LAPORAN TUGAS RANCANG

PERANCANGAN PEMBUATAN POROS

UNTUK GENERATOR AC

DENGAN MESIN CNC TU-2A Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin Strata Satu

Fakultas Teknik Institut Teknologi Budi Utomo

DISUSUN OLEH :

NAMA :SUYADI

NPM :1071015028

PROGRAM STUDI :TEKNIK MESIN (S1)

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BUDI UTOMO

JAKARTA

2014

i

LEMBAR PENGESAHAN

PERANCANGAN PEMBUATAN POROS

UNTUK GENERATOR AC

DENGAN MESIN CNC TU-2A LAPORAN TUGAS RANCANG

Disusun oleh:

Nama : SUYADI

NPM : 1071015028

Jurusan :Teknik Mesin

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin Strata Satu

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri

INSTITUT TEKNOLOGI BUDI UTOMO

Jakarta, 14 Oktober 2014

Mengetahui,

Kepala Jurusan Dosen Pembimbing

Ir.Srihanto,MT Ir.Srihanto,MT

ii

LEMBAR PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama :Suyadi

NPM :1071015028

Jenjang :Strata Satu

Jurusan :Teknik Mesin

Menyatakan bahwa sesungguhnya Laporan Tugas Rancang yang telah saya buat ini

merupakan hasil karya sendiri dan bukan merupakan hasil duplikasi serta tindakan mengutip

sebagaian atau seluruh dari hasil karya milik orang lain,kecuali disebutkan sumbernya.

Selanjutnya saya bersedia menerima sanksi akademik, apabila pernyataan saya tidak

benar.

Jakarta, 14 Oktober 2014

Suyadi

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur tidak henti-hentinya penulis panjatkan Kehadirat Allah SWT yang

telah memberikan berkat dan limpahan rahmatNya, sehingga penulis mampu menyelesaikan

penulisan laporan Tugas Rancang ini dengan baik dan tepat waktu.Penulisan Tugas Rancang

ini merupakan salah satu tugas mahasiswa sebelum mengajukan tugas akhir, sehingga

laporan ini dijadikan sebagai salah satu persyaratan wajib yang harus diambil oleh setiap

mahasiswa pada jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Budi Utomo.

Dalam laporan Tugas Rancang ini, penulis banyak memperoleh bantuan dari banyak

pihak, untuk itu dengan segala kerendahan hati menyampaikan rasa terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada:

1.Prof. Dr. Ir. H. Martin Djamin, M.Sc., selaku Rektor Institut Teknologi Budi Utomo.

2.Dr. Ir. Suwito, MM., selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri

3.Ir.Srihanto, MT., Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

4.Seluruh Dosen dan Staff Teknik Mesin Institut Teknologi Budi Utomo.

5.Ibu dan Ayah beserta keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan baik secara

moril maupun materil itu semua sangat berarti.

6.Teman-teman Mahasiswa jurusan Teknik Mesin Angkatan Tahun 2010

7.Dan Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan namanya satu-persatu yang telah

membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam penyusunan laporan

ini.Semoga kebaikan yang telah diberikan kepada penulis mendapat pahala yang

berlimpah dari Allah SWT.

Penulis menyadari akan semua kesalahan dalam penyusunan laporan Tugas Rancang ini

karena keterbatasan kemampuan, oleh karena itu penulis menerima kritik serta saran dengan

segala kerendahan hati guna kesempurnaan penyusunan laporan ini.

iv

Pada kesempatan ini pula penulis mohon maaf atas segala kekurangan, Semoga

penyusunan laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan bermanfaat bagi

pembaca.

Jakarta, 14 Oktober 2014

Penulis

v

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................... i

LEMBAR PERNYATAAN............................................................................... ii

KATA PENGANTAR ....................................................................................... iii

DAFTAR ISI ..................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... . ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xi

BAB I. PENDAHULUAN................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah ....................................................................... 2

1.3 Tujuan ............................................................................................. 2

1.4 Batasan Masalah ............................................................................. 2

1.5 Metode Penulisan............................................................................ 2

1.5.1 Metode Wawancara .............................................................. 2

1.5.2 Metode Kepustakaan ............................................................. 3

1.6 Sistematika Penulisan ................................................................... 3

BAB II. LANDASAN TEORI .......................................................................... 5

2.1 Pengertian Umum Poros ................................................................ 5

2.1.1 Macam-macam Poros ........................................................... 5

2.1.2 Hal-hal penting dalam perencanaan poros ........................... 6

vi

2.1.3 Pembebanan pada poros ..................................................... 7

2.1.4 Pemasangan dan konsentrasi Tegangan ............................... 12

2.1.5 Material Poros ...................................................................... 13

2.1.6 Daya Poros ........................................................................... 14

2.1.7 Perancangan Poros ............................................................... 14

2.1.8 Metode Perancangan Poros .................................................. 17

2.1.9 Defleksi Poros ...................................................................... 19

2.1.10 Pasak Dan Alur Pasak ...................................................... 21

2.2 Generator ....................................................................................... 27

2.2.1 Prinsip Kerja Generator ........................................................ 28

2.2.2 Kontruksi Generator ............................................................. 31

2.2.3 Stator .................................................................................. 31

2.2.4 Rotor ..................................................................................... 32

2.2.5 Pengaturan Putaran ............................................................... 33

2.2.6 Pengaturan Tegangan ........................................................... 34

2.3 Computer Numerical Control (CNC) ............................................ 35

2.3.1 Dasar Pemograman Mesin CNC .......................................... 37

2.3.2 Gerakan Pada Sumbu Mesin CNC ....................................... 38

2.3.3 Standarisasi Pemograman Mesin CNC .............................. 38

BAB III METODE PERENCANAAN ............................................................. 42

3.1 Diagram alir pembuatan poros generator .................................... 42

vii

3.2 Penjelasan Diagram Alir pembuatan poros generator ................ 43

3.2.1 Perencanaan Poros ............................................................ 43

3.2.1 Analisa Kekuatan Material ............................................... 43

3.2.3 Menentukan Bahan ........................................................... 43

3.2.4 Menentukan Ukuran ......................................................... 43

3.2.5 Proses Persiapan Alat Dan Mesin ..................................... 44

3.2.6 Proses Permesinan ............................................................ 44

3.2.7 Evaluasi Hasil Perancangan .............................................. 44

3.3 Perencanaan proses pengerjaan pembuatan poros generator ...... 44

3.3.1 Proses Lathe 1 ................................................................... 45

3.3.2 Proses Lathe 2 ................................................................... 45

3.3.3 Proses Milling 1 ............................................................... 45

3.3.4 Proses Milling 2 ............................................................... 45

BAB IV PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN ....................................... 46

4.1 Perencanaan dan Perhitungan Poros ............................................ 46

4.1.1 Perhitungan Momen Pada Poros ....................................... 46

4.1.2 Perhitungan Bending Pada Poros ...................................... 54

4.1.3 Perhitungan Tegangan Geser Ijin Torsional ..................... 55

4.1.4 Perhitungan Poros Dengan Beban Lentur Murni .............. 56

4.1.5 Perhitungan Poros Kombinasi Puntir dan Lentur.............. 57

4.1.6 Perhitungan Poros Dengan Beban Berfluktuasi ................ 58

viii

4.2 Perencanaan dan Perhitungan Pasak .............................................. 59

4.2.1 Perhitungan Tegangan Geser Yang Diijinkan ...................... 59

4.2.2 Perhitungan Gaya Yang Terjadi Pada Pasak ........................ 63

BAB V PROSES PENGERJAAN .................................................................... 65

5.1 Diagram Alir Proses Pengerjaan Poros Generator ........................ 65

5.2 Proses Persiapan Alat Dan Mesin ................................................. 66

5.2.1 Persiapan Gambar Kerja ...................................................... 67

5.2.2 Persiapan Bahan Material .................................................... 67

5.2.3 Pengujian Material ............................................................... 68

5.2.4 Persiapan Alat Dan Mesin ................................................... 70

5.3 Proses Machining Pembuatan Poros Generator ............................ 71

5.2.1 Proses Pemotongan Material ............................................... 71

5.2.2 Proses Lathe 1 ...................................................................... 72

5.2.3 Proses Lathe 2 ...................................................................... 80

5.2.4 Proses Milling 1 ................................................................... 85

5.2.5 Proses Milling 2 ................................................................... 87

BAB VI PENUTUP .......................................................................................... 91

6.1 Kesimpulan .................................................................................. 91

6.2 Saran ............................................................................................ 92

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 93

ix

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Macam tegangan yang bervariasi terhadap waktu ......................... 8

Gambar 2.2 Hasil tes fatique pada specimen baja dengan beban bending ........ 11

Gambar 2.3 Berbagai macam pemasangan komponen pada poros ................... 12

Gambar 2.4 Garis kegagalan elips untuk tegangan berfluktuasi ....................... 19

Gambar 2.5 Macam-macam pasak .................................................................... 21

Gambar 2.6 Sistem pembangkit generator sinkron ............................................ 28

Gambar 2.7 Kumparan 3 fasa ............................................................................ 30

Gambar 2.8 Konstruksi generator sinkron ......................................................... 31

Gambar 2.9 Kontruksi rotor kutub silindris ....................................................... 32

Gambar 2.10 Kontruksi rotor kutub menonjol ................................................. 33

Gambar 2.11 Mesin Bubut CNC ...................................................................... 36

Gambar 3.1 Diagram Alir proses perencanaan pembuatan poros generator ..... 42

Gambar 4.1 Perancangan poros generator ......................................................... 46

Gambar 4.2 Momen yang terjadi pada poros ..................................................... 47

Gambar 4.3 Pencarian VA ................................................................................. 49

Gambar 4.4 Pencarian VQ1 atau VE ................................................................. 49

Gambar 4.5 Pencarian VA’ ................................................................................ 50

Gambar 4.6 Pencarian VC ................................................................................. 50

Gambar 4.7 Pencarian VF .................................................................................. 51

x

Gambar 4.8 Pencarian VD ................................................................................. 51

Gambar 4.9 Pencarian VB ................................................................................. 52

Gambar 4.10 Diagram SFD (Shearing force diagram) ..................................... 53

Gambar 4.11 Diagram BMD (Bending Momen Diagram) ................................ 54

Gambar 4.12 Dimensi Pasak.............................................................................. 59

Gambar 5.1 Diagram alir proses pengerjaan poros generator ........................... 65

Gambar 5.2 Poros generator .............................................................................. 66

Gambar 5.3 Gambar kerja poros generator ........................................................ 67

Gambar 5.4 Proses pemotongan material .......................................................... 71

Gambar 5.5 Proses penyenteran material .......................................................... 72

Gambar 5.6 Proses lathe 1 ................................................................................. 72

Gambar 5.7 Proses alur program kerja dengan G71 .......................................... 75

Gambar 5.8 Titik point program lathe 1 ............................................................ 76

Gambar 5.9 Alur program G75 untuk proses grooving ..................................... 78

Gambar 5.10 Proses lathe 2 ............................................................................... 80

Gambar 5.11 Titik point program lathe 2 .......................................................... 81

Gambar 5.12 Proses milling 1 ........................................................................... 85

Gambar 5.13 Alur program milling ................................................................... 87

Gambar 5.14 Proses milling 2 ........................................................................... 88

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Standar USA untuk pasak dan dimensi setscrew untuk poros........... 22

Tabel 2.2 Standar ANSI untuk pasak woodruff ................................................. 24

Tabel 4.1 Harga Km dan Kt untuk beberapa bahan .......................................... 59

Tabel 4.2 Pasak Standar .................................................................................... 60

Tabel 4.3 Perencanaan pasak yang akan dipasang pada poros generator .......... 61

Tabel 5.1 Persiapan bahan material ................................................................... 68

Tabel 5.2 Harga kekerasan vickers pada bahan material S45C ......................... 69

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam era modern, perkembangan dunia industri semakin pesat dan tak dapat

dipungkiri, hampir semua kebutuhan manusia mulai dari sandang, pangan dan

kebutuhan skunder lainnya telah diproduksi massal di pabrik-pabrik industri. Seiring

dengan perkembangan industrialisasi tersebut maka kebutuhan akan daya listrik juga

semakin meningkat tajam.

Ketika terjadi kegagalan daya atau pemadaman pada catu daya utama maka saat

itu dibutuhkan pasokan daya listrik cadangan dan pada kondisi tersebut diharapkan

daya listrik cadangan dapat mensuplai energi listrik terutama untuk beban-beban

prioritas. Genset umumnya digunakan sebagai sistem pemasok(supply) daya listrik

(PLTD) dan juga sebagai sistem pemasok daya listrik cadangan atau sebagai sumber

daya listrik yang tergantung atas kebutuhan pemakai (off-grid).

Generator adalah suatu sistem yang menghasilkan tenaga listrik dengan masukan

tenaga mekanik . Generator berfungsi untuk mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga

listrik.Prinsip kerja Generator adalah bila rotor diputar maka belitan kawatnya akan

memotong gaya-gaya magnit pada kutub magnit, sehingga terjadi perbedaan tegangan,

dengan dasar inilah timbullah arus listrik, arus melalui kabel/kawat yang ke dua

ujungnya dihubungkan dengan cincin geser. Pada cincin-cincin tersebut menggeser

sikat-sikat, sebagai terminal penghubung keluar.Bagian-bagian generator yaitu Rotor,

adalah bagian yang berputar yang mempunyai bagian terdiri dari poros (Shaft), inti,

kumparan, cincin geser, dan sikat-sikat.Stator, adalah bagian yang tak berputar (diam)

yang mempunyai bagian terdiri dari rangka stator yang merupakan salah satu bagian

utama dari generator yang terbuat dari besi tuang dan ini merupakan rumah dari semua

bagian-bagian generator, kutub utama beserta belitannya, kutub-kutub pembantu

beserta belitannya, bantalan-bantalan poros.

2

Tugas Rancang ini akan membahas bagaimana membuat komponen dari generator

AC yaitu poros atau shaft yang merupakan bagian dari komponen prime mover mesin

diesel (main distribution panel).

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas penulis merumuskan masalah sebagai berikut:

1.2.1Bagaimana merencanakan pembuatan poros untuk generator AC dengan mesin

CNC TU-2A sesuai standar ?

1.2.2Bagaimana perhitungan membuat program CNC dalam proses perancangan poros

generator AC?

1.2.3 Bagaimana menganalisa kekuatan poros untuk generator AC?

1.3 Tujuan Penulis bertujuan untuk memenuhi Tugas Rancang, dan untuk mempelajari serta

memahami proses pembuatan poros Generator AC sesuai dengan standart dengan

harapan dapat menjadikan suatu pengetahuan yang bermanfaat di masa yang akan

datang.

1.4 Batasan Masalah

Untuk mempermudah menulis laporan, penulis membatasi masalah hanya pada

perancangan proses pembuatan poros Generator AC dengan mesin CNC TU-2A dan

perhitungan kekuatan poros Generator AC.

1.5 Metode Penulisan Metode penulisan adalah suatu upaya pengumpulan, penyajian dan analisa data

yang dilakukan secara sistematis. Dalam rangka mencarikan jalan keluar ataupun

jawaban terhadap suatu masalah yang ditemukan, penulis dapat menyimpulkan data

yang digunakan sebagai berikut :

1.5.1 Metode Wawancara

Metode wawancara adalah proses memperoleh keterangan untuk tujuan

penelitian secara langsung kepada karyawan yang berkaitan dengan pernesinan

3

CNC. Untuk mendapatkan informasi dan data yang lengkap, penulis melakukan

wawancara langsung dengan bagian yang berkepentingan yaitu orang- orang

yang terkait mengenai informasi yang berhubungan cara pembuatan poros

generator.

1.5.2 Metode Kepustakaan

Penulis mempelajari buku referensi baik mengenai pembuatan poros dan

perhitugan kekuatan yang dibutuhkan untuk merancang poros generator AC.

1.6 Sistematika Penulisan Agar mempermudah pembahasan terhadap topik Tugas Rancang ini, penulis

menyusunnya menjadi enam bab.

