PERENCANAAN SAMBUNGAN LAS PADA CRANE MINI
Dosen Pembimbing :
Dr. Ira Kusumaningrum, S.T., M.T.
Disusun oleh :
Mohammad Farriz Adi S(202321201004)
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DARUL βULUM JOMBANG
2023
i
LEMBAR PERSETUJUAN
Yang bertandatangan dibawah ini, kami selaku dosen pembimbing Laporan
βTugas Elemen Mesin Iβ menyatakan bahwa sebenarnya :
Nama : Mohammad Farriz Adi S (202321201004)
Fakultas / Jurusan : Teknik / Teknik Mesin
Universitas Darul βUlum Jombang
Dalam penyusunan laporan βTugas Elemen Mesin Iβ dinyatakan telah memenuhi syarat dan telah kami setujui.
Demikian surat pengesahan ini kami buat berdasarkan hasil terakhir yang telah diajukan penyusun.
Jombang, 15 Januari 2023
Menyetujui,
Ketua Program Studi Dosen Pembimbing
Ir. Kadaryono, M.T. Dr. Ira Kusumaningrum, S.T, M.T.
NPP. 960 501 084 NIDN. 0721037101
ii
UNIVERSITAS DARUL βULUM JOMBANG FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN : TEKNIK MESIN
Alamat : JL. Gus Dur 29 A Jombang 61413 Telp. (0321) 877157
BERITA ACARA ASISTENSI
Nama : Mohammad Farriz Adi S (202321201002) Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Mesin
Asistensi : Tugas Elemen Mesin I
NO TANGGAL URAIAN TTD
Jombang, 15 Januari 2023 Pembimbing Laporan
Dr. Ira Kusumaningrum, S.T, M.T NIDN. 0721037101
iii
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan Puji Syukur kehadirat Allah Swt, Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkah dan rahmat-Nya, sehingga kami dapat menyusun Laporan Tugas Elemen Mesin tentang Perencanaan Sambungan
Adapun maksud dari penyusunan hasil laporan ini untuk mempraktekkan hasil teori yang diperoleh dari bangku kuliah khususnya mata kuliah elemen mesin I, sehingga dapat mengetahui penggunaan teori yang dimaksud.
Kami menyadari didalam penyusunan khususnya pada perhitungan dan pembahasan terdapat kekurangan-kekurangan, sehingga selanjutnya masih perlu pembelajaran dan mohon kritik serta masukkan yang membangun guna penyempurnaan laporan ini.
Pada kesempatan ini penyusun mengucapkan banyak terima kasih kepada yang terhormat :
β’ Bapak Ir. Ruslan Hidayat, ST, M.Si, selaku Dekan Fakultas Teknik.
β’ Bapak Ir. Kadaryono, MT, selaku Kaprodi Teknik Mesin Fakultas Teknik
β’ Bapak Mualifi Usman, ST. MT, selaku Sekertaris Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
β’ Ibu Dr. Ira Kusumaningrum, S.T, M.T, selaku Pembimbing Tugas Perencanaan Elemen Mesin I
Akhir kata kami berharap semoga Tugas Besar ini tentang Tugas Elemen Mesin I ini dapat memberikan manfaat maupun inpirasi terhadap pembaca.
Jombang, 15 Januari 2023 Penyusun,
iv
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN... i
BERITA ACARA ASISTENSI ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... iv
BAB I ... 1
PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 2
1.4 Manfaat ... 2
BAB II ... 3
LANDASAN TEORI ... 3
2.1 Pengertian Sambungan Las ... 3
2.2 Jenis Sambungan Las ... 4
2.3 Kekuatan Sambungan Las Fillet Melintang ... 5
2.4 Kekuatan Sambungan Las Fillet Sejajar ... 6
2.5 Kasus Khusus Sambungan Las Fillet ... 7
2.6 Tabel Momen Inersia polar & Section Modulus dari las ... 11
2.7 Beban Eksentrik pada Sambungan Las ... 12
BAB III ... 15
PERENCANAAN SAMBUNGAN LAS ... 15
3.1 Perencanaan Lampu Jalan ... 15
3.2 Menghitung Las Penampang Persegi ... 15
BAB IV ... 18
PENUTUP ... 18
4.1 Kesimpulan ... 18
4.2 Saran ... 18
DAFTAR PUSTAKA ... 19
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sambungan Las Fungsi pengelasan diantaranya adalah sebagai penyambung dua komponen yang berbahan logam. Selain itu fungsi pengelasan adalah sebagai media atau alat pemotongan (Yustinus Edward, 2005). Kelebihan lain dari pengelasan diantaranya biaya murah, proses relatif lebih cepat, lebih ringan, dan bentuk konstruksi lebih variatif. Aplikasi pengelasan diantaranya dalam penyambungan rangka baja, perkapalan, jembatan, kereta api, pipa saluran dan lain sebagainya. Faktor-faktor pertimbangan dalam pengelasan adalah jadwal pembuatan, proses pembuatan, alat dan bahan yang diperlukan, urutan pelaksanaan,persiapan pengelasan;
pemilihan mesin las, penunjukan ahli las, pemilihan elektroda, penggunaan jenis kampuh, (Wiryosumarto, 2000). Berdasarkan klasifikasi kerjanya proses pengelasannya dapat dibagi dalam tiga kelompok yaitu pengelasan cair, pengelasan tekan dan pematrian Namun proses pengelasan yang paling banyak digunakan adalah pengelasan cair dengan busur Shielding Metal Arc Welding (SMAW) dan gas. Proses ini juga tergantung dari material yang akan dilas,tidak semua logam memiliki sifat mampu las yang baik. Bahan yang mempunyai sifat mampu las yang baik diantaranya adalah baja paduan rendah.
Baja ini dapat dilas dengan las busur elektroda terbungkus, las busur rendam dan las Metal Inert Gas(MIG). Mutu pengelasan tergantung dari pengerjaan dan proses pengelasan. Secara umum pengelasan dapat diartikan sebagai suatu ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan saat logam dalam keadaan cair Pada era industrilisasi dewasa ini teknik pengelasan telah banyak digunakan secara luas pada penyambungan logam.konstruksi bangunan baja,dan konstruksi mesin.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, dapat diidentifikasi beberapa masalah dalam analisis sambungan dalam suatu kontruksi antara lain :
1) Bagaimana cara mengetahui atau merancang berbagai macam sambungan dalam suatu kontruksi melalui data-data yang telah di ketahui?
2) Bagaimana cara menghitung kekuatan sambungan yang memenuhi persyaratan yang diizinkan?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan adalah sebagai berikut :
1) Untuk mengetahui atau merancang berbagai macam sambungan dalam suatu konstruksi melalui data-data yang telah diketahui
2) Menghitung kekuatan sambungan yang memenuhi persyaratan yang di ijinkan
1.4 Manfaat
Adapun manfaat dari penulisan Tugas ini adalah untuk meperdalam pengetahuan dalam melakukan analisis sambungan dalam kontruksi dengan sambungan las.
3
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pengertian Sambungan Las
Sambungan las adalah sebuah sambungan permanen yang diperoleh dengan peleburan sisi dua bagian yang disambung bersamaan, dengan atau tanpa tekanan dan bahan pengisi. Panas yang dibutuhkan untuk peleburan bahan diperoleh dengan pembakaran gas (untuk pengelasan gas) atau bunga api listrik (untuk las listrik).
Pengelasan secara intensif digunakan dalam fabrikasi sebagai metode alternatif untuk pengecoran atau forging (tempa) dan sebagai pengganti sambungan baut dan keling. Sambungan las juga digunakan sebagai media perbaikan misalnya untuk menyatukan logam akibat crack (retak), untuk menambah luka kecil yang patah seperti gigi gear.
Cara lain yang paling utama digunakan untuk memanasi logam yang dilas adalah arus listrik. Arus listrik dibangkitkan oleh generator dan dialirkan melalui kabel ke sebuah alat yang menjepit elektroda diujungnya, yaitu suatu logam batangan yang dapat menghantarkan listrik dengan baik. Ketika arus listrik dialirkan, elektroda disentuhkan ke benda kerja dan kemudian ditarik ke belakang sedikit, arus listrik tetap mengalir melalui celah sempit antara ujung elektroda dengan benda kerja. Arus yang mengalir ini dinamakan busur (arc) yang dapat mencairkan logam.
Terkadang dua logam yang disambung dapat menyatu secara langsung, namun terkadang masih diperlukan bahan tambahan lain agar deposit logam lasan terbentuk dengan baik, bahan tersebut disebut bahan tambah (filler metal). Filler metal biasanya berbentuk batangan, sehingga biasa dinamakan welding rod (Elektroda las). Pada proses las, welding rod dibenamkan ke dalam cairan logam yang tertampung dalam suatu cekungan yang disebut welding pool dan secara bersama-sama membentuk deposit logam lasan, cara seperti ini dinamakan Las Listrik atau SMAW (Shielded metal Arch welding).
Gambar 2.1 Prinsip kerja las listrik
Sumber : Modul Teori Pengelasan Logam (2008) 2.2 Jenis Sambungan Las
Ada dua jenis sambungan las, yaitu:
1. Lap joint atau fillet joint
Sambungan ini diperoleh dengan pelapisan plat dan kemudian mengelas sisi dari plat- plat. Bagian penampang fillet (sambungan las tipis) mendekati triangular (bentuk segitiga). Sambungan fillet bentuknya seperti pada Gambar 2.2 (a), (b), dan (c).
Gambar 2.2 Sambungan las jenis lap joint.
Sumber : A Textbook Of Machine Design by R.S.Khurmi & J.K.Gupta
2. Butt joint.
Butt joint diperoleh dengan menempatkan sisi plat seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3. Dalam pengelasan butt, sisi plat tidak memerlukan kemiringan jika ketebalan plat kurang dari 5 mm. Jika tebal plat adalah 5 mm sampai 12,5 mm, maka sisi yang dimiringkan berbentuk alur V atau U pada kedua sisi.
Gambar 2.3 Sambungan las butt joint
Sumber : A Textbook Of Machine Design by R.S.Khurmi & J.K.Gupta
Jenis lain sambungan las dapat dilihat pada Gambar 2.4 di bawah ini.
Gambar 2.4 Tipe lain sambungan las.
Sumber : A Textbook Of Machine Design by R.S.Khurmi & J.K.Gupta
2.3 Kekuatan Sambungan Las Fillet melintang
Lap joint (sambungan las fillet melintang) dirancang untuk kekuatan tarik, seperti pada Gambar 2.5 (a) dan (b).
Gambar 2.5: Lap joint
Sumber : A Textbook Of Machine Design by R.S.Khurmi & J.K.Gupta
Gambar 2.6 Skema dan dimensi bagian sambungan las Sumber : A Textbook Of Machine Design by R.S.Khurmi & J.K.Gupta
Untuk menentukan kekuatan sambungan las, diasumsikan bahwa bagian fillet adalah segitiga ABC dengan sisi miring AC seperti terlihat pada Gambar 2.6. 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.
Misalkan t = Tebal leher (BD) s = Ukuran las = tebal plat
l = panjang las
Dari gambar 5.5 kita temukan ketebalan leher adalah : t = s.sin45ΒΊ = 0,707.s
Luas minimum las atau luas leher adalah : A = t.l = 0,0707.s.l
Jika Οt adalah tegangan tarik yang diijinkan untuk las logam, kemudian kekuatan tarik sambungan untuk las fillet tunggal (single fillet weld) adalah:
P = 0,707.s.l.Οt
Dan kekuatan sambungan las fillet ganda adalah : P = 2.0,707.s.l.Οt = 1,414.s.l.Οt 2.4 Kekuatan Sambungan Las Fillet Sejajar
Sambungan las fillet sejajar dirancang untuk kekuatan geser seperti terlihat pada Gambar 2.7. Luas minimum las atau luas leher:
A = t . l = 0,707.s.l
Gambar 2.7 Sambungan las fillet sejajar dan kombinasi
Sumber : A Textbook Of Machine Design by R.S.Khurmi & J.K.Gupta
Jika Οt adalah tegangan geser yang diijinkan untuk logam las, kemudian kekuatan geser dari sambungan untuk single paralel fillet weld (las fillet sejajar tunggal),
P = 0,707.l. Οt
dan kekuatan geser sambungan untuk double paralel fillet weld, P = 2.0,707.s.l.Οt = 1,414.s.l.Οt
Catatan:
1. Jika sambungan las adalah kombinasi dari las fillet sejajar ganda dan melintang tunggal seperti Gambar 2.7 (b), kemudian kekuatan sambungan las adalah dengan menjumlahkan kedua kekuatan sambungan las, yaitu;
Οt . l2
t + 1,414.s.
.Ο .l1
P = 0,707.s
2. Untuk memperkuat las fillet, dimensi leher adalah 0,85.t.
2.5 Kasus Khusus Sambungan Las Fillet
Kasus berikut dari sambungan las fillet adalah penting untuk diperhatikan:
1. Las fillet melingkar yang dikenai torsi. Perhatikan batang silinder yang dihubungkan ke plat kaku dengan las fillet seperti pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Las Fillet Dikenai Torsi
Sumber : A Textbook Of Machine Design by R.S.Khurmi & J.K.Gupta
Misalkan d = Diameter batang r = Radius batang
T = Torsi yang bekerja pada batang s = ukuran las
t = tebal leher
J = Momen inersia bagian las =
π. π‘. π Β³ /4
Kita mengetahui bahwa tegangan geser untuk material adalah:
π =
π.ππ½
=
π.π/2π½
=
π.π/2π.π‘.πΒ³/4
=
2.ππ.π‘.π2
Tegangan geser terjadi pada bidang horisontal sepanjang las fillet. Geser maksimum terjadi pada leher las dengan sudut 45o dari bidang horisontal.
Panjang leher, t = s.sin45ΒΊ = 0,707.s Dan tegangan geser maksimum adalah :
ππππ₯ = 2. π
π. 0,707. π‘. π2 = 2.83. π π. π . π2
2. Las fillet melingkar yang dikenai momen bending. Perhatikan batang silinder yang dihubungkan ke plat kaku dengan las fillet seperti pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Las Fillet Melingkar (Momen Bending) Sumber : A Textbook Of Machine Design by R.S.Khurmi & J.K.Gupta
Misalkan d = Diameter batang
M = Momen bending pada batang
s = ukuran las
t = tebal leher
Z = Section modulus bagian las =
π. π‘. π Β² /4
Kita mengetahui bahwa momen bending adalah:
ππ= π
π = π
π. π‘. π2/4= 4. π π. π‘. π2
Tegangan bending terjadi pada bidang horisontal sepanjang las fillet. Tegangan bending maksimum terjadi pada leher las dengan sudut 45o dari bidang horisontal.
Panjang leher, t = s.sin 45o = 0,707.s Dan tegangan bending maksimum adalah :
ππ(πππ₯)= 4. π
π. 0,707. π . π2 =5.66. π π. π . π2
3. Las fillet memanjang yang dikenai beban torsi. Perhatikan plat vertikal dilas ke plat horisontal dengan dua las fillet seperti pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Las Fillet Memanjang Dikenai Beban Torsi Sumber : A Textbook Of Machine Design by R.S.Khurmi & J.K.Gupta
Misalkan T = Torsi yang bekerja pada plat vertikal
l = panjang las
s = ukuran las
t = tebal leher
J = Momen inersia polar dari bagian las =
2 π₯
π‘ π₯ πΒ³12
=
π‘ π₯ πΒ³6 (utk 2 sisi las)
Variasi tegangan geser adalah sama dengan variasi tegangan normal sepanjang (I) dari balok yang dikenai bending murni.
Tegangan geser menjadi:
π =π‘ π₯ π/2 π‘. πΒ³/6 = 3π
π‘. πΒ²
Tegangan geser maksimum terjadi pada leher, yaitu:
ππππ₯ = 3π
0,707. π . πΒ²= 4.242π π . πΒ²
2.6 Tabel Momen Inersia Polar dan Section Modulus dari Las
Tabel 2.1 Momen inersia polar dan section modulus dari las Sumber : A Textbook Of Machine Design by R.S.Khurmi & J.K.Gupta
Tabel 2.2 Momen inersia polar dan section modulus dari las Sumber : A Textbook Of Machine Design by R.S.Khurmi & J.K.Gupta
2.7 Beban Eksentrik pada Sambungan Las
Sebuah poros dengan diameter D dilas pada sebuah plat datar, dengan lebar kampuh s. Dan di beri beban P. Hitung tegangan normal dan tegangan geser maksimum.
Penyelesaian 1. Asumsi
a) Momen Puntir diabaikan
b) Massa dan tegangan bahan diabaikan
2. Buat Free Body Diagram
Gambar 2.5 Sambungan las beban eksentrik 3. Diketahui :
D = Diameter Poros (mm) s = Lebar Kampuh (mm)
P = Beban Eksentris yang di berikan (N) e = Panjang Penampang (mm)
4. Ditanya :
Οt(max) = Tegangan Normal Maksimum (N/mm2) Οmax = Tegangan Geser Maksimum (N/mm2)
5. Analisa
Perhatikan sambungan tetap T pada salah satu ujungnya dikenai beban eksentris P pada jarak e seperti pada Gambar 2.9.
Sambungan mendapat dua jenis tegangan:
a. Tegangan geser langsung akibat gaya geser P pada las.
b. Tegangan bending akibat momen bending P x e.
Kita tahu bahwa luas penampang poros:
π΄ = π‘. π. π· , dimana π‘ = π . πππ Β° = 0,707. π Tegangan geser pada las adalah:
π =π π΄
Section modulus dari logam las melalui leher las adalah:
π =π. π‘. π·2
4 =0,707. π . π. π·2
4
Momen bending, π = π. π Tegangan bending,
ππ = π
π = π. π. 4 0,707. π . π. π·2 Kita tahu bahwa tegangan normal maksimum;
ππ‘(max)=1
2ππ+1
2β(ππ)2+ 4 π2 Tegangan geser maksimum ;
ππππ₯ = 1
2β(ππ)2+ 4 π2
15
BAB III
PERENCANAAN SAMBUNGAN LAS
3.1 Perencanaan Crane mini
Rancangan crane mini dengan tinggi 8 meter, diberi beban katrol 3000 N , panjang 60 mm dan lebar 70 mm. Sambungan penampang persegi dilas dengan sambungan fillet dengan ukuran las 15 mm.
3.2 Menghitung Las Penampang Persegi
β’ Free Body Diagram
s:15
β’ Diketahui : P = 3000 N l = 60 mm
b = 70 mm
e = 500 mm s = 15 mm
β’ Ditanya: : Ο = Tegangan geser utama (MPa) Οmax = Tegangan geser maksimum (MPa)
Οt(max) = Tegangan normal maksimum (MPa)
β’ Penyelesaian :
β’ Sambungan Las menerima tegangan geser utama dan tegangan bending. Luas leher untuk fillet persegi :
π΄ = π‘(2π + 2π) dimana π‘ = 0,707 π
= 0,707 π₯ 15 (2.60 + 2.50)
= 2.333,1 ππ2
β’ Tegangan Geser Utama π =π
π΄= 3000
2.333,1= 1,28 π
ππ2 = 1,28πππ
β’ Momen Bending π = π Γ π
= 3000 Γ 500
= 1500000 π. ππ
Dari tabel 3.1 untuk las persegi kita dapat menentukan nilai section modulus :
Tabel 3.1 Section Modulus Las Persegi
Sumber : A Textbook Of Machine Design by R.S.Khurmi & J.K.Gupta
π = π‘ (π. π +π2 3)
= 0,707 π₯ 15 (70 Γ 60 +702 3 )
= 61862 ππ3
β’ Tegangan Bending ππ = π
π = 1500000
61862 = 24,2 π/ππ2
β’ Tegangan Normal Maksimum ππ‘(max)= 1
2ππ+1
2βππ2+ 4π2
= 1
224,2 +1
2β(24,2)2+ 4(1,28)2
= 1
224,2 +1
2β585,64 + 6,55
= 12,1 + 12,1 = 24,2 π
ππ2 = 24,2 πππ
β’ Tegangan Geser Maksimum ππππ₯ =1
2βππ2+ 4π2
=1
2β(24,2)2+ 4(1,28)2
=1
2β585,6 + 6,55
= 18,6 π
ππ2 = 18,6 πππ
BAB IV PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Sambungan Las adalah sambungan yang dihasilkan oleh proses pengelasan, yaitu proses penyambungan dua logam atau lebih dengan busur listrik atau karbit yang diarahkan ke celah diantara dua atau beberapa logam tersebut sehingga terjadi ikatan metalurgis. Sedangkan beban eksentris adalah beban eksternal yang garis kerjanya pararel tetapi tidak bertepatan dengan sumbu pusat komponen atau struktur dimana beban diterapkan.
Perhitungan yang ada pada sambungan las dengan beban penampang persegi dan poros perjal yaitu :
β’ Tegangan normal maksimum
β’ Tegangan geser maksimum
β’ Tegangan geser
4.2 Saran
Elemen mesin merupakan suatu mata kuliah yang harus ditempuh oleh setiap mahasiswa jurusan teknik mesin. Pemahamanakan beberapa hal yang berhubungan dengan elemen mesin dapat diajukan dengan pemberian tugas perencanaan.
Dengan melaksanakan tugas atau perencanaan maka mahasiswa diharapkan :
1. Mahasiswa bisa merencanakan sesuatu yang berguna dalam permesinan didunia industri.
2. Mahasiswa mampu mengetahui mulai dari besaran momen, gaya, tegangan dari suatu bahan
3. Mahasiswa daoat menganalisa dan mengevaluasi berbagai hal yang ditemui selama perencanaan.
Akhirnya kami menyadari bahwa dengan penyusunan tugas tentunya masih banyak terdapat kesalahan-kesalahan. Oleh karena itu, kami selalu mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kelancaran laporan tugas ini.
Besar harapan kami semoga laporan tugas ini dapat memberikan manfaat bagi kami khususnya dan bagi semua pihak pada umumnya.
DAFTAR PUSTAKA
Khurmi RS Gupta, JK., 2005, Text Book of Machine Design Eurasia, Publising House, ltd Ram Nagar, New Delhi
Sularso, K. Suga., 2002, βDasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesinβ, PT. Pradnya Paramita, Jakarta
Santoso Andri,2014,βTugas Elemen Mesin Iβ,Jurusan Teknik Mesin Universitas Tadulako, Palu