Toleransi kebulatan

Daftar Isi 1 PENDAHULUAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 PERSYARATAN PENGUKURAN KEBULATAN.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 ALAT UKUR KEBULATAN.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3.1 Komponen utama alat ukur kebulatan 5 4 MAKNA GRAFIK DAN PARAMETER KEBULATAN.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 5 CONTOH PENGUKURAN KESALAHAN BENTUK DENGAN ALAT UKUR KEBULATAN.. . . . . . 15

PLN Corporate University, bekerjasama dengan tim konsultan MPE (Mechanical Production Engineering) FTMD-ITB, Tahun 2015

KEBULATAN & KESALAHAN BENTUK 1

1 PENDAHULUAN Di dalam mesin-mesin atau peralatan teknis lainnya banyak sekali ditemukan komponen-komponen yang mempunyai penampang bulat, baik itu berupa poros, bantalan, bagian roda gigi dengan dimensi kecil seperti halnya pada jam tangan mekanik sampai dengan komponen yang berdimensi besar sebagaimana yang dipunyai oleh mesin-mesin tenaga yang berkekuatan megawatt. Komponen dengan kebulatan ideal amat sulit dibuat. Oleh sebab itu, harus ditolerir adanya ketidakbulatan dalam batas-batas tertentu sesuai dengan tujuan/fungsi komponen yang dimaksud. Ketidakbulatan akan terjadi sewaktu 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 pencekam dibuka (karena pelepasan tegangan-dalam pada komponen), - adanya getaran (chatter) akibat kesalahan pemilihan kondisi pemotongan, - ketidakbulatan yang berasal dari ketidakbulatan cetakan sewaktu komponen dibuat dengan cara ekstrusi atau penarikan (drawing), - dalam produksi massal, proses gerinda tanpa senter (centerless grinding) akan selalu menghasilkan poros dengan penampang tidak bulat apabila penampang bahannya memang telah mempunyai ketidakbulatan yang mencolok, dan - proses penyebaran panas yang tak merata saat komponen diproses (misalnya dengan proses gerinda dalam; internal grinding) akan menyebabkan ring yang digerinda bisa memiliki ketidakbulatan silinder 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 penanggulangan ketidakbulatan, pasti akan mengait dengan cara mengukur kebulatan dan bagaimana cara menyatakan harga ketidakbulatan, karena sampai saat ini ada beberapa definisi mengenai parameter kebulatan. Ketidakbulatan merupakan salah satu jenis kesalahan bentuk dan umumnya amat berkaitan dengan 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 komponen dengan geometri sederhana seperti poros dengan diameter yang sama, sampai dengan komponen dengan geometri yang kompleks seperti poros engkol (lihat gambar 1). Poros engkol tersebut akan menderita beban yang kompleks seperti puntiran, geseran, tekukan dan tarikan, sehingga adanya kesalahan bentuk akan memberikan beban tambahan. Kebulatan dapat diukur dengan cara sederhana yang meskipun tidak memberikan hasil yang memuaskan dapat kita terima untuk mempertimbangkan kualitas geometrik dari komponen yang tidak menuntut persyaratan yang tinggi. Alat ukur kebulatan dibuat sesuai dengan persyaratan pengukuran kebulatan, dan pada beberapa jenis mampu digunakan pula untuk mengukur berbagai kesalahan bentuk.


2 KEBULATAN & KESALAHAN BENTUK

Gambar 1

Beberapa kemungkinan kesalahan bentuk pada poros engkol.

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

Gambar 2

Pengukuran dengan dua kontak (mikrometer) tidak memberikan informasi mengenai kebulatan penampang yang mempunyai tonjolan beraturan yang ganjil. Ke empat jenis penampang tersebut akan terbaca oleh mikrometer dengan 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 empat lingkaran sempurna. Dua lingkaran konsentris yang ditunjukkan pada gambar 2 disebut sebagai diameter luar efektif dan diameter dalam efektif karena menentukan diameter minimum bagi kaliber ring yang dapat dimasukkan pada poros yang tidak bulat atau diameter maksimum dari kaliber poros yang dimasukkan pada lubang yang tidak bulat. Perbedaan harga ke dua diameter tersebut dapat dijadikan ukuran mengenai kebulatan atau ketidakbulatan.



Kaliber ring dengan jam ukur dapat digunakan untuk memeriksa kebulatan, lihat gambar 3. Dengan memutar poros (benda ukur) goyangan pada 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 dan kelonggaran antara poros dengan kaliber ring tersebut.

Gambar 3

Pengukuran Kebulatan Poros dengan Kaliber Ring dan Jam Ukur. Hasil pengukuran masih dipengaruhi oleh bentuk dari ketidak bulatan.

