diktat elmes

DIKTAT

ELEMEN MESIN I

(Kode MK 321B21)

Oleh:
Muharom

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS WIJAYA PUTRA
2014

(Untuk Semester IV)

PRAKATA

Pembelajaran mata kuliah elemen-elemen mesin diharapkan setiap mahasiswa paham secara
teori dan mampu merencanakan perhitungan serta pemilihan bahan dalam proses mendesain
suatu konstruksi mesin.
Buku ajar ini adalah sebagai panduan untuk mahasiswa dalam proses mempelajari mata
kuliah elemen-elemen mesin mengenai teori serta penggabungan dan kesamaan seperti
pada penerapan proses perencanaan dan desain didunia kerja.
Penyusunan buku ajar ini disesuaikan dengan rencana pembelajaran mata kuliah untuk
rentang waktu satu semester .Pada setiap bab dilengkapi contoh –contoh soal perhitungan
dan latihan soal untuk dikerjakan mahasiswa sebagai indikator penguasaan mengenai materi
dibab tersebut .
Penulis berharap buku ajar ini dapat membantu mahasiswa dalam mempelajari mata kuliah
elemen-elemen mesin dan mampu menerapkan pada dunia kerja. Saran dan masukan untuk
perbaikan buku ajar ini sangat penulis harapkan.

Salam Penulis

2

DAFTAR ISI

PRAKATA…………………………………………………………………………………….2
DAFTAR ISI…………………………………………………………………………………..3
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………………………….5
DAFTAR TABEL……………………………………………………………………………..6
Tujuan Pembelajaran:………………………………………………………………………….7
BESARAN DAN SISTEM SATUA………………………………………………….……….8
KONVENSI SATUAN / ISTILAH………………………………………………….….…….9
Berbagai Ekivalen imensional………………………………………………………….…….10
BAB I ……………………………………………………………………………………….11
FAKTOR KEAMANAN ,TEGANGAN DAN BEBAN………………………………….…11

1.1. Jenis Beban............................................................................................................... 11
1.2. Tegangan (σ) ............................................................................................................ 12
1.3. Regangan .................................................................................................................. 12
1.4. Diagram Tegangan Regangan ................................................................................... 13
1.5. Modulus Elastisitas (E) ............................................................................................. 14
1.6. Modulus Geser (G) ................................................................................................... 15
1.7. Possion Ratio (ν)....................................................................................................... 16
1.8. Faktor Konsentrasi Tegangan.................................................................................... 17
1.9. Faktor Keamanan (SF) .............................................................................................. 18
BAB 2………………………………………………………………………………………...23
SAMBUNGAN DAN JENISNYA………………………………………………………….23
2.1. Paku Keling .............................................................................................................. 23

2.1.1.Bahan paku keling ............................................................................................... 24
2.1.2. Tipe Pemasangan Paku Keling ........................................................................... 25
2.1.3. Terminologi Sambungan Paku Keling ................................................................ 25
2.1.4. Kerusakan Sambungan Paku Keling ................................................................... 26
2.1.5. Efisiensi Paku Keling ......................................................................................... 28
2.2. Sambungan Las ........................................................................................................ 32
2.2.1.Tipe Sambungan Las ........................................................................................... 33
2.3. Sambungan Baut....................................................................................................... 38
2.3.1. Tata Nama Baut.................................................................................................. 38
2.3.2. Tegangan Pada Baut ........................................................................................... 43

3

BAB 3………………………………………………………………………………………...48
P O R O S…………………………………………………………………………………….48

3.1. Jenis-jenis poros: ...................................................................................................... 48
3.2. Hal Penting Dalam Perencanaan Poros...................................................................... 49
3.3. Poros Dengan Beban Torsi Murni ............................................................................. 50
3.4. Poros dengan Beban Lenturan Murni ........................................................................ 53
3.5. Poros dengan Beban Berfluktuasi.............................................................................. 58
3.6. Poros Dengan Beban Aksial dan Kombinasi Torsi Lentur ......................................... 59
BAB 4………………………………………………………………………………………..62
P A S A K…………………………………………………………………………………….62
4.1. Desain Pasak............................................................................................................. 62
4.2.Panjang Pasak............................................................................................................ 63
4.3. Contoh soal............................................................................................................... 65
BAB 5………………………………………………………………………………………..67
KOPLING TETAP (COUPLING)…………………………………………………………..67
5.1. Jenis Kopling Tetap. ................................................................................................. 67

5.1.1. Kopling Flens. .................................................................................................... 68
5.1.2. Desain Koling Flens .......................................................................................... 69
5.1.3.Contoh Soal......................................................................................................... 71
Soal Latihan…………………………………………………………………………………..75
DAFTAR PUSTAK………………………………………………………………………….76

