Tugas Mandiri

Perancangan Elemen Mesin

“ Sambungan Sekrup (Screwed - Joint) ”

Oleh :Nama : Evan Anthony SusantoKelas : 04 PAX / 02NIM : 0700677632

UNIVERSITAS BINA NUSANTARAJAKARTA BARAT

2005

Sambungan Sekrup (Screwed Joint)

I. Pendahuluan

Sambungan adalah menyatukan 2 buah benda menjadi satu kesatuan. Sedangkan pengertian sambungan sekrup (screwed joint) adalah penyatuan 2 buah benda menjadi satu kesatuan dengan menggunakan sekrup sebagai bahan penyambungnya.

Sekrup adalah suatu aplikasi khusus untuk baji (wedge) atau pada bidang miring. Sekrup juga digunakan untuk menyambung atau menyatukan material, misalnya seperti untuk rangkaian pembuatan chipboard, MDF, dan menyatukan bahan lainnya misal pada kayu hutan alami, yang dinamakan self-tapping screw dan juga dapat digunakan untuk menggabungkan pelat logam tipis. Sekrup dapat digunakan untuk gabungan material yang permanen maupun untuk memperbaiki material yang hanya untuk sementara.

Arah putaran ulir sekrup adalah suatu sistem yang digunakan untuk memutar sesuai dengan arah rotasi menjadi gerakan linier dengan suatu format geometris. Contohnya sekrupnya meliputi sekrup kayu, baut, c-clamps, sekrup Archimedes, dsb.Sekrup Archimedes adalah suatu mesin sederhana yang digunakan untuk mengangkut atau mengalirkan air dari daerah yang rendah menuju ke daerah yang lebih tinggi.

Sekrup dan sambungan ulir juga harus mempunyai tenaga putaran (torque) yang cukup untuk dapat memberikan berat beban yang lebih besar daripada daya maksimum yang nanti akan diberikan.

II. Sejarah Sekrup

Teori tentang sekrup dikembangkan oleh Sir Robert Stawell Ball pada tahun 1900, untuk aplikasi dalam kinematika dan statistika ilmu keseimbangan mekanisme (mekanika benda tegar). Akhir-akhir ini teori tentang sekrup juga telah dijadikan suatu alat penting di dalam mekanika robot, desain mekanis, geometri ilmu ukur computer, dan juga dinamika multi-body (multi-body dynamics).

Pada zaman dahulu kala, seorang ahli matematik Yunani Archytas Tarentum (428- 350 BC) telah memperoleh penghargaan karena jasanya dalam penemuan sekrup. Selang 1 abad kemudian, sekrup yang biasa digunakan untuk kayu mulai digunakan oleh seluruh dataran Mediterania. Sekrup metal belum ada di daratan Eropa sampai dengan tahun 1400s.

Sekrup metal tidak pernah menjadi salah satu bagian utama dalam pengerjaan kayu sampai dengan saat alat-alat mesin untuk memproduksi massal ditemukan dan dikembangkan pada akhir abad yang ke-18. Seorang insinyur Inggris, Henry Maudslay telah mempatenkan suatu mesin dengan potongan uliran di dalamnya pada tahun 1797 lalu, suatu alat serupa juga telah berhasil dipatenkan juga oleh David Wilkinson, Amerika Serikat pada tahun berikutnya.

Beberapa para ahli matematik juga mengakui bahwa sambungan sekrup adalah satu-satunya sambungan yang dapat juga diperlukan untuk memahami kinematika robot. Sambungan sekrup yang benar mempunyai sangat sedikit aplikasi. Sekrup pada pembuatan robot, lebih sering digunakan perkakas suatu robot dan sebagai effector dibandingkan sebagai alat atau bagian dari gerakan untuk suatu robot, untuk bagian tangan misalnya.

Gambar geometri Sekrup :

Ketika suatu sekrup digambarkan, parameter berikut harus dimasukkan yaitu panjangnya sekrup, panjang ulirnya di luar dan didalam diameter dari bentuk kepala bagian atasnya. Dalam

menggambarkan sekrup khusus, jika perbedaan diameternya berada diatas 8 masih mungkin terjadi.

III. Jenis-Jenis Sekrup

Jenis-jenis sekrup ada bermacam-macam. Saat ini, jenis-jenis sekrup yang modern sudah mulai didesain suatu alat pengarah yang luas, masing-masing menuntut semacam bentuk-bentuk yang berbeda untuk menancapkan atau menyambungkan sekrup tersebut.