Alat ukur dengan tiga sensor dengan posisi terpisah sejauh 120o dapat digunakan untuk mengukur diameter efektif lubang (dengan mikrometer tiga kaki) atau poros (dengan sensor pneumatik berbentuk ring dengan tiga lubang). Apabila diinginkan informasi mengenai ketidakbulatan, cara ini akan memberikan hasil yang dapat menyesatkan. Cara tiga sensor/kontak seperti ini dapat memperbesar kesalahan kebulatan atau sebaliknya tidak mampu menunjukkan ketidakbulatan, karena bentuk ketidakbulatan (profil kebulatan, jumlah tonjolan yang beraturan atau tak beraturan) akan mempengaruhi hasil pengukuran. Alat ukur dengan tiga sensor tersebut setara dengan cara pengukuran dengan memakai blok V (dengan sudut 60o) dan jam ukur sebagaimana yang akan dibicarakan berikut.

Pengukuran kebulatan suatu poros dengan cara meletakkan pada blok V dan kemudian memutarnya dengan menempelkan sensor jam ukur di atasnya adalah merupakan cara klasik untuk mengetahui kebulatan. Akan tetapi, betulkah hasilnya dapat digunakan untuk menggambarkan kebulatan dalam arti yang sesungguhnya ? Gambar 4 menunjukkan skema pengukuran kebulatan dengan blok V yang bersudut 60E.

Gambar 4

Metoda pengukuran kebulatan dengan blok V (60E) dan jam ukur tidak selalu menunjukkan adanya ketidak bulatan; bergantung pada bentuk profil kebulatan poros yang diukur.

Apabila penampang benda ukur mendekati bentuk segitiga (tiga tonjolan beraturan), penyimpangan jarum jam ukur maksimum (ÄH) adalah tiga kali harga ketidakbulatan yaitu jarak radial antara ke dua lingkaran efektif (ÄR, lihat gambar 2). Sebaliknya, jikalau penampang poros berbentuk elips, jam ukur tidak memperlihatkan penyimpangan yang berarti. Hal ini menunjukkan bahwa sewaktu benda ukur diputar di atas blok V terjadi perpindahan pusat benda ukur, sehingga jarak perpindahan sensor jam ukur akan terpengaruh. Demikian pula halnya apabila digunakan blok V dengan sudut yang berbeda, penyimpangan maksimum jarum jam ukur akan berbeda meskipun benda ukurnya sama. Tabel 1 menunjukkan harga perbandingan antara penyimpangan maksimum jarum jam ukur (ÄH) dengan ketidakbulatan (ÄR)



bagi beberapa blok V dengan sudut yang berbeda yang digunakan untuk mengukur penampang dengan jumlah tonjolan yang berbeda. Tabel 1

Rasio Ä H/Ä R. á

n 2 3 4 5

60E

90E

108E

120E

(180E)Ì

0 3 0 0

1 2 -0.4 2

1.4 1.4 0 2,2

1.6 1 -0.4 2

2 0 2 0

á = sudut blok V; n = jumlah tonjolan beraturan Ì metoda dua kontak; mikrometer, jam ukur dengan dudukan rata. Supaya titik pusat benda ukur tidak berpindah, benda ukur dapat diputar di antara dua senter, sementara itu sensor jam ukur akan merasakan perubahan permukaan benda ukur. Cara pengukuran seperti ini hanya bisa dilaksanakan bila benda ukur mempunyai lubang senter dan selain itu ketelitian putaran sangat dipengaruhi oleh posisi senter, bentuk dan ketidak bulatan senternya sendiri, lihat gambar 5.

Gambar 5

Beberapa sumber yang menyebabkan ketidaktelitian pengukuran kebulatan dengan memakai senter. 1 Kebulatan senter, 2 Sudut senter, 3 Posisi senter, 4 Kondisi permukaan senter, dan 5 Lenturan pada benda ukur.

Meskipun mempunyai kelemahan-kelemahan, cara pengukuran kebulatan seperti yang telah dibicarakan di atas dalam prakteknya masih banyak dilakukan. Hal ini bisa diterima asalkan hasil dari pengukuran tidak digunakan untuk menyatakan harga ketidakbulatan dalam arti yang sesungguhnya. Cara pengukuran harus disesuaikan berdasarkan pengalaman, yaitu dari jenis proses pembuatan komponen yang bertendensi untuk menghasilkan produk dengan ciri kebulatan tertentu dan di lain pihak cara yang dipilih dapat menjamin kualitas fungsional yang diinginkan. Sementara ini, dengan kemajuan teknologi, peralatan teknis semakin menuntut ketelitian atas cara pengukuran komponennya antara lain kebulatan. Kebulatan hanya bisa diukur dengan cara yang tertentu yang menuntut persyaratan sebagai berikut, 1 Harus ada sumbu putar dan dianggap sebagai sumbu referensi (ingat kelemahan pengukuran dengan mikrometer !), 2 Lokasi sumbu putar harus tetap dan tidak dipengaruhi oleh profil kebulatan benda ukur (ingat kelemahan metoda blok V !), 3 Pengukuran harus bebas dari sumber-sumber yang dapat menyebabkan ketidaktelitian (putaran harus teliti, ingat kesalahan yang mungkin timbul pada metoda senter !), dan 4 Hasil pengukuran diperlihatkan dalam bentuk grafik polar (lingkaran) guna menentukan harga parameter kebulatan (analisis kebulatan). PLN Corporate University, bekerjasama dengan tim konsultan MPE (Mechanical Production Engineering) FTMD-ITB, Tahun 2015


