bab ii.docx edit 2

Tugas Rancang Putra Chandra

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Jenis-jenis Rumput

Berikut adalah jenis-jenis rumput yang terdapat di kebun atau taman

rumah, yaitu:

a. Rumput gajah

Rumput gajah adalah rumput yang paling murah dan bisa hidup

meskipun di tempat yang kurang air. Rumput ini mudah tumbuh dan

tahan terhadap pijakan kaki, karena itu cocok untuk taman rumah yg

sering dijadikan tempat lalu lalang orang. Pemotongan rumput harus

dilakukan dua kali seminggu. Jika tidak dilakukan pemotonga, maka

rumput ini akan terlihat kurang bagus dengan bentuk maupun ukuran

daun yang besar dan kasar. Rumput gajah terlihat pada gambar 2.1.

Berdasarkan sumber dari jurnal Fundamental Research-Direktorat

Jendral Perguruan Tinggi Indonesia tahun 2006 berjudul Kuat Tarik

Akar Rumput Terhadap Pergeseran Tanah menyatakan bahwa gaya

tarik rumput gajah terhadap tanah yang menahan akarnya adalah

0,03N. Yang dimaksud dengan gaya tarik adalah gaya yang melawan

dengan gaya gravitasi rumput sehingga rumput tercabut dari tanah dan

tanah mengalami pergeseran.

Gambar 2.1. Rumput Gajah

Sumber: http://www.desaindenahrumah.com

http://desain-rumah7.blogspot.com/2013/08/37-desain-taman-rumah-yang-indah.htmlhttp://www.desaindenahrumah.com/


b. Rumput gajah mini

Rumput gajah mini mempunyai daun yang lebih kecil daripada

rumput gajah biasa. Ini merupakan jenis rumput yang paling populer.

Rumput ini masih bisa tumbuh dengan baik walaupun dengan

penyinaran matahari 50%, maka dari itu sangat cocok apabila ditanam

di tempat yang sulit dijangkau matahari. Perawatannya juga mudah.

Pemotongan rumput ini, bisa dilakukan 1-2 kali dalam satu bulan.

Berdasarkan sumber dari jurnal Fundamental Research-Direktorat



tarik rumput gajah mini terhadap tanah yang menahan akarnya adalah

0,0281N. Yang dimaksud dengan gaya tarik adalah gaya yang

melawan terhadap gaya gravitasi rumput sehingga rumput tercabut

dari tanah dan tanah mengalami pergeseran. Rumput gajah mini

terlihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. Rumpuh Gajah Mini


c. Rumput jepang

Rumput jepang mempunyai karakter daun yang kecil, halus dan

memanjang. Rumput ini sangat baik dari sisi penampilan. Rumput ini

membutuhkan sinar matahari yang cukup untuk tumbuh dengan baik.

Untuk tumbuh baik. Jika terlalu lembab, pertumbuhannya tidak

optimal. Agar penampilannya tetap indah, diperlukan pemotongan 1

http://www.desaindenahrumah.com/


bulan sekali. Pemotongan harus dilakukan secara rutin minimal 2

minggu sekali supaya rumput terlihat rapi. Berdasarkan sumber dari

jurnal Fundamental Research-Direktorat Jendral Perguruan Tinggi

Indonesia tahun 2006 berjudul Kuat Tarik Akar Rumput Terhadap

Pergeseran Tanah menyatakan bahwa gaya tarik rumput jepang

terhadap tanah yang menahan akarnya adalah 0,00315N. Yang

dimaksud dengan gaya tarik adalah gaya yang melawan terhadap gaya

gravitasi rumput sehingga rumput tercabut dari tanah dan tanah

mengalami pergeseran. Rumput jepang terlihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. Rumput Jepang


d. Rumput babat

Rumput babat memiliki karakter daun yang pendek dan halus. Rumput

ini biasa digunakan untuk lapangan golf. Kekurangannya dari rumput

babat adalah membutuhkan sinar matahari penuh dan harus dipotong

rutin minimal 2 minggu sekali. Rumput babat terlihat pada gambar

2.4. Berdasarkan sumber dari jurnal Fundamental Research-Direktorat



tarik rumput babat terhadap tanah yang menahan akarnya adalah

0,03N. Yang dimaksud dengan gaya tarik adalah gaya yang melawan

terhadap gaya gravitasi rumput sehingga rumput tercabut dari tanah

dan tanah mengalami pergeseran.



Gambar 2.4. Rumput Babat


2.2. Jenis-Jenis Alat Pemotong Rumput

Rumah yang memiliki taman memang sangat menyenangkan. Tetapi

tentunya bukan sekedar taman, tapi taman yang indah bersih dan rapi. Untuk

mendapatkan taman seperti itu sebaiknya secara rutin merawatnya mulai dari

menyiram tanaman, memupuknya dan membersihkan dari kotoran-kotoran yang

mengganggu. Tanaman yang pasti selalu ada di taman adalah rumput. Rumput

adalah tanaman yang tumbuh relatif cepat. Hal ini sangat merepotkan jika setiap 3

hari sekali harus memangkas rumput apalagi jika taman yang dibuat sangat luas.

