PENDAHULUAN

Elemen Mesin Metode dan proses perencanaan serta perancangan bagian-bagian permesinan untuk memenuhi kebutuhan tertentu.

Suatu rangkaian mesin yang terdiri dari beberapa kombinasi yang dirancang dengan konsep yang tepat, sehingga dapat bekerja dengan baik sebagai satu kesatuan.

Tujuan perencanaan dan perancangan : Untuk mengetahui jenis sambungan dalam teknologi permesinan, memahami mekanisme kerja dan mendeteksi bagian-bagian mesin, serta menguasai metode perhitungan kekuatan.

Beberapa pertimbangan perencanaan dan perancangan elemen mesin :1. Pembebanan2. Jenis elemen yang bergerak3. Sifat material bahan4. Kelayakan pemakaian yang ekonomis5. Faktor keamanan

PERHITUNGAN ELEMEN MESIN

Pembebanan (Loading)Gaya yang bekerja pada suatu bidang. Sumber beban mencakup energi transmisi, berat elemen, hambatan gesek dan momen inersia.

Jenis-jenis pembebanan :a. Beban tetap beban terpusat, beban merata, beban teratur dan beban tidak teratur.b. Beban tidak tetapc. Beban kejut

Tegangan (Stress) Beban gaya setiap satuan luas bidang yang menahan beban.

Jenis-jenis tegangan :a. Tegangan normal - Tegangan tarik (tensile)

- Tegangan tekan (compressive)

b. Tegangan geser (shear)

c. Tegangan lentur (bend)M =Z

M = Momen inersia Z = Modulus luas

d. Tegangan puntir

G r T r == IG = Modulus rigiditas = Sudut puntirr = Jari-jari = Panjang I = Momen inersia polar

Regangan (Strain)Pertambahan panjang (deformasi) sebuah benda/logam menjadi lebih panjang dari bentuk semula

Jenis-jenis regangan :a. Regangan linierb. Regangan lateralc. Regangan volumetrikd. Regangan geser

Modulus Elastisitas (Modulus Young)Adalah hubungan antara tegangan dan regangan.

E =

E = Modulus elastisitas = Tegangan = Regangan

Diagram tegangan-regangan

Keterangan :OA = Daerah elastisDAB = Daerah plastisBC = Daerah luluhD = Titik ultimateBCEE = Patah (failure)

A

0

SAMBUNGAN PAKU KELING (RIVET)

Merupakan jenis sambungan tetap. Pemakaian sambungan paku keling :- Pekerjaan konstruksi ringan atau berat- Pekerjaan bangunan kapal dan pesawat terbang- Pekerjaan kilang minyak, turbin dan ketel

Beberapa kegagalan dalam sambungan paku keling :1. Pelat melengkungTerjadi karena tegangan atau gaya F paku keling lebih besar dari pelatnya.

2. Pelat sobekTerjadi karena jarak antar paku keling terlalu rapat atau berdekatan, dan tegangan atau gaya F paku keling lebih besar dari pelatnya, sehingga pelat menjadi sobek.

3. Pelat terguntingTerjadi karena adanya tegangan geser, dantegangan atau gaya F paku keling lebih besar dari pelatnya, sehingga pelat akan tergunting.

4. Pelat melumerTerjadi karena adanya tekanan bidang permukaan yang lebih kecil, sehingga pelat akan melumer.

5. Tepi pelat terguntingTerjadi karena adanya tekanan bidang permukaan yang lebih kecil, sehingga tepi pelat akan tergunting dan paku keling menjadi remuk.

6. Tepi pelat sobekTerjadi karena adanya tekanan bidang permukaan yang lebih kecil, sehingga tepi pelat akan sobek.

Catatan :Kegagalan sambungan paku keling di atas merupakan dasar perhitungan kekuatan sambungan.

1. Sambungan Paku Keling Berhimpit Tunggal

sds

Besarnya gaya F pada setiap kegagalan sambungana. Pelat sobek F = (s d) t t

b. Pelat tergunting F = /4 d2 p

c. Pelat melumerF = d t e

d. Tepi pelat terguntingF = 2 d t t

Keterangan :t = Tebal pelat (mm)d = Diameter paku keling (mm)s = Jarak antar paku keling (mm)

Untuk menentukan efisiensi sambungan :Kekuatan sambungan = x 100 %Kekuatan pelat utuh

Gaya F terkecil diantara kegagalan sambungan = t s t

2. Sambungan Paku Keling Berhimpit Ganda

sds

Besarnya gaya F pada setiap kegagalan sambungana. Pelat sobek F = (s d) t t

b. Pelat tergunting F = 2 /4 d2 p

c. Pelat melumerF = 2 d t e

Untuk menentukan efisiensi sambungan :Kekuatan sambungan = x 100 %Kekuatan pelat utuh

