Efek

Minggu, 19 Mei 2013

Poros MESIN | Elemen Mesin

POROS MESIN
1.1     Definisi

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)
Poros dalam sebuah mesin berfungsi untuk meneruskan tenaga melalui putaran mesin. Setiap elemen mesin yang berputar, seperti cakra tali, puli sabuk mesin, piringan kabel, tromol kabel, roda jalan, dan roda gigi, dipasang berputar terhadap poros dukung yang tetap atau dipasang tetap pada poros dukung yang berputar.
Contoh sebuah poros dukung yang berputar, yaitu poros roda kereta api, As gardan, dan lain-lain.
 Konstruksi Poros pada Kereta Api
Untuk merencanakan sebuah poros, perlu diperhitungkan gaya yang bekerja pada poros di atas  antara lain: gaya dalam akibat beratnya (W) yang selalu berpusat pada titik gravitasinya. Gaya (F) merupakan gaya luar arahnya dapat sejajar dengan permukaan benda ataupun membentuk sudut α dengan permukanan benda. Gaya F dapat menimbulkan tegangan pada poros, karena tegangan dapat rimbul pada benda yang mengalami gayagaya. Gaya yang timbul pada benda dapat berasal dari gaya dalam akibat berat benda sendiri atau gaya luar yang mengenai benda tersebut. Baik gaya dalam maupun gaya luar akan menimbulkan berbagai macam tegangan pada kontruksi tersebut.
1.2     Macam-macam poros
1.2.1        Berdasarkan Jenis Pembebanannya
  1. a.      Gandar
Gandar merupakan poros yang tidak mendapatkan beban puntir, fungsinya hanya sebagai penahan beban, biasanya tidak berputar. Contohnya seperti yang dipasang pada roda-roda kereta barang, atau pada as truk bagian depan.

  1. b.      Spindle
Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, di mana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindle. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.
 Kontruksi poros kereta api
  1. c.       Poros Transmisi
Poros transmisi berfungsi untuk memindahkan tenaga mekanik salah satu elemen mesin ke elemen mesin yang lain. Poros transmisi mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur yang akan meneruskan daya ke poros melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau sproket rantau, dan lain-lain.
Gambar 1.2.1 Kontruksi poros transmisi
1.2.2        Berdasarkan Bentuknya
1.2.2.1  Poros Lurus
Gambar 1.2.2.1 Poros Lurus
1.2.2.2  Poros Engkol
Poros engkol merupakan bagian dari mesin yang dipakai untuk merubah gerakan naik turun dari torak menjadi gerakan berputar. Poros engkol yang kecil sampai yang sedang biasanya dibuat dari satu bahan yang ditempa kemudian dibubut, sedangkan yang besar-besar dibuat dari beberapa bagian yang disambung-sambung dengan cara pengingsutan.
Didalam praktek dikenal 2 macam poros engkol yaitu :
  1. a.      Poros Engkol Tunggal
Poros ini terdiri dari sebuah poros engkol dan sebuah pen engkol. Kedua-duanya diikat menjadi satu oleh pipi engkol yang pemasangannya  menggunakan cara pengingsutan. Pipi engkol biasanya dibuat daripada baja tuang, sedangkan pen engkolnya dari pada baja St.50 atau St.60. jarak antara sumbu pen engkol dengan sumbu poros engkol adalah setengah langkah torak.
Gambar 1.2.2.2.a Poros Engkol Tunggal
  1. b.      Poros Engkol Ganda
Poros engkol ini mempunyai 2 buah pipi engkol terdiri dari satu bahan sedang pemasangan poros engkolnya  adalah dengan sambungan ingsutan. Poros-poros  engkol ini bahan dibuat dari besi tuang khusus. Disamping harga pembuatannya  lebih ringan, besi tuang itu mempunyai sifat dapat menahan getaran-getaran.
Gambar 1.2.2.2.b  Poros Engkol Ganda
1.3     Perencanaan
Hal-hal penting dalam perencanaan poros sebagai berikut ini perlu diperhatikan :
  1. 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.
  1. 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.
  1. 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,
  1. 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.
  1. 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.
    1 .4     Perhitungan pada Poros

Pada poros yang menderita beban puntir dan beban lentur sekaligus, maka pada permukaan poros akan terjadi tegangan geser karena momen puntir dan tegangan lentur karena momen lengkung, maka daya rencana poros dapat ditentukan denan rumus:
Dimana
Pd        = daya rencana (kW)
Fc        = factor koreksi
P          = daya nominal motor penggerak (kW)
Jika momen puntir (disebut juga momen rencana) adalah T (kg.mm) maka:
Bila momen rencana T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros d (mm), maka tegangan geser (kg.mm2) yang terjadi adalah:
Meskipun dalam perkiraan sementara ditetapkan bahwa beban hanya terdiri atas momen puntir saja, perlu ditinjau pula apakah ada kemungkinan pemakaian dengan beban lentur dimasa mendatang. Jika memang diperkirakan akan terjadi pemakaian dengan beban lentur maka dapat dipertimbangkan pemakaian factor Cb yang harganya antara 1,2-2,3.(jika tidak diperkirakan akan terjadi pembebanan lentur maka Cb diambil = 1,0).
Dari persamaan diatas diperoleh rumus untuk menghitung diameter poros
Perhitungan putaran kritis
Dimana :
W       = berat beban yang berputar
l         = jarak anatara bantalan
1.5     Beban Pada Poros

  1. a.      Poros dengan Beban Puntir
Daya dan perputaran, momen puntir yang akan dipindahkan oleh poros dapat ditentukan dengan mengetahui garis tengah pada poros.
Gambar 1.5.a  Poros Transmisi dengan beban punter
Apabila gaya keliling F pada gambar sepanjang lingkaran dengan jari-jari r menempuh jarak melalui sudut titik tengah α (dalam radial), maka jarak ini adalah r ·  , dan kerja yang dilakukan adalah F.
Gaya F yang bekerja pada keliling roda gigi dengan jari-jari r dan gaya reaksi pada poros sebesar F merupakan suatu kopel yang momennya Mw = F.r. Momen ini merupakan momen puntir yang bekerja dalam poros.
W = F · r · α = Mw · α
Bila jarak ini ditempuh dalam waktu t, maka daya:
P  = W / t  =  Mw · α  t  =  Mw · ω
di mana ω ialah kecepatan sudut poros. Jadi, momen puntirnya:
Mw = ω P

  1. b.      Poros dengan Beban Lentur Murni
Poros dengan beban lentur murni biasanya terjadi pada gandar dari kereta tambang dan lengan robot yang tidak dibebani dengan puntiran, melainkan diasumsikan mendapat pembebanan lentur saja. Meskipun pada kenyataannya gandar ini tidak hanya mendapat beban statis, tetapi juga mendapat beban dinamis.
Gambar 1.5.b. Beban lentur murni pada lengan robot
Jika momen lentur M1, di mana beban pada suatu gandar diperoleh dari 1 2 berat kendaraan dengan muatan maksimum dikurangi berat gandar dan roda, tegangan lentur yang diizinkan adalah σa, maka diameter dari poros adalah:
  1. c.       Poros dengan Beban Puntir dan Lentur
Poros dengan beban puntir dan lentur dapat terjadi pada puli atau roda gigi pada mesin untuk meneruskan daya melalui sabuk, atau rantai. Dengan demikian poros tersebut mendapat beban puntir dan lentur akibat adanya beban. Beban yang bekerja pada poros pada umumnya adalah beban berulang. Jika poros tersebut mempunyai roda gigi untuk meneruskan daya besar, maka kejutan berat akan terjadi pada saat mulai atau sedang berputar. Selain itu beban punter dan lentur juga terjadi pada lengan arbor mesin frais, terutama pada saat pemakanan.
            Gambar 1.5.c. Beban puntir dan lentur pada arbor saat pemakanan
Agar mampu menahan beban puntir dan lentur, bahan poros harus bersifat liat dan ulet agar mampu menahan tegangan geser maksimum sebesar:
Pada poros yang pejal dengan penampang bulat,

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar