fungsi poros

BAB II

POROS

A. FUNGSI POROS

Dalam kehidupan sehari – hari kita tak lepas dengan peralatan – peralatan untuk menunjang kelancaran kegiatan pekerjaan ataupun keberhasilan  sebuah pekerjaan . pekerjaan rumah tangga ataupun pekerjaan keseharian . Setiap peralatan pasti ada unsur elemen yang digabung menjadi satu sehingga dapat membantu pekerjaan kita. Contoh alat sederhana saja yang setiap saat kita gunakan misal : kursi lipat, kendaraan , alat dapur yang serba canggih , peralatan kantor , perbengkelan dan sebagainya.

Salah satu elemen yang terdapat di dalam peralatan itu adalah poros atau ada yang menyebutnya as. Poros dalam peralatan tersebut banyak fungsinya tergantung dari letak dan konstruksi peralatan yang dipergunakan.

Fungsi poros dapat dibedakan menjadi beberapa katagori antara lain :

1.     Poros dukung

2.     Poros Transmisi

3.     Poros gabungan dukung dan Transmisi

1.POROS DUKUNG

Poros dukung berfungsi sebagai penyangga beban atau sering disebut dengan gandar sebuah alat sedang beban yang diterima poros jenisnya bermacam – macam antara lain :

a.     Berdasar arah beban  terhadap poros :

-         Searah sumbu poros atau sering disebut dengan beban longitudinal, akibat beban ini poros akan mengalami patah tekan

 

                               P                                                        P

-         Memotong sumbu poros, akibat beban ini akan mengakibatkan poros mengalami bengkokan atau patah geser.

                                                                 P

                                                                      

                  

-         Beban puntir , akibat beban ini poros mengalami puntiran atau disebut dengan patah puntiran

                                               P

 

b.     Jenis beban

-         Beban statis         : adalah dengan beban tanpa ada gerakan dari beban yang didukung .

-         Beban dinamis: adalah jenis beban yang mengalami pergerakan atau perpindahan tempat dari satu tempat ketempat lain , contoh : poros /as gerobak. Jenis beban dinamis dapat dibagi dua yaitu ; beban terus menerus dan beban kejut.

2. POROS TRANSMISI

Poros transmisi adalah jenis poros yang berfungsi untuk meneruskan daya atau putaran dari suatu mesin ke peralatan lain. Daya yang diteruskan dapat juga dikategorikan menjadi beberapa jenis antara lain :

-         Daya searah sumbu.

-         Daya yang memotong sumbu

-         Putaran

-         Gabungan daya searah sumbu dan putaran

Sebagai penerus daya kekuatan poros berbeda dengan poros yang berfungsi sebagai pendukung, dengan kata lain beban yang diterima poros transmisi adalah jenis beban yang dinamis. Dengan jenis beban yang dinamis ini maka harus diperhatikan ukuran, jenis bahan dan kekuatan bahan poros transmisi.

3.  POROS GABUNGAN DUKUNG DAN TRANSMISI

Poros dengan jenis ini biasanya terdapat pada peralatan mobilisasi atau alat pemindah /kendaraan, mesin – mesin perkakas dan sebagainya, selain mendukung beban yang diterima juga menerima daya yang harus ditransmisikan. Poros ini akan mengalami tegangan puntir dan tegangan bengkok, penyebab tegangan puntir adalah daya yang dihantarkan berupa putaran sedangkan tegangan bengkok diakibatkan oleh beban melintang memotong sumbu poros. Sebagai contoh poros ini adalah arbor pada mesin frais  , mesin bor (lihat gambar)

                                   

 

 Pisau frais

                                                                                                                            P

     Arbor

                                

                 Mesin  Frais                                                              Mesin Bor

B. BENTUK POROS

Berdasarkan bentuk poros terdapat bermacam – macam bentuk dengan setiap bentuk mempunyai fungsi dan kegunaan yang berbeda – beda. Sebagai contoh :

1.     Poros silinder pejal

Poros dengan bentuk ini dapat digunakan sebagai poros dukung, poros transmisi dan poros gabungan .

