Your SlideShare is downloading. ×
Bab 08 screws, fasteners and connection  syarif
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×

Saving this for later?

Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime - even offline.

Text the download link to your phone

Standard text messaging rates apply

Bab 08 screws, fasteners and connection syarif

6,425
views

Published on

Download file di http://rumah-belajar.org

Download file di http://rumah-belajar.org

Published in: Education, Technology, Business

1 Comment
4 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total Views
6,425
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
1
Likes
4
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. BAB VIII PERANCANGAN ULIR DAYA DAN SAMBUNGAN BAUT8.1. Pendahuluan Perancangan suatu peralatan atau mekanisme yang menggunakan “baut-mur”sepertinya adalah salah satu aspek perancangan elemen mesin yang paling sederhana.Tetapi dalam aplikasi di dunia nyata, keberhasilan dan kegagalan suatu peralatan seringsekali ditentukan oleh kesempurnaan pemilihan dan penggunaan sistem sambunganbaut-mur. Penggunaan sambungan (baut-mur, rivet, dll) sangat banyak digunakan dalamdunia mechanical, sehingga bisnis desain dan manufaktur “baut-mur” ini sangat dominan,baik dari kuantitas maupun perputaran uang didalamnya. Sebagai contoh, sebuah htpesawat Boeing 747 menggunakan 2,5 juta sambungan (fastener). Tipe dan jenis tpsambungan dalam dunia komersial sangat banyak variasinya. Dalam diktat ini, ://pembahasan akan dibatasi dalam design dan pemilihan sambungan konvensionalmenggunakan ulir, baut, mur dll. ru Ulir dapat digunakan untuk (1) memegang/mengencangkan dua komponen atau mlebih, dan (2) memindahkan beban/benda. Fungsi yang pertama sering disebut ahpengencang (fastener) dan yang kedua dikenal dengan nama ulir daya (power screw atau -blead screw). Sebagai fastener, konstruksi ulir dapat menerima beban tensile, shear,maupun keduanya. el aj8.2. Terminologi, klasifikasi dan Standard ar Karena variasi jenis ulir (screw & thread) sangat banyak, maka perludistandardkan untuk menjamin sifat “interchangeabity”. Ada dua standard yang banyak .odiadopsi yaitu UNS (Unified National Standard) yang digunakan di Inggris, Canada dan rgAmerika serikat; dan Standard Internasional ISO yang digunakan kebanyakan negaraEropa dan Asia. Secara umum terminologi geometri ulir ditunjukkan pada gambar 8.1. Gambar 8.1 Terminologi geometri ulir 7-1
  • 2. Parameter-parameter utama ulir antara lain adalah : pitch, p – jarak antar ulir yang diukur paralel terhadap sumbu ulir. diameter, d - major diameter, minor diameter, dan pitch diameter. lead, L - adalah jarak yang ditempuh baut dalam arah paralel sumbu, jika baut diputar satu putaran. Untuk ulir single thread, lead akan sama dengan pitch. Ulir juga dapat dibuat multiple thread. Untuk tipe double thread, maka lead akan sama dengan 2 kali pitch; triple thread akan memiliki lead sama dengan 3 kali pitch dan seterusnya. Thread per inch, n – menyatakan jumlah ulir per inchi, sering digunakan pada standard UNS ht tp :// ru m Gambar 8.2 (a) Single, (b) double dan (c) triple thread ah -b Berdasarkan ukuran dan kualitas, UNS mengklasifikasikan thread menjadi tiga tipe elyaitu : coarse pitch (UNC), fine pitch (UNF), dan extra-fine pitch (UNEF). Sedangkan ISO ajmengklasifikasikan dua seri yaitu coarse dan fine thread. Tipe coarse adalah yang paling arumum dan disarankan digunakan untuk keperluan “ordinary” dimana sambungan sering .odilepas-pasang, atau dipasangkan dengan material yang lebih lunak. Tipe fine thread rgmemiliki kualitas yang lebih tinggi dan lebih tahan terhadap “loosening” dari efek getaran.Sedangkan extra-fine thread digunakan untuk keperluan khusus seperti sambungan yangsangat tipis dimana diperlukan baut yang sangat kecil/ sangat pendek. Berdasarkan toleransi ulir yang berpasangan, UNS mendefinisikan tiga “fit” kelas,yang diberi label kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Kelas 1 adalah ulir dengan toleransi yangpaling rendah, dan digunakan untuk keperluan-keperluan biasa, pertukangan, rumahtangga, dll. Kelas dua memiliki kualitas yang lebih tinggi dan toleransi yang lebih ketatyang cocok digunakan pada mesin-mesin dan peralatan industri. Kelas 3 memilikitoleransi yang paling tinggi untuk keperluan-keperluan khusus. Semakin tinggi kelas,maka harganya juga semakin mahal. Kode A digunakan untuk ulir eksternal dan kode Buntuk ulir internal. 7-2
  • 3. Profil geometri ulir sangat banyak variasinya. Gambar 8.3 menunjukkan contohprofil ulir ISO yang paling banyak digunakan untuk baut-mur, yaitu tipe M. Tipe yang jugabanyak digunakan adalah tipe MJ dimana geometrinya mirip dengan tipe M, tetapi diberifillet pada root-nya. Disamping itu, juga memiliki diameter minor yang relatif besar.Khusus untuk ulir daya (power screw), profil yang umum digunakan adalah tipe square,tipe Acme dan tipe buttress seperti ditunjukkan pada gambar 8.4 ht tp :// ru m Gambar 8.3 Profil dasar ulir ISO tipe M ah -b el aj ar .o rg Gambar 8.4 Profil ulir daya UNS dan ISO menggunakan metoda yang berbeda untuk penulisan spesifikasiulir. Spesifikasi UNS : diameter, pitch, dan kelas. Contoh spesifikasi UNS : ¼ - 20 UNC-2Amenyatakan diameter 0.25”, jumlah ulir per inchi adalah 20 buah, tipe coarse, kelas 2 fit,dan external thread. Sedangkan contoh spesifikasi ISO : M8x1.25menyatakan ulir dengan diameter 8 mm dan pitch 1.25 mm, tipe coarse. Perlu dicatatbahwa semua standard, baik UNS maupun ISO menganut “kaidah tangan kanan” (righthand rule) kecuali diberikan spesifikasi secara khusus. 7-3
