2. Safety (keamanan)

3. Reliability (dapat dihandalkan) 4. Cost (biaya)

5. Manufacturability (dapat diproduksi) 6. Marketability (dapat dipasarkan)

2.4. Prosedur Umum dalam Perancangan Mesin dan Struktur

Dalam perancangan komponen mesin disini tidak ada aturan yang baku. Masalah perancangan mungkin bisa diselesaikan dengan banyak cara. Jadi, prosedur umum untuk menyelesaikan masalah perancangan adalah sebagai berikut (Zainuri, 2010).

1. Mengenali kebutuhan/tujuan

2. Mekanisme

Pilih mekanisme atau kelompok mekanisme yang mungkin. 3. Analisis gaya

Tentukan gaya aksi pada setiap bagian mesin dan energi yang ditransmisikan pada setiap bagian mesin.

4. Pemilihan material

Pilih material yang paling sesuai untuk setiap bagian dari mesin.

5. Tentukan bentuk dan ukuran bagian mesin dengan mempertimbangkan gaya aksi pada elemen mesin dan tegangan yang diijinkan untuk material yang digunakan. 6. Modifikasi

Merubah/memodifikasi ukuran berdasarkan pengalaman produksi yang lalu. Pertimbangan ini biasanya untuk menghemat biaya produksi.

7. Detail

Menggambar secara detail setiap komponen dan perakitan mesin dengan spesifikasi lengkap untuk proses produksi.

8. Produksi

Komponen bagian mesin seperti tercantum dalam gambar detail diproduksi di

workshop.

Gambar 2.14. Diagram alir prosedur umum perancangan, (Zainuri, 2010).

2.5. Standar, Kode, Dan Peraturan Pemerintah Dalam Desain.

Pembatas desain disediakan oleh organisasi pemasaran dan manajemen insinyur-insinyur termasuk standar, kode, dan peraturan-peraturan pemerintah, baik dalam dan luar negeri.

Standar adalah didefinisikan sebagai kriteria, aturan, prinsip, atau gambaran yang dipertimbangkan oleh seorang ahli, sebagai dasar perbandingan atau keputusan atau sebagai model yang diakui.

Pengenalan kebutuhan

Sintesis (mekanisme)

Analisa gaya

Pemelihan bahan

Desain elemen (ukuran dan tegangan-tegangan).

Modifikasi

Gambar detail

Kode adalah koleksi sistematis dari hukum yang ada pada suatu negara atau aturan-aturan yang berhubungan dengan subyek yang diberikan.

Peraturan pemerintah adalah peraturan-peraturan yang berkembang sebagai hasil perundang-undangan untuk mengontrol beberapa area kegiatan. Contoh perarturan pemerintah Amerika adalah:

1. ANSI : American National Standards Institute

2. SAE : Society of Automotive Engineers

3. ASTM : American Society for Testing and Materials

4. AISI : American Iron and Steel Institute

2.6. Pengertian Dan Kegunaan Software Autodesk Inventor

Autodesk Inventor merupakan program yang dirancang khusus untuk keperluan bidang teknik seperti desain produk, desain mesin, desain mold, desain konstruksi, atau keperluan teknik lainnya. Autodesk Inventor adalah program pemodelan solid berbasis fitur parametrik, artinya semua objek dan hubungan antar geometri dapat dimodifikasi kembali meski geometrinya sudah jadi, tanpa perlu mengulang lagi dari awal. Hal ini sangat membantu ketika sedang dalam proses desain suatu produk atau rancangan. Untuk membuat suatu model 3D yang solid

ataupun surface, langkah awal harus membuat gambar sketch terlebih dahulu atau mengimpor gambar 2D dari Autodesk Autocad. Setelah gambar atau model 3D tersebut jadi, langkah selanjutnya dapat membuat gambar kerjanya menggunakan fasilitas drawing.

Autodesk Inventor juga mampu memberikan simulasi pergerakan dari produk yang akan didesain, serta software ini dapat digunakan untuk analisis kekuatan. Alat ini cukup mudah digunakan, dan dapat membantu mengurangi kesalahan dalam membuat desain. Dengan demikian, biaya uji coba produk dapat berkurang, (time to market). benda yang desain pun dapat diproses secara langsung oleh bagian

Dalam Autodesk Inventor terdapat pilihan beberapa template, Masing–masing

template mempunyai kegunaan dan fungsi sesuai pekerjaan yang dibutuhkan. Berikut adalah penjelasan pada masing-masing template, yaitu:

1. Sheet Metal.ipt

Digunakan untuk membuat bidang kerja baru untuk part atau komponen berjenis

metal seperti benda-benda yang terbuat dari plat besi yang ditekuk-tekuk.

2. Standard.dwg

Digunakan untuk membuat bidang kerja baru untuk gambar kerja.

3. Standard.iam

Digunakan untuk membuat bidang kerja baru untuk gambar assembly yang terdiri atas beberapa part atau komponen.

4. Standard.idw

Digunakan untuk membuat bidang kerja baru untuk gambar kerja atau 2D.

5. Standard.ipn

Digunakan untuk membuat bidang kerja baru untuk animasi urutan perakitan dari gambar assembly yang telah dirakit. Kita dapat memanfaatkannya untuk membuat gambar Explode View.

6. Standard.ipt

Digunakan untuk membuat bidang kerja baru untuk part atau komponen secara umum tanpa spesifikasi khusus seperti dalam pembuatan part pada Sheet Metal.

7. Weldment.iam

Digunakan untuk membuat bidang kerja baru untuk assembly yang memiliki tool

2.7. Dasar Pembebanan Tegangan dan Regangan

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. Disini hanya ada 2 jenis tegangan normal dan geser. Gaya aksial menghasilkan tegangan normal. Torsi dan geser murni, menghasilkan tegangan geser, dan lentur menghasilkan tegangan normal dan geser.

2.7.1. Gaya aksial

Tegangan normal adalah intensitas gaya yang bekerja normal (tegak lurus) terhadap irisan yang mengalami tegangan, dan dilambangkan dengan ζ (sigma). Bila gaya-gaya luar yang bekerja pada suatu batang sejajar terhadap sumbu utamanya dan potongan penampang batang tersebut konstan, tegangan internal

Gambar 2.15. Batang prismatik yang dibebani gaya aksial, (www.aripsusanto.com) Tegangan normal dapat berbentuk:

1. Tegangan Tarik (Tensile Stress)

Tegangan tarik terjadi apabila sepasang gaya tarik aksial menarik suatu batang, dan akibatnya batang ini cenderung menjadi meregang atau bertambah panjang. Maka gaya tarik aksial tersebut menghasilkan tegangan tarik pada batang di suatu bidang yang terletak tegak lurus atau normal terhadap sumbunya. Seperti terlihat pada gambar 2.15 di bawah ini.