 

2.     Poros silinder berlubang

Poros ini dapat juga digunakan sebagai pendukung, transmisi dan gabungan dengan keunggulan bahwa poros lebih efisien terhadap bahan dan lebih ringan.

 

3.     Poros Pason

Bentuk poros ini adalah pada bagian tengah mempunyai diameter lebih besar dari pada kedua ujungnya, poros ini digunakan sebagai poros dukung.

                                                     P

                               

                                       P                                        P

                                                                                           

4.     Poros Profil

Poros profil berfungsi sebagi pendukung dan juga sebagai pengantar daya dengan arah memanjang contoh tiang piston pada motor bensin ,motor diesel dan sebagainya.

 

                                               P

5.     Poros engsel

Poros ini digunakan sebagai poros transmisi daya dengan beban yang diterima adalah beban puntir dan lengkung. Contoh penggunaannya seperti poros garden pada kendaraan.

 

6.     Poros lentur

Poros ini dibentuk dari jalinan kawat baja yang dipadukan sedemikian rupa , kawat baja yang digulung berlapis – lapis  dengan arah gulungan saling berlawanan antara bagian dalam dan luarnya. Poros ini paling banyak digunakan pada alat pemotong rumput.

 

                                    Konstruksi sebuah poros lentur

Kemampuan poros jenis ini adalah dapat dibekok – bengkokkan pada saat dalam keadaan bekerja. Sehingga kedudukan antara mesin utama dengan bagian yang digerakkan tidak perlu lagi harus satu sumbu, kedua bagian utama  tersebut kedudukkannya menjadi sangat fleksible.

C. HAL – HAL PENTING DALAM PERENCANAAN POROS

          Sebelum kita memilih atau menggunakan sebuah poros yang sesuai dengan bentuk maupun pembebanannya , maka ada beberapa hal yang perlu kita perhatikan dalam merencanakan sebuah poros antara lain adalah :

1.     Kekuatan Poros

Beban apa saja yang akan diterima poros pada saat dipergunakan, sebuah poros harus direncanakan hingga cukup kuat untuk menahan beban – beban yang bekerja. Sebagai contoh poros transmisi akan mengalami beban puntir , beban lentur(bengkok) atau gabungan puntir dan bengkok. Ada juga poros yang mendapat beban tarik atau tekan seperti poros baling – baling kapal  atau turbin dan lain sebagainya.

Selain itu faktor lelah yang juga akan dialami poros menerima beban kejut (tumbukan) atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil dan mempunyai alur pasak (spi). Lamanya poros beroperasi dalam hal ini berapa ribu kali poros tersebut berputar dengan beban yang ditanggungnya atau berapa jam poros tersebut tahan terhadap beban – beban yang diterimanya.

 

                 Alur  pasak /spi

 

                             Poros dengan konsentrasi tegangan pada alur pasak

2.     Kekakuan Poros

Kekuatan poros sudah diperhitungkan namun jika terjadi lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidak- telitian( pada mesin perkakas) atau getaran dan suara yang tidak diinginkan. Oleh karena itu kekakuan atau kelenturan sebuah poros harus diperhatikan dan disesuaikan dengan jenis mesin yang akan dilayani oleh poros tersebut.

3.     Putaran Kritis

Bila sebuah mesin dinaikan besar putarannya sampai dengan suatu harga putaran (Rpm) tertentu dan terjadi getaran yang luar biasa besarnya, maka besaran putaran tersebut disebut sebagai putaran kritis. Kalau dipaksa dinaikkan putarannya akan sangat berakibat fatal pada mesin tersebut. Pada putaran kritis saja akan mengakibatkan kerusakan – kerusakan pada poros, dudukan mesin atau bagian – bagian lain dari mesin tersebut. Maka sebaiknya poros direncanakan sedemikian rupa hingga putaran mesin atau putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritisnya.

 

                                                    Poros dengan putaran kritis

         

4.     Korosi

Penggunaan jenis bahan poros juga menjadi perhatian yang sangat perlu dalam perencanaan sebuah poros, dimana pengaruh lingkungan poros akan dapat mengakibatkan cepat terjadinya korosi (berkarat). Demikian pula untuk poros yang terancam kavitasi dan poros yang sering berhenti terlalu lama, maka perlu dipilih bahan poros yang sesuai dengan lingkungan dimana poros tersebut beroperasi. Sampai pada batas – batas tertentu dapat pula dilakukan perlindungan poros terhadap korosi, perlindungan tersebut antara lain dapat dilakukan dengan pelapisan krom, pelapisan dengan minyak pelumas sampai batas waktu yang harus diperhatikan setiap waktu dan lain sebagainya. 

5.     Bahan Poros

Poros untuk mesin umum biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis , baja karbon konstruksi mesin (bahan S .. C )yang dihasilkan dari ingot yang di”kill” ( baja yang dideoksidasikan dengan ferrosilicon dan dicor dan kadar karbonnya terjamin). Bahan ini kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena adanya tegangan yang kurang seimbang bila diberi alur pasak. Penarikan dingin pada baja akan mengakibatkan pengerasan pada permukaan baja tersebut serta kekuatannya juga akan bertambah. Poros yang dipergunakan untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat terbuat dari baja paduan dengan pegerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa baja paduan tersebut diantaranya adalah :

-         baja khrom nikel

-         baja khrom nikel molibden

-         baja khrom molibden

-         baja khrom

-         dan lain sebagainya

Meskipun demikian pemakaian baja paduan khusus tidak dianjurkan jika hanya karena alas an putaran tinggi dan beban berat .

     

      Baja karbon konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin untuk poros

tandard an macam	Lambang	Perlakuan Panas	Kekuatan tarik (kg/ mm2)	Keterangan
Baja karbon konstruksi mesin  (JIS G 4501 )	S 30 C S 35 C S 40 C S 45 C S 50 C S 55 C	Penormalan ,, ,, ,, ,, ,,	48 52 55 58 62 66
Baja yang difinis dingin	S 35 C - D S 45 C– D S 55 C – D	- - -	53 60 72	Ditarik dingin, digerinda, dibubut atau gabungan

   

Baja paduan untuk poros

tandard an macam	Lambang	Perlakuan Panas	Kekuatan tarik (kg/ mm2)
Baja khrom nikel (JIS G 4102 )	SNC  2 SNC  3 SNC 21 SNC 22	- - Pengerasan kulit ,,	85 95 80 100
Baja khrom nikel molibden           (JIS G 4103 )	SNCM  1 SNCM  2 SNCM  7 SNCM  8 SNCM 22 SNCM 23 SNCM 25	- - - - Pengerasan kulit ,, ,,	85 95 100 105 90 100 120
Baja khrom (JIS G 4104 )	S Cr  3 S Cr  4 S Cr  5 S Cr 21 S Cr 22	- - - Pengerasan kulit ,,	90 95 100 80 85
Baja khrom molibden  (JIS G 4105)	SCM 2 SCM 3 SCM 4 SCM 5 SCM 21 SCM 22 SCM 23	- - - - Pengerasan kulit ,, ,,	85 95 100 105 85 95 100

table : Bahan poros untuk kendaraan rel

Kelas		lambang	Pemakaian utama	Heatreatment	Batas mulur Kg/mm2	Kekuatan Tarik Kg/mm2
1	A	SFA 55 A	Poros pengikut	Penormalan atau celup dingin dan pelunakan	28	55
	B	SFA 55 B
2	A	SFA 60 A	Gandar yang digerakkan dan poros pengikut		30	60
	B	SFA 60 B
3	A	SFA 65 A		Celup dingin dan pelunakan	35	65
	B	SFA 65 B
4	A	SFA Q A		Celup dingin dan pelunakan bagian tertentu	30	60
	B	SFA Q B

