ELEMEN dan MESIN II INDONESIA

(1)

ELEMEN MESIN II

Dalam Elemen Mesin II (Bagian-Bagian Mesin II) materi yang akan dipelajari adalah :

1. Poros. 2. Bantalan. 3. Kopling/Clutch. 4. Rem.

5. Belt/Ban mesin. 6. Rantai.

7. Pegas. 8. Roda Gigi.

1. POROS.

Poros adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk mendukung dan menempatkan elemen mesin lainnya, misalnya : roda gigi, fly wheel, kopling dan lain-lain, yang semuanya itu didukung dan ditempatkan pada sebuah poros.

Sebuah poros ada kemungkinan akan mengalami momen lengkung (M) karena adanya beban pada poros, dan apabila poros tersebut berputar akan mengalami torsi (T), serta kemungkinan akan menderita gaya aksial (Fa) yang sejajar dengan sumbu poros.

F (beban pada poros)

Putaran Fa (gaya aksial)

Gambar : Sebuah poros transmisi (sebuah shaft).

o Momen lengkung (bending momen) disebabkan oleh beban F pada poros.

o Momen puntir (torsi) disebabkan oleh putaran pada poros.

(2)

Poros berdasarkan kegunaannya dapat dibedakan atas :

1. Shaft (poros transmisi) : Poros yang berfungsi untuk meneruskan tenaga dan putaran, misalnya : Poros pada lokomotif

2. Axle (poros dukung) : Poros yang berfungsi untuk mendukung beban, misalnya : poros pada andong (dokar), poros pada gerobak, poros pada gerbong kereta api.

Gambar : Poros dukung (axle).

3. Spindle : Poros pendek yang mempunyai ketelitian yang tinggi, misalnya : Poros pada mesin bubut, frais dan lain-lain 4. Poros line shaft : Poros penggerak memutar poros utama yang berukuran

lebih besar, dari poros utama tersebut digunakan untuk menggerakkan poros mesin-mesin yang banyak sekali. Pada poros transmisi berlaku hubungan antara daya (N) dan torsi (T) sebagai berikut:

n N . 71620 T 

Dimana : T = momen puntir (torsi), kg.cm N = daya penggerak, HP

n = putaran poros, rpm

Poros berdasarkan bentuknya dapat dibedakan atas :

1. Cam-shaft : poros yang digunakan untuk menggerakan katup isap dan katup buang pada silinder motor bakar.

(3)

2. Poros engkol (cranck-shaft) : poros yang digunakan untuk merubah gerakan lurus menjadi gerakan bolak-balik atau sebaliknya, pada mesin reciprocating (mesin bolak balik). Misal :

- poros engkol pada motor bakar, dari gerak lurus dirubah menjadi gerak putar. - poros engkol pada kompr. torak, dari gerak putar dirubah menjadi gerak lurus. - poros engkol pada pompa torak, dari gerak putar dirubah menjadi gerak lurus. 3. Counter-shaft : poros yang terletak antara pesawat tenaga dengan pesawat kerja.

Gambar : Counter shaft.

4. Fleksible shaft : poros yang terdapat pada tangkai mesin pemotong rumput. 5. Poros bertingkat : poros yang mempunyai bentuk bertingkat dan biasanya untuk

menambah kekuatan poros.

Gambar : Poros bertingkat.

Bahan-bahan yang digunakan untuk poros, pada umumnya dibuat dari baja, dan juga tergantung dari beban yang akan didukung.

Bahan yang paling murah dibuat dari :

1. Hot rolled plain carbon steel : permukaan kasar dan umumnya masih terselubung kerak (scale).

2. Cold down bar : cold rolled shafting, permukaan halus atau mengkilap, pada umumnya terbuat dari baja karbon, dapat juga dari baja paduan.

(4)

Bahan poros yang akan digunakan untuk poros engkol pada motor bakar, pada umumnya dibuat dengan jalan ditempa.

Bahan poros : - Baja karbon yang sering dipakai :

SAE 1045 s/d SAE 1050 dengan 0,45%C – 0,50%C. - Baja paduan yang sering dipakai :

SAE 4140 campuran : Cr, Mo SAE 4340 campuran : Ni, Mo

(SAE = Society of Automotive Engineer).

Bagian permukaan poros dimana permukaannya harus dibuat keras, hanya dikeraskan pada permukaannya saja (case hardening). Apabila hanya permukaan saja yang kuat, % C rendah = 0,20% Carbon.

Pada umumnya poros transmisi berputar dan pada saat beban poros meningkat sangat tinggi, poros akan mengalami kerusakan putus terpuntir (putus geser). Agar supaya poros dapat bekerja dengan aman, maka :

syang terjadi ≤ s yang diijinkan ≤ s bahan

s = tegangan geser ijin

s = 8.000 psi (tanpa ada alur pasak)

Poros dari baja mempunyai :

u = 45.000 – 70.000 psi

e = 22.500 – 55000 psi

Bila poros ada alur pasak :

(5)

PERHITUNGAN KEKUATAN POROS

- Bila poros berlubang (Hollow shaft).

Gambar : Poros berlubang.

Luas penampang poros berlubang :



2 2



4 do di

A 

Momen inertia terhadap sumbu porosnya : I.



4



4

4 4

1 64

: 1

64 64

k do I

do di k mis do

di do

di do I

 

       

   

       

 

  

- Bila poros pejal :  k = 0

4

64do

I  

Ip = momen inertia kutub.

