Penyusunan Modul ini dibawah koordinasi PIC Studi Independen PT. Stechoq Robotika Indonesia, yang akan dipergunakan dalam proses pembelajaran Studi Independen. Modul ini merupakan dokumen sumber belajar yang senantiasa dapat diperbaiki, diperbaharui dan dimutahirkan sesuai dengan kebutuhan dan perubahan zaman. Maka dari itu, kritik dan saran serta masukan dari berbagai pihak diharapkan dapat meningkatkan dan menyempurnakan kualitas isi maupun mutu modul ini. 

B.    Tujuan Pembelajaran

Pada program SI khususnya pada materi Machine Element: Bearing, Shaft and Gears ini memiliki beberapa tujuan pembelajaran antara lain sebagai berikut:

1.     Mengerti

Mahasiswa diharapkan mengerti tentang  definisi, fungsi, dan tujuan dari elemen mesin

2.     Memahami

Mahasiswa diharapkan dapat memahami dan menjelaskan tentang sebuah elemen mesin

3.     Mampu

Mahasiswa mampu menggunakan elemen mesin sesuai dengan kegunaanya

4.     Menerapkan

Mahasiswa diharapkan mampu menerapkan semua pembelajaran yang telah didapat ke dalam sebuah pekerjaan dimasa yang akan datang.

C. Kompetensi yang Dikembangkan

Dalam struktur Studi Independen, secara garis besar materi dikelompokan ke dalam tiga kelompok besar yaitu : 

1. Mengenal macam, fungsi, dan penerapan elemen mesin

2. Mampu memilih elemen dengan pertimbangan teknik, ekonomi, dan sosial 

3. Mampu menganalisis gaya-gaya yang bekerja pada elemen

4. Mampu menghitung ukuran elemen 

D. Capaian Pembelajaran

1.    Sikap

a. Mampu bekerja mandiri

b. Mampu bekerjasama dalam tim

2.    Pengetahuan

a. Mengenal macam, fungsi, dan penerapam elemen mesin

b. Mampu memilih elemen mesin dengan pertimbangan teknik ekonomi dan sosial.

c. Mampu menganalisis gaya-gaya yang bekerja pada elemen

d. Mampu menghitung ukuran elemen

E. Teknis Pembelajaran

1.     Pembelajaran mandiri

Mahasiswa diberikan sebuah materi pembelajaran yang dapat dilihat di laman web Stechoq Training Center

2.     Diskusi

Mahasiswa dapat melakukan diskusi dengan mahasiswa lain dalam mengerjakan tugas-tugas yang diberikan oleh mentor

3.     Fokus Grub Discussion

Akan ada sesi diskusi di akhir setiap minggu dengan mentor untuk mendiskusikan permasalahan-permasalahan yang dihadapi dalam mengerjakan tugas

4.     Penerapan Pembelajaran

Penerapan pembelajaran dalam tugas akhir untuk memberikan pengalaman dalam dunia kerja

BAB II KEGIATAN BELAJAR

A. Pengertian Elemen Mesin

1.    Tujuan

Setelah mempelajari materi ini, dengan melalui mengamati, menanya, pengumpulan data, mengasosiasi dan mengkomunikasikan, mahasiswa dapat:

a. Menjelaskan pengertian Elemen Mesin

b. Menjelaskan fungsi Elemen Mesin

c. Menjelaskan macam macam elemen mesin

2.     Uraian Materi

Pada konstruksi mesin terdapat bagian-bagian komponen tunggal yang menyusunnya, atau disebut dengan elemen mesin dan setiap bagian elemen mesin mempunyai fungsi pemakaian masing-masing. Dengan pengertian tersebut diatas, maka elemen mesin dapat dikelompokkan sebagai berikut :

