BAB II
Tugas Elemen Mesin I
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar belakang Masalah
Menjadi yang pertama dan terbaik pada sebuah perancangan
dibidang konstruksi merupakan target utama yang selalu
dicita-citakan oleh semua para desainer khususnya dibidang design
of machine untuk memperoleh keunggulan dalam persaingan
(Competitive Advantage). Tidak terkecuali juga dalam ruang lingkup
kegiatan akademik kemahasiswaan itu sendiri yang pastinya para
mahasiswa teknik sebagai calon sarjana teknik tidak pernah lepas
dari adanya tuntutan minimal dalam hal kesiapannya untuk menghadapi
perkembangan yang semakin kompetitif. Tugas Elemen Mesin I
merupakan tugas awal bagi setiap mahasiswa teknik mesin untuk
membuat suatu rancangan sederhana yang merupakan aplikasi dari
beberapa mata kuliah dasar yang telah diperoleh sebelumnya.
Sehingga mahasiswa nantinya akan mengetahui bagaimana aplikasi dari
teori-teori yang selama ini mahasiswa dapatkan.Tugas Elemen Mesin I
ini dibuat berdasarkan arahan dan saran-saran dari dosen
pembimbing. Di dalam tugas ini berisi penjelasan tentang masalah
perancangan kelayakan kekuatan sambungan baut pada kepala silinder.
Makalah ini disusun berdasarkan buku-buku yang berkaitan langsung
dengan masalah yang dimaksud. Oleh karena itu, masalah ini sengaja
diangkat sebagai bahan Tugas Elemen Mesin I karena masalah ini
dianggap perlu untuk diketahui, agar dapat menjadi pelajaran
penting untuk peningkatan kekuatan sambungan baut yang pada
akhirnya dapat meningkatkan efisiensi dari proses pembakaran pada
kepala silinder.
I.2.Batasan MasalahAdapun batasan masalah pada Tugas Elemen
Mesin I ini adalah baut yang mengalami beban dinamis akibat gaya
yang ditimbulkan oleh gerakan bolak-balik dari piston pada kepala
silinder.I.3. Maksud dan Tujuan PenulisanAdapun maksud dari Tugas
Elemen Mesin I ini adalah untuk menggunakan teori-teori yang
didapatkan pada bangku kuliah dalam perancangan suatu konstruksi
sederhana.Adapun tujuan Tugas Elemen Mesin I ini adalah :
1) Agar mahasiswa dapat menggunakan teori-teori yang selama ini
didapatkan di perkuliahan dalam suatu perancangan sederhana.
2) Melatih mahasiswa agar terbiasa dengan tugas-tugas
perancangan, dan menjadi dasar tugas-tugas berikutnya.
3) Agar mahasiswa mengetahui tata cara penyusunan sebuah laporan
tugas perencanaan.
4) Untuk melulusi Tugas Elemen Mesin I sebagai persyaratan
kurikulum akademik Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas
Hasanuddin.BAB II
TEORI DASAR
II.1. Jenis-Jenis Sambungan
Beberapa jenis sambungan yang biasa digunakan dalam suatu
perancangan dibidang konstruksi antara lain:
1. sambungan las (welding joint)2. Sambungan solder dan
sambungan perekat3. sambungan keling
4. sambungan sekrup
5. sambungan baut dan pasak
dari kelima sambungan diatas, maka yang dibahas dalam Tugas
Elemen Mesin I ini adalah sambungan baut.II.2. Sambungan Baut
Bentuk ini merupakan yang paling sederhana dan paling tua dari
sambungan dalam konstruksi mesin, suatu pasak melintang atau baut
(pasak besar) dipasang pada suatu lubang yang menembus masuk bagian
konstruksi yang disambungkan.1. Penggunaan
Adapun bentuk penggunaan sambungan baut antara lain:
a. Untuk pengamanan posisi dari dua bagian, contohnya bagian
atas dan bawah suatu kotak roda gigi dengan dua buah baut pas yang
jaraknya diatur sejauh mungkin satu sama lain.b. Untuk pengaturan
kekuatan putar atau kekuatan luncur dari naf terhadap poros dan
perletakan kuat dari gandar dengan pasak melintang atau pasak
memanjang.c. Untuk sambungan fleksibel atau bantalan dari sirip,
batang, piringan dan rol, dengan bautnya menembus ke dalam suatu
dudukan kuat dari bagian dan dipegang dalam dudukan luncur dari
bagian yang lain (baut piston, baut gandar, baut kopling) d. Untuk
penghenti dari pegas, batang dan semacamnya (pasak benam).e. Untuk
pembatasan gaya (baut patah).f. Untuk pengaman dari sekrup, mur,
dan buat (pasak benam, pasak melintang, bilah).2. Disain
Kekuatan dari baut serta pasak harus lebih tinggi daripada benda
kerjanya, umumnya St 50, St 60, atau C 35 untuk baut dan pasak yang
berhubungan dengan baja pegas untuk soket pemegang dan
sebagainya.
