DESAIN DAN PENGUJIAN ALAT UJI FATIK
ROTATING BENDING MACHINE
TTUUGGAASS AAKKHHIIRR
Disusun sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya
O OLLEEHH
I
IMMRRAANN N
NIIMM :: 550099222200001133
F
F
A
A
K
K
U
U
L
L
T
T
A
A
S
S
T
T
E
E
K
K
N
N
I
I
K
K
U
U
N
N
I
I
V
V
E
E
R
R
S
S
I
I
T
T
A
A
S
S
N
N
E
E
G
G
E
E
R
R
I
I
M
M
E
E
D
D
A
A
N
N
i
IMRAN. NIM 50220013. “DESAIN DAN PENGUJIAN ALAT UJI FATIK ROTATING BENDING MACHINE”.UNIVERSITAS NEGERI MEDAN,
2013
ABSTRAK
Perancangan alat uji fatik rotating bending machine ini dilakukan guna mengetahui perbandingan alat yang dibuat dengan alat yang sudah ada sebelumnya. Di samping itu juga dilakukan pengujian terhadap alat yang sudah dibuat untuk mengetahui kenerja secara fungsional. Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui kekuatan lelah pada baja HQ705. Untuk melakukan proses pengujian diperlukan bahan uji fatik yang sesuai dengan standart ASTM E 466. Kemudian dibuat spesimen untuk pengujian fatik menggunakaan mesin bubut dengan diameter terkecil 8 mm. Pengujian dilakukan dengan memberikan beban yang bervariasi pada setiap spesimen. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semakin besar beban yang diberikan maka akan semakin cepat spesimen mengalami kegagalan fatik/patah, sebaliknya apabila beban yang di berikan kecil, maka kegagalan fatik/patah yang terjadi terhadap spesimen akan lebih lama. Dari pengujian ini disimpulkan bahwa alat uji fatik rotating bending machine ini secara fungsional sudah dapat bekerja dengan baik.
iii
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN
ABSTRAK.. ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI... iii
DAFTAR TABEL ... v
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR LAMPIRAN... vii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Perumusan Masalah ... 4
C. Tujuan Rancangan ... 4
D. Manfaat ... 5
BAB II LANDASAN TEORI ... 6
A. Gambaran Umum ... 6
B. Aspek Metalurgis Pada Kelelahan Logam ... 9
C. Bahan Dan Ukuran Spesimen ... 10
D. Tahap-Tahap Dalam Perencanaan ... 11
E. Dasar Perencanaan Elemen Mesin ... 13
1. Perencanaan Daya Motor ... 13
2. Perencanaan Poros ... 14
F. Macam-Macam Poros ... 16
G. Bahan Poros ... 16
H. Pasak ... 21
I. Perencanaan Sabuk Dan Puli ... 24
J. Perencanaan Bearing ... 25
BAB III PERANCANGAN KOMPONEN UTAMA ALAT UJI ... 29
A. Bagian Utama Mesin ... 29
iv
C. Perancangan Poros ... 31
D. Perancangan Pasak ... 37
E. Perancangan Sabuk Dan Pulli ... 43
F. Perancangan Bantalan (Bearing) ... 45
1. Analisa Gaya ... 46
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN ... 49
A. Proses Pembuatan Spesimen ... 49
1. Persiapan Alat ... 49
2. Bahan ... 49
3. Tindakan Keamanan ... 49
4. Langkah Kerja ... 50
B. Hasil Pengujian ... 51
C. Hasil Pembahasan ... 54
D. Pemeliharaan Dan Perawatan Mesin ... 55
1. Pengertian Dan Tujuan Utama Perawatan ... 55
2. Perawatan Bagian-Bagian Utama Mesin ... 56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 57
A. Kesimpulan ... 57
B. Saran ... 57
DAFTAR PUSTAKA ... 58
v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Dimensi Spesimen uji fatik standar ASTM E 466... 11
Tabel 2.2 Komposisi kimia baja HQ 705 ... 11
Tabel 2.3 Sifat Mekanis baja HQ 705 ... 11
Tabel 2.4 JIS G 4051 Baja karbon untuk konstruksi mesin ... 17
Tabel 2.5 Faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan ... 19
Tabel 3.1 Faktor - faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan ... 38
Tabel 4.1 Nama Peralatan Untuk Pembuatan Spesimen ... 48
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Distribusi mode kegagalan ... 6
Gambar 2.2 Skematis permukaan patah leleh dari penampang bulat pada berbagai kondisi pembebanan ... 8