Gaya F terkecil diantara kegagalan sambungan = t s t

SAMBUNGAN PAKU KELING DENGAN BEBAN EKSENTRIKy F

x Pusat gravitasiJika seluruh ukuran paku keling dianggap sama maka pembebanan pusat gravitasi adalah :x1 + x2 + x3 + + xn x = z

y1 + y2 + y3 + + yn z = Jumlah paku keling y = z

PembebananF F1Fn = 1 2F2 z

Beban akibat momen puntir F1F2F3F4 F4 34 = = =1234 F3

Sehingga :234 F2 = F1 F3 = F1 F4 = F1111

Persamaan momen F = F1 1 + F2 2 + F3 3 + F4 4F = F1 / 1 (22 + 32 + 42)

Beban resultan Ri = Fn2 + Fi2 + 2 Fn Fi cos

dimana : Ri = Resultan beban pada paku keling ke-i Fi = Beban terbesar yang dialami pada paku keling ke-i

SAMBUNGAN MUR BAUT

Merupakan jenis sambungan tidak tetap, karena ikatan sambungan dapat dilepas/dibuka.

Berbeda dengan sambungan paku keling, sambungan mur baut memiliki bagian ulir yang berfungsi sebagai ikatan sambungan.Keterangan :D = Diameter luar (mm)D1 = Diameter inti (mm)D2 = Diameter kisar (mm)Dm = Diameter rata-rata (mm) = (D + D1)/4p = Pitch/kisar (mm)t = Tinggi ulir (mm)

Keuntungan yang dimiliki sambungan mur baut :1. Mudah dalam proses penyambungan2. Dapat dipasang atau dibongkar sesuai dengankebutuhan3. Memenuhi segala syarat pengoperasian4. Memiliki efisiensi yang baik

Kekurangan sambungan mur baut :1. Mudah terjadi pemusatan tegangan pada bagian ulir2. Bila tekanan sambungan lebih kecil, akan mudah lepas

Ada beberapa jenis ulir, yaitu :1. Berdasarkan bentuk profil- Ulir persegi/trapesium- Ulir bulat- Ulir sayap kupu-kupu

2. Berdasarkan arah putar- Ulir putar kiri- Ulir putar kanan

Perhitungan Kekuatan Sambungan

1. Tegangan permulaan karena kekuatan ikatan- Tegangan tarik pada batang baut Beban awal Fi = 2840 D

= Fi/A dimana A = /4 [(Dm + D1)/2]2- Tegangan geser akibat gesekan ulir Momen puntir awal M = Fi (0,16 p + 0,58 f D2)

dimana f = koefisien gesek ulir

2. Tegangan karena beban luar - Tegangan tarik = F/A dimana A = /4 D12

- Tegangan geser = Fg/A dimana A = /4 D12

- Tegangan kombinasi max = /2 + 1/2 2 + 4 2

max = 1/2 2 + 4 2

3. Beban gabunganFg = Fi + [a/(1+a)] F

dimanaa = Perbandingan elastisitas antara komponen dengan baut

SAMBUNGAN LAS

Merupakan jenis sambungan pengikat dan penyatuan suatu logam dengan proses metalurgi yang dilakukan dalam keadaan lumer.

Alat yang digunakan untuk proses penyambungan adalah fluks yang dipakai untuk memperlancar perpindahan butiran metalurgi.

Fluks merupakan sumber terak yang berfungsi sebagai pelindung terhadap pengaruh luar (penetrasi unsur lain).

Perhitungan Kekuatan Sambungan

Tergantung pada jenis kampuh dan pembebanannya, sehingga menimbulkan tegangan tarik () dan tegangan geser ().

Faktor lain yang perlu diperhatikan adalah :- Luas penampang efektif- Panjang efektif las- tebal efektif las

tet = Tebal kaki las te= Tebal efektif las = 2 tt

e = Panjang efektif las = - 3 te

1. Sambungan las penampang asimetris beban aksial

a t F = a 2 b b

= a + b (1) a t a = b t ba a = b b (2)

Dari (1) dan (2) didapat : a b a = b = a + b a + b

2. Sambungan las dengan beban eksentrik

Beban eksentrik = beban langsung + beban momen = F + Fe = (2 t )/2 + z = (2 t )/2 + ( 2 t 2)/62 max = /2 + 2 + 4 2

max = 2 + 4 2

SAMBUNGAN POROS

Merupakan jenis elemen mesin yang berputar, yang berfungsi sebagai transmisi daya atau pembawa daya dari ujung poros ke ujung poros yang lain.