Gambar 2.16. Gaya aksial pada balok, (Zainuri, 2010). d

P P

m

n

L

δ

m

n

� _P

(a)

(b)

Tegangan Dua gaya P menghasilkan beban tarik sepanjang axis balok, menghasilkan

tegangan normal tarik sebesar :

= _AP (2.1)

Keterangan :

α = Luas penampang

P = Gaya

= Tegangan normal

2.7.2. Regangan

Regangan merupakan perubahan bentuk per satuan panjang pada suatu batang. Semua bagian bahan yang mengalami gaya-gaya luar, dan selanjutnya tegangan internal akan mengalami perubahan bentuk (regangan). Misalnya di sepanjang batang yang mengalami suatu beban tarik aksial maka akan meregang atau bertambah panjang, sementara suatu kolom yang menopang suatu beban aksial akan tertekan atau menjadi pendek. Perubahan bentuk total (total deformation) yang

dihasilkan suatu batang dinyatakan dengan huruf Yunani δ (delta). Jika panjang batang adalah L, regangan (perubahan bentuk per satuan panjang) dinyatakan

dengan huruf Yunani (epsilon), maka:

Gaya aksial pada Gambar 2.5. juga menghasilkan regangan aksial :

= δ / L (2.2)

Keterangan :

δ = Pertambahan panjang (deformasi)

L = Panjang awal.

Sesuai dengan hukum Hooke, tegangan adalah sebanding dengan regangan. Dalam hukum ini hanya berlaku pada kondisi tidak melewati batas elastis suatu bahan, ketika gaya dilepas. Kesebandingan tegangan terhadap regangan dinyatakan sebagai perbandingan tegangan satuan terhadap regangan satuan, atau perubahan bentuk. Pada bahan kaku tapi elastis, seperti baja, dapat diperoleh bahwa tegangan satuan yang diberikan menghasilkan perubahan bentuk satuan yang relatif kecil. Pada bahan yang lebih lunak tapi masih elastis, seperti perunggu, perubahan bentuk yang disebabkan oleh intensitas tegangan yang sama dihasilkan perubahan bentuk sekitar dua kali dari baja dan pada aluminium tiga kali dari baja. Regangan

disebut regangan normal (shear strain) karena berhubungan dengan tegangan normal. Adapun persamaan regangan normal berdasarkan hukum Hooke :

= E /ε ε = / E (2.3)

Keterangan :

= Tegangan normal.

= Regangan normal.

E = Modulus elastis.

2.7.3. Tegangan Geser Akibat Torsi

Tegangan geser akibat tosi terjadi ketika bagian mesin menerima aksi dua kopel yang sama dan berlawanan dalam bidang satu maka 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.

τ

(2.4)

Gambar 2.17. Tegangan geser torsi, (Zainuri, 2010).

Keterangan :

τ = 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,

= Sudut puntir dalam radian sepanjang l.

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

(2.5)

2. Dari persamaan (2.4-2.5) diperoleh:

T J=

τ

r atau T= τ J

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

J = xx xx= d d = d (2.7)

T = τ d _d= τ d (2.8)

Untuk poros berlubang dengan diameter luar d

o dan diameter dalam di, maka momen

inersiapolar J adalah:

J= [(d ) di dan r=d (2.9)

T = τ [ d di ] _d = τ [ d _d di ] (2.10)

= τ d ( ) dimana k= _ddi

3. Kekuatan poros berarti torsi maksimum yang ditransmisikan oleh poros. Jadi desain sebuah poros digunakan untuk kekuatan. persamaan diatas Daya yang ditransmisikan oleh poros (dalam watt) adalah:

P =

(Watt) (2.11)

Keterangan:

T = Torsi yang ditransmisikan dalam N-m, dan

2.8. Gandar

Menurut Sularso dan Suga, (1997), poros merupakan salah satu bagian terpenting dari setiap elemen mesin, hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros.

Gandar merupakan poros roda yang tidak memindahkan gaya, bahkan gandar terkadang tidak boleh ikut berputar. Gandar hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula. terkadang juga mengalami beban puntir. Seperti terlihat pada gambar 2.18 di bawah ini.

Gambar 2.18. Gandar roda.

Dalam merancang sebuah poros, hal-hal yang perlu diperhatikan adalah:

1. Kekakuan poros.

2. Puntiran kritis

Bila putaran suatu mesin dinaikan, maka pada suatu harga putaran tertentu terdapat getaran yang luar biasa besarnya, putaran ini disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor torak, motor listrik, dll., dan dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jika mungkin, poros harus direncanakan sedemikian rupa hingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritisnya.

3. Korosi

Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik) harus dipilih untuk poros propeller

dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. demikian pula untuk poros-poros yang terancam kavitasi, dan poros-poros mesin yang sering berhenti lama. Sampai batas-batas tertentu dapat pula dilakukan perlindungan terhadap korosi.

4. Bahan poros

Poros-poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit (permukaan) yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja chrom nikel, baja chromnikel molibden, baja chrom, dan lain-lain.

Nama–nama dan lambang-lambang dari bahan menurut standart beberapa negara serta serta persamaannya dengan JIS (Standart Jepang) untuk poros diberikan dalam lampiran tabel standart baja.

2.8.1. Poros dengan Tegangan Lentur (Bending stress)

[image:30.612.151.491.172.284.2]

yang sejajar dengan sumbu benda tetap, tidak mengalami perubahan, ini disebut sebagai bidang netral seperti terlihat pada gambar 2.19. di bawah ini.

Gambar 2.19. Tegangan bending.

Pergeseran (shear) adalah keadaan dimana dua buah benda yang saling bertumpukan bergeser akibat arah gaya yang berlawanan. Salah satu contoh pada

frame paratrike yang akan dirancang dan menerima gaya pergeseran (shear) adalah pada titik center of gravity dan letak tumpuan lainnya. Bending atau kombinasi semua tegangan dan regangan adalah keadaan dimana sebuah benda mengalami tegangan dan regangan secara bersamaan. pada struktur pesawat paralayang model paratrike banyak struktur yang mengalami bending. sehingga akan berlakunya persamaan di bawah ini:

Persamaan umum tegangan lentur, adalah :

εδ

=

δ

y

=

R

(2.12)

Keterangan :

I = Inersia pada sumbu benda (Ixx atau Iyy).

y = Jarak dari bidang netral ke permukaan luar benda. E = Modulus elastisitas / Young.