Baut penyambung berbeban tinggi ( contohnya baut poros ) adalah
dikeraskan dan dipoles. Pada baut berlubang (pipa) sebaiknya
diameter dalam did/1,5, untuk mencegah penekanan menjadi oval dan
penjepitan. Suatu penguatan untuk pengaman getaran dicapai pada
pasak dengan dudukan pres dan pada baut penyambung yang penting
dengan tambahan pengaman sisi, contohnya dengan cincin pengaman,
dengna pasak melintang, atau bilah, dengan top berulir dan mur atau
II.3. Ulir Pada Baut dan Mur
Ulir pengikat pada umumnya mempunyai profil penampang berbentuk
segitiga samakaki. Jarak antara satu puncak dengan puncak
berikutnya dari profil ulir disebut jarak bagi.
Berikut adalah penggolongan ulir menurut jenis, kelas, bahan dan
fungsinya.
1. Jenis ulir
Ulir digolongkan menurut bentuk profil penampangnya sebagai
berikut; ulir segitiga, persegi, trapesium, gigi gergaji, dan
bulat. Bentuk persegi, trapesium, dan gigi gergaji pada umumnya
dipakai untuk penggerak atau penerus gaya, sedangkan ulir bulat
dipakai untuk menghindari kemacetan karena kotoran. Tetapi bentuk
yang paling dipakai adalah ulir segitiga.
Ulir segitiga diklafikasikan lagi menurut jarak baginya dalam
ukuran metris dan inch, dan ulir kasar dan ulir lembut sebagai
berikut:
Seri ulir kasar metris Seri ulir kasar UNG Seri ulir lembut
metris
Seri ulir lembut UNF Seri ulir lenbut UNEF
Tabel 2.1 ukuran standar ulir kasar metris (JIS B 0205)
mmUlirJarak
Bagi
pTinggi
Kaitan
H1Ulir dalam
Diameter
luar
DDiameter
efektif
D2Diameter
dalam
D1
123Ulir luar
Diameter
luar dDiameter
efektif d2Diameter
inti d1
M 0.25
M 0.3M 0.350.075
0.08
0.090.041
0.043
0.0490.250
0.300
0.3500.201
0.248
0.2920.169
0.213
0.253
M 0.4
M 0.5M 0.450.1
0.1
0.1250.054
0.054
0.0680.400
0.450
0.5000.335
0.385
0.4190.292
0.342
0.365
M 0.6
M 0.55
M 0.70.125
0.15
0.1750.068
0.081
0.0950.550
0.600
0.7000.469
0.503
0.5860.415
0.438
0.511
M 0.8
M 1M 0.90.2
0.225
0.250.108
0.122
0.1350.800
0.900
1.0000.670
0.754
0.8380.583
0.656
0.729
M 1.2
M 1.4
M 1.70.25
0.3
0.350.135
0.162
0.1891.200
1.400
1.7001.038
1.205
1.4730.929
1.075
1.325
M 2
M 2.3
M 2.60.4
0.4
0.450.217
0.217
0.2442.000
2.300
2.6001.740
2.040
2.3081.567
1.867
2.113
M 3X0.5
M 3.50.5
0.6
0.60.271
0.325
0.3253.000
3.000
3.5002.675
2.610
3.1102.459
2.320
2.850
M 4X0.7
M 4.50.
0.75
0.750.379
0.406
0.4064.000
4.000
4.5003.515
3.513
4.0133.242
3.188
3.688
M 5X0.8
0.8
0.9
0.90.433
0.487
0.4875.000
5.000
5.5004.480
4.415
4.8154.134
4.026
4.526
M 6
M 8M 71
1
1.250.541
0.541
0.6776.000
7.000
8.0005.350
6.350
7.1884.917
5.917
6.647
M 10
M 9
M 111.25
1.5
1.50.677
0.812
0.1829.000
10.000
11.0008.188
9.026
10.0267.647
8.376
9.376
M 12
M 16M 141.75
2
20.947
1.083
1.08312.000
14.000
16.00010.863
12.701
14.70110.106
11.835
13.835
M 20
M 18
M 222.5
2.5
2.51.353
1.353
1.35318.000
20.000
22.00016.376
18.376
20.37315.294
17.294
19.294
M 24
M 30M 27
3
3
3.51.624
1.624
1.89424.000
27.000
30.00022.053
25.051
27.72720.752
23.752
26.211
M 36
M 33
M 393.5
4
41.894
2.165
2.16533.000
36.000
39.00030.727
34.402
36.40229.211
31.670
34.670
M 42
M 48M 454.5
4.5
52.436
2.436
2.70642.000
45.000
48.00039.077
42.077
44.75237.129
40.129
42.587
M 56
M 52
M 605
5.5
5.52.706
2.977
2.97752.000
56.000
60.00048.752
52.428
56.42846.587
50.046
54.046
M 64
M 686
63.248
3.24864.000
68.00060.103
64.10357.505
61.505
Seri ulir kasar dipakai untuk keperluan umum, seperti baut dan
mur. Seri ulir tersebut mempunyai jarak bagi yang kecil dan
dipergunakan pada bagian-bagian yang tipis. Ulir seri UNC,UNF,UNEF
merupakan gabungan antara standar Amerika dan Inggris.2. Kelas
ulir
Ukuran Ulir luar dinyatakan dengan diameter luar, diameter
efektif (diameter dimana tebal profil dan tebal alur dalam arah
sumbu adalah sama), dan diameter inti. Untuk ulir dalam, ukuran
tersebut dinyatakan dengan diameter efektif, ukuran pembatas yang
diizinkan, dan toleransi.
Atas dasar besarnya toleransi, ditetapkan kelas ketelitian
sebagai berikut:
Untuk ulir metris kelas 1, 2, dan 3
Untuk ulir UNC,UNF,UNEF : kelas 3A, 2A, dan 1A, untuk ulir
luar
Kelas 3B, 2B, dan 1B, untuk ulir dalam
Patokan yang dipakai untuk pemilihan kelas adalah sebagai
berikut:
Kelas teliti (kelas 1 dalam JIS) untuk ulir teliti Kelas sedang
(kelas 2 dalam JIS) untuk ulir teliti
Kelas kasar (kelas 3 dalam JIS) untuk yang sukar dikerjakan
misalnya ulir dalam pada lubang panjang3. Bahan ulir
Penggolongan ulir menurut kekuatannya distandarkan dalam JIS
seperti yang diperlihatkan dalam tabel 2.2. Arti bilangan kekuatan
untuk baut dalam tabel tersebut adalah: Angka disebalah kiri tanda
titik adalah 1/10 harga minimum kekuatan tarik B (kg/mm2), dan
sebelah kanan titik adalah 1/10 (B/). Untuk mur bilangan yang
bersangkutan menyatakan 1/10 tegangan beban jaminan.Tabel 2.2
Bilangan kekuatan baut/sekrup mesin dan murBaut/
Sekrup mesin
(JIS B 1051)Bilangan
kekuatan3.64.64.85.65.86.66.86.98.810.912.914.9
Kekuatan
Tarik
B (kg/mm2)
Minimum
3440506080100120140
Maksimum
49557080100120140160
Batas mulur
B (kg/mm2)
Minimum20243230403648546490108126
Mur
(JIS B 1052)Bilangan kekuatan4568101214
Tegangan beban yang dijamin (kg/mm2)40
506080100120140
4. Jenis ulir menurut bentuk bagian dan fungsinya
Baut dan mur dapat dibagi sebagai berikut: baut penjepit, baut
untuk pemakaian khusus, sekrup mesin, sekrup penetap, dan mur,
seperti diuraikan dibawah ini:i. Baut penjepit, dapat berbentuk:a.
Baut tembus, untuk menjepit dua bagian melalui lubang tembus,
dimana jepitan diketatkan dengan sebuah mur.b. Baut tap, untuk
menjepit dua bagian, dimana jepitan diketatkan dengan ulir yang
ditapkan pada salah satu bagian.c. Baut tanam, merupakan baut tanpa
kepala dan diberi ulir kedua ujungnya untuk dapat menjepit 2
bagian, baut ditanam pada salah satu bagian yang mempunyai lubang
berulir, dan jepitan diketatkan dengan sebuah mur.ii. Baut untuk
pemakaian khusus, dapat berupa:a. Baut pondasi, untuk memasang
mesin atau bangunan pada pondasinya.b. Baut penahan, untuk menahan
dua bagian dalam jarak yang tetap.c. Baut mata atau baut kait,
dipasang pada badan mesin sebagai kaitan untuk alat pengangkat.d.
Baut T, untuk mengikat benda kerja atau plat pada mesin atau dasar
yang mempunyai alur T, sehingga letaknya dapat diatur.
e. Baut kereta, banyak dipakai pada kendaraan.
oooo
Gambar II.1 Macam-macam baut untuk pemakaian khususiii. Sekrup
mesin
Sekrup ini mempunyai diameter sampai 8 (mm), dan untuk pemakaian
dimana tidak ada beban besar. Kepalanya mempunyai alur lurus atau
alur silang untuk dapat dikeraskan dengan obeng.
Gambar II.2 Macam-macam sekrup mesiniv. Sekrup penetap
Sekrup ini dipakai untuk menetapkan naf pada poros, atau dipakai
sebagai pengganti pasak. Biasanya dibuat dari baja yang ujungnya
dikeraskan.
Gambar II.3 Sekrup penetapv. Sekrup pengetap
Sekrup ini mempunyai ujung yang dikeraskan sehingga dapat
mengetap lubang plat tipis atau bahan yang lunak sewaktu diputar
masuk.vi. Mur
Pada umumnya mur mempunyai bentuk segienam, tetapi untuk
pemakaian khusus dapat dipakai mur dengan bentuk yang
bermacam-macam, seperti mur bulat, mur flens, mur mahkota, dan mur
kuping.
Gambar II.4 Macam-macam murII.4. Pemilihan Baut dan Mur
Untuk menentukan ukuran baut dan mur, berbagai faktor harus
diperhatikan seperti; sifat gaya yang bekerja pada baut, syarat
kerja, kekuatan bahan, kelas ketelitian, dll.
Adapun gaya-gaya yang bekerja pada baut dapat berupa:
i. Beban statis aksial murniii. Beban aksial, bersama dengan
beban puntir
iii. Beban geseriv. Beban tumbukan aksial
Pertama-tama akan ditinjau kasus dengan pembebanan aksial murni.
Dalam hal ini, persamaan yang berlaku adalah;
t = =
.......................................................................2.1Dimana
(kg) adalah beban tarik aksial pada baut, adalah tegangan tarik
yang terjadi di bagian yang berulir pada diameter inti (mm). Pada
sekrup atau baut yang mempunyai diameter luar (mm), umumnya
diameter besar inti , sehingga . Jika (kg/mm2) adalah tegangan yang
diizinkan, maka;
=
...................................................................2.2Dari
persamaan 2.1 dan 2.2 diperoleh;
atau ..................................................2.3
Harga tergantung pada macam bahan, yaitu SS, SC, atau SF. Jika
difinis tinggi, faktor keamanan dapat diambil sebesar 6-8, dan jika
definis biasa, besarnya antara 8-10. Untuk baja liat yang mempunyai
kadar karbon 0,2-0,3 (%), tegangan yang diizinkan umunya adalah
sebesar 6 (kg/mm2) jika definis tinggi, dan 4,8 (kg/mm2)jika
definis biasa.
