Pemilihan Baut dan Mur

a b c d Gambar 2.33. Kerusakan pada baut, Sularso dan Suga 1997. Keterangan gambar: a Putus karena tarikan c Tergeser b Putus karena puntiran d Ulir lumur dol Dalam menentukan ukuran mur dan baut, berbagai faktor harus diperhatikan seperti sifat gaya yang bekerja pada baut, syarat kerja, kekuatan bahan, kelas ketelitian, dll. Adapun gaya-gaya yang bekerja pada baut dapat berupa : 1. Beban statis aksial murni 2. Beban aksial, bersama dengan puntir. 3. Beban geser 4. Beban tumbukan aksial. Pertama-tama akan ditinjau kasus dengan pembebanan aksial murni. Dalam hal ini, persamaan yang berlaku adalah sebagai berikut: t = = 2.58 Dimana ѡ kg adalah beban tarik aksial pada baut, t adalah tegangan tarik yang terjadi di bagian yang berulir pada diameter inti d 1 mm. Pada sekrup atau baut yang mempunyai diameter luar d 3 mm, umumnya besar diameter inti d 1 ≈ 0,8 d, sehingga d 1 d 2 ≈ 0,64. Jika a kgmm 2 adalah tegangan yang diizinkan, maka t = 2.59 Dari persamaan 2.45 dan 2.46 diperoleh d √ a . atau d √ 2.60 Harga a tergantung pada macam bahan, yaitu SS, SC, atau SF. Jika difinis tinggi, faktor keamanan dapat diambil sebesar 6-8, dan jika difinis biasa, besarnya antara 8-10. Untuk baja liat yang mempunyai kadar karbon 0,2-0,3 , tegangan yang diizinkan a umumnya adalah sebesar 6 kgmm 2 Jika difinis tinggi, dan 4,8 kgmm 2 jika difinis biasa. Dalam hal mur, jika tinggi profil yang bekerja menahan gaya adalah h mm, seperti dalam gambar 2.34, jumlah lilitan ulir adalah z, diameter efektif ulir luar d 2 , dan gaya tarik pada baut ѡ kg, maka besarnya tekanan kontak pada permukaan ulir q kgmm 2 adalah q = d h z 2.61 Gambar 2.34 . Tekanan pada baut, Sularso dan Suga, 1997. q a adalah tekanan kontak yang diizinkan, dan besarnya tergantung pada kelas ketelitian dan kekerasan permukaan ulir seperti diberikan dalam Tabel 2.9, jika persyaratan dalam persamaan 2.62 tersebut dipenuhi, maka ulir tidak akan menjadi lumur atau dol. Ulir yang baik mempunyai harga h paling sedikit 75 dari kedalaman ulir penuh, ulir biasa mempunyai h sekitar 50 dari kedalaman penuhnya. Jumlah ulir z dan tinggi mur H mm dapat dihitung dari persamaan berikut ini: z d h q a 2.62 2.63 Menurut standar : H = 0.8 1,0 d 2.64 Dalam gambar 2.34 diperlihatkan bahwa gaya W juga akan menimbulkan tegangan geser pada luas bidang silinder d 1 k p z dimana k p adalah tebal akar ulir luar. Besar tegangan geser ini, τ b kgmm 2 adalah τ b = d k p z 2.65 Jika tebal akar ulir pada mur dinayatakn dengan j p, maka tegangan gesernya adalah sebagai berikut: 2.66 Harga k ≈ ,8 dan j ≈ ,7 dapat diambil untuk ulir metris. sedangkan pembebanan pada seluruh ulir yang dianggap merata, τ b dan τ n harus lebih kecil dari pada harga yang diizinkan τ a . Besar harga-harga tekanan permukaan yang dijinkan pada ulir dapat dilihat pada tabel 2.8 dibawah ini. Tabel 2.8. Tekanan permukaan yang diizinkan pada ulir, Sularso dan Suga, 1997. Bahan Tekanan permukaan yang diizinkan q a kgmm 2 Ulir luar Ulir dalam Untuk pengikat Untuk penggerak Baja liat Baja liat atau perunggu 3 1 Baja keras Baja liat atau perunggu 4 1,3 Baja keras Besi cor 1,5 0,5 Bahan Kecepatan luncur Tekanan permukaan yang diizinkan q a kgmm 2 Baja Perunggu Kecepatan rendah 1,8 – 2,5 