Gambar 2.3 Contoh permukaan patah leleh (a, b, dan c) ... 8
Gambar 2.4 Ukuran spesimen uji fatik (sesuai ASTM E 466) ... 10
Gambar 2.5 Diagram faktor kosentrasi tegangan a untuk pembebanan puntir statis pada poros bulat dengan alur pasak persegi yang diberi filet ... 20
Gambar 2.6 Macam-macam pasak ... 22
Gambar 2.7 Gaya geser pada pasak ... 23
Gambar 2.8 Ukuran penamang sabuk - V ... 24
Gambar 2.9 Bearing ... 27
Gambar 3.1 Alat uji fatik rotating bending machine ... 29
Gambar 3.2 Poros ... 31
Gambar 3.3 Poros yang dibebani ... 35
Gambar 3.4 Sabuk dan puli... 42
Gambar 3.5 Gambar bearing ... 44
Gambar 4.1 Spesimen ... 50
Gambar 4.2 Kunci yang diperlukan ... 52
Gambar 4.3 Grafik hasil pengujian ... 53
Gambar 4.4 Spesimen yang telah mengalami kegagalan fatik/patah ... 53
vii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Gambar Alat Uji Fatik Rotating Bending Machine Lampiran 2. Gambar Rangka
Lampiran 3. Gambar Poros Dan Baut Lampiran 4. Gambar Puli
Lampiran 5. Gambar Bearing
Lampiran 6. Gambar Rumah Bearing Lampiran 7. Gambar Arbor
Lampiran 8. Foto Dokumentasi
1
BAB I
PENDAHULUAN
A.Latar Belakang
Pemakaian baja sebagai komponen utama pada konstruksi permesinan industri sangat mempertimbangkan biaya investasi dan perawatan yang rendah serta mempunyai ketahanan yang lebih lama. Biaya investasi dapat ditekan dengan mengefektifkan ukuran komponen permesinan sedangkan untuk menekan biaya perawatan dapat dilakukan dengan memilih bahan komponen berkualitas tinggi atau berkekuatan tinggi yang diharapkan mempunyai ketahanan yang lebih lama.
Salah satu cara dalam mencapai kekuatan tinggi adalah dengan memakai baja HQ705 (High Quality) untuk komponen konstruksi permesinan. Baja HQ705 merupakan baja High Performance yang baru pada tahum (2006) mulai dipasarkan di Medan sebagai bahan poros, pengganti baja ASSAB 705 yang lama. Baja HQ705 merupakan baja High Quality Pre-hardened Machinery Steel yang diproduksi dengan lisensi ASSAB Swedia dan dipasarkan oleh PT. Tira Austenite Indonesia. Kekuatan tarik baja HQ 705 lebih tinggi dari baja-baja lainnya yang pernah dipasarkan di Medan oleh beberapa Supplier dan keagenan baja. Pada industri khususnya industri sawit baja HQ705 digunakan sebagai komponen utama beberapa buah poros seperti pada Thresher.
2
beberapa peneliti, Haftirman (1995) meneliti baja S45C dan menyatakan bahwa kekuatan lelah baja mengalami penurunan dengan meningkatnya ukuran, kecuali pada ukuran kecil dari 2 mm, material mengalami peningkatan kekuatan lelah, sedangkan pada material dengan sifat tahan korosinya buruk, daerah transisi bergerak kearah lingkungan kelembaban rendah dan material dengan kekuatan tinggi, di lingkungan kelembaban tinggi terjadi penurunan kekuatan yang sangat besar. Penurunan kekuatan di lingkungan kelembaban tinggi ini disebabkan timbulnya korosi pit dan retakan. Sedangkan menurut Haftirman (1996), pengaruh ukuran spesimen terhadap kekuatan lelah korosi biasanya diketahui bahwa di larutan air garam dan air laut, bila diameter spesimen menjadi kecil terjadi penurunan kekuatan, dan di dalam air bersih terjadi sebaliknya yaitu kekuatannya bertambah besar. Hal ini disebabkan larutan garam dan air laut merupakan lingkungan yang mempunyai pengaruh sangat kuat terhadap korosi sehingga retakan timbul dengan cepat. Secara perhitungan spesimen berdiameter kecil lebih merugikan bila dibandingkan dengan spesimen berdiameter besar, sesuai menurut Gakkai (1965), tegangan yang diterima luas penampang kecil dan spesimen berdiameter kecil akan mengakibatkan spesimen patah dalam waktu singkat.