  • 4. Tensile stress area Jika ulir mendapat beban tarik maka luas penampang yang paling kritis adalahpada diameter minor (dr). Tetapi hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan tarikbatang berulir lebih tepat diwakili oleh diameter rata-rata antara diameter pitch dandiameter minor. Jadi luas penampang untuk perhitungan tegangan adalah : 2 π ⎛ dp + dr ⎞ At = ⎜ ⎟ 4⎜ 2 ⎝ ⎟ ⎠dimana diameter pitch adalah dp = d – 0.649519/N dr = d – 1.299038/N ; untuk ulir UNS dp = d – 0.649519p dr = d – 1.226869p ; untuk ulir ISOdengan d = diameter luar (major), N = jumlah ulir per inchi, dan p = picth dalam mm. htStandard dimensi-dimensi utama ulir, diberikan dalam bentuk tabel. Tabel 8.1 dan 8.2 tpmenunjukkan contoh dimensi-dimensi standard UNS dan ISO. :// ru Tabel 8.1 Dimensi utama ulir berdasarkan ISO m ah -b el aj ar .o rg 7-4
  • 5. Tabel 8.2 Dimensi utama ulir berdasarkan UNS ht tp :// ru m ah -b el aj ar .o rg8.3. Mekanika Ulir Daya Ulir daya (power screw) adalah perlatan yang berfungsi untuk mengubah gerakanangular menjadi gerakan linear dan biasanya juga mentransmisikan daya. Secara khusus,ulir daya digunakan untuk : untuk mendapatkan kelebihan mengangkat/menurunkan beban, seperti misalnya pada dongkrak mobil untuk memberikan gaya tekan/tarik yang besar seperti misalnya pada kompaktor atau mesin press 7-5
  • 6. untuk positioning yang akurat seperti pada mikrometer atau pada lead screw mesin bubut. Mengingat fungsi ulir daya, maka profil yang paling tepat dan banyak digunakanadalah profil square, Acme, dan buttress. Profil square memberikan efisiensi yang palingtinggi dan mampu mengeliminasi gaya dalam arah radial. Tetapi profil ini paling sulitdalam proses pembuatannya. Acme thread walaupun efisiensinya lebih rendah, namunlebih mudah dalam pembuatan, dan juga memiliki kekuatan yang lebih tinggi, sehinggaprofil ini paling banyak digunakan untuk ulir daya. Untuk aplikasi dimana arah bebanadalah satu arah dan sangat besar, maka profil buttress lebih cocok digunakan karenamemiliki kekuatan paling tinggi pada akar ulir. ht8.3.1. Analisis Gaya dan Torsi ulir daya tp Gambar 8.5 (a) menunjukkan sebuah mekanisme ulir daya yang berfungsi untuk ://menaikkan dan menurunkan beban P. Beban dapat dinaikkan dan diturunkan denganmemutar nut (mur), jadi lama hal ini gerakan angular mur diubah menjadi gerakan linier ruscrew. Diagram benda bebas pasangan baut-mur ditunjukkan pada gambar (b). mParameter inklinasi bidang ulir (λ) juga disebut lead angle dapat dihitung dengan ahpersamaan : -b L tan λ = πd p el aj ar .o rg Gambar 8.5 (a) mekanisme ulir daya , (b) diagram benda bebas 7-6
  • 7. Jika kita buka satu lilitan ulir dan dibuat menjadi garis lurus, maka hasilnya akanberbentuk seperti gambar 8.6 (a). Kotak menunjukkan potongan ulir dan gaya-gaya yangbekerja padanya pada saat menaikkan beban. Sedangkan gambar (b) menunjukkandiagram benda bebas pada saat menurunkan beban. ht tp Gambar 8.6 Diagram benda bebas : (a) mengangkat beban, (b) menurunkan beban :// ruDengan menggunakan prinsip kesetimbangan gaya-gaya dalam arah x dan y makadidapatkan m ΣFx = 0 = F − f cos λ − N sin λ = F − µN cos λ − N sin λ ah F = N(µ cos λ + sin λ ) -b ΣFy = 0 = N cos λ − f sin λ − P = N cos λ − µN sin λ − P el P aj N= (cos λ − µ sin λ ) ardimana µ adalah koefisien gesekan antara screw dengan mur. Dengan menggabungkan .okedua persamaan di atas, maka besarnya gaya F yang diperlukan untuk mengangkat rgbeban adalah (µ cos λ + sin λ ) F=P (cos λ − µ sin λ )Sehingga torsi Ts yang diperlukan untuk mengangkat beban adalah dp Pd p (µ cos λ + sin λ ) Tsu = F = 2 2 (cos λ − µ sin λ )atau dalam parameter lead L, Pd p (µπd p + L) Tsu = 2 ( πd p − µL )Gesekan pada collar juga memberikan kontribusi yang signifikan, maka perluditambahkan. Torsi yang diperlukan untuk melawan gesekan pada collar adalah 7-7
  • 8. dc Tc = µ c P 2dimana dc adalah diameter rata-rata collar dan µc adalah koefisien gesekan pada collar.Jadi torsi total yang diperlukan untuk menaikkan beban adalah Pd p (µπd p + L) dc Tu = Tsu + Tc = + µcP 2 ( πd p − µL) 2Dengan metoda yang sama, torsi yang diperlukan untuk menurunkan beban dapatditurunkan menjadi Pd p (µπd p − L) dc Td = Tsd + Tc = + µcP 2 ( πd p + µL) 2 Untuk profil Acme, maka ada komponen gaya tambahan yang harus htdiperhitungkan karena adanya sudut α. Diagram benda bebas untuk profil Acme tpditunjukkan pada gambar 8.7. :// ru m ah -b el aj ar Gambar 8.7 Diagram benda bebas ulir daya Acme .o rgDengan menggunakan metoda penurunan yang sama dengan sebelumnya, maka torsiyang dibutuhkan untuk menaikkan dan menurunkan beban adalah : Pd p (µπd p + L cos α ) dc Tu = Tsu + Tc = + µcP 2 ( πd p cos α − µL) 2 Pd p (µπd p − L cos α ) dc Td = Tsd + Tc = + µcP 2 ( πd p cos α + µL) 2 7-8