4

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. 1.Diagram Tegangan Regangan ......................................................................... 13
Gambar 1. 2. Gaya Geser .................................................................................................. 15
Gambar 1. 3.Perubahan Bentuk Akibat Gaya Tarik dan Tekan ............................................ 16
Gambar 1. 4.Pembuatan Fillet ............................................................................................. 17
Gambar 1. 5.Bentuk-Bentuk Fillet....................................................................................... 18
Gambar 2. 1.Skema Paku Keling......................................................................................... 23
Gambar 2. 2.Cara Pemasangan Paku Keling........................................................................ 24
Gambar 2. 3. Cara Pemasanagan Lap Joint.......................................................................... 25
Gambar 2. 4. Cara Pemasangan Butt Joint ........................................................................... 25
Gambar 2. 5. Kerusakan Tearing Sejajar Garis Gaya ........................................................... 26
Gambar 2. 6. Kerusakan Tearing Bersilangan Garis Gaya ................................................... 26
Gambar 2. 7. Kerusakan Shearing Sambungan Paku Keling ................................................ 27
Gambar 2. 8. Kerusakan Crushing Sambungan Paku Keling................................................ 28
Gambar 2. 9. Contoh Bentuk-Bentuk Paku Keling............................................................... 29
Gambar 2. 10. Contoh Standar Paku Keling ........................................................................ 30
Gambar 2. 11. Dimensi Paku Keling ................................................................................... 31
Gambar 2. 12. Skema Pengelasan........................................................................................ 32
Gambar 2. 13. Simbol Pengelasan ....................................................................................... 32
Gambar 2. 14. Contoh Simbol Pengelasan ........................................................................... 33
Gambar 2. 15. Tipe Las Lap Joint........................................................................................ 33
Gambar 2. 16. Tipe Las Butt Joint....................................................................................... 33
Gambar 2. 17. Tipe Las Sudut ............................................................................................. 34
Gambar 2. 18. Tipe Las Sudut Pandangan Sisi Lain ............................................................ 34
Gambar 2. 19. Tipe Las Paralel Fillet .................................................................................. 35
Gambar 2. 20. Tipe Las Butt Joint....................................................................................... 36
Gambar 2. 21. Tata Nama Baut dan Ulir.............................................................................. 39
Gambar 2. 22. Bagian -Bagian Baut ................................................................................... 39
Gambar 2. 23. Jenis Baut..................................................................................................... 39
Gambar 2. 24. Jenis Skrup................................................................................................... 40
Gambar 2. 25. Tata Nama Ulir ............................................................................................ 40
Gambar 2. 26. Ring / Washer .............................................................................................. 40
Gambar 2. 27. Jenis Mur ..................................................................................................... 40
Gambar 2. 28. Kerusakan Baut............................................................................................ 40
Gambar 2. 29. Baut dengan Pemakaian Khusus................................................................... 41
Gambar 2. 30. Contoh Pengkodean Baut ............................................................................. 41
Gambar 4. 1. Jenis-Jenis Pasak............................................................................................ 62
Gambar 5. 1.Macam-Macam Kopling Flens ........................................................................ 68
Gambar 5. 2. Posisi Pasak di Poros...................................................................................... 69
Gambar 5. 3. Kopling Flens Unprotected............................................................................. 69

5

DAFTAR TABEL

Tabel 1. 1. Beberapa Harga E dari Bahan Teknik ................................................................ 15
Tabel 1. 2. Harga V Beberapa Material ............................................................................... 16
Tabel 1. 3. Harga Faktor Keamanan Beberapa Material....................................................... 19
Tabel 2. 1. Harga Efisiensi Sambungan Paku Keling ........................................................... 29
Tabel 2. 2. Diameter Paku Keling Standard ......................................................................... 29
Tabel 2. 3. Dimensi dan Toleransi Paku Keling................................................................... 30
Tabel 2. 4. Toleransi ukuran Kepala Paku Keling ................................................................ 31
Tabel 2. 5. Rekomendasi Ukuran Las Minimum.................................................................. 36
Tabel 2. 6. Harga Tegangan Sambungan Las dengan Beberapa Electrode dan Beban .......... 37
Tabel 2. 7. Faktor Konsentrasi Tegangan Untuk Beban Fatique........................................... 38
Tabel 2. 8. Torsi Pengencengan Baut................................................................................... 42
Tabel 2. 9. Besar Torsi Pengencangan Baut......................................................................... 43
Tabel 2. 10. Harga k untuk Beberapa Sambungan Baut ....................................................... 47
Tabel 3. 1. Harga Km dan Kt untuk Beberapa Beban.......................................................... 58
Tabel 4. 1. Pasak Standard .................................................................................................. 64
Tabel 5. 1. Dimensi Standard Kopling Flens........................................................................ 70
Tabel 5. 2. Diameter dan Jumlah Baut................................................................................. 70
Tabel 5. 3. Jenis Material dan Kekuatan Kopling Flens ....................................................... 71

6

Tujuan Pembelajaran:

Diharapkan setelah mempelajari matakuliah ini, mahasiswa mampu menerapkan prinsip
dasar yang meliputi cara kerja, perancangan dan perhitungan kekuatan berdasarkan
tegangan, bahan, dan faktor pengaman,serta pemilihan komponen dari elemen mesin
sesuai standar yang berlaku internasional.
Kisis-kisi materi

1. Pendahuluan
2. Faktor keamanan, tegangan dan beban
3. Sambungan paku keling
4. Sambungan Las
5. Sambungan ulir
6. Review bahan UTS
7. UTS
8. Poros
9. Desain Poros
10. Pasak
11. Kopling tetap
12. Desain kopling tetap
13. Review UAS
14. UAS

Sistem Penilaian
1. Tugas/Kuis/Presentasi
2. UTS
3. UAS

7

BESARAN DAN SISTEM SATUAN

Untuk memberikan informasi yang kuantitatif dari suatu gejala alam diperlukan pengukuran
terhadap sifat-sifat fisisnya. Sifat-sifat fisis disebut sebagai besaran umum, seperti : panjang,
volume, momentum dan lain-lain. Pengukuran besaran sifat-sifat fisis dilakukan dengan
membandingkan besaran yang akan diukur dengan dengan suatu besaran standar yang
dinyatakan dengan bilangan dan satuan.

Pengukuran besaran fisik menjadi salah satu pekerjaan yang paling penting dibidang
keteknikan. Kepentingannya karena berkaitan erat dengan keberhasilan dalam menetapkan
batasan-batasan yang diperlukan bagi perancangan elemen-elemen yang saling berhubungan
dalam suatu banguna

n mesin. Agar dapat berfungsi sesuai dengan yang dikehendaki.

Dari seluruh besaran fisik yang ada, Sesuai dengan ketetapan SI (Satuan Internasional) dalam
hal ini diwakili oleh tiga besaran ukuran pokok / dasar :

Panjang, dilambangkan dengan :L

Massa, dilambangkan dengan :M

Waktu, dilambangkan dengan :T

Besaran pengukuran lainnya yang dibentuk oleh gabungan dari ketiga satuan dasar ini,
menjadi satuan turunan. Seperti contohnya satuan luas penampang, kecepatan, percepatan,
tekanan dan lain-lain.

Sedangkan untuk sistim satuan, dikenal ada empat sistim satuan yang umum digunakan dan
diakui secara internasional (SI), yakni :

Satuan CGS (centimeter, gram dan second).

=> dikenal sebagai satuan mutlak (absolut) atau satuan fisik.

Satuan MKS (meter, kilogram dan second).

Satuan FPS (foot, pound dan second).

