BAB II DASAR TEORI
II.1. Pengertian Bor
Bor adalah salah satu mesin perkakas, yang secara umum digunakan untuk mengebor suatu benda kerja. Pada mesin ini juga dapat dilakukan pekerjaan – pekerjaan yang lainnya seperti, memperluas lubang, pengeboran untuk tirus pada bagian suatu lubang atau pembenaman. Dalam pelaksanaannya pengeboran sesungguhnya adalah suatu poros yang berputar, dimana pada bagian ujungnya (bagian bawah) disambungkan mata bor yang dapat mengebor terhadap benda kerja yang di jepit pada meja mesin bor. Jadi secara umum dalam pelaksanaan pengeboran suatu lubang pada benda kerja diperlukan suatu mesin bor yang bekerja baik dan teliti. Mesin dapat dapat mengebor benda kerja secara secara terus menerus menerus dan mempunyai mempunyai kecepatan poros yang dapat disetel menurut kebutuhannya dan dapat dilakukan bermacam – bermacam – macam macam pengeboran yang sesuai kebutuhan.
II.2.1 Bagian Utama Utama Mesin Bor
Bagian utama mesin bor adalah sebagai berikut : 1. Spindel pada mesin bor berfungsi menggerakkan menggerakkan mata bor 2. Drill head pada mesin bor berfungsi menopang mekanisme penggerak pisau potong dan menghantarkan ke benda kerja.
3. Lengan Radial, bagian dari mesin bor radial yang dapat bergerak naik turun maupun berputar dimana motor penggerak dan drill head terpasang kuat. 4. Meja, bagian yang menopang seluruh bagian mesin bor dimana meja terbuat dari material besi cor dengan kekuatan yang tinggi dan stabilitas yang mantap.
II.3. Jenis – jenis Mesin Bor II.3.1 Mesin Bor Meja
Mesin bor meja digunakan untuk proses bor sederhana (aplikasi ringan) dimana dalam pengoperasiannya digunakan penekanan tangan pada hand feed lever atau otomatik untuk menurunkan mata bor menuju benda kerja
yang dilubangi.
Gambar 2.1
II.3.2 Mesin Bor Tegak
Mesin bor tegak merupakan jenis mesin bor meja dengan kemampuan mengerjakan benda kerja
ukuran yang lebih besar dimana proses
pemakanan dari mata bor dapat dikendalikan secara otomatis naik turun.
Gambar 2.2 II.3.3 Mesin Bor Radial
Mesin bor radial mampu digunakan untuk benda kerja dengan dimensi yang relatif besar dengan pisau potong (mata bor) yang juga besar.
Gambar 2.3
II.3.4 Mesin Bor Gang
Mesin bor gang mempunyai lebih dari satu spindel, biasanya empat spindel dengan satu buah meja. Mesin in digunakan untuk melakukan beberapa operasi sekaligus sehingga lebih cepat.
Gambar 2.4
II.4 Bearing (bantalan)
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan menurun atau tidak dapat bekerja secara semestinya. Jadi bantalan dalam permesinan dapat disamakan peranannya dengan pondasi pada gedung. Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1.
Atas Dasar Gerakan Bantalan Terhadap Poros.
a. Bantalan Luncur. Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas. b. Bantalan Gelinding. Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat. 2.
Atas Dasar Arah Beban Terhadap Poros. a. Bantalan Radial. Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros. b. Bantalan Radial. Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros. c. Bantalan Gelinding Khusus. Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus dengan sumbu poros.
II.4.1 Bantalan gelinding
Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan bagian yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum, dan rol bulat. Bantalan gelinding mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding yang sangat kecil dibandingkan dengan bantalan luncur. Elemen gelinding seperti bola atau rol dipasang antara cincin luar dan dalam. Dengan memutar salah satu cincin tersebut, bola atau rol akan melakukan gerakan gelinding sehingga gesekan akan jauh lebih kecil. Untuk bola atau rol, ketelitian tinggi
dengan bentuk dan ukurannya merupakan suatu keharusan. Karena luas bidang kontak antara bola dan rol dengan cincin sangat kecil, maka besarnya beban yang dipakai harus memiliki ketahanan dan kekerasan yang sangat tinggi. Kelakuan Bantalan Gelinding : 1.
