Belajar CNC

Pemrograman CNC

1.1 Ruang Lingkup Mesin-mesin Non-Konvensional

Industri manufaktur dewasa ini menuntut kecepatan produksi yang tinggi akibat persaingan global. Kecepatan produksi, akurasi dan kepresisian juga sangat dituntut sebagai bentuk kualitas produk. Oleh karena itu, mesin-mesin non-konvensional telah menggantikan peranan mesin-mesin konvensional yang semakin dirasakan keterbatasannya. Beberapa jenis mesin non-konvensional antara lain mesin dengan erosi bunga api (Electrical Discharge Machining), mesin dengan berkas laser (Laser Beam Machining), mesin dengan jet air (Water Jet Machining) mesin pemotong (Wire Cut Machining), mesin ukur koordinat CMM (Coordinate Measuring Machine), mesin Plasma Arc, mesin CNC dan lain-lain.

Mesin-mesin tersebut di atas dinamakan mesin-mesin perkakas berbasis pengendali/pengontrol numeris atau NC (Numerical Control) yang memerlukan berbagai perangkat lunak berupa program dalam pengoperasiannya, misalnya program Sistem Operasi (Operating System), program-program Kelengkapan (Utility Programs), dan program-program Aplikasi Khusus (Special Application Programs) bagi komputer pengontrolnya.

Mesin-mesin CNC merupakan kelompok mesin yang digolongkan sebagai mesin-mesin non-konvensional karena dalam pengoperasiannya dikendalikan melalui program yang diakses dengan komputer. Di era komputerisasi ini mesin-mesin perkakas berbasis komputer kemajuannya sangat pesat karena dituntut untuk mampu membuat produk dengan kecepatan produksi yang tinggi dengan ketelitian dan kualitas yang maksimal. Saat ini penggunaan mesin-mesin CNC sudah bukan sesuatu yang asing bagi dunia Industri, karena mesin tersebut merupakan asset vital yang digunakan dalam proses produksi untuk menghasilkan produk massal atau pembuatan komponen-komponen lainnya yang memerlukan tingkat ketelitian (accuracy) dan kepresisian (precision) yang tinggi.

Teknologi komputer yang digunakan dalam proses produksi meliputi perangkat keras dan lunak (hardware dan software) yang dirangkaikan dengan mesin sedemikian rupa untuk memproses data masukan dan sebagai alat pengendali pergerakan tools dari mesin perkakas serta merupakan pengontrol proses sistem permesinan secara keseluruhan yang sangat akurat dan presisi, sehingga mesin-mesin non-konvensional ini dapat bekerja dengan produktif dan penggunaannya lebih fleksibel.

Mesin-mesin non-konvensional yang digunakan pada proses permesinan (Manufacturing Process) dimulai dari penanganan bahan baku seperti pemotongan bahan, proses pengerjaan produk, sampai dengan proses finishing dan pengukuran dimensi produk. Penggunaan mesin-mesin modern seperti ini sangat berbeda dengan mesin-mesin konvensional, karena mesin-mesin ini dapat bekerja secara mandiri atau dilengkapi dengan peralatan bantu seperti robot menjadi satu set mesin produksi (Machining Cell).

Beberapa machining cell dapat digabung dengan peralatan transportasi otomatik atau peralatan mekanik lainnya menjadi suatu sistem terpadu yang lebih fleksibel. Sistem terpadu ini diterapkan pada industri-industri manufaktur modern yang dikenal dengan nama FMS (Flexible Manufacturing System).

Konsep dasar dari proses produksi dalam suatu industri manufaktur modern dimulai dari ide/konsep suatu produk dituangkan ke dalam perancangan teknik (Engineering Design) yang diikuti dengan penggambaran atau drafting, dimana proses perancangan teknik dan drafting termasuk dalam kelompok CAD (Computer Aided Design). Selanjutnya dibuat perencanaan proses (Process Planning) dan penjadwalan (Scheduling) yang dikelompokkan ke dalam CAPP (Computer Aided Process Planning) baru kemudian dilakukan proses permesinan (Manufacturing Process). Produk yang dihasilkan harus melalui pemeriksaan kualitas (Quality Control) sebelum dijual ke pelanggan atau pasar. Siklus proses produksi tersebut dapat dilihat urut-urutannya dalam gambar berikut.