Jenis-jenis tipe sekrup antara lain:

a. Countersunk (Slot Head) Jenis sekrup ini dapat digunakan untuk pengerjaan tukang kayu yang umum, misalnya

untuk mengepas engsel ke pintu, dsbgnya.

Gambar sekrup dan gambar hasil pemasangannya :

b. Pozidriv HeadPerlu digunakan obeng khusus sehingga tidak akan tergelincir jika ada tekanan yang

ada atau diberikan padanya. Sekrup jenis ini ideal / cocok untuk menyekerup dalam sudut tertentu atau menyekrup ruang.

Gambar :

c. Round Head ScrewSekrup jenis ini digunakan untuk memperbaiki potongan material secara bersamaan

dan cocok untuk jenis material atau bahan yang terbuat dari kuningan. Gambar sekrup dan gambar hasil pemasangannya :

d. Raised Head ScrewDigunakan untuk plat pada tombol pintu dan memiliki bentuk corak / hiasan yang

bagus dan menarik. Gambar sekrup dan gambar hasil pemasangannya :

e. Dome Head ScrewDapat digunakan untuk mengepas peralatan yang tetap, seperti cermin. Kepalanya

yang berbentuk seperti kubah umumnya terbuat dari bahan krom atau dari bahan kuningan.

Gambar :

f. Chipboard Screw Sekrup jenis ini sangat bagus digunakan di chipboard pada rangkaian komputer.

Gambar :

g. Self-Tapping ScrewJenis sekrup ini sering didengar biasanya digunakan untuk bahan metal dengan cara

membuat suatu lubang yang didrill / dibor dulu, lubang yang terbentuk akan lebih kecil dibanding lebar sekrup dan lalu sekrup masuk ke dalam lubang memotong ulir didalamnya.

Gambar :

Jenis tipe – tipe sekrup yang lain adalah:1. Cap Screw (Sekrup tap), digunakan ketika diperlukan daya cengkeram yang kuat dan

sekrup jenis ini mempunyai kepala cembung, memiliki sudut hexagonal dan didesain untuk digunakan oleh kunci Inggris (spanner).

2. Wood Screw (Sekrup kayu), mempunyai suatu batang diruncingkan sehingga mudah untuk menembus kayu, tidak didrilll / dibor lagi.

3. Machine Screw (Sekrup mesin), mempunyai suatu batang silindris dan digunakan untuk rangkaian mesin-mesin.

4. Self-tapping screw atau thread cutting screw, sekrup jenis ini mempunyai ulir yang tajam dan biasanya sering digunakan untuk pelat logam atau plastik.

5. Thread-rolling screw, sekrup jenis ini biasa digunakan untuk baja. 6. Drywall screw, adalah suatu sekrup self-tapping khusus dengan bentuk suatu batang

silindris.7. Set screw (Sekrup penyetelan), digunakan untuk mencegah atau mengurangi getaran

yang terjadi pada sambungan benda kerja yang sering mengalami getaran. 8. Dowel screw (Sekrup pasak), adalah sebuah sekrup kayu dengan 2 ujung yang lancip

dan tidak mempunyai kepala. Digunakan untuk menghubungkan sambungan tersembunyi antara 2 potongan kayu.

Tabel beberapa tingkatan dari Cap Screw (Sekrup tap) :

Grade Material Tensile Strength Yield Strength Proof Load

SAE

2 Low or Med. Carbon Steel 74,000 psi 57,000 psi 55,000 psi

5 Med. Carbon steel Q&T 120,000 psi 92,000 psi 85,000 psi

8 Alloy steel Q&T 150,000 psi 130,000 psi 120,000 psi

Metric

5.8 Low or Med. Carbon Steel 520 MPa 420 MPa 380 MPa

8.8 Med. Carbon steel Q&T 830 MPa 660 MPa 600 MPa

10.9 Alloy steel Q&T 1040 MPa (150,000psi) 940 MPa 830 MPa

Gambar proses pemasangan sekrup, yaitu:

Metoda penyambungan sekrup ada 3 jenis, yaitu:

Contoh metode penyambungan material kayu dengan sekrup :1. Tandai dulu bagian mana dari kayu yang akan disekrup.2. Bor sebuah lubang yang diameternya kira-kira sama dengan diameter dari sekrup

tersebut.3. Buat lubang dengan sekrup jika menggunakan sekrup sebagai pelubangnya.4. Ambil dan taruh kedua material secara bersama-sama, kemudian buat lubang dengan

mengebor material yang kedua dengan diameter yang lebih kecil.5. Taruh sekrup yang bagian atas di lubang yang bagian atas pada material yang pertama

dan eratkan secara hati-hati dengan obeng sekrup.

