PERENCANAAN POROS, MACAM POROS, SERTA FUNGSI

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 :

Gandar diam dapat ditahan jauh lebih ringan daripada poros yang

berputar yang diputar.

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.

Poros berlubang denagn d1 = 0,5d beratnya hanya 75%, tetapi tahanan

momennya 94% dari poros pejal.

Poros berputar yang kencang berlubang kencang memerlukan

kekuatan yang baik, bantalan yang kaku dan pembentukan yang

kaku.

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 :

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

Gandar

Gandar adalah poros yang tidak mendapatkan beban puntir,bahkan

kadang-kadang tidak boleh berputar. Contohnya seperti yang dipasang

diantara roda-roda kereta barang.

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 :

Bantalan luncur, dimana terjadi gerakan luncur antara poros dan bantalan

karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan

lapisan pelumas.

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 :

Bantalan radial, dimana arah beban yang ditumpu bantalan tegaklurus

dengan poros.

Bantalan aksial, dimana arah beban bantala ini sejajar dengan sumbu

poros.

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 :

Bantalan Luncur

Menurut bentuk dan letak bagian poros yang ditumpu bantalan. Salah

satunya adalah bantalan luncur.

Adapun macam – macam bantalan luncur adalah sebagai berikut:

Bantalan radial, dapat berbentuk silinder, elips, dan lain-lain.

Bantalan aksial, dapat berbentuk engsel kerah Michel, dan lain-lain.

Bantalan khusus, bantalan ini lebih ke bentuk bola.

Bahan untuk bantalan luncur harus memenuhi persyaratan sebagai

berikut:

Mempunyai kekuatan cukup.

Dapat menyesuaikan diri terhadap lenturan poros yang tidak terlalu

besar.

Mempunyai sifat anti las.

Sangat tahan karat.

Dapat membenamkan debu yang terbenam dalam bantalan.

Ditinjau dari segi ekonomi.

Tidak terlalu terpengaruh oleh temperatur.

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.

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.

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.

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.

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 :

Maximum shear stress theory atau Guest’s theory

Teori ini digunakan untuk material yang dapat diregangkan (ductile),

misalnya baja lunak (mild steel).

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

http://mechanicalengineeringengine.blogspot.com/2009/05/perencanaan-poros-macam-poros-serta.html