PENDAHULUAN

BAB IPENDAHULUAN

Secara umum mesin (machine) dapat didefinisikan sebagai kumpulan atau

rakitan dari beberapa elemen-mesin yang bervariasi dan komplek baik dari segi

desain maupun dari segi teknis, yang akhirnya membentuk satu kesatuan unit

yang dapat berfungsi sesuai dengan yang diinginkan, seperti contoh di bawah ini.

Gambar 1.1.Mesin pengupas kulit kacang (Teknologi Tepat Guna)

Gambar 1.2 Engine motor bensin (Mesin yang sangat kompleks)

Elemen Mesin I 1

PENDAHULUAN

Mesin pengupas kulit kacang seperti Gambar 1.1 tersebut di atas, terdiri

dari beberapa komponen, antara lain : poros, bearing, pengelasan, sistem transmisi

belt dan pule (puley), mur dan baut, dsb. Sedangkan pada Gambar 1.2 adalah

contoh mesin yang sangat komplek, yang pembahasannya memerlukan berbagai

macam ilmu pengetahuan dan teknologi.

Sebelum masuk ke dalam materi Elemen Mesin, maka perlu disampaikan

secara singkat tentang : teori pendukung, klasifikasi dan angka keamanan. Juga

akan disampaikan gambaran secara umum tentang Elemen Mesin.

1.1. Teori Pendukung Elemen Mesin

Elemen Mesin merupakan salah satu cabang ilmu teknik (a branch of

engineering) yang didukung oleh beberapa disiplin ilmu, seperti :

a. Mekanika Teori / Teknik , Kinematika dan dinamika

b. Teori kekuatan material

c. Pengetahuan Bahan dan Ilmu logam

d. Teknologi mekanik

e. Menggambar teknik , dan sebagainya.

1.2. Klasifikasi / Pembagian Elemen Mesin

Dalam sub bab ini akan diuraikan pembagian materi Elemen Mesin

dengan tujuan untuk mempermudah mempelajari teori-teori Elemen Mesin.

a. Sambungan Elemen Mesin ( Joints of Machine Elements )- Sambungan Paku keling (Riveted Joints)- Sambungan Mur dan Baut ( Bolt & Nut Joints )- Sambungan Las dan Solder ( Welding & Brasing Joints )- Sambungan Pasak dan Pasak bintang ( Key & Splined Joints )- Sambungan Pen ( Pin Joints ).

- Sambungan – sambungan lain.

b. Poros (Shaft & Exles ).

- Poros Transmisi.

- Poros Spindel.

- Gandar

c. Pegas ( Spring )

Elemen Mesin I 2

PENDAHULUAN

- Pegas spiral tekan

- Pegas spiral tarikd. Kopling ( Coupling and Clutch )

Kopling Tetap ( Permanent Couplings )- Ragid Coupling : Box Coupling , Clamp Cloupling dan Flane Coupling )

- Flexible Coupling : Gear and Jaw Coupling , Oldam Coupling , Universal

Joints Elastic Coupling

Kopling tidak tetap (Clutchs)

- Jaw and Toothed.

- Friction Clutchs : Disc. Clutch , Cone Clutch, Block Clutch , Band and

Spring Clutch.

- Electromagneic Fluid and Power.

e. Sistem Transmisi- Belt dan Pule

Belt datar (flat belt) , belt V (V-belt) dan belt bergerigi atau “sabuk gilir”

(timing belt). [Sularso, 2004]

- Rantai (Chain)

Rantai rol (Roller chain ) dan Rantai tenang (Silent Chain)

- Roda Gigi

Roda Gigi Lurus (Spur Gear), Roda Gigi Miring (Helical Gear), Roda

Gigi Berpotongan (Bevel Gear), Roda Gigi Cacing (Worm Gear) , dsb.

- Dan lain-lain

f. Bearingg. Pelumasan

1.3. Fakfor Keamanan ( Safety Factor )

Faktor keamanan atau safety factor disingkat “ sf ” adalah faktor yang

digunakan untuk mengevaluasi agar Elemen Mesin terjamin aman dengan

dimensi yang minimum atau kecil. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi

safety factor, adalah :

a. Variasi sifat-sifat mekanis material.

b. Jenis beban.

c. Pengaruh pengerjaan dan pembentukan.

Elemen Mesin I 3

PENDAHULUAN

d. Pengaruh perlakuan panas yang diberikan pada material

e. Pengaruh pelumasan dan umur pakai dari elemen mesin.

f. Pengaruh waktu dan lingkungan dimana peralatan tersebut dioperasikan

g. Untuk penggunaan yang spesialh. Keamanan manusia / operator di dekat peralatan tersebut.

