DIKTATDIKTAT

ELEMEN MESINELEMEN MESIN(Sambungan Las)(Sambungan Las)

DIKTATDIKTAT

ELEMEN MESINELEMEN MESIN(Sambungan Las)(Sambungan Las)

OLEH:OLEH:DR.-ING.IR. PUTU M. SANTIKADR.-ING.IR. PUTU M. SANTIKA

JURUSAN TEKNIK INDUSTRIJURUSAN TEKNIK INDUSTRI

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI INDONESIAINSTITUT TEKNOLOGI INDONESIAJULI, 2007JULI, 2007

DAFTAR ISIDAFTAR ISI

1.1. UMUMUMUM2.2. KEKUATAN DAN TEGANGAN IJINKEKUATAN DAN TEGANGAN IJIN3.3. SAMBUNGANSAMBUNGAN

1.1. LASLAS2.2. KELINGKELING3.3. MUR- BAUTMUR- BAUT

4.4. PIN DAN PASAKPIN DAN PASAK5.5. PEGASPEGAS6.6. POROS POROS 7.7. KOPLINGKOPLING8.8. BANTALANBANTALAN9.9. RODA GIGIRODA GIGI10.10.RANTAI DAN SABUKRANTAI DAN SABUK

3. SAMBUNGAN LAS3. SAMBUNGAN LAS3.1 PENDAHULUAN3.1 PENDAHULUAN

Sambungan las adalah sambungan antara dua logam dengan cara Sambungan las adalah sambungan antara dua logam dengan cara pemanasan, dengan atau tanpa logam pengisi. Sambungan terjadi pemanasan, dengan atau tanpa logam pengisi. Sambungan terjadi pada kondisi logam dalam keadaan plastis atau leleh.pada kondisi logam dalam keadaan plastis atau leleh.Sambungan las banyak digunakan pada:Sambungan las banyak digunakan pada:

Konstruksi baja, Ketel uap dan tangki, PermesinanKonstruksi baja, Ketel uap dan tangki, PermesinanKeunggulan dibandingkan dengan sambungan lainnya:Keunggulan dibandingkan dengan sambungan lainnya:

Lebih murah dan lebih ringanLebih murah dan lebih ringanTidak ada pengurangan luas penampangTidak ada pengurangan luas penampangPermukaan sambungan bisa dibuat rataPermukaan sambungan bisa dibuat rataBahaya terhadap korosi kurangBahaya terhadap korosi kurangMudah perbersiahannyaMudah perbersiahannyaTampak lebih bagusTampak lebih bagus

Kekurangan:Kekurangan:Hanya untuk logam sejenisHanya untuk logam sejenisTerjadi perubahan struktur material pada daerah HAZTerjadi perubahan struktur material pada daerah HAZPengelasan dilapangan lebih sukar dari sambungan keling/bautPengelasan dilapangan lebih sukar dari sambungan keling/bautSambungan Cendrung melengkung Sambungan Cendrung melengkung

3.2 BENTUK DAN JENIS SAMBUNGAN3.2 BENTUK DAN JENIS SAMBUNGAN

BENTUK KAMPUH BENTUK KAMPUH LAS:LAS:Bentuk kampuh las Bentuk kampuh las sangat ditentukan dari sangat ditentukan dari tebal pelat yang tebal pelat yang disambung serta disambung serta besarnya beban yang besarnya beban yang diterima sambungan. diterima sambungan. Kampuh dibedakan Kampuh dibedakan menjadi kampuh:menjadi kampuh: I, X, V, U serta Y, I, X, V, U serta Y, seperti gambar seperti gambar berikut:berikut:

JENIS SAMBUNGANJENIS SAMBUNGAN

SAMBUNGAN SAMBUNGAN TUMPULTUMPUL

SAMBUNGAN SAMBUNGAN SIKUSIKU

SAMBUNGAN SAMBUNGAN KELILINGKELILING

Kualitas Sambungan LasKualitas Sambungan LasKualitas sambungan las ditentukan oleh:Kualitas sambungan las ditentukan oleh:1.1. Memanfaatkan mampu las dari materialMemanfaatkan mampu las dari material2.2. Persiapan dan pelaksanaan dikontrol oleh personil yang Persiapan dan pelaksanaan dikontrol oleh personil yang

kompetenkompeten3.3. Metoda pengelasan disesuaikan dengan karakteristik dan Metoda pengelasan disesuaikan dengan karakteristik dan

tebal material serta bebantebal material serta beban4.4. Kesesuain antara logam pengisi dengan logam indukKesesuain antara logam pengisi dengan logam induk5.5. Tukang las yang bersetifikat dan terawasiTukang las yang bersetifikat dan terawasi6.6. Kualitas las di cek dengan metoda NDT Kualitas las di cek dengan metoda NDT

