A. TINJAUAN UMUM
Gandar (berputar atau diam) atau poros adalah
untuk menopang bagian mesin yang diam, berayun atau berputar, tetapi tidak
menderita momen putar dan denga demikian tegangan utamanya adalah tekukan
(bending). Gandar pendek juga disebut sebagai baut. Bagian yang berputar dalam
bantalan dari gandar (dan poros) disebut tap.
Poros (keseluruhannya berputar) adalah untuk mendukung suatu
momen putar dan mendapat tegangan puntir dan tekuk.
Menurut arah memanjangnya (longitudinal) maka dibedakan
poros yang bengkok (poros engkol) terhadap poros lurus biasa, sebagai poros
pejal atau poros berlubang, keseluruhannya rata atau dibuat mengecil. Menurut
penampang melintangnya disebutkan sebagai poros bulat dan poros profil
(contohnya dengan profil alur banyak dan profil – K). Disamping itu dikenal
juga poros engsel, poros teleskop, poros lentur, dan lain-lain.
Persyaratan khusus terhadap design dan pembuatan adalah
sambunagn dari poros dan naf serta poros dengan poros.
Pembuatan poros sampai diameter 150 mmadalah dari baja bulat
(St 42, St 50, St 70 dan baja campuran) yang diputar atau ditarik.Dari lebih
tebal ditempa menjadi jauh lebih kecil. Poros beralur diakhiri dengan
penggosokan, dalam hal dikehendaki bulatan yang tepat. Tempat bantalan dan
peralihan menurut persyaratan diputar halus digosok, dipoles, dicetak dan pada
pengaretan tinggi kemudian dikeraskan.
Pemilihan bahan poros selain diarahkan menurut beban yang
dikenakan dan kekakuan bentuk yang diperlukan juga menurut kondisi
pemasangannya, contohnya pada poros rituel yang bahannya dipilih setelah untuk
roda giginya. Pada bantalan luncur maka keausan dan sifat putaran darurat
memegang perangkat, tetapi pemuaian dan nilai pukulan takikan menurun (kepekaan
takikan lebih tinggi).
Design pada poros diarahkan menurut bagian tetap yang mana
poros atau gandar dihubungkan (bantalan, sil dan naf dari piringan atau roda
yang dipasang). Sebagai gambaran maka tempat sambungan yang dibuat dengan
benar yang peralihannya dibuatkan dengan baik, yaitu umumnya pada perlemahan
dari berbagai pengaruh takikan.
Yang perlu diperhatikan dalam perancangan poros ini
diantaranya :
1. Gandar diam dapat ditahan jauh lebih ringan daripada
poros yang berputar yang diputar.
2. Poros dari baja kekuatan tinggi tidak sekaku seperti
dari St.42 yang semacam itu (modulus E sama), hanya kekuatan tekuk berubah-ubah
atau kekuatan torsi berubah-ubah yang lebih besar, kalau pengaruh takikan yang
tajam dihindarkan.
3. Poros berlubang denagn d1 = 0,5d beratnya
hanya 75%, tetapi tahanan momennya 94% dari poros pejal.
4. Poros berputar yang kencang berlubang kencang
memerlukan kekuatan yang baik, bantalan yang kaku dan pembentukan yang kaku.
5. Panjang konstruksi dari mesin seringkali sangat
tergantung pada panjang dari tap bantalan, naf dan sil.
Pengamanan Poros dan gandar terhadap peggeseran memanjang
diperoleh melalui peralihan poros pada tempat bantalan atau cincin pengaman.
Pengaman memanjang dari bantalan, naf, dan piringan dapat diperoleh seperti
melalui pemutaran satu sisi, melalui mur poros atau cincin pengaman,
kadang-kadang bentuk sambungan tidak meminta pengamanan memanjang (dudukan pres
dan sebagainya).
Dalam penjelasan selanjutnya akan kami jabarkan secara
jelas, diantaranya :
a. Fungsi Poros
Poros dalam sebuah mesin berfungsi untuk meneruskan tenaga
bersama-sama dengan putaran. Setiap elemen mesin yang berputar, seperti cakara
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. Contohnya sebuah poros dukung yang berputar , yaitu
poros roda keran berputar gerobak.
Untuk merencanakan sebuah poros, maka perlu diperhatikan
hal-hal sebagai berikut.
