BAB IV

PENGUKURAN SPESIMEN DAN GEOMETRI ULIR

1. Dasar Teori Alat Ukur

1.1 Pengertian Pengukuran Geometri Ulir

Ulir (screw thread) mempunyai peranan sangat penting didalam konstruksi

suatu mesin atau peralatan teknis lainnya. Fungsi tersebut adalah sebagai alat

pengunci atau sebagai alat penerus (transmisi) daya. Salah satu contoh

penggunaannya dalam jumbo jet sepeti boeing 747 dan Lockheed L1011 yang

memerlukan sebanyak 2,5 juta alat pengunci. Dalam pengukuran geometri ulir

ada tiga komponen utama yaitu :

Jarak puncak ( pitch ) adalah jarak antara bentuk ulir yang berdekatan

diukur sejajar dengan sumbu ulir.

Diameter besar ( major diameter ) adalah diameter terbesar dari ulir sekrup.

Diameter kecil ( minor diameter ) adalah diameter terkecil dari sekrup.

pengukuran geometri ulir dimaksudkan untuk memastikan kekuatan atau daya

tahan kelelahan dari ulir atau mungkin juga untuk menjamin ketelitian

pengubahan gerak dari gerakkan (rotasi menjadi gerakkan translasi) dari system

pengubahan gerakan yang memakai ulir. ( Shigley, 1989)

1.2 Jenis-Jenis Alat untuk Pengukuran Spesimen dan Geometri Ulir

Jenis-jenis alat yang digunakan untuk pengukuran specimen dan geometri

ulir antara lain sebagai berikut :

1. Vernier Caliper

Gambar.1.1. Vernier Caliper / Jangka Sorong

Vernier caliper dapat digunakan untuk mengukur dimensi bagian dalam dan

luar suatu benda. Vernier caliper terdiri dari bilah utama dan bilah pembantu.

Bilah Utama dibagi dalam milimeter, bilah pembantu dibagi 100. 100 garis

pada bilah pembantu sama dengan 49 milimeter pada bilah utama. Jadi

panjang satu garis pada bilah pembantu adalah = 100/49 mm. Bila suatu

garis bilah pembantu berhimpit dengan suatu tanda pada skala utama, maka

harga ukurnya adalah jumlah skala dihitung dari angka 0 x 0,02 mm. (Asyari

Daryus,2000)

2. Mikrometer Ulir Digital

Gambar 1.2 Mikrometer Ulir Digital

Mikrometer ulir digunakan untuk mengukur diameter pits. Diameter

pits adalah diameter dari silinder khayal dengan sumbu yang berimpit dengan

sumbu ulir dan memotong sisi ulir sedemikian rupa sehingga tebal ulir dari

jarak ruang kosong diantara sisi ulir yang berseberangan adalah sama dengan

setengah dari pits. (Asyari Daryus,2000)

3. Three Wire Unit Gauge

Cara pengukuran diameter pits yang teliti dan banyak dipraktekkan

adalah dengan metode tiga kawat. Cara tersebut menggunakan tiga buah

kawat dengan diameter sama. Untuk menghindari banyaknya macam

diameter kawat, maka kawat pengukur ulir tersebut hanya dibuat menurut set

yang tertentu. (Syamsul Arifin, 1981)

Gambar 1.3 Three Wire Unit Gauge

Carll Zeiss membuat set yang berisi 21 buah kawat dari 0.17mm

sampai 6.35 mm yang dapat digunakan untuk mengukur ulir dengan harga

pits dari 0.25 mm sampai dengan 12 mm. Jika kawat dari set tersebut dipilih

dengan tepat, maka singgungan kawat dengan sisi ulir hanya menyinggung

terhadap diameter pits paling jauh sebesar 0.1 p (ke atas atau ke bawah).