BAB I PENDAHULUAN

Meliputi latar belakang yang mendasari pemilihan topik masalah, maksud dan

tujuan penulisan, metode penulisan, ruang lingkup pembahasan serta sistematika

penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI

Meliputi konsep dasar Perancangan dan data-data mengenai pendukung

perancangan.Membahas tentang dasar teori sistem perancangan dan produksinya.

BAB III METODE PERENCANAAN

Meliputi diagram alir, penjelasan pengerjaan, dan perencanaan proses pembuatan

poros generator AC.

BAB IV PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN

Membahas tentang perhitungan kekuatan yang diijinkan untuk menentukan

bahan yang digunakan dan perhitungan program CNC untuk pembuatan Shaft atau

poros

BAB V PROSES PENGERJAAN

Membahas tentang tahapan-tahapan perancangan poros untuk Generator AC.

4

BAB VI PENUTUP

Meliputi kesimpulan, dan saran berdasarkan hasil analisa sebelumnya.

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Umum Poros.

Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya terpasang elemen-

elemen seperti roda gigi (gear), pulley, flywheel, engkol, sprocket dan elemen pemindah

lainnya.Poros adalah untuk menopang bagian mesin yang diam, berayun atau berputar,

tetapi tidak menderita momen putar dan dengan demikian tegangan utamanya adalah

tekukan (bending).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.

2.1.1 Macam-macam poros.

Poros untuk meneruskam daya diklasifikasikan menurut pembebanannya

sebagai berikut:

a.Poros transmisi.

Poros semacam ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya di

transmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi puli sabuk atau sprocket

rantai, dan lain-lain.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.

b.Spindel.

Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana

beban utamanya berupa puntiran, disebut sepindel. Syarat yang harus di penuhi

poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukuranya harus teliti.

6

c.Gandar.

Poros seperti yang di pasang di antara roda – roda kereta barang, dimana tidak

mendapat beban puntir, bahkan kadang – kadang tidak boleh berputar, disebut

gandar. Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakan oleh

penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir juga.

2.1.2 Hal-hal penting dalam Perencanaan poros.

Hal-hal penting dalam merencanakan sebuah poros sebagai berikut ini perlu

diperhatikan : (Sularso, 1994)

a.Kekuatan poros.

Suatu poros transmisi dapat mengalami suatu beban puntir atau lentur atau

gabungan antara puntir dan lentur seperti telah diutarakan di atas. Juga ada

poros yang mendapat beban tarik atau tekan seperti poros baling- baling kapal

atau turbin. Kelelahan, tumbukan atau pengaruh kosentrasi tegangan bila

diameter poros diperkecil (poros bertangga ) atau bila poros mempunyai alur

pasak, harus diperhatikan. Sebuah poros harus di rencanakan hingga cukup kuat

untuk menahan beban- beban di atas.

b.Kekakuan poros.

Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup tetapi jika lenturan

atau defleksi puntiran terlalu besar akan mengakibatkan ketidak telitian atau

getaran dan suara. Disamping kekuatan poros, kekakuanya juga harus

diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan dilayani poros

tersebut.

c.Putaran kritis.

Bila putaran suatu mesin dinaikan maka suatu harga putaran tertentu dapat

terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini disebut putaran kritis. Hal

ini dapat terjadi pada turbin, motor torak, motor listrik , dan lain-lain. Juga dapat

mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian bagian lainya. Jika mungkin,

7

poros harus direncanakan sedemikian rupa hingga putaran kerjanya lebih rendah

dari putaran kritisnya.

d.Korosi.

Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik) harus dipilih untuk poros propeller

dan pompa bila terjadi dengan kontak dengan fluida yang korosif. Demikian

juga yang terancam kavitasi, dan poros-poros mesin yang sering berhenti lama.

Sampai dengan batas-batas tertentu dapat pula dilakukan perlidungan terhadap

korosi.

2.1.3.Pembebanan pada poros.

Pada prinsipnya pembebanan ada poros ada 2 macam, yaitu puntiran karena

beban torsi dan bending karena beban transerval pada roda gigi , puli atau

sprocket. Beban yang terjadi juga biasanya merupakan kombinasi dari

keduanya.Karekter pembebanan yang terjadi biasanya konstan, bervariasi

terhadap waktu, maupun kombinasi dari keduanya.

Perbedaan antara poros dengan As (Axle) adalah poros meneruskan momen

torsi ( berputar) sedangkan as tidak. Pada pembebanan konstan terhadap waktu,

tegangan yang terjadi pada as dengan roda gigi atau puli yang berputar pada

bantalan terhadap as tersebut tegangan statis.Pada poros yang dibebeani dengan

bending steady akan terjadi tegangan fully reversed seperti pada gambar

.Tegangan yang terjadi karena beban bending maupun torsi bias fully reversed,

repeated ataupun fluctuating, seperti pada gambar 2.1

8

Gambar 2.1 Macam tegangan yang bervariasi terhadap waktu [1]

a. Pembebanan Statik Bending dan Torsi.

Tegangan normal maksimum karena beban transversal [1]

σx : 𝑀𝑀.𝐶𝐶𝑙𝑙

………………………………………………………………2.1

σx : Tegangan normal maksimum

M : Momen Bending

l : Panjang poros

C : Jari-jari poros

Tegangan geser maximumnya [1]

Ʈ𝑥𝑥𝑥𝑥 : 𝑇𝑇.𝐶𝐶𝐽𝐽

...…………...………………………………………………...2.2

Ʈ𝑥𝑥𝑥𝑥 : Tegangan geser maksimum

𝑇𝑇 : Torsi

𝐶𝐶 : Jari-jari poros

𝐽𝐽 : Momen Inersia Polar

Untuk penampang bulat [1]

C = 𝑑𝑑2 l = л𝑑𝑑

2

64 J = л𝑑𝑑

2

32 …………………………………………………...2.3

d : Diameter poros

Sehingga tegangan normal utamanya bisa dihitung (σy = 0) [1]

σy1,σy2 = 𝜎𝜎𝑥𝑥2

± √(𝜎𝜎𝑥𝑥2

)2 + Ʈ𝑥𝑥𝑥𝑥 2 = 16л𝑑𝑑3 (M ± √𝑀𝑀2 + 𝑇𝑇2 )………………….2.4

σy : Tegangan Normal Utama

Tegangan geser utama [1]

9

Ʈ1,Ʈ2 = 𝜎𝜎𝑥𝑥2

± √(𝜎𝜎𝑥𝑥2

)2 + Ʈ𝑥𝑥𝑥𝑥 2 = ± 16л𝑑𝑑3 √ 𝑀𝑀2 + 𝑇𝑇2 …………………………...2.5

Ʈ : Tegangan Geser Utama

Menurut kriteria energy distorsi, kegagalan poros akan terjadi ketika [1]

√𝜎𝜎12 + 𝜎𝜎22 – σ1σ2 ≥ 𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥𝑁𝑁𝑠𝑠

↔ 16л𝑑𝑑3 (4𝑀𝑀2+3𝑇𝑇2) ≥

𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥𝑁𝑁𝑠𝑠

………………………..2.6

Dimana 𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥 adalah kekeuatan yield dan Ns adalah factor keamanan. Diameter

minimum poros ketika mulai terjadi kegagalan adalah

d= 32𝑁𝑁𝑠𝑠л𝑆𝑆𝑆𝑆𝑥𝑥

√𝑀𝑀2 + ¾ 𝑇𝑇2 1/2 Jika diameter poros diketahui, maka factor

keamanannya dihitung dengan [1]

Ns = л𝑑𝑑3𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥

32 √𝑀𝑀2+3/4𝑇𝑇2 …………………………………………………………..2.7

Menurut kriteria tegangan geser maximum,kegagalan poros akan terjadi ketika

[1]

𝜎𝜎1 + 𝜎𝜎2 ≥ 𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥𝑁𝑁𝑠𝑠

↔ 16л𝑑𝑑3 (4𝑀𝑀2+3𝑇𝑇2) ≥

𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥𝑁𝑁𝑠𝑠

…………………………………..2.8

d= 32𝑁𝑁𝑠𝑠л𝑆𝑆𝑆𝑆𝑥𝑥

√𝑀𝑀2 + 𝑇𝑇2 1/2 …………………………………………………2.9

Ns = л𝑑𝑑3𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥

32 √𝑀𝑀2+𝑇𝑇2 ……………………………………………………………..2.10

b. Pembebanan Statik Bending, Torsi Dan Gaya Aksial.

Jika ditambahkan gaya aksial, maka tegangan normalnya menjadi [1]

σx = 3𝑀𝑀л𝑑𝑑3 + 4𝑃𝑃

л𝑑𝑑2 ……………………………………………………………...2.11

P : Pembebanan Statik Bending

σ1,σ2 = 2л𝑑𝑑3 8M + Pd ± √ (8M +𝑃𝑃𝑑𝑑)2 + (8𝑇𝑇)2 ……………………………2.12

Tegangan geser utama [1]

Ʈ1,Ʈ2 = ± 2л𝑑𝑑3 √ (8𝑀𝑀 + 𝑃𝑃𝑑𝑑)2 + 8𝑇𝑇2 …………………………………..…2.13

Menurut kriteria energy distorsi, kegagalan poros akan terjadi ketika [1] 4л𝑑𝑑3 √ (8M+𝑃𝑃𝑑𝑑)2 + 48𝑇𝑇2 ≥

𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥𝑁𝑁𝑠𝑠

……………………………………………..2.14

𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥 : Kekuatan yield

𝑁𝑁𝑠𝑠 : Faktor Keamanan

Menurut kriteria tegangan geser maximum, kegagalan poros akan terjadi ketika

10

[1] 4л𝑑𝑑3 √ (8M+𝑃𝑃𝑑𝑑)2 + 64𝑇𝑇2 ≥

𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥𝑁𝑁𝑠𝑠

……………………………………………..2.15

c. Pembebanan Sikklik Pada Poros.

Tegangan bending alternating dan rata-rata terbesar terjadi pada permukaan

luar, besarnya [1]:

𝜎𝜎𝑎𝑎 = Kf 𝑀𝑀𝑎𝑎𝐶𝐶𝑙𝑙

𝜎𝜎𝑚𝑚 = Kfm𝑀𝑀𝑚𝑚𝐶𝐶𝑙𝑙

………………………………………2.16

𝜎𝜎𝑎𝑎 : Tegangan Bending Alternating

𝐾𝐾𝐾𝐾 : Kemanan Faktor konsentrasi tegangan fatique bending untuk

komponen alternating

𝑀𝑀𝑎𝑎 : Momen Alternating

Mm : Momen Rata-rata

𝐶𝐶 : Jari-jari poros

𝑙𝑙 : Panjang poros

𝜎𝜎𝑚𝑚 : Tegangan Bending Rata-rata terbesar

𝐾𝐾𝐾𝐾𝑚𝑚 :Keamanan factor konsentrasi tegangan fatique bending untuk

komponen rata-rata

Dengan Kf dan Kfm adalah factor konsentrasi tegangan fatique bending untuk

komponen alternating dan rata-rata.Untuk poros solid berpenampang lingkaran:

c= r= 𝑑𝑑2 l= л𝑑𝑑

4

64 …………………………………………………………...2.17

sehingga:

𝜎𝜎𝑎𝑎 = Kf 32𝑀𝑀𝑎𝑎л𝑑𝑑3 𝜎𝜎𝑚𝑚 = Kfm32𝑀𝑀

л𝑑𝑑3 ………………………………………2.18

d adalah diameter poros pada posisi yang ditinjau.

Tegangan geser alternating dan rata-rata besarnya [1] :

Ʈa = Kfs𝑇𝑇𝑎𝑎 𝑟𝑟𝐽𝐽

Ʈm = Kfsm𝑇𝑇𝑚𝑚 𝑟𝑟𝐽𝐽

……………………………………………..2.19

Ʈa : Tegangan geser alternating

Ʈm : Tegangan geser rata-rata

Kfs :Faktor konsentrasi tegangan fatique torsi untuk komponen alternating

Ta : Torsi Alternating

r : Jari-jari poros

11

J : Momen Inersia Polar

Kfsm : Factor konsentrasi tegangan fatique torsi untuk komponen rata-rata

Dengan Kfs dan Kfsm adalah factor konsentrasi tegangan fatique torsi untuk

komponen alternating dan rata-rata.Untuk poros solid berpenampang lingkaran:

r = 𝑑𝑑2 J= л𝑑𝑑

4

32 …………………………………………………………..2.20

sehingga:

Ʈa = Kfs16𝑇𝑇𝑎𝑎л𝑑𝑑3 Ʈm = Kfsm16𝑇𝑇𝑚𝑚

л𝑑𝑑3 ………………………………………….2.21

Untuk gaya tarik aksial Fz biasa hanya mempunyai komponen rata-rata, yaitu

sebesar:

Ʈ𝑚𝑚 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑠𝑠𝑎𝑎𝑎𝑎𝑙𝑙 = Kfm𝐹𝐹𝐹𝐹𝐴𝐴

= Kfm 4𝐹𝐹𝐹𝐹л𝑑𝑑2 ………………………………………………2.22

d.Kegagalan Poros pada Pembebanan Kombinasi.

Penelitian terhadap kegagalan fatigue untuk baja ulet dan besi cor getas pada

pembebanan kombinasi antara bending dan torsi pertama kali dilakukan di

Inggris pada 1930 oleh Davis, Gough dan Pollard. Hasilnya bisa dilihat pada

gambar 2.3 (ANSI/ASME Standard B106.1M-1985 tentang ’Design of

Transmission Shafting’). Kombinasi bending dan torsi pada material ulet yang

mengalami fatigue biasanya terjadi pada elips yang dibentuk oleh persamaan

pada gambar 2.2. Material cor getas biasanya gagal ketika terjadi tegangan

utama maksimal (tidak ditunjukkan pada gambar)

Gambar 2.2 Hasil tes fatique baja dibebani kombinasi bending dan torsi [1]

12

2.14 Pemasangan dan Konsentrasi Tegangan.

Untuk mengakomodasi pemasangan komponen seperti bantalan, sproket, roda

gigi dan lain-lain, poros dibagi menjadi beberapa step dengan diameter yang

berbeda, seperti ditunjukkan pada gambar 2.3

BEARINGBEARING

PRESS FIT

PRESS FIT

AXIALCLREARANCE

HUB

KEY (PASAK)

KEY (PASAK)

HUB

HUB

SNAP RING

Gambar 2.3 Berbagai macam cara pemasangan komponen pada poros [2]

Pasak (key), snap ring dan cross pin berfungsi untuk mengamankan posisi

elemen mesin yang terpasang untuk bisa mentransmisikan torsi dan untuk

mengunci elemen mesin tersebut pada arah aksial. Pemasangan komponen pada

poros dan adanya step akan mengakibatkan terjadinya konsentrasi tegangan.

Penggunaan pasak dan pin untuk menahan elemen mesin bisa digantikan dengan

memanfaatkan gesekan. Salah satunya adalah clamp collar seperti pada gambar

2.3. Split collar adalah tipe lain dari clamp collar yang menggunakan ulir. Selain

itu juga bisa digunakan suaian press dan shrink. Tetapi pemanfaatan gesekan ini

masih juga menimbulkan konsentrasi tegangan.

Taper pin standar juga sering digunakan untuk memasang elemen mesin pada

poros, seperti untuk memasang sheave pada gambar 2.3. Pin ini terpasang pada

lubang dan dikunci dengan memanfaatkan gesekan antara permukaan pin dengan

permukaan lubang. Pemasangan taper pin harus di tempat dimana momen

13

bendingnya kecil, untuk menghindari konsentrasi tegangan.Rolling element

bearing seperti pada gambar 2.3 dipasang pada frame dan poros dengan

memanfaatkan suaian press. Dibutuhkan step pada poros untuk menahan bearing.

Snap ring digunakan untuk mencegah pergerakan aksial poros terhadap bearing.

Keuntungan penggunaan pasak adalah mudah untuk dipasang dan ukurannya

telah distandarkan berdasar diameter poros. Pasak juga terpasang pada lokasinya

secara akurat (phasing), mudah dilepas dan diperbaiki. Kekurangan penggunaan

pasak adalah tidak bisa menahan pergerakan aksial dan memungkinkan terjadinya

’backlash’, karena adanya clearance antara pasak dengan poros.Taper pin

meneruskan torsi dengan baik dan bisa menahan pergerakan aksial dan radial,

tetapi memperlemah poros. Pelepasannya dari poros lebih sulit dari pada pasak.