3
Baja sebagai komponen utama konstruksi permesinan pengolahan sawit, memerlukan perhatian yang lebih besar karena kegagalan pada konstruksi baja akan menyebabkan industri gagal dalam produksi maupun kegiatan industri secara keseluruhan. Sehingga penyelidikan terhadap berbagai faktor yang menyebabkan penurunan umur baja sangat perlu dilakukan, karena tingginya frekuensi penggunaan baja pada industri pengolahan sawit, seperti pada poros threshing drum di stasiun penebah dan untuk komponen lainnya.
Dari hasil perancangan ini diketahui bahwa komponen-komponen yang ada didalamnya terdiri dari besi dan baja yang konstruksinya tidak begitu rumit karena memiliki ukuran yang lebih kecil atau simpel dan dapat di pindah tempatkan dengan mudah. Sedangkan mesin sebelumnya memeiliki ukuran yang lebih besar, sehingga susah untuk di pindah tempatkan atau memerlukan tenaga yang lebih besar untuk memindahkannya.
Sedangkan untuk sistem operasinnya, mesin ini tidak memerlukan bahan tambahan berupa besi balok padat dengan berat tertentu sebagai beban yang digunakan untuk menarik spesimen yang akan di uji. Tetapi beban tersebut diganti dengan menggunakan neraca pegas yang disambungkan dengan spesimen tersebut. Tidak seperti mesin sebelumnya yang membutuhkan beberapa besi balok untuk menentukan beban yang dibutuhkan dalam melakukan uji fatik.
4
Waktu yang dibutuhkan dalam proses pembuatan mesin ini juga lebih cepat dikarenakan ukuran mesinnya yang lebih kecil, namun memiliki fungsi yang sama. Dibandingkan dengan mesin lama yang memiliki kerangka lebih besar sehingga dalam pengerjaannya memerlukan waktu yang lebih lama.
B.Perumusan Masalah
Perancangan alat uji fatik ini dimaksudkan untuk memberikan tegangan berulang atau berfluktuasi pada benda uji, yang merupakan syarat utama terjadinya kegagalan lelah. Alat uji yang akan dirancang dalam tugas ini adalah Alat Uji Fatik Rotating Bending Machine. Perancangan alat uji tersebut meliputi
pemilihan dan perhitungan kekuatan komponen – komponen alat uji yang akan dibahas pada bab selanjutnya. Komponen-komponen tersebut antara lain : motor, poros, puli, sabuk, bantalan, pasak, baut, dan mur.
Alat uji tersebut akan digunakan untuk menguji baja HQ705 yang digunakan pada threshing. Perancangan ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh ukuran terhadap kekuatan lelah sehingga hasilnya dapat membantu dalam mendapatkan konstruksi yang optimum dengan ketahanan dan efisien dalam ukuran.
C.Tujuan
Adapun tujuan dari perancangan alat uji ini adalah:
1. Merencanakan konstruksi suatu alat uji fatik rotating bending machine yang dapat digunakan untuk menguji kekuatan lelah baja HQ705.
5
D.Manfaat
57 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A.Kesimpulan
Ada beberapa kesimpulan yang dapat diambil pada Tugas Akhir ini, yaitu: 1. Secara fungsional dan struktural alat ini dapat berkerja dengan baik
2. Alat uji fatik rotating bending machine ini secara fungsional dapat bekerja dengan baik
3. Semakin besar beban yang diberikan terhadap spesimen maka waktu yang diperlukan sebuah spesimen untuk mengalami kegagalan fatik/patah lebih cepat ( Beban 20 kg, waktu 46 menit)
B.Saran
58
DAFTAR PUSTAKA
Akuan, A., “ Teknik Metalurgi ”, Bandung, 2007
James M. Gere and Stephen P. Timoshenko,” Mekanika Bahan”. Edisi kedua,
Penerbit Erlangga, 1987
Shigley, J.E., Mischke, C.R., “ Mechanical Engineering Design”, Fifth Edition, McGraw-Hill Book Company, New York, 1989
Sularso dan Kiyokatsu Suga., “ Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen
Mesin”. PT. Pradnya Paramitha, Jakarta, 1983
George E. Dieter, “ Metalurgi Mekenik”. Jilid satu, Penerbit Erlangga, 1996
Haftirman, “Fatigue Strength of Steel in High Humidity Environment”,