4. Screw Pits Gauge

Adalah alat untuk menentukan jumlah pitch pada suatu ulir dalam satu

satuan panjang tertentu (inch). Missal 20 G, artinya dalam 1 inchi terdapat 20

pits. Dengan angka ini dapat diketahui jarak pits. (Asyari Daryus,2000)

Gambar 1.4. Screw Pits Gauge

5. Outside Mikrometer

Kapasitas ukur dari micrometer yang paling kecil adalah sampai dengan

25 mm. Untuk mengukur dimensi luar yang lebih besar dari 25 mm dapat

digunakan micrometer luar yang mempunyai kapasitas ukur 25-50mm, 50-

75mm dst. Kenaikan tingkat sebesar 25 mm ini dimaksudkan untuk menjaga

ketelitian dari micrometer. (Asyari Daryus,2000)

Gambar 1.5. Outside Mikrometer

1.3 Cara Menggunakan Macam-Macam Alat Ukur Spesimen dan Ulir

A. Vernier Caliper

Pada pengukuran mula-mula kit abaca skala pada bilah utama. Harga

vernier caliper diperoleh dengan melihat garis yang berimpit dengan garis

pada skala utama. (Syamsul Arifin, 1981)

B. Mikrometer Ulir

Adapun cara penggunaan alat ukur ulir yaitu pertama pilih pana ulir

sesuai dengan jarak pits teoritis. Periksa kedudukan nol, dengan cara

menyentuhkan kedua sensor pana tersebut. Ukur diameter pits (d2) pada tiga

posisi yang berbeda.

Ujung kontak dengan sisi yang diperpendek lebih sering digunakan,

sebab pengaruh dari kesalahansudut sisi ulir maupun kesalahan dari sudut

ujung kontak tersebut dapat dieliminir sehingga dapat diukur diameter

fungsional dari ulir.

Cara Setting nol Mikrometer Ulir

a. Bersihkan anvil dan spindle dengan kain bersih. Putar ratchet stopper

sampai anvil dan spindle bersentuhan. Kunci spindle pada posisi ini

dengan lock clamp. Mikrometer telah dikalibrasi dengan bendar jika titik

nol thimble lurus dengan garis pada outer sleeve.

b. Jika ketelitiannya 0,02 mm atau kurang. Kuncilah spindle dengan lock

clamp. Putarlah outer sleeve sampai tanda “0” thimble lurus dengan garis

dengan menggunakan penyetel.

c. Jika ketelitiannya melebihi 0,02 mm. Kuncilah spindle dengan lock

clamp. Kendorkan stopper sampai thimble bebas, luruskan tanda “0”

thimble dengan garis pada outer sleeve dan kencangkan kembali ratcher

stopper. Putarlah outer sleeve sampai tanda “0” thimble lurus dengan

garis dengan menggunakan penyetel.

(Syamsul Arifin, 1981)

C. Three Wire Unit Gauge

Cara pengukuran Three Wire Unit Gauge tersebut menggunakan tiga

buah kawat dengan diameter sama. Setelah tiga kawat dengan diameter yang

telah diketahui dipasang pada alur ulir, maka jarak M antara kawat yang

berseberangan dapat diukur dengan menggunakan mikrometer. Selanjutnya

diameter pits yang dicari dapat dihitung dengan menggunakan rumus.

Diameter kawat harus dipilih sedemikian rupa sehingga tepat menyinggung

sisi ulir pada lingkaran pits. (Syamsul Arifin, 1981)

D. Screw Pits Gauge

Pilih screw pits yang sesuai dengan ukuran geometri ulir Setelah

terpilih screw pits yang tepat, catat angka yang terdapat pada screw pits

tersebut. Missal 20 G, artinya dalam 1 inchi terdapat 20 pits. Dengan angka

ini dapat diketahui jarak pits. (Asyari Daryus, 2000)

E. Outside Mikrometer

Posisi pengukuran sedapat mungkin dilakukan secara vertical dengan

ditumpu pada rangka di sebelah landasan tetapnya. Apabila hal ini tidak

dimungkinkan maka sebelum pengukuran dilakukan kembali setting nol.

Penyetelan kedudukan nol ini dilaksanakan dengan memegang

micrometer dengan posisi sesuai dengan posisi pengukuran yang akan

dilakukan. Caranya rahang micrometer ditempelkan setelah itu kunci rahanh

dengan pengunci kemudian putar angka skala sehingga angka nol tepat pada

garis penunjuk, (Taufiq Rochim, 1994)

1.4 Teori Perhitungan Geometri Ulir

1. Menghitung harga H, diameter minor (d1), diameter pits (d2)

H=0.86603 P(d1)=d – 2( 58

H)(d2)=d – 2( 38

H)2. Menghitung dmax , d2 max untuk kualitas G

Esg=−(15+11 P) μm(dmax)=d+Esg(d2 max)=d2+E sg

3. Menghitungdmin , d2 m∈¿ ¿ apabila ulir dimisalkan mempunyai kualitas 6

T d(6)=1803√P2 –

3.15

√PT d 2(6)=90 P0.4 d0.1

(dmin)=dmax−T d(6)(d2 min)=d2 max−T d 2(6)