Clamp collar mudah dipasang, tetapi sulit untuk memasang lagi pada posisinya.

Suaian press adalah hubungan semipermanen, sehingga untuk memasang dan

melepasnya diperlukan alat khusus.

2.1.5 Material Poros.

Baja sering digunakan karena modulus elatisitasnya tinggi, sehingga keta

hanan terhadap defleksi tinggi. Besi cord an besi nodular digunakan ketika gear

atau komponen lain terintegerasi pada poros.Perunggu dan stailess steel

digunakan di laut atau pada kondisi korosif lainya. Trough atau case hardened

steel sering digunakan pada poros yang digunakan juga sebagai jurnal pada sleeve

bearing.

Kebanyakan poros terbuat dari baja karbon rendah dan medium yang dirol

panas (hot rolled). Ketika diperlukan kekuatan yang lebih tinggi, bisa digunakan

baja paduan. Cold Rolled sering digunakan pada poros diameter kecil (samai

diameter 3 in), sedangkan hot rolled untuk diameter yang lebih besar. Untuk

material yang sama, sifat mekanik pada cold rolled lebih besar, tetapi akan terjadi

tegangan sisa dan akan mengakibatkan ‘warping’.Permukaan poros yang diroll

panas harus dimesin untuk menghilangkan karburizing pada permukaan,

14

sedangkan permukaan yang diroll dingin dibiarkan kecuali pada bagian

dispesifikasikan pada perancangan, seperti untuk tempat bantalan.

2.1.6 Daya Poros.

Daya instant yang mentransmisikan poros adalah hasil torsi (T) dengan

kecepatan sudut (ω) dengan ω dalam radian persatuan waktu, [1] yaitu:

P = T ω…………………………………………………………………………2.23

P : Daya instant menstranmisikan poros

T : Torsi

ω : Kecepatan sudut

Pada mesin yang beroperasi dengan torsi atau kecepatan sudut bervariasai

terhadap waktu, daya rata-ratanya adalah:

𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝑇𝑇𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝜔𝜔𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 ……………………………………………………………...2.24

𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 : Daya rata-rata instant menstranmisikan poros

𝑇𝑇𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 : Torsi rata-rata

𝜔𝜔𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 : Kecepatan sudut rata-rata

2.1.7Perancangan 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:

15

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

16

martensit. Austenit serta martensit inilah yang nantinya akan menjadi sumber

kekerasan luar dari poros.

Aturan umum perancangan poros:

a. Untuk meminimalisasi defleksi dan tegangan, poros diusahakan sependek

mungkin dan meminimalisasi keadaan ‘overhang’.

b. Sebisa mungkin menghindari susunan batang kantilever, dan mengusahakan

tumpuan sederhana, kecuali karena tuntutan perancangan. Hal ini karena batang

kantilever akan terdefleksi lebih besar.

c. Poros berlubang mempunyai perbandingan kekakuan dengan massa (kekakuan

spesifik) lebih baik dan frekuensi pribadi lebih besar dari pada poros pejal,

harganya lebih mahal dan diameter akan lebih besar.

d. Usahakan menghindarkan kenaikan tegangan pada lokasi momen bending yang

besar jika memungkinkan dan meminimalisasi efeknya dengan cara

menambahkan fillet dan relief

e. Jika tujuan utamanya adalah meminimalisasi defleksi, baja karbon rendah baik

untuk digunakan karena kekakuannya setinggi baja dengan harga yang lebih

murah dan pada oros yang dirancang untuk defleksi, tegangan yang terjadi lebih

cenderung kacil.

f. Defleksi pada roda gigi yang terpasang pada poros kaki tidak boleh melebihi

0.005 inch dan slope relative antar sumbu roda gigi harus kurang dari 0.03°

g. Jika digunakan plain bearing, defleksi poros pada arah sepanjang bantalan harus

kurang dari tebal lapisan oli pada bantalan.

h. Jika digunakan non-self-aligning element bearing, defleksi sudut poros pada

bantalan harus dijaga kurang dari 0.04°.

i. Jika terjadi gaya aksial, harus digunakan paling tidak sebuah thrust bearing

untuk setiap arah gayanya.Jangan membagi gaya aksial pada beberapa trust

bearing karena ekspansi termal pada poros akan mengakibatkan overload pada

bantalan.

17

j. Frekuensi pribadi pertama poros minimal tiga kali frekuensi tertinggi ketika

gaya terbesar yang diharapkan terjadi pada saat operasi. Semakin besar akan

semakin baik, tetapi akan semakin sulit untuk dicapai.

2.1.8 Metode Perancangan Poros.

Metode ASME standar ANSI/ASME untuk perancangan poros transmisi

dipublikasikan sebagai B106.1M-1985.Pendekatan ASME mengasumsikan

pembebanan adalah bending fully reserved (komponen bending rata-rata adalah

nol) dan steady torque (komponen torsi alternating adalah nol) pada kondisi yang

mengakibatkan tegangan dibawah kekuatan yield torsial material. Banyak poros

yang masuk dalam kategori ini. Digunakan kurva elips seperti pada gambar 2.3

dengan memasukkan ketahanan bending (bending endurance strength) pada sumbu

σa dan kekuatan yield tarik pada sumbu σm sebagai batas kegagalan.Kekuatan

yield tarik didapat dari kriteria Von Misses.

Untuk mendapatkan formula ASME ditunjukan dari gambar 2.2 sebagai

berikut:

(𝜎𝜎𝑎𝑎/𝑆𝑆𝑒𝑒)2 + (Ʈ𝑚𝑚/𝑆𝑆𝑥𝑥𝑠𝑠 )2 =1 ……………………………………………………….2.25

𝜎𝜎𝑎𝑎 : Reserved bending strees at fatique limit

𝑆𝑆𝑒𝑒 : Fatique limit in pure bending

Ʈ𝑚𝑚 : Static Torsional Stress

𝑆𝑆𝑥𝑥𝑠𝑠 : Torsional Yield Strenght

Nf adalah factor keamanan,

﴾ Nf σa/Se)2 + (Nf Ʈm/Sys)2 =1……………………………………………...…2.26

Menurut kriteria von misses

𝑆𝑆𝑥𝑥𝑠𝑠 = 𝑆𝑆𝑥𝑥√3

…………………………………………………………………………2.27

18

𝑆𝑆𝑥𝑥 : Torsional Yield

(Kf 32𝑀𝑀𝑎𝑎л𝑑𝑑3 ) ( Kf 𝑁𝑁𝐾𝐾

𝑆𝑆𝑒𝑒 ) 2 + (Kfsm 16𝑇𝑇𝑚𝑚

л𝑑𝑑3 )( 𝑁𝑁𝐾𝐾√3𝑆𝑆𝑥𝑥

) 2 = 1 ……………………….2.28

Disusun kembali dan didapatkan diameter poros hasil rancangan untuk

pembebanan Fully Reverseved dan Steady Torsion [1] :

d = 32𝑁𝑁𝐾𝐾л

(Kf𝑀𝑀𝑎𝑎𝑆𝑆𝐾𝐾

)2 + ¾ ( Kfsm 𝑇𝑇𝑚𝑚𝑆𝑆𝑥𝑥

)2 1/3 …………………………………..2.29

Ma : Momen alternating

Tm : Torsi geser rata-rata

Kf :Faktor konsentrasi tegangan fatique torsi untuk komponen alternating

Kfsm : Factor konsentrasi tegangan fatique torsi untuk komponen rata-rata

Dengan Nf : Faktor keamanan dan Kf

𝑆𝑆𝑥𝑥 : Torsional Yield

Sf : Fatique limit in pure bending

ASME mengasumsikan konsentrasi tegangan untuk tegangan rata-rata, Kfsm =1,

sehingga [1]:

d = 32𝑁𝑁𝐾𝐾л

(Kf𝑀𝑀𝑎𝑎𝑆𝑆𝐾𝐾

)2 + ¾ ( 𝑇𝑇𝑚𝑚𝑆𝑆𝑥𝑥

)2 1/3 …………………………………………2.30

19

Gambar 2.4 Garis kegagalan elips menggunakan kekuatan yield serta garis kegagalan lain

untuk tegangan berflutuasi [1]

Jika beban torsi tidak konstan, komponen alternating akan mengakibatkan

tingkat tegangan multiaksial komplek.Pendekatan dilakukan dengan kriteria von

misses.Untuk tujuan perancangan yaitu mencari diameter poros yang dibutuhkan ,

dengan asumsi komponen alternating dan rata-rata dijaga pada rasio yang konstan ,

gaya aksial pada poros sama dengan nol, maka diameter poros yang dibutuhkan

adalah [1] :

d = 32𝑁𝑁𝐾𝐾л

�(𝐾𝐾𝐾𝐾𝑀𝑀𝑎𝑎 )2+3

4(𝐾𝐾𝐾𝐾𝑠𝑠𝑇𝑇𝑎𝑎 )2

𝑆𝑆𝐾𝐾 + �(𝐾𝐾𝐾𝐾𝑚𝑚𝑀𝑀𝑚𝑚 )2+3/4(𝐾𝐾𝐾𝐾𝑠𝑠𝑚𝑚𝑇𝑇𝑚𝑚 )2

𝑆𝑆𝑥𝑥 …………….2.31

Persamaan ini bisa digunakan untuk mencari diameter poros untuk setiap

kombinasi beban bending dan torsi dengan asumsi seperti yang sudah disebutkan

di atas.

2.1.9 Defleksi Poros.

Poros adalah beam yang terdefleksi secara transerval dan batang torsi yang

terpuntir.

a.Poros sebagai beam.

Defleksi beam (y) dihitung dengan mengintegralkan dua kali persamaan. [1]

20

𝑀𝑀𝐸𝐸𝐸𝐸

= 𝑑𝑑2𝑥𝑥

𝑑𝑑𝑥𝑥2 ……………………………………………………………………...2.32

𝐸𝐸 : Modulus Young

𝐸𝐸 : Momen Inersia Beam

Dimana E adalah modulus young, I adalah momen Inersia beam. Hal yang harus

diperhatikan adalah adanya step, yang mengakibatkan adanya variasai

penampang pada arah memanjangnya.

b.Poros sebagai batang torsi.

Kebanyakan poros berpenampang bulat. Defleksi sudut Ɵ (radian) untuk poros

dengan panjang I, modulus geser G, momen inersia polar J, dan torsi T adalah

[1] :

Ɵ = 𝑇𝑇𝐸𝐸𝐺𝐺𝐽𝐽

………………………………………………………………………2.33

Ɵ : Defleksi sudut

T : Torsi

G : Modulus Geser

J : Momen Inersia Polar

l : Panjang poros

Maka konstanta pegas torsionalnya

Kf = 𝑇𝑇Ɵ = 𝐺𝐺𝐽𝐽

𝐸𝐸 ………………………………………………………………….2.34

Kf : Konstanta Pegas

Pada poros dengan step, perhitungan defleksi sudut dilakukan tiap segmen

dengan penampang yang sama. Defleksi sudut totalnya adalah [1]

Ɵ = Ɵ1 + Ɵ2 + Ɵ3 = 𝑇𝑇𝐺𝐺

𝐸𝐸1𝐽𝐽1

+ 𝐸𝐸2𝐽𝐽2

+ 𝐸𝐸3𝐽𝐽3

……………………………………….2.35

21

Konstanta Pegas torsionalnya adalah

1𝐾𝐾𝐾𝐾

= 1𝐾𝐾𝐾𝐾1

+ 1𝐾𝐾𝐾𝐾2

+ 1𝐾𝐾𝐾𝐾3

…………………………………………………………2.36

𝐾𝐾𝐾𝐾 : Konstanta Pegas Torsional

2.1.10 Pasak (key) dan Alur Pasak (Key Way).

Menurut ASME, definisi pasak adalah “demountable elemen mesin yang

ketika dipasang pada alurnya, mempunyai kegunaan untuk mentransmisikan torsi

antara poros dan hub.” Standar pengelompokan pasak berdasarkan bentuk dan

dimensinya. Pasak Parallel berpenampang segi empat dengan tinggi dan lebar

konstan pada arah memanjang (gambar 2.5(a)). Pasak miring mempunyai lebar

konstan dengan tinggi bervariasi secara linier pada arah memanjang dengan

kemiringan 1/8 inch per foot dan dipasang pada alur miring sampai terkunci. Ada

2 macam pasak miring, yaitu pasak miring tanpa kepala dan dengan kepala gib

(gambar 2.5(b)). Pasak woodruff berbentuk setengah lingkaran dengan lebar

konstan, dipasang pada alur pasak yang juga berbentuk setengah lingkaran

(gambar 2.5(c)). Pasak miring bisa langsung mengunci gerakan aksial, sedangkan

pada pasak paralel atau woodruff, perlu ditambahkan alat untuk mengunci,

seperti retaining ring atau clamp collar.

Gambar 2.5 Macam-macam pasak [1]

a.Pasak Paralel (Parallel Keys).

Pasak jenis ini paling sering digunakan. ANSI mendefinisikan dimensi

penampang dan kedalaman alur pasak sebagai fungsi diameter poros di mana

22

alur pasak berada. Pasak yang digunakan untuk poros diameter kecil

ditunjukkan pada tabel 2.1. Setengah bagian pasak paralel dipasang masuk

pada poros dan setengah sisanya dipasang pada hub, seperti pada gambar

2.5(a).

Tabel 2.1 Standar USA untuk pasak dan dimensi setscrew untuk poros [1]

Shaft Diameter (in) Nominasi Key (in) Setscrew Diameter (in)

0.312 < d ≤ 0.437 0.093 0.010

0.437 < d ≤ 0.562 0.125 0.010

0.562 < d ≤ 0.875 0.187 0.250

0.875 < d ≤ 1.250 0.250 0.312

1.250 < d ≤ 1.375 0.312 0.375

1.375 < d ≤ 1.750 0.375 0.375

1.750 < d ≤ 2.250 0.500 0.500

2.250 < d ≤ 2.750 0.625 0.500

2.750 < d ≤ 3.250 0.750 0.625

3.250 < d ≤ 3.750 0.875 0.750

3.750 < d ≤ 4.500 1.000 0.750

4.500 < d ≤ 5.500 1.250 0.875

5.500 < d ≤ 6.500 1.500 1.000

Paralel biasanya dibuat dari batang yang diroll dingin dengan toleransi negative

(dimensi sebenarnya selalu lebih kecil dari dimensi nominal). Pada

pembebanan torsi alternating, dengan torsi positif ke negatif tiap siklusnya,

suaian pasak harus diperhatikan. Adanya clearance akan mengakibatkan

backlash dan beban impak. Untuk menghilangkan efek backlash, digunakan

setscrew (skrup pengencang) dan dipasang pada hub, 90° terhadap pasak.

Setscrew ini akan menahan pergerakan hub secara aksial dan menghindarkan

pasak dari backlash. Standar ASME untuk setscrew bisa dilihat pada tabel 2.1.

Untuk mencegah terpuntirnya pasak karena adanya defleksi pada poros,

23

panjang pasak harus lebih kecil dari 1.5 kali diameter poros. Jika diinginkan

lebih kuat,bisa digunakan 2 buah pasak.

b.Pasak miring (Tapered Keys).

Lebar pasak miring untuk diameter tertentu sama dengan pasak paralel, seperti

pada tabel 2.1. Kemiringan dan dimensi kepala gib distandarkan. Kemiringan

dimanfaatkan sebagai pengunci terhadap gerakan aksial dengan memanfaatkan

adanya gesekan antar permukaan. Kepala gib digunakan untuk melepas pasak

dengan cara menariknya ketika tidak dimungkinkan mendorong bagian pasak

yang kecil, karena tidak bisa dijangkau. Karena pemasangan pasak miring pada

satu sisi, sehingga terjadi clearance pada satu sisi, maka dimungkinkan

terjadinya eksentrisitas antara hub dan pasak.

c.Pasak Woodruf (Woodruf Keys).