1. Kekuatan poros
Pada poros transmisi misalnya dapat mengalami beban puntir
atau lentur atau gabungan antara puntir dan lentur. Juga ada poros
yangmendapatkan beban tarik atau tekan, seperti poros baling-baling kapal atau
turbin.
Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila
diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur
pasak harus diperhatikan. Jadi, sebuah poros harus direncanakan cukup kuat
untuk menahan beban-beban yang terjadi.
2. Kekakuan poros
Walaupun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup, tetapi
jika lenturan dan defleksi puntirannya terlalu besar, maka hal ini akan
mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas) atau getaran dan suara
(misalnya pada turbin dan kotak roda gigi).
3. Putaran kritis
Putaran kritis terjadi jika putaran mesin dinaikkan pada
suatu harga putaran tertentu sehingga dapat terjadi getaran yang terlalu besar.
Hal ini dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian yang
lainnya. Untuk itu, maka poros harus direncanakan sedemikian rupa sehingga
putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritis.
4. Korosi
Bahan-bahan tahan korosi harus dipilih untuk poros propeller
dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. Demikian pula untuk
poros-poros yang terancam kavitas dan poros mesin yang sering berhenti lama.
5. Bahan poros
Bahan untuk poros mesin umum biasanya terbuat dari baja
karbon konstruksi mesin, sedangkan untuk pembuatan poros yang dipakai untuk
meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan
dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa
diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom, dan baja khrom molybdenum.
b. Macam – Macam Poros
Poros sebagai penerus daya diklasifikasikan menurut
pembebanannya sebagai berikut:
1. Poros transmisi
Poros transmisi atau poros perpindahan mendapat beban puntir
murni atau puntir dan lentur. Dalam hal ini mendukung elemen mesin hanya suatu
cara, bukan tujuan. Jadi, poros ini berfungsi untuk memindahkan tenaga mekanik
salah satu elemen mesin ke elemen mesin yang lain.
Dalam hal ini elemen mesin menjadi terpuntir (berputar) dan
dibengkokkan. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi,
puli sabuk atau sproket rantai, dan lain-lain.
2. Spindle
Poros tranmisi yang relatif pendek, seperti poros utama
mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindle. Syarat
yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya yang harus kecil, dan bentuk
serta ukuranya harus teliti.
3. Gandar
Gandar adalah poros yang tidak mendapatkan beban
puntir,bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar. Contohnya seperti yang
dipasang diantara roda-roda kereta barang.
c. Jenis – Jenis Bantalan
Untuk menumpu poros berbeban, maka digunakan bantalan,
sehingga putaran atau gerakan bolak-balik dapat berlangsung secara halus dan
tahan lama. Posisi bantalan harus kuat, hal ini agar elemen mesin dan poros
bekerja dengan baik.
Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros, maka bantalan
dibedakan menjadi dua hal berikut :
1. Bantalan luncur, dimana terjadi gerakan luncur
antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan
bantalan dengan lapisan pelumas.
2. Bantalan gelinding, dimana terjadi gesekan gelinding
antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti
rol atau jarum.
Berdasarkan arah beban terhadap poros, maka bantalan
dibedakan menjadi tiga hal berikut :
1. Bantalan radial, dimana arah beban yang ditumpu
bantalan tegaklurus dengan poros.
2. Bantalan aksial, dimana arah beban bantala ini
sejajar dengan sumbu poros.
3. Bantalan gelinding khusus, dimana bantalan ini
menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.
Berikut ini akan kami jabarkan dari berbagai jenis bantalan
diatas sebagai berikut :
1. Bantalan Luncur
Menurut bentuk dan letak bagian poros yang ditumpu bantalan.
Salah satunya adalah bantalan luncur.
Adapun macam – macam bantalan luncur adalah sebagai berikut:
a. Bantalan radial, dapat berbentuk silinder, elips,
dan lain-lain.
b. Bantalan aksial, dapat berbentuk engsel kerah
Michel, dan lain-lain.
c. Bantalan khusus, bantalan ini lebih ke bentuk bola.
Bahan untuk bantalan luncur harus memenuhi persyaratan
sebagai berikut:
a. Mempunyai kekuatan cukup.
b. Dapat menyesuaikan diri terhadap lenturan poros yang
tidak terlalu besar.
c. Mempunyai sifat anti las.
d. Sangat tahan karat.
e. Dapat membenamkan debu yang terbenam dalam bantalan.
f. Ditinjau dari segi ekonomi.
g. Tidak terlalu terpengaruh oleh temperatur.
