35$.7,.80 8-, /(/$+ )$7,*8( $/$7 8-, &$17,/(9(5 527$7,1 ... · PDF file35$.$7$ 3xml v\xnxu nhkdgludw $oodk 6:7 \dqj whodk phqjdqxjhudkndq nhehukdvlodq edjl ndpl gdodp phq\hohvdlndq

$Page 1: 35$.7,.80 8-, /(/$+ )$7,*8( $/$7 8-, &$17,/(9(5 527$7,1 ... · PDF file35$.$7$ 3xml v\xnxu nhkdgludw $oodk 6:7 \dqj whodk phqjdqxjhudkndq nhehukdvlodq edjl ndpl gdodp phq\hohvdlndq$
Modul Praktikum

PRAKTIKUM UJI LELAH (FATIGUE) ALAT UJI CANTILEVER ROTATING BENDING

(FATIGUE TESTING MACHINE)

Tim Penyusun

Herdi Susanto, ST, MT NIDN :0122098102

Joli Supardi, ST, MT NIDN :0112077801

Mata Kuliah FTM 006 Material Teknik + Praktikum

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TEUKU UMAR

TAHUN 2013

PRAKATA

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah menganugerahkan

keberhasilan bagi kami dalam menyelesaikan penyusunan buku Modul Praktikum

Material Teknik dengan Sub Modul Praktikum Uji Lelah, yang di adaopsi dari

Penelitian Dosen Pemula dengan judul “Rancang Bangun Alat Uji Fatik Tipe

Cantilever Rotary Bending (Fatigue Testing Mechine)”. Penelitian ini dibiayai

olehDirektorat Jenderal Pendidikan Tinggi (Ditjen Dikti)melalui skema Penelitian

Disentralisasi skim Penelitian Dosen Pemula.

Ucapan terima kasih kami haturkan kepada Universitas Teuku Umar yang

melalui Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat telah mempercayakan

kami dengan memenangkan proposal penelitian yang kami ajukan sehingga

penelitian ini dapat terlaksana. Kemudian, kami ucapkan terima kasih

kepadapihak Fakultas Teknik dan terutama kepada Jurusan Teknik Mesin yang

telah memberikankerja sama yang sangat baik bagi kelancaran penelitian ini.

Tidak lupa pula kami haturkan terima kasih kepada seluruh tim penyusun

buku dan peneliti mulai darimahasiswa tugas akhir sampai dengan staf pengajar

yang telah mencurahkan seluruh tenagadan pikirannya dalam menyelesaikan

penelitian ini.

Terima kasih juga kami ucapkan kepada semua pihak yang telah

membantu keberhasilan penyusunan buku ini ini yang kiranya tidak mungkin

kami sebutkan satu persatu di sini.

Akhirnya, semoga buku modul praktikum ini bisa menjadi rujukan untuk

kegiatan praktikum mahasiswa

Meulaboh, 30 Desember 2013 Tim Penyusun

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL ................................................................................ i PRAKATA .................................................................................................. iv DAFTAR ISI ............................................................................................... v DAFTAR TABEL ........................................................................................ vii DAFTAR GAMBAR .................................................................................... viii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. ix BAB I PENDAHULUAN ...................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ...................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah .................................................................. 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................. 3

2.1 Tegangan Lentur Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending ................................................................................. 4

2.2 Kurva S-N ............................................................................. 5 2.3 Komponen Utama Mesin Uji Lelah Tipe Cantilever Rotary

Bending ................................................................................. 6 2.3.1 Motor Listrik .............................................................. 6 2.3.2 Poros .......................................................................... 7 2.3.3 Bantalan ..................................................................... 9

2.4 Kerangka Konsep Penelitian .................................................. 10

BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 3.1. Tujuan Penelitian .................................................................. 11 3.2. Manfaat Penelitian ................................................................ 11 BAB IV METODE PENELITIAN .......................................................... 12

4.1 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................ 12 4.2. Komponen Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending ... 13

4.2.1. Rangka Alat Uji Fatik ................................................... 13 4.2.2. Motor Listrik .............................................................. 13 4.2.3. Poros .......................................................................... 13 4.2.4. Collet .......................................................................... 14 4.2.5. Bantalan dan Rumah Bantalan .................................... 14 4.2.6. Counter Hours ............................................................ 15 4.2.7. Pemutus Arus Listrik (Limit Switch) .......................... 15 4.2.8. Pemberat/ Beban ......................................................... 15 4.2.9. Koneksi Elektrik ......................................................... 16

4.3 Perakitan Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending ....... 16

4.4 Pengujian Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending ...... 17 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................. 18

5.1 Perencanaan Motor Listrik ..................................................... 18 5.2. Perencanaan Poros ................................................................ 19 5.3. Perencanaan Bantalan ........................................................... 21 5.4.Rangka Alat Uji Lelah ........................................................... 24 5.5.Motor Listrik ......................................................................... 24 5.6. Poros, Collet, Puli dan Bantalan ............................................ 25 5.7. Counter Hours ...................................................................... 25 5.8. Pemutus Arus Listrik (Limit Switch) .................................... 26 5.9. Pemberat/Beban .................................................................... 26 5.10. Koneksi Elektrik ................................................................. 27 5.11. Perakitan Alat Uji Lelah Tipe Cantilever Rotary Bending ... 27 5.12. Pengujian Alat Uji Lelah Tipe Cantilever Rotary Bending .. 28 5.13. Hasil Pengujian Alat Uji Lelah Tipe Cantilever Rotary

Bending ............................................................................. 28 BAB VI RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA ................................. 30 BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 31 7.1. Kesimpulan ............................................................................ 31 7.2. Saran ...................................................................................... 31 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 32

vi

v

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Faktor-Faktor Daya Yang Akan Ditransmisikan ......................... 7

Tabel 2.2 Faktor Keamanan Poros.............................................................. 7

Tabel 2.3 Faktor Koreksi Poros .................................................................. 8

Tabel 4.1. Jumlah Pemberat/Beban Alat Uji Fatik ....................................... 16

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar2.1 Distribusi Mode Kegagalan ........................................................ 3

Gambar 2.2. Bentuk tegangan maksimum yang bekerja pada Pengujian

fatikcantilever rotary bending ..................................................... 4

Gambar 2.3. Kurva Kelelahan untuk logam besi dan bukan besi ..................... 6

Gambar 2.4. Kerangka Konsep Pelaksanaan Penelitian ................................... 10

Gambar 4.1. Diagram Alir Penelitian .............................................................. 12

Gambar 4.2. Kontruksi rangka alat uji fatik ..................................................... 13

Gambar 4.3. Spring Collet Chuck ................................................................... 14

Gambar 4.4. Bantalan dan Rumah Bantalan .................................................... 15