Untuk memangkas rumput, dibutuhkan alat pemotong rumput. Rumput hijau di

halaman memang indah dipandang dan selalu mempercantik rumah. Namun,

merawat karpet alam hijau ini sering merepotkan. Memangkas rumput diperlu

peranti tertentu. Peranti ini banyak beredar di pasar. Berikut ini adalah jenis-jenis

mesin pemotong rumput, yaitu:

a. Mesin pemotong rumput model dorong

Mesin tipe ini hanya digunakan untuk halaman yang berpermukaan

tanah rata. Hasil pemotongan rumput apik serata karpet. Lebar

pemotongan via mesin tipe ini bisa mencapai 48-46cm. Tangkai

pendorong mesin ini dapat dilipat sehingga mudah disimpan. Mesin

tersebut dapat memotong rumput sampai pinggir sesuai jalur roda.

Mesin ini dilengkapi penampung rumput yang mudah dipasang



ataupun dilepas untuk dibersihkan. Gambar mesin pemotong rumput

model dorong terlihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5. Mesin Pemotong Rumput Model Dorong

Sumber: Reel Mower Basic, Toro University

b. Mesin pemotong rumput manual

Taman merupakan bagian yang penting dalam memperindah

rumah. Dalam pemeliharaan, tentunya dibutuhkan alat praktis dalam

memangkas ilalang. Mesin pemotong saat ini telah menjadi pilihan

terbaik untuk memotong rumput di halaman rumah maupun di kebun.

Mesin pemotong rumput manual ini mampu menghemat sumber daya

bensin, minyak dan listrik. Mesin pemotong rumput ini sekaligus

dapat menghilangkan kebisingan dan polusi udara. Selain itu, mesin

pemotong dapat menggabungkan pekerjaan halaman dengan olahraga.

Anda juga dapat menghemat dengan membiarkan potongan rumput

sebagai pupuk alami. Mesin ini sangat mudah dioperasikan serta

cocok untuk penggunaan di rumah. Penggunaan mesin pemotong

rumput manual (lawn mower) akan menghemat waktu daripada cara

manual menggunakan tangan dan sabit. Spesifikasi alat mesin

pemotong atau cutter grass, yaitu diameter roda sama dengan 8inci,

lebar mata pisau lawn mower sama dengan 38cm, berat cutter grass

sama dengan 15kg, ketinggian pemotongan rumput dengan mata pisau


15mm hingga 45mm. Alat mesin pemotong rumput manual terlihat

pada gambar 2.6.

Gambar 2.6. Alat Mesin Pemotong Rumput Manual

Sumber: http://www.indotrading.com

c. Mesin pemotong rumput model gendong

Mesin tipe ini cocok digunakan untuk lapangan ataupun halaman yang

berpermukaan tanah bergelombang dan tak rata. Bentuk mesin ini

menyerupai alat penyemprot pestisida yang sering dipakai petani

untuk menyemprot hama. Mesin tersebut memiliki gagang besi yang

panjang dan alat pemotong yang tajam. Menghidupkan mesin itu

yakni dengan menarik tuas di dekat tubuh mesin. Mesin tersebut

terlihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7. Mesin Pemotong Rumput Model Gendong

Sumber: http://www.rudydewanto.com/2010/05/.html

http://www.indotrading.com/http://www.rudydewanto.com/2010/05/.html


2.3. Analisa Beban pada Struktur

Pada suatu kontruksi mesin dibutuhkan struktur yang mampu menyokong

atau mensupport posisi letak elemen mesin. Struktur tersebut harus kuat terhadap

beban elemen mesin dan gaya reaksi dari beban tersebut. Beban pada struktur bisa

berupa berat dari suatu benda yang terletak pada struktur. Jika beban P diberikan

pada struktur ditunjukkan pada gambar 2.8.

Gambar 2.8. Struktur Terbeban

Sumber: Engineering Mechanics Statics, Hibbeler.R.C

Dengan pembebanan P pada batang struktur, maka akan timbul gaya

reaksi pada support A dan B, seperti ditunjukkan pada gambar 2.9.

Gambar 2.9. Hasil Reaksi dari Tumpuan


Untuk menganalisis besar gaya reaksi dari tumpuan, kita gunakan

persamaan kesetimbangan gaya, yaitu,

= 0 ......................................................(2.1)

= 0 ......................................................(2.2)

Jumlah gaya yang bekerja sama dengan nol dan jumlah momen yang terjadi pada

struktur sama dengan nol. Analisa beban pada struktur dibutuhkan besar dan arah

gaya yang bekerja, agar dalam menghitung hasil gaya reaksi tidak mengalami

kesulitan atau kesilapan.

Di dalam struktur yang diberi beban, terdapat gaya dalam yang bekerja

pada struktur tersebut. Gaya dalam tersebut juga merupakan hasil reaksi gaya


yang diakibatkan oleh gaya luar, yaitu beban tersebut. Untuk menganalisis gaya

dalam maka dilakukan analisis batang pada segmen a-a terlihat pada gambar 2.10.