3 ALAT UKUR KEBULATAN Prinsip dan persyaratan pengukuran kebulatan, sebagaimana yang telah dibahas, diterapkan pada alat ukur kebulatan. Berdasarkan putaran, maka alat ukur kebulatan (roundness tester) dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu (lihat gambar 6.) - jenis dengan sensor putar, dan - jenis dengan meja putar. Ciri ke dua jenis tersebut adalah, Jenis dengan sensor putar

Gambar 6

Dua jenis alat ukur kebulatan.

- Spindel (poros utama) yang berputar hanya menerima beban yang ringan dan tetap (tekanan pengukuran dan berat sensor ringan). Dengan demikian, ketelitian yang tinggi bisa dicapai dengan membuat konstruksi yang cukup ringan. - Meja untuk meletakkan benda ukur tidak mempengaruhi sistem pengukuran. Benda ukur yang besar dan panjang tidak merupakan persoalan, dan lokasi obyek ukur (bagian benda ukur yang diukur kebulatannya) dapat jauh dari titik berat benda ukur (beban tak sentris).

Jenis dengan meja putar - Karena sensor tidak berputar, berbagai pengukuran yang berkaitan dengan kebulatan dapat dilaksanakan, misalnya konsentrisitas, kesamaan sumbu, kesejajaran, kesilindrisan, kelurusan dan ketegaklurusan. Adanya kebebasan untuk menempatkan sensor pada benda ukur yang berputar, misalnya pada alur dan bagian bawah sirip tanpa harus memakai batang sensor yang panjang. - Pengukuran kelurusan bisa dilakukan dengan menambahkan peralatan untuk menggerakkan sensor dalam arah transversal (vertikal) tanpa harus mengubah posisi spindel. - Berat benda ukur terbatas, karena keterbatasan kemampuan spindel untuk menahan beban, demi untuk menjamin ketelitian. Penyimpangan letak titik berat benda ukur relatif terhadap sumbu putar (benda tak sentris) dibatasi. - Alat pengatur posisi dan kemiringan benda ukur ( sentering & leveling) terletak pada meja. Oleh sebab itu, pengaturan secara cermat supaya sumbu objek ukur berimpit dengan sumbu putar, hanya mungkin dilakukan sewaktu meja dalam keadaan tak berputar. 3.1 Komponen utama alat ukur kebulatan Secara skematis alat ukur kebulatan meja putar (untuk jenis sensor putar prinsipnya serupa) digambarkan seperti gambar 7. Putaran meja dan grafik polar dibuat sama, sehingga posisi profil kebulatan setara dengan posisi tonjolan dan lekukan pada benda ukur. Tombol pengatur posisi benda ukur (sentering dan leveling) terletak pada meja putar. Isyarat sensor diperkuat oleh Amplifier dengan harga pembesaran yang dapat diatur. Meter sentering untuk mempermudah pengaturan sumbu benda ukur sehingga berimpit dengan sumbu putar. Beberapa hal mengenai komponen utama alat ukur kebulatan adalah sebagai berikut, Spindel; Merupakan komponen terpenting, dimana ketelitian putaran harus dijaga setinggi mungkin (merupakan satu-satunya sumbu referensi !). Oleh sebab itu perencanaan bantalan spindel merupakan kunci



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

Gambar 7

Skema prinsip kerja alat ukur kebulatan.

Bantalan Kering; Bantalan dengan sedikit pelumasan. Biasanya berupa bola baja yang ditumpu pada mangkuk plastik untuk menahan beban aksial. Pada sisi 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 titik berat tak melebihi harga yang ditentukan (contoh = beban maksimum 18 kgf, beban tak sentris = 114 kgf-mm.) Bantalan Peluru (Ball Bearing); Mampu menahan beban aksial dan radial, sehingga posisi spindel dapat horisontal maupun vertikal. Umumnya digunakan bagi alat ukur jenis sensor putar model jinjing (portable). Bantalan Hidrodinamik; Berupa bantalan setengah bola (spherical). Dalam keadaan diam terjadi kontak metal dengan metal. Bila spindel berputar (6 rpm), karena perputaran permukaan bantalan akan terjadi pelapisan minyak 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 terjadi lapisan udara yang mampu menahan beban yang berat. Bantalan Hidrostatik; Pada jenis ini minyak pelumas ditekan masuk ke dalam ruang bantalan, dengan demikian selalu ada lapisan minyak baik dalam keadaan berputar maupun diam. Kekakuan sistem dipertinggi demikian pula dengan kemampuan untuk meredam getaran. Beban yang berat maupun momen akibat letak titik benda tidak sentris dapat ditahan dengan baik. Koefisien gesek kecil sehingga umur bantalan tinggi. 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 PLN Corporate University, bekerjasama dengan tim konsultan MPE (Mechanical Production Engineering) FTMD-ITB, Tahun 2015