Klasifikasi KualitasKlasifikasi Kualitas Sambungan kelas ISambungan kelas I

– Bila persyaratan 1 – 6 dipenuhi, dan pengelasan khusus untuk Bila persyaratan 1 – 6 dipenuhi, dan pengelasan khusus untuk kekuatan dan kualitas material yang tinggi kekuatan dan kualitas material yang tinggi

Sambungan kelas IISambungan kelas II– Persyaratan 1-5 dipenuhi, prosedur pengelasan normal untuk Persyaratan 1-5 dipenuhi, prosedur pengelasan normal untuk

beban statis maupun dinamisbeban statis maupun dinamis Sambungan kelas IIISambungan kelas III

– Tidak ada persyaratan khusus dan sambungan tidak perlu di testTidak ada persyaratan khusus dan sambungan tidak perlu di test

Dimensi:Dimensi:– Sambungan tumpul: Sambungan tumpul:

Tinggi sambungan a = tebal pelat S (pelat yang disambung Tinggi sambungan a = tebal pelat S (pelat yang disambung sama tebalnya)sama tebalnya)

Bila pelat yang disambung tebalnya berbeda, maka tebal las a Bila pelat yang disambung tebalnya berbeda, maka tebal las a = S= Sminmin..

Panjang las pada umumnya diambil sama dengan lebas pelat, l Panjang las pada umumnya diambil sama dengan lebas pelat, l (panjang las) = b (lebar pelat)(panjang las) = b (lebar pelat)

– Sambungan Siku: Sambungan Siku: Tinggi sambungan a = tinggi segitiga logam pengisi, lihat Tinggi sambungan a = tinggi segitiga logam pengisi, lihat

gambargambar Bila pelat yang disambung sama tebalnya, maka a Bila pelat yang disambung sama tebalnya, maka a 0,7.S 0,7.S

3mm3mm Bila pelat yang disambung tebalnya berbeda, maka tebal las Bila pelat yang disambung tebalnya berbeda, maka tebal las

a a 0,7.S 0,7.Sminmin. . 3mm3mm Panjang las pada umumnya diambil sama dengan lebas pelat, l Panjang las pada umumnya diambil sama dengan lebas pelat, l

(panjang las) = b (lebar pelat)(panjang las) = b (lebar pelat)

– Sambungan KelilingSambungan Keliling Dimensi sambungan diambil sama dengan sambungan sikuDimensi sambungan diambil sama dengan sambungan siku

3.3 PERHITUNGAN KEKUATAN3.3 PERHITUNGAN KEKUATAN– Pembebanan Tarik, Tekan atau GeserPembebanan Tarik, Tekan atau Geser

Tegangan yang terjadi pada sambunganTegangan yang terjadi pada sambungan

ww = F/A = F/Aww (N/mm (N/mm22))

ww = F/A = F/Aww (N/mm (N/mm22))

Sambungan kuat bilaSambungan kuat bila

ww = F/A = F/Aww= F/= F/ (a.l) (a.l) wijinwijin (N/mm (N/mm22))

ww = F/A = F/Aww = F/ = F/ (a.l) (a.l) wijinwijin (N/mm (N/mm22))

Dimana:Dimana:F = beban yang diterima sambungan (N)F = beban yang diterima sambungan (N)

AAww = = (a.l) = Luas sambungan las (mm)(a.l) = Luas sambungan las (mm)

a = tinggi las (mm) dan; l =panjang sambungan (mm)a = tinggi las (mm) dan; l =panjang sambungan (mm)

wijin wijin , , wijin wijin = tegangan ijin material sambungan (N/mm= tegangan ijin material sambungan (N/mm22))

– Pembebanan LengkungPembebanan LengkungTegangan lengkung Tegangan lengkung wb wb yang terjadi pada sambunganyang terjadi pada sambungan

wb wb = M= Mb/W/Ww wbijinwbijin (N/mm (N/mm22))

MMbb = momen lengkung yang terjadi pada sambungan (Nmm) = momen lengkung yang terjadi pada sambungan (Nmm)

WWww = momen tahanan luas sambungan las (mm = momen tahanan luas sambungan las (mm3))

= 2.(1/6) a.h= 2.(1/6) a.h22 (untuk sambungan 2 sisi, gambar) (untuk sambungan 2 sisi, gambar)

= (D= (D44 – d – d44)/10.D (untuk sambungan poros ))/10.D (untuk sambungan poros )

Untuk sambungan gabungan, maka berlaku:Untuk sambungan gabungan, maka berlaku:

WWww = I = Iww/ y; I/ y; Iww = I = Iw1w1 + I + Iw2w2 + I + Iw3w3 + ….. + …..

