PUNTIRAN A. pengertian Puntiran adalah suatu pembebanan yang penting. Sebagai contoh, kekuatan puntir menjadi permasalahan pada poros-poros, karena elemen deformasi plastik secara teori adalah slip (geseran) pada bidang slip, modulus kekakuan adalah konstanta yang penting, yang diperoleh dari pengujian puntir (dalam banyak kasus). Deformasi puntiran tidak menunjukkan tegangan uniform pada potongan lintang seperti halnya pada deformasi lenturan. Untuk mendapat deformasi puntiran dengan tegangan yang uniform perlu dipergunakan batang uji berupa silinder tipis. Gambar. Batang Silindris dengan Beban Puntiran Patahan karena puntiran dari bahan getas terlihat pada arah kekuatan tarik, yaitu pada 45 C terhadap sumber puntiran, sedangkan bagi bahan yang liat patahan terjadi pada sudut tegak lurus terhadap sumbu puntiran setelah gaya pada arah sumbu terjadi dengan deformasi yang besar, dari hal tersebut sangat mudah menentukan keliatan dan kegetasan.
Puntiran dapat terjadi secara murni atau bersamaan dengan beban aksial, momen lentur dan gaya lintang. Puntiran murni dapat terjadi misalnya pada batang-batang poros mesin. Batang-batang ini kebanyakan berpenampang lingkaran. Sedangkan pada struktur bangunan, misalnya puntiran terjadi pada balok pinggir atau balok luifel, kolom pada bangunan gedung akibat pembebanan horisontal, jembatan lengkung dan lain sebagainya. Batang-batang ini biasanya berpenampang persegi, T, I atau box. Gambar 5.1 memperlihatkan contoh batang-batang yang mengalami puntiran. Sekarang kita tinjau sebuah batang prismatis berpenampang lingkaran masiv yang menerima puntiran yang saling berlawanan arah pada kedua ujungnya, seperti diperlihatkan pada Gambar 5.2. Akibat puntiran, penampang akan berputar terhadap sumbu longitudinal batang. Puntiran ini menyebabkan salah satu ujung batang berputar terhadap Iainnya.
Sebelum membahas tentang tegangan-tegangan akibat puntiran tersebut, ada beberapa asumsi khususnya untuk batang yang homogen berpenampang Iingkaran atau tabung, yaitu: Potongan datar yang tegak lurus terhadap sumbu batang akan tetap datar setelah mengalami puntiran. Akibat lanjut dan asumsi ini adalah tidak akan terjadi regangan geser pada bidang-yang sejajar dan melalui sumbu batang. Adanya puntiran, potongan datar ini akan tetap rigid, sehingga regangan geser berbanding lurus dengan jaraknya dan sumbu batang. Gambar. Batang berpenampang lingkaran menenma puntiran
B. Puntiran Poros Berpenampang Lingkaran. Akibatpuntiranmurnipadaporosberpenampanglingkaranadalahtimbulnyate gangangesermurnidalambahan.bilaporosdibagimenjadiduabagianolehbidang transversal khayal, akanterlihatbahwapermukaan-permukaan pada kedua pihak daribidan gini cenderung berputar, relatif yang dianggap terdiri dari lapisanlapisan tipis transversal yang jumlahnya tak terhingga, masing-masing relative berputar sedikit terhadap lapisan berikutnya bila torsi diberikan, akibatnya poros akan terpuntir. Pergerakan angular salah satuujung relative terhadap yang lain disebut sudut puntiran. Tegangan puntir disebabkan oleh momen puntir yang bekerja pada penampang batang. Dalam menganalisa tegangan puntir, momen torsi yang biasanya dinyatakan dalam vektor rotasi diubah menjadi vektor translasi dengan menggunakan aturan tangan kanan. Lipatan jari tangan menunjukkan arah vektor rotasi dan jari jempol menunjukkan vektor translasi.
Seperti halnya gaya aksial, tegangan puntir muncul (momen puntir ada) bila batang tersebut dipotong. Metode irisan tetap digunakan untuk mendapatkan momen puntir dalam, sehingga tegangan puntir dapat dicari. Momen puntir dalam ini yang akan mengimbangi momen puntir luas sehingga bagian struktur tetap dalam kondisi seimbang. Gambar 2.3 Poros yang mengalami Puntiran Untuk mencari hubungan antara momen puntir dalam dengan tegangan pada penampang batang bulat, perlu dibuatkan asumsi sbb: 1. Potongan normal tetap di bidang datar sebelum maupun sesudah puntiran. 2. Regangan geser berbanding lurus terhadap sumbu pusat. 3. Potongan normal tetapberbentukbulatselamapuntiran. 4. Batangdibebanimomenpuntirdalambidangtegaklurussumbubatang. 5. Teganganpuntirtidakmelebihibatasproporsional. 6. Tegangan geser berubah sebanding dengan regangan linear.
C. Hal-hal yang Mempengaruhi Kekuatan Material Terhadap Puntiran a. Panjang batang, semakin panjang batang yang dikenai beban puntir maka puntiran akan semakin besar b. Sifat-sifat material antara lain modulus geser, struktur material, dan jenis material. c. Luas penampang batang atau material dimana gaya puntir bekerja. d. Bentuk penampang batang yang dikenai puntiran. e. Arah gaya puntir pada batang
CONTOH SOAL d. Tegangan puntir / putar (Torsional stress) Terjadi di sepanjang struktur material elemen mesin yang dikenai momen puntir (M P ) atau torsi ( T ), akibat fungsinya dalam meneruskan daya putar ( P ). Besarnya tegangan yang terjadi ( P ) akan mencapai maksimum pada sisi terluar benda (dengan radius r ), terutama pada bagian ujung benda yang dijepit / ditahan (sejarak L dari titik tumpuan gaya). Sebaliknya, menjadi nol ( 0 ) pada sumbu benda dan pada titik tumpuan gaya. Hal ini dikarenakan, geseran pada struktur material benda searah radial (sudut geser ), bertambah besar sesuai dengan pertambahan jarak. Gambar : P maks. r P = 0 P maks M P = T Dengan demikian persamaan umum untuk tegangan puntir, adalah : M P / I P = P / r = G. / L Dimana : I P = Inersia polar, yang menyatakan kekuatan bentuk penampang bulat dalam menahan gaya putar atau torsi. = I xx + I yy = 64. d 4 + 64. d 4
= 32. d 4 I xx dan I yy = inersia benda pada sumbu x dan sumbu y. G = modulus geser / kekakuan (rigidity) material benda. Menyatakan sifat kekakuan material dalam menerima pembebanan puntir Dari persamaan umum tegangan puntir, akan diperoleh dua persamaan berikut : - Persamaan puntir berdasarkan kekuatan bahan : Dari : T I P = P d 2 T. 32 d 4 = P d 2 T = 16. P. d 3 - Persamaan puntir berdasarkan kekakuan bahan Adalah : T. 32 d 4 = G. L Untuk poros yang berlobang : - I P = maka 32. (d l 4 - d d 4 ), dengan r = d l 2 T = P. 32. (d l 4 - d d 4 ). 2 d l T = 16. P. d l 3 (1 k 4 ), dimana : k = d d d l
CONTOH- CONTOH SOAL TEGANGAN PUNTIR (PUTAR) : 1. Untuk pembebanan putar / puntir pada perancangan poros pejal ( tidak berlobang )
2. Untuk pembebanan putar / puntir pada perancangan poros berlobang (Hollow Shaft) :