MATERI POROS
Disusun Guna Memenuhi Tugas Mata Kuliah Elemen Mesin 1 Semester III
Oleh : 1. HE HEND NDRA RA FAJA FAJAR R K. P.
(210 (21050 5011 1100 0060 6002 027) 7)
2. JAHRUL AULIA
(21050110060028)
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2011 PENDAHULUAN
Dalam sejarah perkembangannya, kurang lebih seratus tahun sejak dibuat untuk pertama kalinya, motor bakar torak adalah penggerak mula yang ringan dan kompak. Penggunaan sangat luas yaitu sebagai mesin penggerak kendaraan bermotor, kereta api, kapal, mesin konstruksi (alat-alat besar), mesin pertanian, pompa, generator listrik, sepeda motor dan sebagainya. Dalam menguraikan prinsip kerja motor bensin pada sepeda motor dapat dijelaskan dari torak yang bergerak translasi (bolak-balik) di dalam silinder yang dihubungkan dengan pena engkol dari poros engkol ( crank shaft ) yang berputar pada bantalannya, dengan perantaraan batang penghubung atau batang penggerak. Seperti batang penggerak, poros engkol harus kuat juga. Seandainya dipergunakan cuma sepotong baja biasa pada tempatnya bantalan-bantalan, poros engkol itu dalam waktu singkat akan membuat bunyi gaduh dan mengocok di dalam mesin, ini disebabkan batang penggerak/ poros engkol (crank shaft ) menjadi aus. Hal yang menyebabkan keausan antara lain tekanan bidang, bagian mesin yang banyak kotoran yang tajam selama pelumasan. Sehingga poros utama dan poros batang torak menjadi bergores-gores, benjol, tirus dan diameternya menjadi lebih kecil, kebenjolan pada tiap-tiap poros utama perlu diperiksa dengan menggunakan dial indicator . Atas dasar pertimbangan keausan pada suku cadang crank shaft mendorong penulis untuk melakukan penelitian terhadap mutu material tiga produk crank shaft sepeda motor sehingga diharapkan mampu menjawab keraguan konsumen mengenai kelebihan antara produk yang satu dengan lainnya.
DEFINISI POROS
Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenampang bulat dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi ( gear ), pulley, flywheel , engkol,
sprocket dan elemen pemindah lainnya. Poros bisa menerima beban lenturan, beban tarikan, beban tekan atau beban puntiran yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya. (Josep Edward Shigley, 1983).
Pembagian Poros 1. Berdasarkan pembebanannya
A. Poros transmisi (transmission shafts) Poros transmisi lebih dikenal dengan sebutan shaft. Shaft akan mengalami beban puntir berulang, beban lentur berganti ataupun kedua-duanya. Pada shaft, daya dapat ditransmisikan melalui gear, belt pulley, sprocket rantai, dll. B. Gandar Poros gandar merupakan poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang. Poros gandar tidak menerima beban puntir dan hanya mendapat beban lentur.
C. Poros spindle Poros spindle merupakan poros transmisi yang relatip pendek, misalnya pada poros utama mesin perkakas dimana beban utamanya berupa beban puntiran. Selain beban puntiran, poros spindle juga menerima beban lentur (axial load). Poros spindle dapat digunakan secara efektip apabila deformasi yang terjadi pada poros tersebut kecil. 1.
Berdasar bentuknya
A. Poros lurus B. Poros engkol sebagai penggerak utama pada silinder mesin Ditinjau dari segi besarnya transmisi daya yang mampu ditransmisikan, poros merupakan elemen mesin yang cocok untuk mentransmisikan daya yang kecil hal ini dimaksudkan agar terdapat kebebasan bagi perubahan arah (arah momen putar). Hal-Hal Yang Harus Diperhatikan 1. Kekuatan poros
Poros transmisi akan menerima beban puntir (twisting moment), beban lentur (bending moment) ataupun gabungan antara beban puntir dan lentur. Dalam perancangan poros perlu memperhatikan beberapa faktor, misalnya : kelelahan, tumbukan dan pengaruh konsentrasi tegangan bila menggunakan poros bertangga ataupun penggunaan alur pasak pada poros tersebut. Poros yang dirancang tersebut harus cukup aman untuk menahan beban-beban tersebut. 2. Kekakuan poros
Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup aman dalam menahan pembebanan tetapi adanya lenturan atau defleksi yang terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas), getaran mesin (vibration) dan suara (noise). Oleh karena itu disamping memperhatikan kekuatan poros, kekakuan poros juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan jenis mesin yang akan ditransmisikan dayanya dengan poros tersebut. 3. Putaran kritis