a.      Elemen–elemen sambungan

• Sambungan Adhesif

• Sambungan Baut dan Pin

• Sambungan Susut dan Tekan

• Sambungan Paku Keling

• Sambungan Ulir Sekrup

• Sambungan Solder dan Brazing

• Sambungan Pengelasan

b.     Bantalan dan elemen transmisi

• Bantalan luncur

• Bantalan gelinding

• Poros dukung dan poros pemindah

• Kopling tetap& tidak tetap

• Rem

• Pegas

• Tuas

• Sabuk dan Rantai Roda gigi

c.     Elemen-elemen transmisi untuk gas dan Liquid

• Valve

• Fittings

d.     Prinsip-Prinsip Dasar Perencanaan Elemen Mesin

Perancangan dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui apa saja langkah langkah dan komponen yang akan digunakan dalam sebuah konstruksi mesin, pada dasarnya merupakan perencanaan bagian (komponen), yang direncanakan dan dibuat untuk memenuhi kebutuhan mekanisme dari suatu mesin.

Dalam  tahap-tahap perencanaan tersebut, pertimbangan-pertimbangan yang perlu  diperhatikan dalam memulai perencanaan eleven mesin meliputi :

1)   Jenis-jenis pembebanan yang direncanakan

2)   Jenis-jenis tegangan yang ditimbulkan akibat pembebanan tsb.

3)   Pemilhan bahan

4)   Bentuk dan ukuran bagian mesin yang direncanakan

5)   Gerakan atau kinematika dari bagian-bagian yang akan direncanakan.

6)   Penggunaan komponen Standard

7)   Mencerminkan suatu rasa keindahan (aspek estétika)

8)   Hukum dan ekonoomis

9)   Keamanan operasi

10) Pemeliharaan dan perawatan

Dengan memperhatikan pertimbangan tersebut diatas, maka tahap-tahap perencanaan totalnya yaitu sbb :

1)   Menentukan kebutuhan

2)   Pemilihan mekanisme

3)   Beban mekanisme

4)   Pemilihan material

5)   Menentukan ukuran

6)   Modifikasi

7)   Gambar kerja

8)   Pembuatan dan kontrol kualitas

Yang dimaksud dengan tahap perencanaan tersebut diatas :

1)    Menentukan kebutuhan

Dalam menentukan kebutuhan, perlu diperhatikan bagian bagian yang akan dirancang dan dibutuhkan sesuai dengan fungsinya

2)    Pemilihan mekanisme

Berdasarkan fungsinya dipilih mekanisme yang tepat dari bagian mesin tersebut. Misalnya untuk memindahkan putaran poros dengan arah yang tegak lurus dengan poros lainnya yang digerakan maka dipilih roda gigi payung.

3)    Beban mekanis

Berdasarkan mekanisme yang telah ditentukan, beban-beban mekanis yang akan terjadi harus dihitung berdasarkan data yang sesuai dengan kebutuhan, sehingga didapat jenis-jenis pembebanan yang bekerja pada elemen tersebut.

4)    Pemilihan bahan (material)

Untuk mendapatkan bagian mesin yang sesuai dengan kekuatannya, dilakukan pemilihan bahan dengan kekuatan yang sesuai dengan kondisi beban serta tegangan yang terjadi. Misalnya kekuatan direncanakan harus lebih kecil dari kekuatan bahan yang ditentukan dengan faktor keamanan sesuai dengan kebutuhan.

5)    Menentukan ukuran

Bila terjadi kesesuaian pemakaian bahan dan perhitungan beban mekanis dapat dicari ukuran-ukuran elemen mesin yang direncanakan dengan standar yang ada dalam standarisasi. Tentukan bentuk dan ukuran bagian mesin dengan mempertimbangkan gaya aksi pada elemen mesin dan tegangan yang diijinkan untuk material yang digunakan

6)    Modifikasi

Modifikasi bentuk diperlukan bila bagian mesin yang direncanakan telah pernah dibuat sebelumnya. Merubah/memodifikasi ukuran berdasarkan pengalaman produksi yang lalu. Pertimbangan ini biasanya untuk menghemat biaya produksi.

7)    Gambar Kerja

Setelah mendapatkan ukuran yang sesuai, ukuran untuk pengambaran kerja didapat, baik gambar detail maupun gambar assemblynya. Menggambar secara detail setiap komponen dan perakitan mesin dengan spesifikasi lengkap untuk proses produksi

8)    Pembuatan kontrol kualitas

Dengan gambar kerja dapat dibuat bagian-bagian mesin yang dibutuhkan, dengan mencatumkan persyaratan suaian, toleransi serta tanda pengerjaan, ini dimaksudkan untuk mendapatkan hasil pembuatan suaian dengan yang diinginkan. Dari penentuan suaian yang telah ditetapkan tersebut dapat digunakan sebagai pedoman kontrol kualitas yang disyaratkan.

9)    Produksi

Komponen bagian mesin seperti tercantum dalam gambar detail diproduksi di workshop

e.     Standar, Kode dan Peraturan Pemerintah Dalam Desain 

• Standar didefinisikan sebagai kriteria, aturan, prinsip, atau gambaran yang dipertimbangkan oleh seorang ahli, sebagai dasar perbandingan atau keputusan atau sebagai model yang diakui. 

• Kode adalah koleksi sistematis dari hukum yang ada pada suatu negara atau aturan-aturan yang berhubungan dengan subyek yang diberikan. 

• Peraturan pemerintah adalah peraturan-peraturan yang berkembang sebagai hasil perundang-undangan untuk mengontrol beberapa area kegiatan. 

Contoh peraturan pemerintah Amerika adalah : 

▪   AISI : American Iron and Steel Institute

▪   ASTM : American Society for Testing and Materials 

▪   ANSI : American National Standards Institute

▪   SAE : Society of Automotive Engineers 

f.      Dasar-Dasar Pembebanan yang terjadi pada elemen mesin

Dasar pembebanan pada elemen mesin adalah beban (gaya) aksial, gaya geser murni, torsi dan bending. Setiap gaya menghasilkan tegangan pada elemen mesin, dan juga deformasi, artinya perubahan bentuk. Terdapat 2 jenis tegangan : normal dan geser. 

Gaya aksial menghasilkan tegangan normal. Torsi dan geser murni, menghasilkan tegangan geser. Bending menghasilkan tegangan normal dan geser. 

1)     Gaya aksial. 

Balok pada gambar di bawah ini dibebani ytarik sepanjang y axis oleh gaya P pada ujungnya. Balok ini mempunyai penampang yang seragam (uniform), dan luas penampang A yang konstan.

Tegangan. gaya P menghasilkan beban tarik sepanjang axis balok, menghasilkan tegangan normal tarik σ sebesar:

   Contoh 1

 Contoh 2

 Contoh 3

2)     Regangan

3)     Diagram Tegangan Regangan

Secara umum hubungan antara tegangan dan regangan dapat dilihat pada diagram tegangan-regangan berikut ini :

Dari diagram tegangan regangan pada gambar di atas, terdapat tiga daerah kerja sebagai berikut : 

a) Daerah elastis merupakan daerah yang digunakan dalam desain konstruksi mesin. 

b) Daerah plastis merupakan daerah yang digunakan untuk proses pembentukan material. 

c) Daerah maksimum merupakan daerah yang digunakan dalam proses pemotongan material. 

Dalam desain komponen mesin yang membutuhkan kondisi konstruksi yang kuat dan kaku, maka perlu dipertimbangkan hal-hal sebagai berikut : 

• Daerah kerja : daerah elastis atau daerah konstruksi mesin.

• Beban yang terjadi atau tegangan kerja yang timbul harus lebih kecil dari tegangan yang diijinkan. 

• Konstruksi harus kuat dan kaku, sehingga diperlukan deformasi yang elastis yaitu kemampuan material untuk kembali ke bentuk semula jika beban dilepaskan.

• safety factor (SF) atau faktor keamanan sesuai dengan kondisi kerja dan jenis material yang digunakan.

4)     Working Stress (tegangan kerja)

• Ketika perancangan elemen mesin, tegangan yang terjadi harus lebih rendah dari pada tegangan ultimate atau maksimum. Tegangan yang terjadi ini dinamakan working stress atau design stress. Atau dinamakan juga tegangan yang dijinkan.