Catatan  : A   =  0,035 %  P atau kurang                                              B  =  0,045 % P atau kurang

                        0,04   %  S atau kurang                                                         0,045 % S atau kurang

Penggolongan baja secara umum

Golongan	Kadar C %
Baja lunak	… - 0,15
Baja liat	0,2 – 0,3
Baja agak keras	0,3 – 0,5
Baja keras	0,5 – 0,8
Baja sangat keras	0,8 – 1,2

D. Perhitungan Perencanaan Poros Dengan Beban Puntir

          Poros transmisi meneruskan daya  sebesar P (kW) [ jika P= tenaga Kuda

(HP) maka dikalikan dengan 0,735 ] dengan putaran poros sebesar n₁ (rpm) dengan factor koreksi f_c normal maka akan didapatkan daya rencana P_d yang besarnya adalah :

P_d  = f_c . P  (kW)

Faktor Koreksi Daya yang ditranmisikan

Daya yang ditransmisikan	fc
Daya rata – rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal	1,2 – 2,0 0,8 – 1,2 1,0 – 1,5

Jika momen puntir adalah T ( kg.mm) maka P_d adalah :

P_{d =} ( T / 1000)(2πn₁/60)           sehingga               T = 9,74 x 10⁵  P_d

                   102                                                                           n₁

bila T ( kg.mm) dibebankan pada poros d_s maka akan terjadi tegangan geser τ(kg/mm²) sebesar :

τ  =        T    =  5,1 T

     (τd_s³/16)      d_s³

Tegangan geser yang diijinkan  τ_a(kg / mm² )dapat dihitung atas dasar batas kelelahan puntir yang besarnya diambil 40 % dari batas kelelahan tarik yang besarnya adalah  kira – kira 45 % dari kekuatan tarik σ_b (kg /mm² ) atau dengan kata lain batas kelelahan punter adalah sebesar 18 % dari kekuatan tarik σ_b . Angka keamanan diambil harga sebesar 1/18 %  sama dengan 5.6 , harga tersebut dipakai untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin sedang untuk bahan S-C dipakai harga 6,0 dengan pengaruh masa dan baja paduan .Faktor keamanan dinyatakan dengan Sf_1. Sedangkan untuk pengaruh adanya alur atau bentuk poros yang bertangga dinyatakan dengan Sf₂ dengan harga antara 1,3 sampai 3,0. maka τ_a(kg / mm² ) dapat dihitung dengan menggunakan perhitungan :

τ_a(kg / mm² ) = σ_b / (Sf₁ x Sf₂ )

Factor Koreksi Momen Puntir K_t 1.0 jika beban halus, 1.0 – 1.5 sedikit ada kejutan dan 1.5 – 3.0 jika terdapat kejutan.

Dalam perencanaan poros juga harus diperhitungkan terjadi lenturan pada poros maka dapat dipakai factor C_b dengan harga 1.2 – 2.3 (jika tidak terjadi lenturan dipergunakan 1.0 ).

Dengan demikian didapat rumus perhitungan poros d_s yang besarnya adalah:

d_{s =} [ 5,1 K_t C_b T ]^1/3

                                                                                                  τ_a

Contoh soal :

Sebuah poros menerus daya sebesar 10 kW dengan putaran 1450 rpm, disamping mengalami beban puntir diperkirakan juga mengalami sedikit lenturan dan bekerja dengan daya normal. Bahan poros diambil S45C-D, berapakah besar poros yang dipergunakan jika konstruksi tersebut selama bekerja mengalami tumbukan ringan.