  • 9. 8.3.2. Self LockingPada kondisi khusus, mekanisme ulir daya dapat mengunci sendiri tanpa harus diberikantorsi untuk menahan beban. Kondisi ini sering disebut dengan “self locking”. Hal ini sangatberguna dalam aplikasi, misalnya untuk dongkrak mobil. Torsi diberikan pada saatmengangkat beban, dan begitu posisi yang diinginkan tercapai, torsi dapat dilepaskan dandongkrak akan mengunci sendiri. Untuk mendapatkan mekanisme “self locking” maka adahubungan tertentu yang harus dipenuhi antara koefisien gesekan dan geometri ulir.Dengan men-set torsi sama dengan nol atau negatif untuk penurunan beban, makakondisi self locking akan terjadi jika : L µ≥ cos α atau µ ≥ tan λ cos α πd p ht tp8.3.3. Efisiensi ulir daya ://Efisiensi suatu sistem didefinisikan sebagai usaha yang dihasilkan dibagi dengan usaha ruyang dimasukkan. Kerja masukan ulir daya adalah hasil pekalian antara torsi dan mperpindahan angular (radian). Untuk satu putaran, maka kerja masukkan adalah ah Win = ( 2π)T -bSedangkan kerja yang dihasilkan untuk satu putaran adalah perkalian beban dengan elperpindahan 1 lead : aj Wout = PL arJadi effisiensi adalah .o Wout PL η= = rg Win 2πTdengan mensubstitusikan persamaan untuk torsi maka efisiensi ulir daya profil Acmeadalah : PL πd p cos α − µL 1 − µ tan λ η= atau dalam lead angle η = , πd p πµd p + L cos α 1 + µ cot λsedangkan untuk profil square dapat disederhanakan, dimana α = 0. Dari persamaan diatas terlihat bahwa efisiensi tergantung pada koefisien gesek dan lead angle. Gambar 8.7menunjukkan grafik karakteristik efisiensi ulir daya dengan profil Acme. 7-9
  • 10. Gambar 8.8 Karkateristik efisiensi ulir daya profil Acmeht Tabel 8.3 Dimensi utama ulir ACMEtp :// ru m ah -b el aj ar .o rg 7-10
  • 11. Contoh Soal 1 :Mekanisme ulir daya digunakan untuk menaikkan danmenurunkan beban seperti ditunjukkan pada gambar. Ulir dayaadalah tipe square dengan diameter mayor 32 mm, pitch 4mm, dan berulir ganda. Beban yang bekerja adalah 6,4 kN perulir. Diameter rata-rata colar adalah 40 mm, dengan koefisiengesekan µ = µc = 0,08. Tentukanlah : Kedalaman ulir, lebar ulir, diameter pitch dan rata-rata, diameter minor, dan lead. Torsi yang dibutuhkan untuk mengangkat beban Torsi yang dibutuhkan untuk menurunkan beban ht tp Efisiensi total Gambar 8.9 Contoh soal ulir daya ://Jawaban : ru Dari gambar 8.4a diketahui bahwa lebar dan tinggi ulir jenis square adalah sama m dengan setengah pitch-nya atau sebesar 2 mm. Jadi ah p dp = d − = 32 − 2 = 30 mm 2 -b d r = d − p = 32 − 4 = 28 mm el l = np = 2 ( 4 ) = 8 mm aj Torsi yang dibutuhkan untuk mengangkat beban ar Pd p ⎛ l + πµ d p ⎞ P µc d .o T = ⎜ ⎟+ 2 ⎜ π dp − µl ⎟ ⎝ ⎠ 2 rg 6,4 ( 30 ) ⎛ 8 + π ( 0,08 )( 30 ) ⎞ 6,4 ( 0,08 )( 40 ) = ⎜ + 2 ⎜ π ( 30 ) − 0,08 ( 8 ) ⎟ ⎟ 2 ⎝ ⎠ = 15,94 + 10,24 = 26,18 Nm Torsi yang dibutuhkan untuk menurunkan beban Pd p ⎛ πµ d p − l ⎞ P µc d T = ⎜ ⎟+ 2 ⎜ π d p + µl ⎟ ⎝ ⎠ 2 6,4 ( 30 ) ⎛ π ( 0,08 )( 30 ) − 8 ⎞ 6,4 ( 0,08 )( 40 ) = ⎜ ⎟+ ⎝ π ( 30 ) + 0,08 ( 8 ) ⎠ 2 ⎜ ⎟ 2 = −0,466 + 10,24 = 9,77 Nm 7-11
  • 12. Efisiensi total Pl 6,4 ( 8 ) e= = = 0,311 2πT 2π ( 26,18 )8.4. Threaded Fastener (Sambungan baut) Fastener adalah alat yang digunakan untuk memegang, mengencangkan ataumenyambung dua elemen atau lebih. Threaded fastener atau sambungan bautmenggunakan alat yang ber-ulir untuk menyambungkan dua elemen atau lebih. Kelebihanjenis sambungan ini adalah kemungkinan untuk melepas dan memasang kembali.Sehingga sambungan jenis ini sangat cocok untuk peralatan yang sering dilepas dan htdipasang untuk keperluan perawatan atau penggantian komponen yang aus. Gambar8.10 menunjukkan tiga buah tipe sambungan baut yang umum digunakan yaitu tpsambungan baut-mur, sambungan cap-screw, dan sambungan stud. Klasifikasi threaded ://fastener umumnya dilakukan berdasarkan konstruksi dan kegunaan, tipe ulir, dan jenis rukepala baut. m ah -b el aj ar .o rg Gambar 8.10 Konstruksi sambungan baut (a) baut-mur, (b) sambungan cap-screw, (c) sambungan stud.Variasi mur (nut) juga sangat banyak variasinya untuk memenuhi berbagai fungsi khusus.Gambar 8.11 menunjukkan beberapa tipe mur standar. Washer adalah ring datar yangbiasanya digunakan pada sambungan baut mur. Fungsinya adalah untuk memperluasbidang kontak antara mur dengan elemen yang disambung. Teknologi pembuatan ataumanufacturing baut-mur saat ini umumnya dilakukan dengan proses machining, rolling,dan head forming. 7-12
  • 13. Gambar 8.11 Tipe-tipe mur standard8.4.1. Standar dan Kekuatan Baut Standar geometri baut tipe kepala segi enam ditunjukkan pada gambar 8.12.Bagian yang akan mengalami konsentrasi tegangan adalah pada fillet kepala baut dan htpada titik awal ulir. Standard panjang bagian yang berulir berdasarkan UNS adalah tp ⎧2D + 0.25 in ; L ≤ 6 in LT = ⎨ ⎩2D + 0.5 in ; L > 6 in ://dan untuk metrik (ISO), dalam mm : ru ⎧2 D + 6 ; L ≤ 125 D ≤ 48 m ⎪ L T = ⎨2D + 12 ; 125 ≤ L ≤ 200 ah ⎪2D + 25 ; L > 200 ⎩ -b el aj ar .o rg Gambar 8.12 Standard baut kepala hexagonal Penggunaan baut-mur untuk struktur dan aplikasi beban yang besar, maka bautharus dipilih berdasarkan proof strength Sp seperti yang dispesifikasikan di SAE, ASTM,dan ISO. Standar-standar ini mengklasifikasikan grade baut berdasarkan material, heattreatment, dan proof strength minimum. Proof strength adalah tegangan dimana bautakan mulai mengalami “permanent set”. Nilainya sangat dekat dengan kekuatan yieldmaterial, tetapi lebih rendah. Grade atau kelas baut dapat dilihat dari tanda pada kepalabautnya. Tabel 8.4 dan 8.5 menunjukkan standard baut SAE dan ISO yang terbuat daribaja. 7-13
  • 14. Tabel 8.4 Spesifikasi baut baja menurut SAEhttp :// ru m ah -b Tabel 8.5 Spesifikasi baut baja menurut ISO (metrik) el aj ar .o rg 7-14