Membawa beban aksial Bantalan radial mempunyai sudut kontak yang besar antara elemen dan cincinnya, dapat menerima sedikit beban aksial. Bantalan bola macam alur dalam, bantalan bola kontak sudut, dan bantalan rol kerucut merupakan bantalan yang dibebani gaya aksial kecil.
2.
Kelakuan terhadap putaran Diameter d (mm) dikalikan dengan putaran permenit n (rpm) disebut harga d.n. Harga ini untuk suatu bantalan yang mempunyai bantalan empiris, yang besarnya tergantung pada macamnya dan cara pelumasannya.
3.
Kelakuan gesekan Bantalan bola dan bantalan rol silinder mempunyai gesekan yang relatif kecil dibandingkan dengan bantalan yang lainnya. Untuk alat-alat ukur, gesekan bantalan merupakan penentuan ketelitiannya.
4.
Kelakuan dalam bunyi dan getaran. Hal ini dipengaruhi oleh kebulatan bola dan rol, kebulatan cincin, kekerasan elemen-elemen tersebut, keadaan sangkarnya, dan kelas mutunya. Faktor lain yang mempengaruhi adalah ketelitian pemasangan, konstruksi mesin (yang memakai bantalan tersebut), dan kelonggaran dalam bantalan.
Gambar 2.1. : Jenis bantalan gelinding Sumber : Sularso, 2004.
II.4.2 Sistem Pelumasan Pada Bantalan
Penggunaan bantalan pada suatu mesin, haruslah memperhatikan sistem pelumasan yang akan digunakan, sehingga konstruksi, kondisi kerja, dan letak bantalan menjadi pertimbangan dalam pemilihan. Tempat pelumasan, bentuk serta kekerasan alur minyak juga merupakan faktorfaktor penting.
Dalam pelumasan bantalan, dikenal bermacam-macam cara, antara lain : 1.
Pelumasan tangan Cara ini sesuai pada beban ringan, kecepatan rendah, atau kerja yang tidak terus menerus. Kekurangannya adalah bahwa aliran pelumasan tidak selalu tetap, atau pelumasan menjadi tidak teratur.
2.
Pelumasan tetes Dari sebuah wadah, minyak diteteskan dalam jumlah yang banyak dan teratur melalui sebuah katup jarum. Cara ini untuk beban ringan dan sedang.
3.
Pelumasan sumbu Cara ini menggunakan sebuah sumbu yang dicelupkan dalam mangkok minyak sehingga minyak terhisap oleh sumbu tersebut. Pelumasan ini dipakai seperti dalam hal pelumasan tetes.
4.
Pelumasan percik Dari suatu bak penampung, minyak dipercikkan. Cara ini digunakan untuk melumasi torak dan silinder motor bakar torak yang berputar tinggi.
5.
Pelumasan cincin Pelumasan ini menggunakan cincin yang digantungkan pada poros sehingga akan berputar bersama poros sambil mengangkat minyak dari bawah. Cara ini dipakai untuk beban sedang.
6.
Pelumasan pompa Pelumasan pompa dipergunakan untuk mengalirkan minyak ke dalam bantalan. Cara ini dipakai untuk melumasi bantalan yang sulit letaknya, seperti pada bantalan utama motor putaran tinggi dan beban besar.
7.
Pelumasan gravitasi Pada bantalan diletakkan sebuah tangki, minyak dialirkan oleh gaya beratnya. Cara ini dipakai untuk kecepatan sedang dan tinggi pada kecepatan keliling sebesar 10-15 m/s.
8.