Gambar metode pemasangan sekrup :

Bentuk-bentuk kepala sekrup yaitu:

INCLUDEPICTURE "../../../Removable%20Disk%20-%20Unchanging/New%20Folder%20(2)/New%20Folder/Screw221_files/Screw_head_types.png" \* MERGEFORMAT

a. Pan Headb. Button atau Dome Headc. Round Headd. Truss Heade. Flat Headf. Oval Head

Alat-alat yang digunakan untuk mencapkan kebanyakan sekrup disebut suatu obeng sekrup (screw driver). Alat lain yang dapat digunakan untuk mengerjakan pekerjaan yang sama adalah bor motor. Jika daya cengkeram sambungan yang disekrup adalah tidak begitu kuat, torque-measuring dan

torque-limiting obeng dapat digunakan untuk mengurangi kelebihan kekuatan dari sekrup itu. Alat tangan untuk mengatur baut tap dan jenis lainnya ini disebut spanner (di Inggris) atau wrench (kunci Inggris, di AS).

Saat ini, jenis-jenis sekrup yang modern sudah mulai didesain suatu alat pengarah yang luas, masing-masing menuntut semacam bentuk-bentuk yang berbeda untuk menancapkan atau menyambungkan sekrup tersebut. Pengarah sekrup yang paling umum adalah tipe slotted dan Phillips, tipe lainnya adalah hex, Robertson, dan torx. Beberapa jenis pengarah sekrup diharapkan juga dapat digunakan untuk perakitan otomatis dalam produksi massal, misalnya seperti untuk perakitan mobil.

Beberapa tipe screw drive (pengarah untuk sambungan sekrup / obeng sekrup) tersebut antara lain:

INCLUDEPICTURE "../../../Removable%20Disk%20-%20Unchanging/New%20Folder%20(2)/New%20Folder/Screw221_files/Screw_drive_types.png" \* MERGEFORMAT

a. Slotted f. Robertsonb. Phillips g. Tri-Wingc. Pozidriv h. Torq-Setd. Torx i. Spannere. Hex

Penjelasannya adalah sebagai berikut : Slotted (Slot-head), mempunyai slot tunggal dan didalamnya terdapat suatu obeng flat-bladed.

Pengarah sekrup jenis ini umumnya digunakan untuk pengerjaan kayu, dan bila pengarah sekrup ini keluar atau meleset dari kepala pengarahnya dapat berpotensi merusak material yang sedang dikerjakan tersebut.

Phillips (Cross-head atau cross-point), mempunyai bentuk “+” tajam dan didalamnya terdapat suatu obeng cross-head (obeng kepala silang) yang didesain untuk digunakan dengan mesin pemotongan mekanik. Jenis ini mempunyai sudut yang sedikit bulat di sekitarnya dan telah dirancang sehingga pengarah akan keluar sehingga akan mencegah terjadinya over-tightening. Perusahaan Sekrup Phillips yang telah menemukannya di Oregon pada tahun 1933 oleh Henry F. Phillips, yang telah membeli desain itu dari J.P. Thompson. Phillips tidak diperbolehkan untuk merancang desain itu, sehingga mereka memberikan hak patennya kepada Perusahaan Sekrup Amerika, dimana mereka adalah yang pertama membuat desain tersebut.

Pozidriv telah dipatenkan, hampir sama dengan bentuk Phillips tetapi telah didesain sedemikian rupa sehingga tidak sampai slip keluar. Jenis ini tidak mempunyai sudut yang dibulatkan, sedangkan pada jenis obeng sekrup Phillips mempunyai. Obeng sekrup Phillips pada umumnya

juga akan dapat bekerja pada sekrup Pozidriv, tetapi Obeng sekrup Pozidriv mungkin untuk menghindari tergelincirnya atau robeknya sekrup masih lebih baik daripada obeng sekrup Phillips sekrup. Pozidriv juga sama-sama dipatenkan oleh Perusahaan sekrup Phillips dan Perusahaan sekrup Amerika.

Torx, berbentuk seperti bintang. Jenis ini dapat ditemukan pada penemuan awal dari komputer Apple Macintosh. Jenis ini tahan terhadap panas (tamper-resistant).Beberapa obeng sekrup termasuk Phillips, Torx, dan Hexagonal juga dibuat agar tahan terhadap panas (tamper-resistant). Contoh bentuk gambar obeng sekrup Torx yang tahan panas :

INCLUDEPICTURE "../../../Removable%20Disk%20-%20Unchanging/New%20Folder%20(2)/New%20Folder/Screw221_files/

75px-Torx_driver_secure.png" \* MERGEFORMAT

Hexagonal atau hex screw head mempunyai lubang yang berbentuk hexagonal dan didalamnya terdapat kunci Inggris yang berbentuk hexagonal (biasa disebut dengan Allen key).