2.8.2. Poros dengan Beban Lentur

Poros yang terpasang pada rangka paratrike ini terdapat satu poros artinya sebuah poros menahan keseluruhan beban yang dibantu dengan peredam kejut (suspensi) sehingga beban yang diterima oleh poros diredam oleh suspensi. Poros yang digunakan dalam perancangan ini adalah poros yang tidak menghantarkan putaran dari komponen lain, melainkan hanya sebagai alat bantu glinding roda saja yang ditahan oleh lengan ayun. Akibat adanya pembebanan pada poros, maka akan terjadi lenturan sehingga timbul momen sebagi reaksi dari pembebanan yang bekerja pada tumpuan, perlu dihitung terlebih dahulu gaya reaksi tumpuan akibat adanya reaksi pembebanan. (Sularso dan Suga, 1997).

Tegangan yang diijinkan dari bahan poros menggunakan bahan jenis S-F harga

safety faktor (SF1) diambil 5,6 dan 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh massa, dan baja paduan (Sularso dan Suga, 1997).

Besar harga tegangan pada gandar dapat dicari menggunakan persamaan seperti tertulis di bawah ini :

=

(2.13.a)

=

(2.13.b)

Keterangan :

= Tegangan geser yang dijinkan (N/mm2) A = Luas penampang (mm)

F = Gaya (N)

= Safety faktor

Dalam merancang suatu mesin, harus memperhatikan aspek kekuatan material bahan gaya yang bekerja. Gaya-gaya yang bekerja harus lebih kecil dari tegangan yang diijinkan. Mengingat macam-macam beban serta sifat beban, disarankan dalam

menghitung diameter poros (ds) untuk memasukkan pengaruh kelelahan karena beban

berulang. Harga faktor koreksi (Kt) untuk momen puntir atau torsi diberikan pada tabel 2.1. (Sularso dan Suga, 1997).

Tabel 2.1. Faktor koreksi untuk momen puntir, (Sularso dan Suga, 1997) Pembebanan Faktor koreksi

Beban dikenakan secara halus 1,0

Kejutan atau tumbukan besar 1,0-1,5

Sedangkan untuk momen lentur, faktor koreksi (Km) sesuai dengan tabel 2.2.

Tabel 2.2. Faktor koresi untuk momen lentur, (Sularso dan Suga, 1997) Pembebanan Faktor koreksi

Pembebanan tetap 1,5

Pembebanan dengan tumbukan ringan 1,5-2,0

Pembebanan dengan tumbukan berat 2-3

Diameter poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan, (Sularso dan Suga, 1997)

ds =

[

]

1/3

(2.14)

keterangan :

τa = Tegangan geser yang diijinkan (N/mm2) Km = Faktor koreksi momen lentur

M = Momen lentur maksimal (N.mm) Kt = Faktor koreksi momen puntir T = Torsi (N.mm)

Sedangkan untuk menghitung Besar tegangan yang terjadi pada bahan yang

digunakan untuk poros, dapat dipakai teori tegangan geser maksimum (τmax) harus

lebih kecil dari tegangan geser yang dijinkan (τa) (Sularso dan Suga, 1997).

τmax = [ √ ] τ (2.15)

Keterangan :

ds = Diameter poros (mm)

Km = Faktor koreksi momen lentur = Momen lentur maksimal (N.mm) Kt = Faktor koreksi momen puntir T = Torsi (N.mm)

Persamaan berikut digunakan untuk menghitung momen lentur pada gandar:

= total _(2.16)

Keterangan :

= Momen lentur

F = Beban

Persamaan 2.17 dapat digunakan untuk menghitung momen tahanan yang diperlukan pada penampang lingkaran adalah sebagai berikut:

(2.17)

Keterangan :

= Momen tahanan

= Momen lentur

= Tegangan lentur

Persamaan untuk menghitung diameter minimum gandar adalah sebagai berikut:

d

=

√

b

.

(2.18)

keterangan:

d = Diameter minimum

b

= Momen tahanan

Persamaan untuk mencari harga tegangan lentur dapat adalah sebagai berikut:

εb

b

(2.19)

Keterangan :

= Tegangan lentur

b = momen tahan

Menurut Sularso dan Suga, (1997), persamaan-persamaan standart JIS E4501 diberikan seperti tertulis dibawah ini beserta arti dari lambang-lambang yang digunakannya adalah

Proses menghitung momen pada tumpuan roda karena beban statis dapat digunakan persamaan sebagai berikut:

M1 = (j-g) w/4 (2.20)

Keterangan :

M1 = Momen tumpuan roda karena beban statis. j = Jarak bantalan radial.

g = Jarak telapak roda.

W = Bebam statis pada satu gandar.

Harga momen tumpuan roda gaya vertikal dapat dicari dengan menggunakan persamaan 2.21 seperti tertulis di bawah ini.

M2 = αv M1 (2.21)

Keterangan :

M2 = Momen tumpuan roda gaya vertikal

Harga αv dapat dilihat pada tabel di lampiran 2 M1 = Momen tumpuan roda karena beban statis.

Untuk mengetahui besar beban horizontal, dapat digunakan persamaan di bawah ini.

Keterangan :

P = Beban horizontal

Harga dapat dilihat pada tabel lampiran 2 W = Beban statis satu gandar.

Q0 adalah beban pada bantalan karena beban horizontal, adapun persamaan untuk mencari besar beban pada bantalan yaitu :

Q0 = P (h/j) (2.23)

Keterangan :

Q0 = Beban pada bantalan h = Tinggi titik berat j = Jarak roda P = Beban horizontal.

Persamaan untuk mengetahui besar beban horizontal dapat dituliskan seperti dibawah ini:

Ro = P (h + r) / g (2.24)

Keterangan :

Ro = Beban horizontal P = Beban horizontal h = Tinggi titik berat r = Jarak roda

g = Jarak telapak roda

M3 = Pr + Qo ( + l) – Ro [ (j-g) / 2] (2.25)

Keterangan:

M3 = Momen lentur pada naf tumpuan roda sebelah dalam Qo = Beban pada bantalan

Ro = Beban horizontal J = Jari-jari roda g = Jarak telapak roda

2.9. Bantalan

Menurut Sularso dan Suga, (1997), bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umurnya. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan menurun atau tidak berfungsi secara mestinya. Jadi, bantalan dalam permesinan dapat disamakan perannya dengan pondasi pada gedung. Bantalan dapat diklarifikasikan sebagai berikut :

1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros. a. Bantalan luncur

Pada bantalan luncur ini terjadi gesekan luncur antara poros roda dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantara lapisan pelumas. Seperti terlihat pada gambar 2.9.(a).

b. Bantalan gelinding

[image:38.612.226.409.128.199.2]

Gambar 2.20. (a) Bantalan luncur, (b) Bantalan gelinding, (Sularso dan Suga, 1997).