– Pembebanan GabunganPembebanan GabunganBila Bila beberapa tegangan normalbeberapa tegangan normal bekerja sekaligus pada bekerja sekaligus pada sambungan, maka tegangan normal maksimum adalah:sambungan, maka tegangan normal maksimum adalah:

wmax wmax = [= [wb wb + + t ( c ) t ( c ) ] ] wijinwijin (N/mm (N/mm22))

Bila sekaligus bekerja Bila sekaligus bekerja tegangan normal dan gesertegangan normal dan geser, maka tegangan , maka tegangan equivalent yang terjadi pada sambungan, adalah:equivalent yang terjadi pada sambungan, adalah:

wv wv = = ( (ww22

+ + ww22) ) wijinwijin (N/mm (N/mm22))

Contoh Beban Gabungan Contoh Beban Gabungan Pada Elemen MesinPada Elemen Mesin

a)a) dandan

b)b) Beban Beban lengkung dan lengkung dan gesergeser

c)c) Beban Beban lengkung dan lengkung dan tekantekan

d)d) Arah tegangan Arah tegangan pada pada sambungan sambungan siku siku

CONTOH SAMBUNGAN LAS CONTOH SAMBUNGAN LAS PADA KONSTRUKSI BAJAPADA KONSTRUKSI BAJA

3.4 SAMBUNGAN LAS PADA KETEL UAP 3.4 SAMBUNGAN LAS PADA KETEL UAP DAN TANGKIDAN TANGKI

Pada ketel uap dengan diameter Pada ketel uap dengan diameter dalam Ddalam Dii , tebalnya s dan , tebalnya s dan panjang l, yang tekanannya ppanjang l, yang tekanannya paa (N/mm(N/mm22), bekerja ), bekerja Gaya longitudinal:Gaya longitudinal:

FFll = ( = (/4)D/4)Dii22.p.paa (N) (N)

Gaya radial : Gaya radial : FFrr = D = Dii.l.p.l.paa (N). (N).

Pada penampang A-B,Pada penampang A-B, bekerja bekerja tegangan longitudinaltegangan longitudinal (tarik): (tarik):

ll = F = Fl l / (/ (.D.Dii.s) .s) = (D= (Dii

22...p.paa) / (4.D) / (4.Dii...s) .s) = (D= (Dii.p.paa) / (4.s)) / (4.s)

Pada penampang C-D bekerjaPada penampang C-D bekerja tegangan tegangan tangensial tariktangensial tariktt = F = Fr r / (2.l.s) = (D/ (2.l.s) = (Dii.l.p.l.paa) / (2.l.s) ) / (2.l.s)

= (D= (Dii.p.paa) / (2.s) ) / (2.s)

3.5 SAMBUNGAN LAS KOMPONEN MESIN3.5 SAMBUNGAN LAS KOMPONEN MESIN

Komponen mesin pada Komponen mesin pada umumnya menerima umumnya menerima beban dinamis, jadi dalam beban dinamis, jadi dalam perhitungan kekuatan perhitungan kekuatan sedikit berbeda dengan sedikit berbeda dengan konstruksi baja yang konstruksi baja yang hanya menerima beban hanya menerima beban statis.statis.

Pembebanan Pembebanan Tarik, Tekan, Tarik, Tekan, Geser atau Geser atau LengkungLengkung.. Perhitungan pada beban Perhitungan pada beban diatas sama dengan pada diatas sama dengan pada konstruksi bajakonstruksi baja

BEBAN TORSI/PUNTIRBEBAN TORSI/PUNTIR– Pada pembebanan torsi, sambungan akan menerima tegangan Pada pembebanan torsi, sambungan akan menerima tegangan

torsi, yaitu:torsi, yaitu:

ww = M = Mtt/W/Wwpwp wijinwijin (N/mm (N/mm22))Dimana:Dimana:MMtt = momen torsi yang terjadi pada sambungan (Nmm) = momen torsi yang terjadi pada sambungan (Nmm)WWwpwp = momen tahanan sambungan las (mm = momen tahanan sambungan las (mm33))

= (D= (D44-d-d44)/(5.D))/(5.D) BEBAN GABUNGANBEBAN GABUNGAN

– Bila beban gabungan terdiri dari beban normal (mis. Tarik dengan Bila beban gabungan terdiri dari beban normal (mis. Tarik dengan lengkung), maka perhitungan kekuatan sama seperti pada lengkung), maka perhitungan kekuatan sama seperti pada konstruksi bajakonstruksi baja

– Bila yang bekerja beban normal dan beban geser, maka Bila yang bekerja beban normal dan beban geser, maka perhitungan kekuatan adalah sebagai berikut:perhitungan kekuatan adalah sebagai berikut:

wvwv = = ((ww22 + 2. + 2.ww

22) ) wijin wijin (N/mm(N/mm22))Dimana:Dimana: wv wv = tegangan gabungan (N/mm= tegangan gabungan (N/mm22)) wv wv = Tegangan geser pada sambungan (N/mm= Tegangan geser pada sambungan (N/mm22)) wijin wijin = Tegangan ijin sambungan las (N/mm= Tegangan ijin sambungan las (N/mm22))

TEGANGAN IJIN (TEGANGAN IJIN (IJINIJIN))Tegangan ijin pada pembebanan dinamis pada komponen mesin adalah Tegangan ijin pada pembebanan dinamis pada komponen mesin adalah

sebagai berikut:sebagai berikut:

wijin wijin atau (atau (wijinwijin) = () = (DD atau( atau(DD).b).b11.b.b22) / S) / Sff (N/mm (N/mm22))

Dimana:Dimana:

wijin wijin atau (atau (wijinwijin) = masing-masing tegangan normal dan geser ijin ) = masing-masing tegangan normal dan geser ijin sambungan las (N/mmsambungan las (N/mm22))b1 = faktor pelemahan sambungan (0,75 -1)b1 = faktor pelemahan sambungan (0,75 -1)b2 = faktor kualitas sambungan b2 = faktor kualitas sambungan

(kls I: b2 = 1; kls II: b2 = 0,8; kls III: b2 = 0,5)(kls I: b2 = 1; kls II: b2 = 0,8; kls III: b2 = 0,5)

3.6 LAS TITIK3.6 LAS TITIK

Las titik merupakan Las titik merupakan sambungan yang sambungan yang ekonomis dan ekonomis dan sangat cocok untuk sangat cocok untuk menyambung pelat-menyambung pelat-pelat tipis, terutama pelat tipis, terutama untuk produksi seri untuk produksi seri dan masal.dan masal.

Sambungan las titik Sambungan las titik dapat dibuat 1 lapis dapat dibuat 1 lapis atau 2 lapis atau 2 lapis sambungan, sambungan, sedangkan susunan sedangkan susunan titik las bervariasi titik las bervariasi seperti terlihat pada seperti terlihat pada gambar disamping.gambar disamping.

seriseri paralelparalel zigzagzigzag

Tabel: Tabel: dimensi dimensi sambungansambungan

PERHITUNGAN KEKUATANPERHITUNGAN KEKUATANUntuk perhitungan kekuatan, las titik dianggap sebagai baut dengan Untuk perhitungan kekuatan, las titik dianggap sebagai baut dengan diameter d dan menerima beban Geser/potong. Tegangan geser yang diameter d dan menerima beban Geser/potong. Tegangan geser yang terjadi adalah:terjadi adalah:

ww = F / (A = F / (A11.n.m) .n.m) w ijinw ijin (N/mm (N/mm22))

Dimana:Dimana:F = gaya yang diterima sambunganF = gaya yang diterima sambungan

A1 = diameter las titik (mm2)A1 = diameter las titik (mm2) = (= (/4) d/4) d22

d = diameter titik las = tebal pelat s (mm).d = diameter titik las = tebal pelat s (mm).Bila pelat yang disambung tebalnya berbeda, maka Bila pelat yang disambung tebalnya berbeda, maka

d d 5. 5.ssminmin

n = jumlah titik lasn = jumlah titik lasm = jumlah lapis sambunganm = jumlah lapis sambungan

w ijinw ijin = tegangan geser ijin sambungan (N/mm = tegangan geser ijin sambungan (N/mm22) )

CONTOH SOAL 1CONTOH SOAL 1 Sebuah dudukan bantalan Sebuah dudukan bantalan

dari suatu poros yang dari suatu poros yang terbuat dari bahan St 50, terbuat dari bahan St 50, mengalami patah. Poros mengalami patah. Poros tersebut kemudian direparasi tersebut kemudian direparasi dengan penyambungan las, dengan penyambungan las, dimensi dudukan bantalan dimensi dudukan bantalan seperti pada gambar seperti pada gambar disamping. disamping. Sambungan las yang Sambungan las yang digunakan adalah digunakan adalah sambungan siku keliling dan sambungan siku keliling dan tebalnya a = 5 mm. tebalnya a = 5 mm. Sambungan kemudian Sambungan kemudian mengalami perlakuan panas mengalami perlakuan panas untuk menghilangkan untuk menghilangkan tegangan sisa. tegangan sisa.

Buktikanlah apakah sambungan kuat menerima beban, bila gayaBuktikanlah apakah sambungan kuat menerima beban, bila gaya

tumpuan pada bantalan F = 12 000 N, dan momen torsi yangtumpuan pada bantalan F = 12 000 N, dan momen torsi yang

diterima poros adalah Mt = 850 Nm (tarik-tarik dinamis)diterima poros adalah Mt = 850 Nm (tarik-tarik dinamis)

Penyelesaian:Penyelesaian:Sambungan menerima beban lengkung dan torsi dinamis. Sambungan menerima beban lengkung dan torsi dinamis. Dibandingkan dengan beban lengkung dan torsi , mak Dibandingkan dengan beban lengkung dan torsi , mak beban geser dapat diabaikan. Dengan demikian maka beban geser dapat diabaikan. Dengan demikian maka tegangan yang terjadi pada sambungan adalah:tegangan yang terjadi pada sambungan adalah:

vw = = ((bw2 + 2. + 2.wt

2) (N/mm) (N/mm22))Tegangan lengkung Tegangan lengkung bw yang terjadi: yang terjadi:

bw = Mb/Ww

Mb = F . 30 mm = 12000N . 30 mm = 36 0000 Nmm = 36000 NcmMb = F . 30 mm = 12000N . 30 mm = 36 0000 Nmm = 36000 NcmWw = (DWw = (D44 – d – d44) / 10.D = (7) / 10.D = (744 + 6 + 644)cm)cm44 / 10.7 cm = 15,8 cm / 10.7 cm = 15,8 cm33

bw = 36 000 Ncm/15,8 cm3 = 2278 N/cm2 = 22,78 N/mm2

Tegangan geser yang terjadi adalah:Tegangan geser yang terjadi adalah:

ww = M = Mtt/W/Wwpwp (N/mm (N/mm22))

MMtt = 850 Nm = 85 000 Ncm = 850 Nm = 85 000 Ncm

WWwpwp = (D = (D4-d-d4) / 5.D = (7) / 5.D = (74 – 6 – 64) cm) cm4 / 5.7 cm = 31,6 cm / 5.7 cm = 31,6 cm3, jadi, jadi

w = 85 000 Ncm / 31,6 cm = 85 000 Ncm / 31,6 cm3 = 2690 N/cm = 2690 N/cm2 = 26,9 (N/mm = 26,9 (N/mm2))

Tegangan equivalent Tegangan equivalent

vw = = (22,8(22,822 N/mm2 + 2.26,9 N/mm2 + 2.26,922 N/mm N/mm2) = 44 N/mm) = 44 N/mm2

Tegangan ijin sambungan: Tegangan ijin sambungan:

wijin wijin = ( = (DD .b .b11.b.b22) / S) / Sff

Untuk bahan st 50, maka batas lelahUntuk bahan st 50, maka batas lelah

DD adalah = 260 N/mm adalah = 260 N/mm2; b; b1 = 0,88 dan b = 0,88 dan b2 = 0,8; s = 0,8; sf = 2 = 2

JadiJadiwijin wijin = (260N/mm = (260N/mm2 .0,88. 0,8) / 2 = 90 N/mm .0,88. 0,8) / 2 = 90 N/mm2

vw = 44 N/mm = 44 N/mm2 < < wijin wijin = 90 N/mm = 90 N/mm2

Sambungan kuatSambungan kuat

CONTOH SOAL 2CONTOH SOAL 2