Sedangkan gandar merupakan jenis elemen mesin yang bersifat statis (diam), yang berfungsi sebagai pembawa momen

Pembebanan yang terjadi pada poros :1. Beban puntir (torsi)DTT = (/16) D3

2. Beban momenDMM = (/32) D3

Catatan :Untuk diameter berlubang perbandingan diameter luar (D0) dan diameter dalam (D1) adalah K = D0/D1.

3. Beban kombinasiTorsi ekivalenTe = M2 + T2

Momen ekivalenMe = (M + M2 + T2)

Sebuah poros yang mentransmisikan daya sebesar P pada putaran memberikan torsi T pada poros, sehingga : P = Tdimana : P = Poros (Watt) = Putaran poros (rad/det) T = Torsi (N.m)

Dalam satuan SI, maka hubungan putaran antara dan n adalah :

= (2 n)/60dimana : n = putaran per menit(1/menit)Sehingga :

P = (2 n T)/60

P E G A S

Merupakan bagian elemen mesin yang berfungsi sebagai penahan beban yang maksimum dan akan kembali ke ukuran semula jika beban tersebut dihilangkan.

Fungsi pegas :- Memberi beban pada rem atau kopling- Memberi pengukur beban pada timbangan pegas- Menyimpan energi pada pegas jam- Sebagai peredam kejut dan getaran pada pegas roda kendaraan bermotor atau sambungan kereta api

Beban gaya yang terjadi pada pegas :- Beban tekan- Beban tarik- Beban torsi- Beban kejut/getaran

Jenis-jenis pegas :- Pegas ulir- Pegas daun

Pegas Ulir

1. Panjang BebasPanjang normal pegas ulir tanpa ada pembebanan 2. Panjang TerbebanPanjang pegas ulir selama pembebanan

3. Panjang TetapPanjang pegas ulir pada pembebanan maksimum

4. Indeks Pegas Rasio antara diameter pegas dengan kawat pegasC = D/d

5. Konstanta PegasBesarnya beban setiap satuan defleksi pegask = F/

6. Kisar (Pitch)Jarak aksial antara dua kawat berurutan pada keadaan normal (tidak ada pembebanan)

Perhitungan Kekuatan

1. Tegangan yang timbul akibat pembebanan

a. Tegangan geser max = m + d

Dimana :m = Tegangan geser akibat momen = 8 W D / (/d3)d = Tegangan geser langsung = 4 W / (/d2)

b. Efek kelengkungan kawat4C 10,615K = +4C 4 4max = K {8 W D / (/d3)}

2. Defleksi pegas ulir yang terjadi akibat pembebanan

a. Panjang kawat efektif = D n

b. Defleksi angular akibat torsi = 16 W D2 n / (d4 G)

c. Defleksi aksial = 8 W C3 n / (d G)

d. Beban energi yang tersimpanE = W

3. Pembebanan pegas ulir dengan beban torsi

a. Tegangan yang timbul akibat momen = 32 M K / (/d3)

Dimana :4 C2 C 1K = 4 C2 4 C

b. Defleksi angular = 64 M D n / (E d2)

Pegas Daun

Terbuat dari bahan pelat datar dengan bentuk konstruksi tunggal maupun majemuk.

Pegas daun berfungsi sebagai :- Penahan beban- Peredam getaran atau kejut

Beberapa konstruksi dasar pegas daun :1. Pegas daun kantilever pelat tunggal

Momen lengkung max, M = F tModulus luas, Z = 1/6 b t2 bTegangan lentur, = M / ZDefleksi max, = F 3 / 3 E 2. Pegas daun beban terpusat pelat tunggal 1 F1 Kantilever ganda, Fi = 2F, t i = 2 b Momen lengkung max, M = F Modulus luas, Z = 1/6 b t2Tegangan lentur, = M / ZDefleksi max, = F 3 / 3 E

3. Pegas daun majemuk seragam t

b Jika pegas daun terdiri dari n daun seragam, maka : Tegangan lentur, = M / n Z Defleksi max, = 4 F 3 / n E b t2 4. Pegas daun majemuk tak seragam F F bt

ng = Jumlah daun bertingkat nf = Jumlah daun seragam n = ng + nf Tegangan lentur pada daun seragam : f = 18 F / (2 ng + 3 nf) b t2 Tegangan lentur pada daun bertingkat : g = 12 F / (2 ng + 3 nf) b t2 Defleksi total : = 12 F 3 / (2 ng + 3 nf) E b t3

KOPLING TETAP

Merupakan elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara kontinu (tanpa terjadi slip), dimana kedua poros tersebut terletak pada satu garis lurus.

Konstruksi kopling tetap selalu dalam keadaan tersambung, sehingga setiap elemen menjadi satu kesatuan gerak.