Gambar 4.5. Diagram Koneksi Elektrik........................................................... 16

Gambar 4.6. Sket Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending.................... 17

Gambar 4.7. Ukuran Spesimen Uji Fatik tipe Cantilever Rotary Bending ........ 17

Gambar 5.1. Diagram Benda Bebas Poros potongan A-A dan B-B .................. 19

Gambar 5.2. Sketsa Posisi Bantalan dan Poros Pada Alat Uji Lelah ................ 21

Gambar 5.3. Diagram Benda Bebas Poros ....................................................... 21

Gambar 5.4. Rangka Alat Uji Lelah ................................................................ 24

Gambar 5.5. Motor Listrik yang digunakan .................................................... 24

Gambar 5.6. Penerus Putaran dari Motor Listrik ke Spesimen Uji ................... 25

Gambar 5.7. Counter Hours yang digunakan ................................................... 25

Gambar 5.8. Pemutus arus listrik yang digunakan ........................................... 26

Gambar 5.6 Pemberat/Beban ........................................................................... 26

Gambar 5.7. Alat Koneksi Elektrik ................................................................. 27

Gambar 5.8. Proses perakitan alat uji lelah ...................................................... 27

Gambar 5.9. Perakitan koneksi elektrik ........................................................... 28

Gambar 5.10. Benda Uji pengujian mesin lelah ............................................... 28

Gambar 5.11. Proses Pengujian Mesin Uji Lelah ............................................. 29

viii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Instrumen Proses Pembuatan Alat Uji ....................................... 33

Lampiran 2. Personalia Tenaga Peneliti Beserta Kualifikasinya .................... 34

Lampiran 3. HKI dan Publikasi ..................................................................... 35

ix

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Universitas Teuku Umar yang merupakan satu-satunyauniversitas di

daerah pantai Barat Selatan Aceh harus mampu menyeimbangkan perkembangan

teknologi tersebut agar mampu bersaing dengan universitas lainnya yang berada

di tingkat lokal dan nasional, salah satu usaha yang dapat dilakukan adalah dengan

pengembangan penelitian dosen dan mahasiswa, untuk mendukung berhasilnya

suatu penelitian perlu adanya alat-alat penelitian yang memadai, karena

keterbatasan alat-alat penelitian di Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar maka

perlu di rancang bangun alat penelitian yang memungkinkan untuk di rancang

bangun dan tentunya harus mengikuti standar-standar yang berlaku untuk alat

rancangan tersebut.

Berdasarkan hal tersebut di atas maka rancang bangun alat penelitian perlu

dibuat salah satunya adalah alat pengujian lelah (fatiguetesting) untuk penunjang

penelitian yang berhubungan dengan kegagalan yang disebabkan oleh beban

berulang (dinamis), maka kekuatan lelahnya (fatigue strenght) perlu

diperhitungkan agar komponen-komponen pada suatu kontruksi atau mesin tidak

mengalami kegagalan akibat kesalahan desain, oleh karena itu desain dari segi

kekuatan lelah harus diperhitungkan seperti perencanaan pada poros kendaraan

roda 2, kendaraan roda 4, poros mesin-mesin industri, poros propeler kapal dan

perahu nelayan.

Rancang bangun alat pengujian lelah (fatigue testing) type Kantilever

Rotating Bending inidisesuaikan dengan standar alat uji lelah yang telah dibuat

oleh K.K.Alaneme (2011), dengan bagian-bagian mesin Kerangka, Motor Listrik,

Poros, Collet, Bearing atau Bantalan, Counter Hours, Pemberat Beban, Baut dan

Mur. Perakitan dilakukan menurut spesifikasi desain yang telah ditentukan, serta

uji kelayakan pakai alat ini dilakukan dengan pengujian lelah pada bahan/material

1

poros hingga dihasil suatu kurva S-N bahan dan divalidasikan terhadap atlas kurva

S-N.

Dengan selesainya pembuatan alat pengujian lelah yang direncanakan ini

diharapkandapat digunakan untuk penelitian-penelitian selanjutnya yang

berhubungan dengan kontruksi atau mesin yang mengalami beban dinamis

(berulang).

Secara struktural penelitian ini akan menjadi nilai tambah tersendiri bagi

lembaga khususnya Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Teuku

Umar dalam pengadaan peralatan uji / praktikum secara mandiri. Jadi dapat

dikatakan secara fungsional peralatan ini dapat berguna sebagai pendukung

penelitian staf pengajar dan praktikum mahasiswa.

1.2. Rumusan Masalah

Alat uji lelah yang dirancang bangun pada penelitian ini adalah tipe

cantilever rotary bending putaran tinggi (high cycle) 1 HP 50 Hz dan pengujian

alat dilaksanakan pada spesimen berdasarkan standar ASTM E466.

2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Kelelahan (Fatigue) adalah salah satu jenis kegagalan pada komponen

akibat beban dinamis (pembebanan yang berulang-ulang atau berubah-ubah).

Diperkirakan 50%-90% (Gambar.2.1) kegagalan mekanis adalah disebabkan oleh

kelelahan.

Gambar 2.1. Distribusi Mode Kegagalan

(Sumber : ASM Vol. 19 Fatigue And Fracture, 1997 hal. 1099)

Fenomena kelelahan logam mulai timbul pada pertengahan abad ke-19

yaitu dengan seringnya terjadi patah pada komponen kereta api dimasa itu [2]:

1. Di Versailles (Paris), 1944, menewaskan 40-80 penumpang, akibat patah

poros roda.

2. 20 April 1887, 3 orang tewas dan 2 terluka, akibat patah draw bar.

3. 27 Mei 1887, 6 orang tewas, akibat patah roda.

4. 23 Juni 1887, 1 orang tewas, akibat patah rel.

5. 2 Juli 1887, Kecelakaan paling serius, akibat patah poros roda.

3

2.1. Tegangan Lentur Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending

Pengintian pertumbuhan retakan dan penampilan permukaan dari

perpatahan tergantung pada bentuk benda uji dan jenis pembebanan yang ada.

Penggunaan teknik ini sering dijumpai pada poros propeller, poros roda gigi atau

poros kendaraan bermotor dan lain-lain. Pada pengujian Fatikcantilever rotary

bending untuk bentuk benda uji seperti ini tegangan maksimum yang bekerja

berada pada daerah L lihat gambar 2.2.[5,6,7]

Gambar 2.2. Bentuk tegangan maksimum yang bekerja pada Pengujian fatikcantilever rotary bending

Sumber : K.K. Alaneme, 2011

Dari hasil pengujian ini akan diperoleh informasi mengenai kekuatan

Fatik dari bahan, dan pada benda uji yang berputar diberikan beban di ujung

spesimen maka akan terjadi momen lentur sebesar ( M ). Tegangan lentur yang

terjadi pada permukaan bahan dapat ditentukan dengan menggunakan momen

inersia dan jarak melintang benda uji dengan persamaan sebagai berikut :

I

yM . ................................................................................... (2.1)

WLM ................................................................................... (2.2)

Momen Bending Trianguler

4

2

dy ....................................................................................... (2.3)

64

. 4dI

................................................................................... (2.4)

Maka akan diperoleh

3.