• Catatan: Kegagalan desain tidak berarti bahwa material mengalami patah. Beberapa elemen mesin dikatakan gagal ketika mereka mengalami deformasi plastis, dan mereka tidak bisa melakukan fungsi mereka dengan memuaskan.

5)     Faktor Keamanan (Sf)

Definisi umum faktor keamanan adalah perbandingan antara tegangan maksimum (maximum stress) dengan tegangan kerja (working stress), secara matematis ditulis :

6)    Modulus Elastisitas (E)

Perbandingan antara tegangan dan regangan yang berasal dari diagram tegangan regangan dapat dituliskan sebagai berikut : 

Menurut Hukum Hooke tegangan sebanding dengan regangan, yang dikenal dengan deformasi aksial : 

Thomas Young (1807) membuat konstanta kesebandingan antara tegangan dan regangan yang dikenal dengan Modulus Young (Modulus Elastitas) : E

Variasi hukum Hooke diperoleh dengan substitusi regangan ke dalam persamaan tegangan

7)     Modulus Geser (G)

Modulus geser merupakan perbandingan antara tegangan geser dengan regangan geser.

8)    Possion Ratio (ν)

Suatu benda jika diberi gaya tarik maka akan mengalami deformasi lateral (mengecil). Jika benda tersebut ditekan maka akan mengalami pemuaian ke samping (menggelembung). Penambahan dimensi lateral diberi tanda (+) dan pengurangan dimensi lateral diberi tanda (-).

Possion ratio merupakan perbandingan antara regangan lateral dengan regangan aksial dalam harga mutlak.

Harga ν berkisar antara : 0,25 s/d 0,35. Harga ν tertinggi adalah dari bahan karet dengan nilai 0,5 dan harga ν terkecil adalah beton dengan nilai : 0,1.

Efek ν yang dialami bahan tidak akan memberikan tambahan tegangan lain, kecuali jika deformasi melintang dicegah.

Contoh soal 

Sebuah batang dengan panjang 100 cm dengan profil segi empat ukuran 2 cm x 2 cm diberi gaya tarik sebesar 1000 kg. Jika modulus elastisitas bahan 2 x 106 kg/cm2. Hitung pertambahan panjang yang terjadi.

9)     Geser murni

Sambungan balok dengan paku keling tunggal seperti pada gambar di bawah ini: 

Tegangan. Jika keling dipotong pada bagian tengah sambungan untuk mendapatkan luas penampang A dari keling, kemudian menghasilkan diagram benda bebas pada gambar dibawah ini.

Gaya geser V memberikan aksi pada bagian penampang keling dan oleh keseimbangan statis sama dengan besarnya gaya P. Tegangan geser τ dalam keling adalah:

Contoh Soal

3.    Tugas

B. Sambungan Baut

1.    Tujuan Pembelajaran

Setelah mempelajari materi ini, dengan melalui mengamati, menanya, pengumpulan data, mengasosiasi dan mengkomunikasikan, peserta didik dapat:

a. Menjelaskan macam macam sambungan baut

b. Menjelaskan keuntungan dan kerugian sambungan baut

c. Menghitung kekuatan sambungan baut.

2.    Uraian Materi

a.     Fungsi Sambungan 

Suatu konstruksi mesin terdiri atas elemen elemen mesin yang dirakit dan disatukan satu sama lainnya dengan cara disambung dan tersusun menjadi suatu mesin yang utuh. Salah satu bentuk sambungan elemen mesin tersebut adalah sambungan ulir. Sambungan ulir pada elemen mesin berfungsi sebagai sambungan yang dapat dibuka dan dipasang kembali tanpa merusak elemen mesin mesin itu sendiri atau alat penyambungnya . 

Sambungan ulir terdiri atas baut dan mur oleh kerena itu sambungan ulir disebut juga dengan sambungan mur baut. Sambungan mur baut banyak digunakan pada sambungan konstruksi mesin, sasis, konstruksi jembatan, konstruksi bangunan rangka baja, mesin automotive dan elemen elemen mesin lainnya. Hampir 90% dari suatu mesin disambung dengan menggunakan ulir yaitu dengan menggunakan baut, sekrup dan mur. Sambungan dengan menggunakan ulir ini sangat praktis dengan pertimbangan:

• Mudah dalam pemasangan

• Penggantian suku cadang praktis

• Untuk pembongkaran dan pemasangan kembali memerlukan alat yang sederhana yaitu berupa kunci kunci yang dapat dibawa

• Dalam keadaan darurat pembongkaran dan pemasangan kembali dapat dilakukan dimana saja. Contoh melepas roda kendaraan yang pecah untuk ditambal. 

• Tidak merusak bagian bagian komponen yang disambung maupun alat penyambungnya

• Sambungan dengan ulir bersifat sambungan-sementara.

• Sambungan dapat dilaksanakan pada komponen mesin yang bergerak maupun yang tidak dapat bergerak

Sambungan bergerak misalnya sambungan antara poros engkol dengan batang penggerak, sambungan poros dengan bantalan, dan semacamnya. Sambungan yang tidak dapat bergerak yaitu sambungan pada konstruksi jembatan, kontruksi bangunan, angker angker, dan semacamnya. Ulir terdiri dari ulir luar dan ulir dalam, ulir luar disebut dengan baut dan ulir dalam disebut dengan mur

b.     Macam Macam Ulir

Ulir yang digunakan pada mur baut pada umumnya adalah ulir segitiga yaitu ulir yang mempunyai penampang dengan bentuk profil segitiga . Jenis ulir segitiga yang standar terdiri atas:

• Ulir metris

• Ulir whitwort

• Ulir UNC dan UNF

• Ulir standar pabrik

i.      Ulir metris 

Pada baut atau mur yang mempunyai standar metris, untuk menunjukan atau memberikan tanda pada baut atau mur tersebut yaitu dengan huruf M sebagai simbol dari ulir metris kemudian diikuti dengan angka yang menyatakan ukuran diameter luar dari ulir dan kisar ulir. Penunjukan ulir ini selain terdapat pada mur atau baut juga terdapat pada sney dan tap.

Profil ulir metris (ISO Metric) mempunyai bentuk profil segi tiga dengan sudut puincak 60 derajat. Penampang dari sepasang profil ulir metris yang terdiri dari mur dan baut atau ulir luar dan ulir dalam serta ukurannya dapat dilihat pada gambar berikut:

Ukuran standar ulir metris

• H1 = 0,541266 p

• D1 = D – 1,082532 p

• D2 = D – 0,64951 p 

Ukuran baut Metris 

Ukuran dari kedalaman ulir pada baut adalah: 

d = 0,61. p 

Ukuran diameter minor atau ukuran diameter terkecil pada baut menjadi: 

md. = M D - 2.d = MD – 2(0,61).p = MD – 1,22.p

Ukuran tinggi ulir pada mur adalah h= 0,54. p (dibulatkan) Ukuran diameter minor atau diameter terkecil dari mur menjadi: 

md=M –2.h= MD – 2 (0,54) p = MD – 1,08.p (dibulatkan)

Tabel berikut adalah ukuran ulir standar Metrik (Metrric M Profil) , yang terdiri atas : ukuran dasar , kisar , Diameter luar/ mayor , diameter dalam dan jenis ulir kasar atau halus dengan satuan [mm] . Ukuran standar diameter : bervariasi sampai dengan ukuran 200 mm

ii.     Ulir whitwort 

Ulir whitwortadalah jenis ulir segi tiga dengan sudut puncak 55 derajat , ulir whitwort ini mempunyai satuan inchi . Penunjukan ulir whitwort yaitu dengan Mekanika Teknik dan Elemen Mesin - 13 huruf W , kemudian diikuti dengan dua angka , angka pertama menunjukan ukuran diameter luar dan angka yang kedua menunjukan jumlah kisar tiap satu inchi .

Bentuk standar profil ulir whitwort (BSW) dapat dilihat pada gambar berikut :

iii.    Ulir UNC 

Ulir UNC termasuk ulir segi tiga yang mempunyai satuan inchi seperti ulir Whitwort, hanya sudut puncaknya mempunyai sudut 60 derajat dan profilnya sama dengan profil ulir metris . Penunjukan ulir Uni diawali dengan angka yang menyatakan nomor ulir atau diameter ulir luar dan jumlah kisar tiap inchi

Untuk menentukan ukuran utama ulir UNC dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan atau berdasarkan tabel standar : Ukuran ukuran utama dari ulir UNC dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan – persamaan berikut:

H = 0,866025. n X 25,4 [mm] 

H1 = 5/8H= 0,541266/n X 25,4 [mm] 

D1 = ( D - 1,082532/n ) 25,4 [mm] 

D2 = (D – 0,649519. n 

Keterangan : 1 Inchi = 25,4 mm ) X 25,4 [mm] 

H1 = tinggi kaitan dalam satuan ….. [mm] 

D1 = Diameter dalam ulir …………...[mm] 

D2 = Diameter efektif ………………...[mm] 

D = Diameter luar dal;am satuan inchi. 

Ukuran dari kedalaman ulir pada baut adalah d = 0,61.p Ukuran diameter minor atau ukuran diameter terkecil pada baut menjadi : 

md.=M D - 2.d = MD – 2(0,61).p = MD – 1,22.p 

p = pitch = 1/n , dan n = jumlah ulir tiap satuan inchi .

Ukuran tinggi ulir pada mur adalah 

h= 0,54. p (dibulatkan) 

Ukuran diameter minor atau diameter terkecil dari mur menjadi:

md=M –2.h= MD-2(0,54)p =MD – 1,08.p 

Keterangan: 

MD = Diameter ulir terbesar untuk mur dan baut 

md. = Diameter terkecil untuk mur dan baut 

p = Kisar atau pitch = 25,4/n [mm] 

n = jumlah ulir tiap inchi . 

d = dalam ulir pada baut 

h = tinggi ulir pada mur

Untuk mengetahui ukuran ulir UNC selain dengan cara menghitung seperti di atas juga ukurannya dapat ditentukan berdasarkan table standar, yaitu untuk menentukan ukuran dasar ,diameter mayor , diameter minor dan jumlah ulir tiap inchi . Lihat table berikut 

iv.    Ulir Standar Pabrik 

Sebagai kebijakan dari pabrik otomotip untuk mempermudah dalam perakitan atau perawatan , spesifikasi dari baut dilengkapi dengan nomor part , tanda pada kepala baut , dan ukuran panjang maupun diameter dasar . Simbol dan penjelasan dari tanda kepala baut tersebut dapat dilihat pada gambar dan tabel berikut .

Simbol baut-pabrik untuk kelas pengerasan , diameter dan panjang baut yang digunakan pada kendaraan dapat dilihat pada gambar berikut :

Baut tanam disebut juga dengan baut tap pada kedua ujungnya diulir dan tidak mempunyai kepala , seperti terlihat pada gambar berikut 

Macam macam bentuk baut yang biasa digunakan pada otomotif dapat dilihat pada gambar berikut : 

c.     Bentuk kepala baut / sekeruf 

Bentuk kepala sekeruf mempunyai bermacam macam diantaranya kepala sekeruf dengan bentuk sok , untuk memutarkan sekeruf tersebut diperlukan obeng sok biasanya berupa kunci L . Sekeruf dengan kepala trapezium dengan alur lurus atau alur menyilang, sekeruf dengan kepala segi enam atau segi empat . Macam macam bentuk kepala baut tersebut dapat dilihat pada gambar berikut :

Tabel berikut adalah ukuran ulir standar Metrik untuk kepala baut, yang terdiri atas: ukuran dasar ,tinggi baut , dan lebar kunci.

d.     Bahan Ulir / Baut Dan Mur 

Bahan untuk baut dan mur biasanya baja carbon , baja konstruksi baisa , atau baja batangan yang difinish dingin . Macam macam bahan untuk baut dan mur dapat dilihat pada table berikut:

i.      Perhitungan Sambungan Baut/Ulir 

i)     Tegangan tarik pada baut 

Baut baut yang digunakan untuk sambungan dengan beban tarik atau beban aksial , dimana arah gayanya searah dengan sumbu baut, dan daerah yang berbahaya yaitu kemungkinan baut itu putus adalah pada penampang yang mempunyai ukuran diameter terkecil yaitu pada penampang x-x seperti terlihat pada gambar berikut. 

Jika suatu baut mempunyai ukuran diameter dalam atau diameter terkecil d1 [mm] mendapatkan gaya tarik akibat dari gaya aksial sebesar F [N] maka tegangan tarik pada baut dapat dihitung dengan persamaan berikut : 

Keterangan : 

σt = tegangan tarik

F = Gaya tarik 

A = luas penampang 

Jika baut mempunyai ukuran diameter terkecil adalah d1 mm maka luasnya penampangnya adalah : 

Supaya baut tidak patah saat dibebani maksimum , hendaknya nilai tegangan tarik yang terjadi sama atau lebih kecil dari tegangan tarik yang diizinkan . 

Atau dengan cara memasukan vaktor keamanan pada persamaan di atas , maka tegangan tarik yang di izinkan adalah :

Ukuran ulir-dalam atau ukuran diameter terkecil dapat di turunkan dari persaaan tegangan tarik di atas yaitu : 

Keterangan :

ii)   Tegangan Geser pada Kepala Bau

Lihat gambar di atas, gaya aksial pada baut , selain menyebabkan tegangan tarik pada batang baut juga menyebabkan pula tegangan geser pada kepala baut . Jika gaya aksial yang bekerja pada baut adlah F [ N ] , tinggi kepala baut mempunyai ukuran h [mm] dan diameter baut d [ mm ] , tegangan geser pada kepala baut dapat dihitung dengan persamaan berikut : Tegangan geser adalah :

dan A = luas penampang yang tergeser yaitu : 

Luas bidang yang tergeser merupakan luas selimut silinder , dengan panjang berupa keliling silinder dan tingginya adalah h mm , maka luasnya adalah : 

maka tegangan geser pada kepala baut menjadi : 

Keterangan : 

τg = Tegangan geser pada kepala baut dalam satuan [N/mm 2 ]

A = Luas penampang yang tergeser dalam satuan [mm 2 ]

d = Diameter baut dalam satuan [mm]

h = Tinggi kepala baut dalam satuan [mm]

Contoh 1.1: 

Tentukan ukuran diameter terkecil dan tinggi ulir mur dan baut untuk membuat ulir ISO Metrik yang mempunyai ukuran dasar 10 dengan pitch = 1,5 mm 

Penyelesaian : 

Diketahui ulir ISO Metric 

- Diameter mayor MD = 10 mm 

- Pitch = 1,5 mm Ditanyakan 

- Ukuran ukuran ulir pada baut

- Ukuran ukuran ulir pada mur 

Jawaban : 

- Ukuran ukuran ulir pada baut : 

Kedalaman ulir : 

d = 0,61. p 

d = 0,61 X 1,5 = 0,92 mm 

Diameter minor atau terkecil baut

md = MD – 2.d = 10 – 2(0,92) 

md = 10 – 1,82 = 8,18 mm

- Ukuran ukuran pada mur : 

Tinggi ulir : 

h = 0,54 .

p = 0,54 X 1,5 = 0,81 mm 

Diameter terkecil atau minor mur : 

md = MD -2.h 

= 10 – 2(0,81) 

= 10 – 1,62 md 

= 8,38 mm 

Contoh 1.2: 

Hitung diameter minor dari ulir Whitwort (BSW) ¾ in, jika kedalaman ulir = 0,64p. 

Penyelesaian 

Diketahui ulir whitwort 

- MD = ¾ In 

- d = 0,64 p. 