Dalam hal mur, jika tinggi profil yang bekerja menahan gaya
adalah h(mm), seperti dalam gambar 2.4, jumlah lilitan ulir adalah
z , diameter efektif ulir luar , dan gaya tarik pada baut (kg),
maka besarnya tekanan kontak pada permukaan ulir (kg/mm2)
adalah;
...........................................................................2.4
Gambar II.4 Tekanan permukaan pada ulirDimana adalah tekanan
kontak yang diizinkan, dan biasanya tergantung pada kelas
ketelitian dan kekerasan permukaan ulir, seperti yang diberikan
dalam tabel 2.3. Jika persyaratan dalam persamaan 2.4 tersebut
dipenuhi, maka ulir tidak akan menjadi lumur atau dol. Ulir yang
baik mempunyai harga paling sedikit 75% dari kedalaman ulir penuh,
ulir biasanya mempunyai h sekitar 50% dari kedalaman penuhnya.
Jumlah ulir z dan tinggi mur H (mm) dapat dihitung dari
persamaan;
.............................................................................2.5
; p = jarak bagi
................................................................2.6
Menurut standar;
..............................................................................2.7
Dalam gambar 2.5, diperlihatkan bahwa gaya W juga akan
menimbulkan tegangan geser pada luas bidang silinder dimana kp
adalah tebal akar ulir luar. Besar tegangan geser ini, (kg/mm2)
adalah;
..............................................................................2.8Jika
tebal akar ulir pada mur dinyatakan dengan jp, maka tegangan
gesernya adalah;
.............................................................................2.9Untuk
uli metris dapat diambil k = 0,84 dan j = 0,75.
Tabel 2.3 Tekanan permukaan yang diizinkan pada ulirBahanTekanan
permukaan yang diizinkan
qa (kg/mm2)
Ulir luarUlir dalamUntuk pengikatUntuk penggerak
Baja liatBaja liat atau
perunggu31
Baja kerasBaja liat atau
Perunggu41.3
Baja kerasBesi cor1.50.5
BahanKecepatan luncurTekanan permukaan yang diizinkan
qa (kg/mm2)
BajaPerunggu Kecepatan rendah1.8 2.5
Perunggu3.0 m/min atau kurang1.1 1.8
Besi cor3.4 m/min atau kurang1.3 1.8
Perunggu6.0 12.0 m/min0.6 1.0
Besi cor0.4 0.7
Perunggu 15.0 m/min atau lebih0.1 0.2
Gambar II.5 Geseran pada ulir
Bila beban yang bekerja pada baut merupakan gabungan antara gaya
tarik aksial dan momen puntir, maka sangat perlu untuk menentukan
cara memperhitungkan pengaruh puntiran tersebut. Jika gaya aksial
dinyatakan dengan W (kg), maka harus ditambahkan W/3 pada gaya
aksial tersebut sebagai pengaruh tambahan dari momen puntir. Cara
ini merupakan perhitungan kasar, dan dipakai bila perhitungan yang
lebih teliti tidak diperlukan.
Bila terdapat gaya geser murni W(kg), tegangan geser yang
terjadi masih dapat diterima selama tidak melebihi harga yang
diizinkan. Jadi, untuk satu penampang yang mendapat beban geser.
Tegangan geser diizinkan diambil antara , dimana adalah tegangan
tarik yang diizinkan. Perlu diperhatikan bahwa beban geser harus
ditahan oleh bagian badan baut yang tidak berulir, sehingga gaya
geser yang ada dibagi luas penampang yang berdiameter d.
Baut yang mendapat beban tumbukan dapat putus karena adanya
konsentrasi tegangan pada bagian akar profil ulir. Dengan demikian
diameter inti baut harus diambil cukup besar untuk mempertinggi
faktor keamanannya. Baut khusus untuk menahan tumbukan biasanya
dibuat panjang dan bagian yang tidak berulir dibuat dengan diameter
lebih kecil daripada diameter intinya atau diberi lubang pada
sumbunya sepanjang bagian yang tidak berulir.
Panjang l dari baut tap atau baut tanam yang disekrupkan ke
dalam lubang ulir, tergantung pada bahan lubang ulir yaitu; untuk
baja atau perunggu l = d, untuk besi cor l = 1,3 d, untuk logam
lunak l = (1,8 -2,0)d.kedalaman lubang ulir harus sama dengan l
ditambah 1-10(mm).
Permukaan dimana kepala baut atau mur akan duduk, harus dapat
manahan tekanan permukaan sebagai akibat dari aksial baut. Untuk
menghitung besarnya tekanan ini, dianggap bahwa luas bagian kepala
baut atau mur yang akan menahan gaya adalah lingkaran yang diameter
luarnya sama dengan jarak dua sisi sejajar dari segienam B(mm), dan
diameter dalamnya sama dengan diameter-diameter luar baut d(mm).