32

d

WL

................................................................................. (2.5)

Dimana : = Tegangan lentur (kg/cm2)

M = Momen Lentur (Kg.cm)

y = jarak dari titik pusat ke permukaan spesimen (cm)

d = Diameter benda uji (cm)

I = Momen Inersia (cm4)

W = Beban yang digunakan (kg)

L = Jarak antara beban dan titik area pengujian (cm)

2.2. Kurva S-N

Metode dasar untuk penyajian data kelelahan rekayasa adalah

menggunakan kurva S-N, yaitu pemetaan tegangan ( S ) terhadap jumlah siklus

hingga terjadi kegagalan ( N ). Nilai tegangan yang diplot dapat berupa nilai

tegangan maksimum, minimum atau nilai rata-rata. Harga tegangan biasanya

adalah tegangan nominal, yang paling banyak cara penentuan sifat-sifat Fatik

material dibuat dalam lenturan balik penuh, dimana tegangan rata-ratanya bernilai

nol. [5,6,7]

Pada baja, siklus S-N yang melampaui batas lelah (N > 107), baja

dianggap mempunyai umur yang tak berhingga atau kegagalan diprediksi tidak

akan terjadi, sedangkan untuk logam bukan besi (non ferrous) tidak terdapat batas

5

lelah yang signifikan, memiliki kurva S-N dengan gradien yang turun sedikit

demi sedikit sejalan dengan bertambahnya jumlah siklus (Gambar 2.3)

Gambar 2.3. Kurva Kelelahan untuk logam besi dan bukan besi (Sumber : George E. Dieter, 1992 )

Kekuatan lelah atau batas lelah (endurance limit), Se adalah tegangan

yang memberikan umur tak berhingga. Tegangan dibawah batas lelah akan

menyebabkan logam aman terhadap kelelahan, hal ini disebabkan karena gerakan

dislokasinya akan terhambat oleh atom-atom asing interstisi sehingga tidak akan

menghasilkan PSB (Presistant Slip Band).

2.3. Komponen Utama Mesin Uji Lelah tipe Cantilever Rotary Bending

2.3.1. Motor Listrik

Motor listrik berfungsi sebagai sumber penggerak utama poros. Daya

motor yang diperlukan dapat ditentukan dengan persamaan 2.6 dan 2.7

Perhitungan daya motor (Sularso, 1997) :

P = F.r.ώ ........................................................................... (2.6)

Pd= fc.P ................................................................................ (2.7)

6

Keterangan :

P = Daya yang ditransmisikan (HP)

Pd = Daya direncanakan (HP)

n = Putaran motor (rpm)

F = Gaya yang terjadi pada poros

r = Jari-jari poros

Tabel 2.1 Faktor-Faktor Daya Yang Akan Ditransmisikan, fc

Daya yang ditransmisikan fc Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal

1.2 – 2.0 0.8 – 1.2 1.0 – 1.5

Sumber : Sularso, 1997

2.3.2. Poros

Poros merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi meneruskan

putaran motor atau juga meneruskan daya (Sularso, 1997). Dalam suatu

komponen mesin poros merupakan salah satu elemen yang sangat penting guna

memindahkan putaran dari mesin ke sistem. Poros ini mendapat beban puntir

murni dan tegangan lentur, daya yang ditransmisikan ke poros terlebih dahulu

melalui puli dan sabuk.

Untuk menentukan faktor keamanan bahan poros seperti pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Faktor Keamanan Poros

Faktor Kemanan Keterangan

Sf1 6,0 Untuk baha S-C dengan pengaruh masa, dan baja paduan

Sf2 1,3 sampai 3,0 Poros dibuat alur pasak atau bertangga

Sumber : Sularso, 1997

Tegangan izin poros (Sularso, 1997) :

21 SfxSfB

a

............................................................. (2.8)

7

Keterangan :

τa = Tegangan geser izin (kg/mm2)

σB = Kekuatan tarik (kg/mm2)

Sf1 dan Sf2 = Faktor keamanan

Tabel 2.3 Faktor Koreksi Poros

Faktor Koreksi Keterangan

Km 1.5 Pembebanan momen lentur yang tetap

1.5 dan 2.0 Beban dengan tumbukan ringan 2 dan 3 Beban dengan tumbukan berat

Kt 1.0 Jika beban dikenakan secara halus

1.0 - 1.5 Jika terjadi sedikit kejutan dan tumbukan 1.5 - 3.0 Jika terjadi kejutan dan tumbukan besar

Sumber : Sularso, 1997.

Untuk menentukan diameter poros (d) yang akan digunakan untuk

pembuatan alat uji lelah diambil dari persamaan menentukan tegangan lentur yang

terjadi, dapat dihitung dengan persamaan 2.9.

64

.

.2

1..

.4d

dlF

I

yM

............................................................ (2.9)

Sedangkan untuk menentukan tegangan torsi yang terjadi pada poros dapat

dihitung dengan persamaan 2.10.

pI

rT . ............................................................................. (2.10)

Untuk menghitung tegangan yang terjadi secara keseluruhan atau tegangan

gabungan pada poros dapat dihitung dengan persamaan berikut ini :

(Shigley,1994)

2

2

2.1 22 xyyxyx

.................................. (2.11)

8

212

22

1 .. e ................................................. (2.12)

Dimana :

n

pT

..2

.60

.............................................................................. (2.13)

32

.

2

1 4dIdr p

................................................................... (2.14)

Keterangan :

τ = Tegangan geser (N/mm2) I = Momen inersia (mm4) P = Daya yang dibutuhkan (HP) y = Jari-jari poros (mm) n = Putaran motor (rpm)

T = Momen rencana poros (N.mm) r = Jari-jari/ setengan diameter (mm) l = Panjang poros (mm) d = Diameter poros (mm) I = Momen inersia polar (mm4)

2.3.3. Bantalan

Bantalan merupakan komponen mesin yang berfungsi untuk menumpu

poros yang diberi beban, dengan demikian putaran mesin dapat bergerak dengan

baik. Secara umum bantalan diklasifikasikan menjadi dua yaitu, bantalan atas

dasar gerakan bantalan terhadap poros dan atas dasar beban terhadap poros.

Umur nominal L 90% dari jumlah sampel, setelah berputar satu juta

putaran, tidak akan memperlihatkan kerusakan karena kelelahan gelinding dapat

ditentukan dengan persamaan 2.15.