Pelumasan celup Sebagian dari bantalan dicelupan dalam minyak. Cara ini cocok untuk bantalan dengan poros tegak, seperti pada turbin air. Disini perlu diberikan perhatian pada besarnya gaya gesekan, karena tahanan minyak, kenaikan temperatur dan kemungkinan masuknya kotoran atau benda asing. Bantalan dalam permesinan seperti halnya dalam pondasi bangunan. Artinya apabila bantalan tidak berfungsi dengan baik, maka sistem tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya. Dalam
memilih
bantalan
yang
diperhatikan hal-hal sebagai berikut : 1. Tinggi rendahnya putaran poros 2. Jenis bahan yang dikenakan 3. Besar-kecilnya beban yang dikenakan
akan
digunakan,
perlu
4. Ketelitian elemen mesin 5. Kemudahan perawatannya Adapun analisa terhadap bantalan, dilakukan untuk menghitung umur bantalan berdasar beban yang diterima oleh bantalan. Perhitungan umur bantalan tersebut menggunakan rumus (Sularso,2004) ………………………………………………. 2.1
Lh = 500.fh3 Keterangan : Lh fh
= Umur bantalan (jam) = Faktor umur
Faktor
umur (fh)
dihitung
dengan
menggunakan
rumus
(Sularso,2004) : fh = fn . C/P
................................................................................ 2.2
Keterangan : fn
= Faktor kecepatan
C = Kapasitas dinamik spesifik P
= Beban yang diterima (N)
Sementara fn untuk bantalan peluru dihitung dengan rumus (Sularso, 2004) yaitu : fn
= (33,3/ n)1/3 ........................................................................ 2.3
Keterangan : n = Kecepatan putar
II.5 Roda Gigi
Jika dari dua buah roda gigi berbentuk silinder atau kerucut yang saling bersinggungan pada kelilingnya salah satu diputar maka yang lain akan ikut berputar pula. Alat yang menggunakan cara kerja semacam ini untuk mentranmisikan daya disebut roda gesek. Cara ini cukup baik untuk meneruskan daya kecil dengan putaran yang tidak tepat. Untuk mentransmisikan daya besar dan putaran yang tepat tidak dapat dilakukan dengan roda gesek. Untuk ini, kedua roda tersebut harus dibuat bergigi pada kelilingnya sehingga penerusan daya dilakukan oleh gigi-gigi kedua roda yang saling berkait. Roda bergigi semacam ini, yang dapat berbentuk silinder atau kerucut, disebut roda gigi. Di luar cara transmisi di atas, ada pula cara lain untuk meneruskan daya, yaitu dengan sabuk atau rantai. Namun demikian, transmisi roda gigi mempunyai keunggulan dibandingkan dengan sabuk atau rantai karena lebih ringkas, putaran lebih tinggi dan tepat, dan daya lebih besar. Kelebihan ini tidak selalu menyebabkan dipilihnya roda gigi di samping cara lain, karena memerlukan ketelitian yang lebih besar dalam pembuatan, pemasangan, maupun pemeliharaannya. Pemakaian roda gigi sebagai alat transmisi telah menduduki tempat terpenting disegala bidang selama 200 tahun terkhir ini. Penggunaannya dimulai dari alat pengukur yang kecil dan teliti seperti jam tangan, sampai roda gigi reduksi pada turbin besar yang berdaya puluhan megawatt.
II.5.1 Macam-macam Roda Gigi
naikkan
II.5.1.1 Roda Gigi Lurus atau Sejajar
Roda gigi dengan poros sejajar adalah roda gigi dimana giginya berjajar pada bidang silinder (disebut ”bidang jarak bagi”); kedua bidang silinder tersebut bersinggungan dan yang satu menggelinding pada yang lain dengan sumbu tetasejajar. Roda gigi lurus merupakan roda gigi paling dasar dengan jalur gigi yang sejajar poros. II.5.1.2 Roda Gigi Miring
Roda gigi miring mempunyai jalur gigi yang membentuk ulir pada silinder jarak bagi. Pada roda gigi miring ini, jumlah pasangan gigi yang saling membuat kontak serentak adalah lebih besar dari pada roda gigi lurus, sehingga pemindahan momen atau putaran melalui gigi-gigi tersebut dapat berlangsung dengan halus. Sifat ini sangat baik untuk
mentrasmisikan putaran tinggi dan beban besar. Namun roda gigi miring memerlukan bantalan aksial dan kotak roda gigi yang lebih kokoh, karena jalur roda gigi yang membentuk ulir tersebut menimbulkan gaya reaksi yang sejajar dengan poros, dalam hal roda gigi miring ganda. II.5.1.3 Roda Gigi Berbentuk V