Perunggu 3,0 mmin atau kurang 1,1 – 1,8 Besi cor 3,4 mmin atau kurang 1,3 – 1,8 Perunggu besi cor 6,0 – 12,0 mmin 0,6 – 1,0 0,4 – 0,7 Prunggu 15,0 mmin atau lebih 0,1 – 0,2 Berikut ini adalah skema geseran yang terjadi pada ulir mur dan baut, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.35 di bawah ini. Gamabar 2.35. Geseran pada ulir, Sularso dan Suga, 1997. Keterangan gambar : 1 Ulir luar 2 Ulir dalam Menurut Sularso dan Suga, 1997, bila beban yang bekerja pada baut merupakan gabungan antara gaya tarik aksial dan momen puntir, maka sangat perlu untuk menentukan cara memperhitungkan pengaruh puntiran tersebut. Jika gaya aksial dinyatakan dengan W kg, maka harus ditambahkan W|3 pada gaya aksial tersebut sebagai pengaruh tambahan dari momen puntir. Cara ini merupakan perhitungan kasar, dan dipakai bila perhitungan yang lebih teliti dianggap tidak diperlukan. Bila terdapat gaya geser murni W kg, tegangan geser yang terjadi masih dapat diterima selama tidak melebihi harga yang diizinkan. Jadi W d 2 τ a1 untuk satu penampang yang mendapat beban geser. Seperti telah diuraikan dimuka, tegangan geser yang diizinkan diambil sebesar τ a = 0,5 – ,7 a1 di mana a adalah tegangan tarik yang diizinkan. Perlu diperhatikan bahwa beban geser harus ditahan oleh bagian badan baut yang tidak berulir, sehingga gaya geser yang ada dibagi oleh luas penampang yang berdiameter d. Baut yang mendapat beban tumbukan dapat putus karena adanya konsentrasi tegangan pada bagian akar profil ulir. Dengan demikian diameter inti baut harus diambil cukup besar untuk mempertinggi faktor keamanannya. Baut khusus untuk menahan tumbukan biasanya dibuat panjang, dan bagian yang tidak berulir dibuat dengan diameter lebih kecil dari pada diameter intinya, atau diberi lubang pada sumbunya sepanjang bagian yang tak berulir, seperti dalam Gambar 2.36. dibawah ini. Gambar 2.36. Baut untuk beban tumbukan, Sularso, dan Suga, 1997. Panjang l dari baut tap atau baut tanam yang disekrupkan kedalam lubang ulir, tergantung pada bahan lubang ulir tersebut sebagai berikut : untuk baja atau perunggu l = d, untuk besi cor l = 1,3 d, untuk logam lunak l = 1,8-2,0 d. Kedalaman lubang harus sama dengan l ditambah 2-10 mm. Menurut Sularso dan Suga, 1997, permukaan dimana kepala baut atau mur akan duduk, harus dapat menahan tekanan permukaan sebagai akibat dari gaya aksial baut. Untuk menghitung besarnya tekanan ini, dianggap bahwa luas bagian kepala baut atau mur yang akan menahan gaya adalah lingkaran yang diameter luarnya sama dengan jarak dua sisi sejajar dari segi enam B mm, dan diameter dalamnya sama dengan diameter-diameter luar baut d mm. Jika beban aksial baut adalah W kg, maka besarnya tekanan permukaan dudukan adalah 2.67 harga q a adalah tekanan permukaan yang diizinkan seperti dalam tabel 2.9. Menurut Sularso dan Suga, 1997, baut atau mur dapat menjadi kendor atau lepas karena getaran, Untuk mengatasi hal ini perlu dipakai penjamin. Di bawah ini diberikan beberapa contoh yang umum dipakai. 1 Cincin penjamin dapat dilihat pada gambar 2.37 yang berbentuk cincin pegas, cincin bergigi luar, cincin cekam, dan cincin berlidah. 2 Mur penjamin seperti terlihat pada gambar 2.38 menggunakan dua buah mur, yang bentuknya dapat bermacam-macam. Dalam hal Gambar 2.38. a, mur A akan mencegah mur B menjadi kendor. 