Pasak jenis ini digunakan pada poros ukuran kecil dan ‘self-aligning’, sehingga

sering digunakan pada poros miring. Pemasangan pasak jenis ini pada hub

sama seperti pasak paralel, yaitu setengah bagiannya. Bentuk setengah

lingkaran memungkinkan pasak masuk lebih dalam pada alur pasak, sehingga

akan lebih sulit untuk terguling, tetapi lebih lemah jika disbandingkan dengan

pasak paralel. Lebar pasak woodruff adalah fungsi diameter poros, seperti

pada pasak paralel, ditunjukkan pada tabel 2.1. Standar yang sering digunakan

adalah standar ANSI, seperti pada tabel 2.2. Pada standar ANSI, digunakan

penomororan pasak untuk tiap ukuran. Diameter pasak nominal ditunjukkan

oleh 2 digit terakhir dibagi 8 (dalam inch). Lebar pasak nominal ditunjukkan

oleh digit yang mendahului 2 digit terakhir dibagi 32 (dalam inch). Contohnya,

pasak nomor 808, diameter nominalnya adalah 8/8=1 inch, lebarnya adalah

8/32=1/4 inch.

24

Tabel 2.2 Standar ANSI untuk pasak woodruff [1]

Key Number Nominal Key Size W x L Height H

202 0.062 X 0.250 0.160

303 0.093 X 0.375 0.170

404 0.125 X 0.500 0.200

606 0.182 X 0.625 0.250

1212 0.375 X 1.500 0.592

1210 0.187 X 1.250 0.545

1208 0.375 X 1.000 0.437

812 0.250 X 1.500 0.592

810 0.250 X 1.260 0.545

808 0.250 X 1.000 0.437

806 0.250 X 0.750 0.312

707 0.218 X 0.875 0.375

610 0.187 X 1.250 0.545

608 0.187 X 1.000 0.437

d.Tegangan pada pasak.

Ada dua macam kegagalan pada pasak, yaitu geser dan bearing. Kegagalan

geser terjadi ketika pasak dibebani geser pada bidang yang sejajar bidang

pertemuan antara poros dan hub. Kegagalan bearing terjadi karena penekanan

pada kedua sisi pasak.Kegagalan geser tegangan karena beban geser langsung

[1]:

Ʈ𝑥𝑥𝑥𝑥 = 𝐹𝐹𝐴𝐴𝑠𝑠ℎ𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟

………………………………………………………………..2.37

Ʈ𝑥𝑥𝑥𝑥 : Tegangan geser karena beban geser langsung

𝐹𝐹 : Gaya yang bekerja

𝐴𝐴𝑠𝑠ℎ𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟 : Perkalian antara lebar dan panjang pasak

25

F adalah gaya yang bekerja, 𝐴𝐴𝑠𝑠ℎ𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟 adalah perkalian antara lebar (W) dengan

panjang (L) pasak. Gaya yang bekerja pada pasak adalah hasil bagi torsi

dengan jari-jari [1].

F = 𝑇𝑇𝑑𝑑/2

= 2𝑇𝑇𝑑𝑑

…………………………………………………………………2.38

𝐴𝐴𝑠𝑠ℎ𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟 = W X L

T :Torsi

d : Diameter

W : Lebar Pasak

L : Panjang Pasak

Pada pembebanan dengan torsi konstan terhadap waktu, factor keamanannya

adalah perbandingan tegangan geser dengan kekuatan yield material

Ʈ𝑥𝑥𝑥𝑥 ≤ 𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥𝑁𝑁𝑠𝑠

…………………………………………………………………2.39

Ʈ𝑥𝑥𝑥𝑥 : Tegangan geser karena beban geser langsung

𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥 : Tegangan geser yang diijinkan

𝑁𝑁𝑠𝑠 : Factor Keamanan

Dimana 𝑆𝑆𝑠𝑠𝑥𝑥 adalah tegangan geser yang diijinkan, Ns factor keamanan, dan

Ʈ𝑎𝑎𝑙𝑙𝑙𝑙 = 𝑆𝑆𝑥𝑥𝑠𝑠 = 0.40𝑆𝑆𝑥𝑥

Dimana Sy adalah kekuatan yield.

Pada pembebanan dengan torsi yang berubah terhadap waktu, pasak akan gagal

karena fatique. Faktor keamanan dicari dengan menghitung tegangan geser

rata-rata dan alternating, menghitung tegangan geser von misses rata-rata

alternating. Kemudian digunakan diagram Goodman yang dimodifikasi.

26

Kegagalan bearing Tegangan bearing [1] :

𝜎𝜎𝑥𝑥 = 𝐹𝐹𝐴𝐴𝑏𝑏𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑎𝑎𝑏𝑏𝑎𝑎

……………………………………………………………..2.40

𝜎𝜎𝑥𝑥 : Tegangan bearing

𝐹𝐹 : Gaya Bekerja

𝐴𝐴𝑏𝑏𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑎𝑎𝑏𝑏𝑎𝑎 : Perkalian panjang pasak (L) dengan setengah tingginyan (h/2)

F adalah gaya yang bekerja, 𝐴𝐴𝑏𝑏𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑎𝑎𝑏𝑏𝑎𝑎 adalah luasan kontak antara sisi pasak

dengan poros atau hub. Untuk pasak parallel, 𝐴𝐴𝑏𝑏𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑎𝑎𝑏𝑏𝑎𝑎 adalah perkalian

panjang pasak (L) dengan setengah tingginyan (h/2).Tegangan bearing dihitung

dengan gaya maksimal, baik gaya konstan maupun berubah terhadap waktu.

Karena tegangan tekan tidak mengakibatkan kegagalan fatique, pembebanan

adalah static. Faktor keamanan adalah perbandingan antara tegangan bearing

maksimal dengan kekuatan yield material untuk tekan.

𝐴𝐴𝑏𝑏𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑎𝑎𝑏𝑏𝑎𝑎 = Lh/2

𝜎𝜎𝑥𝑥 ≤ 𝑆𝑆𝑥𝑥𝑦𝑦𝑁𝑁𝑠𝑠

……………………………………………………………………2.41

𝜎𝜎𝑥𝑥 : Tegangan bearing

𝑆𝑆𝑥𝑥𝑦𝑦 : Tegangan normal yang diijinkan

𝑁𝑁𝑠𝑠 : Faktor Keamanan

𝐿𝐿 : Panjang Pasak

ℎ : Tinggi Pasak

Dengan 𝑆𝑆𝑥𝑥𝑦𝑦 adalah tegangan normal yang diijinkan

𝜎𝜎𝑎𝑎𝑙𝑙𝑙𝑙 = 𝑆𝑆𝑥𝑥𝑦𝑦 = 0.90𝑆𝑆𝑥𝑥

e.Material Pasak.

27

Karena beban pasak adalah geser , maka digunakan material ulet dan lunak.

Baja karbon rendah material yang sering digunakan. Untuk keadaan korosif,

digunakan kuningan atau stainless steel

f.Perancangan Pasak.

Diameter poros di mana alur pasak berada mempengaruhi lebar pasak, tinggi

pasak juga dipengaruhi oleh lebar pasak. Sehingga variabel perancangan yang

digunakan adalah panjang dan jumlah pasak tiap hub-nya. Panjang pasak

paralel dan miring bisa sama dengan panjang hub. Untuk lebar pasak woodruff

tertentu, terdapat beberapa diameter dan menentukan panjang masuknya pasak

pada hub. Semakin besar diameter pasak woodruff, semakin dalam alur pasak,

sehingga poros semakin lemah. Kalau dibutuhkan 2 buah, pasak kedua bisa

ditambahkan pada posisi 90° dari pasak pertama. Jika terjadi overload beban,

pasak dirancang supaya gagal terlebih dahulu sebelum alur pasak atau bagian

lain dari poros gagal. Pasak berperan sebagai pengaman untuk melindungi

bagian yang lebih mahal karena pasak relatif lebih murah dan mudah untuk

diganti. Hal ini menjadi alasan kenapa material pasak dipilih ulet dan lunak

dengan kekuatan lebih rendah dibanding dengan material poros.

2.2 Generator

Salah satu bagian besar dari sistem tenaga listrik adalah stasiun pembangkit tenaga

listrik. Stasiun pembangkit tenaga listrik tersebut dapat berupa generator yang

digerakkan dengan tenaga gas, tenaga air, tenaga diesel dan lain sebagainya. Pokok

utama dalam pengadaan sistem tenaga listrik adalah bagian dari pembangkitnya atau

dalam hal ini generatornya. Apabila suatu sistem pembangkit terganggu, maka seluruh

sistem tenaga listrik akan terhenti pengoperasiannya. Penyebab gangguan pada sistem

pembangkit terdiri atas dua bagian yaitu:

1.Gangguan dari luar generator, yaitu gangguan dalam sistem yang dihubungkan

generator.

2.Gangguan di dalam generator.

28

3.Gangguan pada mesin penggerak generator.

Dari ketiga jenis gangguan di atas, bila salah satu generator yang bekerja secara

paralel mengalami gangguan, kemungkinan besar generator yang sedang beroperasi

tidak sanggup lagi untuk memikul beban keseluruhannya. Oleh sebab itu diperlukan

perhitungan besarnya beban yang harus diputuskan secara tiba-tiba agar dapat diperoleh

kestabilan sistem. Dalam hal ini, pemutusan beban diusahakan berlangsung secara

otomatis dan dengan waktu yang relatif singkat.

2.2.1Prinsip Kerja Generator.

Generator serempak (sinkron) adalah suatu penghasil tenaga listrik dengan

landasan hukum Faraday. Jika pada sekeliling penghantar terjadi perubahan

medan magnet, maka pada penghantar tersebut akan dibangkitkan suatu gaya

gerak listrik (GGL) yang sifatnya menentang perubahan medan tersebut. Untuk

dapat terjadinya gaya gerak listrik (GGL) tersebut diperlukan dua kategori

masukan, yaitu:

1.Masukan tenaga mekanis yang akan dihasilkan oleh penggerak mula (prime

mover).

2.Arus masukan (If) yang berupa arus searah yang akan menghasilkan medan

magnet yang dapat diatur dengan mudah.

Di bawah ini akan dijelaskan secara sederhana cara pembangkitan listrik dari

sebuah generator.

Gambar 2.6. Sistem Pembangkitan Generator Sinkron [5]

29

dimana:

If : Arus medan

U – S : Kutub generator

Sumbu Putar : Poros Generator

Φ : Fluks medan

Apabila rotor generator diputar pada kecepatan nominalnya, dimana putaran

tersebut diperoleh dari putaran penggerak mulanya (prime mover), kemudian pada

kumparan medan rotor diberikan arus medan sebesar If, maka garis-garis fluksi

yang dihasilkan melalui kutub-kutub inti akan menghasilkan tegangan induksi

pada kumparan jangkar stator sebesar [5]:

Ea = C. n. Ф …………………………………………………………………2.42

dimana:

Ea : Tegangan induksi yang dibangkitkan pada jangkar generator

C : Konstanta

n : Kecepatan putar

Ф : Fluksi yang dihasilkan oleh arus penguat (arus medan)

Apabila generator digunakan untuk melayani beban, pada kumparan jangkar

generator akan mengalir arus. Untuk generator 3 fasa, setiap belitan jangkar akan

memilki beda fasa sebesar 120°.

30

Gambar 2.7. Kumparan 3 Fasa [5]

2.2.2 Konstruksi Generator.

Generator terdiri dari dua bagian yang paling utama, yaitu:

1. Bagian yang diam (stator).

2. Bagian yang bergerak (rotor).

31

Gambar 2.8. Konstruksi Generator Sinkron [5]

2.2.3 Bagian Yang Diam (Stator).

Bagian yang diam (stator) terdiri dari beberapa bagian, yaitu:

a. Inti stator.

Bentuk dari inti stator ini berupa cincin laminasi-laminasi yang diikat serapat

mungkin untuk menghindari rugi-rugi arus eddy (eddy current losses). Pada inti

ini terdapat slot-slot untuk menempatkan konduktor dan untuk mengatur arah

medan magnetnya.

b.Belitan stator.

Bagian stator yang terdiri dari beberapa batang konduktor yang terdapat di

dalam slot-slot dan ujung-ujung kumparan. Masing-masing slot dihubungkan

untuk mendapatkan tegangan induksi.

c. Alur stator.

Merupakan bagian stator yang berperan sebagai tempat belitan stator

ditempatkan.

d.Rumah stator.

Bagian dari stator yang umumnya terbuat dari besi tuang yang berbentuk

silinder. Bagian belakang dari rumah stator ini biasanya memiliki sirip-sirip

sebagai alat bantu dalam proses pendinginan.

32

2.2.4 Bagian Yang Bergerak (Rotor).

Rotor adalah bagian generator yang bergerak atau berputar. Antara rotor

dan stator dipisahkan oleh celah udara (air gap). Rotor terdiri dari dua bagian

umum, yaitu:

1. Inti kutub

2. Kumparan medan

Pada bagian inti kutub terdapat poros dan inti rotor yang memiliki fungsi sebagai

jalan atau jalur fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan medan. Pada

kumparan medan ini juga terdapat dua bagian, yaitu bagian penghantar sebagai

jalur untuk arus pemacuan dan bagian yang diisolasi. Isolasi pada bagian ini harus

benar-benar baik dalam hal kekuatan mekanisnya, ketahanannya akan suhu yang

tinggi dan ketahanannya terhadap gaya sentrifugal yang besar. Konstruksi rotor

untuk generator yang memiliki nilai putaran relatif tinggi biasanya menggunakan

konstruksi rotor dengan kutub silindris atau ”cylinderica poles” dan jumlah

kutubnya relatif sedikit (2, 4, 6). Konstruksi ini dirancang tahan terhadap gaya-

gaya yang lebih besar akibat putaran yang tinggi.

33

Gambar 2.9. Konstruksi Rotor Kutub Silindris [5]

Untuk putaran generator yang relatif rendah atau sedang (kurang dari 1000 rpm),

dipakai konstruksi rotor dengan kutub menonjol atau ”salient pole” dengan jumlah

kutub-kutub yang relatif banyak.

Gambar 2.10. Konstruksi Generator Kutub Menonjol [5]

Pada prinsipnya, salah satu dari penghantar atau kutub-kutub ini dibuat sebagai

bagian yang tetap sedangkan bagian-bagian yang lainnya dibuat sebagai bagian

yang berputar.

2.2.5 Pengaturan Putaran.

Putaran adalah salah satu faktor yang penting yang memberi pengaruh besar

terhadap tegangan yang timbul oleh arus bolak-balik (alternating current).

Frekuensi listrik yang dihasilkan oleh generator sinkron harus sebanding dengan

kecepatan putar generator tersebut. Dalam hal ini, rotor sebagai bagian yang

34

bergerak terdiri atas rangkaian-rangkaian elektromagnet dengan arus searah (DC)

sebagai sumber arusnya. Medan magnet rotor akan bergerak sesuai dengan arah

putaran rotor. Untuk menjaga putaran tetap konstan, maka pada penggerak mula

(prime mover) dilengkapi governor.Governor itu sendiri adalah suatu alat yang

berfungsi mengatur putaran tetap konstan pada keadaan yang bervariasi.

Besar kecepatan putaran generator dapat dihitung melalui persamaan

berikut [5].

n = 120.𝐾𝐾𝑝𝑝

………………………………………………………………………..2.43

dimana:

n = kecepatan putaran (rpm)

f = frekuensi (Hz)

p = jumlah kutub

Tegangan dan arus bolak-balik (AC) yang dihasilkan oleh generator umumnya

mempunyai frekuensi diantara 50 Hz – 60 Hz. Untuk menentukan jumlah pasang

kutub (p) atau kecepatan putar rpm (n), besarnya frekuensi harus sebanding

dengan jumlah kutub dan kecepatan putarannya.

2.2.6 Pengaturan Tegangan.

Tegangan generator sinkron dalam keadaan berbeban akan lebih rendah

nilainya daripada tegangan generator sinkron dalam keadaan tanpa beban. Nilai

relatif, yaitu nilai selisih antara tegangan dalam keadaan berbeban penuh dengan

keadaan tanpa beban biasanya disebut dengan regulasi tegangan atau voltage

regulation (VR).