Joseph P Vidosic ( dalam buku “ Machine Design Projects” ) memberikan

safety factor berdasarkan tegangan luluh , sebagai berikut :

1. sf = 1,25 – 1,5 : Untuk bahan yang sesuai dengan penggunaan pada kondisi

terkontrol dan tegangan yang bekerja dapat ditentukan dengan pasti.2. sf = 1,5 – 2,0 : Untuk bahan yang sudah diketahui, dan pada kondisi

lingkungan beban dan tegangan yang tetap dan dapat ditentukan dengan

mudah.3. sf = 2,0 – 2,5 : Untuk bahan yang beroperasi secara rata-rata dengan batasan

beban yang diketahui.4. sf = 2,5 – 3,0 : Untuk bahan yang diketahui tanpa mengalami tes. Pada

kondisi , beban dan tegangan rata-rata.5. sf = 3,0 – 4,5 : Untuk bahan yang sudah diketahui. Beban dan tegangan yang

tidak pasti, dan kondisi lingkungan yang juga tidak pasti.

6. Beban berulang : Nomor 1 s/d 57. Beban kejut : Nomor 3 – 58. Bahan Getas : Nomor 2 – 5 dikalikan dengan 2

Dobrovolsky ( dalam buku “ Machine element “ ), dengan menganggap faktor-

faktor lain berjalan secara normal. memberikan safety factor (sf) berdasarkan jenis

beban sebagai berikut.

1. Beban Statis : sf = 1,25 ÷ 22. Beban Dinamis : sf = 2,1 ÷ 33. Beban Kejut : sf = 3,1 ÷ 5

1.4. Sifat Mekanik Material

Sifat mekanik menyatakan kemampuan suatu bahan untuk menerima beban / gaya

/ energi , tanpa menimbulkan kerusakan pada bahan tersebut. Sifat material yang

termasuk sifat mekanik adalah :

Elemen Mesin I 4

PENDAHULUAN

1. Kekuatan (strength), adalah besarnya gaya yang diperlukan untuk

mematahkan atau merusak suatu bahan dengan luas penampang tertentu.2. Keuletan (ductility) adalah kekuatan yang sangat ditentukan oleh besarnya

regangan permanen sebelum perpatahan.3. Ketangguhan (toughness) adalah kekuatan yang dikaitkan dengan jumlah

energi yang diserap bahan sampai terjadi perpatahan.4. Kekenyalan menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan

tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah

tegangan dihilangkan, atau dengan kata lain kemampuan perubahan bentuk

elastis sebelum perubahan bentuk permanen5. Kekakuan (stiffness) menyatakan kemampuan bahan untuk menerima

tegangan / beban tanpa mengakibatkan terjadinya bentuk (deformasi).6. Kekerasan (hardness) menyatakan kemampuan ketahanan bahan terhadap

: goresan, pengikisan (abrasi), identasi atau penetrasi.7. Kelelahan (fatique) menyatakan kecenderungan bahan (logam) untuk

patah bila menerima beban berulang-ulang (cycle) yang besarnya masih

jauh dibawah batas kekuatan elestisnya.

Diantara ke tujuh sifat mekanik tersebut yang sangat berkaitan dengan

Elemen Mesin adalah kekuatan dan kekerasan. Hubungan kedua sifat tersebut

dapat dilihat pada Gambar 1.4. Hasil dari uji kekuatan dapat dilihat pada Gambar

1.3. Ada tiga titik yang penting dari gambar tersebut, yaitu titik A (batas

proporsional), Titik B (yield point) dan titik D (tensile strength).

Elemen Mesin I 5

PENDAHULUAN

Gambar 1.3. Diagram stress-strain hasil uji tarik dari bahan baja

Pada elemen mesin ini yang sering dipakai sebagai perencanaan adalah

titik B. Tegangan di titik B disebut tegangan luluh (yield point stress), bila titik B

tidak bisa diketahui maka yang dipakai adalah titik D (tensile strength) atau sering

disebut UTS (ultimate tensile strength)

Elemen Mesin I 6

PENDAHULUAN

Kekuatan tarik mempunyai hubungan dengan kekerasan, sebagai

contoh : material baja mempunyai hubungan dengan kekuatan tarik seperti

ditunjukkan oleh Gambar 1.4. [ K. Lingaiah : 1.10 ]

Gambar 1.4. Hubungan antara kekerasan dan kekuatan pada baja

Contoh Soal.

1. Berdasarkan hasil uji tarik (Gambar1.3), maka berapakah tegangan luluh-

nya (Syp) dan UTS-nya (Su). Juga berapa Strain di titik A dan di titik D.

Elemen Mesin I 7

PENDAHULUAN

2. Baja Carbon nilai kekerasannya 30 RC, maka perkirakan nilai UTS-nya.

3. Baja Carbon nilai kekerasannya 100 RB, maka perkirakan nilai UTS-nya

4. Apa yang dimaksud dengan elastic region dan plastic region.

Nilai dari hasil uji tarik baja tipe AISI dapat dilihat pada Lampiran I,

sebagai contoh : Baja Carbon tipe AISI 1010 kondisi HR, mempunyai : kekuatan

tarik (tensile stranght) 64 ksi, kekuatan luluh (yield strength) 42 ksi, kekerasan

107 BHN , dsb.

Baja carbon Cor SC 42 , mempunyai kekuatan tarik 42 kg/mm2 dan

kekuatan luluh 21 kg/mm2. dsb.