4. Menghitung toleransi jarak M (Mmax dan Mmin)

(M max)=d2max+[3+0.076 ( Pd2max

)2]d0 – H

(M min)=d2min+[3+0.076 ( Pd2 min

)2]d0 – H

1.5 Aplikasi Pengukuran Geometri Ulir dalam Kehidupan

Pengukuran geometri ulir digunakan pada indusri pembuatan ulir yang

akan di produksi masal. Langkah pembuatan ulir yang pertama kali adalah

membuat prototipenya yang kemudian di ukur menggunakan alat ukur geometri

ulir. Dari sini perusahaan atau pabrik mengetahui sejauh mana kepresisian ulir

yang akan dibuat si perancang. Sampai saat ini fenomena kepresisian ulir masih

menjadi riset oleh para engineer, mengingat penggunaan sekrup, baut, dan

semisalnya digunakan pada alat-alat yang vital dan relative tinggi harganya

seperti pada komponen mesin. (J. Shigley., and C ,Mischke, Mechanical

Engineering Design, 5th Ed., San Francisco: McGraw-Hill Inc., 1989.

Selain itu pengukuran geometri ulir juga diterapkan pada dongkrak ulir

yang merupakan komponen dari mobil pada sebuah mesin.berikut ini salah satu

contohnya:

Gambar dongkrak Ulir

Untuk melepas : Putar persambungannya dalam arah 1 sampai

dongkraknya bebas.

Untuk menyimpan : Putar persambungannya dalam arah 2 sampai

dongkrak terikat dengan kuat dan aman untuk mencegah terlempar kedepan pada

saat terjadi tabrakan atau pengereman mendadak.

http://www.toyota.co.id/cars/reference/hilux/article.php?

article_id=1849&Model=Hilux

Aplikasi pengukuran geometri ulir juga diterapkan pada kompresor ulir

( screw compressor ). Kelebihan dari kompresor jenis ini adalah :

Biaya investasinya rendah,

bentuknya kompak, ringan

mudah perawatannya,

mudah operasinya dan

fleksibel dalam pemasangannya

sehingga kompresor ini sangat popular di industri. Biasanya digunakan dengan

ukuran 30 sampai 200 hp atau 22 sampai 150 kW.

Gambar 1.8 Kompresor Screw

(Sunyoto,Dkk, 2008, Teknik Mesin Industri. Jilid I Untuk SMK, Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan)

2. Tujuan Praktikum Pengukuran Spesimen dan Geometri Ulir

2.1 Tujuan Umum

Dapat memahami tentang arti pengukuran geometri ulir baik mulai dari

fungsi serta aplikasinya.

2.2 Tujuan Khusus

1. Mengetahui jenis-jenis alat ukur yang dapat digunakan untuk mengukur

elemen geometri ulir

2. Mengetahui cara menggunakan alat ukur tersebut

3. Memahami cara mengukur elemen geometri ulir

4. Dapat membandingkan hasil dari alat ukur ulir

3. Peralatan dan Benda Ukur

3.1 Alat Ukur Praktikum dan Gambarnya

Berikut alat-alat ukur yang digunakan dalam pengukuran geometri ulir :

1. Vernier Caliper

2. Mikrometer Stand

3. Outside Mikrometer

4. Mikrometer Ulir

5. Screw Pits Gauge

6. 3 wire unit gauge

3.2 Gambar Benda Ukur Dalam Pengukuran Spesimen dan Geometri Ulir

Gambar 3.2.1. Gambar 2D Spesimen

Gambar 3.2.2. Gambar 3D Spesimen

3.3 Prosedur Pengukuran Geometri Ulir

Berikut ini prosedur pengukuran geometri ulir :

a. Penentuan Spesifikasi Ulir

1. Melakukan pemeriksaan jarak pitch ulir dengan cara menempelkan gigi

mal ulir pada ulir yang diperiksa

2. Menuliskan hasil pemeriksaan ulir tersebut seperti tercantum pada mal ulir

pada lembar kerja tabel 3.

b. Pengukuran dengan outside Mikrometer

1. Memeriksa kedudukan nol mikrometer dengan menggunakan kaliber yang

terdapat dalam nol

2. Melakukan pengukuran pada tiga tempat yang berbeda, sepanjang ulir

tersebut. Gunakan racet untuk memberikan tekanan yang relatif sama

pada setiap pengukuran.