Ip = ₃₂



do4 di4



₃₂ do4



1k4



I . Poros hanya mengalami (menderita) beban statis antara lain : 1. Poros mengalami beban momen lengkung saja.

(6)

Gambar : Poros dukung.

Pada axle biasanya beban hanya momen



4



2. Poros mengalami beban axial : Fa

Fa  ← Fa  = 2

_

2

_

Berlaku jika poros pendek/tidak ada tekukan.

Bila porosnya panjang : kemungkinan ada tekukan  teori kolom

(7)

y

 _{= Tegangan luluh (yield)}

n = c = Koefisien seperti pada pers Euler (c = n) tergantung perletakan/ujung : c 1,6



2



3. Kombinasi antara M dan Fa M

4. Beban torsi saja

Ada Torsi  Ada Tegangan Geser

 Jika benda pejal k

(8)

atau menurut Misser Hencky

II . Poros mengalami

(menderita) beban dinamis. Misalnya : beban yang berfluktuasi.

K = faktor konsentrasi tegangan.

yp = tegangan geser pada yield point (titik luluh).

e = tegangan endurance.

r beban dinamis.

2 2 2 2

(9)

Momen yang timbul harus dikalikan dengan Km, Torsi yang timbul harus dikalikan dengan Kt. M Km.M

T  Kt.T

Km = Faktor kombinasi kejut dan fatique/lelah pada momen (M). Kt = Faktor kombinasi kejut dan fatique/lelah pada torsi (T).

Harga Km dan Kt : Poros berputar

- Beban steady 1,5 1 non beban berfluktuasi - Beban minor shock 1,5 – 2 1 - 1,5

- Beban heavy shock 2 - 3 1,5 – 3 (Beban kejut besar)



 

2 2

2 4

3₁ _k Km.M ₈do1 k Fa Kt.T do

. 16

maks _ 

  



  _

 

  

Ada kemungkinan momen lengkung (dan gaya-gaya lainnya T dan Fa) tidak bekerja pada satu bidang saja, tetapi dapat bekerja dalam dua bidang yaitu x – y dan x – z dengan kata lain, perhitungan poros dengan tiga dimensi : sb x, y, z.

Contoh 1 :

(10)

Dari kedua gambar BMD tersebut dapat dicari resultantenya :

Titik A : MA = 0  TeA = ₀2 _T2



Titik C : MC = _MCy2 _MCz2

  TeC = mC2T2 Titik D : MD = _MDy2 _MDz2

  TeD = MD2T2

Titik B : MB = 0  TeB = ₀2 _T2



Te = Momen gabungan pada tiap titik.

Tegangan maks :  maks = _. 3 . 16

do Te



Titik A :  dA = ?, dA = 16_.TeA_._  untuk TeA

Titik B :  dB = ?, dB =

 .

TeB . 16

 untuk TeB

Titik C :  dC = ?, dC =

 .

TeC . 16

 untuk TeC

Titik D :  dD = ?, dD =

 .

TeD . 16

 untuk TeD

Contoh 2 :

(11)

Momen Resultantenya :

Titik A: MA = 0

Titik B : MB = ₀2 _MBz2



Titik C : MC = _MCy2 _MCz2



Titik D: MD = _MDy2 _MDz2



Kemd : Te = _M2 _T2



 maks = d

do Te

  . 3  

. 16

masing-masing titik dapat dicari

Soal :1.

Sebuah poros transmisi mampu meneruskan daya : P = 27 KW pada putaran n = 200 rpm. Pada B dan D dipasang bantalan. Pada A dan C dipasang Roda Gigi.

Diameter RG1 = 510 mm  Jari-jari RG1 = 255 mm

Diameter RG4 = 1400 mm

Bahan poros mempunyai tegangan geser :  = 30 N/mm2

Hitunglah : Diameter poros minimum yang diijinkan (d) ?

Penyelesaian :

Besarnya daya yang dapat diteruskan oleh poros : P = T.

(12)

= 2.₆₀.n P = 27.000 Watt

Satuan daya dalam : Watt = _dtJ  N_dt.m

Momen puntir :



P T 



₂27000_.₂₀₀  27000_.₂₀₀  ₂₀27000_,₉₃₃

 

60 30 = 1289 N.m

Gaya keliling : Pz = Torsi momen Gaya keliling x jarak R

T



 ( )

. 1

= 5000 N

255 , 0 1289



Py : Pz = R2 : R3  _PzPy R_R₃2

KN 15 5 . 200 600

Py  .

Bidang x – z : Bidang x – y :

(13)

MB = 10002 02 1000Nm

 

Mc = 2802 21502 2168Nm

 

Titik A , hanya ada T = 1289 Nm; M = 0;  = 30 N/mm2

dA3 ₌ Te _;_dA ₆₀_,₂₇_mm ₆₅_mm 30

. 1289 . 16 .

. 16

 



 



Titik B : T = 1289 Nm ; M = 1000 Nm

dB3₌ _M _T ₁₀₀₀ ₁₂₈₉ _;_dB ₆₅_,₁₉_mm ₇₀_mm 30

. 16 .

16 2 2 2 2

 



 



Titik C : T = 1289 Nm ; M = 2168 Nm

dC3₌ ₂₁₆₈ ₁₂₈₉ _;_dC ₇₅_,₄_mm ₈₀_mm 30

. 16 T

M .

16 2 2 2 2

 

  