PERHITUNGAN KEKUATAN SPI POROS PADA PENGUJIAN MODEL KAPAL

Transkripsi

1 Perhitunan Kekuatan Si Poros ada Penujian Model Kaal (Suyadi) PERHITUNGAN KEKUATAN SPI POROS PAA PENGUJIAN MOEL KAPAL Strenth Calculation of Shaft Pin by Model Testin Suyadi 1 1 Balai Teknoloi Hidrodinamika, Surabaya. suyadi1suyadi@mail.com iterima: 23 November 2015; irevisi: 18 esember 2015; isetujui: 1 Maret 2016 Abstrak Pasak terbuat dari baja lunak ( mild steel), berfunsi sebaai enunci yan disisikan diantara oros dan roeller aar keduanya tersambun denan asti sehina mamu meneruskan momen untir/torsi, oleh sebab kajian teknis tentan besarnya aya, torsi dan teanan dierlukan dalam memrediksi kekuatan dan umur akai asak tersebut. Untuk mendaatkan kekuatan asak dan umur akai asak tersebut dilakukan analisa ada roses uji self roulsion dimana variabel yan diilih adalah utaran mesin yan meruakan arameter sanat berenaruh terhada erubahan aya, torsi dan teanan. Hasil enelitian ini menunjukkan bahwa untuk roses uji self roulsion Kaal Patroli Ceat 60 meter, ada utaran mesin 2813 rm dan 3043 rm asak beroerasi ada kondisi normal, sedankan ada utaran mesin 1213 rm asak beroerasi ada kondisi ektrim dimana torsi yan timbul 43 Nm sehina aya yan diikul oleh asak 8601 N, menhasilkan teanan sebesar 44.2 Ksi dan umur akai asak 70 hari oerasional asak atau 3.5 bulan kalender. Kata kunci: aya, torsi, teanan, oros model roeller, asak Abstract Pes made of soft steel (mild steel), serves as a lock that is inserted between the shaft and roeller so that they connect with certainty so that they can ass on the torque/torque, because of technical studies on the manitude of force, torque and tension needed to redict the strenth and lifesan The es. To ain strenth and lifesan e es the analysis on the rocess of self-roulsion test where the selected variables are enine seed is very influential arameter to chane the style, torque and strain. The results showed that for the test rocess of self roulsion vessel Fast Patrol 60 Meter, at rm of the enine rotation, es oerate under normal conditions, while the enine turns 1213 rm es oerate in the extreme condition which is resultin torque is about 43 Nm and the es has 8601 N internal force, The resultin strain of 44.2 Ksi and lifesan es e 70 oeratin days or 3.5 months of the calendar. Keywords: force, torque, stress, roeller model shaft, es PENAHULUAN Pada fasilitas work sho di Balai Teknoloi Hidrodinamika Surabaya (BTH) dilenkai mesin frais berfunsi untuk membuat alur ada oros dan roeller. Pembuatan alur alur tersebut untuk menematkan asak, sehina asak berfunsi menhubunkan antara baian enerak (oros) dan roeller, oros model balin balin yan meruakan funsi utama dari elaksanaan model uji self roulsion. Keuntunan enunaan asak adalah mudah untuk diasan dan ukurannya telah distandarkan diameter oros, asak jua terasan ada lokasinya secara akurat mudah dileas dan dierbaiki. Kekuranan enunaan asak adalah 13

2 tidak bisa menahan ererakan aksial dan memunkinkan terjadinya backlash dan beban imak, karena adanya rona antara asak, oros dan roeller, untuk menhilankan efek tersebut, diunakan skru enencan dan diasan ada roeller 90º terhada asak. Poros roeller berfunsi untuk memindahkan atau meneruskan tenaa dari transmisi ke roeller sehina roeller bisa berutar. Poros dibuat dari ia baja atau stainlees steel yan memiliki ketahanan terhada aya untiran atau benkok. Material asak harus lebih lunak (memiliki kekuatan mulur lebih kecil) dibandinkan marerial oros dan roeller. Standar enelomokan asak berdasarkan bentuk dan dimensinya. Pasak aralel berenaman sei emat denan tini dan lebar konstan ada arah memanjan, Gambar 1.(a). Pasak mirin memunyai lebar konstan denan tini bervariasi secara linier ada arah memanjan denan kemirinan 1/8 inch er foot dan diasan ada alur mirin samai terkunci Gambar 1.(b). Pasak woodruff berbentuk setenah linkaran denan lebar konstan, diasan ada alur asak yan jua berbentuk setenah linkaran Gambar 1.(c). doron kebawah ( trust force), F t, bekerja ada aris normal yaitu teak lurus terhada benda kerjasehina timbul momen bendin. maka kedua aya tersebut erlu dianalisa untuk menetahui besarnya teanan yan terjadi untuk menetahui batas oerasional asak, aar bekerja denan aman sehina kerusakan ada asak daat terhindarkan. Gambar 2. Gaya ada oros dan asak ASAR TEORI Poros roeller meruakan salah satu baian terentin dari instalasi enerak kaal. Putaran mesin ditransmisikan ke roeller melalui asak yan diasan ada oros, maka asak sanat memenaruhi kerja mesin bila terjadi kerusakan. Bila direncanakan oros tersebut mamu memindahkan daya sebesar P ( kw) denan utaran (n) rm, maka sudah baran tentu asak yan akan direncanakan tersebut jua harus mamu meneruskan daya dan utaran, sehina besar torsi (T) yan bekerja ada oros yaitu: T = 60.P (N.m) (1) π2.n atau T = 16π τ d 3 (2) Gambar 1. Macam macam asak Menurut ASME, definisi asak adalah elemen mesin yan bersifat bisa dibonkar asan. Aabila asak diasan ada alurnya akan memunyai keunaan untuk mentransmisikan torsi antara oros dan roeller. Oleh sebab itu asak harus dibuat halus denan ketelitian tini sesuai denan Standart Nasional (SN) dan ISO ( Internasiona Standard Oranisation) untuk menurani terjadinya imak dan backlash.. Gaya-aya yan bekerja ada asak dan oros seerti dierlihatkan Gambar 2. F adalah aya tanensial berua aya eser yan terjadi ada asak,sehina timbul torsi ada asak, aya dimana : n d τ = daya yan akan diindahkan (watt) = utaran dalam (rm) = iameter oros = Teanan untir yan diizinkan untuk bahan oros Gambar 3. Contoh dimensi asak 14

3 alam erencanaan asak, besar torsi yan terjadi lebih besar dari torsi yan harus diindahkan yaitu : T = k. T (3) dimana : T = Torsi untuk erencanaan asak T = Torsi yan bekerja ada oros k = Faktor erencanaan = 1.25 s/d 1.5 Bila diameter oros serta Torsi untuk erencanaan asak telah diketahui, maka aya kelilin yan bekerja ada asak daat dicari yaitu : F = T (4) d/2 dimana : d = diameter oros alam erencanaan asak, ada dua kemunkinan asak tersebut rusak atau utus : a. Putus akibat aya eser b. Putus akibat tekanan bidan Bila asak tersebut dierhitunkan kemunkinan utus akibat aya eser maka : 䘀 㴀 䄀 耀 F = L. 戀 耀 dimana : A = Luas enaman kemunkinan utus tereser A = L. b L = anjan asak b = lebar asak = Teanan eser yan diizinkan untuk bahan 耀 asak ari ersamaan (4) dan (6) dieroleh: T.2/d= L.b. 耀 T = L. b. d/2. 耀 (5) (6) (7) (8) Bila dierhitunkan kemunkinan rusak akibat tekanan bidan: F = A. 脀 (9) dimana : = Teanan bidan yan diizinkan untuk bahan 脀 asak A = Luas bidan asak yan menekan/bersinunan terhada bidan oros A = L.t/2 F = L.t/2. 脀 dimana : T = F.d/2 T = L.t/2. d/2. 脀 (10) Bila asak harus mamu menahan aya eser dan aya tekan, maka dari ersamaan (3) dan (4) dieroleh: L. b.d/2. 耀 = L.t/2. 脀 = t/2 脀 b. 耀 耀 = t/2.b. 脀 (11) Untuk ukuran lebar dan tebal asak biasanya sudah distandarisasi maka hasil erhitunan harus diilih ukuran yan ada ada standarisasi. Bila hasil erhitunan, ukurannya tidak ada yan cocok dalam tabel asak, maka ukuran asak yan diambil adalah ukuran yan lebih besar. i bawah ini dicantumkan ukuran lebar dan tebal asak, sesuai denan standart yan diasaran Tabel 1. Standart asak menurut IS: 2292 dan 2293 i a m e t e r P e n a m a na s ak o r o s ( m m L e b a r ( m T e b a l ( m Pemilihan bahan oros dan asak erlu diketahui untuk menentukan umur asak, ada umumnya asak terbuat dari baja lunak yaitu baja karbon rendah AISI 1020 Low carbon steel,seerti ditunjukan ada Tabel.2 sedankan oros terbuat dari baja karbon tini,seerti ditunjukan ada Tabel.3 Tabel 2. Proerties teanan untuk material baja AISI 1020 low carbon steel bahan asak (Roylance, 2008) Mechanical roerties Metric Imerial Tensile Strenth,Ultimate 394,72 MPa si Tensile Strenth,Yield 294,74 Ma si Tabel 3. Proertiesteanan untuk material baja SAE-AISI 1020 (S20C,C22,G10200) carbon steelbahan oros (Roylance, 2008) Mechanical roerties Metric Imerial Tensile Strenth,Ultimate 450 MPa si Tensile Strenth,Yield 370 Ma si METOOLOGI Metodoloi yan diakai berdasarkan ada Studi ustaka dan enamatan laanan enamatan tersebut dimaksudkan untuk mendaatkan dimensi 15