3. Menuliskan hasil pembacaan pengukuran.

c. Pengukuran Diameter Pitch dengan Metode Tiga Kawat

1. Memilih diameter kawat yang akan digunakan. Diameter kawat (d0) =

0.577 x P, dimana P = Jarak pits teoritis. Diameter kawat yang dipilih

adalah dD.

2. Mengukur jarak M (jarak antara sisi luar kawat yang bersebrangan), pada

tiga posisi yang berbeda.

M=d2+d D sin(α /2)−(P /2)cot(α /2)+d D

dD = diameter kawat yang dipilih

α = sudut ulir (ulir isometrik α = 60o)

d2 = diameter pits yang akan dicari

3. Menghitung diameter pits (d2) berdasarkan pengukuran harga M rata-rata

d 2=M−d D sin(α /2)−(P/2)cot(α /2)+d D

4. Menuliskan hasil pengukuran dan perhitungan pada lembar kerja, tabel 6

d. Pengukuran Diameter Pitch dengan Mikrometer Ulir

1. Memilih pana ulir sesuai dengan jarak pitch teoritis

2. Memeriksa kedudukan nol, dengan cara menyentuhkan kedua sensor pana

tersebut.

3. Mengukur diameter pitch (d2) pada tiga posisi yang berbeda.

4. Menuliskan hasil pengukuran pada lembar kerja tabel 7.

4. Pembahasan

4.1 Data Pengukuran Geometri Ulir

Tabel 1. Data Alat Ukur mm

NAMA ALAT UKUR MERK KECERMATANKAPASITAS

UKUR

1. Spesimen

2. Vernier Caliper 0.02 15

3. Outside Mikrometer Mitutoyo 0.01 0-25

Mikrometer Screw Morhard 0.01 0-25

Screw Pitch Gage Whitworth

Mikrometer Stand

3 Wire Gage Unit

Ulir

Tabel 2. Data Pengukuran Spesimen (mm)

OBYEK

UKUR

HASIL

PENGUKURAN

A 34,51

B 10,28

C 55,21

D 43,02

E 40,00

F 19,95

Tabel 3 Spesifikasi Ulir

Toleransi Yang Digunakan ISO Geometri Ulir

Diameter Mayor (standar), d 9,54

Jarak Pits, P 1/18 x 2,54 = 1,411

Profil Dasar Ulir 18 G

Tabel 4. Harga Diameter Mayor mm

Posisi Hasil Pengukuran

1 9,56

2 9,53

3 9,52

d 9,54

Tabel 5. Harga Teoritik Elemen Geometri dan Toleransi Ulir mm

Besaran Rumus Geometri Ulir

H 0.86603 P 1,22 mm

Diameter minor (d1) (3.1) 8,02 mm

Diameter pis (d2) (3.2) 8,92 mm

Esg (3.3) 9,51mm

Diameter mayor maksimum (dmax) (3.4) -30,521 um

Diameter pits maksimum (d2max) (3.5) 8,89 mm

Td (6) (3.6) 223,44 mm

Td2 (6) (3.7) 148,532 mm

Diameter mayor minimum (dmin) (3.8) -213,93 mm

Diameter pits minimum (d2min) (3.9) 139,642 mm

Jarak sisi luar kawat maksimum

(Mmax)

(3.10) 10,638 mm

Jarak sisi luar kawat minimum

(Mmin)

(3.11) -141,624 mm

Tabel 6. Diameter Pits (Metode Tiga Kawat) mm

Besaran Rumus Posisi Geometri Ulir

Diameter kawat teoritis, d0 0.577 P 0,81

Diamter kawat yang

dipilih, d0

- 0,62

Diamter pits, d2 (3.13) 9,20

Gambar 2. Pengukuran diameter pits

dengan metode tiga kawat

1 9,84

2 9,83

3 9,84

M 9,84

Tabel 7. Diameter Pits (dengan Mikrometer Screw) mm

Gambar 3. Pengukuran diameter pits

dengan mikrometer screw

Posisi Hasil pengukuran

1 9,17

2 9,15

3 9,16

d29,16

4.2 Perhitungan

Perhitungan harga H , diameter minor (d1), diameter pits (d2)

Harga H = 0,86603P

= 0,86603 ( 1,411 )

= 1,22196833

= 1,22 (pembulatan)

Diameter minor (d1) = d – 2 ( 5/8H )

= 9,54- 2(5/(8x1,22))

= 8,02 mm

Diameter minor (d2) = d-2(3/8H)

=9,54-2(3/(8x1.22))

= 8,92 mm

Perhitungan dmax d2max untuk kualitas G.