Berikut ini adalah salah satu contoh hasil riset tentang pengaruh

penambahan Mg terhadap sifat mekanik dari paduan aluminum A356.0 karena

adanya pengaruh penambahan Mg, maka sifat mekaniknya akan berubah.

Kandungan Mg sebesar 0,40 % , menghasilkan sifat mekanik yang paling baik

atau optimum.

Tabel 1.1. Beberapa sifat mekanik dari paduan A356.0 dengan penambahan Mg

No Mg (%w) UTS(kg/mm2) (%) HVN IS (J/cm2)1 0,25 22,42 9,38 67,72 5,082 0,30 23,46 8,32 68,93 4,283 0,35 24,75 7,36 70,54 4,244 0,40 25,74 6,94 75,86 4,215 0,45 22,62 2,00 67,72 4,19

[Suhariyanto, 2005]

Sifat fisik dan sifat mekanik baja (steel) dengan grade 0 s/d 3, dapat dilihat

pada Tabel 1.2 di bawah ini. Sebagai contoh steel dengan grade 2 dan nomor seri

1015 mempunyai density (massa jenis) 0,283 lb/in3, dengan sifat mekanik tensile

strength 69 ksi dan yield strength 55 ksi

Tabel 1.2. Sifat fisik dan sifat mekanik dari Steel dengan grade : 0 s/d 3

Grade 0 1 2 3

Steel (Material)1010 1010 1015 10301012 1015 1018 10351015 1018 1020 1038

Elemen Mesin I 8

PENDAHULUAN

1018      Psycal Properties        1. Density, lb/in3 0,283 0,283 0,283 0,2832. Melting Temp. 2750 - 2750 - 2750 - 2700 - Range, oF 2775 2775 2775 27753. Spec. Heat, Btu/(lb.F) 0,10 - 0,11 0,10 - 0,11 0,10 - 0,11 0,10 - 0,11Mechanical Properties        1. Tensile Strength, ksi   55 69 1102. Yield Strength, ksi     55 853. Brinell Hardness   207 max 241 max 207 - 2694. Rockwell Hardness   895 max 1100 max 895 - 104

1.5. Perencanaan

Perencanaan atau desain adalah suatu kreasi untuk mendapatkan hasil

akhir yang sesuai dengan yang direncanakan dan dapat memenuhi kebutuhan yang

diinginkan dengan mengambil suatu tindakan nyata yang didasarkan pada kaidah-

kaidah ilmiah. Dalam bidang teknik , khususnya teknik mesin kaidah ilmiah

tersebut menyangkut seluruh disiplin teknik mesin, seperti : matematika, fisika,

kimia, mekanika teknik, ilmu bahan, perpindahan panas, termodinamika,

mekanika fluida dan sebagainya.

Perencanaan yang akan disajikan dalam buku ini adalah perencanaan yang

sederhana misalnya untuk membuat mesin Teknologi Tepat Guna (STTG) yang

biasanya dipakai oleh mahasiswa untuk tugas akhir yang topiknya elemen mesin.

Sebagai contoh : “ Rancang Bangun Mesin Perajang Daun Tembakau “, maka alur

perencanaanya dapat disusun sebagai berikut :

1. Persiapan, meliputi : survey dan study literature.

2. Gambar sket perencanaan mesin.

3. Data-data perhitungan, hasil dari survey dan study literatur.

4. Perhitungan elemen mesin.

5. Pengadaan peralatan, peralatan yang dibuat dan yang dibeli.

6. Perakitan.

7. Uji coba. Apakah hasilnya baik, bila tidak kembali ke gambar sket, bila ya

diteruskan ke pengujian laboratorium / pengujian kapasitas.

8. Pengujian kapasitas / laboratorium.

9. Hasil dan Pembahasan.

Elemen Mesin I 9

PENDAHULUAN

10. Kesimpulan.

Bisanya alur perencanan tersebut biasanya disusun dalam bentuk diagram alir,

oleh karena itu perlu pedoman untuk membuat diagram alir yang benar.

Gambar 1.5. Simbul diagram alir

Contoh Soal.

1. Berapa nilai σyp dan σu dari Baja tipe AISI 4130 condition N. Coba

nyatakan dalam satuan MPa dan kgf/mm2.

2. Jelaskan dan sebutkan apa yang dimaksud dengan sifat mekanik material.

3. Berapa nilai σyp dan σu dari baja grade 3 dengan nomor seri 1035

Elemen Mesin I 10

PENDAHULUAN

4. Gambarkan dengan sket diagram Stress vs Strain, dan tunjukkan titik yield

point dan UTS.

5. Jelaskan secara singkat apa yang dimaksud dengan safety factor

6. Berapa nilai σyp dan σu untuk bahan ST-37, ST-40 dan ST-100

7. Buat diagram alir tugas akhir dengan topik “ Rancang Bangun Mesin

Perajang Sampah “

Elemen Mesin I 11