  • 15. 8.4.2. Preload dan Faktor Kekakuan Sambungan Baut Sebagai fastener, fungsi baut-mur adalah untuk mencekam komponen bersama,dimana beban yang bekerja akan menimbulkan tegangan tarik pada baut sepertiditunjukkan pada gambar 8.13. Dalam dunia praktis, pencekaman ditimbulkan oleh bebanawal (preload) dengan mengencangkan baut. Pengencangan baut dapat dilakukandengan memberikan torsi yang cukup sehingga menimbulkan beban tarik yang mendekatiproof strength. Untuk sambungan yang mendapat beban statik, beban awal biasanyadiberikan sampai 90% proof strength. Sedangkan untuk sambungan yang mendapatbeban dinamik (fatigue) maka beban awal umumnya diberikan sampai 75% proofstrength. ht tp :// ru m ah -b el ajGambar 8.13 (a) Sambungan baut, (b)diagram benda bebas baut yang mendapat beban ar tarik .o rg Konstruksi sambungan baut dapat dianalogikan sebagaisistem pegas seperti ditunjukkan pada gambar 8.14. Baut dapatdipandang sebagai pegas tarik dengan kekakuan kb dan komponenyang disambung dapat dianalogikan sebagai pegas tekan dengankekakuan kj. Baut yang terdiri dari bagian tanpa ulir dan bagianberulir dapat dianggap sebagai pegas susunan seri, lihat gambar8.14. Untuk jenis baut tertentu mungkin terdapat beberapa jenisukuran diameter. Recall defleksi batang yang mendapat beban F AEuniaksial, k = = , maka kekakuan baut dapat dituliskan δ Lmenjadi 7-15
  • 16. 1 Lt Ls = + k b At Eb AbEbdimana At adalah tensile stress area baut, dan Ab adalah luas penampang bagian yangtidak berulir. Kekakuan komponen yang disambung juga merupakan susunan seri. Kekakuantotalnya adalah 1 L1 L2 Gambar 8.14 = + k j A m1E1 A m 2 E 2dimana L1 dan L2 adalah masing-masing tebal komponen yang disambung, Am luas efektifmaterial yang dicekam. Khusus jika material komponen yang dicekam sama maka ht AmEm kj = tp L :// Menentukan nilai kekakuan sambungan jauh lebih sulit dan kompleks rudibandingkan dengan kekakuan baut. Kesulitan terutama terletak pada penentuan luas mefektif pencekaman, Am. Pendekatan umumnya dilakukan untuk menyederhanakan ahanalisis. Berdasarkan analisis numerik dengan metoda elemen hingga diketahui bahwadistribusi tegangan pencekaman pada komponen yang signitfikan terjadi pada daerah -bberbentuk frusta cone seperti ditunjukkan pada gambar 8.15. Jika komponen yang eldicekam terbuat dari material yang sama, maka φ berharga sekitar 420. Nilai ini juga ajmasih belaku untuk tebal komponen yang dicekam tidak sama. ar Volume efektif komponen yang dicekam dapat ditentukan dengan menghitung .ovolume “double cone shape barrel” seperti ditunjukkan pada gambar 8.15 (a) dan (b). Jika rgmaterial komponen yang dicekam jenisnya sama, maka dapat dibuat volume silinder yangekivalen dengan volume frusta cone seperti ditunjukkan pada gambar (c). Jika materialtidak sama maka konsep pegas seri harus digunakan dan parameter E masing-masingmaterial harus dimasukkan. 7-16
  • 17. Gambar 8.15 Volume efektif pencekaman ht Luas penampang efektif komponen yang mengalami kompresi adalah luas tppenampang rata-rata frustum-cone barrel : :// π 2 π ⎡⎛ d 2 + d 3 ⎞ 2 ⎤ ru Am = (d eff − d ) ≅ ⎢⎜ 2 ⎟ − d2 ⎥ 4 4 ⎢⎝ 2 ⎠ ⎣ ⎥ ⎦ m ahdimana d adalah diameter baut, d2 dan d3 seperti ditunjukkan pada gambar : ⎧1,5d; jika tidak menggunakan washer -b ⎪ d2 = ⎨ ⎪2d; jika washer digunakan pada kepala baut&mur el ⎩ aj d 3 = d 2 + L tan φ ar .o rgGasket Gasket adalah komponen yang sering digunakan pada sambungan baut untukmencegah kebocoran. Tipe dan jenis gasket sangat banyak, tetapi secara umum dadapatdibedakan menjadi dua kelas yaitu (1) confined dan (2) unconfined. Gambar 8.16menunjukkan contoh kedua kelas gasket. Gasket umumnya terbuat dari material yangjauh lebih lunak dari komponen yang disambung. Tabel 8.5 menunjukkan moduluselastisitas material gasket. 7-17
  • 18. Gambar 8.16 Confined dan unconfined gasket Tabel 8.6 Modulus elastisitas beberapa material gasket yang sering digunakan ht tp :// ru m ah -b el aj ar .o Konstruksi sambungan yang menggunakan confined gasket memberikan kondisidimana permukaan komponen yang disambung dapat berkontak langsung. Dengan rgdemikian kekakuan sambungan tidak akan dipengaruhi oleh adanya confined gasket.Sedangkan untuk konstruksi yang menggunakan unconfined gasket maka kekakuankomponen menjadi 1 1 1 1 = + + k j k m1 k m 2 k gdimana kg adalah kekakuan material gasket. Mengingat gasket terbuat dari material yanglunak maka modulus elastistasnya juga jauh lebih kecil (Eg << Em1, Em2, ..). Karenamodulus berbanding lurus dengan kekakuan maka kg << km1, km2, …. Jadi dapatdismpulkan bahwa kekakuan keseluruhan komponen : 7-18
  • 19. 1 1 1 1 1 = + + ≅ atau kj ≅ kg k j k m1 k m 2 k g k g8.5. Sambungan yang mendapat beban statik Gambar 8.17 (a) menunjukkan karakteristik gaya-deformasi sambungan baut jikadiberikan beban awal untuk mengencangkan sambungan. Gaya awal dinaikkan dari nolsampai Fi. Akibat gaya awal tersebut maka baut akan mengalami defleksi δk dankomponen mengalami defleksi δm. Baut memiliki slope positif karena denganbertambahnya beban pengencangan maka panjangnya juga bertambah. Hal sebaliknyauntuk komponen yang disambung. Terlihat juga untuk gambar tersebut bahwa kekakuankomponen yang disambung lebih tinggi daripada kekakuan baut sehingga deformasi htmaterial lebih rendah berbeda dengan deformasi baut. Gaya yang bekerja pada keduanya tptetap sama. :// Jika beban luar sebesar P diberikan pada sambungan seperti gambar 8.17 (b) rumaka akan terjadi pertambahan deformasi ∆δ pada baut dan komponen seperti mditunjukkan pada gambar 8.17 (c). Deformasi tambahan ini selalu bernilai sama untuk ahbaut dan komponen sampai sambungan terpisah. -b el aj ar .o rg 7-19
  • 20. Gambar 8.17 Karakteristik sambungan baut yang mendapat beban statikAdanya beban eksternal akan mengubah situasi beban yang dialami baik oleh bautmaupun komponen. Gaya yang bekerja pada baut akan mendapat tambahan sebesar Pbsehingga gaya total pada baut menjadi Fb. Sedangkan komponen mengalamipengurangan gaya sebesar Pm sehingga gaya total pada komponen menjadi Fm. Ataudengan kata lain dicatat bahwa gaya luar P dipecah menjadi dua bagian yaitu Pb untukbaut dan Pm untuk komponen. P = Pm + PbGaya total masing masing pada baut dan komponen adalah Fb = Fi + Pb Fm = Fi - Pm htSambungan akan mulai terpisah atau gagal jika beban luar yang diberikan, P, mencapai tpbeban awal pencekaman Fi. Pada kondisi ini seluruh gaya luar akan ditahan oleh baut.Untuk menjaga sambungan tidak mudah terpisah, yang berarti gagal, maka dari itulah ://disarankan supaya menggunakan preload yang tinggi. Untuk aplikasi praktis, preload rudisarankan m ⎧0,75Fps ah ⎪ untuk reused connection Fi = ⎨ ⎪0,90Fps ⎩ untuk permanent connection -bdimana Fps adalah proof preload = SpAt. Perhitungan faktor keamanan sambungan dapat eldilakukan dengan analisis sebagai berikut : aj ar Hubungan antara deformasi dan gaya .o Pb Pm kb ∆δ = = atau Pb = Pm rg kb km kmmengingat P = Pm + Pb maka kb Pb = P atau Pb = CP km + kb kbdimana C = . km + kbC sering disebut sebagai konstanta kekakuan atau konstanta sambungan. Konstanta C ininilainya biasanya < 1, dan jika kb relatif kecil dibandingkan km, C nilainya akan makin kecil.Jadi dapat dikonfirmasikan bahwa baut akan mendapat porsi yang kecil dari beban luar P. Dengan cara yang sama dapat diturunkan bahwa 7-20
  • 21. km Pm = P = (1 − C)P km + kbEkspresi Pb dan Pm dapat digantikan untuk mendapatkan gaya total yang diterima bautdan komponen. Fb = Fi + CP dan Fm = Fi − (1 − C)PPersamaan di atas dapat digunakan untuk menentukan berapa besarpreload yang harus diberikan pada suatu sambungan jika beban luaryang bekerja sudah ditentukan, dan baut sudah dipilih sehingga proofstrength-nya diketahui. Beban luar untuk memisahkan sambungan P0 dapat ditentukan htdengan men-set Fm sama dengan nol. tp Fi P0 = :// (1 − C) ruSehingga faktor keamanan terhadap pemisahan sambungan adalah m Gambar 8.18 P0 Fi ah SFsamb = = Sambungan P P(1 − C) yang terpisah -b el aj arContoh soal 2 : .oGambar dibawah ini menunjukkan potongan silinder bertekanan. Baut dengan jumlah totalN digunakan untuk menahan gaya pemisah 36 kip. rg (a) Tentukan kekakuan dan konstanta sambungan C (b) Cari jumlah baut yang dibutuhkan jika diingunkan faktor keamanan 2 dan juga dengan menganggap bahwa baut dapat digunakan kembali jika sambungan dibongkar-pasang. 7-21
  • 22. Gambar 8.19. Contoh soal : Sambungan baut yang mendapat beban statikJawaban :(a) Kekauan baut dapat dihitung sebagai berikut : ht AE π d 2E π ( 0,625 ) ( 30 ) 2 tp kb = = = l 4l 4 (1,5 ) :// = 6,13 Mlb / in ru m dimana panjang cekaman l =1,5 in. Modulus elastisitas besi cor no.25 adalah 12 Mpsi. Jadi kekakuan dari eleman yang disambung dengan manngasumsikan bahwa tekanan ah pada elemen sambungan berbentuk potongan kerucut (frustum cone) adalah : -b 0,577π Ed 0,577π (12 )( 0,625 ) el km = = ⎛ 0,577l + 0,5d ⎞ ⎛ 0,577 (1 ) + 0,5 ( 0,625 ) ⎞ ,5 2ln ⎜ 5 aj ⎟ 2ln ⎜ 5 ⎜ 0,577 (1 ) + 2,5 ( 0,625 ) ⎟ ⎟ ⎝ 0,577l + 2,5d ⎠ ⎝ ,5 ⎠ ar = 7,67 Mlb / in .o rg Dengan demikian konstanta sambungan C dapat dihitung sebagai berikut : kb 6,13 C= = = 0,444 k b + k m 6,13 + 7,67(b) Dari tabel 8.2 dan 8.4 diperoleh At = 0,226 in2 dan Sp = 85 kpsi. Kemudian beban awal yang direkomendasikan dapat dihitung sebagai berikut : Fi = 0,75 At Sp = 0,75 ( 0,226 )( 85 ) = 14,4 kip Hubungan antara jumlah baut dengan faktor keamanan dapat dinyatakan sebagai berikut : Sp At − Fi CnF n= atau N= C (F / N ) Sp At − Fi 7-22
  • 23. Kemudian dengan memasukkan, parameter-parameter yang sudah diketahui, diperoleh jumlah baut N, 0,444 ( 2 )( 36 ) N= = 6,65 85 ( 0,226 ) − 14,4 Jadi dipakai jumlah baut sebanyak 7 buah. Dengan menggunakan jumlah baut sebanyak ini, diperoleh faktor keamanan sebagai berikut : 85 ( 0,226 ) − 14,4 n= = 2,11 0,444 ( 36 / 7 ) yang nilainya lebih besar daripada nilai yang disyaratkan. Dengan demikian dipilih 7 buah baut dengan beban awal yang direkomendasikan dalam pengencangan. ht tp8.6. Momen Torsi untuk Preload Beban awal atau preload, Fi, pada sambungan dapat baut dilakukan dengan ://memutar kepala baut atau mur, yang berarti diperlukan momen puntir untuk mendapatkan rupreload yang diinginkan. Pada saat pemberian beban awal baut akan mengalami mtegangan tarik dan juga tegangan geser karena adanya torsi. Diagram benda bebas dan ahelemen tegangan saat pengencangan ditunjukkan pada gambar 8.20. Setelahsambungan digunakan baut biasanya mengalami sedikit “unwind” untuk melepas hampir -bseluruh tegangan geser sisa yang diakibatkan oleh momen puntir. Nilai preload dapat eldiukur atau dikontrol dengan beberapa metoda yaitu : (1) mengukur elongation atau ajpertambahan panjang baut, dan (2) mengukur momen torsi yang diberikan. Metoda arpertama dapat dilakukan dengan menggunakan strain gage atau ultrasonic transduser. .oTetapi hal ini sangat tidak praktis untuk aplikasi di lapangan. Metoda kedua dapat rgdilakukan dengan menggunakan “torque wrench”. Metoda ini sangat praktis tetapimemiliki akurasi yang rendah yaitu sekitar ± 30%. Besarnya momen puntir yang harus diberikan untuk menghasilkan preload yangdiinginkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan momen torsi yang telahditurunkan pada ulir daya : d p (µ + tan λ cos α ) d Ti = Fi + Fi µ c c 2 (cos α − µ tan λ ) 2 7-23