Esg = - ( 15+11p )

= - (15+ 11x1,411)

= -30,521 µm

Diameter mayor maksimum (dmax) = d+ Esg

= 9,54 – 0,030521

= 9,51mm

Diameter pits maksimum (d2max) = d2 + Esg

=8,92-0,030521 = 8,89 mm

Perhitungan dmin dan d2min apabila ulir dimisalkan mempunyai kulitas 6.

Td (6) = 1803√P2–

3,15

√P

= 1803√1,4112 –

3,15

√1,411

=226,09-2,65 = 223,44 mm

Td2 (6) = 90 P0,4 d0,1

= 90x1,4110,4 x 9,540,1

= 148,532 mm

dmin = dmax – Td(6)

= 9,51 – 223,44

= -213,93 mm

d2min = d2max – Td2 (6)

= 8,89– 148,532

= -139,642 mm

Perhitungan toleransi jarak M ( Mmax dan Mmin )

Jarak Sisi Luar Kawat Maksimum

(Mmax) = d2max + [3+0,076(P/ d2max)2]dD – 0,0866P

= 8,89 + [3+ 0,076( 1,411/8,89)2]0,62 – 0,0866(1,411)

= 8,89+ 1,87 – 0,122 = 10,638 mm

Jarak sisi luar kawat minimum

(Mmin) = d2min + [3+0,076(P/ d2min)2]dD – 0,0866P

= --139,642 + [3+ 0,076( 1,411-139,642)2]0,62 – 0,0866(1,411)

= -139,642 - 1,86 – 0,122

= -141,624 mm

Perhitungan diameter pits (d2), berdasarkan pengukuran harga M rata-rata

d2 = M - dD (1+1

sin(α2 ))+

P2

cot (α2 )

= 9,84 - 0,62(1+1

sin( 602 ) )+

1.4112

cot( 602 )

= 9,84-1,86+1,22

= 9,20 mm

4.3 Analisis

Dari hasil penelitian yang diperoleh pengukuran yang paling cermat

yaitu dengan menggunakan micrometer ulir sedangkan yang kurang cermat yang

menggunakan metode 3 kawat. Sedangkan untuk mengukur ulir secara umum

dengan menggunakn mal ulir.

Benda Ukur Standar Mikrometer Ulir

Diameter Mayor 9.82 mm

Diameter Pits 9,21 mm

Dari data diatas terbukti mikromter ulir memiliki tingkat ketelitian yang

tinggi.

Penyebab perbedaan pengukuran yang terjadi dikarenakan penyimpangan

alat ukur sendiri serta penyimpangan operator pada pembacaan skala.

Penyimpangan yang terjadi pada metode 3 kawat dapat disebabkan karena

pemasang mal ulir pada mikrometer.

5. Kesimpulan dan Saran

5.1. Kesimpulan

a. Keakuratan

Dari penggunaan metode-metode di atas, yang memberikan

keakuratan dan ketelitian adalah mikrometer ulir karena dengan

menggunakan micrometer ulir kita dapat memperolah nilai seluruh diameter,

baik diameter mayor, minor, maupun diameter pits.

b. Profil Yang Tidak Dapat Diukur

Dengan pengunaan mikrometer ulir setiap profil dapat diukur.

5.2. Saran

a. Praktikan harus teliti dalam melihat skala mikrometer

b. Oleh karena itu, dalam menggunaan alat ukur tersebut diperlukan ahli yang

mempunyai keterampilan dan kecermatan dalam mengukur, dan juga dapat

menganalisa data yang diperoleh dari hasil pengukuran.

c. Pengalaman pengukur juga akan mempengaruhi hasil pengukuran. Oleh

karena itu diperlukan banyak latihan dan pengalaman dalam mengukur.

d. sebaiknya dalam melakukan percobaan kita lebih cermat dalam pembacaan

alat ukur serta pembacaan dari skala pada protaktor

e. Saat melakukan praktikum lenih baik serius, tidak bercanda agar pengukuran

benar-benar maksimal