2. Atas dasar arah beban terhadap poros

a. Bantalan radial. Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros bantalan ini sering digunakan untuk komstir pada sepeda motor, sepada, mobil dll.

b. Bantalan aksial. Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros. c. Bantalan gelinding khusus. Bantalan ini dapat menumpu beban yang

arahnya sejajar dan tegak lurus dengan sumbu poros.

2.9.1. Klasifikasi dan Kriteria Pemilihan Bantalan

Secara umum bantalan dapat diklasifikasikan berdasarkan arah beban dan berdasarkan konstruksi atau mekanismenya mengatasi gesekan. Berdasarkan arah beban yang bekerja pada bantalan, seperti ditunjukkan pada gambar 2.9., bantalan dapat diklasifikasikan menjadi :

a. Bantalan radial/radial bearing : menahan beban dalam arah radial.

b. Bantalan aksial/thrust bearing : menahan beban dalam arak aksial.

c. Bantalan yang mampu menahan kombinasi beban dalam arah radial dan arah

aksial.

bantalan berbeda-beda toleransi yang dipakainya. Perhitungan yang digunakan dalam perancangan ini adalah sebagai berikut :

a. Beban Ekivalen

p= r ( Y ) (2.26)

Keterangan:

P = Beban radial ekivalen X = Faktor Radial

Y = Faktor aksial Fr = Beban radial F_ɑ = Beban aksial

Faktor V sama dengan 1 untuk pembebanan pada cicin yang berputar, dan 1,2 untuk pembebanan pada cincin luar yang berputar. Harga-harga X dan Y terdapat dalam lampiran 1.

b. Factor Kecepatan

Factor kecepatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

= .

n

1/3

(2.27)

Keterangan :

= Faktor Kecepatan n = Putaran poros (rpm)

c. Faktor Umur

Persamaan yang dipakai untuk menghitung faktor umur adalah :

c

Keterangan:

= Faktor umur

= Faktor Kecepatan

C = Beban nominal dinamis spesifik (kg)

P = Beban ekivalen dinamis (kg)

d. Umur Nominal

Umur nominal bantalan dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Lh = 500 fh3 (2.29)

Keterangan :

Lh = Umur nominal (jam)

fh = Faktor umur

e. Keandalan Umur

Keandalan umur dapat diketahui menggunakan persamaan dibawah ini :

Ln = ɑ1 ɑ2 ɑ3 Lh (2.30)

Keterangan :

Ln = Kendala Umur (jam)

ɑ1 = Faktor kendala (dapat dilihat pada tabel 2.3.)

ɑ3 = Faktor kerja ɑ3 = 1 untuk kondisi kerja normal, kurang dari 1 untuk kondisi kerja tidak normal.

Lh = Umur nominal (jam)

[image:41.612.153.484.267.493.2]

Tabel 2.3. dapat digunakan untuk menentukan faktor kendala pada bantalan, seperti terlihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 2.3. Harga faktor kendala, (Sularso dan Suga, 1997)

Faktor kendala (%) Ln ɑn

90 95 96 97 98 99 L10 L5 L4 L3 L2 L1 1,00 0,62 0,53 0,44 0,33 0,21

2.10. SAMBUNGAN LAS

2.10.1. Kekuatan sambungan las fillet melintang

Lap joint (sambungan las fillet melintang) dirancang untuk kekuatan tarik, seperti pada Gambar 2.21 (a) dan (b).

[image:42.612.249.408.469.572.2]

(a) Single transverse fillet weld (b) double transverse fillet weld

Gambar 2.21.Lap joint, ( Zainuri, 2010).

Proses menentukan kekuatan sambungan las, diasumsikan bahwa bagian

fillet adalah segitiga ABC dengan sisi miring AC seperti terlihat pada gambar 2.22 Panjang setiap sisi diketahui sebagai ukuran las, dan jarak tegak lurus kemiringan BD adalah tebal leher. Luas minimum las diperoleh pada leher BD, yang diberikan dengan hasil dari tebal leher dan panjang las. seperti pada gambar 2.22.

Gambar 2.22. Skema dan dimensi bagian sambungan las, (Zainuri, 2010).

Keterangan :

t = Tebal leher (BD).

s = Ukuran las = Tebal plat,

Dari gambar 2.22 ketebalan leher dapat dicari dengan :

t = s sin45 o

= 0,707 s (2.31)

Luas minimum las atau luas leher adalah sebagai berikut:

A = t l = 0,707 s l (2.32)

[image:43.612.143.499.351.564.2]

Proses menentukan ukuran las minimum dapat melihat harga pada tabel 2.4 ukuran las bisa saja lebih besar dari pada ketebalan plat tetapi, dapat juga lebih kecil.

Tabel 2.4. Ukuran las minimum yang direkomendasikan, (Zainuri 2010).

Thickness of plat (mm) Minimum size of

weld (mm)

3-5

6-8

10-16

18-24

26-55

Over 58

3

5

6

10

14

20

Apabila

t adalah tegangan tarik yang diijinkan untuk las logam, dan kekuatan tarik sambungan untuk las fillet tunggal (single fillet weld) maka:

P = 0,707 s l

Persamaan untuk menghitung kekuatan tarik sambungan las fillet ganda (double fillet weld) adalah sebagai berikut:

P = 2 0,707 s l

t = 1,414 s l t .(2.33.b)

1. Las Fillet Melingkar Dikenai Torsi.

[image:44.612.264.375.273.412.2]

Batang silinder yang dihubungkan ke plat kaku dengan las fillet seperti pada Gambar 2.23. di bawah ini :

Gambar 2.23. Las fillet melingkar yang dikenai torsi, (Zainuri, 2010).

Keterangan :

d = Diameter batang,

r = Radius batang,

T = Torsi yang bekerja pada batang,

s = Uuran las,

t = Tebal leher,

J = Momen inersia polar dari bagian las

= t d

3

/ 4

τmax= Ty_J = T _td _d = .T_{t d}

dimana :[ T

J = τ r]

Tegangan geser terjadi pada bidang horisontal sepanjang las fillet, untuk

tegangan geser maksimum terjadi pada leher las dengan sudut 45 o

dari bidang horizontal untuk persamaan tegangan geser meksimum dapat dilihat pada persamaan 2.34 di bawah ini.

Panjang leher, t = s.sin 45 o

= 0,707.s

Adapun persamaan untuk menghitung tegangan geser maksimum adalah sebagai berikut:

τmax= T

sin s d ( 2.34)

2.10.2.Las Fillet Melingkar yang dikenai Momen Bending.

