Toleransi kebulatan

Daftar Isi1 PENDAHULUAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 PERSYARATAN PENGUKURAN KEBULATAN.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ALAT UKUR KEBULATAN.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.1 Komponen utama alat ukur kebulatan 54 MAKNA GRAFIK DAN PARAMETER KEBULATAN.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 CONTOH PENGUKURAN KESALAHAN BENTUK DENGAN ALAT UKUR KEBULATAN.. . . . . . 15

PLN Corporate University, bekerjasama dengan tim konsultanMPE (Mechanical Production Engineering) FTMD-ITB,

Tahun 2015

KEBULATAN & KESALAHAN BENTUK 1

1 PENDAHULUAN

Di dalam mesin-mesin atau peralatan teknis lainnya banyak sekaliditemukan komponen-komponen yang mempunyai penampang bulat, baik ituberupa poros, bantalan, bagian roda gigi dengan dimensi kecil seperti halnyapada jam tangan mekanik sampai dengan komponen yang berdimensi besarsebagaimana yang dipunyai oleh mesin-mesin tenaga yang berkekuatanmegawatt.

Komponen dengan kebulatan ideal amat sulit dibuat. Oleh sebab itu,harus ditolerir adanya ketidakbulatan dalam batas-batas tertentu sesuaidengan tujuan/fungsi komponen yang dimaksud. Ketidakbulatan akan terjadisewaktu komponen dibuat, dan penyebabnya antara lain adalah,- keausan dan ketidakberesan bantalan poros utama mesin bubut atau mesin

gerinda,- lenturan pada benda kerja maupun pada mesin perkakas akibat gaya

pemotong yang cukup besar,- bila komponen dibuat dengan cara memegang di antara dua senter, suatu

kesalahan posisi senter menjadikan komponen tidak bulat,- tekanan alat pemegang/pencekam (3 atau 5 jaw-chuck) pada komponen

berdinding tipis bisa menjadi sumber ketidakbulatan, setelah pence-kam dibuka (karena pelepasan tegangan-dalam pada komponen),

- adanya getaran (chatter) akibat kesalahan pemilihan kondisi pemotongan,- ketidakbulatan yang berasal dari ketidakbulatan cetakan sewaktu kom-

ponen dibuat dengan cara ekstrusi atau penarikan (drawing),- dalam produksi massal, proses gerinda tanpa senter (centerless grinding)

akan selalu menghasilkan poros dengan penampang tidak bulatapabila penampang bahannya memang telah mempunyai ketidak-bulatan yang mencolok, dan

- proses penyebaran panas yang tak merata saat komponen diproses(misalnya dengan proses gerinda dalam; internal grinding) akanmenyebabkan ring yang digerinda bisa memiliki ketidakbulatansilinder dalamnya.

Kebulatan memegang peranan penting dalam hal,- membagi beban sama rata,- memperlancar pelumasan,- menentukan ketelitian putaran,- menentukan umur komponen, dan- menentukan kondisi suaian.

Saat kebulatan dibicarakan, selain penyebab dan cara penanggu-langan ketidakbulatan, pasti akan mengait dengan cara mengukur kebulatandan bagaimana cara menyatakan harga ketidakbulatan, karena sampai saatini ada beberapa definisi mengenai parameter kebulatan. Ketidakbulatanmerupakan salah satu jenis kesalahan bentuk dan umumnya amat berkaitandengan beberapa kesalahan bentuk (form deviation) lainnya seperti,

- kesamaan sumbu atau konsentrisitas (concentricity),- kelurusan (straightness),- ketegaklurusan (perpendicularity),- kesejajaran (parallelism), dan- kesilindrikan (cylindricity)

Kesalahan bentuk tersebut dapat diderita oleh suatu komponendengan geometri sederhana seperti poros dengan diameter yang sama,sampai dengan komponen dengan geometri yang kompleks seperti porosengkol (lihat gambar 1). Poros engkol tersebut akan menderita beban yangkompleks seperti puntiran, geseran, tekukan dan tarikan, sehingga adanyakesalahan bentuk akan memberikan beban tambahan.

Kebulatan dapat diukur dengan cara sederhana yang meskipun tidakmemberikan hasil yang memuaskan dapat kita terima untuk mempertimbang-kan kualitas geometrik dari komponen yang tidak menuntut persyaratan yangtinggi. Alat ukur kebulatan dibuat sesuai dengan persyaratan pengukurankebulatan, dan pada beberapa jenis mampu digunakan pula untuk mengukurberbagai kesalahan bentuk.


Tahun 2015

2 KEBULATAN & KESALAHAN BENTUK

Gambar 1 Beberapa kemungkinan kesalahan bentuk pada poros engkol.

Gambar 2 Pengukuran dengan dua kontak (mikrometer) tidak memberikan informasimengenai kebulatan penampang yang mempunyai tonjolan beraturan yangganjil. Ke empat jenis penampang tersebut akan terbaca oleh mikrometerdengan harga yang sama; 25 mm. Apabila suatu bidang lurus (penggaris)diletakkan di atas empat poros dengan penampang seperti bentuk tersebut,akan dapat didorong dengan mulus seolah-olah ditopang oleh empatlingkaran sempurna.

2 PERSYARATAN PENGUKURAN KEBULATAN

Kebulatan dan diameter merupakan dua karakter geometrik yangberbeda, namun saling berkaitan. Ketidakbulatan akan mempengaruhi hasilpengukuran diameter, sebaliknya pengukuran diameter tidak selalu mampumemperlihatkan ketidakbulatan. Sebagai contoh, penampang poros dengandua tonjolan beraturan (elips) akan dapat diketahui ketidakbulatannya biladiukur dengan dua sensor dengan posisi bertolakbelakang (180o), misalnyadengan mikrometer. Namun, mikrometer tidak akan mampu menunjukkanketidakbulatan bila digunakan untuk mengukur diameter penampang porosdengan jumlah tonjolan beraturan yang ganjil (3, 5, 7 dst.). Gambar 2menunjukkan lima macam bentuk penampang yang apabila diukur denganmikrometer (pada berbagai posisi) selalu akan menghasilkan harga 25 mm.

Dua lingkaran konsentris yang ditunjukkan pada gambar 2 disebutsebagai diameter luar efektif dan diameter dalam efektif karena menentu-kan diameter minimum bagi kaliber ring yang dapat dimasukkan pada porosyang tidak bulat atau diameter maksimum dari kaliber poros yang dimasuk-kan pada lubang yang tidak bulat. Perbedaan harga ke dua diameter tersebutdapat dijadikan ukuran mengenai kebulatan atau ketidakbulatan.


Tahun 2015


Gambar 3 Pengukuran Kebulatan Poros denganKaliber Ring dan Jam Ukur. Hasil peng-ukuran masih dipengaruhi oleh bentukdari ketidak bulatan.

Gambar 4 Metoda pengukuran kebulatan dengan blok V (60E) dan jamukur tidak selalu menunjukkan adanya ketidak bulatan; bergan-tung pada bentuk profil kebulatan poros yang diukur.

Kaliber ring dengan jam ukur dapat digunakan untuk memeriksakebulatan, lihat gambar 3. Dengan memutar poros (benda ukur) goyanganpada jarum jam ukur menunjukkan suatu ciri ketidakbulatan. Namun,pengukuran dengan memakai kaliber seperti ini mempunyai kelemahan.Pertama, perlu pembuatan kaliber teliti yang khusus untuk diameter tertentu.Kedua, hasil pengukuran masih dipengaruhi oleh bentuk ketidakbulatan dankelonggaran antara poros dengan kaliber ring tersebut.

Alat ukur dengan tiga sensor de-ngan posisi terpisah sejauh 120o dapatdigunakan untuk mengukur diameterefektif lubang (dengan mikrometer tigakaki) atau poros (dengan sensor pneu-matik berbentuk ring dengan tiga lubang).Apabila diinginkan informasi mengenaiketidakbulatan, cara ini akan memberikanhasil yang dapat menyesatkan. Cara tigasensor/kontak seperti ini dapat memperbe-sar kesalahan kebulatan atau sebaliknyatidak mampu menunjukkan ketidakbulat-an, karena bentuk ketidakbulatan (profilkebulatan, jumlah tonjolan yang beraturanatau tak beraturan) akan mempengaruhihasil pengukuran. Alat ukur dengan tigasensor tersebut setara dengan cara peng-ukuran dengan memakai blok V (dengansudut 60o) dan jam ukur sebagaimanayang akan dibicarakan berikut.

Pengukuran kebulatan suatu porosdengan cara meletakkan pada blok V dankemudian memutarnya dengan menem-

pelkan sensor jam ukur di atasnya adalah merupakan cara klasik untukmengetahui kebulatan. Akan tetapi, betulkah hasilnya dapat digunakan untukmenggambarkan kebulatan dalam arti yang sesungguhnya ? Gambar 4menunjukkan skema pengukuran kebulatan dengan blok V yang bersudut60E.

Apabila penampang benda ukur mendekati bentuk segitiga (tigatonjolan beraturan), penyimpangan jarum jam ukur maksimum (H) adalahtiga kali harga ketidakbulatan yaitu jarak radial antara ke dua lingkaran efektif(R, lihat gambar 2). Sebaliknya, jikalau penampang poros berbentuk elips,jam ukur tidak memperlihatkan penyimpangan yang berarti. Hal ini menun-jukkan bahwa sewaktu benda ukur diputar di atas blok V terjadi perpindahanpusat benda ukur, sehingga jarak perpindahan sensor jam ukur akan ter-pengaruh.

Demikian pula halnya apabila digunakan blok V dengan sudut yangberbeda, penyimpangan maksimum jarum jam ukur akan berbeda meskipunbenda ukurnya sama. Tabel 1 menunjukkan harga perbandingan antarapenyimpangan maksimum jarum jam ukur (H) dengan ketidakbulatan (R)


Tahun 2015


Gambar 5 Beberapa sumber yang menyebabkan ketidaktelitian peng-ukuran kebulatan dengan memakai senter.

1 Kebulatan senter,2 Sudut senter,3 Posisi senter,4 Kondisi permukaan senter, dan5 Lenturan pada benda ukur.

bagi beberapa blok V dengan sudut yang berbeda yang digunakan untukmengukur penampang dengan jumlah tonjolan yang berbeda.

Tabel 1 Rasio H/ R.

n 60E 90E 108E 120E (180E)

2345

0300

12

-0.42

1.41.40

2,2

1.61

-0.42

2020

= sudut blok V; n = jumlah tonjolan beraturan metoda dua kontak; mikrometer, jam ukur dengan dudukan rata.

Supaya titik pusat benda ukur tidak berpindah, benda ukur dapatdiputar di antara dua senter, sementara itu sensor jam ukur akan merasakanperubahan permukaan benda ukur. Cara pengukuran seperti ini hanya bisadilaksanakan bila benda ukur mempunyai lubang senter dan selain ituketelitian putaran sangat dipengaruhi oleh posisi senter, bentuk dan ketidakbulatan senternya sendiri, lihat gambar 5.