VR = 𝑉𝑉𝑁𝑁𝐿𝐿 −𝑉𝑉𝐹𝐹𝐿𝐿𝑉𝑉𝐹𝐹𝐿𝐿

X 100%.........................................................................................2.44

dimana:

35

VR = regulasi tegangan (voltage regulation)

VNL = tegangan tanpa beban (no load voltage)

VFL = tegangan beban penuh (full load voltage)

Generator-generator sekarang dirancang dan dibuat untuk tegangan yang

bervariasi akibat dari adanya variasi arus jangkar atau variasi beban yang

menimbulkan turunnya tegangan (voltage drop) pada kumparan jangkar yang

bervariasi pula. Jatuhnya tegangan impedansi tersebut tergantung kepada besar

arus dan faktor daya beban.Dengan pengaturan arus eksitasi, tegangan dapat

diatur sesuai dengan kebutuhan. Untuk menaikkan tegangan, arus eksitasi dapat

ditambah dan berlaku juga sebaliknya. Yang dimaksud dengan eksitasi atau biasa

disebut sistem penguatan adalah suatu perangkat yang memberikan arus penguat

(If) kepada kumparan medan generator arus bolak-balik (alternating current) yang

dijalankan dengan cara membangkitkan medan magnetnya dengan bantuan arus

searah.

2.3 Mesin CNC

CNC singkatan dari Computer Numerically Controlled, merupakan mesin

perkakas yang dilengkapi dengan sistem mekanik dan kontrol berbasis komputer yang

mampu membaca instruksi kode N, G, F, T, dan lain-lain, dimana kode-kode tersebut

akan menginstruksikan ke mesin CNC agar bekerja sesuai dengan program benda kerja

yang akan dibuat. Secara umum cara kerja mesin perkakas CNC tidak berbeda dengan

mesin perkakas konvensional. Fungsi CNC dalam hal ini lebih banyak menggantikan

pekerjaan operator dalam mesin perkakas konvensional. Misalnya pekerjaan setting tool

atau mengatur gerakan pahat sampai pada posisi siap memotong, gerakan pemotongan

dan gerakan kembali keposisi awal, dan lain-lain. Demikian pula dengan pengaturan

kondisi pemotongan (kecepatan potong, kecepatan makan dan kedalaman pemotongan)

serta fungsi pengaturan yang lain seperti penggantian pahat, pengubahan transmisi daya

(jumlah putaran poros utama), dan arah putaran poros utama, pengekleman, pengaturan

cairan pendingin dan sebagainya.

36

Gambar 2.11 Mesin Bubut CNC [2]

Mesin perkakas CNC dilengkapi dengan berbagai alat potong yang dapat

membuat benda kerja secara presisi dan dapat melakukan interpolasi yang diarahkan

secara numerik (berdasarkan angka). Parameter sistem operasi CNC dapat diubah

melalui program perangkat lunak (software load program) yang sesuai. Tingkat

ketelitian mesin CNC lebih akurat hingga ketelitian seperseribu millimeter, karena

penggunaan ballscrew pada setiap poros transportiernya. Ballscrew bekerja seperti lager

yang tidak memiliki kelonggaran/spelling namun dapat bergerak dengan lancar. Pada

awalnya mesin CNC masih menggunakan memori berupa kertas berlubang sebagai

media untuk mentransfer kode G dan M ke sistem kontrol. Setelah tahun 1950,

ditemukan metode baru mentransfer data dengan menggunakan kabel RS232, floppy

disks, dan terakhir oleh Komputer Jaringan Kabel (Computer Network Cables) bahkan

bisa dikendalikan melalui internet. Akhir-akhir ini mesin-mesin CNC telah berkembang

secara menakjubkan sehingga telah mengubah industri pabrik yang selama ini

menggunakan tenaga manusia menjadi mesin-mesin otomatik.

37

2.3.1 Dasar-dasar Pemograman Mesin CNC.

Ada beberapa langkah yang harus dilakukan seorang programmer sebelum

menggunakan mesin CNC, pertama mengenal beberapa sistem koordinat yang ada

pada mesin CNC, yaitu:

a. Sistem koodinat kartesius, yang terdiri dari koordinat mutlak (absolut) dan

koordinat relatif (inkremental).

b.Sistem koordinat kutub (koordinat polar), yang terdiri dari koordinat mutlak

(absolut) dan koordinat relatif (inkremental).

Selanjutnya menentukan system koordinat yang akan digunakan dalam

pemograman. Apakah program akan menggunakan sistem pemogramman metode

absolut atau inkremental. Pada umumnya sistem koordinat yang sering digunakan

antara lain system koordinat kartesius, yaitu koordinat mutlak (absolut) dan

koordinat relatif/berantai (incremental). Langkah kedua adalah memahami prinsip

gerakan sumbu utama dalam mesin CNC.

a.Pemrograman Absolut.

Pemrograman absolut adalah pemrogramman yang dalam menentukan titik

koordinatnya selalu mengacu pada titik nol benda kerja. Kedudukan titik dalam

benda kerja selalu berawal dari titik nol sebagai acuan pengukurannya. Sebagai

titik referensi benda kerja letak titik nol sendiri ditentukan berdasarkan bentuk

benda kerja dan keefektifan program yang akan dibuat. Penentuan titik nol

mengacu pada titik nol benda kerja (TMB). Pada pemrogramman benda kerja

yang rumit, melalui kode G tertentu titik nol benda kerja (TMB) bisa dipindah

sesuai kebutuhan untuk memudahkan pemrogramman dan untuk menghindari

kesalahan pengukuran. Pemrogramman absolut dikenal juga dengan sistem

pemrogramman mutlak, di mana pergerakan alat potong mengacu pada titik nol

benda kerja. Kelebihan dari sistem ini bila terjadi kesalahan pemrogramman

hanya berdampak pada titik yang bersangkutan, sehingga lebih mudah dalam

melakukan koreksi.

b.Pemrogramman Relatif (inkremental).

Pemrogramman inkremental adalah pemrogramman yang pengukuran

lintasannya selalu mengacu pada titik akhir dari suatu lintasan. Titik akhir suatu

38

lintasan merupakan titik awal untuk pengukuran lintasan berikutnya atau

penentuan koordinatmya berdasarkan pada perubahan panjang pada sumbu X

(.X) dan perubahan X 6 panjang lintasan sumbu Y (.Y). Titik nol benda kerja

mengacu pada titik nol sebagai titik referensi awal, letak titik nol benda kerja

ditentukan berdasarkan bentuk benda kerja dan keefektifan program yang akan

dibuatnya. Penentuan titik koordinat berikutnya mengacu pada titik akhir suatu

lintasan. Sistem pemrogramman inkremental dikenal juga dengan sistem

pemrogramman berantai atau relative koordinat. Penentuan pergerakan alat

potong dari titik satu ke titik berikutnya mengacu pada titik pemberhentian

terakhir alat potong. Penentuan titik setahap demi setahap. Kelemahan dari

sistem pemrogramman ini, bila terjadi kesalahan dalam penentuan titik koordinat,

penyimpangannya akan semakin besar.

c.Pemrogramman Polar.

Pemrogramman polar terdiri dari polar absolut mengacu pada panjang lintasan

dan besarnya sudut (@ L, á) dan polar inkremental mengacu pada panjang

lintasan dan besarnya perubahan sudut (@ L, . á).

2.3.2 Gerakan sumbu utama pada mesin CNC.

Dalam pemogrammman mesin CNC perlu diperhatikan bahwa dalam setiap

pemograman menganut, prinsip bahwa sumbu utama (tempat pahat/pisau frais)

yang bergerak ke berbagai sumbu, sedangkan meja tempat dudukan benda diam

meskipun pada kenyataanya meja mesin frais yang nergerak. Programer tetap

menganggap bahwa alat potonglah yang bergerak. Sebagai contoh bila programer

menghendaki pisau frais ke arah sumbu X positif, maka meja mesin frais akan

bergerak ke sumbu X negatif, juga untuk gerakan alat pemotong lainnya.

2.3.3 Standarisasi Pemrogramman Mesin Perkakas CNC.

Pemakaian kode-kode pada mesin perkakas CNC dapat menggunakan

standar pemrograman yang berlaku antara lain: DIN (Deutsches Institut fur

Normug) 66025, ANSI (American Nationale Standarts Institue), AEROS

(Aeorospatiale Frankreich), ISO, dll. Sebagian besar dari standar, yang

diinginkan memiliki persamaan dan sedikit saja perbedaannya. Berikut ini

39

beberapa bagian kode pada mesin CNC antara lain kode G, kode M, kode F, kode

S dan kode T yang mempunyai arti sebagai berikut.

a.Arti Kode M pada mesin CNC.

M00 : Mesin terhenti terprogram

M03 : Sumbu utama berputar searah dengan jarum jam

M04 : Arah putaran spindle berlawanan jarum jam

M05 : Sumbu utama berhenti terprogram

M06 : Penggantian alat potong dilakukan agar kualitas benda kerja meningkat.

Bentuk benda kerja yang semakin kompleks akan cenderung menggunakan alat

potong yang banyak, seperti pemakanan kasar, pengeboran, pembuatan alur,

dan pemakanan finishing. Masing-masing jenis pemakanan memerlukan alat

potong yang khusus, sebagai contoh alat potong untuk melakukanpemakanan

kasar akan berbeda dengan alat potong yang digunakan untuk membuat ulir.

M08 : Cairan pendingin akan mengalirkan.Pada proses pengerjaan benda kerja,

terjadi gesekan antara benda kerja dan alat potong. Alat potong dan benda kerja

akan menjadi panas. Bila tidak didinginkan maka alat potong akan cepat

tumpul/ rusak. Oleh karena itu perlu didinginkan dengan cara memerintahklan

mesin untuk mengalirkan cairan pendingin (coolant).

M09 : Cairan pendingin berhenti mengalir

M17 : Sub program (unterprogram) berakhir

M19 : Sumbu utama posisi tepat

M30 : Program berakhir dan kembali pada program semula.

M38 : Berhenti tepat, aktif

M39 : Berhenti tepat, pasif

M90 : Pembatalan fungsi pencerminan 11

M91 : Pencerminan sumbu X

M92 : Pencerminan sumbu Y

M93 : Pencerminan sumbu X dan Y

M99 : Penentuan parameter lingkaran I, J, K.

b.Arti Kode G 00.

40

Kode G 00 merupakan intruksi untuk memerintahkan mesin CNC agar sumbu

utama (pisau frais/pahat bubut) melakukan gerakan cepat tanpa melakukan

pemakanan.Gerakan ini digunakan bila pahat/pisau frais tidak melakukan

pemakanan pada benda kerja. Gerakan cepat digunakan bila alat potong berada

bebas dari pemakanan benda kerja, alat potong kembali ke atas permukaan

benda kerja, atau kembali ke titik referen. Gerakan cepat dapat dilakukan bila

posisi alat potong benar-benar tidak akan menabrak benda kerja atau peralatan

lainnya. Kesalahan dalam penentuan koordinat dapat menyebabkan benturan

antara alat potong dengan mesin atau benda kerja yang dapat menyebabkan

kerusakan fatal pada alat potong maupun mesin.

c.Arti Kode G 01.

Kode G 01 merupakan instruksi agar alat potong mesin CNC melakukan

gerakan pemakanan lurus baik ke arah sumbu X, Y, maupun Z. Pada mesin

CNC baik bubut maupun frais intruksi G 01 merupakan perintah agar alat

potong bergerak lurus dari satu titik ke titik lainnya dengan kecepatan sesuai

dengan feeding yang telah ditentukan. Gerakan lurus dengan

pemakanan digunakan untuk melakukan pengefraisan atau pembubutan lurus,

termasuk tirus dan kedalaman pemakanan.

d.Arti Kode G 02.

Kode G 02 merupakan intruksi agar alat potong mesin CNC melakukan gerakan

interpolasi lingkaran searah jarum jam. Alat potong (pisau frais atau pahat

bubut) akan membentuk lingkaran yang searah jarum jam. Sering dijumpai

bentuk benda kerja yang berupa lengkungan yang memiliki radius tertentu.

Seperti bentuk fillet pada ujung–ujung benda kerja atau bentuk lingkaran

sebagian atau penuh pada benda kera. Gerakan sea rah jarum jam atau

berlawanan menggunakan asumsi bahwa alat potong berada di atas benda kerja,

atau di belakang benda kerja. Jadi bila alat potong berada di depan benda kerja

maka berlaku sebaliknya.

G 02 X + ….. Z - ….. G 02 X - ….. Z - …..

e.Arti Kode G 03.

41

Kode G 03 merupakan instruksi agar alat potong mesin CNC melakukan

gerakan interpolasi lingkaran berlawanan arah dengan jarum jam. Gerakan ini

akan selalu membentuk lingkaran yang berlawanan arah dengan jaraum jam.

G 03 X + ….. Z - ….. G 03 X - ….. Z - …..

42

BAB III

METODE PERENCANAAN

3.1 Diagram Alir Perencanaan dan Proses pembuatan poros Generator

dengan mesin CNC TU-2A.

Gambar 3.1 Diagram alir proses pembuatan poros generator AC [3]

START

PERENCANAAN POROS AC

ANALISA KEKUATAN MATERIAL

MENENTUKAN BAHAN

MENENTUKAN UKURAN

PROSES PERSIAPAN ALAT DAN MESIN

EVALUASI HASIL PERANCANGAN

PROSES PERMESINAN

SELESAI

43

3.2 Penjelasan Diagram Alir Proses Pembuatan poros Generator AC

dengan mesin CNC TU-2A.

3.2.1 Perencanaan Poros.

Perencanaan Poros ini membahas bagaimana membuat komponen dari generator

AC yaitu poros atau shaft yang merupakan bagian dari komponen prime

mover mesin diesel (main distribution panel).

3.2.2 Analisa Kekuatan Material.

Analisa kekuatan material yang dibahas dalam perancangan pembuatan poros

generator ini meliputi :

a. Perhitungan Momen yang terjadi pada poros.

b.Perhitungan Tegangan Bending pada poros.

c. Perhitungan Tegangan Geser Ijin Torsional.

d.Perhitungan Poros dengan Beban Lenturan Murni.

e. Perhitungan Poros dengan beban kombinasi puntir dan lentur.

f. Perhitungan Poros dengan Beban Berfluktuasi.

3.2.3 Menentukan Bahan. Dalam pembuatan poros generator ini menggunakan material Baja S45C yang

dilakukan pengujian bahan material. Proses pengujian bahan menggunakan

sempel bahan poros, Untuk mengetahui tegangan tarik dari bahan poros

yang telah kami beli dapat dilakukan uji kekerasan melalui uji kekerasan

lekukan (indentation hardness). Untuk pengujian kekerasan ini kami

menggunakan uji kekerasan vickers dengan menggunakan alat uji Universal

Hardness Tester. Indentor yang digunakan adalah piramida intan.

3.2.4 Menentukan Ukuran. Untuk menentukan ukuran dalam pembuatan poros generator penulis

mempertimbangkan yang dikelompokan menjadi beberapa hal yaitu:

a. Bentuk profil poros Generator

44

b. Proses selanjutnya yaitu perakitan generator

3.2.5 Proses persiapan Alat dan Mesin Dari proses pembuatan poros generator dibutuhkan beberapa alat dan mesin

serta kelengkapannya. Alat dan mesin yang digunakan haruslah sesuai dengan

pekerjaan yang akan dilakukan. Adapun alat dan mesin yang digunakan antara

lain :

a.Mesin Gergaji

b.Mesin Bubut CNC

c.Mesin Milling CNC

3.2.6 Proses Permesinan Untuk mempermudah pengerjaan proses permesinan Poros generator maka

dibagi beberapa proses machining dari pemotongan rafing material sampai

proses finis.Proses pembuatan poros atau Shaft ini menggunakan mesin CNC. 3.2.7 Evaluasi Hasil Perancangan

Sebelum memastikan apakah hasil perancangan poros generator ini sudah sesuai

dengan hasil yang direncanakan atau masih ada kekurangan maka harus ada

evaluasi supaya hasil dari perancangan poros generator maksimal.