Ditanyakan : Ukuran Diameter Minor 

Jawaban: 

Lihat tabel, ulir whitwort yang mempunyai ukuran ¾ in mempunyai ulir 10 ulir tiap inchi . 

Maka p =1/10 in 

Kedalamam ulir d = 0,64 X 1/10 = 0,064 in 

Diameter minor md = MD – 2.d = 0,75 – 2(0,064) = 0,75 – 0,128 = 0,622 inchi . 

Contoh 1.3: 

Suatu bahan akan dibuat ulir UNC dengan diameter dasar 1 inchi. Tentukan ukuran diameter minor untuk ulir baut dan mur UNC tersebut . 

Diketahui: ulir UNC Diameter Mayor MD = 1 inchi = 25,4 mm 

Ditanyakan ukuran minor dari baut dan mur 

Jawaban : 

Lihat tabel, ulir UNC yang mempunyai ukuran 1 inchi mempunyai ulir 8 ulir tiap inchi atau n = 8 

Kisar ulir 

- P = 1/ 8 inchi = 25,4/8 [mm]

- Ukuran baut 

- Dalamnya ulir 

- d = 0,61.p

- d = 0,61 X 1/8 [ inchi] = 0,076 inchi 

Diameter minor baut 

- md= MD – 2.d = 1 – 2 x 0,076 = 1 – 0,152 = 0,848 inchi 

Ukuran mur : 

- Tinggi gigi 

- h = 0,54 p 

- h = 0,54 x 1/8 = 0,067 inchi

Diameter minor mur 

- md = MD – 2.h = 1 – 2 x 0,067 = 1 – 0,134 = 0,866 inchi . 

- Jika ukuran di atas dalam satuan mm maka ukuran tersebut dikalikan dengan 25,4 

Contoh 1.4: 

Suatu baut digunakan untuk mengikat mata rantai dengan konstruksi seperti terlihat pada gambar. Bahan baut S 40 C dengan vaktor keamanan V=6. Tentukan ukuran diameter terkecil dari baut tersebut , jika beban tarik F = 20 KN 

Penyelesaian : 

Tegangan tarik untuk S 40 C , lihat tabel t = 600 [ N / mm 2 ] 

Faktor keamanan f = 6 

Beban tarik F = 20.000 [N] 

Ditanyakan, ukuran ulir dalam 

Jawaban :

Ukuran baut standar yang digunakan dapat dilihat pada tabel-ulir : 

• Jika menggunakan ulir UNC , ukuran yang mendekati dan aman untuk digunakan adalah ¾” – 10 UNC dengan ukuran : d1 = 16,299 mm d = 19,050 mm dan d2 = 17,399 mm 

• Jika menggunakan ulir metris : ukuran yang mendekati adalah M 20 X 2,5 dengan ukuran : d1 = 20 – (1,082532X2,5)= 17,29 mm

Contoh 1.5: 

Suatu penarik /peregang tali seperti terlihat pada gambar, mendapat beban F = 4000 N, bahan baut ST 40 C dengan faktor keamanan 6, Hitunglah ukuran diameter baut yang akan digunakannya .

Jawaban : 

Kekuatan / tegangan baut dapat dilihat pada tabel, yaitu untuk bahan ST 40 C, tegangan tariknya t = 600 N/mm . Tegangan yang di izinkan : 

Jika kita menggunakan ulir metris maka ukuran yang mendekati adalah M 26 X3 dengan ukuran d1 = 23,10 mm . 

Contoh 1.6: 

Jika kepala baut pada contoh di atas menggunakan M16 yang mempunyai ukuran d = 16 mm dan tinggi kepala baut 0,7 d , hitung tegangan geser pada kepala baut tersebut. 

Penyelesaian : 

Diketahui :  Beban Aksial pada kepala baut : F = 20.000[N] 

- Ukuran tinggi kepala baut h = 0,7 d 

- Diameter baut d = 16 mm 

Ditanyakan tegangan geser pada kepala baut :  g

3.     Tugas

Buatlah rangkuman materi diatas dengan tulis tangan minimal 2 halaman folio!