Meskipun mempunyai kelemahan-kelemahan, cara pengukurankebulatan seperti yang telah dibicarakan di atas dalam prakteknya masihbanyak dilakukan. Hal ini bisa diterima asalkan hasil dari pengukuran tidakdigunakan untuk menyatakan harga ketidakbulatan dalam arti yangsesungguhnya. Cara pengukuran harus disesuaikan berdasarkan pengala-man, yaitu dari jenis proses pembuatan komponen yang bertendensi untukmenghasilkan produk dengan ciri kebulatan tertentu dan di lain pihak carayang dipilih dapat menjamin kualitas fungsional yang diinginkan. Sementaraini, dengan kemajuan teknologi, peralatan teknis semakin menuntut ketelitianatas cara pengukuran komponennya antara lain kebulatan. Kebulatan hanyabisa diukur dengan cara yang tertentu yang menuntut persyaratan sebagaiberikut,

1 Harus ada sumbu putar dan dianggap sebagai sumbu referensi (ingatkelemahan pengukuran dengan mikrometer !),

2 Lokasi sumbu putar harus tetap dan tidak dipengaruhi oleh profil kebulatanbenda ukur (ingat kelemahan metoda blok V !),

3 Pengukuran harus bebas dari sumber-sumber yang dapat menyebabkanketidaktelitian (putaran harus teliti, ingat kesalahan yang mungkintimbul pada metoda senter !), dan

4 Hasil pengukuran diperlihatkan dalam bentuk grafik polar (lingkaran) gunamenentukan harga parameter kebulatan (analisis kebulatan).


Tahun 2015


Gambar 6 Dua jenis alat ukur kebulatan.

3 ALAT UKUR KEBULATAN

Prinsip dan persyaratan pengukuran kebulatan, sebagaimana yangtelah dibahas, diterapkan pada alat ukur kebulatan. Berdasarkan putaran,maka alat ukur kebulatan (roundness tester) dapat diklasifikasikan menjadidua, yaitu (lihat gambar 6.)

- jenis dengan sensor putar, dan - jenis dengan meja putar.

Ciri ke dua jenis tersebut adalah,

Jenis dengan sensor putar

- Spindel (poros utama) yang berputarhanya menerima beban yang ri-ngan dan tetap (tekanan pengu-kuran dan berat sensor ringan).Dengan demikian, ketelitian yangtinggi bisa dicapai dengan mem-buat konstruksi yang cukup ri-ngan.

- Meja untuk meletakkan benda ukur tidakmempengaruhi sistem pengukur-an. Benda ukur yang besar danpanjang tidak merupakan persoal-an, dan lokasi obyek ukur (bagianbenda ukur yang diukur kebu-latannya) dapat jauh dari titikberat benda ukur (beban tak sen-tris).

Jenis dengan meja putar

- Karena sensor tidak berputar, berbagai pengukuran yang berkaitan dengankebulatan dapat dilaksanakan, misalnya konsentrisitas, kesamaansumbu, kesejajaran, kesilindrisan, kelurusan dan ketegaklurus-an. Adanya kebebasan untuk menempatkan sensor pada benda ukuryang berputar, misalnya pada alur dan bagian bawah sirip tanpaharus memakai batang sensor yang panjang.

- Pengukuran kelurusan bisa dilakukan dengan menambahkan peralatanuntuk menggerakkan sensor dalam arah transversal (vertikal) tanpaharus mengubah posisi spindel.

- Berat benda ukur terbatas, karena keterbatasan kemampuan spindel untukmenahan beban, demi untuk menjamin ketelitian. Penyimpanganletak titik berat benda ukur relatif terhadap sumbu putar (benda taksentris) dibatasi.

- Alat pengatur posisi dan kemiringan benda ukur (sentering & leveling)terletak pada meja. Oleh sebab itu, pengaturan secara cermatsupaya sumbu objek ukur berimpit dengan sumbu putar, hanyamungkin dilakukan sewaktu meja dalam keadaan tak berputar.

3.1 Komponen utama alat ukur kebulatan

Secara skematis alat ukur kebulatan meja putar (untuk jenis sensorputar prinsipnya serupa) digambarkan seperti gambar 7. Putaran meja dangrafik polar dibuat sama, sehingga posisi profil kebulatan setara denganposisi tonjolan dan lekukan pada benda ukur. Tombol pengatur posisi bendaukur (sentering dan leveling) terletak pada meja putar. Isyarat sensordiperkuat oleh Amplifier dengan harga pembesaran yang dapat diatur. Metersentering untuk mempermudah pengaturan sumbu benda ukur sehinggaberimpit dengan sumbu putar.Beberapa hal mengenai komponen utama alat ukur kebulatan adalah sebagaiberikut,

Spindel;Merupakan komponen terpenting, dimana ketelitian putaran harusdijaga setinggi mungkin (merupakan satu-satunya sumbu referensi!). Oleh sebab itu perencanaan bantalan spindel merupakan kunci


Tahun 2015


Gambar 7 Skema prinsip kerja alat ukur kebulatan.

dari keberhasilan alat ukur. Berbagai jenis bantalan dapat dipilih,antara lain,

Bantalan Kering;Bantalan dengan sedikit pelumasan. Biasanya berupa bola baja yangditumpu pada mangkuk plastik untuk menahan beban aksial. Padasisi spindel ditumpu oleh beberapa bantalan plastik (bearing pads)untuk menahan beban radial. Perawatan hampir tak diperlukan,ketelitian putaran tetap terjamin asalkan berat benda dan letak titikberat tak melebihi harga yang ditentukan (contoh = beban maksimum18 kgf, beban tak sentris = 114 kgf-mm.)

Bantalan Peluru (Ball Bearing);Mampu menahan beban aksial dan radial, sehingga posisi spindeldapat horisontal maupun vertikal. Umumnya digunakan bagi alat ukurjenis sensor putar model jinjing (portable).