Gaya aksial yang timbul pada gigi yang mempunyai alur yang berbentuk V tersebut, akan saling meniadakan. Dengan roda gigi ini, perbandingan reduksi, kecepatan keliling, dan daya yang diteruskan dapat diperbesar, tetapi pembuatannya sukar. II.5.1.4 Roda Gigi Dalam
Roda gigi dalam dipakai jika ingin alat tranmisi dengan ukuran kecil dengan perbandingan reduksi besar, karena pinyon terletak di dalam roda gigi. II.5.1.5 Pinyon dan Batang Gigi
Batang gigi merupakan dasar profil pahat pembuat gigi. Pasangan antara roda gigi dan pinyon dipergunakan untuk mengubah gerakan putar menjadi lurus atau sebaliknya. II.5.1.6 Roda Gigi Kerucut
Dalam hal roda gigi kerucut, bidang jarak bagi merupakan bidang kerucut yang puncaknya terletak di titik potong sumbu poros. Roda gigi kerucut lurus dengan gigi lurus, adalah yang paling mudah dibuat dan paling sering dipakai. Tetapi roda gigi ini sangat berisik karena
perbandingan kontaknya yang kecil. Juga kontruksinya tidak mungkin pemasangan bantalan pada kedua ujung poros-porosnya. II.5.1.7 Roda Gigi Kerucut Spiral
Roda gigi kerucut spiral karena mempunyai perbandingan kontak yang lebih besar, dapt meneruskan putaran tinggi dan beban besar. Sudut poros kedua roda gigi ini biasanya dibuat 90 derajat. II.5.1.8 Roda Gigi Cacing
Roda gigi cacing meneruskan putaran dengan perbandingan reduksi besar. II.5.1.9 Roda Gigi Hipoid
Rada gigi hipoid adalah seperti yang dipakai pada roda gigi diferensial otomobil. Roda gigi in mempunyai jalur gigi yang berbentuk spiral pada bidang kerucut yang sumbunya bersilang, dan pemindahan gaya
pada
permukaan
gigi
berlangsung
secara
meluncur
dan
menggelinding. II.6 POROS
Poros merupakan bagian terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin menggunakan poros untuk meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Poros
untuk
meneruskan
pembebanannya sebagai berikut :
daya
diklasifikasikan
menurut
a.
Poros Transmisi Poros macam ini mendapatkan beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau sproket, rantai.
b.
Spindel Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel.
c.
Gandar Poros yang dipasang pada roda kereta barang, dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakan oleh penggerak mula dimana akan mengalami beban putir juga. Untuk merencanakan sebuah poros, hal-hal berikut yang perlu
diperhatikan: a.
Kekakuan Poros. Meskipun sebuah poros memiliki sebuah kekuatan yang cukup, tetapi jika lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar, akan mengakibatkan ketidak-telitian pada mesin perkakas atau getaran dan suara.
naikkan
Karena itu disamping kekuatan poros kekakuannya juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan dilayani poros tersebut.
b.
Putaran Kritis Bila putaran suatu mesin dinaikkan, maka pada suatu harga putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor listrik, dan dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian yang lainnya. Jika mungkin, poros harus direncanakan sedemikian rupa sehingga puturan kerjanya lebih dari putaran kritisnya.
c.
Kekuatan Poros Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir, lentur atau gabungan antara puntir dan lentur. Juga ada poros yang mendapat beban tarik atau tekan seperti poros baling-baling kapal atau turbin. Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi pengaruh tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak, harus diperhatikan.sebuah poros harus direncanakan hingga cukup kuat untuk menahan beban-beban diatas.
d.
Korosi Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik)
harus dipilih
untuk poros propeler dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. Demikian pula untuk poros-poros yang terancam kavitasi, dan poros-poros mesin yang sering berhenti lama. Sampai batas-batas tertentu dapat pula dilakukan perlindungan terhadap korosi.
e.