3.3 Perencanaan Proses Pengerjaan poros generator AC dengan mesin

CNC TU-2A Dalam pembuatan poros generator ini menggunakan material Baja S45C yang

dilakukan pengujian bahan material. Proses pengujian bahan menggunakan sempel

bahan poros, Untuk mengetahui tegangan tarik dari bahan poros yang telah kami

beli dapat dilakukan uji kekerasan melalui uji kekerasan lekukan (indentation

hardness). Untuk pengujian kekerasan ini kami menggunakan uji kekerasan vickers

dengan menggunakan alat uji Universal Hardness Tester. Indentor yang digunakan

adalah piramida intan. Poros generator ini sebelum diproses machining dipotong

terlebih dahulu menjadi 595,3 mm kemudian dicentring untuk penahan kepala center

(tails tock). Untuk proses machining menggunakan mesin CNC TU-2A dibagai

menjadi 4 proses yaitu :

45

3.3.1 Proses Lathe 1

Nama Mesin : CNC LATHE MORI SEIKI

Type Mesin : CL 2000

NO. Mesin : CL201GA3358

Tahun Pembuatan : 2003

Jenis : Mesin Bubut

3.3.2 Proses Lathe 2

Nama Mesin : CNC LATHE MORI SEIKI

Type Mesin : NL2500

NO. Mesin : NL25IEJ1276

Tahun pembuatan : 2005

Jenis : Mesin Bubut

3.3.3 Proses Milling 1

Nama Mesin : CNC MILLING MORI SEIKI

Type Mesin : SL 25 B1000

NO. Mesin : 0856

Tahun Pembuatan : 1974

Jenis : Mesin Milling

3.3.4 Proses Milling 2

Nama Mesin : CNC MILLING MORI SEIKI

Type Mesin : SL 25 B5

NO. Mesin : 1813

Tahun Pembuatan : 1974

Jenis : Mesin Milling

46

BAB IV

PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN

4.1 Perencanaan Dan Perhitungan Poros

Poros merupakan salah satu komponen terpenting dari suatu mesin yang

membutuhkan putaran dalam operasinya. Secara umum poros digunakan untuk

meneruskan daya dan putaran.Pada perancangan pembuatan poros ini menggunakan

material Baja S45 C.

BEARINGBEARING

PRESS FIT

PRESS FIT

AXIALCLREARANCE

HUB

KEY (PASAK)

KEY (PASAK)

HUB

HUB

SNAP RING

Gambar 4.1 Perancangan Poros Generator [2]

4.1.1 Perhitungan Momen Pada Poros

Beban poros generator direncanakan adalah 20 Kg dan diasumsikan

beratnya merata dengan panjang 595,3 mm jadi beban satuannya adalah

= 20𝐾𝐾𝑎𝑎595,3𝑚𝑚𝑚𝑚

=0,033Kg/mm dan ditambah beban 3 hub, masing-masing 4kg ,4,5kg

dan 2kg.

47

92mm208mm156,2mm 139,1mm

POROS

HUB HUB HUB= 4kg = 4,5 =2kg

AA’

BC

RAY RBY

D

Q1 Q2

E F

Gambar 4.2 Momen yang terjadi pada poros [1]

a.Perhitungan momen.

● Q1 adalah pusat beban poros merata antara A’ dan A yang besarnya adalah :

Q1 = Beban satuan permilimeter X setengah panjang A’→A

Q1 = 0,033Kg/mm X ½(156,2mm)

Q1 = 2,577 Kg.

● Q2 adalah pusat beban poros merata antara A→ B yang besarnya adalah:

Q2 = Beban satuan permilimeter X setengah A →B

Q2 = 0,033 Kg/mm X ½ (139,1mm + 208 mm + 92mm)

Q2 = 7,25Kg.

●Σ MA= 0

[{-(4kg).(156,2mm)} + {-(2,577Kg).(78,1mm)} +{(4,5kg).(139,1mm)}

+{(7,25Kg).(219,55mm)} + {(2kg).(347,1mm)} – {(RBY).(439,1mm)}] = 0

(-624,8kgmm) +(-201,26Kgmm) + (625,95kgmm) + (1591,74Kgmm) +

(694,2kgmm) – (RBY.439,1mm) = 0

48

RBY = (−624,8kgmm )+(−201,26Kgmm )+(625,95kgmm )+(1591,74Kgmm )+( 694,2kgmm ) 439,1𝑚𝑚𝑚𝑚

RBY = 4,75Kg

●Σ MB = 0

[{(-2kg).(92mm)} –{(7,25Kg).(219,55mm)}-{ (4,5kg).(300mm)} +

{(RAY).(439,1mm)} - {(2,577Kg).(517,2mm)}– {(4kg).(595,3mm)}] = 0

(-184kgmm) –(1591,74kgmm) – (1350kgmm) –(1332,82kgmm) –

(2381,2kgmm) + (RAY.439,1) = 0

RAY = −184kgmm – 1591,74kgmm −1350kgmm −1332,82kgmm −2381,2kgmm 439,1𝑚𝑚𝑚𝑚

= -15,57kg

(tanda minus menunjukan arah sebaliknya)

Bila dilakukan pengecekan

Σ KV = 0

RAY + RBY – 4kg – 4,5kg -2kg-2,577kg-7,25kg = 0

15,57 kg + 4,75 kg – 4kg -4.5 kg -2 kg-2,577kg-7,25kg = 0

20,320kg -20,327kg = 0

-0,007kg = 0

Dibulatkan 0 = 0

𝛴𝛴 KH = 0 dan RAX = 0 (karena tidak ada gaya kearah horizontal)

b. Perhitungan SFD (Shearing Force Diagram).

49

AVA

RAY = 15,57Kg

Gambar 4.3 Pencarian VA [1]

Fy = 0

VA-15,57 kg = 0

VA = 15,57Kg

A

RAY = 15,57Kg

E

2,577KgVE

Gambar 4.4 Pencarian VQ1 atau VE [1]

VQ1+ 2,577Kg – 15,57Kg = 0

VQ1- 12,993 = 0

VQ1= 12,993Kg

50

A

VA’

RAY = 15,57Kg

A’

4Kg

E

2,577Kg

Gambar 4.5 Pencarian VA’ [1]

VA’ + 4Kg + 2,577Kg – 15,57Kg = 0

VA’- 8,993Kg = 0

VA’ = 8,993Kg

AVC

RAY = 15,57

C

4,5 Kg

Gambar 4.6 Pencarian VC [1]

VC + 4,5 Kg – 15,57 Kg = 0

VC -11,07Kg = 0

51

VC = 11,07 Kg

AVF

RAY = 15,57

C

4,5 Kg

F

7,25Kg

Gambar 4.7 Pencarian VF [1]

VF + 4,5 Kg +7,25Kg – 15,57 Kg = 0

VF -3,82Kg = 0

VF = 3,82 Kg

B

VD

D

Gambar 4.8 Pencarian VD [1]

VD + 2Kg -4,75Kg = 0

VD -2,75Kg = 0

VD = 2,75Kg

52

B

VB

RBY = 4,75Kg

Gambar 4.9 Pencarian VB [1]

Fy = 0

VB –4,75Kg = 0

VB = 4,75Kg

BA’ E A C F D

VA’ = 8,993Kg

VE =12,993Kg

VA = 15,57Kg

VC = 11,07Kg

VF = 3,82KgVD = 2,75Kg

VB = 4,75Kg

Gambar 4.10 Diagram SFD (Shearing Force Diagram) [1]

c.Perhitungan BMD ( Bending Momen Diagram )

MA = 0 dan MB = 0

53

MA’ = RAY . (156,2mm)

= {(15,57Kg) . (156,2mm)}- {(2,577Kg).(78,1mm)}

= 2432,03Kgmm – 201,26Kgmm

= 2230,77Kgmm

ME (Q1) = RAY . (78,1mm)

= (15,57Kg).(78,1mm)

= 1216,02Kgmm

MC = RAY . (139,1mm)

= (15,57Kg) .(139,1mm)

= 2165,79Kgmm

MF (Q2) = {RAY .(219,55mm)} – {(4,5Kg).(80,45mm)}

= 3418,4Kgmm – 362,03Kgmm

= 3056,37Kgmm

MD = {RBY.(92mm)}

= 4,75Kg .(92mm)

= 437,00Kgmm

Mmax = MF (Q2) = 3056,37Kgmm

54

A’ A BC D

MA’ = 2230,77KgmmMA = 0

MD = 437,00Kgmm

MC = 2165,79Kgmm

MB = 0E (Q1) F(Q2)

ME(Q1) = 1216,02Kgmm

MF(Q2) = 3056,37Kgmm

Gambar 4.11 Diagram BMD ( Bending Momen Diagram ) [1]

4.1.2 Perhitungan Tegangan Bending Pada Poros

Momen maksimum (M) pada poros yaitu : 3056,37 Kgmm pada diameter

(d) 54mm maka tegangan yang terjadi pada poros generator adalah [1]:

M = л32

. 𝜎𝜎𝑏𝑏 . 𝑑𝑑3

3056,37Kgmm = 3.1432

. 𝜎𝜎𝑏𝑏 . (54𝑚𝑚𝑚𝑚)3

97803,34Kgmm = 494436,96mm3 . (𝜎𝜎𝑏𝑏)

𝜎𝜎𝑏𝑏 = 97803,34𝐾𝐾𝑎𝑎𝑚𝑚𝑚𝑚494436,96 𝑚𝑚𝑚𝑚3

= 0.198Kg/mm2

Dari data dan hasil perhitungan diperoleh tegangan bending (𝜎𝜎𝑏𝑏) sebesar

0.198 Kg/mm2 dan hasil perhitungan tersebut berada dibawah tegangan bending

ijin material poros generator yaitu sebesar [1] :

𝜎𝜎𝑎𝑎 = 𝜎𝜎𝑥𝑥𝑆𝑆𝐹𝐹

𝜎𝜎𝑎𝑎 = Tegangan bending ijin material poros

𝜎𝜎𝑥𝑥 = Tegangan luluh bahan

𝑆𝑆𝐹𝐹 = Faktor keamanan

Untuk tegangan luluh bahan S 45C adalah 550MPa (0,55Kg/𝑚𝑚𝑚𝑚2 ) dan factor

keamanan diambil Sf = 2 sehingga tegangan bending ijin material poros adalah [1]

55

𝜎𝜎𝑎𝑎 = 𝜎𝜎𝑥𝑥𝑆𝑆𝐹𝐹

𝜎𝜎𝑎𝑎 = 0,55𝐾𝐾𝑎𝑎/𝑚𝑚𝑚𝑚 2

2 = 0,275 Kg/𝑚𝑚𝑚𝑚2

4.1.3 Perhitungan Tegangan Geser ijin Torsional

Pemindahan putaran dari satu ujung poros keujung lainya terjadi karena ada

puntiran yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan:

𝑇𝑇𝐽𝐽 = Ʈ

𝑟𝑟

T : Torsi (Nm) =60 𝑃𝑃2л𝑁𝑁

:Untuk Daya yang dipindahkan (P) adalah sebesar VxI =380V x 22,8 A =

8664 Watt = 8,664 kW

: Untuk putaran (N ) adalah 3200 rpm

J :Momen inersia polar ( m4) = л32

𝑑𝑑4

Ʈ : Tegangan geser ijin torsional (N/m𝑚𝑚2)

r : Jari-jari poros (m) = d/2

J = л32

𝑑𝑑4

= 3.1432

(54𝑚𝑚𝑚𝑚)4

= 834362,37𝑚𝑚𝑚𝑚4

T = 60 𝑥𝑥 86642 𝑥𝑥 3.14 𝑥𝑥 3200

= 25, 86 Nm = 25860Nmm

Sehingga Tegangan geser Torsional yang diijinkan adalah :

T = л16

.Ʈi.d3

Ʈi = 𝑇𝑇.16л 𝑥𝑥 𝑑𝑑3 = 25860𝑁𝑁𝑚𝑚𝑚𝑚 .16

3.14 𝑥𝑥 (54𝑚𝑚𝑚𝑚 )3 = 0,836N/𝑚𝑚𝑚𝑚2

56

Syarat pemakaian rumus :

1.Beban torsi murni

2.Poros bulat, pejal, masif

3.Beban lain tidak diperhitungkan.

4.Diameter poros yang dihasilkan merupakan diameter poros minimum, sehingga

harus diambil yang lebih besar.

Catatan :

• Hubungan : torsi, daya, putaran :

T = 𝑃𝑃 602.л.𝑏𝑏

(Nm)

4.1.4 Perhitungan Poros dengan Beban Lenturan Murni [1] :

𝑀𝑀𝐸𝐸

= 𝜎𝜎𝑏𝑏𝑥𝑥

(Poros Pejal)

M : momen lentur (N-m)

I : momen inersia (𝑚𝑚4)

σb : tegangan lentur : N/𝑚𝑚2

y : jarak dari sumbu netral ke bagian terluar

y : d/2

I = л64

𝑑𝑑4

= 3.1464

(54𝑚𝑚𝑚𝑚)4

= 417181,185𝑚𝑚𝑚𝑚4

M = л32

. 𝜎𝜎𝑏𝑏 .𝑑𝑑3

57

= 3.1432

x 0.198.Kg/𝑚𝑚𝑚𝑚2 x (54mm)3

= 3059,32 Nmm

4.1.5 Perhitungan Poros dengan beban kombinasi puntir dan lentur.

Teori penting yang digunakan :

(i) Teori Guest : teori tegangan geser maksimum, digunakan untuk material yang

ductile (liat) misal mild steel.

(ii) Teori Rankine : teori tegangan normal maksimum, digunakan untuk material

yang Mbrittle (getas) seperti cast iron.

a.Teori tegangan geser maksimum [1]

(i) Ʈ max = 12 �𝜎𝜎𝑏𝑏2 + 4Ʈ2

(ii) σb = 32 𝑀𝑀л 𝑑𝑑3

(iii) Ʈ = 16 Ʈл 𝑑𝑑3

(iv) Ʈ max = 12 � 32𝑀𝑀

л 𝑑𝑑3 2 + 16𝑇𝑇л 𝑑𝑑3 2

= 16л 𝑑𝑑3 (√𝑀𝑀2 + 𝑇𝑇2)

= 163,14 (54𝑚𝑚𝑚𝑚 )3 (�(3059,32𝑁𝑁𝑚𝑚𝑚𝑚)2 + (25860𝑁𝑁𝑚𝑚𝑚𝑚)2)

= 0,8426 Nmm

b.Teori tegangan normal maksimum [1]:

σb max = ½ σb + �(1 2

𝜎𝜎)2 + Ʈ𝑎𝑎2

= ½ 32 𝑀𝑀л 𝑑𝑑3

+ �(1 2

. 32𝑀𝑀л 𝑑𝑑3

)2 + 16 𝑇𝑇л 𝑑𝑑2

2

58

=[ 32 𝑀𝑀л 𝑑𝑑3

] ½ (M+ �( 𝑀𝑀2 + 𝑇𝑇2 )

л32

σb(max)𝑑𝑑3 = 12 (M+ �( 𝑀𝑀2 + 𝑇𝑇2 )

σb(max) = 12 (3059,32Nmm )+ �( 3059,32𝑁𝑁𝑚𝑚𝑚𝑚 )2+ (25860𝑁𝑁𝑚𝑚𝑚𝑚 )2 )

3,1432 .(54𝑚𝑚𝑚𝑚 )3

σb(max) = 1,78N/𝑚𝑚𝑚𝑚2

4.1.6 Perhitungan Poros dengan Beban Berfluktuasi

Pembahasan yang telah dilakukan di atas adalah poros dengan beban torsi

dan momen lentur konstan. Jika terjadi fluktuasi beban baik torsi maupun lentur,

maka perlu ditambahkan faktor yang berkaitan dengan fluktuasi torsi maupun

lenturan.

Jika :

•Km: faktor momen lentur akibat kombinasi beban shock dan fatigue.