dibuat berbentuk bola dengan diameter kecil untuk menghindari jarum mengikuti profil kekasaran permukaan. Dalam hal ini informasi kekasaran permukaan harus dicegah supaya tidak mengaburkan informasi mengenai ketidakbulatan dengan informasi mengenai kekasaran permukaan. Umumnya batang sensor dibuat dengan panjang tertentu disesuaikan dengan pembesaran. Untuk suatu kecepatan putaran tertentu, tekanan pengukuran dan arah penekanan sensor dapat diatur disesuaikan dengan berat benda ukur dan letak permukaan yang diukur (permukaan luar atau permukaan dalam).

Gambar 8

Prinsip pengubah isyarat sensor.

Pengubah; Umumnya pengubah alat ukur menggunakan prinsip transformator (kumparan sekunder dan primer) dengan perubahan induktansi, yaitu perubahan posisi inti akibat perubahan posisi batang sensor melalui suatu mekanisme khusus, lihat gambar 8. Besarnya jarak penggeseran inti dipengaruhi oleh panjang batang sensor, dengan demikian panjang batang sensor menentukan pembesaran (semakin panjang, semakin tidak sensitif). Dua kumparan tersebut dihubungkan dengan dua tahanan lain sehingga membentuk jembatan Wheatstone. Dua titik yang berseberangan diberi tegangan AC dengan frekuensi sesuai dengan Oscillator. Saat inti berada di tengah antara dua kumparan, tidak ada isyarat keluar. Pergerakan inti akan mengakibatkan ketidakseimbangan pada rangkaian jembatan Wheatstone sehingga timbul isyarat keluar yang sebanding dengan pergeseran inti Isyarat diperkuat oleh amplifier untuk menggerakkan pena pencatat. Fase isyarat dibandingkan dengan fase Oscillator untuk menentukan arah gerakkan pena relatif terhadap posisi nol. Penguat biasanya dilengkapi dengan filter guna memperjelas profil kebulatan, karena efek kekasaran permukaan dibatasi sehingga tidak mengaburkan profil kebulatan jikalau digunakan pembesaran yang tinggi. Pencatat; Untuk menghindari gesekan antara pena pencatat dengan kertas serta untuk mempertipis garis, grafik dibuat pada kertas elektrosensitif. Selama pembuatan grafik berlangsung, pena yang diberi muatan listrik (dengan tegangan yang cukup tinggi !) akan memancarkan bunga api sehingga menimbulkan bekas pada kertas elektrosensitif. Skala pada kertas berbentuk lingkaran-lingkaran konsentris (grafik polar) dan pemasangan kertas tersebut dapat diatur disesuaikan dengan posisi benda ukur. Dengan cara ini posisi tonjolan/lekukan maksimum pada benda ukur akan tercatat pada kertas grafik pada sektor yang sama. Perlu diingat bahwa kecepatan putaran kertas grafik dibuat sama dengan kecepatan putaran benda ukur. KecePLN Corporate University, bekerjasama dengan tim konsultan MPE (Mechanical Production Engineering) FTMD-ITB, Tahun 2015


patan pemutaran tersebut dibatasi (6 rpm) karena ada dua kendala mekanik yaitu, - Jarum sensor harus selalu menekan benda ukur. Apabila kecepatan pemutaran terlalu tinggi, akibat dari adanya tonjolan pada benda ukur, jarum tersebut akan meloncat. - Pena pencatat harus dapat mengikuti kecepatan perubahan isyarat tanpa terjadi loncatan (overshoot) atau kelambatan (lagging). Sentering dan Leveling; Sebagaimana yang diterangkan di muka, sumbu putaran merupakan satu-satunya sumbu referensi. Oleh sebab itu, penempatan benda ukur relatif terhadap sumbu putar harus dapat diatur dengan cermat dan teliti. Sumbu obyek ukur (bagian benda ukur yang akan diukur kebulatannya) dapat disatukan dengan sumbu putar dengan cara menggeserkan (sentering) dan kemudian mengatur kemiringan (leveling). Pengaturan ini dilaksanakan dengan menempelkan sensor pada obyek ukur dan meja diputar sampai salah satu tombol sentering menempati posisi yang segaris (berhadapan) dengan arah gerakan sensor. Dengan memutar tombol sentering tersebut benda ukur akan tergeser sehingga sensor akan lebih/kurang tertekan dan melalui meter sentering dapat diketahui simpangannya. Demikian pula halnya yang harus dilakukan bagi tombol sentering lainnya dan ke dua tombol leveling untuk mengatur posisi benda ukur secara sistematik sehingga apabila meja diputar jarum meter (pena grafik) akan bergoyang dengan goyangan sekecil mungkin. Goyangan tersebut menggambarkan ketidakbulatan obyek ukur.! Pengukuran kelurusan dan berbagai kesalahan bentuk; Sensor alat ukur kebulatan harus dapat dinaikkan/diturunkan guna memeriksa kebulatan pada beberapa ketinggian sesuai dengan lokasi obyek ukur. Hal ini memerlukan tiang dengan landasan luncur tegaklurus dan sejajar dengan sumbu putar. Pengukuran kelurusan dapat dilaksanakan dengan tanpa memutar benda ukur melainkan dengan menggerakkan sensor dalam arah vertikal, dan untuk mempermudah analisis diperlukan jenis pencatat linear. Dengan memindahkan lokasi sensor serta dengan mengubah posisi sensor (horisontal/vertikal) maka berbagai pengukuran kesalahan bentuk dapat dilaksanakan sebagaimana yang akan dibahas pada sub bab berikut.