Jika beban aksial baut adalah W (kg), maka besarnya tekanan
permukaam dudukan adalah;
.............................................................2.10Dimana
qsa adalah tekanan permukaan yang diizinkan.
Baut atau mur dapat menjadi kendor atau lepas karena getaran.
Untuk mengatasi hal ini perlu dipakai penjamin. Penjamin yang umum
dipakai yaitu;
1. Cincin penjamin, yang dapat berbentuk cincin pegas, cincin
bergigi luar, cincin cekam, dan cincin berlidah.2. Mur penjamin
yang menggunakan dua buah mur, yang bentuknya dapat
bermacam-macam.3. Pena penjamin, sekrup mesin, atau sekrup
penetap.4. Macam-macam penjamin lainnya, seperti dengan cincin
nilon yang disisipkan pada ujung mur untuk memperbesar gesekan
dengan baut, menipiskan dan membelah ujung mur yang berfungsi
sebagai penjepit, dll.II.5. Ulir Dengan Beban berulang
Dalam praktek, pengetahuan tentang tata cara perhitungan ulir
yang dikenai beban dinamis atau beban berulang adalah sangat
penting. Sebagai contoh pada kasus ini adalah baut yang dipakai
untuk menjepit kepala silinder motor bakar torak dimana tekanan di
dalam silinder selalu berubah-ubah antara harga nol dan
maksimumnya.
Misalkan dua buah plat dijepit oleh sebuah baut dengan gaya awal
P0 (kg). Karena gaya tersebut, baut akan mengalami perpanjangan
sebesar(mm) dan plat akan mengalami pengurangan pada tebalnya
sebesar (mm) karena elastisitas. Pepanjangan dan penipisan tersebut
berbanding lurus dengan gaya jepit yaang bekerja. Jika konstanta
pegas dari baut dan plat berturut-turut dinyatakan dengan Cb
(kg/mm), dan Cp(kg/mm), maka gaya jepit awal dapat dinyatakan
sebagai;
;
...............................................................2.11Gambar
II.6 Dua buah plat dijepit dengan baut dan murPersamaan tersebut
dapat digambarkan seperti dalam gambar 2.7(a).Jika digeser ke kanan
dan digeser ke kiri hingga PP dan SS berimpit, akan diperoleh
gambar 2.7(b). Besarnya konstanta pegas dari baut dan pelat dapat
juga dinyatakan sebagai tangen sudut dan sebagai berikut;
........................................................2.12Jika
Eb (kg/mm2) menyatakan modulus elastisitas baut, l (mm) panjang
ekivalen baut, Ak (mm2) luas penampang inti baut, lp (mm) tebal
plat, dan H (mm) tinggi mur, maka;
.............................................2.13Untuk baut
dengan bagian yang tak berulir sepanjang dan yang berulir seperti
dalam gambar 2.8, maka;
.....................................................................2.14
....................................................2.15
Gambar II.7 Gaya jepit serta perpanjangan pada baut dan
penipisan
pada plat atau bagian yang diikat
Gambar II.8 Silinder dan ulir dari sebuah baut
Konstanta pegas dari plat, sangat sukar dihitung karena luasnya,
kecuali untuk bentuk-bentuk tertentu. Dalam hal ini, beberapa rumus
telah diajukan untuk menaksir luas bagian plat yang terpengaruh
oleh jepitan baut. Di sini hanya akan dipakai rumus Fritsche
sbb;
..........................................................2.16Dimana:
B =Jarak antara dua sisi segi enam yang sejajar, (dari mur atau
kepala baut
(mm)).
D =Diameter lubang baut, (mm)
K =konstanta bahan yang besarnya antara 1/3 1/5
Dengan demikian maka konstanta pegas dari plat dapat ditulis
sebagai;
.......................................2.17
Jka kemudian ada gaya luar yang mencoba saling memisahkan kedua
plat tersebut dalam arah sumbu baut, maka gaya aksial pada baut
akan bertambah sehingga lebih besar dari P0. Misalkan gaya pemisah
tersebut besarnya P dan bekerja pada bagian penampang plat seperti
dalam gambar 2.9. maka bagian yang diarsir dengan garis mendatar,
yaitu luas (1-n)lp, akan mengalami penambahan kompresi, sedangkan
bagian penampang yang diarsir dengan garis tegak, yaitu luas nlp,
akan mengalami pengurangan kompresi. Akibatnya ialah bahwa plat
akan cenderung untuk kembali kepada tebal semula. Harga n pada
umumnya diambil sebesar 1, 3/4, atau .
Gambar II.9 Pengaruh titik kerja gaya luar
Misalkan dari gaya luar P, bagian P0 mengakibatkan perpanjangan
baut sebesar dan penipisan plat sebesar . Misalkan pula bahwa
modulus elastisitas sama dengan modulus elastisitas plat .
Maka;
.........................2.18
Penipisan bagian plat yang tebalnya nlp akan berkurang ekivalen
dengan . Pengurangan kompresi pada bidang kontak antara kedua plat
adalah;
................................................................2.19Hubungan
ini digambarkan dalam gambar 2.10, dimana;
Gaya luar P = Pp+Pb digambarkan dengan garis tegak yang kedua
ujungnya berada di garis titik-titik. Sekarang jika digunakan
notasi;
Pb/P =
...........................................................................................2.20
Gambar II.10 Hubungan antara gaya yang bekerja pada ulir dan
Resultante perpanjangan dan
penipisan (perpendekan)Maka
.................................................................................2.21
Perbandingan antara gaya jepit awal P0 dan Pp disebut faktor
pelepasan L, yang dapat ditulis sebagai;
...........................................................................2.22Dalam
tabel 2.4 diberikan harga-harga L tersebut. Notasi 10K, 12K, 6G,
dan 8G dalam tabel tersebut berhubungan dengan sistem pembagian
kekuatan ulir atau kekuatan bahan menurut standar DIN. Sifat-sifat
mekanisnya diberikan dalam tabel 2.5.