  • 24. ht tp :// ru m Gambar 8.20 Beban dan tegangan yang terjadi pada baut saat diberi preload ah (T1 = T2 +T3+ T4; T1 = torsi luar yang diberikan pada mur, T2 = torsi karena gesekan pada permukaan mur, T3 = torsi karena gesekan pada kepala -b baut, dan T4 = torsi luar yang harus diberikan pada kepala baut suapay el baut tidak berputar) ajUntuk baut/mur yang digunakan sebagai fastener, diameter pitch dapat diasumsikan arsama dengan diameter baut, d. Diameter colar dapat didekati dengan rata-rata antara .odiameter baut dan standard kepala baut, 1,5d. rg d (µ + tan λ cos α ) (1 + 1,5)d Ti ≅ Fi + Fi µ c 2 (cos α − µ tan λ ) 2Dengan mendefinisikan koefisien torsi Ki, ⎡ (µ + tan λ cos α ) ⎤ K i ≅ ⎢0,5 + 0,625Fi µ c ⎥ ⎣ (cos α − µ tan λ ) ⎦formula di atas dapat ditulis menjadi Ti ≅ K i Fi dHasil eksperimental nilai koefisien torsi, ki, baut standard UNS, untuk koefisien gesek µ =µc = 0,15 adalah : 7-24
  • 25. Ukuran baut Koefisien torsi, Ki Tipe UNC Tipe UNF 1”,2”,3”,4”,5”,6”,7”,8”,10”,12” 0,22 0,22 ¼”, 5/16”, 3/8” 0,22 0,21 7/16”, ½”, 9/16”, 5/8”, ¾”, 7/8”, 1 1/8”, 1 ¼”, 1 3/8” 0,21 0,21 1 ½” 0,21 0,20Dari data eksperimental di atas, maka terlihat bahwa variasi kofisien torsi untuk preloadsangatlah kecil baik terhadap ukuran baut maupun kelas baut itu sendiri. Variasi koefiseintorsi juga sangat kecil jika kita menggunakan dp untuk formula koefisien torsi. Jadi momenpuntir atau torsi yang diperlukan untuk mendapatkan preload Fi, (ulir dilumasi, µ=µc= 0,15)dapat didekati dengan : ht Ti ≅ 0,21Fi d tp :// ru8.7. Beban Dinamik Berfluktuasi Untuk kasus sambungan yang mendapat beban dinamik siklus atau berfluktuasi, mmaka pengaruh beban awal akan lebih dominan dibandingkan dengan pembebanan ahstatik. Dalam prakteknya kebanyakan beban luar P dinamik yang bekerja pada -bsambungan baut adalah tipe “fluctuating” dimana beban P terendah, Pmin adalah nol. Jadi elpada saat beban luar bernilai nol maka hanya beban awal Fi, yang bekerja pada ajsambungan seperti terlihat pada gambar 8.21(a) Pada saat beban maksimum, Pmax, makabeban tersebut akan ditanggung bersama oleh baut dan komponen bersama-sama. arKarena kekakuan baut lebih rendah maka sebagian besar beban berfluktuasi akan .oditanggung oleh komponen yang disambung. Hal ini terlihat jelas pada gambar 8.21 (b). rgHal ini secara drastis akan menurunkan tegangan berfluktuasi tarik (tensile) yang sangatberpotensi menimbulkan kegagalan fatigue pada baut. Tegangan fluktuatif tekan padakomponen tidak perlu dikhawatirkan karena kegagalan fatigue selalu disebabkan olehtegangan tarik. 7-25
  • 26. Gambar 8.21 Karakteristik gaya-deformasi baut yang mendapat beban berfluktuasi Dengan Fb, adalah gaya total yang bekerja pada baut, maka amplitudo dan gayarata-rata pada baut adalah Fb − Fi Fb + Fi Famp = , Frata = 2 2sehingga tegangan pada baut menjadi Famp F σ amp = K f dan σ rata = K fm rata At AtAt adalah tensile stress area baut, Kf adalah faktor konsentrasi tegangan fatigue baut danKfm adalah faktor konsentrasi tegangan rata-rata. Untuk sambungan yang diberikan beban htawal maka Kfm biasanya bernilai 1,0. Faktor konsentrasi tegangan pada beberapa tipe tpbaut ditunjukkan pada tabel 8.6. :// ru Tabel 8.7 Faktor konsentrasi tegangan fatigue untuk baut m ah -b el aj Tegangan baut karena beban awal ar .o Fi σ i = K fm At rgPerlu diketahui bahwa hasil penelitian Peterson terhadap kegagalan baut adalah : 15% kegagalan terjadi pada fillet dibawah kepal baut 20% kegagalan terjadi pada titik awal bagian berulir 65% kegagalan terjadi pada ulir yang berkontak dengan murUntuk menentukan faktor keamanan baut terhadap beban yang berfluktuasi, beberapakriteria dapat digunakan seperti kriteria modified-Goodman, Gerber parabola, atau ASMEelliptic line. Dengan menggunakan “modified Goodman diagram” maka formula untukperhitungan faktor keamanan terhadap fatigue adalah : Se (S ut − σ i ) SFlelah = Se (σ rata − σ i ) + S ut σ amp 7-26
  • 27. Hal penting yang perlu diingat, preload yang tinggi akan menurunkan pengaruh bebanfatigue pada baut. Jika sambungan tidak diberi preload, maka tegangan fluktuatif yangharus ditanggung baut akan meningkat sesuai dengan faktor 1/C. karena C adalahbilangan yang kecil, maka faktor 1/C adalah bilangan yang besar.Contoh Soal 3 :Sebuah komponen mesin terdiri dari dua buah pelat baja yang dicekam sambungan baut.Baut yang digunakan adalah tipe 0,5”-13UNC grade 5. komponen mesin tersebutmendapat beban berfluktuasi dari 0 s/d Fmax. Tentukanlah nilai Fmax yang dapat ditahanbaut sehingga memiliki umur tak hingga untuk kasus (a) sambungan tidak diberi bebanawal, dan (b) baut diberi beban awal sampai proof load. ht tp :// ru m ah -b el aj ar .o rg Gambar 8.22 Contoh soal : komponen mesin mendapat beban berfluktuasiJawaban :Asumsi :1. Sisa panjang ulir baut hanya sedikit diatas mur, dan tangkai baut berdiameter 0,5 inchi sepanjang baut tersebut.2. Kedua pelat baja tersebut mempunyai permukaan yang halus dan datar, dan tidak ada gasket diantaranya. 7-27
  • 28. 3. Luas efektif elemen yang dijepit dapat diaproksimasi dengan gambar berikut : ht Gambar 8.23 Salah satu metode penentuan luas efektif elemen yang dijepit tpAnalisis :1. Untuk kasus a , tegangan yang ada hanya diakibatkan beban fluktuatif saja. Tensile :// stress area dan koefisien beban fluktuatif diperoeh dari tabel 8.2 dan tabel 8.7. ru Fmax Fmax σa = σm = Kf = ( 3,8 ) = 13,39Fmax m 2 At 2 ( 0,1419 ) ah2. Dengan menggunakan grafik 8.22c dan hasil di atas, diperoleh σ a = σ m = 37000 psi -b Dengan demikian, 13,39Fmax = 37000 atau Fmax = 2760 lb el3. Untuk kasus b , beban tarik awalnya adalah : aj Fi = At Sp = ( 0,1419 )( 85000 ) = 12060 lb ar4. Dengan asumsi nomor 2, maka kb dan kc adalah proporsional terhadap Ab dan Ac. .o Kemudian dengan menggunakan asumsi pertama, diperoeh : rg π π ( 0,5 ) 2 Ab = d2 = = 0,196 in 2 4 4 Dengan menggunakan gambar 8.23 untuk memperkirakan Ac diperoleh : π Ac = 16 ( 5d 2 + 6dg tan30° + g 2 tan2 30° ) = π 16 (5 (0,5) 2 + 6 ( 0,5 )( 2 )( 0,577 ) + ( 2 ) ( 0,333 ) 2 ) = 1,19 in 2 Dengan demikian diperoleh : kb Ab 0,196 = = = 0,14 kb + kc Ab + Ac 0,196 + 1,19 7-28