!

Apabila goyangan mungkin diperkecil, berarti obyek ukur belum berimpit dengan sumbu putar. Cara sentering dan leveling dibahas dengan terperinci pada buku petunjuk praktikum Metrologi Industri, Mesin, ITB. PLN Corporate University, bekerjasama dengan tim konsultan MPE (Mechanical Production Engineering) FTMD-ITB, Tahun 2015


Gambar 9

Dua jenis alat ukur kebulatan dengan peralatannya.



4 MAKNA GRAFIK DAN PARAMETER KEBULATAN Untuk lebih memahami analisis kebulatan, terlebih dahulu perlu dijelaskan 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 ìm supaya menjadi setinggi 2 mm pada kertas grafik diperlukan pembesaran 1000 x. Dalam hal ini tidaklah mungkin untuk memperbesar diameter penampangnya juga sebesar 1000 x, sebab untuk benda ukur dengan diameter 100 mm grafiknya akan mempunyai lingkaran sebesar 100 m! Oleh sebab itu, pembesaran di sini hanya 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 kelihatan berubah bentuknya apabila digunakan pembesaran yang berlainan. Hal ini dapat diperlihatkan seperti gambar 10. Dalam contoh benda ukur mempunyai empat tonjolan yang beraturan setinggi 3 ìm. Pada ke tiga grafik tersebut tinggi tonjolan akan berubah sesuai dengan pembesaran yang dipilih. 3 Posisi pembuatan grafik dapat ditentukan sekehendak. Profil kebulatan dari suatu benda ukur dapat diatur sehingga menempati daerah di dekat atau jauh dari titik pusat grafik. Hasil yang diperoleh tidak akan mempengaruhi analisis kebulatan, sebagaimana yang ditunjukkan gambar 11, di mana jarak radial antara dua lingkaran konsentris adalah sama bagi profil kebulatan di dekat pusat grafik maupun yang di dekat tepi grafik. Dengan cara ini pada satu kertas grafik dapat dibuat beberapa profil kebulatan dari beberapa obyek ukur sehingga analisis kesamaan sumbu, ketegaklurusan dan kesejajaran dimungkinkan. 4 Adanya hubungan sudut posisi antara benda ukur dan profil kebulatan. Benda ukur dan grafik polar berputar dengan kecepatan sama. Dengan demikian posisi sudut relatif antara tonjolan pada benda ukur akan 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 bersatu dengan titik tengah grafik. Benda ukur dengan kebulatan ideal akan mempunyai profil lingkaran sempurna. Namun, bila garis tengahnya tidak berimpit dengan sumbu putar, profil kebulatannya jauh menyimpang dari lingkaran sempurna, lihat gambar 13. Hal ini menunjukkan pentingnya sentering. Jarak antara titik tengah profil kebulatan dengan titik tengah grafik menunjukkan harga eksentrisitas (setelah dibagi dengan pembesaran).



Gambar 10

Bentuk profil kebulatan akan berubah bila digunakan pembesaran yang berlainan. Untuk tonjolan pada benda ukur sebesar 3 ìm, dengan pembesaran, a M = 500 x ; jarak tonjolan pada grafik = 1,5 mm b M = 1000 x ; jarak tonjolan pada grafik = 3 mm c M = 5000 x ; jarak tonjolan pada grafik = 15 mm.

Gambar 12

Tonjolan B dan C akan tergambar pada grafik dengan posisi sudut yang sama pada benda ukur.

Gambar 11 Letak profil kebulatan dapat dibuat sekehendak relatif terhadap pusat grafik polar.

Gambar 13

Bagi benda ukur yang memiliki kebulatan yang bagus, misalnya silinder siku, suatu eksentrisitas karena kesalahan penempatan menyebabkan penyimpangan bentuk profil kebulatan. Jikalau diukur dimeternya melalui titik pusat grafik, akan diketahui benda ukur adalah bulat.



Gambar 14

Empat jenis lingkaran referensi untuk menentukan parameter kebulatan, yaitu Ä 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, perlu didefinisikan parameter kebulatan, yaitu suatu harga yang dapat dihitung berdasarkan profil kebulatan relatif terhadap lingkaran referensinya. Menurut Standar Inggris, Amerika dan Jepang ada empat macam lingkaran referensi yaitu, 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. Dari gambar tersebut terlihat bahwa untuk satu profil kebulatan yang sama titik tengah dari ke empat lingkaran referensi dapat berlainan. Dengan demikian, harga parameter kebulatan yang dihasilkannya juga akan berlainan. Penjelasan atas lingkaran referensi dan parameter kebulatannya adalah sebagai berikut. A Lingkaran Luar Minimum (Minimum Circumscribed Circle) Lingkaran terkecil yang mungkin dibuat di luar profil kebulatan tanpa memotongnya. Ketidak bulatan sama dengan jarak radial dari lingkaran tersebut ke lekukan yang paling dalam. B Lingkaran Dalam Maksimum (Maximum Inscribed Circle) Lingkaran terbesar yang mungkin dibuat di dalam profil kebulatan tanpa memotongnya. Ketidak bulatan sama dengan jarak radial dari lingkaran tersebut ke tonjolan yang paling tinggi.



C Lingkaran Daerah Minimum (Minimum Zone Circle) Dua buah lingkaran konsentris yang melingkupi profil kebulatan sedemikian rupa sehingga jarak radial antara ke dua lingkaran tersebut adalah yang terkecil. Titik tengah dari lingkaran daerah minimum disebut dengan MZC atau Minimum Zone Center. Ketidakbulatan merupakan selisih radius ke dua lingkaran tersebut dan dinamakan MRZ atau Minimum Radial Zone. D Lingkaran Kuadrat Terkecil (Least Squares Circle) Merupakan lingkaran yang ditentukan berdasarkan profil kebulatan sedemikian rupa sehingga jumlah kuadrat jarak sejumlah titik dengan interval sudut yang sama pada profil kebulatan ke lingkaran referensi adalah yang paling kecil. Titik tengah lingkaran kuadrat terkecil dinamakan LSC atau Least Squares Center. Jarak radial harga mutlak rata-rata antara profil kebulatan dengan lingkaran kuadrat terkecil disebut MLA atau Mean Line Average. Ditinjau dari segi teoretik, parameter kebulatan MLA dapat dianggap yang paling baik untuk menyatakan harga ketidakbulatan serta titik tengah (LSC) dengan cermat dan teliti. Namun, lingkaran kuadrat terkecil hanya dapat ditentukan dengan cepat dengan bantuan komputer alat ukur (lihat gambar 9). Jikalau alat ukur tidak dilengkapi komputer (PC), lingkaran referensi kuadrat terkecil dapat dibuat pada grafik dengan bantuan jangka di mana titik tengahnya (LSC) dihitung secara pendekatan sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 15.

Gambar 15

Penentuan titik tengah dan radius lingkaran kuadrat terkecil dengan perhitungan pendekatan.

Pada gambar tersebut dipilih 12 titik yang terpisah dengan interval sudut yang sama; semakin banyak titik yang dipilih, penentuan titik tengah akan semakin teliti. ISO menganjurkan lingkaran daerah minimum sebagai referensi untuk menghitung harga ketidakbulatan, karena MRZ yang diperoleh adalah setara dengan definisi toleransi kebulatan. Dalam praktek, penentuan MRZ dapat dilakukan dengan bantuan mistar lingkaran transparan yang mempunyai skala lingkaran-lingkaran konsentris, lihat gambar 16. Penentuan MRZ dengan cara coba_koreksi (trial and error correction) dengan bantuan mistar lingkaran transparan memang agak sulit jikalau profil kebulatan sangat tidak beraturan. Untuk itu dapat dilakukan pembuatan grafik sekali lagi (bila set-up pengukuran belum diubah) dengan memilih pembesaran (magnification) yang lebih kecil. Kemudian hasilnya PLN Corporate University, bekerjasama dengan tim konsultan MPE (Mechanical Production Engineering) FTMD-ITB, Tahun 2015


dapat digunakan untuk memperkirakan letak MZC pada usaha coba-koreksi yang dilakukan pada profil kebulatan semula. Jikalau tidak ada keberatan dalam pertimbangan kualitas, penentuan harga ketidakbulatan berdasarkan lingkaran luar minimum atau lingkaran dalam maksimum dapat dipilih karena lebih mudah menentukannya. Perlu dicatat bahwa parameter kebulatan sebagaimana yang telah dibahas di atas bukanlah merupakan parameter ideal yang mampu menerangkan ketidakbulatan sebab, 1 Harga ketidakbulatan tidak memberikan informasi atas bentuk profil kebulatan ataupun jumlah tonjolannya, 2 MRZ tidak selalu sama dengan jarak antara tonjolan tertinggi dengan lekukan terendah, bergantung pada posisi sudut relatif antara tonjolan dan lekukan tersebut (bandingkan 17a dan b), dan 3 Karena adanya goresan atau kotoran pada permukaan obyek ukur akan menyebabkan perubahan yang cukup besar bagi parameter kebulatannya (bandingkan gambar 17c dengan d).