•Kt : faktor torsi/puntiran akibat kombinasi beban shock dan fatigue

maka [1]:

(i) Te = �( 𝐾𝐾𝐾𝐾 + 𝑇𝑇)2 + (𝐾𝐾𝑚𝑚.𝑀𝑀)2

Kt diambil 1,0 dan Km diambil 1,5 Untuk Beban Poros Berputar

= �( 1,0 + 25860Nmm )2 + (1.5 𝑥𝑥 3059,32Nmm)2

= 26264,99Nmm

(ii) Me = ½ Km .M + �( 𝐾𝐾𝐾𝐾 + 𝑇𝑇)2 + (𝐾𝐾𝑚𝑚.𝑀𝑀)2

Kt diambil 1,0 dan Km diambil 1,5 Untuk Beban Poros Berputar

59

= ½ x 1,5 x 3059,32Nmm +

�( 1,0 + 25860𝑁𝑁𝑚𝑚𝑚𝑚)2 + (1,5 𝑥𝑥 3059,32𝑁𝑁𝑚𝑚𝑚𝑚)2

= 28559,486Nmm

Tabel 4.1 Harga Km dan Kt untuk beberapa beban [1]

Beban Km Kt

1. Poros Statis :

(i) Gradually applied load (perlahan)

1,0 1,0

(ii) Suddenly applied load (tiba-tiba) 1,5 – 2,0 1,5 -2,0

2. Poros Berputar :

(i) Gradually applied load

1,5 1,0

(ii) Suddenly applied load with minor shock 1,5 – 2,0 1,5 – 2,0

(iii) Suddenly applied load with major shock 2,0 – 3,0 1,5 – 3,0

4.2 Perencanaan Dan Perhitungan Pasak (Key)

Pasak atau keys merupakan elemen mesin yang digunakan untuk menetapkan atau

mengunci bagian-bagian mesin seperti : roda gigi, puli, kopling dan sprocket pada

poros, sehingga bagian-bagian tersebut ikut berputar dengan poros.

4.2.1 Perhitungan Tegangan Geser yang diijinkan.

Gambar 4.12 Dimensi Pasak [1]

60

Keterangan :

t : tebal =2 /3 b

b : lebar = d/4

L : panjang (mm)

d : diameter poros

τs : tegangan geser pasak

Dalam desain pasak harus dicari panjang pasak berdasarkan tegangan geser

yang terjadi (shearing stress) dan tegangan crushing (crushing stress) kemudian

diambil panjang terbesarnya.Panjang pasak yang direkomendasikan dalam satuan

mm adalah 6, 8, 10, 14, 16, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90,

100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400

Tabel 4.2 Pasak Standar [1]

Shaft

Diameter

(mm) upto

and

including

Key cross-section Shaft

Diameter

(mm) upto

and

including

Key cross-section

Width (mm)

Thickness(mm) Width (mm) Thickness

(mm)

6 2 2 85 25 14

8 3 3 95 28 16

10 4 4 110 32 18

12 5 5 130 36 20

17 6 6 150 40 22

22 8 7 170 45 25

30 10 8 200 50 28

38 12 8 230 56 32

61

44 14 9 260 63 32

50 16 10 290 70 36

58 18 11 330 80 40

65 20 12 380 90 45

75 22 14 440 100 50

Untuk pasak direncanakan akan dipasang 3 buah yang akan dipasang pada

diameter 55 mm, dengan panjang pasak (L) adalah 90 mm, lebar (b) adalah 15mm

dan ketebalan (t) adalah 11mm untuk tegangan luluh bahan (crushing strees) tidak

melebihi : 7000 N/cm2. Kemudian pada diameter 54 mm, dengan panjang pasak

(L) adalah 130mm, Lebar (b) adalah 8mm, dan ketebalan (t) 6mm untuk crushing

stress tidak melebihi 6500N/cm2. Untuk pasak yang dipasang pada diameter

48mm dengan panjang pasak 32mm, lebar 8mm dan ketebalan 6mm dengan

crushing strees 5500N/cm2

Tabel 4.3 Perencanaan pasak yang akan dipasang pada poros Generator [1]

PASAK DIAMETER

(d) POROS

(cm)

PANJANG

(L)

PASAK(cm)

LEBAR (b)

PASAK

(cm)

TEBAL(t)

PASAK (cm)

Tegangan

luluh

bahan

(σc)

N/cm2

1 5,5 9 1,5 1,1 7000

2 5,4 13 0,8 0,6 6500

3 4,8 3,2 0,8 0,6 5500

Pasak yang direncanakan

1.Pada diameter (d) 55mm = 5,5cm

L = 9cm

62

b = 1,5cm

t = 1,1cm

σc = 7000N/𝑦𝑦𝑚𝑚2

2.Pada diameter (d) 54mm = 5,4cm

L = 13 cm

b = 0,8cm

t = 0,6cm

σc = 6500N/𝑦𝑦𝑚𝑚2

3.Pada diameter (d) 48mm = 4,8cm

L = 3,2 cm

b = 0,8 cm

t = 0,6 cm

σc = 5500N/𝑦𝑦𝑚𝑚2

Untuk mencari tegangan geser pasak yang diijinkan (Ʈs) menggunakan

persamaan[1] :

● Torsi akibat tegangan geser (pasak) :

T = L x t/2 x σc.d/2

● Torsi akibat tegangan geser torsional (poros) :

T = л/16 x Ʈs x 𝑑𝑑3

Dari kedua persamaan diperoleh :

L . t/2 . σc . d/2 = л/16 . c . 𝑑𝑑3

63

Ʈs = 𝐿𝐿 𝑥𝑥 𝐾𝐾 𝑥𝑥 σc л4𝑥𝑥 𝑑𝑑2

● Maka tegangan geser pasak yang diijinkan pada diameter 55mm adalah:

Ʈs = 𝐿𝐿 𝑥𝑥 𝐾𝐾 𝑥𝑥 σc л4𝑥𝑥 𝑑𝑑2

= 9𝑦𝑦𝑚𝑚 𝑥𝑥 1,1𝑦𝑦𝑚𝑚𝑥𝑥 7000N/cm 2 л4𝑥𝑥 (5,5𝑦𝑦𝑚𝑚)2 = 2918,35 N/cm2

● Tegangan geser pasak yang diijinkan pada diameter 54 mm adalah:

Ʈs = 𝐿𝐿 𝑥𝑥 𝐾𝐾 𝑥𝑥 σc л4𝑥𝑥 𝑑𝑑2

= 13𝑦𝑦𝑚𝑚 𝑥𝑥 0,6 𝑦𝑦𝑚𝑚𝑥𝑥 6500N/cm 2 л4𝑥𝑥 (5,4𝑦𝑦𝑚𝑚)2 = 2214,88 N/cm2

● Tegangan geser pasak yang diijinkan pada diameter 48 mm adalah:

Ʈs = 𝐿𝐿 𝑥𝑥 𝐾𝐾 𝑥𝑥 σc л4𝑥𝑥 𝑑𝑑2

= 3,2 𝑦𝑦𝑚𝑚 𝑥𝑥 0,6 𝑦𝑦𝑚𝑚𝑥𝑥 5500N/cm 2 л4𝑥𝑥 (4,8𝑦𝑦𝑚𝑚)2 = 583,86 N/cm2

Dari ketiga pasak tersebut pada diameter 55mm,54mm dan 48mm dikondisikan

aman karena dibawah tegangan luluh bahan.

4.2.2 Perhitungan Gaya Yang Terjadi Pada Pasak

Hal-hal penting yang harus diperhatikan dalam mendesain sebuah pasak

sebagai berikut:

a.Bahan pasak dipilih lebih lemah daripada bahan poros atau bahan elemen mesin

yang harus ditahan oleh pasak.

b.Gaya tangensial yang bekerja :

Ft = 2𝑇𝑇𝑑𝑑

= 2 𝑥𝑥 866455

= 315,1 N (untuk diameter 55mm)

Ft = 2𝑇𝑇𝑑𝑑

= 2 𝑥𝑥 866454

= 320,88N (untuk diameter 54mm)

Ft = 2𝑇𝑇𝑑𝑑

= 2 𝑥𝑥 866448

= 361 N (untuk diameter 48mm)

dengan

T : torsi (N mm)

64

Ft: gaya tangensial (N)

d : diameter poros (mm)

c.Gaya geser yang timbul (Fs) :

Fs= τs𝐴𝐴𝑠𝑠

untuk As = L.b sehinga:

Fs = 2918,35 N/cm 29𝑦𝑦𝑚𝑚 𝑥𝑥 1,5𝑦𝑦𝑚𝑚

= 216,17 N (untuk diameter poros 55mm)

Fs = 2214,88 N/cm 213𝑦𝑦𝑚𝑚 𝑥𝑥 0,8𝑦𝑦𝑚𝑚

= 212,96 N (untuk diameter poros 54mm)

Fs = 583,86 N/cm 23,2𝑦𝑦𝑚𝑚 𝑥𝑥 0,8𝑦𝑦𝑚𝑚

= 228,07 N (untuk diameter poros 48mm)

Fs : gaya geser

As : luas bidang geser yang tergantung pada jenis pasak untuk pasak benam

segi empat berikut :

b : lebar (mm)

L : panjang (mm)

65

BAB V

PROSES PENGERJAAN

5.1 Diagram Alir Proses Pembuatan Poros Generator

BELUM

SUDAH

Gambar 5.1 Diagram Alir Proses Pengerjaan Poros Generator [3]

IDE

PERANCANGAN

PERSIAPAN GAMBAR

KERJA

PERSIAPAN BAHAN PERSIAPAN MESIN DAN ALAT

PROSES PEMBUATAN

POROS GENERATOR

PEMERIKSAAN UKURAN

HASIL

SELESAI

OK ?

PERBAIKI

66

5.2 Proses Persiapan Alat dan Mesin pembuatan poros Generator

Untuk mempermudah pengerjaan Poros maka dibagi beberapa proses machining

dari pemotongan rafing material sampai proses finis.Proses pembuatan poros atau Shaft

ini menggunakan mesin CNC.

Gambar 5.2 Poros Generator [4]

67

5.2.1 Persiapan Gambar Kerja

Tahap ini merupakan tahap awal dalam proses pembuatan poros

Generator. Persiapan ini sangatlah penting untuk dilakukan karena tanpa gambar

kerja kita akan mengalami kesulitan dalam pembuatan poros generator ini. Dalam

menggambar, gambar kerja harus ada ukuran yang tersusun dengan rapi agar

operator mudah mengerti.

Section K-K

15512

S

12 S

12 S

12 S

12 S

12 S

R0.25R0.25

R0.25R0.25

R0.25

R0.25

8

4

Section A-A Section B-B

4

8

595.3

341.320234

156.2

110 30.2

3F

55h7

0 -0.0

25

90+0.50 0

K A

K A

57 6 0+0

.030

+0.0

11

68H

7 0 -0.0

3

76 6 0

5 130+0.50+0.10

54+0

.055

+0.0

255

53

4 32+0.35+0.10

5B

B

48+0

.050

+0.0

25

47

0.010.01E-F

0.01

E

40m

6+0.0

25+0

.009

2357

92167

300

Gambar 5.3 Gambar Kerja Poros Generator [6]

5.2.2 Persiapan Bahan Material

Persiapan bahan yang diperlukan dalam pembuatan poros Generator

terlihat seperti pada table dibawah ini.

68

Tabel 5.1 Persiapan Bahan Material

NO NAMA BAHAN UKURAN

1 POROS GENERATOR S45C 80 X 596

5.2.3 Pengujian Bahan Material

Proses pengujian bahan sangat penting dilakukan karena akan

mempengarui proses selanjutnya. Proses pengujian bahan menggunakan sempel

bahan poros, berikut merupakan tahapan dari proses pengujian bahan yaitu :

a.Persiapan Alat

1. Mesin gerinda tangan

2. Mesin uji kekerasan vickers (Universal Hardness Tester)

3. Alat ukur (Jangka Sorong dan Kaca Pembesar Berskala)

4. Amplas kasar dan halus

5. Kaca pembesar berskala

b.Langkah Pengujian

1. Persiapan alat dan bahan untuk uji kekerasan vickers.

2. Pemotongan bahan menggunakan gergaji.

3. Bahan digerinda dan dikikir sampai rata pada bagian permukaannya.

4. Proses penghalusan bagian permukaannya dengan menggunakan amplas

kasar hingga amplas yang halus.

5. Lakukan pengujian bahan dengan Universal Hardness Tester sebanyak 3

kali atau 3 titik.

6. Ukur diagonal indentasi hasil pengujian dengan kaca pembesar berskala.

7. Lakukan perhitungan dari hasil pengukuran diagonal indentasi bahan

tersebut.

8. Bersihkan dan rapikan semua peralatan yang sudah digunakan.

c. Hasil Uji Bahan

69

Untuk mengetahui tegangan tarik dari bahan poros yang telah kami beli

dapat dilakukan uji kekerasan melalui uji kekerasan lekukan (indentation

hardness). Untuk pengujian kekerasan ini kami menggunakan uji kekerasan

vickers dengan menggunakan alat uji Universal Hardness Tester. Indentor

yang digunakan adalah piramida intan. Beban penekanan (P) pada alat uji yaitu

60 kg (588 N). Untuk mencari besarnya angka kekerasan vickers, dapat

ditentukan dengan persamaan [1]:

VHN = 1,854 (𝑃𝑃)𝑑𝑑2

Keterangan:

VHN = Harga kekerasan vickers (Kg/𝑚𝑚𝑚𝑚2)

P = beban yang digunakan (kg)

d = diameter lekukan (mm)

Setelah dilakukan pengujian dilakukan sebanyak 3 kali dan hasil uji yang

didapat dimasukkan pada persamaan diatas, maka diperoleh harga kekerasan

vickers dalam tabel 4.2

Tabel 5.2 Harga kekerasan Vickers Pada bahan material S45C [1]

BAHAN DIAGONAL

IDENTASI

(d1 + d2)

DIAGONAL

IDENTASI

RATA-RATA

(d1+d2)/2 mm

HARGA

KEKERASAN

VICKERS

(Kg/mm2)

VHN = (1.854)𝑃𝑃𝑑𝑑2

HARGA

KEKERASAN

VICKERS

RATA-RATA

(Kg/mm2)

BAJA (1,0 + 0,95)

(0,95 + 1,1)

(1,0 + 1,0)

0,95

1,025

1,00

123,26

105,87

111,24

113,45

70

Dari rata-rata harga kekerasan Vickers yang telah didapat, penulis dapat

mengetahui jenis bahan serta kekuatan tarik bahan tersebut dapat menggunakan

persamaan dibawah ini:

ωjs = 0,345 x HB

Ket :

ωjs = dalam Mpa (N/mm²)

HB = dalam N/mm²

Diperoleh harga kekuatan tarik bahan poros tersebut sebagai berikut:

ωjs = 0,345 x HB, kg/mm²

ωjs = 0,345 x 107,78 (setelah dikonversikan ke Brinell)

= 37,18 Kg/mm2 ~ 64,36 N/mm²

Untuk tegangan kerja adalah [1] :

σ = 𝑃𝑃𝐴𝐴

σ = 60 𝐾𝐾𝑎𝑎3,14/4 𝑥𝑥 0,95𝑚𝑚𝑚𝑚 2

𝜎𝜎 = 84 Kg/𝑚𝑚𝑚𝑚2

5.2.4 Persiapan Alat dan Mesin

Dari proses pembuatan poros generator dibutuhkan beberapa alat dan mesin

serta kelengkapannya. Alat dan mesin yang digunakan haruslah sesuai dengan

pekerjaan yang akan dilakukan. Adapun alat dan mesin yang digunakan antara

lain :

a.Mesin Gergaji

b.Mesin Bubut CNC

71

c.Mesin Milling CNC

5.3 Proses Machining Pembuatan Poros Generator

5.3.1 Proses Pemotongan material

Setelah persyaratan pembuatan dipersiapkan, meliputi gambar

kerja,bahan, pengujian bahan dan peralatan alat mesin maka proses

pembuatandapat dimulai.Potong bahan Ø80 x 595.3 mm, menggunakan mesin

Gergaji.Pemotongan bahan ini harus diberi sedikit kelebihan dari ukuran benda

kerja yang sebenarnya, kira-kira 5 mm karena untuk pembubutan facing atau

peralatan bagian pemotongan. Perlu diingat bahwa dalam pemotongan bahan

ini jangan lupa untuk memberi pendingin pada bagian yang dipotong untuk

mengatasi panas yang lebih pada bahan dan mata gergaji agar tidak cepat

tumpul dan patah.

Gambar 5.4 Proses pemotongan material [4]

72

80

595.3

Gambar 5.5 Proses penyenteran material [6]

Dalam proses pemotongan material menggunakan mesin gergaji dan untuk

penyenteran menggunakan mesin drilling manual.

