modul mekanika teknik [tm10]

MODUL PERKULIAHAN

MEKANIKA TEKNIK

Gesekan 2

Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh

Teknik Teknik Industri

09Selamet Riadi, ST, MT

Abstract KompetensiGaya gesekan ada di seluruh alam dan banyak terdapat pada semua mesin, biarpun mesin tersebut sudah dibuat dan akurat atau dilumasi dengan baik. Dalam semua kasus nyata di mana gesekan menggelincir (sliding) antara dua bagian terjadi, gaya gesekan mengakibatkan kehilangan energi yang dikeluarkan dalam bentuk kalor.

Mahasiswa mampu memahami dengan baik pengertian gesekan Kering, dan penerapan gesekan pada struktur dan mesin.

Gesekan 2

PENERAPAN GESEKAN PADA MESIN

Dalam Bagian ini kita akan membahas aksi gesekan pada berbagai penerapan mesin.

Karena kondisi ini biasanya hanya merupakan salah satu dan gesekan statik atau kinetik

yang terbatas, maka kita akan menggunakan variabel (bukan s atau k) dalam.

pengembangan umum kita. Kemudian, bergantung pada apakah gerakan akan segera

terjadi atau benar-benar sedang terjadi, dapat ditafsirkan sebagai salah sam dan koefisien

gesekan statik atau kinetik.

BAJI

Baji adalah salah satu mesin yang paling sederhana dan paling berguna serta dipakai

sebagai alat untuk menghasilkan penyesuaian kecil posisi benda atau sebagai alat untuk

menerapkan gaya yang besar. Sebagian besar baji bergantung pada gesekan. Sewaktu

geseran baji, akan segera terjadi gaya resultan pada tiap permukaan geser baji akan

dimiringkan dan tegakiurus terhadap permukaan oleh sebuah besaran yang sama dengan

sudut gesekan. Komponen resultan sepanjang permukaan merupakan gaya gesekan, yang

selalu berada dalam arah yang berlawanan dan gesakan baji relatif terhadap permukaan

sentuh.

Gambar 8/3a memperlihatkan sebuah baji yang dipakai untuk menetapkan posisi atau

mengangkat benda yang bermassa besar m, di mana beban vertikalnya adalah mg.

Koefisien gesekan setiap pasang permukaan adalah = tan . Gaya P yang diperlukan

untuk mulai menggerakkan baji dihitung dan kesetimbangan segitiga gaya pada beban dan

pada baji. Diagram benda-bebasnya diperlihatkan dalam Gambar 8/3b, di mana reaksi-

reaksinya miring sebesar sudut dan normalnya masing-masing dan arahnya berlawanan dan

gerakan. Massa baji diabaikan. Dari diagram ini kita dapat menuliskan persamaan

kesetimbangan gaya di mana W = mg. Penyelesaian persamaan-persamaan ini

diperlihatkan dalam Gambar bagian c, di mana pertama-tama R2 dihitung dalam diagram

bagian atas dengan menggunakan nilai mg yang diketahui. Kemudian gaya P dihitung dari

segitiga bagian bawah begitu nilai R2 telah ditentukan.

‘14 2

Mekanika TeknikPusat Bahan Ajar dan eLearning

Selamet Riadi, ST, MT http://www.mercubuana.ac.id

Gambar 8/3

W + R2 + R3 = 0 dan R1 + R2 + P = O

Jika P dihilangkan dan baji tetap di temp at, maka kesetimbangan mensyaratkan bahwa R1

dan R2 harus kolinear masing-masing membuat sudut sebesar /2 terhadap normal

permukaannya. Jadi, selama /2 < , gelinciran tidak akan terjadi, dan baji dikatakan

terkunci sendiri. Jika baji terkunci sendiri dan ingin dibuka, maka diperlukan sebuah tarikan

P pada baji tersebut Dalam kejadian ini reaksi R1 dan R2 akan beraksi pada sisi yang

berlawanan dan normalnya untuk melawan gerakan baru yang akan segera terjadi, dan

penyelesaian akan mengikuti tahap-tahap yang sama dengan yang telah digambarkan untuk

kasus menaikkan beban. Diagram benda bebas dan poligon véktor untuk kondisi ini

diperlihatkan dalam Gambar 8/4.

‘14 3



Gambar 8/4

Masalah baji umumnya dapat diselesaikan secara grafis seperti ditunjukkan dalam kedua

gambar tersebut. Keakuratan sebuah penyelesaian grafis dengan mudah dapat

dipertahankan dalam toleransi yang konsisten dengan ketidakpastian koefisien gesekan.

Penyelesaian aljabar juga dapat diperoleh dan trigonometri poligon kesetimbangan.

SEKRUP

Sekrup dipakai untuk mengencangkan dan untuk mentransmisikan daya atau gerakan.

Dalam setiap kasus, gesekan yang terjadi pada ulir umumnya menentukan aksi sekrup.

Untuk mentransmisikan daya atau gerakan, ulir persegi lebih efisien daripada ulir-V, dan

analisis yang dilukiskan di sini dibatasi untuk ulir persegi saja.

‘14 4



Gambar 8/5

Tinjaulah dongkrak-ulir-persegi, Gambar 8/5, yang dikenai aksi beban aksial W dan momen

M yang diterapkan terhadap sumbu sekrup. Sekrup mempunyai laju L (kemajuan tiap

putaran) dan sebuah jan-jan rata-rata r. Gaya R yang dikenakan oleh ulir kerangka dongkrak

pada bagian kecil dan ulir sekrup diperlihatkan pada diagram benda-bebas sekrup tersebut.

Reaksi yang sama terjadi pada seluruh ruas ulir yang bersentuhan dengan landasan ulir.

Jika M hanya cukup untuk memutar sekrup, maka ulir sekrup akan menggelincir dan

bergerak ke atas pada ulir tetap dan kerangka. Sudut antara R dan normal terhadap ulir

akan menjadi sudut gesekan, sehingga tan = . Momen R terhadap sumbu vertikal sekrup

adalah Rr sin ( + ), dan momen total yang disebabkan oleh semua reaksi pada ulir

adalah Rr.sin ( + ). Karena r sin ( + ) terdapat dalam tiap suku, maka kita dapat

memfaktorkannya ke luar. Persamaan kesetimbangan momen untuk sekrup menjadi

M = [r sin ( + )] R

Kesetimbangan gaya dalam arah aksial selanjutnya mensyaratkan

M = R cos ( + ) = [cos ( + )] R

Membagi M dengan W menghasilkan

M= W r tan ( + ) (8/3)

Kita dapat menentukan sudut heliks dengan memutar-lepas ulir sekrup untuk satu putaran

‘14 5



penuh di mana dapat kita lihat dengan segera bahwa = tan-1 (L/2r).

Kita dapat memakai ulir yang telah diputar-lepas dan sekrup sebagai model alternatif untuk

menirukan aksi keseluruhan sekrup, seperti diperlihatkan dalam Gambar 8/6a. Gaya setara

yang diperlukan untuk mendorong ulir bergerak ke atas bidang miring tetap adalah P = M/r,

dan segitiga vektor gaya mernberikan Persamaan 8/3.

Gambar 8/6

Jika momen M ditiadakan, maka arah gaya gesekan berubah sehingga . diukur terhadap

sisi

laii dan normal ulir. Sekrup akan tetap ditempatnya dan terkunci-sendiri selama < dan

akan hampir segera terputar-lepas jika = .

Untuk menurunkan beban dengan memutar-lepas sekrup yang bersangkutan, kita harus

membalik arah M selama < . Kondisi ini dilukiskan dalam Gambar 8/6b untuk ulir simulasi

pada bidang miring tetap, dan akan terlihat bahwa suatu gaya setara P = M/r harus

diterapkan pada ulir tersebut untuk menaniknya ke bawah bidang miring. Oleh karena itu,

dan segitiga vektor kita mendapatkan momen yang diperlukan untuk menurunkan sekrup,

yang besarnya adalah

M= W r tan ( - ) (8/3a)

Jika > , sekrup akan terputar-lepas olehnya sendini, dan dapat kita lihat dan Gambar

8/6c bahwa momen yang diperlukan untuk mencegah keadaan terputar-lepas ini akan

menjadi

M= W r tan ( - ) (8/3b)

Rem Blok

‘14 6



Rem (brake) adalah komponen mesin yang berfungsi untuk menghentikan putaran poros,

mengatur putaran poros dan mencegah putaran yang tidak dikehendaki.

Efek pengereman diperoleh dari :

- gesekan jika secara mekanik

- serbuk magnet, arus pusar, fasa yang dibalik, arus searah yang dibalik,

penukaran kutup jika secara listrik.

Secara umum jenis rem yang biasa digunakan :

• Rem blok (Block or Shoe Brake)

• Rem pita (Band Brake)

• Rem drum/tromol (Internal Expanding Brake)

• Rem cakram (Disc Brake)

Hal-hal penting yang harus diperhatikan dalam desain rem :

• Gaya penggerak rem

• Daya yang dipindahkan

• Energi yang hilang

• Kenaikan suhu

Prosedur analisis :

• Mencari distribusi tekanan pada permukaan gesek.

• Mencari hubungan tekanan maksimum dan tekanan pada setiap titik.

• Gunakan keseimbangan statis untuk : gaya gesek, daya, reaksi.

Konstruksi dari rem blok secara umum dapat dibedakan dalam tiga kondisi berdasarkan

desain tumpuan handel penggerak rem. Rumus umum yang digunakan dalam perhitungan

adalah :

• Gaya tangensial : Ft = . Fn

• Torsi (T) = Ft . r = . Fn .r

F : gaya untuk pengereman

Fn : gaya normal

Ft : gaya tangensial

: koefisien gesek

r : jari-jari roda

Rem Pita

‘14 7



Rem pita (band brake) merupakan rem dengan bidang gesek untuk proses

pengereman berupa pita atau tali. Bahan dasar dari pita antara lain

terbuat dari : kulit, kain dan baja.

Gambar 8/7. Konstruksi Rem Pita Tipe I

R : jari-jari drum

t : tabel pita

Re : jari-jari efektif dari drum

Re = R + t/2

P : gaya untuk mengerem

Gambar 8/8. Konstruksi Rem Pita Tipe II

‘14 8



Gambar 8/9. Konstruksi Rem Pita Tipe III

‘14 9



PERUMUSAN PERSOALAN DAN TINJAUAN ULANG

Dalam pelajaran mengenai gesekan kita telah memusatkan perhatian kita pada gesekan

kering atau gesekan CouIomb di mana sebuah model mekanis sederhana dan

ketidakteraturan permukaan antara benda-benda yang bersentuhan, Gambar 8/1, cukup

berperan dalam menerangkan gejala-gejala. bagi kebanyakan tujuan teknik. Dengan

memahami model ini secara jelas kita dengan mudah dapat membayangkan tiga jenis

masalah gesekan-kering yang dihadapi. Ketiga kategori ini ialah:

1. Gesekan statik lebih kecil dan nilai maksimum yang mungkin dan ditentukan .dengan

persamaan kesetimbangan. (Biasanya diperrukan suatu pemeriksaan untuk

mengetahui bahwaF < s N).

2. Gesekan statik batas dengan gerakan yang akan terjadi (F = s N).

3. Gesekan kinetik di mana gerakan gelincir (sliding) terjadi di antara permukaan-

permukaan yang bersentuhan (F = k N).

Sebuah koefisien gesekan diterapkan pada pasangan permukaan yang bersentuhan.

Adalah tak ada artinya bila kita menyatakan koefisien gesekan untuk suatu permukaan

tunggal. Koefisien gesekan statik s untuk suatu pasangan permukaan biasanya sedikit

lebih besar daripada koefisien gesekan kinetik k. Gaya gesekan yang beraksi pada benda

selalu berada dalam arah yang berlawanan dengan arah gelinciran benda yang terjadi atau

gelinciran yang akan terjadi apabila tak ada gesekan.

Apabila kita menjumpai gaya gesekan yang terdistribusi dengan cara yang sudah ditetapkan

pada suatu permukaan atau sepanjang suatu garis, sebaiknya kita memiih elemen

permukaan atau garis yang dapat mewakili dan menghitung gaya dan pengaruh momen

akibat gaya gesekan elemental yang beraksi pada elemen tersebut. Kemudian kita

mengintegrasi pengaruh mi pada seluruh permukaan atau ganis tersebut di atas.

Koefisien gesekan merupakan suatu’ hal yang sangat bervariasi tergantung pada kondisi

pasti dan permukaan yang bersentuhan. Perhitungan koefisien gesekan sampai tiga angka

adalah guna menggambarkan keakuratan yang sulit ditirukan oleh eksperimen dan bila

disebutkan dicantumkan hanya untuk tujuan pemeriksaan perhitungan saja. Untuk

perhitungan rancangan dalam praktek teknik, penggunaan nilai dan buku pegangan untuk

koefisien gesekan statik atau kinetik harus ditinjau sebagai pendekatan saja.

‘14 10



Dalam meninjau ulang pengantar soal-soal gesekan, para pembaca harus menyadari

terdapatnya bentuk-bentuk lain dan gesekan yang disebutkan dalam pasal pendahuluan bab

ini. Soal-soal yang menyangkut gesekan fluida, misalnya, adalah salah satu di antara

masalah-masalah terpenting dalam gesekan yang dijumpai dalam teknik, dan suatu studi

mengenai gejala ini dimasukkan dalam mata kuliah mekanika fluida.

‘14 11



Daftar Pustaka1. Sutjiatmo, B. Statika untuk Teknik Mesin. ITB, Bandung. 1990.

2. Frick. H. Mekanika Teknik I (statika dan kegunaannya) Penerbit Kanisius.

Yogyakarta.2006.

3. Irawan, A.P. Diktat Kuliah Mekanika Teknik. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Tarumanagara, Jakarta. 2007.

4. Gunawan, T., Margaret, S. Teori dan soal penyelesaian Mekanika Teknik I. Delta

Teknik Group. Jakarta. 1999.

5. Kamarwan, Sidharta S. STATIKA Bagian Dari Mekanika Teknik. edisi ke-2. Penerbit

Universitas Indonesia. Jakarta. 1995.

6. Meriam, J.L. dan L.G. Kraige, Mekanika Teknik: Statika. Jakarta : Erlangga. 1996.

7. Popov, E.P. Mekanika Teknik. Terjemahan Zainul Astamar. Penerbit Erlangga.

Jakarta. 1984.

8. Timoshenko, S.,D.H. Young. Mekanika Teknik. Terjemahan, edisi ke-4, Penerbit

Erlangga. Jakarta. 1996.

‘14 12



modul mekanika teknik [tm10]

Documents