Robertson drive head mempunyai bentuk lubang kotak. Sekrup didesain untuk memindahkan daya puntir secara maksimal dan tidak terjadi slip. Umumnya jenis ini dapat ditemukan di Kanada di daerah-daerah pertukangan dan pembuatan aplikasi-aplikasi dari kayu dan juga untuk segala sesuatunya yang berhubungan dengan elektrik, seperti pembuatan lemari pemutus hubungan (circuit breaker).

Tri-Wing screws, mempunyai bentuk atau menyerupai bentuk segitiga dan digunakan untuk pembuatan Nintendo atau Game Boys untuk game anak-anak.

Torq-Set adalah salah satu bentuk obeng sekrup yang tidak lazim / tidak umum dan berbentuk hampir sama dengan Phillips.

Spanner, obeng sekrup ini mempunyai 2 lubang yang terpisah satu sama lain dan didesain untuk tahan terhadap panas. Umumnya dapat kita lihat pada elevator di US.

Kerusakan pada sambungan sekrup dapat saja terjadi. Sambungan sekrup bila tidak diperhatikan bahan-bahan pembuatnya maupun cara penyambungan yang baik maka kemungkinan terjadinya kerusakan pada sambungan sekrup atau sekrup itu sendiri sangat besar.

Kerusakannya sendiri dapat kita lihat pada gambar berikut :

Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

Sekrup dan baut pada umumnya selalu berhubungan dengan tegangan. Kebanyakan aplikasinya tidak dirancang untuk dapat menahan kekuatan yang besar. Sebagai contoh, ketika 2 batang baja dihubungkan oleh suatu baut dan sambungan diinginkan akan memanjang / membujur maka baut harus cukup kuat agar tidak terjadi pergeseran. Jika baut tersebut tidak cukup kuat untuk menahan pergeseran yang terjadi pada sambungan itu, maka akan melemahkan sambungan tersebut dan bila sambungan tersebut digunakan untuk sesuatu yang lebih besar maka akan kerusakan baik pada sekrup maupun pada benda kerja hasil sambungan sekrup tersebut. Baut mempunyai suatu rating kekuatan (strength rating) yaitu 8,8 dan 12,9. Satuannya adalah N/mm 2

atau Mpa. Ini adalah tekanan dimana baut akan gagal, yaitu menerobos hanya separuh benda kerja. Mild steel bolts mempunyai rating 4.6 pada beban maksimumnya. High-Tensile Bolts mempunyai rating 8.8 atau lebih pada beban maksimumnya.

Sistem Pengukuran Sekrup (Screw Measurements)

Banyak sekali sistem yang digunakan untuk menyespesifikasikan dimensi-dimensi dari sekrup, tetapi menurut aturan ISO menggunakan satuan metric meskipun banyak juga sistem-sistem lainnya yang dapat dilihat di Unified Thread Standard.

Sistem pengukuran sekrup dibagi menjadi 2 macam, yaitu:a. Ukuran Metrikb. Ukuran non-metrik

a. Ukuran MetrikDiameter pada sekrup menurut aturan ISO adalah milimeter (mm) dengan awalan huruf

besar M, seperti M5 untuk diameter sekrup 5 mm. Garis tengah suatu sekrup adalah garis tengah yang berada diluar diameter ulir tersebut, dimana kurang lebih berukuran sama dengan diameter dari batang / lubang sebelum sekrup dimasukkan.

Satuan Metrik sekrup pernah terdapat 2 versi dimana kedua versi tersebut bagus dan kasar di masa lalu. ISO mengadopsi ikatan dengan menjadi satuan standard dan mendesainnya sebagai satuan yang lebih mudah dimengerti. Satuan metric yang baik pernah digunakan untuk satuan pembuatan alat di Timur Jauh, tetapi telah berubah sesuai dengan standard ISO yang telah ditetapkan.

b. Ukuran non-Metrik

Sebelum sistem metrik umum, banyak perusahaan ahli tekhnik mempunyai standard ukuran sekrup sendiri. Orang pertama yang membuat standard ukuran sekrup adalah seotang ahli tekhnik dari Inggris, Joseph Whitworth (tahun 1841). Sistem ukuran sekrup Whitworth masih digunakan, kedua-duanya digunakan untuk memperbaiki permesinan yang sudah tua dan jika suatu ulir lebih kasar dibanding ulir yang lainnya maka sistem metrik digunakan. Sistem ini mempunyai dua ukuran ulir, yaitu kasar (BSW) dan bagus (BSF). Sudut Ulirnya adalah 55°.

Standard lainnya yang digunakan di UK (Inggris) adalah sistem BA, dinamakan menurut British Association for Advancement of Science. Sekrup dideskripsikan menjadi "2BA", " 4BA", dll.., yang bernomor ganjil jarang digunakan. Saat tidak berhubungan dengan ukuran standard sekrup ISO, metric, ukuran benar-benar digambarkan secara terminologi metrik, suatu ulir 0BA mempunyai pitch sebasar 1 mm. Ini merupakan ukuran ulir yang paling umum dalam beberapa aplikasi dibeberapa tempat. Jenis permesinan bagus seperti moving-coil meter, cenderung untuk memakai standard ukuran BA untuk segala benda yang mereka hasilkan.

Amerika mempunyai sistem sendiri yaitu Unified Thread Standard. Versi standard ini dinamakan SAE (Society of Automotive Engineers), yang telah digunakan di dalam Industri Permobilan Amerika. SAE masih dihubungkan dengan satuan inci berdasarkan orang / masyarakat banyak, walaupun industri-industri AS (dan industri berat lainnya yang bersandar pada aturan SAE) telah berpaling ke aturan ISO setelah sekitar tahun 1970 dan seterusnya.

Sekrup dideskripsikan sebagai 4-40, 6-32, 8-32, 10-32, 10-24, dan lain lain (untuk ukuran numerik, nomor ganjil adalah jarang) atau 1/4"-20, 1/4"-28, dsb (untuk satuan ukuran inci), dengan nomor yang pertama menunjukkan ukuran diameter batang (numerik atau inci) dan nomor yang kedua menunjukkan ukuran ulir per inci.

Sekrup ini kadang-kadang ditemukan diluar AS untuk model komputer pribadi yang sudah tua berdasarkan spesifikasi IBM. Sejak industri komputer bertempat di Asia (kebanyakan Taiwan), standard ukuran yang digunakan adalah sistem metrik. Semakin banyak produk yang dibuat di luar AS dan kemudian diimport ke dalam AS, penggunaan inci semakin merosot sehingga sepertinya hanya menunggu waktu saja agar satuan inci hilang atau tidak pernah dipakai lagi untuk selamanya.

Beberapa standard pengukuran yang ada, yaitu: British standard whitworth (BSW) threat

Aplikasi : untuk menahan vibrasi, aero dan automobile.

British Association (BA) threatAplikasi : Untuk mengulir pekerjaan yang presisi.

American National Standart threatAplikasi : general purpose.

Unified Standard threatAplikasi : merupakan persetujuan tiga negara British, US dan Canada, merupakan standar yg banyak digunakan.

Square threatAplikasi : power transmisi, machine tools, valves, screw jacks.

Acme threatAplikasi : cutting lathe, brass valves, bench vices.

Knuckle threatAplikasi : digunakan untuk tugas berat, railway carriage couplings, hydrant,

dll.

Buttress threatAplikasi : Mentransmisikan daya pada satu arah.

Metric threatAplikasi : umum

Beberapa tipe sekrup menurut standard yang ada adalah:

EN ISO 4762/ Cylindric screw with hexagonal recessDIN 912 Standard thread M1.4 - M100

Fine thread M1.4 - M100 EN ISO 4014/ Hexagonal cap screw with shank (former DIN 931 T1) DIN EN 24014 Standard thread M1.6 - M160

EN ISO 4017/ Hexagonal cap screw with thread to the screw head (former DIN 933)

DIN EN 24017 Standard thread M1.6 - M48 EN ISO 1207/ Cylinder screw with slot DIN 84 Standard thread M1.0 - M20 EN ISO 8765 Hexagonal cap screw with shaft

Fine thread M8.0 - M64 EN ISO 8676 Hexagonal cap screw without shank

Fine thread M8.0 - M64 ISO 1662 Hexagonal cap screw with flange, light serie, form F

Standard thread M5.0 - M16 ISO 1662 Hexagonal cap screw with flange, light serie, form U

Standard thread M5.0 - M16 ISO 1665 Hexagonal cap screw with flange, strong serie, form F

Standard thread M5.0 - M20 ISO 1665 Hexagonal cap screw with flange, strong serie, form U

Standard thread M5.0 - M20