3 Pena penjamin, sekrup mesin, atau sekrup penetap seperti terlihat pada gambar 2.39. 4 Macam-macam penjamin lain dapat dilihat pada gambar 2.40 seperti dengan cincin nilon yang disisipkan pada ujung mur untuk memperbesar gesekan dengan baut, menipiskan dan membelah ujung mur yang berfungsi sebagai penjepit baut, dll. Gambar 2.37. Cincin penjamin, Sularso dan Suga, 1997. Keterangan gambar : a Cincin pegas d Cincin berlidah b Cincin bergigi gigi luar e Cincin berlidah ganda c Cincin cekam Berikut ini adalah gambar mur penjamin yang terdiri dari baut dan dua buah mur untuk pengunci mur supaya tidak kendor bila terjadi getaran ataupun hentakan secara tiba-tiba maupun berulang-ulang. Seperti terlihat pada gambar 2.38 dibawah ini. Gambar 2.38. Mur penjamin, Sularso dan Suga, 1997. Adapun bentuk mur pengunci lainnya yaitu seperti yang terlihat pada gambar 2.39 dibawah ini. bentuk penguci mur sangat banyak variasinya antara lain yaitu dengan menggunakan klip snapring, ring pegas, pena atau kawat serta dilakukannya pengeleman pada daerah ulir mur. Gambar 2.39. Cara menjamin dengan pena atau sekrup, Sularso dan Suga, 1997. Keterangan gambar: a Pena belah 4 Mur b Sekrup mesin 5 Sekrup penetap Penjamin mur dengan menggunakan cicin nilon dapat dilihat pada gambar 2.40 dibawah ini. Cicin nilon berfungsi sebagi pengerat ulir pada baut dan berfungsi sebagi Peredam getaran pada mur yang melekat dengan baut. Gambar 2.40. Cara lain untuk menjamin, Sularso dan Suga, 1997.

2.11.12. Ulir dengan Beban Berulang

Menurut Sularso dan Suga, 1997, dalam praktek, pengetahuan tentang tata cara perhitungan ulir yang dikenai beban dinamis atau beban berulang adalah sangat penting. Sebagai contoh pada kasus ini adalah baut yang dipakai untuk menjepit kepala silinder motor bakar torak di mana tekanan di dalam silinder selalu berubah-ubah antara harga nol dan maksimumnya. Di bawah ini akan diuraikan tata cara perencanaan yang paling baru. Dua buah plat seperti dalam Gambar 2.41 dijepit oleh sebuah baut dengan gaya awal P o kg. Karena gaya tersebut, baut akan mengalami perpanjangan sebesar b mm dan plat akan mengalami pengurangan pada tabelnya sebesar ó p mm karena elastisitas. Perpanjangan dan penipisan tersebut berbanding lurus dengan gaya jepit yang bekerja. Jika konstanta pegas dari baut pelat berturut-turut D Dinyatakan dengan C b kgmm dan C p kgmm, maka gaya jepit awal dapat dinyatakan sebagai berikut: 2.68 Dari persamaan 2.68 diatas, gambar skets dua buah plat yang dijepit oleh mur dan baut dengan arah gaya yang berlawanan pada dilihat pada gambar 2.40 dibawah ini. Gambar 2.41. Dua buah plat dijepit dengan munggunakan mur dan baut, Sularso dan Suga, 1997. Menurut Sularso dan Suga, 1997, persamaan tersebut dapat digambarkan seperti dalam Gambar 2.43 Jika ΔηPP` digeser ke kanan dan ΔηSS` digeser ke kiri hingga PP` dan SS` berimpit, akan diperoleh Gambar 2.42 Besarnya konstanta pegas dari baut dan pelat juga dapat dinyatakan sebagai tangent sudut α dan ß sebagai berikut : Tan 2.69 Jika E b kgmm 2 menyatakan modulus elastisitas baut, l mm panjang ekivalen baut, A k mm 2 diameter inti baut, l p mm tebal plat, dan H mm tinggi mur, maka: