ELEMEN dan MESIN II INDONESIA

ELEMEN MESIN II
Dalam Elemen Mesin II (Bagian-Bagian Mesin II) materi yang akan
dipelajari adalah :
1. Poros.
2. Bantalan.
3. Kopling/Clutch.
4. Rem.
5. Belt/Ban mesin.
6. Rantai.
7. Pegas.
8. Roda Gigi.
1. POROS.
Poros adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk mendukung dan
menempatkan elemen mesin lainnya, misalnya : roda gigi, fly wheel, kopling dan
lain-lain, yang semuanya itu didukung dan ditempatkan pada sebuah poros.
Sebuah poros ada kemungkinan akan mengalami momen lengkung (M)
karena adanya beban pada poros, dan apabila poros tersebut berputar akan
mengalami torsi (T), serta kemungkinan akan menderita gaya aksial (Fa) yang sejajar
dengan sumbu poros.
F (beban pada poros)
Putaran

Fa (gaya aksial)

Gambar : Sebuah poros transmisi (sebuah shaft).
o Momen lengkung (bending momen) disebabkan oleh beban F pada poros.
o Momen puntir (torsi) disebabkan oleh putaran pada poros.
o Gaya aksial arahnya sejajar dengan sumbu poros disebabkan oleh beban poros
yang menghasilkan gaya aksial misalnya : roda gigi cacing, roda gigi miring,
kopling konis (kerucut).
Elemen Mesin II

1

Poros berdasarkan kegunaannya dapat dibedakan atas :
1. Shaft (poros transmisi) : Poros yang berfungsi untuk meneruskan tenaga dan
putaran, misalnya : Poros pada lokomotif
2. Axle (poros dukung)

: Poros yang berfungsi untuk mendukung beban,
misalnya : poros pada andong (dokar), poros pada

gerobak, poros pada gerbong kereta api.

Gambar : Poros dukung (axle).
3. Spindle

: Poros pendek yang mempunyai ketelitian yang tinggi,
misalnya : Poros pada mesin bubut, frais dan lain-lain

4. Poros line shaft

: Poros penggerak memutar poros utama yang berukuran
lebih besar, dari poros utama tersebut digunakan untuk
menggerakkan poros mesin-mesin yang banyak sekali.

Pada poros transmisi berlaku hubungan antara daya (N) dan torsi (T) sebagai berikut:
T  71620 .

Dimana :

T = momen puntir (torsi),

N = daya penggerak,
n = putaran poros,

N
n

kg.cm

HP
rpm

Poros berdasarkan bentuknya dapat dibedakan atas :
1. Cam-shaft : poros yang digunakan untuk menggerakan katup isap dan katup
buang pada silinder motor bakar.

Gambar : Cam shaft.

Elemen Mesin II

2

2. Poros engkol (cranck-shaft) : poros yang digunakan untuk merubah gerakan lurus
menjadi gerakan bolak-balik atau sebaliknya, pada mesin reciprocating (mesin
bolak balik). Misal :
- poros engkol pada motor bakar, dari gerak lurus dirubah menjadi gerak putar.
- poros engkol pada kompr. torak, dari gerak putar dirubah menjadi gerak lurus.
- poros engkol pada pompa torak, dari gerak putar dirubah menjadi gerak lurus.
3. Counter-shaft : poros yang terletak antara pesawat tenaga dengan pesawat kerja.

Gambar : Counter shaft.
4. Fleksible shaft : poros yang terdapat pada tangkai mesin pemotong rumput.
5. Poros bertingkat : poros yang mempunyai bentuk bertingkat dan biasanya untuk
menambah kekuatan poros.

Gambar : Poros bertingkat.
Bahan-bahan yang digunakan untuk poros, pada umumnya dibuat dari baja,
dan juga tergantung dari beban yang akan didukung.
Bahan yang paling murah dibuat dari :
1. Hot rolled plain carbon steel : permukaan kasar dan umumnya masih terselubung
kerak (scale).

2. Cold down bar : cold rolled shafting, permukaan halus atau mengkilap, pada
umumnya terbuat dari baja karbon, dapat juga dari baja paduan.
Bahan poros yang dibuat pada kondisi dingin akan memperbaiki sifat-sifat
fisis dan memperbesar tegangan tarik maupun tegangan luluh.

Elemen Mesin II

3

Bahan poros yang akan digunakan untuk poros engkol pada motor bakar,
pada umumnya dibuat dengan jalan ditempa.
Bahan poros : - Baja karbon yang sering dipakai :
SAE 1045 s/d SAE 1050 dengan 0,45%C – 0,50%C.
- Baja paduan yang sering dipakai :
SAE 4140 campuran : Cr, Mo
SAE 4340 campuran : Ni, Mo
(SAE = Society of Automotive Engineer).
Bagian permukaan poros dimana permukaannya harus dibuat keras, hanya
dikeraskan pada permukaannya saja (case hardening). Apabila hanya permukaan saja
yang kuat, % C rendah = 0,20% Carbon.

Pada umumnya poros transmisi berputar dan pada saat beban poros
meningkat sangat tinggi, poros akan mengalami kerusakan putus terpuntir (putus
geser). Agar supaya poros dapat bekerja dengan aman, maka :
s yang terjadi ≤ s yang diijinkan ≤ s bahan

s

= tegangan geser ijin

s

= 8.000 psi (tanpa ada alur pasak)

Poros dari baja mempunyai :
u

= 45.000 – 70.000 psi

e

= 22.500 – 55000 psi

Bila poros ada alur pasak :
s

= 75 % x 8.000 psi

Elemen Mesin II

4

PERHITUNGAN KEKUATAN POROS
-

Bila poros berlubang (Hollow shaft).

Gambar : Poros berlubang.
Luas penampang poros berlubang :

A


4

do

2

 di 2



Momen inertia terhadap sumbu porosnya : I.
I 

do

4

 di 4 

  di 4 
 di 
do 4 1  
  mis : k  

64
do 
 do  




I 

-


64


64

do 4 1  k 4 

Bila poros pejal :  k = 0
I 


64

do 4

Ip = momen inertia kutub.
Ip =


32

do

4



 di 4 


32



do 4 1  k 4



I . Poros hanya mengalami (menderita) beban statis antara lain :
1. Poros mengalami beban momen lengkung saja.
Contoh : Poros dukung (Axle).

Elemen Mesin II

5

Gambar : Poros dukung.
M
 W  momen tahanan lengkung
W
I / r Z
M
M
I
I



 Z 

do 3 (1  k 4 
1
I/r
Z
r
32
2 do
M


do 3 1  k 4 
32
32 . M

  (sup aya aman)
 do 3 1  k 4 


Pada axle biasanya beban hanya momen
do 3 

32 . M

  1  k 4 

2. Poros mengalami beban axial : Fa
Fa 

← Fa

Fa

4.Fa

 = A   do 2 1  k 2 

Berlaku jika poros pendek/tidak ada tekukan.
Bila porosnya panjang : kemungkinan ada tekukan  teori kolom
Fcr
; Pers Euler :
A
n. 2 .E.A
L
Fcr 
 
; K
2
K


 

 

I
A

Atau :




.Fa

A



 faktor

kolom

1
 
.2 

1,5
1  0,0044
y
 
2 

1,5
c. 2 .E

Elemen Mesin II

6

y = Tegangan luluh (yield)

n = c = Koefisien seperti pada pers Euler (c = n) tergantung
perletakan/ujung : c 1,6


.4Fa
 do 2 1  k 2





3. Kombinasi antara M dan Fa
M
 Fa

 
 

32.M

 .do3 1  k 4 



M →

M

Fa →

Fa

 = M + Fa

 .Fa.4
 .do 2 1  k 2 

32
1


M   .do 1  k 2 .Fa   
4 
 .do 1  k 
8

3









4. Beban torsi saja

Ada Torsi  Ada Tegangan Geser
T .r
Ip
T

Ip



1

2


do

16.T
do 3 . 1  k 4 

16.T

Jadi :   do3 . 1  k 4 
do 3 

16.T
 Jika benda pejal  k  0
 .1  k 4 

5. Kombinasi M, Fa, T

M dan Fa memberi tegangan tarik ().
T memberi tegangan geser ().
maks 

Elemen Mesin II

1

2

 2  4.2

, yang sering dipakai,

7

atau menurut Misser Hencky
 2  32



jadi : maks 

1

2

.  2  42
2



1



2

2


 

16.T  
32


M  do 1  k 2 Fa   4  3
 3
4  
4 
8

do  1  k  
do . 1  k 

2



16
.do 3 1  k 4















2




2
2
M  8 do 1  k Fa   T







Keadaan khusus : Fa=0, dan poros pejal  k = 0
16
M 2  T 2  M 2  T 2  Te
 .do3
16.Te


e  equivalen
 .do3

 maks 

II .

Poros

mengalami

(menderita) beban dinamis.

Misalnya : beban yang berfluktuasi.

K

= faktor konsentrasi tegangan.

yp

= tegangan geser pada yield point (titik luluh).

e

= tegangan endurance.

   ar 

Km.yp
.r
e

Menurut ASME (American Society of Mechanical Engineers) untuk
beban dinamis.

Elemen Mesin II

8

Momen yang timbul harus dikalikan dengan Km,
Torsi yang timbul harus dikalikan dengan Kt.
M Km.M
T  Kt.T
Km = Faktor kombinasi kejut dan fatique/lelah pada momen (M).
Kt = Faktor kombinasi kejut dan fatique/lelah pada torsi (T).
Harga Km dan Kt :
Poros berputar
- Beban steady

1,5

1

non beban berfluktuasi

- Beban minor shock

1,5 – 2

1 - 1,5

- Beban heavy shock

2-3

1,5 – 3

(Beban kejut besar)
maks 

16
.do 3 1  k 4





2




2
Km.M  do 1  k 2 Fa   Kt.T 

8







Ada kemungkinan momen lengkung (dan gaya-gaya lainnya T dan
Fa) tidak bekerja pada satu bidang saja, tetapi dapat bekerja dalam dua bidang
yaitu x – y dan x – z dengan kata lain, perhitungan poros dengan tiga dimensi
: sb x, y, z.
Contoh 1 :

Pada bidang : x – y

Elemen Mesin II

Pada bidang : x – z

9

Dari kedua gambar BMD tersebut dapat dicari resultantenya :
Titik A : MA = 0

 TeA =

02 T 2

Titik C : MC =

MCy 2  MCz 2

 TeC =

mC 2  T 2

Titik D : MD =

MDy 2  MDz 2

 TeD =

MD 2  T 2

 TeB =

02 T 2

Titik B : MB = 0

Te = Momen gabungan pada tiap titik.
Tegangan maks :  maks =

16.Te

 .do 3
16.TeA
 .

Titik A :  dA = ?, dA

=

Titik B :  dB = ?, dB =

16.TeB
.

 untuk TeB

Titik C :  dC = ?, dC =

16.TeC
.

 untuk TeC

Titik D :  dD = ?, dD =

16.TeD
.

 untuk TeD

 untuk TeA

Contoh 2 :

Pada bidang : X – Y

Elemen Mesin II

Bidang :

X – Z.

10

Momen Resultantenya :
Titik A: MA = 0

Kemd : Te =
 maks

=

Titik B : MB =

0 2  MBz 2

Titik C : MC =

MCy 2  MCz 2

Titik D: MD =

MDy 2  MDz 2

M 2 T 2

16.Te
    d masing-masing titik dapat dicari
 .do 3

Soal :1.
Sebuah poros transmisi mampu meneruskan daya : P = 27 KW pada putaran
n = 200 rpm. Pada B dan D dipasang bantalan. Pada A dan C dipasang Roda
Gigi.
Diameter RG1

= 510 mm

 Jari-jari RG1 =

255

mm

Diameter RG2

= 1200 mm

 Jari-jari RG2 =

600

mm

Diameter RG3

= 400 mm

 Jari-jari RG3 =

200

mm

Diameter RG4

= 1400 mm

Bahan poros mempunyai tegangan geser :  = 30 N/mm2
Hitunglah : Diameter poros minimum yang diijinkan (d) ?
Penyelesaian :
Besarnya daya yang dapat diteruskan oleh poros :
P = T.
 = kecepatan sudut,

Elemen Mesin II

rad/det

11

=

2. .n
60

P = 27.000 Watt
Satuan daya dalam :
Momen puntir :

T 

Watt =

J
N.m

dt
dt

P



27000
27000


 227000
 .200
 .200
20,933

60

30

= 1289 N.m

Gaya keliling : Pz =
=

Py : Pz = R2 : R3 

T
.  Torsi ( momen)  Gaya keliling x jarak
R1
1289
 5000 N
0,255

Py
R2

Pz
R3

Py 

600
.5  15 KN .
200

Bidang x – z :

Moment Resultante : Ma = 0,
Elemen Mesin II

Bidang x – y :

MD = 0.
12

Titik A , hanya ada

MB =

1000 2  0 2

Mc =

280 2  2150 2  2168 Nm

T

1000 Nm

= 1289 Nm; M = 0;  = 30 N/mm2

dA3 =

16.Te
16.1289

; dA  60,27 mm  65mm
 .
 .30

Titik B : T = 1289 Nm ; M = 1000 Nm
16

dB3 =   .

M 2 T 2 

16

 .30

10002  12892 ; dB  65,19mm  70mm

Titik C : T = 1289 Nm ; M = 2168 Nm
16

dC3 =  .

Elemen Mesin II

M2  T2 

16
.30

21682  12892 ; dC  75,4mm  80mm

13