Bantalan Hidrodinamik;Berupa bantalan setengah bola (spherical). Dalam keadaan diamterjadi kontak metal dengan metal. Bila spindel berputar (6 rpm),karena perputaran permukaan bantalan akan terjadi pelapisanminyak pelumas. Jika putaran turun, atau karena beban terlalu berat,lapisan minyak akan terhapus sehingga dapat merusakkan bantalan.Biasanya digunakan untuk jenis sensor putar.

Bantalan Udara (Air Bearing);Udara tekan dialirkan ke dalam ruang bantalan, sehingga terjadilapisan udara yang mampu menahan beban yang berat.

Bantalan Hidrostatik;Pada jenis ini minyak pelumas ditekan masuk ke dalam ruangbantalan, dengan demikian selalu ada lapisan minyak baik dalamkeadaan berputar maupun diam. Kekakuan sistem dipertinggidemikian pula dengan kemampuan untuk meredam getaran. Bebanyang berat maupun momen akibat letak titik benda tidak sentris dapatditahan dengan baik. Koefisien gesek kecil sehingga umur bantalantinggi.

Sensor;Sensor berupa batang dengan jarum dari Tungsten Carbide.Geometri ujung jarum dibuat berbentuk tembereng (sektor lingkaran)dengan tebal dan jari-jari tertentu (6 mm). Ujung jarum sengaja tidak


Tahun 2015


Gambar 8 Prinsip pengubah isyarat sensor.

dibuat berbentuk bola dengan diameter kecil untuk menghindarijarum mengikuti profil kekasaran permukaan. Dalam hal ini informasikekasaran permukaan harus dicegah supaya tidak mengaburkaninformasi mengenai ketidakbulatan dengan informasi mengenaikekasaran permukaan. Umumnya batang sensor dibuat denganpanjang tertentu disesuaikan dengan pembesaran. Untuk suatukecepatan putaran tertentu, tekanan pengukuran dan arah penekan-an sensor dapat diatur disesuaikan dengan berat benda ukur danletak permukaan yang diukur (permukaan luar atau permukaandalam).

Pengubah;Umumnya pengubah alat ukur menggunakan prinsip transformator(kumparan sekunder dan primer) dengan perubahan induktansi, yaituperubahan posisi inti akibat perubahan posisi batang sensor melaluisuatu mekanisme khusus, lihat gambar 8.

Besarnya jarak penggeseran inti dipengaruhi oleh panjang batangsensor, dengan demikian panjang batang sensor menentukanpembesaran (semakin panjang, semakin tidak sensitif). Dua kumpa-ran tersebut dihubungkan dengan dua tahanan lain sehinggamembentuk jembatan Wheatstone. Dua titik yang berseberangandiberi tegangan AC dengan frekuensi sesuai dengan Oscillator. Saatinti berada di tengah antara dua kumparan, tidak ada isyarat keluar.Pergerakan inti akan mengakibatkan ketidakseimbangan padarangkaian jembatan Wheatstone sehingga timbul isyarat keluar yangsebanding dengan pergeseran inti

Isyarat diperkuat oleh amplifier untuk menggerakkan pena pencatat.Fase isyarat dibandingkan dengan fase Oscillator untuk menentukanarah gerakkan pena relatif terhadap posisi nol. Penguat biasanyadilengkapi dengan filter guna memperjelas profil kebulatan, karenaefek kekasaran permukaan dibatasi sehingga tidak mengaburkanprofil kebulatan jikalau digunakan pembesaran yang tinggi.

Pencatat;Untuk menghindari gesekan antara pena pencatat dengan kertasserta untuk mempertipis garis, grafik dibuat pada kertas elektrosensi-tif. Selama pembuatan grafik berlangsung, pena yang diberi muatanlistrik (dengan tegangan yang cukup tinggi !) akan memancarkanbunga api sehingga menimbulkan bekas pada kertas elektrosensitif.Skala pada kertas berbentuk lingkaran-lingkaran konsentris (grafikpolar) dan pemasangan kertas tersebut dapat diatur disesuaikandengan posisi benda ukur. Dengan cara ini posisi tonjolan/lekukanmaksimum pada benda ukur akan tercatat pada kertas grafik padasektor yang sama. Perlu diingat bahwa kecepatan putaran kertasgrafik dibuat sama dengan kecepatan putaran benda ukur. Kece-


Tahun 2015


patan pemutaran tersebut dibatasi (6 rpm) karena ada dua kendalamekanik yaitu,

- Jarum sensor harus selalu menekan benda ukur. Apabila kece-patan pemutaran terlalu tinggi, akibat dari adanya tonjolanpada benda ukur, jarum tersebut akan meloncat.

- Pena pencatat harus dapat mengikuti kecepatan perubahan isyarattanpa terjadi loncatan (overshoot) atau kelambatan (lagging).

Sentering dan Leveling;Sebagaimana yang diterangkan di muka, sumbu putaran merupakansatu-satunya sumbu referensi. Oleh sebab itu, penempatan bendaukur relatif terhadap sumbu putar harus dapat diatur dengan cermatdan teliti.

Sumbu obyek ukur (bagian benda ukur yang akan diukur kebulatan-nya) dapat disatukan dengan sumbu putar dengan cara menggeser-kan (sentering) dan kemudian mengatur kemiringan ( leveling).Pengaturan ini dilaksanakan dengan menempelkan sensor padaobyek ukur dan meja diputar sampai salah satu tombol senteringmenempati posisi yang segaris (berhadapan) dengan arah gerakansensor.

Dengan memutar tombol sentering tersebut benda ukur akantergeser sehingga sensor akan lebih/kurang tertekan dan melaluimeter sentering dapat diketahui simpangannya. Demikian pulahalnya yang harus dilakukan bagi tombol sentering lainnya dan kedua tombol leveling untuk mengatur posisi benda ukur secarasistematik sehingga apabila meja diputar jarum meter (pena grafik)akan bergoyang dengan goyangan sekecil mungkin. Goyangantersebut menggambarkan ketidakbulatan obyek ukur.!

Pengukuran kelurusan dan berbagai kesalahan bentuk;Sensor alat ukur kebulatan harus dapat dinaikkan/diturunkan gunamemeriksa kebulatan pada beberapa ketinggian sesuai denganlokasi obyek ukur. Hal ini memerlukan tiang dengan landasan luncurtegaklurus dan sejajar dengan sumbu putar. Pengukuran kelurusandapat dilaksanakan dengan tanpa memutar benda ukur melainkandengan menggerakkan sensor dalam arah vertikal, dan untukmempermudah analisis diperlukan jenis pencatat linear. Denganmemindahkan lokasi sensor serta dengan mengubah posisi sensor(horisontal/vertikal) maka berbagai pengukuran kesalahan bentukdapat dilaksanakan sebagaimana yang akan dibahas pada sub babberikut.

! Apabila goyangan mungkin diperkecil, berarti obyek ukur belum berimpit dengan sumbu putar.Cara sentering dan leveling dibahas dengan terperinci pada buku petunjuk praktikum MetrologiIndustri, Mesin, ITB.


Tahun 2015


Gambar 9 Dua jenis alat ukur kebulatan dengan peralatannya.


Tahun 2015


4 MAKNA GRAFIK DAN PARAMETER KEBULATAN

Untuk lebih memahami analisis kebulatan, terlebih dahulu perludijelaskan pengertian mengenai grafik hasil pengukuran (profil kebulatan)sebagai berikut,

1 Profil Kebulatan bukanlah merupakan pembesaran penampang.Supaya dapat melihat kesalahan bentuk perlu adanya pembesaran.Sebagai contoh, suatu tonjolan pada permukaan setinggi 2 msupaya menjadi setinggi 2 mm pada kertas grafik diperlukanpembesaran 1000 x. Dalam hal ini tidaklah mungkin untukmemperbesar diameter penampangnya juga sebesar 1000 x, sebabuntuk benda ukur dengan diameter 100 mm grafiknya akan mempu-nyai lingkaran sebesar 100 m! Oleh sebab itu, pembesaran di sinihanya diberikan bagi variasi ketinggian permukaan benda ukur,sesuai dengan isyarat yang diberikan oleh sensor.

2 Efek Pembesaran terhadap bentuk profil kebulatan.Untuk benda ukur yang sama, profil kebulatan akan kelihatanberubah bentuknya apabila digunakan pembesaran yang berlainan.Hal ini dapat diperlihatkan seperti gambar 10. Dalam contoh bendaukur mempunyai empat tonjolan yang beraturan setinggi 3 m. Padake tiga grafik tersebut tinggi tonjolan akan berubah sesuai denganpembesaran yang dipilih.

3 Posisi pembuatan grafik dapat ditentukan sekehendak.Profil kebulatan dari suatu benda ukur dapat diatur sehinggamenempati daerah di dekat atau jauh dari titik pusat grafik. Hasilyang diperoleh tidak akan mempengaruhi analisis kebulatan,sebagaimana yang ditunjukkan gambar 11, di mana jarak radialantara dua lingkaran konsentris adalah sama bagi profil kebulatan didekat pusat grafik maupun yang di dekat tepi grafik. Dengan cara inipada satu kertas grafik dapat dibuat beberapa profil kebulatan daribeberapa obyek ukur sehingga analisis kesamaan sumbu, ketegak-lurusan dan kesejajaran dimungkinkan.

4 Adanya hubungan sudut posisi antara benda ukur dan profil kebu-latan.Benda ukur dan grafik polar berputar dengan kecepatan sama.Dengan demikian posisi sudut relatif antara tonjolan pada benda ukurakan tetap sama pada profil kebulatan, lihat gambar 12.

5 Efek kesalahan sentering.Jikalau sumbu obyek ukur dapat dibuat berimpit dengan sumbu putar,profil kebulatannya akan mempunyai titik tengah yang bersatudengan titik tengah grafik. Benda ukur dengan kebulatan ideal akanmempunyai profil lingkaran sempurna. Namun, bila garis tengahnyatidak berimpit dengan sumbu putar, profil kebulatannya jauhmenyimpang dari lingkaran sempurna, lihat gambar 13. Hal inimenunjukkan pentingnya sentering. Jarak antara titik tengah profilkebulatan dengan titik tengah grafik menunjukkan harga eksentrisi-tas (setelah dibagi dengan pembesaran).


Tahun 2015


Gambar 10 Bentuk profil kebulatan akan berubah bila digunakan pembesaranyang berlainan. Untuk tonjolan pada benda ukur sebesar 3 m,dengan pembesaran,

a M = 500 x ; jarak tonjolan pada grafik = 1,5 mmb M = 1000 x ; jarak tonjolan pada grafik = 3 mmc M = 5000 x ; jarak tonjolan pada grafik = 15 mm.

Gambar 11Letak profil kebulatan dapat dibuatsekehendak relatif terhadap pusat grafikpolar.

Gambar 12 Tonjolan B dan C akan tergambar pada grafikdengan posisi sudut yang sama pada benda ukur.

Gambar 13 Bagi benda ukur yang memiliki kebulatan yang bagus,misalnya silinder siku, suatu eksentrisitas karenakesalahan penempatan menyebabkan penyimpanganbentuk profil kebulatan. Jikalau diukur dimeternyamelalui titik pusat grafik, akan diketahui benda ukuradalah bulat.


Tahun 2015


Gambar 14 Empat jenis lingkaran referensi untuk menentukan parameter kebulatan, yaitu R =Rmax - Rmin. Perhatikan, titik pusat masing-masing lingkaran referensi bisa berlainan.

Pada sub bab di depan telah diuraikan cara pengukuran kebulatan.Lalu bagaimanakah cara menyatakan harga ketidakbulatan? Untuk itu, perludidefinisikan parameter kebulatan, yaitu suatu harga yang dapat dihitungberdasarkan profil kebulatan relatif terhadap lingkaran referensinya. MenurutStandar Inggris, Amerika dan Jepang ada empat macam lingkaran referensiyaitu, - Lingkaran Luar Minimum (Minimum Circumscribed Circle) - Lingkaran Dalam Maksimum (m\Maximum Inscribed Circle) - Lingkaran Daerah Minimum (Minimum Zone Circle) - Lingkaran Kuadrat Terkecil (Least Squares Circle)

Gambar 14, menunjukkan ke empat lingkaran referensi yang dimaksud. Darigambar tersebut terlihat bahwa untuk satu profil kebulatan yang sama titiktengah dari ke empat lingkaran referensi dapat berlainan. Dengan demikian,harga parameter kebulatan yang dihasilkannya juga akan berlainan.Penjelasan atas lingkaran referensi dan parameter kebulatannya adalahsebagai berikut.

A Lingkaran Luar Minimum (Minimum Circumscribed Circle)Lingkaran terkecil yang mungkin dibuat di luar profil kebulatan tanpamemotongnya. Ketidak bulatan sama dengan jarak radial darilingkaran tersebut ke lekukan yang paling dalam.

B Lingkaran Dalam Maksimum (Maximum Inscribed Circle)Lingkaran terbesar yang mungkin dibuat di dalam profil kebulatantanpa memotongnya. Ketidak bulatan sama dengan jarak radial darilingkaran tersebut ke tonjolan yang paling tinggi.


Tahun 2015


Gambar 15 Penentuan titik tengah dan radius lingkaran kuadrat terkecildengan perhitungan pendekatan.

C Lingkaran Daerah Minimum (Minimum Zone Circle)Dua buah lingkaran konsentris yang melingkupi profil kebulatansedemikian rupa sehingga jarak radial antara ke dua lingkarantersebut adalah yang terkecil.Titik tengah dari lingkaran daerah minimum disebut dengan MZCatau Minimum Zone Center.Ketidakbulatan merupakan selisih radius ke dua lingkaran tersebutdan dinamakan MRZ atau Minimum Radial Zone.

D Lingkaran Kuadrat Terkecil (Least Squares Circle)Merupakan lingkaran yang ditentukan berdasarkan profil kebulatansedemikian rupa sehingga jumlah kuadrat jarak sejumlah titik denganinterval sudut yang sama pada profil kebulatan ke lingkaran referensiadalah yang paling kecil.Titik tengah lingkaran kuadrat terkecil dinamakan LSC atau LeastSquares Center.Jarak radial harga mutlak rata-rata antara profil kebulatan denganlingkaran kuadrat terkecil disebut MLA atau Mean Line Average.

Ditinjau dari segi teoretik, parameter kebulatan MLA dapat dianggapyang paling baik untuk menyatakan harga ketidakbulatan serta titik tengah(LSC) dengan cermat dan teliti. Namun, lingkaran kuadrat terkecil hanyadapat ditentukan dengan cepat dengan bantuan komputer alat ukur (lihatgambar 9). Jikalau alat ukur tidak dilengkapi komputer (PC), lingkaranreferensi kuadrat terkecil dapat dibuat pada grafik dengan bantuan jangka dimana titik tengahnya (LSC) dihitung secara pendekatan sebagaimana yangditunjukkan pada gambar 15.

Pada gambar tersebut dipilih 12 titik yang terpisah dengan interval sudut yangsama; semakin banyak titik yang dipilih, penentuan titik tengah akan semakinteliti.

ISO menganjurkan lingkaran daerah minimum sebagai referensiuntuk menghitung harga ketidakbulatan, karena MRZ yang diperoleh adalahsetara dengan definisi toleransi kebulatan.Dalam praktek, penentuan MRZ dapat dilakukan dengan bantuan mistarlingkaran transparan yang mempunyai skala lingkaran-lingkaran konsentris,lihat gambar 16.

Penentuan MRZ dengan cara coba_koreksi (trial and errorcorrection) dengan bantuan mistar lingkaran transparan memang agak sulitjikalau profil kebulatan sangat tidak beraturan. Untuk itu dapat dilakukanpembuatan grafik sekali lagi (bila set-up pengukuran belum diubah) denganmemilih pembesaran (magnification) yang lebih kecil. Kemudian hasilnya


Tahun 2015


Gambar 16Pemakaian mistar

lingkaran transparan untukmenentukan MRZ. Dengancara coba-koreksi dapat dike-tahui bahwa titik tengahlingkaran A dapat digeserkansesuai dengan tanda panahuntuk menentukan titiktengah lingkaran B.Karena adanya celah yangcukup lebar pada b dan c(pada arah yang sama) jelasbahwa MZC dapat ditentukansehingga lingkaran dalammenyinggung profil kebulatanpada d & e.

Gambar 17Pada hal-hal yang

khusus parameter kebulatantidak mampu menerangkanketidakbulatannya.aTonjolan dan lekukan maksi-mum yang berdekatan akanmembesarkan MRZ.bTonjolan dan lekukan mak-simum yang berjauhan akanmemberikan MRZ yang ham-pir sama dengan tinggi tonjol-an/lekukan.c,dAdanya ujung yang runcingpada profil kebulatan dapatmempengaruhi harga MRZ.

dapat digunakan untuk memperkirakan letak MZC pada usaha coba-koreksiyang dilakukan pada profil kebulatan semula. Jikalau tidak ada keberatandalam pertimbangan kualitas, penentuan harga ketidakbulatan berdasarkanlingkaran luar minimum atau lingkaran dalam maksimum dapat dipilih karenalebih mudah menentukannya.

Perlu dicatat bahwa parameter kebulatan sebagaimana yang telahdibahas di atas bukanlah merupakan parameter ideal yang mampu mene-rangkan ketidakbulatan sebab,

1 Harga ketidakbulatan tidak memberikan informasi atas bentuk profil kebu-latan ataupun jumlah tonjolannya,

2 MRZ tidak selalu sama dengan jarak antara tonjolan tertinggi dengan leku-kan terendah, bergantung pada posisi sudut relatif antara tonjolandan lekukan tersebut (bandingkan 17a dan b), dan

3 Karena adanya goresan atau kotoran pada permukaan obyek ukur akanmenyebabkan perubahan yang cukup besar bagi parameterkebulatannya (bandingkan gambar 17c dengan d).


Gambar 18 Contoh toleransi bentuk benda ukur yang dapat diperiksadengan alat ukur kebulatan dalam satu kali set-up.

5 CONTOH PENGUKURAN KESALAHAN BENTUK DENGAN ALAT UKUR KEBULATAN

Pengukuran kesalahan bentuk dapat dikatakan sebagai "seninyametrologi", karena dalam hal ini diperlukan penguasaan teori dan pengala-man dalam,- membaca gambar teknis (memahami arti simbol toleransi),- pemilihan jenis alat ukur,- set-up/persiapan pengukuran,- mengetahui sumber penyimpangan dalam proses pengukuran sehingga

kesalahan pengukuran dapat dihindari atau dieliminir,- analisis hasil pengukuran dan menarik kesimpulan (menentukan kualitas

geometrik benda ukur).

Berikut dibahas salah satu contoh pengukuran kesalahan bentuk denganmemakai alat ukur kebulatan. Misalnya benda ukur harus sesuai denganstandar kualitas geometrik sebagaimana yang ditunjukkan gambar 18 (hanyabeberapa simbol toleransi bentuknya yang diperlihatkan, ukuran dan toleransidimensi dalam hal ini tidak dibahas).

Pengukuran kesalahan bentuk dapat dilakukan dengan satu kali set-up dengan cara sebagai berikut.

1 Sentering dan Leveling.Benda ukur diletakkan pada meja alat ukur, kemudian dilakukansentering dan leveling sedemikian rupa sehingga sumbu poros untukbantalan atas dan bawah (sesuai dengan elemen dasar A dan B)berimpit dengan sumbu putar (meja putar atau sensor putar). Untukmemeriksa kesamaan sumbu ini, dibuat profil kebulatan untuk porosatas & bawah pada satu kertas grafik. Pembuatan profil kebulatan inidilakukan dengan menempelkan sensor pada elemen geometrikyang dimaksud (poros atas dan kemudian poros bawah) tanpamenghentikan putaran, guna menjamin ketelitian (untuk menghindarihentakan sewaktu meja/sensor mulai berputar). Dua buah profilkebulatan tersebut harus mempunyai titik tengah (MZC) yang samayaitu titik tengah grafik polar, lihat gambar 19A.


Tahun 2015


Gambar 19 Contoh hasil pengukuran toleransi bentuk.

2 Memeriksa toleransi kebulatan (roundness).Dari hasil sentering dan leveling, ke dua profil kebulatan yangmempunyai MZC yang sama tersebut harus mempunyai harga MRZyang tidak melebihi harga toleransi kebulatannya (0.01 mm).

3 Memeriksa toleransi kesamaan sumbu (konsentrisitas; concentricity).Pada gambar 18 terlihat adanya dua toleransi konsentrisitas yaitupada lubang bagian atas dan tengah terhadap sumbu dasar AB(sumbu putar). Pemeriksaan konsentrisitas dengan demikian dapatdilakukan dengan, - membuat profil kebulatan lubang bagian atas dan poros atas pada

satu kertas grafik, lihat gambar 19.B. Profil kebulatan 1(poros atas) harus tetap mempunyai titik tengah (MZC) yangsama dengan titik tengah grafik dan profil kebulatan 3(lubang atas) mungkin mempunyai MZC yang tidak berimpit.Konsentrisitas adalah jarak antara ke dua titik tengahtersebut dan harganya tidak boleh melebihi toleransinya(setengah dari 0.03 mm).

- membuat profil kebulatan lubang bagian tengah dan poros ataspada satu kertas grafik, lihat gambar 19.C. Seperti halnya diatas, jarak titik tengah dari ke dua grafik tidak boleh lebihbesar dari toleransinya (setengah dari 0.05 mm).


Tahun 2015


4 Memeriksa toleransi ketegaklurusan (squareness).Ketegaklurusan bidang yang menghadap ke atas terhadap sumbudasar AB (lihat gambar 18) dapat diperiksa dengan mengubah posisisensor sehingga horisontal (sensor harus diganti dengan jenis jarumhorisontal) dan ditempelkan pada obyek ukur. Apabila dibuatgrafiknya, suatu permukaan yang tegak lurus dengan sumbu putarakan menghasilkan profil dengan bentuk lingkaran yang konsentrisdengan titik pusat grafik. Jikalau permukaan tersebut tidak tegaklurus, "profil kebulatannya" akan mempunyai MZC yang tidak berimpitdengan pusat grafik, dalam hal ini jarak ke dua titik pusat menggam-barkan ketidaktegaklurusan. Perlu dicatat bahwa posisi sensordiusahakan sejauh mungkin dari pusat putaran supaya akibatpenyimpangan terhadap kondisi tegak lurus lebih terasa. Dalamcontoh ini eksentrisitas maksimum yang diizinkan dari MZC terhadappusat grafik polar adalah sebesar 0.025 mm, yaitu sesuai dengansetengah harga toleransi ketegaklurusan (0.05 mm), lihat gambar19.D.

5 Memeriksa toleransi kesejajaran (parallelism).Dua permukaan yang harus diperiksa kesejajarannya adalahpermukaan atas dan bawah sirip benda ukur, lihat gambar 18. Sepertihalnya dalam pemeriksaan ketegaklurusan di atas, sensor dalamposisi horisontal ditempelkan pada permukaan atas dan kemudianpermukaan bawah dengan jarak yang sama terhadap pusat putaran.Ke dua "profil kebulatannya" harus dibuat pada satu kertas grafik(dengan pembesaran yang sama) supaya posisi relatif ke dua MZCdapat diketahui. Apabila mereka berimpit berarti ke dua permukaansejajar. Suatu eksentrisitas menandakan ketidaksejajaran, dan jarakmaksimum ke dua MZC adalah setengah toleransi kesejajaran(setengah dari 0.035 mm). Pada gambar 19.E. terlihat bahwapermukaan 5 (permukaan atas) lebih tidak tegaklurus bila dibanding-kan permukaan 6 (permukaan bawah) terhadap sumbu putar (titikpusatnya lebih jauh dari titik pusat grafik polar).

6 Memeriksa toleransi kelurusan (straightness).Pemeriksaan kelurusan dilakukan yang terakhir, sebab putaranmeja/sensor harus dihentikan (selama pengukuran kesalahan bentukyang lain dilakukan putaran tidak dihentikan demi untuk menjagaketelitian sentering dan leveling). Dalam analisis profil kelurusanperlu dicari garis referensi yang umumnya dibuat melalui titik muladan titik akhir. Terhadap garis referensi inilah ditentukan jarak titiktertinggi kemudian yang terendah untuk dijumlahkan. Pada gambar19. F&G harga yang didapat tidak boleh melebihi toleransi kelurusan,masing-masing sebesar 0.04 mm dan 0.06 mm.


Tahun 2015



Tahun 2015

DAFTAR INDEKS 19

form deviation measurement. . . . . . . . . . . . . . . 15concentricity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16parallelism. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17roundness.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16squareness.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17straightness. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

pengukuran kebulatanalat ukur kebulatan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5bukanlah merupakan pembesaran penam-

pang.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10diameter dalam efektif. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2diameter luar efektif. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2efek kesalahan sentering. . . . . . . . . . . . . . 10efek pembesaran. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10hasil yang dapat menyesatkan. . . . . . . . . . . 3hubungan sudut posisi antara benda ukur dan

profil kebulatan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10kebulatan ideal.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1kesalahan bentuk.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1lingkaran daerah minimum. . . . . . . . . . . . . 13lingkaran dalam maksimum. . . . . . . . . . . . 12lingkaran kuadrat terkecil. . . . . . . . . . . . . . 13lingkaran luar minimum. . . . . . . . . . . . . . . . 12lingkaran referensi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12mengatur kemiringan.. . . . . . . . . . . . . . . . . . 8menggeserkan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8parameter kebulatan. . . . . . . . . . . . . . . 1, 12penentuan MRZ dengan cara coba_koreksi

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13posisi pembuatan grafik. . . . . . . . . . . . . . . 10profil kebulatan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10proses gerinda tanpa senter. . . . . . . . . . . . . 1

pengukuran kesalahan bentuk. . . . . . . . . . . . . . 15contoh toleransi bentuk benda ukur. . . . . 15memeriksa toleransi kebulatan. . . . . . . . . . 16memeriksa toleransi kelurusan. . . . . . . . . . 17memeriksa toleransi kesamaan sumbu

(konsentrisitas). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16memeriksa toleransi kesejajaran. . . . . . . . 17memeriksa toleransi ketegaklurusan. . . . . 17seninya metrologi.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15sentering dan leveling. . . . . . . . . . . . . . . . . 15

roundness measurementcenterless grinding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1form deviation.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1least squares center; LSC. . . . . . . . . . . . . 13least squares circle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13leveling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8maximum inscribed circle. . . . . . . . . . . . . . 12mean line average; MLA. . . . . . . . . . . . . . 13minimum circumscribed circle.. . . . . . . . . . 12minimum radial zone: MRZ. . . . . . . . . . . . 13minimum zone center; MZC. . . . . . . . . . . 13minimum zone circle. . . . . . . . . . . . . . . . . . 13roundness tester. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5sentering.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8sentering & leveling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5trial and error correction. . . . . . . . . . . . . . 13


Tahun 2015

20 DAFTAR ISI

DAFTAR ISI

1 PENDAHULUAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 PERSYARATAN PENGUKURAN KEBULATAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ALAT UKUR KEBULATAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.1 Komponen utama alat ukur kebulatan 54 MAKNA GRAFIK DAN PARAMETER KEBULATAN.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 CONTOH PENGUKURAN KESALAHAN BENTUK DENGAN ALAT UKUR KEBULATAN.. . . . . . 15


Tahun 2015

1 PENDAHULUAN2 PERSYARATAN PENGUKURAN KEBULATAN3 ALAT UKUR KEBULATAN3.1 Komponen utama alat ukur kebulatan

4 MAKNA GRAFIK DAN PARAMETER KEBULATAN5 CONTOH PENGUKURAN KESALAHAN BENTUK DENGAN ALAT UKUR KEBULATAN

Toleransi kebulatan

Documents