Jika C (kg) menyatakan beban nominal dinamis spesifik dan P (kg) beban

ekivalen dinamis, maka faktor kecepatan fn dapat dicari dengan persamaan 2.15.

(Sularso,1997)

2/13,33

nf n ................................................................. (2.15)

Selanjutnya dapat dihitung pula faktor umur dan umur nominal bantalan

dengan persamaan 2.16. dan 2.17.

P

Cff nh .......................................................................... (2.16)

3/10500 hh ff .............................................................. (2.17)

9

Dimana :

Fh = Faktor umur Lh = Umur bantalan (jam) C = Kapasitas nominal dinamis spesifik (kg)

2.4.Kerangka Konsep Penelitian

Untuk mencapai tujuan penelitian ini, pelaksanaan penelitian disusun

dalam suatu kerangka konsep penelitian sebagai berikut :

Gambar 2.4. Kerangka Konsep Pelaksanaan Penelitian

PERMASALAHAN Belum adanya Alat Uji Fatik

Di lingkup Universitas Teuku Umar

RANCANG BANGUN ALAT UJI FATIK TIPE CANTILEVER

ROTARY BENDING

Perancangan Alat Uji Fatik tipe Cantilever Rotary Bending

Pembuatan/ Perakitan Alat Uji Fatik tipe Cantilever Rotary Bending

Pengujian Kekuatan Lelah Bahan

PENGOLAHAN DATA - Evaluasi Kelayakan dan Keamanan Alat Uji

Fatik tipe Cantilever Rotary Bending - Analisa Kurva S-N

Hasil dan Pembahasan, Diskusi Hasil, Kesimpulan dan Sarana

10

BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

3.1.Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang bangun alat pengujian

lelah (fatigue testing) tipe Kantilever Rotating Bending.

3.2.Manfaat Penelitian

Dengan selesainya rancang bangun Alat pengujian lelah (fatigue testing)

type Kantilever Rotating Bending akan memberikan dampak positif terhadap

penelitian-penelitian dosen dan mahasiswa berikutnya serta praktikum mahasiswa,

dimana penelitian dan praktikum dapat dilakukan di Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar dan ini dapat menekan biaya penelitian

dan praktikum yang selama ini dilakukan dengan menyewa alat tersebut dengan

biaya yang besar di universitas lain.

11

BAB IV

METODE PENELITIAN

4.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakanselama 12 (dua belas) bulan untuk mencapai

target yang diinginkan.Pekerjaan persiapan dan pengujian serta segala sesuatu

yang menyangkut pekerjaan kesekretariatan akan dilakukan di

Laboratorium/workshop Mesin Universitas Teuku Umar (Workshop MUTU).

Setiap kejadian, respon dan hasil yang diperoleh selama menjalankan riset dicatat

dalam logbook dan didokumentasi dengan bantuan komputer untuk menjamin

akuntabilitas hasil penelitian. Rangkaian kegiatan yang akan dilakukan dalam

penelitian ini dapat dilihat dalam gambar 4.1

Gambar 4.1. Diagram Alir Penelitian

PRELEMINARY WORK - Kajian Pustaka - Perumusan - Ruang lingkup Penelitian - Tujuan Penelitian - Hipotesis

PERSIAPAN BAHAN, ALAT DAN PERLENGKAPAN

- Perancangan Alat Uji Fatik tipe Cantilever Rotary Bending - Pembuatan Alat Uji Fatik tipe Cantilever Rotary Bending

EVALUASI HASIL 1 - Evaluasi Kelayakan dan Keamanan Alat Uji

Fatik tipe Cantilever Rotary Bending

PENGUJIAN KEKUATAN FATIK BAHAN

- Colect data Fatik bahan - Analisa dataPlot kurva S-N

KESIMPULAN PENELITIAN

12

4.2. Komponen Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending

4.2.1. Rangka Alat Uji Fatik

Rangka atau chasis berfungsi sebagai dudukan dan pengikat komponen-

komponen seperti; motor listrik, bantalan, counter hours, tombol swicth on/off,

limit switch on/off dan lainnya. Rangka atau chasis alat uji Fatik(fatigue testing)

ini terbuat dari baja karbon yang dijual dipasaran kota Meulaboh dan sekitarnya

berprofil segiempat (5 x 5 mm) dan ukuran rangkaalat uji fatik panjang 100 cm

lebar 50 cm tinggi 80 cm. Kontruksi rangka seperti terllihat pada gambar 4.2.

Gambar 4.2. Kontruksi rangka alat uji fatik

4.2.2. Motor Listrik

Motor listrik berfungsi sebagai sumber penggerak utama poros. Motor

listrik yang digunakan adalah jenis motor listrik putaran tinggi 2.800 Rpm 1 Hp

50 Hz.

4.2.3. Poros

Poros merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi meneruskan

putaran motor atau juga meneruskan daya. Dalam suatu komponen mesin poros

merupakan salah satu elemen yang sangat penting guna memindahkan putaran

dari mesin ke sistem. Poros ini mendapat beban puntir murni dan tegangan lentur.

Material poros yang digunakan adalah jenis baja karbon sedang yang

dijual dipasaran kota Meulaboh dan sekitarnya dengan ukuran diameter 30 mm

dan panjang 30 cm dan berfungsi untuk meneruskan putaran dari motor listrik ke

13

collet dan spesimen uji. Pada bagian ujung poros di bubut dan di sesuaikan

dengan diameter kopling penghubung poros motor listrik dan collet

4.2.4. Collet

Collet digunakan sebagai alat bantu untuk memegang spesimen uji Fatik,

collet yang sesuai untuk digunakan dalam pembuatan alat uji cantilever rotating

bending ini adalah jenis spring collet chuck dengan diameter collet disesuaikan

dengan standar diameter spesimen uji Fatik yaitu diameter 12 mm. Jenis collet

yang digunakan pada rancangan alat uji fatik diperlihatkan seperti gambar 4.3.

Gambar 4.3. Spring Collet Chuck

4.2.5. Bantalan dan Rumah Bantalan

Bantalan merupakan komponen mesin yang berfungsi untuk menumpu

poros yang diberi putaran dan beban bending, dengan demikian putaran mesin

dapat bergerak dengan baik. Adapun jenis batalan yang digunakan pada rancangan

alat uji cantilever rotary bending ini adalah jenis batalan glinding dengan

diameter dalam 30 mm dan diameter luar 50 mm, gambar 4.4 dibawah ini

memperlihatkan jenis bantalan dan rumah bantalan yang direncanakan dalam

perancangan alat uji Fatik.