  • 29. Yang berarti bahwa hanya 14% dari fluktuasi gaya eksternal yang ditahan oleh baut, sedangkan sisanya digunakan untuk melawan tekanan jepitnya.5. Beban alternating pada baut adalah setengah dari fluktuasi peak-to-peaknya atau 0,07Fmax. Jadi beban alternating pada baut : Fa 0,07Fmax σa = Kf = ( 3,8 ) = 1,88Fmax At 0,14196. Dengan Fi = At Sp = 12060 lb , beban eksternal yang lebih besar sedikit dari 12060 lbf tidak akan menyebabkan pemisahan sambungan. Dengan demikian, Fmax=12060 lbf merupakan solusi kasus ini jika tegangan baut tidak menyebabkan kegagalan fatigue. Untuk Fmax=12060 lbf, σ a = 1,88Fmax = 1,88 (12060 ) = 22670 psi ht Titik ini tepat berada dibawah garis Goodman untuk umur tak terbatas. Jadi jawaban tp untuk kasus b adalah Fmax=12060 lbf. :// ru8.8. Sambungan Baut yang Mendapat Beban Geser m Konstruksi yang menggunakan sambungan baut juga dapat menahan beban ahgeser. Penggunaan sistem sambungan ini yang luas lebih banyak untuk struktur sepertimisalnya jembatan, bangunan, boiler, tangki dan lain-lain. Contoh sistem sambungan ini -bdan aplikasinya ditunjukkan pada gambar 8.23. Beban awal tensile pada baut diberikan eluntuk menimbulkan gaya gesek yang besar pada komponen yang disambung. Gaya ajgesek inilah yang berfungsi menahan sebagian besar beban geser. Jadi baut tetap harus ardiberikan beban awal tarik yang tinggi. Jika gaya gesek pada sambungan tidak cukup .okuat menahan beban maka baut akan lanngsung mendapat gaya geser. rg (a) (b) Gambar 8.24 Konstruksi sambungan baut yang mendapat beban geser 7-29
  • 30. Untuk kasus dimana sambungan mendapat beban geser langsung seperti pada gambar8.24(a) maka beban geser P dapat diasumsikan ditanggung secara merata oleh masingmasing baut. Sehingga tegangan geser yang dialami baut dapat dihitung dengan formulasederhana ( P / i) τ baut = Atdimana i adalah jumlah baut. Untuk kasus dimana sambungan mendapat beban geser dan momen sepertigambar 8.24 (b) maka baut akan menerima dua jenis gaya geser yaitu (1) F’, akibat gaya htgeser langsung yang disebut primary shear, dan (2) F”, akibat momen puntir padasambungan yang disebut secondary shear. Analisis sambungan baut jenis ini terdiri dari tpempat tahap utama yaitu : :// menentukan titik pusat (centroid) ru m menentukan gaya geser langsung (primary shear) ah menentukan gaya geser akibat momen (secondary shear) -b Menentukan resultan gaya yang bekerja pada baut el aj ar .o rg Gambar 8.25 Analisis gaya-gaya pada baut akibat gaya geser langsung dan momenDalam sistem koordinat kartesian (x,y), centroid atau titik pusat sekumpulan baut dapatditentukan dengan menggunakan persamaan 7-30
  • 31. n n ∑ Ai xi ∑ Ai yi x= 1 n dan y= 1 n ∑ Ai ∑ Ai 1 1dimana n adalah jumlah baut, Ai luas penampang baut yang ke-i, dan xi, yi adalahkoordinat masing-masing baut yang ke i. Dengan mengasumsikan bahwa beban geser langsung akan diterima secaramerata oleh masing-masing baut, maka komponen beban langsung (primary shear) dapatlangsung dihitung dengan membagi gaya V dengan jumlah baut atau F” = V/n. Gayageser akibat momen atau secondary shear dapat dihitung dari menggunakan persamaan M =F A rA + F B rB + F C rC + ... " " " htdengan rA, rB, dst adalah jarak antara centroid dengan ke masing-masing titik tengah baut, tpdan F” adalah secondary shear. Gaya yang ditanggung setiap baut tergantung pada jarak ://radial dari centroid ke baut. Baut yang terjauh akan menanggung gaya paling besar, rusedangkan yang terdekat mendapat beban paling kecil. Jadi dapat ditulis dalam bentuk mperbandingan ah " " " FA FB FC = = = ... rA rB rC -bKombinasi kedua persamaan di atas menghasilkan persamaan secondary shear untuk elbaut yang ke-i aj Mri Fi" = ar 2 rA + rB 2 + ... + ri2 + ... + rn 2 .o Langkah berikutnya adalah menghitung resultan gaya geser yang bekerja pada rgmasing-masing baut dengan melakukan penjumlahan vectorial antara primary shear dansecondary shear. Selanjutnya tegangan dan kekuatan baut dapat dihitung dengan kriteria-kriteria yang telah dibahas sebelumnya.Contoh Soal 4 :Konstruksi sambungan baut untuk pelat baja setebal 15 mm digunakan untuk menahanbeban sebesar 16 kN. Baut yang digunakan adalah M16 kelas 8.8. Tentukanlah faktorkeamanan terendah dari keempat baut jika semua beban ditanggung oleh baut (asumsitidak ada gesekan antara komponen yang disambung). Semua dimensi yang diperlukandiberikan pada gambar 8.26. 7-31
  • 32. Gambar 8.26 Semua dimensi dalam millimeter htJawaban : tpTitik O pada gambar 8.26 ditentukan berdasarkan kesimetrisan. Jika digambar diagram ://benda bebas dari kantilever, gaya reaksi V akan melewati titik O dan momen reaksi M rujuga akan berkerja pada titik O. Reaksi-reaksi ini adalah :V = 16 kN M = 16(425) = 6800 Nm mPada gambar 8.27 dibawah ini digambarkan diagram gaya-gaya pada sambungan secara ahterperinci. -bJarak tiap baut terhadap titik O adalah : el ( 60 ) + ( 75 ) = 96 mm 2 2r = ajGeseran primer pada tiap baut adalah : ar V 16F= = = 4 kN .o n 4 rgKarena simetris, maka geseran sekunder dapat dihitug sebagai berikut : Mr M 6800F"= = = = 17,7 kN 4r 2 4r 4 ( 96 )Dengan menggambarkan gaya-gaya ini pada gambar 8.26 dan dengan skala tertentu,maka dapat diperoleh besar resultan gaya pada tiap baut.FA = FB = 21 kN, dan FC = FB = 13,8 kN.Tinggi baut yang diperlukan : 7-32