5.3.2 Proses Lathe 1

Nama Mesin : CNC LATHE MORI SEIKI

Type Mesin : CL 2000

NO. Mesin : CL201GA3358

76 68

H7

0 -0.0

3

30.2

3

60

+0

.03

0+

0.0

11

57

55

h7

0 -0.0

25

110

F

156.2

23420

C1.5

3 CHUCK PRESSURE

STOPPERCENTER

595.3

AB

CD E

Gambar 5.6 Proses Lathe I [6]

Program CNC Proses Lathe I

73

Membubut poros dari diameter 80 menjadi diameter 55mm pada bagian A ,60mm

bagian B, 68mm bagian C, dan 76mm bagian D serta membuat grooving pada

bagian E. Proses ini menggunakan mesin bubut CNC dengan menggunakan kode

program G71 yang system kerjanya secara otomatis membuat profil sendiri sesuai

dengan kode-kode angka yang dimasukkan sesuai dengan perhitungan yang

diinginkan yaitu sebagai berikut [2]:

1.O180 (Proses Lathe 1 Poros)

O180 : Program number

2.N1 G50

N1 :Sequence number

G50 : Coordinat system setting / Spindle speed limit setting

3.G0 T0202 M8

G0 : Positioning

T0202 : Tool Number

M8 : Coolant ON

4.G97 S720 M3

G97 : Constand spindle speed command

S720 :Spindle speed 720 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑏𝑏−1

V (cutting speed) = 180 m/min (Untuk proses roughing material Carbon Steel)

D =80mm

N = 1000 𝑋𝑋 𝑉𝑉л 𝑥𝑥 𝐷𝐷

N = 1000 𝑋𝑋 1803.14 𝑋𝑋 80

=716.56 ~ 720 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑏𝑏−1

74

M3 : Spindle Start normal

5.G0 X83.Z10.

G0 : Positioning

X83. : Point axis X 83

Z10 : Point axis Z 10.

Z0.

G1 X80. F1.

G71 (U1)1.35

G71 P10 Q20 (U2)0.5 W0.1 R500 F0.25

(U1)1.35: Dept of cut 1.35mm

P10 :The sequence number of the fisrt blok on the blocks defining the

finish shape N10

Q20 : The sequence number of the fisrt blok on the blocks defining the

finish shape N20

(U2)0.5 :Finishing allowance in the X-axis direction 0.5 mm in diamteter

W0.1 :Finishing allowance in the Z-axis direction 0.1 mm

R500 : Relief amount 0.5mm

F0.25 : Feed Rate 0.25 mm/rev

F < 𝑅𝑅𝑁𝑁

R= Maximum Cutting

F = 180720

=0.25

75

U1

U2W

R

X

Z

Rapid TranverseCutting Feed

Finishing Allowance

ABCD

Gambar 5.7 Proses Alur Program Kerja Tool Menggunakan G71 [4]

6.Membubut Rafing pada bagian A

N10 G0 X52.5

G1 Z0.3

X55.Z-2.

Z-110.

X56.5

7.Membubut Rafing pada bagian B

X60.Z-112.

Z-156.2

8.Membubut Rafing pada bagian C

X68.

Z-234

76

9.Membubut Rafing pada bagian D

X76.

Z-255.5

N20 G1 X80. Z-260.

G0 X300.Z2.

10.T0200

11.M1

CENTER

3 CHUCK PRESSURE

STOPPER

X 5

2.5

Z0.3Z-2.

X55

.

Z-110.Z-112.

X60

.

Z-156.2

X68

.

Z-234Z-255.

X76

.

Titik point

ABCD

Gambar 5.8 Titik Point Program Lathe 1 [4]

12.N2 G50

13.G0 T1212 M8

14.G97 S1750 M3

15.G0 Z2.

77

16.X60. M8

17.Membubut finish pada bagian A

G1 X51.575 F1.

Z0.5 F.15

X52.875 Z-0.115 F.15

X54.80 Z-2.2

X55.1 Z-2.8

X56. Z1. F2.

X55.003

X54.975 Z-110. F.15

X56.

X59.85 Z-112.

Z-124. F.2

18.Membubut Finish pada bagian bagian B

X60.030 F.1

X60.030 Z-156.2

X66.5

19.Membubut finish pada bagian C

X67.980 Z-157.

X67.980 Z-234.F.15

X74.5

78

20.Membubut Finish pada bagian D

X76. Z-234.75

Z-225.2 F.3

G0 X300. Z2.

21.T1200

22.M1

23.Membuat Grooving pada bagian E

N3 G50

G0 T0101 M8

G97 S500 M3

G0 Z-126.

X65.

X61. F1.

G75 R1.

G75 X57. P200 F.05

G75 : Call the O.D /I.D grooving cycle or OD Cut-off cycle .

R1 :Return amount in intermitten feed 1.0

X57 : Bottom of cutting in the X – Axis direction

P200 : Infeed amount per intermittent infeed operation in the X-axis

direction 0.2mm

F0.05 : Feedrate 0.05 mm/rev

79

360+0

. 030

+0.0

11

57

1.85

3.5

126

P200 P200

R 1

Intermitent feed

Rapid Traverse

Gambar 5.9 Alur Program G75 untuk Proses Grooving [4]

S1000

G1 Z-124.92 F.5

X56.85 F.08

Z-126 M9

X65 Z-125.5

X300. Z2.

T0100 M5

T0100

24.M89

M89 : Work counter

25.M30

80

M30 : Program end and rewind

5.3.2 Proses Lathe 2

Nama Mesin : CNC LATHE MORI SEIKI

Type Mesin : NL 2500

NO. Mesin : 25IEJ1276

595.3

341.320

76 6

0

54

+0

.055

+0

.025

5

53

5

48

+0.

050

+0.

025

47

0.010.01E-F

0.01

E

40m

6+

0.0

25

+0

.00

9

2357

92167

300

C1.5

CENTER

3 CHUCK PRESSURE

STOPPER

FGHJ IK

Gambar 5.10 Proses Lathe II [4]

Program CNC Proses Lathe 2

Proses ini membubut dari diameter 80mm menjadi diameter 40mm pada bagian

F, 47mm pada bagian G ,48mm pada bagian H ,53mm pada bagian I ,54mm pada

81

bagian J,dan 60mm pada bagian K, mengunakan mesin Bubut CNC dengan kode

program G71 yang system kerjanya secara otomatis membuat profil sendiri

sesuai dengan perintah program yang dimasukkan sesuai dengn ukuran yang

dinginkan yaitu sebagai berikut [2] :

O181 ( Proses Lathe 2)

1.N1 G50

2.G0 T0202

3.G97 S1500 M3

4.GO.X80.Z0. F1.

5.G71 U1.35

6.G71 P10 Q20 U.5 W.1 R500 F.3

76 6

0

54 53 48 47

CK PRESSURE

PER

X3

7.5

Z0.Z-2.

X4

0.

Z-23Z-57

Z-62.Z-92Z-167.

Z-172Z-300

Z-341.3

F

GHIJK

Gambar 5.11 Titik point program Lathe 2 [4]

7. Membubut rafing pada bagian F

N10 G0 X37.5 Z0.S

G1 Z-2. F.3

82

G0 X40. Z-2.3

Z-23

8. Membubut rafing pada bagian G

X47.

Z-57.

9. Membubut rafing pada bagian H

X48.Z-62.

Z-92

10. Membubut rafing pada bagian I

X53.

Z-167.

11.Membubut rafing pada bagian J

X54. Z-172.

Z-300.

12.Membubut rafing pada bagian K

X60.

Z-341.3

X80.

N20 G0 X80.

13.G0 X250. Z2.

14.T0200

83

15.M1

16.N2 G50

17.G0 T1212 M8

18.G97 S2000 M3

19.G0 Z2.

20.X55.

21.Membubut finish pada bagian F

GI X37.5 F1.

Z2. F.1

X40.028 Z-2.3

X40.040 Z-22.4

G2 X41.2 Z-23. R0.6

G1 X45.5

22.Membubut finish pada bagian G

X47.0 Z-23.75

Z-57. F.2

23.Membubut finish pada bagian H

X48.050 Z-62.

X48.050 Z-92.

X47.5 F.1

X51.5

84

24. Membubut finish pada bagian I

X52.95 Z-92.75

Z-167. F.17

25. Membubut finish pada bagian J

X54.050 Z-172

X54.050 Z-300. F.2

X53.5 F.1

X58.5

26. Membubut finish pada bagian K

X60.Z-300.75

Z-341.2 F.17

X77. Z-341. F1.S

X76.5 Z-343.

X75.8 Z-342.F.1

X74.5 Z-341.3

X59.8 F.15

27.G0 X300. Z2. M9

28.T1200

29.M89

30.M30

85

4.3.3 Proses Milling 1

Nama Mesin : CNC Milling Mori Seiki

Type Mesin : SL 25B1000

NO. Mesin : 0856

K

K

90+0.50 0

Section K-K

12 S12 S

R0.2

5R0

.25

5 49.9+0.04

55h7

0 -0.0

25

EY

15H

8+0.0

27 0

STOPPER

CLAMP

Gambar 5.12 Proses Milling I [6]

86

Program Milling 1 ini adalah membuat alur pada diameter 55mm sepanjang

90mm sesuai dengan yang direncanakan menggukan mesin CNC milling sesuai

dengan program yang telah dibuat [2] :

Program milling CNC (Membubut Milling pada diameter 55mm sepanjang 90mm

kedalaman 5mm )

1.O 151

2.N1 G98

3.M05

4.M45

5.G28 H0

6.G0 T0101

7.G97 S1000 M13

8.G0 X53.5.Z1.

9.G1 Z-90.2 F.1

10.G0 X55.Z1.

11.X 52.

12.G1 Z-90.2 F.1

13.G0 X53.Z1.

14.X50.5

15.G1 Z-90.2 F.1

16.G0 X51.Z1.

17.X49.9

87

18.G1 Z-90.2 F.1

19.G0 X200.Z100.

20.G0 T0100

21.M30

90+0.50 0

49.9

Gambar 5.13 Alur Program Milling [4]

5.3.4 Proses Milling II

Nama Mesin : CNC Milling Mori Seiki

Type Mesin : SL 25B5

NO. Mesin : 1813

88

12 S12 S 12 S12 S

R0.

25R0

.25

R0.2

5

R0.

25

8H8

8H8

Section A-A Section B-B

A

A

68H

7 0 -0.0

3

76 60 54+0

.055

+0.0

25

53

B

B

47

92

300

5 130+0.50+0.10 4 32

+0.35+0.10

4+0.20+0.10 49.9

+0.04

+0.04

+0.0

55+0

.025

54

F G

X W

+0.0

22 0

+0.0

22 0

X4

+0.20+0.10 43.9

48+0

.050

+0.0

25

W

STOPPER

CLAMP

Gambar 5.14 Proses Milling II [6]

Proses Milling 2 ini membuat alur untuk tempat pasak pada diameter 48mm

dengan panjang 32mm dan pada diameter 54mm sepanjang 130mm kedalaman

4mm dengan mesin CNC Milling sesuai dengan program yang direncanakan yaitu

[2] :

1.O 151 Proses milling pada Section B-B

2.N1 G98

89

3.M05

4.M45

5.G28 H0

6.G0 T0101

7.G97 S1000 M13

8.G0 Z-56.

9.X49.

10.G1X46.5 F.05

11.Z-88.2

12.G0 X47.Z-56.

13.G1X45.F0.5

14.Z-88.2

15.G0 X46.Z-56.

16.G1 X43.9 F.05

17.Z-88.2

18.G0 X55.

19.Z-165.

Proses Milling untuk section A-A

20.G1 X53.5.F.05

21. Z-295.2 F.05

22.G0 X55.Z-165.

90

23.G1X52. F.05

24.G1 Z-295.2

25.G0 X53.Z-165.

26.G1X50.5 F.05

27.G1 Z-295.2 F.05

28.G0 X51.Z-165.

29.G1X49.9 F.05

30.G1 Z-295.2

31.G0 X200.Z100.

32.G0 T0100

33.M30

91

BAB VI

PENUTUP

6.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil yang telah dilakukan dan dicapai dari keseluruhan proses

perancangan yang meliputi pembuatan dan pengerjaan terhadap poros Generator AC,

maka diambil kesimpulan sebagai berikut.

1.Mesin dan peralatan yang digunakan dalam pembuatan Poros generator adalah mesin

bubut CNC Mori Seiki CL2000, mesin gergaji Makita 5800 NB, mesin Milling CNC.

Peralatan pendukung yang digunakan adalah pahat Insert, bor senter, senter putar, end

mill cutter 6 mm, ragum, vernier caliper, serta perlengkapan Keselamatan, dan

Kesehatan Kerja (K3).

2.Bahan yang digunakan dalam pembuatan poros Generator AC adalah S 45 C

dengan harga kekerasan vickers sebesar 113,45 kg/mm² dan kekuatan tarik sebesar

37,18 kg/mm² atau 364,36 N/mm² dan tegangan kerja adalah 84 Kg/𝑚𝑚𝑚𝑚2.

3.Tahapan proses pembuatan poros generator, yaitu : identifikasi gambar kerja,

pengukuran bahan,pemotongan bahan,pembubutan,dan milling (pembuatan alur

pasak). Hasil akhir pembuatan poros generator didapat spesifikasi poros sebagai

poros tranmisi bertingkat dengan panjang total 595,3 mm dengan diameter terkecil

adalah 40mm dan diameter terbesar 78mm.

4.Momen maksimum (M) pada poros yaitu : 3056,37 Kgmm pada diameter (d) 54mm

dan tegangan yang terjadi pada poros generator adalah 𝜎𝜎𝑏𝑏 = 1,78N/mm2. Tegangan

geser Torsional yang diijinkan adalah Ʈi = 0,836N/mm2 tegangan geser maksimum =

0,8826 Nmm.

5.Hasil dari perancangan poros generator AC adalah:

a. Panjang total poros adalah 595,3mm.

b.Poros berbentuk profil atau bertingkat dengan diameter terkecil adalah 40mm dan

terbesar adalah 76mm dengan satu grooving dengan diameter 57mm.

c. Daya mesin yang dihasilkan atau torsi sebesar 8,604 Kw.

92

6.2 Saran

Proses pembuatan poros generator ini masih terdapat beberapa kelemahan-

kelemahan. Berdasarkan kelemahan-kelemahan yang masih terdapat pada proses

pembuatan dapat dijadikan pelajaran agar poros ini dapat disempurnakan lagi. Saran

untuk langkah pembuatan, pengembangan dan penyempurnaan poros ini adalah:

1.Mengidentifikasi gambar, penentuan desain, ukuran dan bahan yang digunakan

dalam pembuatan poros generator ini dilakukan agar dapat mempercepat proses

pengerjaan dan mempersingkat waktu yang digunakan.

2. Pada saat pembuatan poros, mesin dan peralatan disiapkan dengan sebaik mungkin

agar dalam mengerjakan permesinan tidak lagi memikirkan alat yang dibutuhkan.

3. Perlu diperhatikan tentang kesejajaran antara senter Tail stock dengan senter pada

spindel hal ini sangat penting karena akan sangat berpengaruh pada hasil dari poros

generator ini.

4. Penambahan dial indikator dan busur derajat yang permanen sangat perlu karena akan

memudahkan penggukuran dan membantu kepresisian poros generator ini.

93

DAFTAR PUSTAKA

[1] Budiman, A., dan Priambodo, B. (1999). Elemen Mesin Jilid 1 (G. Niemann.

Terjemahan). Jakarta: Erlangga.

[2] Mori Seiki CL2000(2005).Programming Manual.Jakarta : PT Morita Tjokro

Gearindo.

[3] Fakultas Teknik. (2012). Pedoman Proyek Akhir D3. Universitas Negeri

Yogyakarta.

[4] Juhana, Ohan, dan Suratman, M. (2000). Menggambar Teknik Mesin dengan

Standar ISO. Bandung: Pustaka Grafika.

[5] Ramdani, M. (2007). Generator Listrik (Pengantar Teknik Elektro).

Bandung:Institut Teknologi Telkom

[6] Sato, G. T., dan Hartanto, N. S. (2000). Menggambar Mesin Menurut Standar

ISO. Jakarta: Pradnya Paramita.

94