14

Gambar 4.4. Bantalan dan Rumah Bantalan Sumber : Sularso, 1997

4.2.6. Counter Hours

Berfungsi sebagai penghitung waktu, perhitungan (start awal) dilakukan

pada saat awal motor listrik bekerja dan berhenti pada saat motor listrik berhenti

(stop). Counter Hours akan mencatat berapa jumlah waktu yang terjadi pada saat

pengujian dilakukan hingga spesimen patah.

4.2.7. Pemutus Arus Listrik (Limit Switch)

Limit Switch berfungsi sebagai pemutusnya arus listrik pada motor listrik

dan menghentikan pencatatan pada counter hours dan ini terjadi apabila spesimen

patah dan bagian batang penyangga beban menekan tombol limit switch.

4.2.8. Pemberat / Beban

Pemberat/beban terbuat dari besi pejal dan dibubut berbentuk lingkaran

pada bagian tengahnya di bor dengan ukuran diameter 10 mm, dan lubang tengah

ini berfungsi untuk pengikat beban ke batang penyangga beban. Beban

15

direncanakan berjumlah 5 buah (total berat 20 Kg) dengan dimensi dan berat

seperti ditunjukkan pada tabel 4.1.

Tabel 4.1. Jumlah Pemberat/Beban Alat Uji Fatik

No Berat (Kg) Jumlah

1 0.5 Kg 1 Buah 2 1 Kg 1 Buah 3 2 Kg 2 Buah 4 5 Kg 1 Buah

Total Jumlah 5 Buah

4.2.9. Koneksi Elektrik

Koneksi elektrik terhubung dengan menggunakan 2 buah tombol on/off

dimana tombol on/off utama berfungsi untuk start awal menghidupkan motor

listrik dan counter hours sedangkan tombol on/off kedua (limit switch) berfungsi

untuk mematikan motor listrik dan menghentikan perhitungan waktu pada counter

hours, diagram koneksi elektrik seperti terlihat pada gambar 4.5.

Gambar 4.5. Diagram Koneksi Elektrik

4.3. Perakitan Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending

Perakitan Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending dilakukan dengan

beberapa tahap mulai pemasangan motor listrik, pemasangan poros penghubung,

collet, bantalan grinding, counter hours, switch on/off, limit switch, penyangga

beban pemberat dan pemasangan jaringan elektrik, hingga finising dengan

pengecetan bagian-bagian rangka dan bodi, seperti terlihat pada gambar 4.6.

220 v

2

1

Keterangan : Motor Listrik Counter Hours

1

2

Switch On/Off

Limit Switch

16

Gambar 4.6. Sket Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending

4.4. Pengujian Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending

Bahan yang rencananya akan digunakan untuk pengujian alat uji fatik tipe

cantilever rotary bending adalah baja poros yang dijual dipasaran kota Meulaboh

tipe baja karbon sedang. Bentuk dan ukuran spesimen berdasarkan standar ASTM

E466 satuan dalam milimeter (mm) seperti ditunjukkan pada gambar 4.7.

Gambar 4.7. Ukuran Spesimen Uji Fatik tipe Cantilever Rotary Bending

17

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1. Perencanaan Motor Listrik

Perencanaan jenis motor listrik yang digunakan pada rancangan alat uji lelah

seperti pada (gambar 3.3), dengan spesifikasi sebagai berikut:

Merek : Tanika

Volt : 220 V

Putaran : 2.850 rpm

Daya : 1 HP = 0,75 kW

Frekuensi : 50 Hz

Dari data diatas dapat menghitung torsi pada motor listrik:

Daya motor (P) 1 HP = 1 x 0,75 = 0,75 kW, n1 = 2850 rpm, fc = 2,0. Dengan

menggunakan (persamaan 2.6) maka daya perencana dapat ditentukan sebagai

berikut:

= ∙

= 2,0 × 0,75

= 1,5 kW

Sehingga torsi dapat dihitung (persamaan 2.7) dari daya perencana yaitu

sebagai berikut:

= 9,74 ∙ 10

= 9,74 ∙ 101,5

2850

= 512,63 Kg. mm

18

5.2. Perencanaan Poros

Gambar 5.1. Diagram Benda Bebas Poros potongan A-A dan B-B

Beban seperti yang diperlihatkan dalam gambar 5.1, maka momen lentur;

Potongan A-A :

+ M = 0

−M + 13,5( X ) = 0

M = 13,5 Kg (X)

M = 13,5 (0)

M = 0 Kg. mm

M = 13,5 Kg (190)

M = 2565 Kg. mm

Potongan B-B :

+ΣM = 0

−M − 24(190) + 13,5 (X)

−M − 24X + 4560 + 13,5X

−M − 10,5 + 4560

−M = −10,5X + 4560

M = −10,5 (190) + 4560

= 2565 Kg. mm

M = 10,5 (435) − 4560

= 7,5 Kg. mm

19

Untuk menentukan diameter poros yang akan digunakan dalam rancangan

alat uji lelah dapat dihitung dengan menggunakan (persamaan 2.8).

Bahan poros S50C, σ = 62 Kg/mm2

Sf1 = 6,0, Sf2 = 2,0

= ×

= 62

6,0 × 2,0

= 5,1 Kg/mm

Denga menggunakan (persamaan 2.9), sehingga dapat menghitung diameter

poros minimum yang akan digunakan untuk alat uji lelah adalah:

Dengan memasukkan Km = 1,5, Kt = 1,0:

= 5,1

( . ) + ( . )

= 5,15,1

(1,5 × 2565) + (1,0 × 512,63)

= 5,15,1

15066045,77

= 3881,5 /

= 15,3 mm, dibulatkan menjadi 16 mm

Jadi diameter poros minimum yang dapat digunakan pada perencanaan alat

uji lelah tipe cantilever rotary bending ini adalah 16 mm.

5.3. Perencanaan Bantalan

Nomor bantalan yang digunakan untuk alat uji lelah ini adalah 6204 karena

kapasitas nominal spesifik berpengaruh pada umur bantalan. Dengan spesifikasi:

Jenis bantalan : Bantalan Gelinding

Nomor bantalan : 6204

( d1 ) Diameter luar bantalan : 50 mm

( d2 ) Diameter dalam bantalan : 30 mm

20

( b ) Lebar bantalan : 14 mm

(r ) Jari bantalan : 1,5 mm

( C ) Kapasitas nominal dinamis spesifik : 1000 kg

( Co) Kapasitas nominal statis : 635 kg

Dari data diatas, maka dapat direncanakan untuk menghitung faktor

kecepatan, faktor umur, dan umur bantalan yang sesuai dalam rancangan alat

pengujian lelah ini. Bantalan yang digunakan adalah jenis deep groove ball

bearing.