Gambar 16 Pemakaian mistar lingkaran transparan untuk menentukan MRZ. Dengan cara coba-koreksi dapat diketahui bahwa titik tengah lingkaran A dapat digeserkan sesuai dengan tanda panah untuk menentukan titik tengah lingkaran B. Karena adanya celah yang cukup lebar pada b dan c (pada arah yang sama) jelas bahwa MZC dapat ditentukan sehingga lingkaran dalam menyinggung profil kebulatan pada d & e.

Gambar 17 Pada hal-hal yang khusus parameter kebulatan tidak mampu menerangkan ketidakbulatannya. a Tonjolan dan lekukan maksimum yang berdekatan akan membesarkan MRZ. b Tonjolan dan lekukan maksimum yang berjauhan akan memberikan MRZ yang hampir sama dengan tinggi tonjolan/lekukan. c,d Adanya ujung yang runcing pada profil kebulatan dapat mempengaruhi harga MRZ.


5 CONTOH PENGUKURAN KESALAHAN BENTUK DENGAN ALAT UKUR KEBULATAN Pengukuran kesalahan bentuk dapat dikatakan sebagai "seninya metrologi", karena dalam hal ini diperlukan penguasaan teori dan pengalaman 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 dengan memakai alat ukur kebulatan. Misalnya benda ukur harus sesuai dengan standar kualitas geometrik sebagaimana yang ditunjukkan gambar 18 (hanya beberapa simbol toleransi bentuknya yang diperlihatkan, ukuran dan toleransi dimensi dalam hal ini tidak dibahas).

Gambar 18

Contoh toleransi bentuk benda ukur yang dapat diperiksa dengan alat ukur kebulatan dalam satu kali set-up.

Pengukuran kesalahan bentuk dapat dilakukan dengan satu kali setup dengan cara sebagai berikut. 1 Sentering dan Leveling. Benda ukur diletakkan pada meja alat ukur, kemudian dilakukan sentering dan leveling sedemikian rupa sehingga sumbu poros untuk bantalan atas dan bawah (sesuai dengan elemen dasar A dan B) berimpit dengan sumbu putar (meja putar atau sensor putar). Untuk memeriksa kesamaan sumbu ini, dibuat profil kebulatan untuk poros atas & bawah pada satu kertas grafik. Pembuatan profil kebulatan ini dilakukan dengan menempelkan sensor pada elemen geometrik yang dimaksud (poros atas dan kemudian poros bawah) tanpa menghentikan putaran, guna menjamin ketelitian (untuk menghindari hentakan sewaktu meja/sensor mulai berputar). Dua buah profil kebulatan tersebut harus mempunyai titik tengah (MZC) yang sama yaitu titik tengah grafik polar, lihat gambar 19A.



Gambar 19

Contoh hasil pengukuran toleransi bentuk.

2 Memeriksa toleransi kebulatan (roundness). Dari hasil sentering dan leveling, ke dua profil kebulatan yang mempunyai MZC yang sama tersebut harus mempunyai harga MRZ yang tidak melebihi harga toleransi kebulatannya (0.01 mm). 3 Memeriksa toleransi kesamaan sumbu (konsentrisitas; concentricity). Pada gambar 18 terlihat adanya dua toleransi konsentrisitas yaitu pada lubang bagian atas dan tengah terhadap sumbu dasar AB (sumbu putar). Pemeriksaan konsentrisitas dengan demikian dapat dilakukan 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) yang sama dengan titik tengah grafik dan profil kebulatan 3 (lubang atas) mungkin mempunyai MZC yang tidak berimpit. Konsentrisitas adalah jarak antara ke dua titik tengah tersebut dan harganya tidak boleh melebihi toleransinya (setengah dari 0.03 mm). - membuat profil kebulatan lubang bagian tengah dan poros atas pada satu kertas grafik, lihat gambar 19.C. Seperti halnya di atas, jarak titik tengah dari ke dua grafik tidak boleh lebih besar dari toleransinya (setengah dari 0.05 mm).