Setiap distribusi gaya jepit harus dikoreksi dengan menggunakan
faktor pengetatan a dari tabel 2.6 sebagai berikut;
.............................................................................2.23
Penambahan gaya jepit PT karena adanya kenaikan temperatur pada
waktu operasi, dapat ditambahkan. Dengan demikian maka gaya jepit
maksimum adalah;
...........................................................2.24
Dengan mempergunakan harga batas mulur (kg/mm2) dalam tabel 2.5,
perlu diperiksa apakah Pmax memenuhi persamaan berikut
...................................................................................2.25Selanjutnya,
amplitudo tegangan baut (kg/mm2) adalah;
..........................................................................2.26Besarnya
amplitudo ini tidak boleh melebihi batas kelelahan ulir luar
menurut tabel 2.7.
Tekanan dudukan kepala baut atau mur dapat dihitung dengan
rumus;
.....................................................................2.27Dalam
hal ini perlu diperiksa apakah harga tersebut tidak melebihi harga
yang ada dalam tabel 2.8.
Jika diberikan beban dinamis dan statis aksial, beban statis dan
dinamis radial atau lintang, atau gaya jepit awal, maka untuk
menaksir diameter nominal baut yang sesuai (sebagai taksiran
pertama), dapat dipergunakan tabel 2.9.
Tabel 2.4 Faktor pelepasan L10K
12K
Ib/d
Beban DinamisB
e
b
a
n
s
t
a
t
i
s
Tarikan
Permukaan kontak halus (2)
3 plat 6 plat
Permukaan kontak kasar (4)
3 plat 6 plat
Geseran, atau gabungan antara tariakan lenturan,
puntiran dan geseran.
Permukaan kontak kasar (4)
3 plat plat
Permukaan kontak kasar (8)
3 plat 6 plat
10()17()30()50()0
M4
-
M8M4
-
M8M4
-
M8M4
-
M8M4
-
M8M4
-
M8M4
-
M8M4
-
M8M4
-
M8M4
-
M8M4
-
M8Se
Mua
Baut pendek1
2
33
21.5321.55
3243.5
2.51.2
Baut sedang1
2
31.51.321.441.82.01.6
2.5
Baut panjang1
2
31.41.31.61.321.44
31.6
Baut sangat panjang111,31.41.31.61.3
2.51.4
6G
8G10 17 30 0
Beban dinamisB
e
b
a
n
s
t
a
t
i
s
Tarikan
Permukaan kontak halus (2)
3 plat 6 plat
Permukaan kontak kasar (2)
3 plat 6 plat
Geseran, atau gabungan antara tariakan lenturan, puntiran dan
geseran.
Permukaan kontak halus (4)
3 plat 6 plat
3 plat
Tabel 2.5 Sifat mekanis baja sekrupBilangan kekuatan
DIN4A4D4P4S5D5S6D6S6G8G10K12K
Percobaan
tarik
Kekuatan tarik
B (kg/mm)34-
4234-55
40-
5550-70
60-80
80-
100100-
120120-
140
Batas mulur
minimum
Y (kg/mm)20
21
21
32
28
40
36
48
54
64
90
108
Perpanjangan
(min.)%3025-142210188121288
Percobaan
kekerasanKekerasan
brinell98-
12098-160115-
160145-205175-235235-
293293-
350350-
405
Tabel 2.6 Faktor pengetatanFactor pengetatanAlat untuk
mengetatkan jepitan
1.25kunci
1.4kunci, kunci dengan pembatas momen
1.6Kunci dengan pukulan
(perpanjangan baut diukur)
1.8kunci, kunci dengan pembatas momen
2Kunci dengan pukulan
(diputar pada murnya)
3Kunci yang pemegangnya disambung dengan pipa
Tabel 2.7 Batas kelelahan ulir luar yang dikombinasikan
dengan mur yang dipres.Cara pembuatan1Bilangan
Kekuatan
(DIN)Batas kelelahan (kg/mm2)
M4 M8M4 M16M18-M30
Ulir dirol
Ulir dirol
Ulir dibubut/dipotong
Ditemper6G
6G, 8G
10K, 12K6
6
75
5
64
4
5
Ulir dirol
Ulir dirol setelah
ditemper25
256G
6G, 8G
10K, 12K13
13
1512
12
1411
11
13
Ulir dirol
Ulir dirol setelah
ditemper70
706G
6G, 8G
10K, 12K10
10
119
9
108
8
9
Tabel 2.8 Batas tekanan dudukan dari bahan
BahanBatas tekanan dudukan
Psa (kg/mm2)
Baja St37, S20C
Baja St50, S30C
Baja C45 (ditemper), S45C
Besi cor GG22, FC20
Paduan magnesium-aluminium GDMgAl9
Paduan magnesium-aluminium GDMgAl9
Paduan silica-aluminium tembaga GKAlSi6Cu430
50
90
100
20
20
30
Tabel 2.9 Pemilihan sementara diameter nominal ulirGaya luar
dari 1 baut (kg)Gaya jepit awalDiameter nominal ulir
(mm)
Beban statis
searah sumbu
ulir PBeban dinamis
searah sumbu
ulir PBeban statis atau dinamis
Lintang QP0 (kg)6G8G10K12K
160
250
400
630
1000
1600
2500
4000
6300
10000
16000
25000100
160
250
400
630
1000
1600
2500
4000
6300
10000
1600032
50
80
125
200
315
500
800
1250
2000
3150
5000250
400
630
1000
1600
2500
4000
6300
10000
16000
25000
400004
5
6
7
9
12
14
18
22
27
-
-4
5
6
7
8
10
14
16
20
24
30
--
4
5
6
7
9
12
14
16
20
27
30-
4
5
5
7
8
10
12
16
20
24
30
II.6. Diagram Perencanaan
.
II.7. Rumus yang digunakan
1. Penentuan tekanan Efektif rata-rata
1. Daya kuda efektif (BHP)
2. Tekanan efektif rata-rata (MEP)
2. Perhitungan kekuatan baut1. Gaya dorong yang diperoleh setiap
baut pada kepala silinder (F) adalah:F = P.Ad2. Panjang baut pada
bagian bawah kepala (L)
3. Panjang bagian yang tak berulir (l1)
l1= l b4. Panjang efektif baut l2 (mm)
5. Konstanta pegas baut (Cb)
Konstanta pegas pelat
6. Faktor pertambahan beban aksial baut
7. Keadaan permukaan baut
8. Gaya jepit awal yang diperlukan (P0)
9. Gaya aksial baut maximum (Pmaks)
10. . Aman
11. Amplitudo tegangan
12. Batas kelelahan,
.................................................aman13. Tekanan
dudukan, Ps
.......................................................aman
BAB III
DATA KONTRUKSI
III.1. Gambar Konstruksi
III.2. DataData Konstruksi
Torsi maksimum (T)
= 0.99 kgf.m Putaran poros (N)
= 5000 rpm Langkah piston (S)
= 57,9 mm Diameter piston (d)
= 52,4 mm Konstanta dynamometer
= 9549,3 Volume gelas ukur (VGU)
= 50.10-3 m3 Massa jenis bahan bakar (f)
= 0,74 kg/liter Jumlah silinder (z)
= 1 Konstanta untuk motor 4 langkah
= 2 Data lain yang dibutuhkan dapat diperoleh dari tabel yang
tersedia.BAB IVPERHITUNGAN KONTRUKSI
IV.1. Penentuan Tekanan Efektif Rata-Rata (Mean Effective
Pressure)1. Daya kuda efektif (BHP)
Dimana; T = Torsi (N.m)
N = Putaran poros (rpm)
9549,5 = Konstanta dynamometer
Dari data diperoleh:
Torsi maksimum = 0,99 kg.f = 9,71 N.m
Putaran poros = 5000 rpm
Jadi,
2. Tekanan efektif rata-rata (MEP)
Dimana; Ka = 2 ( Konstanta untuk motor 4 langkah )
Vs = Volume silinder =
Dengan; d = diameter silinder = 52,4 mm2 = 0.0524 m2
s = langkah piston = 57,9 mm2 = 0,0579 m2
z = jumlah silinder = 1
maka;
= 1,25. 10-4 m3
= 9,8 . 105 kPa = 9,8 . 108 Pa = 102kg/mm2IV.2. Perhitungan
kekuatan baut
Gaya dorong yang diperoleh setiap baut pada kepala silinder (F)
adalah:
F = P.Ad
Dimana, P = MEP/4 = 25 kg/mm2
Ad = ..(10)2 = 78,5 mm2
Jadi,
F = 25.(78,5) = 1962,5 kgArtinya setiap baut akan mendapat beban
yang berulang dari P = 0-1962,5 kg1. Oleh karena itu kita anggap P
= 0-1962,5 kg
2.Misalkan bahan baut, golongan 8G`
Kekuatan tarik = 80 100 kg/mm2
Batas mulur minimum = 64 kg/mm2
3.Modulus elastisitas (E) = 2,1.104kg/mm2
4.Ambil titik kerja gaya (n) = . Dari daftar diameter nominal,
ambil beban aksial dinamis 630 1000 kg maka untuk golongan 8G,
diperoleh M8 M10, dan dpilih adalah M10.5.* Panjang baut pada
bagian bawah kepala (L)
Dimana, lp = tinggi kepala silinder (mm)
H = kedalaman ulir pada mesin (mm)
Panjang ulir baut (b) = 40 mm Panjang bagian yang tak berulir
(l1)
Panjang efektif baut l2 (mm)
= 90 -80 +
= 25 mm
Dimana, Ad = luas penampang tak berulir
Ak = luas penampang inti6. Konstanta pegas baut (Cb)
=
=
Konstanta pegas pelat
Dimana, B = Jarak antara dua sisi sejajar segienam (dari
mur atau kepala baut)
k = Konstanta bahan yang besarnya 1/3 1/57. Faktor pertambahan
beban aksial baut
8. Keadaan permukaan baut
9. Faktor pengetatan (a)
a = 1,25 (kunci pemegangnya disambung dengan pipa)
Faktor pelepasan / pengendoran
L = 1,4
10. Gaya jepit awal yang diperlukan (P0)
= 1,25. 1,4 (1- 0,066) 1962,5
P0 = 3207,71 kg
11. Gaya aksial baut maximum (Pmaks)
= 3207,71 + 0,066(1962,5)
12.