=> dikenal sebagai satuan grafitasi atau satuan perancangan.

Satuan SI (satuan Sistim Internasional).

Sistim satuan yang digunakan pada seluruh kurikulum ini, menggunakan sistim Satuan
Internasional ( SI ) Unit.

8

Luas Bidang KONVENSI SATUAN / ISTILAH

A m2

Massa m kg (kilogram)

Berat W N (Newton)

Gaya FN

Momen dan Torsi (Momen putar/puntir) M / T Nm

Usaha / Kerja / Energi U/W/E J (Joule)

Daya / Tenaga P Watt (Joule/det)
Pa (Pascal) (N/m2)
Tekanan p kg/m3
Rapat Massa ρ N/m2
Tegangan Tarik/tekan σ N/m2
N/m2
Tegangan Geser σs N/m2
Tegangan Lentur σb N/m2
Tegangan Luluh σy N/m2
Modulus Elastisitas E o C, K
N/m3
Modulus Geser (Kekakuan/Rigidity) G
m4
Suhu T m4
Berat Jenis γ m3
Regangan Linier ε

Momen Inersia Penampang (xx / yy) I

Momen Inersia Polar Ip

Modulus Luas Z

Jumlah Putaran N Rpm

Kecepatan (linier) v m/det
Kecepatan Sudut Putar ω radian/detik
Effisiensi η

9

Koefisien Gesek µ

Berbagai Ekivalen Dimensional

10
10

BAB I

FAKTOR KEAMANAN ,TEGANGAN DAN BEBAN

TUJUAN:

Mengenal beban,tegangan ,faktor keamanan.
Memahami jenis-jenis beban dengan sifat dan
cara kerja dari beban.
Memahami jenis-jenis tegangan dan rumus
perhitungannya.

Beban merupakan muatan yang diterima oleh suatu struktur/konstruksi/komponen yang harus
diperhitungkan sedemikian rupa sehingga struktur/konstruksi/komponen tersebut aman.

1.1. Jenis Beban
Jenis beban yang diterima oleh elemen mesin sangat beragam, dan biasanya merupakan
gabungan dari beban dirinya sendiri dan beban yang berasal dari luar.
Beban berdasarkan sifatnya
Beban konstan (steady load)
Beban tidak konstan (unsteady load)
Beban kejut (shock load)
Beban tumbukan (impact)
b. Beban berdasarkan cara kerja
Gaya aksial (Fa) = gaya tarik dan gaya tekan
Gaya radial (Fr)
Gaya geser (Fs)
Torsi (momen puntir) T
Momen lentur (M)

11
11

1.2. Tegangan (σ)
Tegangan (stress) secara sederhana dapat didefinisikan sebagai gaya persatuan luas
penampang.

σ = F (N/mm2)
A

Keterangan:

F : gaya (N)

A : luas penampang (mm2)

Macam-macam tegangan:

a. Tegangan tarik (σt) : Tegangan akibat
gaya tarik

b. Tegangan geser (τ) : Tegangan akibat
gaya geser.

1.3. Regangan
Regangan (strain) merupakan pertambahan panjang suatu struktur atau batang akibat

Pembebanan.

ε = ∆L
L

Keterangan :

∆L : Pertambahan panjang (mm)
L : Panjang mula-mula (mm)

12
12

1.4. Diagram Tegangan Regangan
Secara umum hubungan antara tegangan dan regangan dapat dilihat pada diagram
tegangan – regangan berikut ini :

Gambar 1. 1.Diagram Tegangan Regangan

Keterangan :
A : Batas proposional
B : Batas elastis
C : Titik mulur
D : σy : tegangan luluh
E : σu : tegangan tarik maksimum
F : Putus
Dari diagram tegangan regangan pada Gambar 1 di atas, terdapat tiga daerah kerja sebagai
berikut :
a. Daerah elastis merupakan daerah yang digunakan dalam desain konstruksi mesin.
b. Daerah plastis merupakan daerah yang digunakan untuk proses pembentukan material.
c. Daerah maksimum merupakan daerah yang digunakan dalam proses pemotongan material.
Dalam desain komponen mesin yang membutuhkan kondisi konstruksi yang kuat dan kaku,
maka perlu dipertimbangkan hal-hal sebagai berikut :
a. Daerah kerja : daerah elastis atau daerah konstruksi mesin.

13
13

b. Beban yang terjadi atau tegangan kerja yang timbul harus lebih kecil dari tegangan yang
diijinkan.

c. Konstruksi harus kuat dan kaku, sehingga diperlukan deformasi yang elastis yaitu
kemampuan material untuk kembali ke bentuk semula jika beban dilepaskan.

d. Perlu safety factor (SF) atau faktor keamanan sesuai dengan kondisi kerja dan jenis
material yang digunakan.

1.5. Modulus Elastisitas (E)
Perbandingan antara tegangan dan regangan yang berasal dari diagram tegangan regangan
dapat dituliskan sebagai berikut :

E = σ
ε

Menurut Hukum Hooke tegangan sebanding dengan regangan, yang dikenal dengan
deformasi aksial :

σ = Eε

Thomas Young (1807) membuat konstanta kesebandingan antara tegangan dan regangan
yang dikenal dengan Modulus Young (Modulus Elastitas) : E

Variasi hukum Hooke diperoleh dengan substitusi regangan ke dalam persamaan tegangan.

σ = F
A

ε = ∆L
L

σ = Eε

F = E ∆L
A L

∆L = FL
AE

∆L = σL
E

14
14

Syarat yang harus dipenuhi dalam pemakaian persamaan di atas adalah sebagai berikut :
Beban harus merupakan beban aksial
a. Batang harus memiliki penampang tetap dan homogen

b. Regang tidak boleh melebihi batas proporsional

Tabel 1. 1. Beberapa Harga E dari Bahan Teknik

No. Material E (GPa)
1 Steel and nickel 200 – 220
2 Wrought iron 190 – 200
3 Cast iron 100 – 160
4 Copper 90 – 110
5 Brass 80 – 90
6 Aluminium 60 – 80
7 Timber
10

1.6. Modulus Geser (G)
Modulus geser merupakan perbandingan antara tegangan geser dengan regangan geser.

Gambar 1. 2. Gaya Geser

Keterangan:
γ : sudut geser (radian)
τ : tegangan geser
G : modulus geser
γ : regangan geser
Fs : Gaya geser

15
15

1.7. Possion Ratio (ν)
Suatu benda jika diberi gaya tarik maka akan mengalami deformasi lateral (mengecil). Jika
benda tersebut ditekan maka akan mengalami pemuaian ke samping (menggelembung).
Penambahan dimensi lateral diberi tanda (+) dan pengurangan dimensi lateral diberi tanda
(-). Possion ratio merupakan perbandingan antara regangan lateral dengan regangan aksial
dalam harga mutlak.