Bila putaran mesin dinaikan maka akan menimbulkan getaran (vibration) pada mesin tersebut. Batas antara putaran mesin yang mempunyai jumlah putaran normal dengan putaran mesin yang menimbulkan getaran yang tinggi disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor bakar, motor listrik, dll. Selain itu, timbulnya getaran yang tinggi dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jadi dalam perancangan poros perlu
mempertimbangkan putaran kerja dari poros tersebut agar lebih rendah dari putaran kritisnya, 4. Korosi
Apabila terjadi kontak langsung antara poros dengan fluida korosif maka dapat mengakibatkan korosi pada poros tersebut, misalnya propeller shaft pada pompa air. Oleh karena itu pemilihan bahan-bahan poros (plastik) dari bahan yang tahan korosi perlu mendapat prioritas utama. 5. Material poros
Poros yang biasa digunakan untuk putaran tinggi dan beban yang berat pada umumnya dibuat dari baja paduan (alloy steel) dengan proses pengerasan kulit (case hardening) sehingga tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom nikel molebdenum, baja khrom, baja khrom molibden, dll. Sekalipun demikian, baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasannya hanya karena putaran tinggi dan pembebanan yang berat saja. Dengan demikian perlu dipertimbangkan dalam pemilihan jenis proses heat treatment yang tepat sehingga akan diperoleh kekuatan yang sesuai. Perhitungan Diameter Poros 1. Pembebanan tetap (constant loads)
A. Poros yang hanya terdapat momen puntir saja. Untuk menghitung diameter poros yang hanya terdapat momen puntir saja (twisting moment only), dapat diperoleh dari persamaan berikut : Mw= T=4500 .P2 π n
Kgm → P = dalam Hp
Mw= T=60 .P2 π n Nm → P = dalam Watt
T = (T1 - T 2) R T=π16τ d3 → Poros Pejal T=π16τ [do4- di4 / do] → Poros Berlubang T=π16τ do3(1 - k 4) → k =dido
B. Poros yang hanya terdapat momen bengkok saja. Untuk menghitung diameter poros yang hanya terdapat momen bengkok saja dapat diperoleh dari persamaan berikut : M=π32τ b d3 → Poros Pejal M=π32τ b[do4- di4 / do] → Poros Berlubang M=π32τ b do3(1 - k 4) → k =dido
C. Poros dengan kombinasi momen bengkok dan momen puntir
Tc= T2+M2 Tc=π16τ d3 → Poros Pejal Tc=π16τ [do4- di4 / do] → Poros Berlubang Tc=π16τ do3(1 - k 4) → k =dido Mc= 12( M+T2+M2) Mc=π32τ b d3 → Poros Pejal Mc=π32τ b[do4- di4 / do] → Poros Berlubang Mc=π32τ b do3(1 - k 4) → k =dido
Contoh Soal!!! 1. Suatu poros dengan panjang 3 m untuk memindahkan 120 Hp d angan putaran 450 rpm,
poros tersebut di beri 2 beban yaitu 150 Kg dan 250 Kg, bahan poros terbuat dari besi dengan tegangan tarik ijin sebesar 1600 Kg/Cm 2 dan tegangan geser ijin sebesar 1200 Kg/Cm2. Hitunglah: a. Diameter poros jika poros pejal? b. Diameter poros jika poros berlubang dengan perbandingan di/do = 1 : 2 ? Diketahui :
P = 120 Hp n = 450 rpm P1 = 150 Kg P2 = 250 Kg T = 1600 Kg/Cm 2 T = 1200 Kg/Cm 2 dido= 12
Ditanya :
a. d = .....? jika poros pejal b. d = .....? jika poros belubang
Penyelesaian : T = 4500 .P2 π n T = 4500 .1202 . 3,14 .450 T = 191,08 Kgm T = 19108 Kgcm a. ∑ MA = 0 P1 . 1 + P2 . 2,2 – RB . 3 = 0 RB = 150 . 1 + 250 . 2,23 RB = 233,33 Kg RA = (P1 + P2) – RB = (150 + 250) – 233,33 = 166,67 Kg Mc = RA . 100
MD = RA . 220 – P1 . 120
= 166,67 . 100 = 16667 Kgcm •
= 166,67 . 220 – 150 . 120
Tc= T2+M2 = 191082+18667,42 = 713587486,8
= 26713,05 Kgcm Tc = π16 d3 τg 26713,05 = 3,1416 d3 1200 d3 d3 d3 d d •
= 26713,05 .163,14 .1200 = 427408,83768 = 113,43 = 3113,43 = 4,84 Cm
= 12 (Mmax + Tc)
Mc
= 12 (18667,4 + 26713,05) = 22690,225 Kgcm Mc
= π32 d3 τt
d3 d3 d3 d d
= Mc .32π τ = 22690,225 .323,14 .1600 = 726087,25024 = 3144,52 = 5,24 Cm Tc = π16τg do3(1 - k 4)
b. 26713,05
= 3,1416 1200 D3 (1 – 0,5 4) D3 = 26713,05 .163,14 .1200 .0,0625 D3 = 427408,8235,5 D = 31814,89 D = 12,19 Cm
d
= 0,5 . D
d
= 0,5 . 12,19
d
= 6,09 Cm
=
Mmax
Mc = π32τt D3 (1 –k 4) 22690,225
= 3,1432 1600 D3 (1 – 0,5 4)
D3 = 22690,225 .323,14 .1600 .0,0625 D3 = 726087,2314 D =32312,38 D = 13,22 Cm
d = 0,5 . D d = 0,5 . 13,22 d = 6,61 Cm
