Dasar-Dasar tentang poros

1. POROS
I. Dasar Perencanaan Poros
Shaft (poros) adalah elemen mesin yang digunakan untuk mentransmisikan
daya dari satu tempat ke tempat lainnya. Daya tersebut dihasilkan oleh gaya
tangensial dan momen torsi yang hasil akhirnya adalah daya tersebut akan
ditransmisikan kepada elemen lain yang berhubungan dengan poros tersebut. Poros
juga merupakan suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenampang bulat
dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear), pulley, flywheel, engkol,
sprocket dan elemen pemindah lainnya. Poros bisa menerima beban lenturan, beban
tarikan, beban tekan atau beban puntiran yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa
gabungan satu dengan lainnya.
A. Jenis-Jenis Poros
1. Berdasarkan pembebanannya
a. Poros transmisi (transmission shafts)
Poros transmisi lebih dikenal dengan sebutan shaft. Shaft akan mengalami
beban puntir berulang, beban lentur secara bergantian ataupun kedua-duanya.
Pada shaft, daya dapat ditransmisikan melalui gear, belt pulley, sprocket
rantai, dll.
b. Poros Gandar
Poros gandar merupakan poros yang dipasang diantara roda-roda kereta
barang. Poros gandar tidak menerima beban puntir dan hanya mendapat beban
lentur.
c. Poros spindle
Poros spindle merupakan poros transmisi yang relatip pendek, misalnya pada
poros utama mesin perkakas dimana beban utamanya berupa beban puntiran.
Selain beban puntiran, poros spindle juga menerima beban lentur (axial load).
Poros spindle dapat digunakan secara efektip apabila deformasi yang terjadi
pada poros tersebut kecil.
2. Berdasarkan bentuknya
a. Poros lurus
b. Poros engkol sebagai penggerak utama pada silinder mesin

2. B. Sifat-Sifat Poros Yang Harus Diperhatikan
1. Kekuatan poros
Poros transmisi akan menerima beban puntir (twisting moment), beban lentur
(bending moment) ataupun gabungan antara beban puntir dan lentur. Dalam
perancangan poros perlu memperhatikan beberapa faktor, misalnya :
kelelahan, tumbukan dan pengaruh konsentrasi tegangan bila menggunakan
poros bertangga ataupun penggunaan alur pasak pada poros tersebut. Poros
yang dirancang tersebut harus cukup aman untuk menahan beban-beban
tersebut.
2. Kekakuan poros
Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup aman dalam
menahan pembebanan tetapi adanya lenturan atau defleksi yang terlalu besar
akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas), getaran mesin
(vibration) dan suara (noise). Oleh karena itu disamping memperhatikan
kekuatan poros, kekakuan poros juga harus diperhatikan dan disesuaikan
dengan jenis mesin yang akan ditransmisikan dayanya dengan poros tersebut.
3. Putaran kritis
Bila putaran mesin dinaikan maka akan menimbulkan getaran (vibration)
pada mesin tersebut. Batas antara putaran mesin yang mempunyai jumlah
putaran normal dengan putaran mesin yang menimbulkan getaran yang tinggi
disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor bakar, motor
listrik, dll. Selain itu, timbulnya getaran yang tinggi dapat mengakibatkan
kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jadi dalam perancangan
poros perlu mempertimbangkan putaran kerja dari poros tersebut agar lebih
rendah dari putaran kritisnya.
4. Korosi
Apabila terjadi kontak langsung antara poros dengan fluida korosif maka
dapat mengakibatkan korosi pada poros tersebut, misalnya propeller shaft
pada pompa air. Oleh karena itu pemilihan bahan-bahan poros (plastik) dari
bahan yang tahan korosi perlu mendapat prioritas utama.
C. Material poros
Material yang biasa digunakan dalam membuat poros adalah carbon
steel (baja karbon), yaitu carbon steel 40 C 8, 45 C 8, 50 C 4, dan 50 C 12.
Namun, untuk poros yang biasa digunakan untuk putaran tinggi dan beban
yang berat pada umumnya dibuat dari baja paduan (alloy steel) dengan proses
pengerasan kulit (case hardening) sehingga tahan terhadap keausan. Beberapa
diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom nikel molebdenum, baja
khrom, baja khrom vanadium, dll. Sekalipun demikian, baja paduan khusus
tidak selalu dianjurkan jika alasannya hanya karena putaran tinggi dan
pembebanan yang berat saja. Dengan demikian perlu dipertimbangkan dalam
pemilihan jenis proses heat treatment yang tepat sehingga akan diperoleh
kekuatan yang sesuai.

3. II. Menghitung Daya Pada Poros
1. Pembebanan tetap (constant loads)
.: Untuk Poros yang hanya terdapat momen puntir saja
Dimana :
T = Momen puntir pada poros,
J = Momen Inersia Polar,
r = jari-jari poros = do/2,
τ = torsional shear stress
 Untuk poros solid (solid shaft), dapat dirumuskan :
Sehingga momen puntir pada poros adalah:

4.  Sedangkan momen inersia polar pada poros berongga (hollow shaft) digunakan :
Dimana do dan di adalah diameter luar dan dalam
Sehingga didapat :
Dengan mensubstitusikan, di/do = k
Maka didapat,
Daya yang ditransmisikan oleh poros dapat diperoleh dari :
Dimana : P = daya (W), T = moment puntir (N.m), N = kecepatan poros (rpm)
Untuk menghitung sabuk penggerak (belt drive), dapat digunakan :
Dimana :
T1 dan T2 : tarikan pada sisi kencang (tight) dan kendor (slack).
R = jari-jari pulley

5. .: Untuk Poros yang hanya terdapat bending momen saja
Dimana :
M = momen lentur pada poros, I = momen inersia, O = bending momen, y = jari-jari
poros = d/2
 Untuk poros solid (solid shaft), besarnya momen inersia dirumuskan :
Setelah disubtitusikan didapatkan persamaan :
 Sedangkan untuk poros berongga (hollow shaft), besarnya momen inersia dirumuskan
:
Sehingga :

6. .: Untuk Poros dengan kombinasi momen lentur dan momen puntir
Jika pada poros tersebut terdapat kombinasi antara momen bending dan momen puntir
maka perancangan poros harus didasarkan pada kedua momen tersebut. Banyak teori
telah diterapkan untuk menghitung elastic failure dari material ketika dikenai momen
lentur dan momen puntir, misalnya :
 Maximum shear stress theory atau Guest’s theory: Teori ini digunakan untuk
material yang dapat diregangkan (ductile), misalnya baja lunak (mild steel).
 Maximum normal stress theory atau Rankine’s theory: Teori ini digunakan untuk
material yang keras dan getas (brittle), misalnya besi cor (cast iron).
Terkait dengan Maximum shear stress theory atau Guest’s theory bahwa besarnya
maximum shear stress pada poros dirumuskan :
Dengan mensubtitusikan nilai 𝜎b dan τ, didapat:
Pernyataan dikenal sebagai equivalent twisting moment yang disimbolkan
dengan . Sehingga dapat disimpulkan bahwa :
Selanjutnya, berdasarkan maximum normal stress theory, didapat :
Dengan cara dan proses yang sama seperti sebelumnya, maka akan didapatkan

7. 2. Pembebanan berubah-ubah (fluctuating loads)
Pada pembahasan sebelumnya telah dijelaskan mengenai pembebanan tetap
(constant loads) yang terjadi pada poros. Dan pada kenyataannya bahwa poros
justru akan mengalami pembebanan puntir dan pembebanan lentur yang
berubah-ubah. Dengan mempertimbangkan jenis beban, sifat beban, dll. yang
terjadi pada poros maka ASME (American Society of Mechanical Engineers)
menganjurkan dalam perhitungan untuk menentukan diameter poros yang dapat
diterima (aman) perlu memperhitungkan pengaruh kelelahan karena beban
berulang.
Dalam hal ini untuk momen puntir digunakan factor koreksi Kt dan untuk
momen bending digunakan factor koreksi Km. Sehingga persamaan untuk Te
dan Me menjadi,
Tabel 1 :factor koreksi

8. 3. Menentukan nilai safety factor
Untuk menentukan safety factor (ns) pada poros, kami menggunakan metode
Pugsley. Penentuan safety factor (ns) dengan menggunakan metode Pugsley dapat
ditentukan melalui persamaan:
dimana :
nsx= safety factor untuk karakteristik A,B, dan C
A = kualitas material, pembuatan, perawatan, dan pemerikasaan
B = kontrol dari beban berlebih yang diberikan ke alat
C = ketelitian dari analisa beban, data percobaan atau mengalami kemiripan dengan
alat yang sejenis.
nsy= safety factor untuk karakteristik D dan E
D = Bahaya ke manusia
E = Dampak Ekonomi
Tabel 1.1 memberikan harga nsx untuk berbagai kondisi A,B, dan C. Untuk
menggunakan tabel ini, digunakan beberapa karakterisrik untuk keterangan-
keterangan seperti Very Good (vg), Good (g), Fair (f), atau Poor (p). Tabel 1.2
memberikan harga nsy untuk berbagai kondisi D dan E. Untuk menggunakan tabel
tersebut, digunakan salah satu karekteristik seperti Very serious (vs), Serious (s),
atau Not serious (ns). Menempatkan harga dari nsx dan nsy dalam persamaan diatas
menghasilkan harga safety factor.
Penentuan harga A, B, C, D, dan E:
 A = vg, karena poros merupakan salah satu komponen terpenting
 B = g, karena poros hanya menerima beban yang konstan.
 C = g, perhitungan yang akurat dalam merancang poros. Akan tetapi banyak
variable yang tidak diketahui sehingga banyak menggunakan asumsi
 D = vs, karena tidak ada factor yang membahayakan bagi pengguna.
 E = ns, karena tidak ada perkara hukum.

9. Tabel 1.1
Karakteristik safety faktor A, B, dan C
vg = very good
g = good
f = fair
p = poor
Tabel 1.2
Karakteristik safety faktor D dan E
ns = not serious
s = serious
vs = very serious

10. Referensi:
Khurmi, R.S. dan J.K. Gupta. 1982. A Text Book of Machine Design. Ram Nagar-New
Delhi. Eurasia Publishing House
Hamrock, dkk. 1999. Fundamentals of Machine Element . Singapore. Mc Graw-Hill