=−
v=

Gambar 1. 3.Perubahan Bentuk Akibat Gaya Tarik dan Tekan

Harga ν berkisar antara : 0,25 s/d 0,35
Harga ν tertinggi adalah dari bahan karet dengan nilai 0,5 dan harga ν terkecil adalah beton
dengan nilai : 0,1
Efek ν yang dialami bahan tidak akan memberikan tambahan tegangan lain, kecuali jika
deformasi melintang dicegah.

ν = ε
ε

Tabel 1. 2. Harga V Beberapa Material

No. Material Ν

1. Steel 0,25 − 0,33

2. Cost iron 0,23 − 0,27

3. Copper 0,34 − 0,34

4. Brass 0,32 − 0,42

5. Aluminium 0,32 − 0,36

6. Concrete 0,08 − 0,18

7. Rubber 0,45 − 0,50

16
16

Tiga konstanta kenyal dari bahan isotropic E, G, V saling berkaitan satu dengan yang lain
menjadi persamaan:

G = E v)
2(1 +

1.8. Faktor Konsentrasi Tegangan
Pembahasan persamaan tegangan di atas diasumsikan bahwa tidak ada penambahan
tegangan. Hal ini karena deformasi yang terjadi pada elemen-elemen yang berdampingan
dengan tingkat keseragaman yang sama. Jika keseragaman dari luas penampang tidak
terpenuhi maka dapat terjadi suatu gangguan pada tegangan tersebut. Oleh karena itu perlu
diperhitungkan harga faktor konsentrasi tegangan (K) yang hanya tergantung pada
perbandingan geometris dari struktur / benda / komponen. Dalam desain dengan
menggunakan metode tegangan maksimum, nilai factor konsentrasi tegangan (K)
diperhitungkan dalam persamaan.

σ ! = K F
#

Untuk mengurangi besarnya konsentrasi tegangan, maka dalam mendesain komponen mesin
harus dihindari bentuk-bentuk yang dapat memperbesar konsentrasi tegangan. Sebagai
contoh dengan membuat camfer dan fillet, pada bagian-bagian yang berbentuk siku atau
tajam.

Gambar 1. 4.Pembuatan Fillet

17
17

Contoh lain bentuk-bentuk yang disarankan untuk mengurangi konsentrasi tegangan.

Gambar 1. 5.Bentuk-Bentuk Fillet

1.9. Faktor Keamanan (SF)
Faktor keamanan didefinisikan sebagai sebagai berikut :

a. Perbandingan antara tegangan maksimum dan tegangan kerja aktual atau tegangan ijin.

SF = %&'( = %&'(
%)*+,' %-

b. Perbandingan tegangan luluh (σy) dengan tegangan kerja atau tegangan ijin.

SF = %.
%-

c. Perbandingan tegangan ultimate dengan tegangan kerja atau tegangan ijin.

SF = %/
%

18
18

Dalam desain konstruksi mesin, besarnya angka keamanan harus lebih besar dari 1 (satu).
Faktor keamanan diberikan agar desain konstruksi dan komponen mesin dengan tujuan agar
desain tersebut mempunyai ketahanan terhadap beban yang diterima. Pemilihan SF harus
didasarkan pada beberapa hal sebagai berikut :
a. Jenis beban

b. Jenis material

c. Proses pembuatan / manufaktur

d. Jenis tegangan

e. Jenis kerja yang dilayani

f. Bentuk komponen

Makin besar kemungkinan adanya kerusakan pada komponen mesin, maka angka keamanan
diambil makin besar. Angka keamanan beberapa material dengan berbagai beban dapat

dilihat pada Tabel 3.

Tabel 1. 3. Harga Faktor Keamanan Beberapa Material

No. Material Steady Load Live Load Shock Load
1. Cost iron 5–6 8 – 12 16 – 20
2. Wronght iron 4 7 10 – 15
3. Steel 4 8 12 – 16

4. Soft material & alloys 6 9 15

5. Leather 9 12 15

6. Timber 7 10 - 15 20

Faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi keamanan dari suatu
bagian mesin. Misalnya sebuah mesin diberi efek yang disebut sebagai F, diumpamakan
bahwa F adalah suatu istilah yang umum dan bisa saja berupa gaya. Kalau F dinaikkan,
sampai suatu besaran tertentu, sedemikian rupa sehingga jika dinaikkan sedikit saja akan
mengganggu kemampuan mesin tersebut, untuk melakukan fungsinya secara semestinya. Jika
menyatakan batasan ini sebagai batas akhir, harga F sebagai Fu, maka faktor keamanan dapat
dinyatakan sebagai berikut:

SF = Fu

19
19

Bila “F” sama dengan “Fu” maka FS = 1, dan pada saat ini tidak ada keamanan. Akibatnya
sering dipakai istilah batas keamanan (margin of safety). Batas keamanan dinyatakan dengan
persamaan :

M = FS – 1

Istilah faktor keamanan, batas keamanan dan Fu banyak digunakan dalam perancangan.
Faktor keamanan untuk memperhitungkan ketidaklenturan yang mungkin terjadi atas
kekuatan suatu bagian mesin dan ketidaklenturan yang mungkin terjadi atas beban yang
bekerja pada bagian mesin tersebut. Beberapa cara memilih faktor keamanan antara lain
sebagai berikut :

a. Faktor keamanan total atau faktor keamanan menyeluruh

Faktor keamanan ini dipakai terhadap semua bagian mesin dan faktor yang tersendiri dipakai
secara terpisah terhadap kekuatan dan terhadap beban, atau terhadap tegangan yang terjadi
akibat beban.

Fj = Fs. Fp

Fs dipakai untuk memperhitungkan semua variasi atau ketidaktetapan yang menyangkut
kekuatan. Fp dipakai untuk memperhitungkan semua variasi yang menyangkut beban. Jika
menggunakan suatu faktor keamanan seperti Fs terhadap kekuatan maka kekuatan yang
didapat tidak akan pernah lebih kecil. Jadi harga terkecil dari kekuatan dapat dihitung :

σmin. Fs = σ

Tegangan terbesar yang dapat dihitung adalah sebagai berikut :
σp = Fj. σ atau Fp = Fj. F

Fj adalah komponen dari faktor keamanan total yang diperhitungkan secara terpisah terhadap
ketidaktetapan yang menyangkut tegangan atau beban.

b. Metode Thumb

Menurut Thumb, faktor keamanan dapat dengan cepat diperkirakan menggunakan variasi
lima ukuran sebagai berikut :

20
20

FS = FSmaterial x FStegangan x FSgeometri x FSanalisa kegagalan x FSkeandalan

• Perkiraan kontribusi untuk material, FSmaterial
FS = 1,0 jika properti material diketahui. Jika secara eksperimental diperoleh dari pengujian
spesimen.

FS = 1,1 jika properti material diketahui dari buku panduan atau nilai fabrikasi.
FS = 1,2 – 1,4 jika properti material tidak diketahui.
• Perkiraan kontribusi tegangan akibat beban, FStegangan
FS = 1,0 – 1,1 jika beban dibatasi pada beban statik atau berfluktuasi. Jika beban berlebih
atau beban kejut dan jika menggunakan metode analisa yang akurat.
FS = 1,2 – 1,3 jika gaya normal dibatasi pada keadaan tertentu dengan peningkatan 20% -
50%, dan metode analisa tegangan mungkin menghasilkan kesalahan dibawah 50%.
FS = 1,4 – 1,7 jika beban tidak diketahui atau metode analisa tegangan memiliki akurasi yang
tidak pasti.
• Perkiraan kontribusi untuk geometri, FSgeometri

FS = 1,0 jika toleransi hasil produksi tinggi dan terjamin.

FS = 1,0 jika toleransi hasil produksi rata-rata.
FS = 1,1 – 1,2 jika dimensi produk kurang diutamakan.
• Perkiraan kontribusi untuk menganalisis kegagalan FSanalisa kegagalan
FS = 1,0 – 1,1 jika analisis kegagalan yang digunakan berasal dari jenis tegangan seperti
tegangan unaksial atau tegangan statik multi aksial atau tegangan lelah multi aksial penuh.

FS = 1,2 jika analisis kegagalan yang digunakan adalah luasan teori yang sederhana seperti
pada multi aksial, tegangan bolak–balik penuh, tegangan rata-rata unaksial.
FS = 1,3 – 1,5 jika analisis kegagalan adalah statis atau tidak mengalami perubahan seperti
kerusakan pada umumnya atau tegangan rata-rata multi aksial.

21
21

• Perkiraan kontribusi untuk keandalan, FSkehandalan
FS = 1,1 jika suatu komponen tidak membutuhkan kehandalan yang tinggi.
FS = 1,2 – 1,3 jika keandalan pada harga rata-rata 92%-98%.
FS = 1,4 – 1,6 jika keandalan diharuskan tinggi lebih dari 99%.

22
22

BAB 2

SAMBUNGAN DAN JENISNYA

TUJUAN:
Mengenal jenis-jenis sambungan.
Memahami penggunaan serta perhitungan perencanaan paku keling.
Memahami perencanaan dan perhitungan sambungan las .
Memahami perencanaan ,perhitungan sambungan ulir
Dapat menjelaskan pemilihan ,pemakaian jenis sambungan

2.1. Paku Keling
Paku keling (rivet) digunakan untuk sambungan tetap antara 2 plat atau lebih misalnya pada
tangki dan boiler. Paku keling dalam ukuran yang kecil dapat digunakan untuk menyambung
dua komponen yang tidak membutuhkan kekuatan yang besar, misalnya peralatan rumah
tangga, furnitur, alat-alat elektronika, dll.
Sambungan dengan paku keling sangat kuat dan tidak dapat dilepas kembali dan jika dilepas
maka akan terjadi kerusakan pada sambungan tersebut. Karena sifatnya yang permanen,
maka sambungan paku keling harus dibuat sekuat mungkin untuk menghindari
kerusakan/patah.
Bagian utama paku keling adalah :
a. Kepala
b. Badan
c. Ekor
d. Kepala lepas

Gambar 2. 1.Skema Paku Keling

23
23

Jenis kepala paku keling antara lain adalah sebagai berikut :
a. Kepala paku keling untuk penggunaan umum dengan diameter kurang dari 12 mm
b. Kepala paku keling untuk penggunaan umum dengan diameter antara (12 – 48) mm
c. Kepala paku keling untuk boiler atau ketel uap /bejana tekan : diameter (12 – 48) mm
2.1.1.Bahan paku keling

Bahan yang biasa digunakan antara lain adalah baja, brass, alumunium, dan tembaga
tergantung jenis sambungan/beban yang harus diterima oleh sambungan. Penggunaan umum
bidang mesin : ductile (low carbon), steel, wrought iron. Penggunaan khusus : weight,
corrosion, or material constraints apply : copper (+alloys) aluminium (+alloys), monel, dll.

Cara Pemasangan

Gambar 2. 2.Cara Pemasangan Paku Keling

a. Plat yang akan disambung dibuat lubang, sesuai diameter paku keling yang akan
digunakan. Biasanya diameter lubang dibuat 1,5 mm lebih besar dari diameter paku keling.

b. Paku keling dimasukkan ke dalam lubang plat yang akan disambung.
c. Bagian kepala lepas dimasukkan ke bagian ekor dari paku keling.
d. Dengan menggunakan alat/mesin penekan atau palu, tekan bagian kepala lepas masuk ke

bagian ekor paku keling dengan suaian paksa.
e. Setelah rapat/kuat, bagian ekor sisa kemudian dipotong dan dirapikan/ratakan
f. Mesin/alat pemasang paku keling dapat digerakkan dengan udara, hidrolik atau tekanan

uap tergantung jenis dan besar paku keling yang akan dipasang.