4 asak denan ermukaan halus dan untuk mendaatkan umur akai asak ada roses uji self roulsion, rosedur enamatan meliuti : 1. Pemilihan bahan oros roeller (stainless steels) SAE-ASI 1020 carbon steel dan asak 1020 low carbon steel yan ada diasaran 2. ilakukan erhitunan matematis untuk analisa teanan denan variable utaran dinamo meter. berdasarkan hasil erhitunan dari ersamaan (1) s/d (11). HASIL AN PEMBAHASAN Pembuatan asak ada model oros roeller untuk enujian kaal di Laboratorium BTH yan dikerjakan ada benkel mekanik, material asak terbuat dari baja karbon rendah dan bahan oros roeller terbuat dari baja karbon tini (AISI 1020). imana ada roses embuatan alur ada oros dan roeller menunakan mesin frais, sedankan embuatan asak ersei anjan denan enaman bujur sankar dilakukan denan kerja banku (manual). Tabel 4. Perhitunan aya,torsi dan teanan 1213 rm Hasil erhitunan 2831 rm 3043 rm F 8601 N 3684 N 3425 N T 43 Nm Nm Nm τ σ 153.1Ma 22.1 Ksi Ma 44.2 Ksi Ma 9.50 Ksi Ma 19 Ksi 61.1 Ma 8.82 Ksi 122 Ma Ksi Gambar 4. Grafik S N (Ateia, 2009) avid Roylance (2008) Ksi Ksi Pada uji self roulsion KPC 60 PAL dieroleh data dimensi asak adalah anjan 14 mm, lebar 4 mm dan tini 4 mm, diameter model oros roeller 10 mm, utaran oros (1213 rm, 2831 rm dan 3034 rm), daya mesin 3640 watt. Perhitunan dibuat denan menimlementasikan Persamaan (1) s/d (11) maka hasilnya hasil yan dieroleh dierlihatkan ada Tabel 4. Untuk memudahkan embahasan, maka dibuatkan Tabel 4 yan menunjukkan erhitunan dan enamatan laanan. enan variabel utaran mesin, sehina didaat aya, torsi, teanan eser dan teanan bidan. Pada Tabel 4, rafik S-N, dieroleh data yaitu untuk utaran mesin 2831 rm didaat teanan 19 ksi, untuk utaran 3043 rm teanan dari resultan aya 17,58 ksi, jadi roses uji self roulsion ada kedua utaran tersebut berjalan normal karena osisinya masih berada dibawah aris rafik S N steel Sedankan untuk utaran mesin 1213 rm, osisinya memoton rafik S-N denan nilai teanan 44.2 ksi (Tabel 4). Penunaan uji self roulsion di BTH rata-rata emakainnya 4 jam/hari denan utaran mesin 1213 rm maka didaat umur asak 70 hari, ini berarti asak beroerasi ada kondisi ekstrim, hal tersebut menyebabkan asak menjadi atah/rusak. Maka disarankan ada roses uji self roulsion tersebut menunakan utaran mesin diatas 1213 rm. KESIMPULAN Untuk melakukan ekerjaan self roulsion ada uji oros model roeller, hal yan harus dierhatikan adalah terjadinya teanan ada asak karena enaruh utaran dari mesin dinamo meter yan daat menyebabkan rusaknya asak atau asak menjadi atah. Untuk emilihan material oros model roeller berua baja stainles dan jenis asak yaitu HSS/1020, maka disarankan untuk memilih utaran mesin diatas 1213 rm. Karena ada utaran tersebut torsi yan dihasilkan oleh dinamometer sanat besar (43 Nm) sehina aya aya yan diikul oleh asak sanat besar (8601 N). Hal ini akan memenaruhi umur akai dari asak. Untuk keceatan utaran 1213 rm tersebut, asak menalami teanan kerja sebesar 44.2 ksi, berarti melebihi batas teanan luluh materialnya yaitu sebesar ksi. Untuk kondisi ekstrim ini asak sanu beroerasi hina 70 hari kerja atau 3.5 bulan kalendar. Sekiranya erlu jua dilakukan enelitian lebih lanjut tentan enaruh torsi,aya dan teanan ada asak terhada utaran mesin dinamometer yan menyebabkan asak menjadi atah sebelum umur akai terlamaui. 16

5 AFTAR PUSTAKA Amstead, B. H., dkk. (1977). Manufacturin Processes, John Wiley and Sons, New York. Anton, C. N. (2012). Toleransi dan Suaian. htt://teknik-manufaktur.blosot.co.id. Ateia, Alaa A. (2009). Manufacturin. Processes II 3 rd Materials Enineerin. htts:// nufacturin-processes-cuttin-tool. Paryanto. (2000). Proses Pembubutan Loam. htt://staff.uny.ac.id/sites/default/files/(ppt)%20 Materi%202.%20Proses%20Kerja%20Bubut%20 (Turnin).df. Rochim, Taufiq. (1993). Teori dan Teknoloi Proses Pemesinan, Lab. Teknik Produksi, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITB. Roylance, avid. (2008). Mechanical Proerties of Material. MIT. Tim Fakultas Teknik Mesin Universitas Neeri Yoyakarta. (1997). Modul Menerinda Pahat dan Alat Poton. Perhitunan Kekuatan Si Poros ada Penujian Model Kaal (Suyadi) 17

6 Halaman Koson 18