Jenis-jenis kopling tetap adalah :1. Kopling kakuKopling bus dan kopling flens2. Kopling luwesKopling karet, kopling gigi dan kopling rantai3. Kopling universalKopling Hook dan kopling universal tetap

Ada beberapa pertimbangan dalam perencanaan kopling tetap :1. Pemasangan yang mudah dan cepat2. Konstruksi ringan dan fleksibel 3. Aman pada putaran tinggi dan tahan getaran4. Mencegah pembebanan yang berlebih5. Kemungkinan gerakan aksial pada porosnya sangat kecil

Perencanaan Perhitungan

Daya rencana, Pd = P cP = Daya (kW)c = Faktor koreksi untuk daya rata-rata yang diperlukan (1,2 2)

Torsi, T = 9,74 x 105 (Pd / n1)n1 = Putaran (rpm)

Tegangan tarik,b = 100 h + 20h = Konstanta kadar karbon pada bahan baja (0,2% - 0,3%)

Tegangan geser,a = b / (Sf1 Sf2)Sf1 = Konstanta faktor keamanan (5 6) Sf2 = Konstanta faktor keamanan (1,5 2)

Diameter poros kopling5,11/3Kt = Konstanta koreksi d = Kt Cb T tumbukan (1 2) a Cb = Konstanta lenturan (0,5 1)

Dari perhitungan diameter didapat beberapa variabel

d A B C L n Fdb25112 75 45 40 4181028125 85 50 45 4181035140100 63 50 4181045160112 80 56 4201450180132 90 63 6201456 200140100 71 622,41663224 160112 80 622,41671250180125 90 6282080 280200140100 6282090 315236160112 635,525100355 260180125 635,525

Keterangan :A = Diameter luar B = Diameter pusatC = Diameter nafL = Panjang nafn = Jumlah bautF = Tebal flensdb = Diameter baut

Jumlah baut efektif, ne = n = Nilai efektif baut (0,5 1) 8 TTegangan geser, b = db ne B

Tegangan geser baut yang diizinkan dengan bahan SS41B ba = ba / (Sfb Kb) b = Tegangan tarik baut yang diizinkan (40 kg/mm2 50 kg/mm2)Sfb = Faktor keamanan baut (5 6) Kb = Faktor koreksi baut (2,5 3)

Apabila b < ba, maka perencanaan perhitungan dapat dinyatakan layak dan baik.

Tegangan geser flens yang diizinkan dengan bahan FC20 fa = b / (Sf Kf) b = Tegangan tarik flens yang diizinkan (15 kg/mm2 20 kg/mm2)Sf = Faktor keamanan flens (5 6) Kf = Faktor koreksi flens (2,5 3) 2 TTegangan geser, f = C2 F

Apabila f < fa, maka perencanaan perhitungan dapat dinyatakan layak dan baik.

KOPLING TIDAK TETAP

Merupakan elemen mesin yang menghubungkan poros penggerak ke poros yang digerakkan, dengan putaran yang konstan dalam meneruskan daya, serta dapat melepas hubungan kedua poros tersebut baik dalam keadaan diam ataupun berputar.

Jenis-jenis kopling tidak tetap adalah :1. Kopling cakarKopling persegi dan kopling spiral2. Kopling gesek (pelat)Kopling pelat tunggal-ganda dan kopling pelat manual-hidrolik 3. Kopling kerucut4. Kopling friwil

Perencanaan Perhitungan

Diameter, D1= Dm b D1 = Diameter dalam D2= Dm + b D2 = Diameter luar Dm = Diameter rata-ratab = Lebar60 PTorsi, T = P = Daya 2 nn = Putaran

Momen percepatan kopling r1 r22 h = Massa jenis koplingMpk = r1 = Jari-jari D1 tgesekan r2 = Jari-jari D2 h = Tinggi = 2 n / 60tgesekan= Waktu gesekan

Momen percepatan mesinMpm = 2 Apm / tgesekanApm = Angka percepatan

Momen gesekMg = T + Mpk + Mpm

Mg = Fgesek r = Koefisien gesek = p A (Dm/2)p = Tekanan gesekan = p Dm b (Dm/2)

Dipilih Mg yang terkecil.

Kerja gesekan, Wg = Mg (tgesekan/2)

Daya gesekan, Pg = (Wg z)/3600z = Frekuensi pemakaian koplingTemperatur koplingtk = (847 Pg) / Ad

2 (D2/2) Ad = [h + (D2/2)] = 2,13 x 105 Watt/m2 0c

Umur kopling, L = a A ak / Pg a = Ketebalan pelatak = Angka kerusakan (kWh/m3)

Efisiensi kopling 2 n Mg Pmaks = 60

(Pmaks tgesekan z) + (3600 P P tgesekan z) Pm = 3600 Pm Pg Pef = x 100% Pm

***********************************************************