24
24

2.1.2. Tipe Pemasangan Paku Keling
a. Lap joint
Pemasangan tipe lap joint biasannya digunakan pada plat yang overlaps satu dengan yang
lainnya. Dengan tipe antara lain:

a. single rivited lap joint

b. double rivited lap joint

c. zig zag rivited lap joint.

Gambar 2. 3. Cara Pemasanagan Lap Joint

b. Butt joint

Tipe butt joint digunakan untuk menyambung dua plat utama, dengan menjepit menggunakan
2 plat lain, sebagai penahan (cover), di mana plat penahan ikut dikeling dengan plat utama.
Tipe ini meliputi single strap butt joint dan double strap butt joint.

Gambar 2. 4. Cara Pemasangan Butt Joint

2.1.3. Terminologi Sambungan Paku Keling
a. Pitch (p) : jarak antara pusat satu paku keling ke pusat berikutnya diukur secara paralel.

25
25

b. Diagonal pitch (pd) : jarak antara pusat paku keling (antar sumbu lubang paku keling)
pada pemasangan secara zig – zag dilihat dari lajur/baris/row.

c. Back pitch (pb) : jarak antara sumbu lubang kolom dengan sumbu lubang kolom
berikutnya.

d. Margin (m) : jarak terdekat antara lubang paku keling dengan sisi plat terluar.

2.1.4. Kerusakan Sambungan Paku Keling
Kerusakan yang dapat terjadi pada sambungan paku keling akibat menerima beban adalah
sebagai berikut :

a. Tearing of the plate at an edge
Robek pada bagian pinggir dari plat yang dapat terjadi jika margin (m) kurang dari 1,5 d,
dengan d : diameter paku keling.

Gambar 2. 5. Kerusakan Tearing Sejajar Garis Gaya

b. Tearing of the plate a cross a row of rivets
Robek pada garis sumbu lubang paku keling dan bersilangan dengan garis gaya.

Gambar 2. 6. Kerusakan Tearing Bersilangan Garis Gaya

Jika :

26
26

p : adalah picth
d : diameter paku keling,
t : tebal plat
σt : tegangan tari ijin bahan, maka :
At : luas bidang tearing = (p – d) . t
Tearing resistance per pitch length : Ft = ⎯σt . At = ⎯σt (p – d) t
c. Shearing of the rivets
Kerusakan sambungan paku keling karena beban geser.

Gambar 2. 7. Kerusakan Shearing Sambungan Paku Keling

Jika:

d : diameter paku keling,
2τ : tegangan geser ijin bahan paku keling

n : jumlah paku keling per panjang pitch,

1. Single shear (geseran tunggal)
• Luas permukaan geser A = π/4 . d 2
• Gaya geser maksimum Fs = π/4 . d 2 . ⎯τ . n

2. Double shear theoretically (geseran ganda teoritis )
• A = 2 . π/4 d 2
• Fs = 2. π/4 d 2 . ⎯τ . n

3. Double shear actual

27
27

• A = 1.875 x π/4 . d 2
• Fs = 1.875 x π/4 . d2 . ⎯τ . n

c. Crushing of the rivets

Gambar 2. 8. Kerusakan Crushing Sambungan Paku Keling

Jika:

d : diameter paku keling,

t : tebal plat,

-3 : tegangan geser ijin bahan paku keling
n : jumlah paku keling per pitch length :

• Luas permukaan crushing per paku keling AC = d . t

• Total crushing area AC tot = n . d . t

• Tahanan crushing maksimum FC = n . d t . ⎯σC

2.1.5. Efisiensi Paku Keling

Efisiensi dihitung berdasarkan perbandingan kekuatan sambungan dengan kekuatan
unriveted. Kekuatan sambungan paku keling tergantung pada = Ft, Fs, Fc dan diambil harga
yang terkecil.

a. Kekuatan unriveted, F = p . t . ⎯σt

b. Efisiensi sambungan paku keling

4= 56 787973
:. . %-8

dengan Ft, Fs, Fc diambil yang terkecil

28
28

p : pitch

t : tebal plat

%-8 : tegangan tarik ijin bahan plat

Tabel 2. 1. Harga Efisiensi Sambungan Paku Keling

No Lap Joint η (%) Butt Joint η (%)
1. Single riveted 45 - 60 Single 55 – 60

2. Double riveted 63 - 70 Double 70 - 83

3. Triple riveted 72 - 80 Triple 80 - 90
Quadruple 85 – 94

Tabel 2. 2. Diameter Paku Keling Standard

Diameter Paku Keling (mm) Diameter Lubang Paku Keling (mm)
12 13
14 15
16 17
18 19
20 21
22 23
24 25
27 28,5
30 31,5
33 34,5
36 37,5
39 41
42 44
48 50

Gambar 2. 9. Contoh Bentuk-Bentuk Paku Keling

29
29

Gambar 2. 10. Contoh Standar Paku Keling
Tabel 2. 3. Dimensi dan Toleransi Paku Keling

30
30

Gambar 2. 11. Dimensi Paku Keling
Tabel 2. 4. Toleransi ukuran Kepala Paku Keling

31
31

2.2. Sambungan Las
Sambungan las (welding joint) merupakan jenis sambungan tetap. Sambungan las
menghasilkan kekuatan sambungan yang besar. Proses pengelasan secara umum dibedakan
menjadi dua kelompok besar yaitu :

a. Las dengan menggunakan panas saja atau Fusion Welding (cair/lebur) yang meliputi
thermit welding, gas welding atau las karbit/las asitelin dan electric welding (las listrik).

b. Las dengan menggunakan panas dan tekanan atau Forge Welding (tempa).

Gambar 2. 12. Skema Pengelasan

Cara kerja pengelasan :

a. Benda kerja yang akan disambung disiapkan terlebih dahulu mengikuti bentuk
sambungan yang diinginkan.

b. Pengelasan dilakukan dengan memanaskan material pengisi (penyambung) sampai
melebur (mencair).

c. Material pengisi berupa material tersendiri (las asitelin) atau berupa elektroda (las
listrik).

d. Setelah didinginkan maka material yang dilas akan tersambung oleh material pengisi.