Bahan Poros Poros untuk mesin umumnya terbuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinising, baja karbon kontruksi mesin yanag dihasilkan dari igot yang di-“kill” (baja yang dideoksidasikan dari fero silicon dan dicor, kadar karbon terjamin). Meskipun demikian, bahan ini kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang misalnya diberi alur pasak karena ada tegangan sisa di dalam terasnya. Tetapi penarikan dingin membuat permukaan poros menjadi keras dan kekuatannya bertambah besar. Poros-poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan beberapa diantaranya adalah baja khrom, nikel, baja khrom nikel molibden. Sekalipun demikian pemakaian baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasannya hanya untuk putaran tinggi dan beban berat. Dalam hal demikian perlu dipertimbangkan penggunaan baja karbon yang diberi perlakuan panas secara tepat untuk memperoleh kekuatan yang diperlukan Dalam perencanaan sebuah poros, harus diperhitungkan terlebih
dahulu daya yang ditransmisikan P (kW), dan putaran poros
n (rpm). Atas dasar pertimbangan keamanan maka poros ini diberi nilai keamanan atau faktor koreksi f c, sehingga daya rencana ( dihitung. (Sularso, 2004).
Pd )
dapat
Pd
f c
P (kW)
………………………………………………..2.4
Keterangan : Pd = Daya rencana (KW) f c = Faktor koreksi
P = Daya nominal motor penggerak (KW) Tabel 2.2 Faktor-faktor Koreksi Daya yang akan Ditransmisikan ( f c)
Daya yang akan ditransmisikan
f c
Daya rata-rata yang diperlukan
1,2 – 2,0
Daya maksimum yang diperlukan
0.8 – 1,2
Daya nominal
1,0 – 1,5
Sumber : - Sularso, 2004 Jika momen puntir (disebut juga sebagai momen rencana) adalah T (kg.mm) maka, (Sularso, 2004).
(⁄)( ⁄)
………………………………….…….. 2.5
Sehingga naikkan
……………………………………………….
2.6 Tegangan geser yang diizinkan
a
(kg/mm 2 ) untuk pemakaian
umum pada poros dihitung atas dasar batas kelelahan
puntir yang
besarnya diambil 40% dari batas kelelahan tarik yang besarnya kira-kira 45% dari kekuatan tarik B (kg/mm 2 ). Jadi batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan tarik
B
(kg/mm 2 ), sesuai dengan setandar ASME.
Untuk harga ini faktor keamanan diambil sebesar 1/0,18 = 5,6 untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin dan 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh masa
dan baja paduan. Faktor ini dinyatakan dengan Sf 1.
Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros akan diberi alur pasak atau dibuat bertetangga, karena pengaruh konsentrasi tegangan sangat besar. Untuk memasukkan pengaruh-pengaruh ini dalam perhitungan perlu diambil faktor yang dinyatakan sebagai Sf 2 dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0. Dari hal-hal di atas maka besarnya
τ a
(kg/mm 2 ) dapat dihitung dengan,
(Sularso, 2004). a =
B
/ (Sf 1 ×Sf 2)
............................................................... 2.7
Kemudian, keadaan momen puntir itu sendiri juga harus ditinjau. Faktor yang dianjurkan oleh ASME juga dipakai di sini. Faktor ini dinyatakan dengan K t dipilih1,0 jika beban dikenakan secara halus, 1,0 sampai 1,5 jika terjadi sedikit kejutan dan 1,5 sampai
3,0 jika beban
dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar. Sedangkan faktor koreksi momen lentur Km besarnya 1,5 untuk pembebanan tetap, 1,5 sampai 2,0 untuk beban dengan tumbukan ringan dan 2 sampai 3 untuk beban dengan tumbukan besar. Besarnya diameter poros dapat dihitung dengan, (Sularso, 2004).
[
(⁄ )
√ ()
( ) ] ………………………………… 2.8
keterangan : d
= Diameter poros (mm) a
2
= Tegangan geser yang diijinkan (Kg/mm )
Km
= Faktor koreksi momen lentur
Kt
= Faktor koreksi momen puntir
M
= Momen lentur (kg mm)
T
= Torsi (kg mm)
.
.
Defleksi Puntiran
................................................................................... 2.9
keterangan : G = Modulus geser .
T = Momen puntir (kg mm) l = Panjang poros (mm) ds = Diameter poros (mm)
Besarnya deformasi yang disebabkan oleh momen puntir pada poros harus dibatasi. Untuk poros yang dipasang pada mesin umum dalam kondisi kerja normal, besarnya defleksi puntiran dibatasi sampai 0,25 0
0,3 .
0
-