2. Bantalan Aksial
Bantalan aksial digunakan untuk
menahan gaya aksial. Adapun macamnya, yaitu bantalan telapak
dan bantalan kerah. Pada bantalan telapak, tekanan yang
diberikan oleh bidang telapak poros kepada bidang bantalan semakin besar untuk
titik yang semakin dekat dengan pusat.
3. Bantalan Gelinding
Keuntungan dari bantalan ini mempunyai gesekan yang sangat
kecil dibandingkan dengan bantalan luncur. Macam – macam bantalan gelinding
diantaranya: Pertama. Bantalan bola radial alur dalam baris
tunggal. Kedua, Bantalan bola radial magneto. Ketiga.Bantalan
bola kontak sudut baris tunggal. Keempat. Bantalan bola mapan
sendiribaris ganda.
d. Sambungan Poros dan Naf
Penyematan naf sebuah roda gigi, puli-sabuk, kopling, tuas,
dan sebagainya pada poros dapat dilakukan dengan berbagai macam cara, antara
lain dengan menggunakan pasak, pena, bus, cincin jepit, lewat kerut, pres atau
lem.
1. Pasak dan sambungan Pasak
Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk
menetapkan bagian-bagian mesin, seperti roda gigi, sprocket, puli, dan kopling
pada poros. Momen diteruskan dari poros ke naf atau naf ke poros.
2. Kerut dan pres
Kedua cara penyambungan mengandung hal yang sama, yaitu
bahwa penjepitan antara bagian yang dikehendaki disambung terjadi lewat
perubahan bentuk elastik bagian itu sendiri. Pada penyambungan sistem ini,
untuk menekan roda pada poros dapat dilakukan dengan cara memanaskan
(dikerutkan) atau dapat juga menekan roda pada poros tanpa melalui pemanasan,
atau dikatakan roda dipres pada poros.
B. GETARAN – GETARAN PADA POROS
Suatu fenomena yang terjadi dengan berputarnya poros pada
kecepatan – kecepatan tertentu adalah getaran yang sangat tinggi, meskipun
poros dapat berputar dengan baik pada kecepatan – kecepatan yang lain. Pada
kecepatan – kecepatan semacam itu dimana getaran menjadi sangat besar, dapat
terjadi kegagalan poros atau bantalan – bantalan. Atau getaran dapat
menyebabkan kegagalan karena tidak bekerjanya komponen – komponen sesuai dengan
fungsinya, seperti yang dapat terjadi pada sebuah turbin uap dimana ruang bebas
antara rotor dan rumah adalah kecil. Getaran semacam ini dapat menyebabkan apa
yang disebut olakan poros, atau mungkin menyebabkan suatu osilasi puntir pada
poros, atau suatu kombinasidari keduanya. Meskipun kedua peristiwa itu berbeda,
namun akan ditunjukkan bahwa masing – masing dapat ditangani dengan cara – cara
yang serupa dengan memperhatikan frequensi pribadi dari isolasi. Karena poros –
poros pada dasarnya elastik, dan menunjukkan karakteristik – karakteristik
pegas.
Poros ini mengalami suatu momen punter atau momen lentur
. Jika pada poros tersebut terdapat kombinasi antara momen lentur dan
momen puntir maka perancangan poros harus didasarkan pada kedua momen tersebut.
Banyak teori telah diterapkan untuk menghitung elastic failure dari material
ketika dikenai momen lentur dan momen puntir, misalnya :
1. Maximum shear stress theory atau Guest’s theory
Teori ini digunakan untuk material yang dapat diregangkan
(ductile), misalnya baja lunak (mild steel).
2. Maximum normal stress theory atau Rankine’s theory
Teori ini digunakan untuk material yang keras dan getas
(brittle), misalnya besi cor (cast iron).
Pada pembahasan selanjutnya, cakupan pembahasan akan lebih
terfokus pada pembahasan baja lunak (mild steel) karena menggunakan material
S45C sebagai material.
Secara analitis getaran yang mengakibatkan tegangan pada
poros dapat dihitung secara terperinci. Misalnya, tegangan geser yang diizinkan
untuk pemakaian umum pada poros dapat diperoleh dari berbagai cara, salah satu
cara diantaranya dengan menggunakan perhitungan berdasarkan kelelahan puntir
yang besarnya diambil 40% dari batas kelelahan tarik yang besarnya kira-kira
45% dari kekuatan tarik. Jadi batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan
tarik, sesuai dengan standar ASME. Untuk harga 18% ini faktor keamanan diambil
sebesar . Harga 5,6 ini diambil untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin dan
6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh masa dan baja paduan. Faktor ini dinyatakan
dengan . Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur
pasak atau dibuat bertangga karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar.
Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. Untuk memasukan pengaruh
ini kedalam perhitungan perlu diambil faktor yang dinyatakan dalam yang
besarnya 1,3 sampai 3,0 (Sularso dan Kiyokatsu suga, 1994: 8).
Pada Pembebanan yang berubah – ubah (fluctuating
loads),Pada berbagai sumber bacaan tentang poros pembebanan tetap (constant
loads) telah banyak dibahas mengenai yang terjadi pada poros dan
ternyata pembebanan semacam ini divariasikan apapun akan tetap konstan sehingga
pembebanan seperti apapun tidak menjadi masalah, dengan asumsi masih dibawah
tegangan luluhnya (yield). Dan dari segi lain pada
kenyataannya bahwa poros akan mengalami pembebanan puntir dan pembebanan
lentur yang berubah-ubah. Dengan mempertimbangkan jenis beban, sifat
beban, dll. yang terjadi pada poros maka ASME (American Society of
Mechanical Engineers) menganjurkan dalam perhitungan untuk menentukan
diameter poros yang dapat diterima (aman) perlu memperhitungkan pengaruh
kelelahan karena beban berulang.
C. PERANCANGAN BAHAN POROS
Pada perancangan
bahan poros ini terdapat perlakuan panas.Perlakuan panas adalah proses
pada saat bahan dipanaskan hingga suhu tertentu dan selanjutnya didinginkan
dengan cara tertentu pula. Tujuannya adalah untuk mendapatkan sifat-sifat yang
lebih baik dan yang diinginkan sesuai dengan batas-batas kemampuannya. Sifat
yang berhubungan dengan maksud dan tujuan perlakuan panas tersebut meliputi:
1. Meningkatnya kekuatan dan kekerasannya.
2. Mengurangi tegangan.
3. Melunakkan .
4. Mengembalikan pada kondisi normal akibat pengaruh
pengerjaan
sebelumnya.
5. Menghaluskan butir kristal yang akan berpengaruh
terhadap keuletan
bahan.
Untuk proses pembuatan poros dengan melakukan hardening
permukaan. Pemanasan poros ini dilakukan di atas suhu transformasi fase dan
selanjutnya didinginkan dengan cepat sekali pada suhu kamar. Sehingga terbentuk
suatu fase yang stabil pada suhu tinggi, pengerasan dengan cara ini
mengakibatkan terbentuknya susunan yang tidak stabil. Tetapi inilah yang
membuat elemen poros ini tidak mudah aus tergerus oleh gesekan yang ada.
Untuk mendapatkan sifat-sifat bahan untuk poros yang lebih
baik sesuai dengan karakter yang diinginkan dapat dilakukan melalui pemanasan
dan pendinginan. Tujuannya adalah mengubah struktur mikro sehingga bahan
dikeraskan, dimudahkan atau dilunakan. Pemanasan bahan dilakukan diatas garis
transformasi kira-kira pada 770 derajat C sehingga perlit yang ada pada bakal
poros itu berubah menjadi austenit yang homogen karena terdapat cukup karbon.
Pada suhu yang lebih tinggi ferrit menjadi austenit karena atom karbon difusi
ke dalam ferrit tersebut. Untuk pengerasan baja, pendinginan dilakukan dengan
cepat melalui pencelupan kedalam air, minyak atau bahan pendingin lainnya
sehingga atom-atom karbon yang telah larut dalam austenit tidak sempat
membentuk sementit dan ferrit akibatnya austenit menjadi sangat keras yang
disebut martensit. Pada baja setelah terjadi austenit dan ferrit kadar karbonya
akan menjadi makin tinggi sesuai dengan penurunan suhu dan akan membentuk
hipoeutektoid. Pada saat pemanasan maupun pendinginan difusi atom karbon
memerlukan waktu yang cukup. Laju difusi pada saat pemanasan ditentukan oleh
unsur-unsur paduanya dan pada saat pendinginan cepat austenit yang berbutir
kasar akan mempunyai banyak martensit. Austenit serta martensit inilah yang
nantinya akan menjadi sumber kekerasan luar dari poros
Tidak ada komentar:
Posting Komentar