Gambar 2.10. Struktur Batang Terbeban


Pada gambar 2.10. terlihat batang diberikan dua pembebanan, yaitu P1

dan P2, maka pada batang tersebut timbul gaya dalam berupa gaya normal, gaya

geser, dan momen lentur dari batang pada segmen a-a tersebut. Penentuan arah

gaya dalam pada batang pada saat analisis adalah bebas. Tetapi dalam perhitungan

besar gaya dalam yang terjadi jika hasilnya adalah negatif, maka arah gaya dalam

adalah berlawanan dengan arah yang pertama kali kita asumsikan. Gaya dalam

pada batang terlihat pada gambar 2.11.

Gambar 2.11. Gaya Dalam pada Segmen a-a dari Titik A ke B


Segmen yang pertama kali kita analisis dimulai dari titik A hingga B.

Setelah menganalisis, maka dibutuhkan pembuktian besar gaya dalam yang

bekerja pada batang, maka analisis dibutuhkan pada segmen a-a tetapi dari titik

kerja P2 hingga titik B, seperti pada gambar 2.12.

Gambar 2.12. Gaya Dalam pada Segmen a-a dari Titik B ke P2



2.4. Perancangan Pulley

Pulley digunakan untuk mentransmisikan daya dari suatu poros ke poros

yang lain melalui belt rata, v-belt, atau belt bulat. Dalam perancangan pulley,

perbandingan kecepatan putar berhubungan dengan perbandingan diameter dari

pulley yang bergerak dan digerakkan. Untuk memilihkan besar diameter pulley

harus berdasarkan perbandingan kecepatan. Gambar rancangan pulley terlihat

pada gambar 2.13.

Gambar 2.13. Pulley

Sumber: Machine Design, RS.Khurmi and Gupta

Perancangan pulley meliputi penentuan diameter dari pulley, ukuran

lengan pulley, lebar pulley, dan tebal dari piringan pulley. Berikut ini adalah

prosedur dalam perancangan pulley, yaitu:

i. Diameter (D)

= . .................................................(2.3)

=

....................................................(2.4)

Lalu kita substitusikan persamaan (2.4) ke persamaan (2.3),

= .

.........................................(2.5)

Maka diameter pulley dapat dihitung,

=

...............................................(2.6)

D d1

t


Dimana:

- t = tegangan sentrifugal pada pelak pulley atau rim (Pa)

- = massa jenis dari pulley (kg/m3)

- v = kecepatan pulley (m/s)

- N = kecepatan rotasi pulley (rad/s)

- D = diameter pulley (mm)

Berikut ini adalah ukuran diameter pulley berdasarkan buku Machine

Design, RS.Khurmi and Gupta dalam satuan mm untuk penggunaan belt

rata dan belt-V, yaitu

20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140,

160, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710,

800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800,

3150, 3550, 4000, 5000, 5400.

ii. Lebar pulley (B)

Jika lebar belt diketahui, maka lebar pulley (B) dihitung dengan 25%

lebih besar dari lebar belt.

B = 1.25 b ..............................................(2.7)

Dimana:

- B = lebar pulley (mm)

- B = lebar belt (mm)

iii. Tebal pelak pulley (rim) (t)

Untuk penggunaan 1 buah belt, maka tebal pelak pulley, yaitu:

t = D/300 + 2 mm ..................................(2.8)

t = D/200 + 3 mm .................................(2.9)

Untuk penggunaan 2 buah belt atau lebih, maka tebal pelak pulley,

yaitu:

t = D/200 + 6 mm ................................ (2.10)

Dimana:

- t = tebal pelak pulley (mm)

- D = diameter pulley (mm)


iv. Lengan pulley (arm)

Untuk pulley berdiameter dari 200mm hingga 600mm menggunakan

lengan sebanyak 4 buah. Untuk pulley berdiameter 600mm hingga

1500mm menggunakan lengan sebanyak 6 buah. Untuk pulley

berdiameter kurang dari 200mm, maka lengan pulley adalah

membentuk piringan pejal. Ketebalan dari lengan pulley dihitung sama

dengan tebal pelak pulley (rim) yang dihitung mulai dari tengah pulley.

v. Dimensi hub

Hub adalah suatu tempat pemasangan poros ke pulley. Untuk mengunci

hub terhadap poros digunakan pasak.

d1 = 1.5 d + 25mm .................................. (2.11)

Dimana:

- d1 = diameter hub (mm)

- d = diameter poros (mm)

vi. Panjang hub

Panjang hub, yaitu:

L = /2 x d ......................................... (2.12)

Dimana:

- L = panjang hub (mm)


Panjang minimum hub adalah 2/3 dari lebar pulley (B). tetapi tidak

boleh melebihi dari lebar pulley (B)

2.5. Perancangan Belt

Belt dalam perancangan elemen mesin, berguna untuk mentransmisikan

daya dari suatu poros ke poros yang lain di mana poros tersebut telah terpasang

pulley dan berputar pada kecepatan yang sama atau kecepatan yang berbeda. Daya

yang ditransmisikan tergantung pada:

a. Kecepatan dari belt

b. Tegangan pada belt yang terpasang pada belt

c. Sudut kontak dari antara belt dengan pulley terkecil


Berikut ini adalah tipe belt yang digunakan perancangan elemen mesin,

yaitu:

a. Flat belt

Flat belt sering digunakan dalam industri dan perbengkelan, dimana

daya ditransmisikan dari satu pulley ke pulley lain dengan jarak tidak

lebih dari 8 meter. Flat belt terlihat pada gambar 2.14.

b. V- belt

V-belt sering digunakan dalam industri dan perbengkelan, dimana daya

ditransmisikan dari satu pulley ke pulley yang lain dengan jarak antar

pulley yang sangat dekat. V-belt terlihat pada gambar 2.14.

c. Circular belt

Circular belt sering digunakan dalam industri dan perbengkelan dimana

daya yang ditransmisikan dari satu pulley ke pulley yang lain dengan

jarak antar pulley lebih dari 8 meter. Circular belt terlihat pada gambar

2.14.