Gambar 2. 13. Simbol Pengelasan

32
32

Gambar 2. 14. Contoh Simbol Pengelasan

2.2.1.Tipe Sambungan Las
a. Lap joint atau fillet joint :
Overlapping plat, dengan beberapa cara :
1. Single transverse fillet (las pada satu sisi) :melintang
2. Double transverse fillet (las pada dua sisi)
3. Parallel fillet joint (las paralel)

Gambar 2. 15. Tipe Las Lap Joint

b. Butt Joint

1. Pengelasan pada bagian ujung dengan ujung dari plat.

2. Pengelasan jenis ini tidak disarankan untuk plat yang tebalnya kurang dari 5 mm

3. Untuk plat dengan ketebalan plat (5 – 12,5) mm bentuk ujung yang disarankan
adalah tipe V atau U.

2

Gambar 2. 16. Tipe Las Butt Joint

33
33

Gambar 2. 17. Tipe Las Sudut

Perhitungan Kekuatan Las

a. Kekuatan transverse fillet welded joint

Gambar 2. 18. Tipe Las Sudut Pandangan Sisi Lain

Jika:

t : tebal las

L : panjang lasan
Throat thickness, BD : leg sin 450 =<=8 = 0.707 t

A : Luas area minimum dari las (throat weld)

= throat thickness x length of weld

= 8(> = t x L = 0.707 txL
<=

σt = tegangan tarik ijin bahan las.

34
34

Tegangan tarik/kekuatan tarik maksimum sambungan las :

Single fillet :

= 8 (> ? @2 = A;BAB C D C C @2
<=

Double fillet :

= C 8 (> = EF F C D C C 2@

<=

a. Kekuatan las paralel fillet

Gambar 2. 19. Tipe Las Paralel Fillet

A : luas lasan minimum = 8(> = 0,707 t x L

<=

Jika G: tegangan geser ijin bahan las

1. Gaya geser maksimum single paralel fillet :
DC

I = < C 1- = AEBAB C D C C 1-

2. Gaya geser maksimum double paralel fillet :

I= ? @!J C 1- = EF F C D C C 1-

<=

Hal yang perlu diperhatikan dalam desain adalah : 2

- Tambahkan panjang 12,5 mm pada lasan untuk keamanan.

35
35

- Untuk gabungan paralel dan transverse fillet (melintang), kekuatan lasan merupakan
jumlah kekuatan dari paralel dan transverse.

Ftotal = Fparalel + Ftranverse
c. Kekuatan butt joint weld

- Digunakan untuk beban tekan /kompensi
- Panjang leg sama dengan throat thickness sama dengan thickness of plates (t)

Gambar 2. 20. Tipe Las Butt Joint

Gaya tarik maksimum :

- Single V butt joint, Ft = t . L . 2@
- Double V butt joint, Ft = ( t1 + t2 ) L x 2@

Tabel 2. 5. Rekomendasi Ukuran Las Minimum

Tebal plat (mm) Ukuran las minimm (mm)
3–5 3
6–8 5
10 – 16 6
18 – 24 10
26 – 58 14

> 58 20

36
36

2.2.3. Tegangan Sambungan Las

Tegangan pada sambungan las, sulit dihitung karena variabel dan parameter tidak
terprediksikan, misalnya :
- Homogenitas bahan las/elektroda
- Tegangan akibat panas dari las
- Perubahan sifat-sifat fisik.
- Dalam perhitungan kekuatan diasumsikan bahwa :

- Beban terdistribusi merata sepanjang lasan
- Tegangan terdistribsi merata

Tabel 2. 6. Harga Tegangan Sambungan Las dengan Beberapa Electrode dan Beban

Bare Electrode Covered

Tipe Las Electrode
Steady Fatigue Steady Fatigue

(MPa) (MPa) (MPa) (MPa)

Fillet welds 80 21 98 35

(all types)

Butt welds 90 35 110 55

a. Tension

b. 100 35 125 55

Compression

c. Shear 55 21 70 35

Faktor Konsentrasi Tegangan Las
Konsentrasi tegangan (k) untuk static loading and any type of joint, k = 1

37
37

Tabel 2. 7. Faktor Konsentrasi Tegangan Untuk Beban Fatique

No. Tipe Las Faktor k

1. Reinforced butt welds 1,2

2. Toe of transverse fillet 1,5

3. End of parallel fillet 2,7

4. T - butt joint with sharp corner 2,0

Konsentrasi tegangan terjadi akibat penambahan material yang berasal dari material dasar
yang mungkin berbeda dengan material utama yang disambung.

2.3. Sambungan Baut
Sambungan mur baut (Bolt) banyak digunakan pada berbagai komponen mesin. Sambungan
mur baut bukan merupakan sambungan tetap, melainkan dapat dibongkar pasang

dengan mudah. Beberapa keuntungan penggunaan sambungan mur baut :

- Mempunyai kemampuan yang tinggi dalam menerima beban.

- Kemudahan dalam pemasangan

- Dapat digunakan untuk berbagai kondisi operasi

- Dibuat dalam standarisasi

- Efisiensi tinggi dalam proses manufaktur

Kerugian utama sambungan mur baut adalah mempunyai konsentrasi tegangan yang tinggi di
daerah ulir.

2.3.1. Tata Nama Baut
a. Diameter mayor adalah diameter luar baik untuk ulir luar maupun dalam.

b. Diameter minor adalah diameter ulir terkecil atau bagian dalam dari ulir.

c. Diameter pitch adalah diameter dari lingkaran imajiner atau diameter efektif dari
baut

d. Pitch adalah jarak yang diambil dari satu titik pada ulir ke titik berikutnya dengan
posisi yang sama.
1
K Lℎ = jumlah ulir per panjang baut

e. Lead adalah jarak antara dua titik pada kemiringan yang sama atau jarak lilitan.