  • 33. ht tp Gambar 8.27 Diagram gaya-gaya pada sambungan :// ruPanjang baut yang diperlukan sama dengan tebal elemen yang disambung (25 mm) mditambah tinggi mur dan sekitar 2 mm untuk ring atau washer. Dari tabel standarddiperoleh tinggi mur standar untuk M16 sekitar 14,8 mm sehingga tinggi total yang ahdiperlukan adalah 41,8 mm. Jadi dipilih baut dengan panjang 46 mm. Kemudian dihitung -bpanjang bagian yang berulir berdasarkan tabel 8.5, LT = 38 mm. Dengan demikian elgeseran terjadi pada bagian yang berulir, sehingga shear-stress area As = π d p / 4 2 ajdimana dp adalah diameter pitchnya. Adapun diameter pitch untuk ulir ISO dapat dihitung arsebagai berikut : .o d p = d − 3H / 8 = d − 3 ⎡0,5 ( 3 ) p⎤ / 8 0,5 ⎣ ⎦ rg = 16 − 3 ⎡0,5 ( 3 ) 2⎤ / 8 0,5 ⎣ ⎦ = 15,35 mmSehingga diperoleh As = π d p / 4 = 185 mm 2 2Diperoleh tegangan geser FA 21000τ= = = 113,5 MPa AS 185Dengan demikian dapat dihitung faktor keamanan baut terhadap tegangan geser sebagaiberikut : τ all 600n= = = 5,286 τ 113,5 7-33
  • 34. 8.9. Soal-soal Latihan1. Sebuah dongkrak ulir dengan ulir Acme ganda berdiameter 1 inchi digunakan untuk menaikkan beban sebesar 4000 N. Sebuah thrust collar berdiameter rata-rata 50 mm digunakan pada ulir tersebut. Koefisien gesekan yang terjadi adalah f = 0,12 dan fc = 0,09. a. Tentukan pitch, lead, kedalaman ulir, diameter rata-rata ulir, dan sudut heliksnya. b. Hitung torsi awal untuk menaikkan dan menurunkan beban. c. Hitung efisiensi dongkak ketika sedang menaikkan beban.2. Baut UNC class 7 berdiameter 0,5 inchi dengan ulir yang dibuat dengan proses rolling diberikan beban awal 80% dari proof strength-nya ketika digunakan menjepit susuan ht baja berlapis setebal 3 inchi. Tentukan faktor keamanan terhadap luluh statis (static yielding) dan pemisahan sambungan (joint separation) ketika beban statik eksternal tp sebesar 5 kN diberikan. Gunakan reliability 99%. ://3. Ulir daya berprofil Acme dengan diameter pitch 1 inchi dan beulir tunggal digunakan ru untuk menaikkan beban sebesar 25000 lbf. Diameter rata-rata collar adalah 1,5 inchi. m Koefisien gesekan ulir sama dengan koefisien gesekan collar yaitu sebesar 0,1. ah tentukan : a. Diameter puncak ulir -b b. Torsi ulir yang diperlukan untuk menaikkan beban el c. Koefisien gesekan maksimum yang diperlukan untuk mencegah ulir mengalami aj self- locking jika gesekan collar dihilangkan. ar4. Sebuah dongkrak mobil terdiri dari ulir daya dan mur. Mobil diangkat dengan memutar .o ulir daya. Hitung torsi yang dibutuhkan untuk menaikkan beban seberat 1 ton. rg Diketahui bahwa lead l = 9 mm, diameter pitchnya adalah 22 mm, dan sudut ulirnya adalah 30°. Koefisien gesekan yang ada adalah 0,1 pada ulir dan nol ditempat lain.5. Ulir daya berprofil Acme digunakan untuk menaikkan beban sebesar 1350 lbf. Diameter luar ulir adalah 1,25 inchi dan diameter collar rata-rata adalah 2 inchi. Koefisien gesek ulir adalah 0,13 dan pada collar adalah 0,16. Tentukan : a. Torsi yang diperlukan untuk menaikkan dan menurunkan beban. b. Dimensi geometris ulir. c. Efisiensi ketika menaikkan beban. d Beban yang menyebabkan efisiensi ketika menaikan beban adalah sebesar 18%.6. Gambar dibawah ini menunjukkan bejana tekan dengan pelat tutup bergasket. Tekanan internal cukup seragam sehingga beban pada baut dapat dianggap statik. Tekanan jepit gasket yag direkomendasikan adalah minimal sebesar 13 MPa 7-34
  • 35. (termasuk faktor keamanan) untuk menjamin sambungan yang tahan bocor. Untuk penyederhanaan, lubang baut dapat diabaikan dalam penghitungan luas gasket. a. Jika baut 12, 16, dan 20 mm mempunyai ulir kasar dan terbuat dari baja SAE class 8.8 atau 9.8 (dipilih yang paling cocok antara keduanya) akan digunakan, tentukan jumlah baut yang diperlukan. b. Jika rasio jarak antar-baut dengan diameter baut tidak boleh melebihi 10 untuk menjaga tekanan flens yang cukup antar-baut, dan jika rasio ini tidak boleh kurang dari 5 untuk menyediakan ruang yang cukup untuk kunci standar, yang manadari ketiga ukuran baut di atas yang memberikan ruang antar-baut yang paling baik. ht tp :// ru Gambar P8.1 m7. Gambar dibawah ini menunjukkan sambungan pada cylinder head pada bejana tekan ah yang menggunakan 10 baut dan confined-gasket seal. Diameter seal efektif adalah sebesar 150 mm sedangkan dimensi lainnya adalah : A = 100 mm, B = 200 mm, C = -b 300 mm, D = 20 mm, dan E = 25 mm. Tekanan statik gas pada silinder adalah el sebesar 6 MPa. Telah dipilih baut ISO class 8.8 dengan diameter 12 mm. Berapa aj faktor pembebanan, n, dari pemilihan ini? ar .o rg Gambar P8. 28. Gambar dibawah ini menunjukkan lap joint yang dibaut dengan menggunakan baut SAE grade 8. Temukan gaya geser yang aman F yang dapat diaplikasikan pada sambungan ini jika ditentukan faktor keamanan berikut : shear pada baut 3, bearing pada baut 2, bearing pada elemen yang disambung 2,5, dan tension pada elemen yang disambung 3. 7-35
  • 36. Gambar P8.39. Kanal vertikal berukuran 152 X 76 mempunyai kantilever yang dibaut kepadanya. Kanal tersebut terbuat dari baja AISI 1015 yag di-hot roll. Bautnya adalah M12 x 1,75 ISO 5,8. Untuk faktor desain 2,8 cari gaya F yang aman diberikan pada kantilever. ht tp :// ru m ah -b el Gambar P8.4 aj10. Cari gaya geser total pada tiap baut untuk sambungan seperti diperlihatkan pada ar gambar dibawah ini, dan hitung shear stress dan bearing stress-nya. Cari momen .o inersia pelat bertebal 8 mm pada penampang tegak lurus dengan lubang baut, dan cari bending stress maksimum pada pelat. rg Gambar P8.5 7-36