4 Memeriksa toleransi ketegaklurusan (squareness). Ketegaklurusan bidang yang menghadap ke atas terhadap sumbu dasar AB (lihat gambar 18) dapat diperiksa dengan mengubah posisi sensor sehingga horisontal (sensor harus diganti dengan jenis jarum horisontal) dan ditempelkan pada obyek ukur. Apabila dibuat grafiknya, suatu permukaan yang tegak lurus dengan sumbu putar akan menghasilkan profil dengan bentuk lingkaran yang konsentris dengan titik pusat grafik. Jikalau permukaan tersebut tidak tegak lurus, "profil kebulatannya" akan mempunyai MZC yang tidak berimpit dengan pusat grafik, dalam hal ini jarak ke dua titik pusat menggambarkan ketidaktegaklurusan. Perlu dicatat bahwa posisi sensor diusahakan sejauh mungkin dari pusat putaran supaya akibat penyimpangan terhadap kondisi tegak lurus lebih terasa. Dalam contoh ini eksentrisitas maksimum yang diizinkan dari MZC terhadap pusat grafik polar adalah sebesar 0.025 mm, yaitu sesuai dengan setengah harga toleransi ketegaklurusan (0.05 mm), lihat gambar 19.D. 5 Memeriksa toleransi kesejajaran (parallelism). Dua permukaan yang harus diperiksa kesejajarannya adalah permukaan atas dan bawah sirip benda ukur, lihat gambar 18. Seperti halnya dalam pemeriksaan ketegaklurusan di atas, sensor dalam posisi horisontal ditempelkan pada permukaan atas dan kemudian permukaan 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 MZC dapat diketahui. Apabila mereka berimpit berarti ke dua permukaan sejajar. Suatu eksentrisitas menandakan ketidaksejajaran, dan jarak maksimum ke dua MZC adalah setengah toleransi kesejajaran (setengah dari 0.035 mm). Pada gambar 19.E. terlihat bahwa permukaan 5 (permukaan atas) lebih tidak tegaklurus bila dibandingkan permukaan 6 (permukaan bawah) terhadap sumbu putar (titik pusatnya lebih jauh dari titik pusat grafik polar). 6 Memeriksa toleransi kelurusan (straightness). Pemeriksaan kelurusan dilakukan yang terakhir, sebab putaran meja/sensor harus dihentikan (selama pengukuran kesalahan bentuk yang lain dilakukan putaran tidak dihentikan demi untuk menjaga ketelitian sentering dan leveling). Dalam analisis profil kelurusan perlu dicari garis referensi yang umumnya dibuat melalui titik mula dan titik akhir. Terhadap garis referensi inilah ditentukan jarak titik tertinggi kemudian yang terendah untuk dijumlahkan. Pada gambar 19. F&G harga yang didapat tidak boleh melebihi toleransi kelurusan, masing-masing sebesar 0.04 mm dan 0.06 mm.




DAFTAR INDEKS 19

form deviation measurement. . . . . . . . . . . . . . . 15 concentricity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 parallelism. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 roundness.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 squareness.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 straightness. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 pengukuran kebulatan alat ukur kebulatan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 bukanlah merupakan pembesaran penampang.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 diameter dalam efektif. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 diameter luar efektif. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 efek kesalahan sentering. . . . . . . . . . . . . . 10 efek pembesaran. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 hasil yang dapat menyesatkan. . . . . . . . . . . 3 hubungan sudut posisi antara benda ukur dan profil kebulatan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 kebulatan ideal.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 kesalahan bentuk.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 lingkaran daerah minimum. . . . . . . . . . . . . 13 lingkaran dalam maksimum. . . . . . . . . . . . 12 lingkaran kuadrat terkecil. . . . . . . . . . . . . . 13 lingkaran luar minimum. . . . . . . . . . . . . . . . 12 lingkaran referensi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 mengatur kemiringan.. . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 menggeserkan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 parameter kebulatan. . . . . . . . . . . . . . . 1, 12 penentuan MRZ dengan cara coba_koreksi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 posisi pembuatan grafik. . . . . . . . . . . . . . . 10 profil kebulatan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 proses gerinda tanpa senter. . . . . . . . . . . . . 1 pengukuran kesalahan bentuk. . . . . . . . . . . . . . 15 contoh toleransi bentuk benda ukur. . . . . 15 memeriksa toleransi kebulatan. . . . . . . . . . 16 memeriksa toleransi kelurusan. . . . . . . . . . 17 memeriksa toleransi kesamaan sumbu (konsentrisitas). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 memeriksa toleransi kesejajaran. . . . . . . . 17 memeriksa toleransi ketegaklurusan. . . . . 17 seninya metrologi.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 sentering dan leveling. . . . . . . . . . . . . . . . . 15 roundness measurement centerless grinding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 form deviation.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 least squares center; LSC. . . . . . . . . . . . . 13 least squares circle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 leveling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 maximum inscribed circle. . . . . . . . . . . . . . 12 mean line average; MLA. . . . . . . . . . . . . . 13 minimum circumscribed circle.. . . . . . . . . . 12 minimum radial zone: MRZ. . . . . . . . . . . . 13 minimum zone center; MZC. . . . . . . . . . . 13 minimum zone circle. . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 roundness tester. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 sentering.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 sentering & leveling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 trial and error correction. . . . . . . . . . . . . . 13


20 DAFTAR ISI

DAFTAR ISI 1 PENDAHULUAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 PERSYARATAN PENGUKURAN KEBULATAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 ALAT UKUR KEBULATAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3.1 Komponen utama alat ukur kebulatan 5 4 MAKNA GRAFIK DAN PARAMETER KEBULATAN.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 5 CONTOH PENGUKURAN KESALAHAN BENTUK DENGAN ALAT UKUR KEBULATAN.. . . . . . 15


Toleransi kebulatan

Recommend Documents