38
38

Gambar 2. 21. Tata Nama Baut dan Ulir

do : diameter mayor (nominal)
di : diameter minor
dp : diameter pitch

Gambar 2. 22. Bagian -Bagian Baut

Jenis-jenis baut yang biasa digunakan sebagai berikut :

Gambar 2. 23. Jenis Baut

39
39

Jenis-jenis sekrup yang biasa digunakan sebagai berikut : 3

Gambar 2. 24. Jenis Skrup
Gambar 2. 25. Tata Nama Ulir

Gambar 2. 26. Ring / Washer

Gambar 2. 27. Jenis Mur

Gambar 2. 28. Kerusakan Baut

40
40

Gambar 2. 29. Baut dengan Pemakaian Khusus

Gambar 2. 30. Contoh Pengkodean Baut

41
41

Tabel 2. 8. Torsi Pengencengan Baut

42

Tabel 2. 9. Besar Torsi Pengencangan Baut

3

2.3.2. Tegangan Pada Baut
Tegangan yang terjadi pada baut dibedakan menjadi tiga kelompok berdasarkan gaya
yang mempengaruhinya. Tegangan tersebut adalah sebagai berikut :
- Tegangan dalam akibat gaya kerja
- Tegangan akibat gaya luar
- Tegangan kombinasi
A . Tegangan dalam
Tegangan akibat gaya yang berasal dari dalam baut sendiri meliputi tegangan-
tegangan sebagai berikut :

43
43

1. Tegangan tarik
- Gaya awal pada baut :
Fc = 284 d ( kg )
Fc = 2840 d ( N ) untuk Sistem Internasional ( 3)
Dengan :
Fi : initial tension /gaya awal
d : diameter nominal/mayor (mm)

2. Tegangan geser torsional
Jika :
T : torsi
J : momen inersia polar
τ : tegangan gser
r : jari – jari
maka berlaku hubungan :

Momen inersia polar untuk baut :

Tegangan geser torsional adalah :

44
44

Tegangan geser pada ulir :

dengan : di : diameter minor 3
do : diameter mayor
b : lebar ulir pada arah melintang
n : jumlah ulir

Tegangan crushing pada ulir :

Tegangan lentur :

dengan :
x : perbedaan tinggi sudut ekstrem mur atau kepala.
E : modulus elastisitas bahan baut
L : panjang baut

B.Tegangan akibat gaya luar
Tegangan pada baut akibat gaya luar yang bekerja pada baut tersebut sebagai
berikut :

45
45

a. Tegangan tarik
F : gaya luar yang dikerjakan
di : diameter minor
σt : tegangan tarik ijin bahan baut

Catatan :
Jika jumlah baut lebih dari satu, maka :

Jika pada tabel standar baut tidak tersedia maka digunakan : di =
0,84 do dengan do diameter mayor

b. Tegangan geser

Fs : gaya geser
do : diameter mayor (nominal)
n : jumlah baut

c. Tegangan kombinasi 3
Tegangan geser maksimum :

46
46

Tegangan tarik maksimum :

d. Tegangan dengan kombinasi beban
- Gaya awal pada baut, F1
- Gaya luar pada baut, F2
- Gaya resultan baut, F
- Perbandingan elastisitas bahan baut dan bahan komponen, a
- Gaya resultan yang harus diperhitungkan pada baut :

Tabel 2. 10. Harga k untuk Beberapa Sambungan Baut

47
47

BAB 3

P OROS

TUJUAN:

Mengenal jenis-jenis poros
Memahami perencanaan poros untuk berbagai beban.
Memahami bahan poros sesuai penggunaannya.
Memahami tegangan-tegangan yang terjadi pada poros sesuai
beban ,penggunaan dan bahan yang digunakan.
Dapat menjelaskan fungsi poros sesuai bentuk ,ukuran ,bahan
,serta posisi dan letak dari poros.

Poros merupakan salah satu komponen terpenting dari suatu mesin yang membutuhkan
putaran dalam operasinya. Secara umum poros digunakan untuk meneruskan daya dan
putaran.

3.1. Jenis-jenis poros:
a. Poros transmisi

• Beban berupa : momen puntir dan momen lentur

• Daya dapat ditransmisikan melalui : kopling, roda gigi, belt, rantai.

b. Spindel

• Poros transmisi yang relatif pendek, misal : poros utama mesin perkakas
dengan beban utama berupa puntiran.

• Deformasi yang terjadi harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.

c. Gandar

• Poros yang tidak berputar
• Menerima beban lentur, misalnya pada roda-roda kereta

48
48

3.2. Hal Penting Dalam Perencanaan Poros 40
a. Kekuatan Poros :
• Beban poros transmisi : puntir, lentur, gabungan puntir dan lentur, beban tarikan
atau tekan (misal : poros baling-baling kapal, turbin)
• Kelelahan, tumbukan, konsentrasi tegangan seperti pada poros bertingkat danberalur
pasak.
• Poros harus didesain dengan kuat.

b. Kekakuan Poros
• Untuk menerima beban lentur atau defleksi akibat pntiran yang lebih besar.

c. Putaran Kritis
• Jika suatu mesin putarannya dinaikkan maka pada suatu harga putaran tertentu
dapat terjadi getaran yang luar biasa. Putaran ini disebut putaran kritis.
• Putaran kerja harus lebih kecil dari putaran kritis (n < ns)

d. Korosi
• Perlindungan terhadap korosi untuk kekuatan dan daya tahan terhadap beban.

e. Bahan Poros
• Disesuaikan dengan kondisi operasi.
• Baja konstruksi mesin, baja paduan dengan pengerasan kulit tahan terhadap
keausan, baja krom, nikel, baja krom molibden dll.

f. Standard diameter poros transmisi
• 25 s/d 60 mm dengan kenaikan 5 mm

• 60 s/d 110 mm dengan kenaikan 10 mm

• 110 s/d 140 mm dengan kenaikan 15 mm

• 140 s/d 500 mm dengan kenaikan 20 mm

49
49

3.3. Poros Dengan Beban Torsi Murni
a. Poros bulat (pejal)

Syarat pemakaian rumus :
• Beban torsi murni
• Poros bulat, pejal, masif
• Beban lain tidak diperhitungkan.
• Diameter poros yang dihasilkan merupakan diameter poros minimum,sehingga harus

diambil yang lebih besar.
b. Untuk poros berlubang dengan beban puntir murni

do : diameter luar
di : diameter dalam

50
50