Gambar 2.14. Tipe Belt


Material untuk pembuatan belt harus kuat, fleksibel dan tahan lama dalam

menerima beban kerja berupa tegangan tali dan torsi. Belt harus memiliki

koefisien gesekan yang tinggi agar belt bisa menerima daya dan putaran dari

pulley yang berputar. Jenis-jenis belt berdasarkan bahan pembuatannya yaitu,

leather belt, fabric blet, rubber belt, dan balata belt.

Tegangan yang bekerja pada belt adalah bervariasi, seperti kekuatan

maksimumnya dari 21 hingga 35MPa, dan faktor keamanan yang dipilih adalah

dari kisaran 8 hingga 10. Umur pemakaian belt lebih penting daripada kekuatan.

Flat belt V-belt Circular belt


Berdasarkan hasil eksperimen dengan tegangan ijin yang bekerja sebesar 2,8MPa

akan memberikan umur pemakaian hingga 15 tahun. Massa jenis dan material belt

terlihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1. Massa Jenis Material Belt

Material of belt Mass density in kg / m3

Leather 1000

Convass 1220

Rubber 1140

Balata 1110

Single wovwn belt 1170

Double woven belt 1250


Koefisien gesekan antara belt dan pulley tergantung pada :

a. Material belt

b. Material pulley

c. Kelicinan pada belt

d. Kecepatan belt

Koefisien gesekan antara belt dan pulley terlihat pada tabel 2.2.

Tabel 2.2. Koefisien Gesekan antara Belt dan Pulley

Belt Material

Pulley material

Cast iron, steel Wood

Compressed

paper

Leather

face

Rubber

face Dry Wet Greasy

1. Leather oak

tanned 0.25 0.2 0.15 0.3 0.33 0.38 0.4

2. Leather

chrome tanned 0.35 0.32 0.22 0.4 0.45 0.48 0.5

3. Convass-

stitched 0.2 0.15 0.12 0.23 0.25 0.27 0.3

4. Cooton woven 0.22 0.15 0.12 0.25 0.28 0.27 0.3


Tabel 2.2. Koefisien Gesekan antara Belt dan Pulley (Lanjutan)

Belt

Material

Pulley material

Cast iron, steel Wood

Compressed

paper

Leather

face

Rubber

face Dry Wet Greasy

5. Rubber 0.3 0.18 - 0.32 0.35 0.4 0.42

6. Balata 0.32 0.2 - 0.35 0.38 0.4 0.42


Berikut ini adalah prosedur perancangan dari belt, yaitu:

a. Perbandingan kecepatan pulley

Perbandingan kecepatan pulley yaitu kecepatan putar pulley penggerak

dan pulley yang digerakkan. Secara matematis dapat di tulis:

=

.............................................. (2.13)

Dimana:

- N2 = kecepatan putar pulley yang digerakkan (rpm)

- N1 = kecepatan putar pulley penggerak (rpm)

- d2 = diameter pulley yang digerakkan (mm)

- d1 = diameter pulley penggerak (mm)

Ketika ketebalan belt (t) diketahui maka perbandingan kecepatannya,

yaitu:

=

........................................... (2.14)

b. Panjang belt

Panjang belt atau disebut juga keliling belt harus diketahui, agar dalam

perancangan pulley dengan jarak tertentu, maka kita bisa memilih

panjang belt yang akan digunakan. Dalam perancangan sistem transmisi

alat pemotong rumput ramah lingkungan, digunakan jenis belt adalah

flat belt atau belt berpenampang rata. Belt yang dipasang pada pulley

yang terhubung ke poros penggerak, lalu disambungkan ke pulley yang

terhubung ke poros yang digerakkan. Pemasangan belt terlihat pada

gambar 2.15.


Gambar 2.15. Sistem Transmisi Belt


Berdasarkan gambar di atas, panjang belt dapat dihitung dengan,

L = arc GJE + EF +Arc FKH + HG ..................... (2.15)

L = 2 (arc JE + EF + arc FK) ............................ (2.16)

=

=

=

......................... (2.17)

Karena sudut sangat kecil, maka,

= ()=

.............................. (2.18)

=

+ ........................................... (2.19)

=

.......................................... (2.20)

= = () () ..................... (2.21)

= ( ) .................................. (2.22)

= 1

.................................. (2.23)

Dengan menggunakan teorema binomial, diperoleh:

= 1

+ =

............ (2.24)

Substitusikan persamaan 2.19, 2.20 dan 2.24 ke persamaan 2.16,

diperoleh:

= 2

+ +

+

.............. (2.25)

E

J

r1 r2

x

F

K

M

O1 O2

G

H


= 2

+ +

+

............... (2.26)

= 2

( + )+ ( )+

.............. (2.27)

= ( + )+ 2( )+ 2

................ (2.28)

Substitusikan persamaan 2.18 ke persamaan 2.28 diperoleh:

= ( + )+ 2( )

( )+ 2

....... (2.29)

= ( + )+ 2( )

+ 2

..................... (2.30)

Maka panjang belt atau keliling belt adalah:

= ( + )+ 2 +

............................... (2.31)

c. Daya yang ditransmisikan melalui belt

Gambar 2.16. Transmisi Belt


Pulley penggerak (driving pulley atau driver) mendorong belt dari satu

sisi dan mengiringkan ke sisi lain. Di sini terjadi gaya tegang(T1) dan

gaya kendur (T2) pada belt seperti terlihat pada gambar 2.16. Daya yang

ditransmisikan adalah:

= ( ) ( ) ................................ (2.32)

d. Perbandingan gaya tegang pada transmisi belt

Berdasarkan gambar 2.16. pulley yang digerakkan (driven pulley)

berotasi searah jarum jam bekerja gaya tegangan belt pada pulley

tersebut. Dengan penandaan:


- T1 = gaya tegang belt untuk sisi ketat

- T2 = gaya tegang belt untuk sisi kendur

- = sudut kontak (radian) antara busur AB.

Gambar 2.17. Driven Pulley


Dari gambar 2.17. untuk Belt PQ, memiliki kesetimbangan gaya:

i. Gaya tegang T pada titik P

ii. Gaya tegang (T+T) pada titik Q

iii. Gaya normal, RN

iv. Gaya gesek, F = .RN

Selesaikan gaya gaya yang bekerja secara horizontal, diperoleh:

= ( + )sin

+ sin

............................ (2.33)

Karena sudut sangat kecil, maka kita masukkan sin /2 = /2 ke

persamaan 2.33, dan abaikan T. /2.

= ( + )

+

=

+

=

......... (2.34)

Selesaikan gaya gaya yang bekerja secara vertikal, diperoleh:

= ( + )cos

....................... (2.35)

Karena sudut sangat kecil, maka cos /2 = 1, maka diperoleh:

= + = ............................ (2.36)

=

........................................... (2.37)

T+T

T+T

F=.RN T2

T1

T F T

RN RN

/2

/2

/2

/2


Sama kan persamaan 2.34 dan 2.37, diperoleh:

=

. =

.......................... (2.38)

Persamaan di atas kita integralkan dengan batas-batas T2 dengan T1 dan

dari 0 hingga .

=

................................. (2.39)

log

= ,

= ........................ (2.40)

Maka persamaan 2.40 bisa kita ubah menjadi bentuk akhir, yaitu

2,3 log

= ............................... (2.41)

Catatan:

- Untuk menentukan sudut , ditentukan berdasarkan pulley dengan

ukuran terkecil.

=

...................................... (2.42)

- Sudut kontak ditentukan melalui formula,

=

................................. (2.43)

Ketika pulley terbuat dari material material yang berbeda, khususnya

untuk koefisien gesekan pulley atau sudut kontak berbeda, maka kita

desain berdasarkan koefesien gesekan terkecil pada pulley.

2.6. Perancangan Poros

Poros merupakan suatu elemen mesin yang berputar mentransmisikan

daya dari satu pusat ke pusat yang lain. Daya yang di transmisikan ke poros

merupakan hasil kerja dari gaya tangensial dan resultan torsi atau momen puntir

yang bekerja pada poros agar daya tersebut dapat disalurkan ke mesin lain yang

dihubungkan dengan poros. Dalam pemindahan daya dari satu poros ke yang lain,

elemen pendukung, seperti pulley, roda gigi dll terpasang pada poros tersebut.

Material yang digunakan dalam pembuatan poros harus memiliki beberapa

sifat, yaitu:

a. Memiliki kekuatan yang tinggi

b. Memiliki kemampuan untuk permesinan.


c. Memiliki faktor sensitif terhadap keausan yang rendah

d. Memiliki sifat perlakuan panas.

Secara umum poros terbuat dari bahan baja karbon rendah, baja

pengerolan dingin (cold drawn steel) atau pengerolan panas (hot rolled steel),

seperti ANSI 1020 -1050.

Pada poros sering terdapat tegangan, seperti tegangan geser yang

disebabkan oleh beban torsi, tegangan bengkok (bending stress) yang disebabkan

oleh gaya yang bekerja dari elemen mesin, seperti roda gigi, pulley, dll, juga

disebabkan oleh berat poros tersebut. Tegangan pada poros bisa muncul akibat

kombinasi dari beban torsi dan beban bengkok.

Perancangan poros ditinjau berdasarkan beban yang bekerja. Berikut ini

adalah langkah perancangan poros, yaitu:

a. Poros dikenakan beban torsi

Ketika poros dikenakan beban puntir, maka diameter poros dapat kita

tinjau melalui formula:

=

................................................ (2.44)

Dimana:

- T = momen puntir (torsi) pada poros (N.mm)

- J = momen inersia polar (mm4)

- = tegangan geser (N/mm2)

- r = jari jari penampang poros (mm)

Momen inersia untuk poros pejal, adalah

=

.......................................... (2.45)

Maka persamaan 2.44, dapat ditulis:

=

=

.......................... (2.46)

Momen inersia untuk poros berrongga, adalah

=

.................................. (2.47)

Dengan do dan di adalah diameter luar dan diameter dalam dari poros.

Maka persamaan 2.44, dapat ditulis:


=

........................................ (2.48)

=

........................................ (2.49)

Jika k adalah perbandingan diameter dalam dengan diameter luar

suatu poros, k = di/do , Maka persamaan 2.48 dapat ditulis,

=

1

=

[1 ] ..................... (2.50)

b. Poros dikenakan beban bending

Ketika poros dikenakan beban bending, maka tegangan maksimum

(tegagan tarik atau tekan) ditunjukkan dalam formula,

=

............................................. (2.51)

Dimana:

- M = momen bending (N.mm)

- I = momen inersia pada potongan dari penampang poros (mm4)

- b = tegangan bengkok (N/mm2)

- y = jarak dari sumbu tengah ke titik terluar pada penampang (mm)

Momen inersia untuk poros pejal, yaitu:

=

, =

.................................. (2.52)

Substitusikan ke persamaan 2.51, diperoleh:

=

=

......................... (2.53)

Momen inersia untuk poros berongga, yaitu:

=

=

[1 ] ...................... (2.54)

Dimana k = di /do dan y = do /2. Lalu substitusikan ke persamaan 2.51,

[ ]=

.................................. (2.55)

=

[1 ] ............................... (2.56)

Dari persamaan ini maka diameter terluar untuk poros berrongga

dapat dihitung.


c. Poros dikenakan beban kombinasi, yaitu beban puntir dan beban

bengkok

Ketika poros dikenai beban kombinasi, maka perancangan poros harus

berdasarkan beban kombinasi yang bekerja pada poros tersebut. Dalam

perancangan poros, terdiri atas dua teori, yaitu:

a. Teori tegangan geser maksimum, atau Teori Guest

Teori ini digunakan untuk material yang bersifat ulet misal baja

lunak. Tegangan maksisum yang terjadi pada poros, seperti

ditunjukkan dalam formula berikut ini:

=

+ 4 .......................... (2.57)

Dimana:

- = tegangan geser yang disebabkan oleh beban puntir

(N/mm2)

- b = tegangan bengkok (tarik atau tekan) yan disebabkan oleh

momen bengkok (N/mm2)

Dengan mensubstitusikan formula dan b yang diturunkan, maka

diperoleh:

=

+ 4

.................. (2.58)

=

+ ......................... (2.59)

= + ....................... (2.60)

+ = .......................... (2.61)

Dengan Te adalah persamaan momen puntir, dan max sama dengan

teganan ijin untuk suatu material, kita simbolkan , maka

persamaan 2.61 menjadi,

= + .......................... (2.62)

=

............................... (2.63)

Dengan demikian diameter poros dapat ditentukan dari formula

2.63.


b. Teori tegangan normal maksimum, atau Teori Rankine

Teori ini digunakan untuk material yang bersifat getas, misal baja

cor. Tegangan normal maksimum yang terjadi pada poros

ditunjukkan dalam formula 2.64.

=

+

+ 4 ................. (2.64)

=

+

+ 4

............ (2.65)

=

+ + ............. (2.66)

+ + = ..................... (2.67)

Me disebut juga persamaan momen bending dan bmax sama dengan

tegangan normal ijin b, maka persamaan di atas dapat ditulis,

=

+ + =

............. (2.68)

Diameter poros dapat ditentukan dari formula 2.68.

Untuk kasus poros berrongga, maka persamaan momen puntir dan

momen bending (Te dan Me) dapat ditulis,

= + =

(1 ) ............. (2.69)

=

+ + ..................... (2.70)

=

(1 ) ....................... (2.71)

Perancangan dan perhitungan poros dengan menggunakan formula

di atas, akan diperoleh diameter. Diameter poros yang digunakan

dalam perancangan poros adalah diameter terbesar dari hasil

perhitungan antar kedua teori tersebut.

2.7. Perancangan Pasak Persegi

Pasak adalah bagian dari elemen mesin, disamping digunakan untuk

menyambung juga diguanakan untuk menjaga putaran antara poros dan mesin

dengan peralatan mesin yang lain seperti roda gigi, pulley, hand wheel dan

sebagainya yang disambung dengan poros mesin tersebut. Dalam perencanaan


pasak, dimensi pasak sudah distandarkan sesuai dengan diameter porosnya.

Gambar pasak yang terpasang pada poros terlihat pada gamber 2.18.

Gambar 2.18. Pasak


Pada pasak terdapat dua macam tegangan yang terjadi, yaitu tegangan

geser dan tegangan kompresi. Berikut adalah analisa tegangan yang terjadi pasak,

yaitu:

a. Tegangan geser

Bila poros berputar dengan torsi sebesar T maka akan menghasilkan

gaya sebesar F, yang dinyatakan dengan rumus:

=

................................................. (2.72)

Dimana:

- F = gaya (N)

- T = torsi (N.mm)

- D = diameter poros (mm)

Pada pasak gaya F ini akan menimbulkan tegangan geser yang besarnya

adalah dinyatakan dengan persamaan:

=

................................................ (2.73)

Dimana:

- Ss = tegangan geser (N/mm2)

- F = gaya geser (N)

- AS = luas bidang geser pada pasak (mm2) = W.L

- W = lebar pasak (mm)


- L = panajang pasak (mm)

Sehingga persamaan 2.73 menjadi:

=

............................................. (2.74)

Supaya pasak aman terhadap tegangan geser apabila pada pasak

memenuhi persyaratan sebagai berikut:

N

S

DLW

TS sypS

..

.2 ................................. (2.75)

b. Tegangan kompresi

Gaya F terjadi pada pasak menimbulkan tegangan kompresi yang

besarnya adalah dinyatakan dengan persamaan:

C

CA

FS ............................................. (2.76)

Dimana:

- Sc = tegangan kompresi (N/mm2)

- F = gaya kompresi (N)

- Ac = luas bidang kompresi pada pasak (mm2) = w. L/2

- W = lebar pasak (mm)

- L = panjang pasak (mm)

Sehingga perumusan 2.76 menjadi:

.DLW

TSC

..

.4 ......................................... (2.77)

Supaya pasak aman terhadap tegangan geser apabila pada pasak

memenuhi persyaratan sebagai berikut:

.N

S

DLW

TS

yp

C ..

.4 ................................... (2.78)

2.8. Pemilihan Bantalan

Menurut macamnya bantalan ada dua jenis, yaitu journal bearings

(bantalan luncur) dan rolling bearings (bantalan gelinding), sedangkan bantalan

gelinding pun memiliki dua tipe yaitu ball bearings dan roller bearings. Pada


perancangan elemen mesin ini digunakan bantalan dengan tipe single row deep

ball bearing, dengan alasan bantalan ini dapat menahan dua jenis beban yaitu

beban radial dan beban aksial. Karena dalam operasi hanya beberapa bola atau

kadang-kadang hanya satu bola yang menanggung beban radialnya, sehingga

bola-bola yang lain dapat berfungsi menahan beban aksialnya. Di samping itu

bantalan ini juga mempunyai kemampuan menyesuaikan diri bila terjadi

ketidaksesuaian atau ketidaksetaraan sumbu poros dengan sumbu bantalan akibat

adanya defleksi poros atau adanya perubahan penurunan pondasi.

Gambar 2.19. Ball Bearing


Berikut ini adalah langkah langkah untuk pemilihan dan analisis bantalan

tipe ball bearing, yaitu:

a. Beban ekuivalen

Beban ekuivalen ditunjukkan oleh gaya arah aksial dan gaya arah radial

yang ditimbulkan oleh poros. Mencari beban ekivalen dinamis dari

bantalan adalah dengan rumusan berikut:

Pr = X.V.Fr + Y. Fa ..................................... (2.79)

Dimana:

- Pr = beban ekuivalen dinamis (N)

- V, X dan Y = faktor yang terdapat pada spesifikasi bearing

- Fr = Gaya radial pada bantalan (N)

- Fa = Gaya aksial pada bantalan (N)


b. Basic Load Rating

b

P

C

nL

.60

106

10 ........................................ (2.80)

Dimana:

- L10 = jumlah jam kerja dengan tingkat kepercayaan 90 % (hr)

- N = kecepatan putaran poros (rpm)

- C = basic load rating (lb)

- P = beban ekuivalen (lb)

- b = 3 (ball bearing)

Umur bantalan diasumsikan 1000 jam dengan kegagalan 10%. L10

sama dengan 10000 hr. Jadi dari hasil perhitungan diperoleh harga

basic load rating (C), dan dari tabel bearing akan diperoleh bore(d),

diameter luar bantalan(Do), dan lebar bantalan (B), juga jenis bantalan

yang digunakan.

Gambar 2.20. Gaya-Gaya yang Bekerja pada Bantalan

Sumber: machine design, RS.Khurmi and Gupta

Keterangan gambar 2.20. adalah:

- D = Diameter luar bearing (mm)

- FBZ = Gaya bantalan searah sumbu Z (N)



- FR = Gaya radial (N)

- FBX = Gaya bantalan searah sumbu x (N)

2.9. Sambungan Las (Welded Joint)

Sambungan las adalah suatu sambungan antar 2 permukaan logam yang

diberi logam pengisi yang meleleh akibat panas flux yang diberikan. Sambungan

las sering digunakan dalam pemasangan komponen mesin, struktur mesin, bahkan

untuk bangunan sipil. Karena biaya pengelasan yang murah, banyak sekali bagian

suku cadang mesin yang awalnya diproduksi dengan pengecoran, sekarang

diproduksi dengan pengelasan. Pengelasan memiliki kekuatan yang baik dan

memiliki massa yang ringan. Hasil pengelasan terlihat pada gambar 2.21.

Gambar 2.21. Pengelasan pada Elemen Mesin

Sumber: Design of Machine Elements, M.F. Spotts

Berikut ini adalah jenis jenis bentuk pengelasan beserta beban yang

bekerja pada benda kerja, yaitu:

a. Pengelasan penumpu dalam tegangan tarik (butt weld in tension)

Gambar 2.22. Pengelasan Penumpu dalam Tegangan Tarik



Besar tegangan yang terjadi di daerah pengelasan pada gambar 2.22.

yaitu:

, =

.......................................... (2.81)

b. Pengelasan penumpu dalam tegangan tarik (butt weld in shear)

Gambar 2.23. Pengelasan Penumpu dalam Tegangan Geser



yaitu:

, =

.......................................... (2.82)

c. Pengelasan fillet dalam tegangan geser(fillet weld in shear)

Gambar 2.24. Pengelasan Fillet dalam Tegangan Geser




yaitu:

, =

....................................... (2.83)

= 1.414

............................................ (2.84)

d. Pengelasan fillet dalam tegangan tarik yang tegak lurus dengan

panjangnya

Gambar 2.25. Pengelasan Fillet dalam Tegangan Tarik yang Tegak

Lurus dengan Panjangnya


Persamaan faktor keamanan yang sering digunakan untuk beban statis,

dapat dirumuskan dalam bentuk:

= 0.5

............................................. (2.85)

Dimana:

- FS = Faktor keamanan

- yp = Kekuatan luluh elektroda las (MPa)

- allow = Tegangan ijin (MPa)

Ketika beban terjadi pada sambungan las diberlakukan secara eksentrik,

maka efek torsi atau momen kopel juga harus diikutserta dalam perhitungan

terhadap beban langsung. Efek torsi atau momen kopel terlihat seperti pada

gambar 2.26. dimana terjadi gaya pada daerah pengelasan dengan panjang las

adalah l dan luas tempat terjadinya gaya adalah dA. Jarak dari gaya S ke titik berat

pada daerah pengelasan adalah sebesar r.


Gambar 2.26. Tegangan yang Terjadi pada Elemen Pengelasan dengan Beban

Eksentrik


Maka momen eksternal atau torsi T yang terjadi adalah sama dengan momen dari

tegangan geser yang diintegralkan pada semua sambungan pengelasan.

= =

.............................. (2.86)

=

=

....................................... (2.87)

=

............................................... (2.88)

Dimana:

- T = momen kopel yang terjadi (N.mm)

- r = jarak gaya yang bekerja (mm)

- J = momen inersia (mm4)

- = tegangan geser yang terjadi pada daerah pengelasan (N/mm2)

Besar momen inersia J, dapat dihitung dengan formula:

= + ......................................... (2.89)

Dimana:

- J0 = momen inersia pada daerah pengelasan tunggal (mm4)

- A = Luas daerah pengelasan (mm2)

Jika momen inersia pada daerah pengelasan tunggal dirumuskan:

=

................................................ (2.90)

dan besar luas daerah pengelasan dirumuskan:

= 0.707 ......................................... (2.91)


Maka rumus momen inersia J adalah:

=

+

...................................... (2.92)

Pengelasan merupakan penyambung antara dua permukaan logam yang

diakibat oleh flux panas yang bekerja melelehkan elektroda sebagai logam

penyambung. Dalam pengelasan telah diketahui banyak elektroda yang diberi

standar untuk digunakan pada kondisi permesinan dan struktur seperti terlihat

pada table 2.3. dan tabel 2.4.

Tabel 2.3. Kekuatan Tarik, Kekuatan Luluh dan Regangan pada Elektroda

untuk Kondisi Pengelasan dengan Standar Desain ASTM A233-64T

Seri E60

AWS-ASTM

classification

Tensile Strength,

min psi

Yield point, min

psi

Elongation in 2

in, min percent

E6010 62000 50000 22

E6011 62000 50000 22

E6012 67000 55000 17

E6013 67000 55000 17

E6020 62000 50000 25

E6027 62000 50000 25

Sumber: Design Of Machine Elements, M.F. Spotts



Seri E70

AWS-ASTM

classification

Tensile Strength,

min psi

Yield Point, min

psi

Elongation in 2

in, min percent

E7014 72000 60000 17

E7015 72000 60000 22

E7016 72000 60000 22

E7018 72000 60000 22




(Lanjutan)

Seri E70

AWS-ASTM

classification

Tensile Strength,

min psi

Yield Point, min

psi

Elongation in 2

in, min percent

E7024 72000 60000 17

E7028 72000 60000 22

Sumber: Design Of Machine Elements, M.F. Spotts

Penomoran dari seri elektroda biasanya digunakan Huruf E diikuti oleh

4 digit angka. Angka terakhir di bagian kanan menandakan teknik dari

pengelasan, seperti besar arus yang digunakan dan aplikasi. Angka kedua dari

kanan menunjukkan posisi atau daerah pengelasan, seperti angka 1, untuk semua

posisi, yaitu datar, horizontal dan vertikal, angka 2, untuk posisi datar, dan

horizontal, angka 3, untuk posisi datar saja.

- V, X dan Y = faktor yang terdapat pada spesifikasi bearing - d = diameter poros (mm)- FR = Gaya radial (N)

bab ii.docx edit 2

Documents