Sebuah batang silinder dieratkan pada plat tebal dengan menggunakan las

[image:45.612.256.381.546.681.2]

fillet melingkar, yang dirancang untuk menahan momen bending seperti pada gambar 2.24 di bawah ini.

Keterangan :

d = Diameter batang,

M = Momen banding pada batang,

s = Ukuran las,

t = Tebal leher,

Z = Section modulus dari bagian las = t d

2 / 4

Tegangan lentur terjadi pada bidang horisontal sepanjang las fillet, dan

tegangan lentur maksimum terjadi pada leher las dengan sudut 45 o

dari bidang horizontal, maka panjang leher adalah:

t = s sin 45o = 0,707.s (2.35)

Persamaan untuk menghitung tegangan lentur maksimum adalah sebagai berikut:

b(max)

=

_sin ε _{s d}

=

. ε_{s d}

(2.36)

2.10.3. Beban Eksentris Sambungan Las

Ketika tegangan geser dan tegangan bending terjadi secara simultan pada sambungan las tetap (T) seperti terlihat pada gambar 2.25, maka tegangan maksimum adalah tegangan normal maksimum :

t(max)= b √ (2.37)

Persamaan untuk menghitung tegangan geser maksimum adalah sebagai berikut:

τmax= √ b τ (2.38)

b= Tegangan lentur,

[image:47.612.224.400.124.333.2]

τ = Tegangan geser

Gambar 2.25. Sambungan tetap T mendapat Beban eksentris, (Zainuri, 2010).

Keterangan:

l = Panjang las

s = Ukuran las

t = Tebal leher P = Gaya e = Jarak

Ada dua kasus beban eksentris sambungan las, yaitu:

a. Pembebanan eksentris pada sambungan tetap T

Pada sambungan tetap T pada salah satu ujungnya dikenai beban eksentris (P) pada jarak (e) seperti pada Gambar 2.25.

Sambungan mendapat dua jenis tegangan:

1. Tegangan geser langsung akibat gaya geser P pada las, dan 2. Tegangan lentur akibat momen lentur P x e.

Untuk mengetahui luas leher las adalah:

= t l 2 = 2 t l (untuk double fillet weld)

= 2 0,707 s l = 1,414 s l (t = s cos45 o

= 0,707 s)

Persamaan untuk menghitung tegangan geser pada las adalah sebagai berikut:

(2.39)

Sectionmodulus dari logam las melalui leher las adalah:

= t l

= sin s l = _. s l (2.40)

(untuk kedua sisi las)

Persamaan untuk menghitung momen lentur,adalah sebagai berikut:

M = P.e (2.41)

Persamaan untuk menghitung tegangan lentur, adalah sebagai berikut:t

(2.42)

b. Pembebanan secara eksentris pada sambungan las fillet sejajar

Ketika sambungan las fillet sejajar dibebani secara eksentris seperti pada Gambar 2.26, maka terjadi dua jenis tegangan berikut ini:

1. Tegangan geser utama, dan

Gambar 2.26. Sambungan las dibebani secara eksentris, (Zainuri, 2010)

Keterangan :

P = Beban eksentris,

e = Eksentrisitas yaitu yaitu jarak tegak lurus antara garis aksi beban dan pusat gravitasi (G) dari fillet.

l = Panjang las,

s = Ukuran las,

t = Tebal leher.

Dua gaya P

1 dan P2 adalah didahului pada pusat gravitasi G dari sistem las. Pengaruh beban P

1 = P adalah untuk menghasilkan tegangan geser utama yang diasumsikan seragam sepanjang las. Pengaruh P

2 = P menghasilkan momen puntir sebesar P x e yang memutar sambungan terhadap pusat gravitasi dari sistem las. Akibat momen puntir menimbulkan tegangan geser sekunder. Untuk mengetahui tegangan geser utama adalah sama dengan persamaan 2.39.

(Luas leher untuk single fillet weld

Ketika tegangan geser akibat momen puntir (T = P.e) pada beberapa bagian adalah seimbang untuk jarak radial dari G, maka tegangan akibat P.e pada titik A adalah seimbang dengan AG (r

2) dan arahnya memutar ke kanan terhadap AG. Dapat ditulis:

τ

=

τ

r= konstan (2.43.a)

τ = τ_r r (2.43.b)

τ₂ adalah tegangan geser pada jarak maksimum (r

2) dan τ adalah tegangan geser pada jarak r.

Sebuah bagian kecil dari las yang mempunyai luas dA pada jarak r dari G. Gaya

geser pada bagian kecil ini adalah τ. dA dan momen puntir dari gaya geser terhadap G adalah:

dT = τ x dA x r = τ_r dA r

persamaan untuk menghitung momen puntir total seluruh luas las adalah sebagai berikut:

∫ ∫

( ∫ )

Keterangan:

Tegangan geser akibat momen puntir yaitu tegangan geser sekunder adalah:

(2.44)

Menentukan resultan tegangan, tegangan geser utama dan sekunder adalah kombinasi secara vektor. Resultan tegangan geser pada A,

√

(2.45) Keterangan :

= sudut antara τ₁ dan τ₂ , dan

cos = r

1/r2

Momen inersia polar pada luas leher (A) terhadap pusat gravitasi yang diperoleh dengan teorema sumbu sejajar yaitu:

[ ]

= [A l A x ] = A ( l x ) (double fillet weld) (2.46)

Keterangan :

A = Luas leher = t l = 0,707 s l, l = Panjang las,

x = Jarak tegak lurus antara dua sumbu sejajar.

[image:52.612.115.540.194.674.2]

persamaan-persamaan untuk menghitung momen inersia pada setiap jenis profil material seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.5.

2.11. SAMBUNGAN ULIR

2.11.1 Pengertian Sambungan Ulir

2.11.2. Istilah Penting Pada Ulir

Istilah berikut digunakan pada ulir seperti pada Gambar 2.27 di bawah adalah penting untuk diperhatikan.

Gambar 2.27. Istilah pada ulir, (Zainuri,2010)

Keterangan Gambar 2.27:

1. Major diameter adalah diameter terbesar pada ulir eksternal atau internal. Dinamakan juga outside atau nominal diameter.

2. Minor diameter adalah diameter terkecil pada ulir eksternal atau internal. Dinamakan juga core atau root diameter.

3. Pitch diameter adalah diameter rata-rata silinder. Dinamakan juga effective diameter.

4. Pitch adalah jarak antara puncak ulir. Secara matematika dapat dihitung:

pitch= _{jumlah puncak ulir per unit panjang ulir}

5. Crest adalah permukaan atas pada ulir.

6. Root adalah permukaan bawah yang dibentuk oleh dua sisi berdekatan dari ulir. 7. Depth of thread adalah jarak tegak lurus antara crest dan root.