3524,483337,23
.............................................aman15. Amplitudo
tegangan
=
16.Cara pembuatan ulir baut adalah dirol, 8G, M10-M1617.Batas
kelelahan,
.................................................aman18.Tekanan
dudukan, Ps
=
Dengan bahan disekitar S53C,batas tekanan dudukan adalah 50
kg/mm2.
.......................................................aman19.Hasil
: 8G, M10, B = 19 mm, dudukan kasar, ulir dirol.BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1Kesimpulan
Dari hasil perencanaan, maka kesimpulan yang dapat diperoleh
adalah sebagai berikut:
1. Kontruksi ini menggunakan sambungan baut sebagai pengikat
silinder head, dengan jumlah baut 4 buah dan mengalami pembebanan
secara berulang-ulang.2. Bahan baut dari golongan 8G, batas
kelelahan ulir luar yang dikombinasikan dengan mur yang dipres dari
golongan M10, Jarak antara dua sisi sejajar segienam (dari mur atau
kepala baut) adalah B=19mm dengan dudukan kasar dan ulir dirol. 3.
Data lain yang dibutuhkan, dapat diperoleh dari tabel yang
tersedia.
V.2Saran
1. Untuk sambungan baut yang dikenai dengan beban dinamis, maka
tata cara perhitungan ulir sangat penting untuk diketahui.2. Perlu
pengetahuan tentang jenis-jenis ulir, kelas ulir, dan beban ulir
serta jenis ulir dan bentuk bagian menurut fungsinya pada setiap
janis baut yang digunakan sebagai sanbungan.
3. Pemilihan baut dan mur harus sesuai dengan faktor-faktor yang
akan mempengaruhi kekuatan dan ketahanan baut dan mur seperti gaya
yang bekerja baut dan mur, kekuatan bahan, kelas ketelitian, dll.
DAFTAR PUSTAKA.
Niemann, G. 1999. Elemen Mesin Jilid 1Disain dan Kalkulasi dari
Sambungan, Bantalan dan Poros. Jakarta: Erlangga.Sularso, dkk.1991.
Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta: PT Pradnya
Paramita.PAGE 3Sujawan LongeRindiD211 09 331
_1271157100.unknown
_1271792032.unknown
_1272786429.unknown
_1274041347.unknown
_1303931525.unknown
_1303931628.unknown
_1303931838.unknown
_1303932135.unknown
_1303931619.unknown
_1274041589.unknown
_1274041836.unknown
_1274042024.unknown
_1274042234.unknown
_1274042284.unknown
_1274042184.unknown
_1274041859.unknown
_1274041668.unknown
_1274041503.unknown
_1274041545.unknown
_1274041384.unknown
_1273934248.unknown
_1274041096.unknown
_1274041172.unknown
_1274041285.unknown
_1274041124.unknown
_1274040966.unknown
_1274040998.unknown
_1274039607.unknown
_1273934218.unknown
_1273934228.unknown
_1272786967.unknown
_1272787084.unknown
_1272654732.unknown
_1272784569.unknown
_1272784925.unknown
_1272785272.unknown
_1272786171.unknown
_1272784984.unknown
_1272784679.unknown
_1272734674.unknown
_1272783199.unknown
_1272734626.unknown
_1272290987.unknown
_1272654123.unknown
_1272654231.unknown
_1272637219.unknown
_1272637347.unknown
_1272291129.unknown
_1271792628.unknown
_1271792944.unknown
_1272009437.unknown
_1271792697.unknown
_1271792410.unknown
_1271792528.unknown
_1271792257.unknown
_1271329989.unknown
_1271789298.unknown
_1271791020.unknown
_1271791402.unknown
_1271791560.unknown
_1271791045.unknown
_1271789854.unknown
_1271790455.unknown
_1271789782.unknown
_1271490831.unknown
_1271789178.unknown
_1271789264.unknown
_1271789145.unknown
_1271489659.unknown
_1271490153.unknown
_1271489512.unknown
_1271328838.unknown
_1271329186.unknown
_1271329636.unknown
_1271329960.unknown
_1271329316.unknown
_1271329149.unknown
_1271329164.unknown
_1271328899.unknown
_1271182216.unknown
_1271184391.unknown
_1271328528.unknown
_1271184314.unknown
_1271180800.unknown
_1271180881.unknown
_1271180631.unknown
_1270931949.unknown
_1271154656.unknown
_1271155446.unknown
_1271156240.unknown
_1271156317.unknown
_1271156118.unknown
_1271155241.unknown
_1271155306.unknown
_1271154923.unknown
_1270933116.unknown
_1270933282.unknown
_1271154408.unknown
_1270933142.unknown
_1270932309.unknown
_1270932512.unknown
_1270932277.unknown
_1270931309.unknown
_1270931624.unknown
_1270931788.unknown
_1270931877.unknown
_1270931721.unknown
_1270931426.unknown
_1270931517.unknown
_1270931348.unknown
_1270925975.unknown
_1270931005.unknown
_1270931193.unknown
_1270930915.unknown
_1270925921.unknown
_1270925955.unknown
_1270925580.unknown