Gambar 5.2. Sketsa Posisi Bantalan dan Poros Pada Alat Uji Lelah

Gambar 5.3. Diagram Beban Bebas Poros

4.3.1. Estimasi Reaksi Tumpuan

Dengan beban maksimum 10,5 kg.

1. +↑ Fy = 0

− + − 10,5 Kg = 0

+ = 0

− (19) + 10,5 (43,5) = 0

21

= 456,75

19

= 24 Kg

2. = − 10,5 Kg

= 24 − 10,5 Kg

= 13,5 Kg

4.3.2. Analisa Tumpuan A

Menentukan beban ekuivalen dinamis ( Pr) dengan menggunakan

(persamaan 2.10).

= × ∙ ∙ + ∙

Karena, gaya aksial Fb = 0, maka nilai V = 1 untuk cincin dalam yang

berputar, dan harga faktor X = 1, maka:

= × ∙ ∙

= 1 × 1 × 13,5

= 13,4 Kg

Dalam menentukan faktor kecepatan (fn) dipergunakan (persamaan 2.11).

= 33,3 /

= 33,32850

/

= 0,26

Berdasarkan (persamaan 2.12) dapat menentukan faktor umur (fh)

= ∙

= 0,26 × 100013,5

= 19

Menentukan umur bantalan (Lh), berdasarkan (persamaan 2.13) maka didapat:

= 500 ∙ ( )

= 500 × (19)

22

= 3429500

8640 / ℎ

= 396 tahun

4.3.3. Analisa Tumpuan B

Menentukan beban ekuivalen dinamis (Pr) dengan menggunakan

(persamaan 2.10).

= × ∙ ∙ + ∙

Karena, gaya aksial Fa = 0, maka nilai V = 1 untuk cincin dalam yang

berputar, dan harga faktor X = 1, maka:

= × ∙ ∙

= 1 × 1 × 24

= 24 Kg

Dalam menentukan faktor kecepatan (fn) dipergunakan (persamaan 2.11).

= 33,3 /

= 33,32850

/

= 0,26

Berdasarkan (persamaan 2.12) dapat menentukan faktor umur (fh)

= ∙

= 0,26 × 1000

24

= 10,8

Menentukan umur bantalan (Lh) berdasarkan (persamaan 2.13) maka didapat:

= 500 ∙ ( )

= 500 × (10,8)

= 629856

8640 / ℎ

= 72,9 tahun

23

5.4. Rangka Alat Uji Lelah

Rangka alat uji lelah di buat dengan menggunakan b

yang dijual dipasaran kota

600 mm di rakit dengan menggunakan sambungan las listrik hingga berbentuk

dimensi dan ukuran panjang

uji lelah dapat dilihat pada Gambar

Gambar

5.5. Motor Listrik

Motor listrik yang digunakan pada alat uji lelah ini adalah tipe motor

listrik putaran tinggi 2850 rpm 1 HP merk TANIKA

dilihat pada Gambar 5.5

Gambar

Rangka Alat Uji Lelah

Rangka alat uji lelah di buat dengan menggunakan bahan-bahan lokal

yang dijual dipasaran kota Meulaboh, yaitu pipa halow dengan ukuran

di rakit dengan menggunakan sambungan las listrik hingga berbentuk

panjang 70 cm lebar 50 cm tinggi 80 cm. dimensi rangka alat

h dapat dilihat pada Gambar 5.4.

Gambar 5.4. Rangka Alat Uji Lelah


nggi 2850 rpm 1 HP merk TANIKA. Gambar motor listrik dapat

5

Gambar 5.5. Motor Listrik yang digunakan

bahan lokal

, yaitu pipa halow dengan ukuran 40 x 40 x

di rakit dengan menggunakan sambungan las listrik hingga berbentuk

. dimensi rangka alat


. Gambar motor listrik dapat

24

5.6. Poros, Collet, Puli

Putaran dari motor listrik diteruskan ke poros dengan menggunakan

puli dan poros yang digunakan adalah tipe baja karbon sedang dengan ukuran

diameter 30 mm dan panjang 35 cm dan bantalan yang digunakan tipe bantalan

glinding. Semua komponen ini di hubungkan dengan menggunakan sistem suai

paksa yang terlebih dahulu kedua sisi poros dan

yang lainnya dipasang collet yang berfun

saat pengujian dilakukan. Gambar penerus putaran dari motor listrik ke spe

uji seperti terlihat pada Gambar

Gambar 5.6. Penerus Putaran dari Motor Listrik ke Spesimen Uji

5.7. Counter Hours

Counter hours ata

ini adalah merk Muller AC 220 V 50/60 Hz, seperti terlihat pada Gambar

Gambar

Puli dan Bantalan

Putaran dari motor listrik diteruskan ke poros dengan menggunakan

dan poros yang digunakan adalah tipe baja karbon sedang dengan ukuran

mm dan panjang 35 cm dan bantalan yang digunakan tipe bantalan


paksa yang terlebih dahulu kedua sisi poros dan puli di bubut. Pada ujung poros

yang lainnya dipasang collet yang berfungsi sebagai pemegang spes

saat pengujian dilakukan. Gambar penerus putaran dari motor listrik ke spe

uji seperti terlihat pada Gambar 5.6.

. Penerus Putaran dari Motor Listrik ke Spesimen Uji

Counter hours atau penghitung waktu yang digunakan pada alat uji lelah

ini adalah merk Muller AC 220 V 50/60 Hz, seperti terlihat pada Gambar

Gambar 5.7. Counter Hours yang digunakan

Putaran dari motor listrik diteruskan ke poros dengan menggunakan sabuk

dan poros yang digunakan adalah tipe baja karbon sedang dengan ukuran

mm dan panjang 35 cm dan bantalan yang digunakan tipe bantalan


di bubut. Pada ujung poros

simen pada

saat pengujian dilakukan. Gambar penerus putaran dari motor listrik ke spesimen

. Penerus Putaran dari Motor Listrik ke Spesimen Uji

u penghitung waktu yang digunakan pada alat uji lelah

ini adalah merk Muller AC 220 V 50/60 Hz, seperti terlihat pada Gambar 5.7

25

5.8. Pemutus Arus Listrik (Limit Switch)

Pada saat pengujian jika spesimen patah maka supply arus listrik ke motor

listrik dan counter hour akan berhenti. Pemberhentian supply arus listrik ini

menggunakan saklar on/off 220 volt, gambar pemutus harus listrik ini dapat

dilihat pada Gambar 5.8.

Gambar 5.8. Pemutus arus listrik yang digunakan

5.9. Pemberat/Beban

Pemberat atau beban dibuat dengan menggunakan besi pejal bulat yang

dipotong dan di Skrap dengan menggunakan mesin milling sesuai dengan ukuran

masa yang telah ditentukan yaitu 0,5 Kg, 1 Kg, 2 Kg, dan 5 Kg. Gambar

pemberat yang telah selesai di buat seperti terlihat pada Gambar 5.9.

Gambar 5.9. Pemberat/Beban

26

5.10. Koneksi Elektrik

Koneksi elektrik untuk menghidup dan mematikan mesin menggunakan

saklar tombol on/off 220 volt 20 A, dan untuk pembagian arus listrik dari listrik

PLN menuju motor listrik dan counter hours menggunakan magnetik kontaktor

merk Mitsubishi Electric tipe SN-10 220V, serta untuk menjaga keamanan aliran

listrik pada mesin ditempatkan sebuah MCB merk Schneider tipe C10 gambar

koneksi elektrik yang digunakan pada mesin uji lelah seperti terlihat pada gambar

5.7.

a. Saklar On/Off b. Magnetik Kontaktor c. NCB

Gambar 5.7. Alat Koneksi Elektrik

5.11. Perakitan Alat Uji Lelah Tipe Cantilever Rotary Bending

Perakitan alat uji lelah untuk komponen rangka menggunakan mesin las

listrik dan perakitan motor listrik, kopling fleksibel, poros dan bantalan

menggunakan baut. Gambar proses perakitan mesin uji lelah seperti terlihat pada

Gambar 5.8.

Gambar 5.8. Proses perakitan alat uji lelah

27

Perakitan untuk koneksi elektrik menggunakan kabel listrik tipe tunggal,

seperti terlihat pada gambar 5.9.

Gambar 5.9. perakitan koneksi elektrik

5.12. Pengujian Alat Uji Lelah Tipe Cantilever Rotary Bending

Pengujian dilakukan dengan menggunakan benda uji sesuai dengan

standar ASTM E66, gambar benda uji yang digunakan seperti terlihat pada

Gambar 5.10

Gambar 5.10. Benda Uji pengujian mesin lelah

Proses pengujian dilakukan pada benda uji untuk memastikan bahwa

semua komponen mesin uji lelah ini berfungsi dan bekerja dengan baik. Proses

pengujian seperti terlihat pada Gambar 5.11.

28

Gambar 5.11. Proses Pengujian Mesin Uji Lelah

Pada proses pengujian spesimen diletakkan di mulut collet dan jika posisi

telah center maka collet di kunci dengan menggunakan pengunci collet, kemudian

penggantung beban di letakkan pada posisi ujung yang lainnya pada spesimen,

dilanjutkan dengan pemberian beban pada tempat dudukan beban. Dan jika telah

selesai tombol on/off ditekan untuk menghidupkan mesin.

Pengecekan dilakukan terhadap komponen motor listrik, counter hour,

bantalan, sabuk, pemberat dan lainnya untuk memastikan semua komponen

berada pada posisi baik dan dapat bekerja dan berfungsi.

29

4.1. Proses Pengujian Lelah

Pengujian lelah dengan menggunakan alat uji lelah tipe cantilever rotary

bending dan spesimen baja tahan karat AISI 304, dilakukan dengan langkah

langkah sebagai berikut :

1). Persiapan spesimen

Spesimen yang akan digunakan pada pengujian alat uji lelah tipe

cantilever rotary bending dibuat dengan cara dibubut sebanyak 4 buah, sesuai

dengan ukuran spesifikasi yang telah ditentukan berdasarkan ASTM E

pembubutan spesimen seperti ter

Gambar 4.1. Spesimen pengujian alat uji lelah tipe cantilever rotary bending

2). Pemasangan spesimen pada alat uji lelah

Pemasangan spesimen dilakukan pada pemegang spesimen (collet), dan

setelah spesimen diletakkan kemudian

BAB V

PENGUJIAN LELAH

Pengujian Lelah


bending dan spesimen baja tahan karat AISI 304, dilakukan dengan langkah

langkah sebagai berikut :

uji



dengan ukuran spesifikasi yang telah ditentukan berdasarkan ASTM E-

pembubutan spesimen seperti terlihat pada Gambar 4.1.


Pemasangan spesimen pada alat uji lelah


setelah spesimen diletakkan kemudian dilanjutkan dengan mengunci mulut collet


bending dan spesimen baja tahan karat AISI 304, dilakukan dengan langkah-



-466. Hasil



dilanjutkan dengan mengunci mulut collet

sehingga spesimen tepat center pada posisi mulut collet, seperti terlihat pada

Gambar 4.2.

Gambar 4.2. Pemasangan Spesimen pada Collet

Kemudian dilanjutkan dengan pemasangan beban pada spesimen dengan

cara menggantungkan beban pada ujung spesimen yang lainnya, selanjutnya

ujung spesimen terhadap beban dikunci dengan menggunakan seklip pengunci,

seperti terlihat pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3. Pemasangan Seklip Pengunci

3). Pemasangan Beban pada Spesimen

Pemberian beban pada spesimen dilakukan sesuai dengan tingkatan beban

yang telah ditentukan yaitu 8 Kg, 6 Kg, 5Kg, 4Kg dan 3Kg, untuk mendapatkan

kurva S-N hasil pengujian. Pemasangan beban pada alat uji lelah tipe cantilever

rotary bending seperti terlihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4. Pemasangan beban pada spesimen

4). Menghidupkan alat uji lelah

Langkah terakhir adalah menghidupkan alat uji lelah dengan cara

menekan tombol on/off pada alat uji, setelah terlebih dahulu dicek kebenaran dari

semua langkah diatas, mesin dihidupkan hingga spesimen patah dan secara

otomatis mesin akan berhenti sendiri jika spesimen patah dan jika spesimen tidak

patah hingga putaran lebih dari 107 maka spesimen dikatakan aman dari

kepatahan dan mesin dimatikan, langkah menghidupkan mesin uji lelah seperti

terlihat pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5. Proses menghidupkan alat uji lelah

5). Pencatatan hasil proses pengujian

Hasil proses pengujian dicatatkan dalam tabel, sesuai dengan tabel yang

telah disiapkan seperti terlihat pada Tabel 3.3. dan jika semua spesimen telah

diuji maka proses pengujian selesai dan pengujian dapat ditambah untuk

mendapatkan hasil pengujian yang lebih akurat.

Adapun hasil pengujian awal yang dicatat adalah massa beban yang

digunakan selama pengujian dalam satuan kilogram (Kg) dan jumlah waktu

hingga spesimen patah dalam satuan detik.

6). Konversi satuan beban Kg terhadap MPa

Data hasil pengujian awal dalam satuan kilogram (Kg) dikonversikan ke

dalam satuan Mpa dengan menggunakan persamaan 2.5., menggunakan dimensi

dan ukuran spesimen yang digunakan dalam penelitian ini. Contoh perhitungan

tegangan maksimum yang bekerja pada spesimen uji lelah dapat di hitung sebagai

berikut :

Diketahui : Beban yang digunakan W = 8 Kg

Jarak antara beban dan titik pengujian L = 11 cm

Diameter benda uji d = 0,55 cm dan π = 3,14

Maka akan diperoleh

3.

32

d

WL

= (32)(8 )(11 )(3,14)(0,55 )

= 2816 .

0,5224

σ = 5390,505 Kg/cm2

Konversi satuan Kg/cm2 ke Mpa dimana 1 Kg/cm2 = 0,098 Mpa, maka

σ = 5390,505 Kg/cm2 x 0,098

σ = 528,26 MPa

7). Konversi satuan waktu detik terhadap jumlah putaran

Data awal yang didapatkan dari pengujian lelah dalam satuan detik

dimana 1 angka yang ditunjukkan oleh couter hour sama dengan 35 detik, dan

karena kondisi counter hour tidak bisa di reset maka data pengujian adalah angka

akhir yang ditunjukkan counter dikurangi dengan data awal pengujian.

Salah satu contoh hasil perhitungan jumlah siklus pengujian, misal angka

awal di counter hour 1097 dan angka akhir 1100, maka :

Angka digit pengujian = angka akhir – angka awal

= 1100 – 1097

= 3 digit

Satu digit angka menunjukkan 35 detik, maka :

Waktu patah = 3digit x 35 detik

= 105 detik

1 menit = 60 detik, maka 105 detik = 1 menit 45 detik, maka dengan data motor

listrik 2850 rpm didapatkan putaran (siklus) spesimen hingga patah adalah :

Siklus = 1,75 x 2850 rpm

Siklus = 4987,5 putaran

4.2. Hasil Pengujian Lelah

Penelitian terhadap kekuatan lelah baja tahan karat AISI 304 telah

dilakukan pada lingkungan udara, menggunakan mesin uji lelah tipecantilever

rotating bending. Hasil pengujian lelah di tampilkan dalam bentuk tabel seperti

terlihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1. Hasil pengujian lelahbaja tahan karat tipe AISI 304 pada lingkungan udara

No. Urut

No. Spesimen

Beban (Kg)

Tegangan (MPa)

Jumlah Siklus (N)

Keterangan

01 02 8 528,26 4988 Patah

02 03 6 396,19 26591 Patah

03 04 5 330,16 86450 Patah

04 05 4 264,13 141313 Patah

05 06 3 198,10 10000020 Tidak Patah

4.3. Kurva S-N Hasil Pengujian

Data pengujian lelah baja tahan karat AISI 304 tersebut diatas ditampilkan

dalam bentuk kurva S-N sebagai mana ditunjukkan pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6. Kurva S-N baja tahan karat AISI 304 di lingkungan udara

Gambar 4.6. menunjukkan kurva S-N dari baja tahan karat AISI 304,

terlihat bahwa garis kurva pada lingkungan udara laboratorium dengan batas lelah

(endurance limit)198,10MPa, hal ini menunjukkan bahwa kekuatan lelah baja

tahan karat AISI 304 untuk kasus cantilever rotary bending dalam lingkungan

udara baik diaplikasikan pada tegangan dibawah 198,10 Mpa.

4.4. Pengamatan Pola Patahan Spesimen

Baja tahan karat AISI 304 dalam lingkungan udara jika mengalami beban

lelah, menunjukkan pola patahan yang berbeda sesuai dengan jumlah beban yang

diberikan, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.7 dan Gambar 4.8.

Gambar 4.7. Pola patahan spesimen dengan beban 8 Kg

Jika semakin besar beban yang diberikan maka pola patahan menunjukkan

pola deformasi yang semakin besar terjadi pada permukaan patahan, dan

sebaliknnya jika beban yang diberikan semakin kecil maka deformasi yang terjadi

dipermukaan patahan semakin kecil.

Gambar 4.7. Pola patahan spesimen dengan beban 4 Kg

Pola patahan ini menunjukkan bahwa jika terjadi kasus perpatahan dengan

beban lelah dalam suatu mesin-mesin industri dan lainnya, maka dari pola

patahannya dapat diketahui bahwa jika mesin bekerja dengan beban overload

(beban lebih) maka pola patahan akan menunjukkan deformasi yang besar pada

permukaan patahan komponen mesin.

30

BAB VII

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Alat uji lelah tipe cantilever rotary bending telah dibuat dan dirakit sesuai

dengan hasil perancangan yang direncanakan pada penelitian sebelumnya, dengan

spesifikasi alat uji putaran 2850 rpm frekuensi 50 Hz 1 HP, kapasitas counter hour

8 digit dan beban maksimum 10,5 Kg. Dimensi dan ukuran spesimen uji sesuai

dengan standar ASTM E-466

Hasil pengujian menunjukkan bahwa alat uji layak dan aman untuk

digunakan untuk penelitian dan semua komponen mesin dapat berfungsi dengan

baik.

5.2. Saran

Untuk penelitian selanjutnya perlu dilakukan validasi data kurva S-N

pengujian beberapa material poros terhadap atlas kurva S-Ndan validasi juga

dilakukan terhadap kurva S-N hasil pengujian pada mesin uji lelah standar

laboratorium dengan bahan/ material yang sama yang telah dilakukan pengujian

pada alat uji lelah tipe cantilever rotary bending yang telah di rancang bangun.

31

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Alaneme, K.K. 2011. Design of a Cantilever - Type Rotating Bending Fatigue Testing Machine. Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, Vol. 10, No.11, pp.1027-1039

[2]. ASM International Hand Book, 1997,Vol. 19 Fatigue And Fracture, United State of America

[3]. ASTM E 466 – 96, Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials.

[4]. George E. Dieter, 1992, alih bahasa Djaprie, Sriati, Metalurgi Mekanik,

Erlangga, Jakarta.

[5]. Jaap Schijve, 2009, Fatigue of Structures and Materials, Springer Science, Netherlands.

[6]. Julie A. Bannantine et. al, 1990, Fundamental of Metal Fatigue Analysis, Prentice-Hall, New Jersey.

[7]. Ralph I. Stephens, et. al , 2001, Metal Fatigue In Engineering, Willy Inter-Science, Canada

[8]. Sularso dan Kiyokatsu Suga,, 1997. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. PT. Prandnya Paramita. Jakarta

[9]. Shigley dan Joseph Edward, 1994, Perencanaan Teknik Mesin, Erlangga. Jakarta

35$.7,.80 8-, /(/$+ )$7,*8( $/$7 8-, &$17,/(9(5 527$7,1 ... · PDF file35$.$7$ 3xml v\xnxu nhkdgludw $oodk 6:7 \dqj whodk phqjdqxjhudkndq nhehukdvlodq edjl ndpl gdodp phq\hohvdlndq

Documents