2.11.3. Jenis Sambungan Mur dan Baut.

Jenis ulir adalah sebagai berikut: 1. Ulir Metrik

Ulir jenis ini banyak digunakan pada kendaraan bermotor, karena mempunyai kekuatan dan kepastia pengetatan yang tinggi dan dilambangkan dengan huruf M, misalnya M8 x 1.25, atau M8 x 1.5, seperti pada gambar 2.28.

Gambar 2.28. Metrik thread, (Zainuri 2010).

2.11.4. Jenis Sambungan ulir 1. Through bolts.

(a) (b) (c)

Gambar 2.29. (a), Through bolts, (b), Tap bolt, (c), Stud, (Zainuri, 2010).

2. Tap bolts.

Pada tap bolt ulir dimasukkan ke lubang tap pada salah satu bagiannya dikencangkan tanpa mur. Seperti terlihat pada gambar 2.18 b. diatas.

3. Stud.

Stud pada ujungnya cenderung berulir semua. Salah satu ujung ulir dimasukkan ke lubang tap kemudian dikencangkan sementara ujung yang lain ditutup dengan mur. Seperti pada gambar 2.18.c. diatas.

2.11.5. Sambungan baut akibat beban eksentris

Beberapa aplikasi sambungan baut yang mendapat beban eksentris seperti bracket, tiang crane, dll. Beban eksentris dapat berupa:

1. Sejajar dengan sumbu baut. 2. Tegak lurus dengan sumbu baut. 3. Dalam bidang baut.

2.11.6. Beban eksentris yang sejajar terhadap dengan sumbu baut

Pada Gambar 2.30, ada empat baut yang mana setiap baut mendapat beban tarik utama W

[image:57.612.182.455.112.230.2]

Gambar 2.30. Beban eksentris yang sejajar dengan sumbu baut, (Zainuri 2010).

Keterangan :

w = Beban baut per unit jarak terhadap pengaruh balik bracket

W

1 dan W2 = Beban setiap baut pada jarak L1 dan L2 dari sisi tepi. Besar beban setiap baut pada jarak L

1 adalah:

W

1 = w L1 (2.47)

Dan besar momen gaya terhadap sisi tepi adalah sebagai berikut:

= 2 w

.L1 L1 = w (L1)2

(2.48.a)

Besar beban setiap baut pada jarak L

2 adalah:

W

2 = w L2 (2.49.b)

Dan besar momen gaya terhadap sisi tepi = w

. L2 L2 = w (L2) 2

Total momen gaya pada baut terhadap sisi tepi adalah sebagai berikut:

2 w

. (L1) 2

+ 2 w

. (L2) 2

Besar momen akibat beban W terhadap sisi tepi adalah sebagai berikut:

W L (2.51)

Dari persamaan (2.50) dan (2.37), diperoleh:

δ= δ δ

= δ

[ δt δ ]

Beban tarik dalam setiap baut pada jarak L

2 adalah:

_{[ ]} (2.52)

Beban tarik total pada baut yang terbebani paling besar adalah:

W

t = Wt1 + Wt2 (2.53)

Jika d

c adalah diameter core (minor) dari baut dan t adalah tegangan tarik untuk material baut, maka total beban tarik W_{t adalah sebagai berikut:}

W

t = 4 (dc) 2

t (2.54)

Dari persamaan (2.53) dan (2.54), nilai d

c dapat diperoleh.

2.11.7.Beban eksentris yang tegak lurus terhadap sumbu baut

[image:59.612.204.434.116.235.2]

Gambar 2.31. Bebaneksentris yang tegak lurus terhadap sumbu baut, (Zainuri, 2010)

Dalam kasus ini, baut menerima beban geser utama yang sama pada seluruh baut. Sehingga beban geser utama pada setiap baut adalah:

W

s = W/n, (2.55)

Keterangan :

n = Jumlah baut.

Beban tarik maksimum pada baut 3 dan 4 adalah seperti pada persamaan (2.52)

_{[ ]}

Ketika baut dikenai geser yang sama dengan beban tarik, kemudian beban ekuivalen dapat ditentukan dengan hubungan berikut:

Beban tarik ekuivalen adalah:

[ √ ] (2.55)

Dan beban geser ekuivalen adalah sebagai berikut:

Ukuran-ukuran nominal dalam kurung ( ) adalah pilihan kedua sebaiknya dihindarkan. Diameter mata bor = diameter nominal – gang.

d d (2.57)

Keterangan :

d2 = Diameter tengah d3 = Diameter terkecil

2.11.8.Jenis Ulir

Menurut Sularso dan Suga, (1997), ulir digolongkan menurut bentuk profit penampangnya sebagai berikut: ulir segi tiga, persegi, trapesium, gigi gergaji, dan bulat. Bentuk persegi, trapesium, dan gigi gergaji, pada umumnya dipakai untuk penggerak atau penerus gaya, sedangkan ulir bulat dipakai untuk menghindari kemacetan karena kotoran. Tetapi bentuk yang paling banyak dipakai adalah ulir segi tiga.

Ulir segi tiga diklasifikasikan lagi menurut jarak baginya dalam ukuran metris dan inchi, dan menurut ulir kasar dan ulir lembut sebagai berikut:

1. Seri ulir kasar metris (Tabel 2.7) 2. Seri ulir kasar UNG

3. Seri ulir lembut metris 4. Seri ulir lembut UNF

Harga-harga ulir standar metris dapat dilihat pada tabel 2.7. di bawah ini.

2.11.9. Dimensi Ulir Standar

[image:61.612.111.521.131.437.2]

Tabel 2.6.a. Ukuran standar ulir metris kasar (JIS B 0205), (Sularso dan Suga 1997).

Diameter nominal

(d = D)

Gang (P)

Diameter tengah (d1 = D2)

Baut Mur

Diameter terkecil

(d3)

Luas tegangan tarik (As1 (mm^2))

[image:62.612.110.531.130.584.2]

Tabel 2.6.b. Ukuran standar ulir metris kasar (JIS B 0205), (Sularso dan Suga, 1997).