Penyelesaian :

a.     P = 10 kW ; n = 1450 rpm

b.     f_c  = 1,5

c.      P_d = f_c x P = 1,5 x 10 = 15 kW

d.     T  = 9,74 x 10⁵ x 15/1450 = 10076 kg mm

e.      S45C-D , σ_b = 60 kg/mm² Sf₁ = 6,0 ; Sf₂ = 2,0

f.       τ_a  = 60 / ( 6,0 x 2,0 ) = 5,0 kg / mm²

g.     C_b = 2,0 ; K_t =  1,5

h.     d_s  = [ 5,1/5 x 2,0 x 1,5 x 10076 ]^1/3 = 31,35 mm

i.        

E. Perhitungan Perencanaan Poros dengan Beban Lentur Murni

Poros gandar atau poros kereta rel tidak mendapatkan beban puntir tetapi hanya mendapatkan beban lenturan atau bengkokan. Jika beban bengkok melebih batas kekuatan poros dapat menyebabkan poros mengalami bengkokan atau juga patah. Beban pada sebuah gandar dari kendaraan atau kereta besarnya adalah setengah dari berat kendaraan bermuatan maksimum dikurangi berat poros dan berat rodanya, sehingga momen lentur M₁(kg.mm) yang bekerja pada poros yang terjadi pada dudukan roda dapat dihitung.

Dari bahan yang dipilih dapat ditentukan tegangan lentur yang diijinkan σ_a (kg/mm²), Momen tahanan lentur dari poros berdiameter d_s(mm) adalah Z ;

          Z  = (π / 32 ) d_s³  mm³

         

          σ_a ≥  M₁ / Z = M₁ / (π / 32 ) d_s³   = 10,2 M₁ / d_s³

          d_s = [ 10,2  M₁ ]^1/3

                    σ_a

Dalam kenyataan dilapangan gandar tidak hanya mendapatkan beban statis saja tetapi mendapatkan beban dinamis. Maka gaya yang bekerja pada poros arahnya adalah vertical dan horizontal maka momen – momen yang bekerja pada poros dikalikan dengan factor tambahan tegangan (factor m) lihat table :

Pemakaian gandar	Factor tambahan tegangan
Gandar pengikut (tanpa rem cakra)	1.0
Gandar digerakkan dengan tumpuan di ujungnya	1,1 – 1,2
Gandar digerakkan ; lenturan silang	1,1 – 1,2
Gandar digerakkan : lenturan terbuka	1,2 – 1,3

JIS E4501menentukan rumus – rumus berikut ini :

M₁ = ( j – g ) W/4

M₂ = α_v M₁

P   = α_L W

Q_o = P ( h / j )

R_o = P (h + r )/g

M₃= Pr + Q_o (a + 1) – R_o [(a + 1) – (j – g )/2]

Untuk harga α_v dan α_L dapat dilihat dalam tabel , juga untuk harga tegangan yang dijinkan σ_wb (kg/mm²) dari dudukan roda terdapat dalam tabel berikut ini :

Kecepatan kerja max (km/jam)	αv	αL
120 atau kurang 120 – 160 160 – 190 190 – 210	0,4 0,5 0,6 0,7	0,3 0,4 0,4 0,5

Tegangan yang diperbolehkan pada bahan gandar

Bahan gandar	Tegangan yang diperbolehkan σwb (kg/mm2)
Kelas 1	10,0
Kelas 2	10,5
Kelas 3	11,0
Kelas 4	15,0

Dari keterangan di atas maka dapatdiketahui bahwa :

D_s  ≥ [ 10,2  m ( M₁ + M₂ + M₃)]^1/3

           σ_wb

Selanjutnya kita dapat menentukan tegangan lentur σ_b yang terjadi pada roda. Jika σ_wb/ σ_b sama dengan 1 atau lebih maka :

σ_b = 10,2 m ( M₁ + M₂ + M₃ )

d_s³

n = σ_wb  ≥ 1

σ_b