Ulir (1)

Jarak bagi p Tinggi Kaitan H1 Ulir dalam Diameter luar D Diameter efektif D2 Diameter dalam D1

1 2 3 Ulir luar

Diameter luar d

Diameter efektif d2

Diameter inti d1

M 0,25 M 0,3 M 0,35 0,075 0,08 0,09 0,041 0,043 0,049 0,250 0,300 0,350 0,201 0,248 0,292 0,169 0,213 0,253 M 0,4 M 0,5 M 0,45 0,1 0,1 0,125 0,054 0,054 0,068 0,400 0,450 0,500 0,335 0,385 0,419 0,292 0,342 0,365 M 0,6 M 0,55 M 0,7 0,125 0,15 0,175 0,068 0,081 0,095 0,550 0,600 0,700 0,469 0,503 0,586 0,415 0,438 0,511 M 0,8 M 1 M 0,9 0,2 0,225 0,25 0,108 0,122 0,135 0,800 0,900 1,000 0,670 0,754 0,838 0,583 0,656 0,729 M 1,2 M 1,4 M 1,7 0,25 0,3 0,35 0,135 0,162 0,189 1,200 1,400 1,700 1,038 1,205 1,473 0,929 1,075 1,321 M 2 M 2,3 M 2,6 0,4 0,4 0,45 0,217 0,217 0,244 2,000 2,300 2,600 1,740 2,040 2,308 1,567 1,867 2,113

M 3 x 0,5

M 3,5 0,5 0,6 0,6 0,271 0,325 0,325 3,000 3,000 3,500 2,675 2,610 3,110 2,459 2,350 2,850

M 4 x 0,7

M 4,5 0,7 0,75 0,75 0,379 0,406 0,406 4,000 4,000 4,500 3,515 3,513 4,013 3,242 3,188 3,688

M 5 x 0,8 0,8

2.11.10. Bahan Ulir

[image:63.612.113.532.265.479.2]

Menurut Sularso dan Suga, (1997), penggolongan ulir menurut kekuatannya distandarkan dalam JIS dapat dilihat pada Tabel 2.7 Arti dari bilangan kekuatan untuk baut dalam tabel tersebut adalah sebagai berikut : Angka di sebelah kiri tanda titik adalah ⁄ harga minimum kekuatan yang bersangkutan menyatakan ⁄ tegangan beban jaminan.

Tabel 2.7. Bilangan kekuatan baut, sekrup mesin dan mur, (Sularso dan Suga 1997).

Baut / sekrup mesin (JIS B 1051)

Bilangan kekuatan 3,6 4,6 4,8 5,6 5,8 6,6 6,8 6,9 8,8 10,9 12,9 14,9 Kekuatan

tarik

B

(kg/mm2)

Minimun 34 40 50 60 80 100 120 140

Maksimu m

49 55 70 80 100 120 140 160

Batas mulur

ƴ

(kg/mm2)

Minimum 20 24 32 30 40 36 48 54 64 90 108 126

Mur (JIS B 1052)

Bilangan kekuatan 4 5 6 8 10 12 14

Tegangan beban yang dijamin (kg/mm2)

40 50 60 80 100 120 140

2.11.11. Jenis Ulir menurut Bentuk Bagian dan Fungsinya

Menurut Sularso dan Suga, (1997), baut digolongkan menurut bentuk kepalanya, yaitu segi enam, soket segi enam, dan kepala persegi. Baut dan mur dapat dibagi antara lain: baut penjepit, baut untuk pemakaian khusus, sekrup mesin, sekrup penetap, sekrup pengetap, dan mur, pada gambar 2.32 baut penjepit dapat berbentuk :

(b) Baut tap, untuk menjepit dua bagian, dimana jepitan diketatkan dengan ulir yang ditapkan pada salah satu bagian. Seperti telihat Pada gambar 2.32.(b).

(c) Baut tanam, merupakan baut tanpa kepala dan diberi ulir pada kedua ujungnya. Untuk dapat menjepit dua bagian, baut ditanam pada salah satu bagian yang mempunyai lubang berulir, dan jepitan diketatkan dengan sebuah mur. Seperti telihat pada gambar 2.32.(c).

[image:64.612.152.475.242.433.2]

(a) Baut tembus (b) baut tap (c) baut tanam

Gambar 2.32. Baut penjepit, (Sularso dan Suga, 1997).

2.11.12. Pemilihan Baut dan Mur

[image:65.612.155.493.117.262.2]

(a) (b) (c) (d)

Gambar 2.33. Kerusakan pada baut, (Sularso dan Suga 1997).

Keterangan gambar:

(a) Putus karena tarikan (c) Tergeser

(b) Putus karena puntiran (d) Ulir lumur (dol)

Dalam menentukan ukuran mur dan baut, berbagai faktor harus diperhatikan seperti sifat gaya yang bekerja pada baut, syarat kerja, kekuatan bahan, kelas

ketelitian, dll.

Adapun gaya-gaya yang bekerja pada baut dapat berupa :

1. Beban statis aksial murni

2. Beban aksial, bersama dengan puntir. 3. Beban geser

4. Beban tumbukan aksial.

Pertama-tama akan ditinjau kasus dengan pembebanan aksial murni. Dalam hal ini, persamaan yang berlaku adalah sebagai berikut:

t = =

Dimana ѡ (kg) adalah beban tarik aksial pada baut, t adalah tegangan tarik

yang terjadi di bagian yang berulir pada diameter inti d1 (mm). Pada sekrup atau baut yang mempunyai diameter luar d 3 (mm), umumnya besar diameter inti d1 ≈ 0,8 d, sehingga (d1/d)2≈ 0,64. Jika a (kg/mm2) adalah tegangan yang diizinkan, maka

t =

(2.59)

Dari persamaan (2.45) dan (2.46) diperoleh

d √ _{a .} atau d √ (2.60)

Harga a tergantung pada macam bahan, yaitu SS, SC, atau SF. Jika difinis

tinggi, faktor keamanan dapat diambil sebesar 6-8, dan jika difinis biasa, besarnya antara 8-10. Untuk baja liat yang mempunyai kadar karbon 0,2-0,3 (%), tegangan

yang diizinkan a umumnya adalah sebesar 6 (kg/mm2) Jika difinis tinggi, dan 4,8

(kg/mm2) jika difinis biasa.

Dalam hal mur, jika tinggi profil yang bekerja menahan gaya adalah h (mm), seperti dalam gambar 2.34, jumlah lilitan ulir adalah z, diameter efektif ulir luar d2, dan gaya tarik pada baut ѡ (kg), maka besarnya tekanan kontak pada permukaan ulir

q (kg/mm2) adalah

q =

[image:67.612.261.424.116.245.2]

Gambar 2.34. Tekanan pada baut, (Sularso dan Suga, 1997).

qa adalah tekanan kontak yang diizinkan, dan besarnya tergantung pada kelas

ketelitian dan kekerasan permukaan ulir seperti diberikan dalam Tabel 2.9, jika persyaratan dalam persamaan 2.62 tersebut dipenuhi, maka ulir tidak akan menjadi lumur atau dol. Ulir yang baik mempunyai harga h paling sedikit 75 (%) dari kedalaman ulir penuh, ulir biasa mempunyai h sekitar 50 (%) dari kedalaman penuhnya.

Jumlah ulir z dan tinggi mur H (mm) dapat dihitung dari persamaan berikut ini:

z

_{( d}

h qa )

(2.62)

(2.63)

Menurut standar : H = (0.8 1,0) d (2.64)

Dalam gambar 2.34 diperlihatkan bahwa gaya W juga akan menimbulkan

tegangan geser pada luas bidang silinder ( d1 k p z) dimana k p adalah

τ

_b

=

_{d k p z} (2.65)

Jika tebal akar ulir pada mur dinayatakn dengan j p, maka tegangan gesernya

adalah sebagai berikut:

(2.66)

Harga k ≈ ,8 dan j ≈ ,7 dapat diambil untuk ulir metris. sedangkan

pembebanan pada seluruh ulir yang dianggap merata,

τ

b dan

τ

n harus lebih kecil dari pada harga yang diizinkan

τ

a. [image:68.612.120.525.436.618.2]

Besar harga-harga tekanan permukaan yang dijinkan pada ulir dapat dilihat pada tabel 2.8 dibawah ini.

Tabel 2.8. Tekanan permukaan yang diizinkan pada ulir, (Sularso dan Suga, 1997). Bahan Tekanan permukaan yang diizinkan

qa (kg/mm2)

Ulir luar Ulir dalam Untuk pengikat Untuk penggerak

Baja liat Baja liat atau perunggu

3 1

Baja keras Baja liat atau perunggu

4 1,3

Bahan Kecepatan luncur Tekanan permukaan yang diizinkan qa (kg/mm2)

Baja

Perunggu Kecepatan rendah 1,8 – 2,5

Perunggu 3,0 m/min atau kurang

1,1 – 1,8

Besi cor 3,4 m/min atau kurang

1,3 – 1,8

Perunggu besi cor

6,0 – 12,0 m/min 0,6 – 1,0 0,4 – 0,7 Prunggu 15,0 m/min atau

lebih

0,1 – 0,2

Berikut ini adalah skema geseran yang terjadi pada ulir mur dan baut, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.35 di bawah ini.

Keterangan gambar :

(1) Ulir luar (2) Ulir dalam

Menurut Sularso dan Suga, (1997), bila beban yang bekerja pada baut merupakan gabungan antara gaya tarik aksial dan momen puntir, maka sangat perlu untuk menentukan cara memperhitungkan pengaruh puntiran tersebut. Jika gaya aksial dinyatakan dengan W (kg), maka harus ditambahkan W|3 pada gaya aksial tersebut sebagai pengaruh tambahan dari momen puntir. Cara ini merupakan perhitungan kasar, dan dipakai bila perhitungan yang lebih teliti dianggap tidak diperlukan.

Bila terdapat gaya geser murni W (kg), tegangan geser yang terjadi masih

dapat diterima selama tidak melebihi harga yang diizinkan. Jadi (W / ( )d2)

τ

a1

untuk satu penampang yang mendapat beban geser. Seperti telah diuraikan dimuka, tegangan geser yang diizinkan diambil sebesar τa = (0,5 – ,7 ) a1 di mana a adalah

tegangan tarik yang diizinkan. Perlu diperhatikan bahwa beban geser harus ditahan oleh bagian badan baut yang tidak berulir, sehingga gaya geser yang ada dibagi oleh luas penampang yang berdiameter d.

[image:71.612.186.461.114.247.2]

Gambar 2.36. Baut untuk beban tumbukan, (Sularso, dan Suga, 1997).

Panjang l dari baut tap atau baut tanam yang disekrupkan kedalam lubang ulir, tergantung pada bahan lubang ulir tersebut sebagai berikut : untuk baja atau perunggu

l = d, untuk besi cor l = 1,3 d, untuk logam lunak l = (1,8-2,0) d. Kedalaman lubang harus sama dengan l ditambah 2-10 (mm).

Menurut Sularso dan Suga, (1997), permukaan dimana kepala baut atau mur akan duduk, harus dapat menahan tekanan permukaan sebagai akibat dari gaya aksial baut. Untuk menghitung besarnya tekanan ini, dianggap bahwa luas bagian kepala baut atau mur yang akan menahan gaya adalah lingkaran yang diameter luarnya sama dengan jarak dua sisi sejajar dari segi enam B (mm), dan diameter dalamnya sama dengan diameter-diameter luar baut d (mm). Jika beban aksial baut adalah W (kg), maka besarnya tekanan permukaan dudukan adalah

(2.67)

harga qa adalah tekanan permukaan yang diizinkan seperti dalam tabel 2.9.

1) Cincin penjamin dapat dilihat pada gambar 2.37 yang berbentuk cincin pegas, cincin bergigi luar, cincin cekam, dan cincin berlidah.

2) Mur penjamin seperti terlihat pada gambar 2.38 menggunakan dua buah mur, yang bentuknya dapat bermacam-macam. Dalam hal Gambar 2.38. (a), mur A akan mencegah mur B menjadi kendor.

3) Pena penjamin, sekrup mesin, atau sekrup penetap seperti terlihat pada gambar 2.39.

[image:72.612.135.557.364.477.2]

4) Macam-macam penjamin lain dapat dilihat pada gambar 2.40 seperti dengan cincin nilon yang disisipkan pada ujung mur untuk memperbesar gesekan dengan baut, menipiskan dan membelah ujung mur yang berfungsi sebagai penjepit baut, dll.

Gambar 2.37. Cincin penjamin, (Sularso dan Suga, 1997).

Keterangan gambar :

(a) Cincin pegas (d) Cincin berlidah (b) Cincin bergigi (gigi luar) (e) Cincin berlidah ganda (c) Cincin cekam

[image:73.612.176.454.112.281.2]

Gambar 2.38. Mur penjamin, (Sularso dan Suga, 1997).

Adapun bentuk mur pengunci lainnya yaitu seperti yang terlihat pada gambar 2.39 dibawah ini. bentuk penguci mur sangat banyak variasinya antara lain yaitu dengan menggunakan klip snapring, ring pegas, pena atau kawat serta dilakukannya pengeleman pada daerah ulir mur.

Gambar 2.39. Cara menjamin dengan pena atau sekrup, (Sularso dan Suga, 1997).

Keterangan gambar:

(a) Pena belah (4) Mur

[image:73.612.129.509.418.606.2]