CAD

 CAPP

 CAM

 CAD : Computer Aided Design (Drafting)

CAPP : Computer Aided Process Planning

CAM : Computer Aided Manufacturing

Gambar 1.1 Siklus Produk (Product Cycle)

Produk yang dihasilkan tidak selamanya harus baru, akan tetapi umumnya merupakan modifikasi dari produk-produk sebelumnya. Dalam hal ini dikenal 4 (empat) jenis tahapan dalam proses produksi, yaitu:

1. Imitasi

2. Modifikasi

3. Inovasi

4. Invensi

Imitasi, adalah tahapan tiruan produk asli yang umumnya dilakukan dengan cara membuat produk sejenis dengan karakteristik yang diusahakan sama dengan produk aslinya. Pembuatan produk imitasi secara massal terutama ditujukan untuk alih teknologi dan memenuhi kebutuhan pasar akan produk-produk dengan harga yang lebih murah (industri manufaktur di negara China, Korea, dan Taiwan).

Modifikasi, adalah tahapan perbaikan produk sebelumnya agar menjadi produk yang lebih baik. Perbaikan-perbaikan yang dilakukan untuk mengatasi kekurangan-kekurangan produk sebelumnya menyangkut segi bentuk atau dimensi maupun fungsi dari produk tersebut.

Inovasi, adalah tahapan pengembangan baru atau terobosan baru, berdasarkan produk yang sudah mengalami perbaikan atau modifikasi, akan tetapi produk tersebut lebih disempurnakan lagi sehingga pengembangan pembuatan produk baru ini dapat dapat melahirkan suatu produk dengan sistem baru, seperti penggunaan secara manual menjadi otomatis.

Invensi, adalah tahapan pembuatan produk yang baru samasekali, belum pernah dibuat sebelumnya, dan biasanya teknologi produk baru ini memiliki keunggulan jauh lebih baik dibandingkan produk sebelumnya. Produk temuan baru ini pada umumnya didaftarkan pada Paten industri.

1.2 Pengertian mesin-mesin CNC

Pengertian singkat mesin CNC dapat kita lihat dari arti CNC itu sendiri, yakni ComputerNumerically Controlled sehingga dapat diartikan sebagai suatu mesin yang dikontrol oleh komputer dengan menggunakan bahasa pemograman numerik (angka dan huruf) sebagai perintah gerakan.

Mesin CNC adalah mesin perkakas yang pengoperasiannya dikendalikan melalui program yang diakses dengan komputer. Secara garis besar program permesinan berupa input datayang diolah pada software komputer diteruskan ke unit pengendali yang berfungsi mengubah sinyal elektronik menjadi gerakan mekanis, kemudian gerakan tersebut diteruskan ke mesin perkakas untuk melakukan operasi permesinan.

Untuk mengoperasikan mesin CNC diperlukan suatu pengetahuan bahasa pemrograman yang dimengerti oleh mesin CNC itu sendiri karena mesin CNC tidak memahami bahasa manusia. Oleh karena itu, kita harus menyusun data masukan secara teratur dalam bahasa pemrograman yang dipahaminya agar mesin CNC dapat memproses informasi data yang diberikan.

Pengoperasian mesin CNC akan berjalan secara otomatis dari awal hingga selesai apabila kita memasukkan data pemrograman dengan benar, karena semua data yang masuk akan tersimpan di memori komputer. Data-data program yang dimasukkan adalah data program perintah gerakan permesinan yang telah tersusun dengan bahasa pemrograman yang benar. Bahasa pemrograman yang digunakan berupa bahasa numerik, yaitu kombinasi huruf dan angka yang dikeluarkan oleh pabrik pembuat mesin CNC tersebut.

Pemrograman yang dibuat bermakna kita memberikan data kepada computer yang dapat dipahami olehnya. Dengan kata lain, kita menyuapi computer, menyusun data dalam urutan yang teratur dan dalam bahasa pemrograman yang dikenali dan dipahaminya sehingga dapat memproses data tersebut.

Gambar 1.2 Pengoperasian mesin CNC menggunakan bahasa pemrograman

1.3 Sejarah Perkembangan

Tahun 1952 adalah awal penggunaan mesin perkakas yang dikendalikan dengan program yang dikenal dengan NC (Numerically Controlled). Dimulai di Amerika Serikat oleh John Pearson dan Massachusset Institute of Technology yang bekerja untuk US Air Force pada tahun 1970 merupakan era baru dalam perkembangan mesin NC tersebut.

Seiring dengan perkembangan teknologi semikonduktor/mikroprosesor, maka berkembang pula sistem kendali/kontrol yang diterapkan. Selanjutnya terciptalah sistem kendali yang berbasis komputer yang kemudian dikenal dengan nama mesin CNC (Computerized Numerically Controlled Machine). Berbeda dengan pendahulunya, pada mesin-mesin CNC ini telah digunakan mikroprosesor yang dapat mengakses data jauh lebih banyak dan lebih cepat.

Perkembangan selanjutnya dikenal mesin-mesin DNC (Direct Numerically Controlled) dan ANC (Adaptive Numerically Controlled) yang lebih canggih dan terintegrasi untuk produksi massal pada indusrtri-industri besar.

Pada awal perkembangannya, mesin-mesin CNC merupakan mesin yang tergolong langka dan sangat mahal harganya, akan tetapi saat ini penggunaan mesin-mesin CNC di industri manufaktur cenderung semakin meluas. Hal ini dikarenakan:

· Tuntutan kualitas produksi

· Tuntutan produktivitas

· Harga mesin yang semakin murah

Dibandingkan dengan mesin perkakaks konvensional yang digerakkan secara manual atau semi otomatis maka mesin CNC mempunyai beberapa kelebihan, antara lain:

· Teliti (accurate)

· Tepat (precision)

· Luwes (flexibility)

· Cepat (productive)

Sama halnya dengan mesin perkakas konvensional, banyak ragam mesin CNC sesuai dengan fungsi serta proses permesinan yang dilaksanakan antara lain:

1. Mesin Bubut (Turning)

2. Mesin Frais (Milling)

3. Mesin Cutter (Boring)

4. Mesin Bor (Drilling)

5. Mesin Gerinda (Grinding) dsb

Dewasa ini telah banyak pabrik pembuat mesin yang mengeluarkan produk mesin CNC dengan berbagai merek misalnya:

1. EMCO (Austria)

2. SIEMEN, FANUC PFAUTER (Jerman)

3. MIKRON RISCHKA CSEPEL (Hungaria)

4. TOYODA MITSUBISHI NISSINBHO (Jepang)

5. CELTIC (Belgia) dsb

Bahkan Indonesia pun sudah merintis pembuatan mesin CNC, hasil kerjasama antara PT. PINDAD dan FANUC. Produknya adalah mesin CNC dengan merek dagang FANUC.

Mesin CNC Emco buatan negara Austria, secara garis besar terdiri dari:

1. Unit Pelatihan (Training Unit) yaitu:

a. Compact 5

b. TU-2A

c. TU-3A

2. Unit Produksi (Production Unit), yaitu:

a. Kecil: 1). ET-120

2). VMC-100

b. Menengah: 1). PU-2A dan PU-3A

2). ET 242 dan VMC 200

c. Besar: 1). ET 360

2). VMC 400 dsb

Pada materi pembelajaran mata kuliah Teknik Produksi PNC-I ini pembahasan dibatasi pada mesin CNC turning dan milling Training Unit (TU-2A dan TU-3A), sedangkan pembahasan mesin CNC turning dan milling Production Unit (ET-120/242 dan VMC 100/242) dibahas pada mata kuliah Teknik Produksi PNC-II.

1.4 Prinsip Kerja dan Komponen Utama Mesin CNC

Secara garis besar prinsip kerja mesin CNC meliputi 3 (tiga) bagian utama, yaitu (1) program permesinan, berupa input data yang tersusun dan teratur sebagai perintah gerakan pahat untuk diolah pada software komputer sesuai bahasa pemrograman mesin yang selanjutnya diteruskan ke bagian (2) unit pengendali, yang berfungsi mengubah sinyal elektronik menjadi gerakan mekanis, kemudian gerakan tersebut diteruskan ke bagian (3) mesin perkakas, untuk mengeksekusi gerakan pahat berupa operasi permesinan.

Masukan berupa input data pemrograman diproses pada bagian penyimpan data kemudian keluaran data melalui prosesor. Bila dilakukan proses permesinan dengan menekan tombol start, maka pada bagian memori Eprom akan memberikan sinyal ke prosesor untuk diteruskan ke memori Ram. Setelah data tersimpan pada Ram diteruskan ke prosesor yang berfungsi mengontrol dan mengkoordinir data, selanjutnya diteruskan ke unsur keluaran antar komponen berupa sinyal elektronik yang diubah menjadi gerakan mekanis yang tertentu sesuai data pemrograman, seperti besar dan arah putaran spindel utama, pergerakan eretan membawa pahat dan seterusnya ke alamat (adress) yang dituju, yaitu titik-titik koordinat sumbu X dan Y untuk mesin turning, atau koordinat sumbu X, Y, dan Z untuk mesin milling. Setelah selesai mengeksekusi satu blok program, maka data selanjutnya dikonfirmasi ke prosesor untuk mengeksekusi blok program berikutnya sampai semua data masukan diselesaikan.

Sebagai ilustrasi, gambar berikut menjelaskan secara kronologis proses pengoperasian mesin CNC yang dimulai dari masukan data sampai eksekusi program per blok yang ditandai dengan tampilan pembacaan digital pada monitor.

Gambar 1.3 Prinsip pengoperasian mesin CNC

Komponen utama mesin CNC terdiri atas 2 (dua) bagian besar yaitu bagian mekanik dan bagian pengontrol/pengendali.

1. Bagian Mekanik

Adalah semua komponen mekanis yang fungsi utamanya berkaitan langsung dengan proses permesinan. Komponen tersebut antara lain kepala tetap, kepala lepas, landasan mesin, eretan, motor penggerak, pemegang pahat, poros penghantar, unit transmisi dan sebagainya.

2. Bagian Pengontrol

Adalah komponen mekanis yang fungsi utamanya untuk mengendalikan dan mengatur berlangsungnya proses permesinan. Terdiri atas panel kontrol dengan berbagai saklar dan tombol yang berfungsi antara lain mengaktifkan mesin, memutar dan mengatur putaran spindel utama, menggerakkan eretan, memutar tool turret, membuat dan mengontrol program, mengatur pelayanan disket dan sebagainya.

Fungsi-fungsi di atas dapat dilaksanakan karena adanya peralatan elektronika di dalam panel berupa modul-modul papan rangkai (board). Modul-modul tersebut antara lainCPU board, main spindle board, power supply board, step motor board, disk drive board dan sebagainya

Bagian di dalam komputer yang terpenting adalah CPU (Central Processing Unit) karena disinilah semua masukan diproses. Selain CPU ada bagian penting lain bernama memori yang berfungsi sebagai tempat menyimpan data. Terdapat dua jenis memori:

1. Rom/Eprom (Read Only Memory/Erasable Programmable Read Only Memory) adalah tempat untuk menyimpan data secara permanen sehingga tidak mudah hilang.

2. Ram (Random Access Memory) adalah tempat menyimpan data sementara, yaitu data-data yang akan diakses.

Stamping Proses

Pengenalan Stamping Process

 

Bekasi, 13 Mei 2014

Pada proses proses produksi pembuatan komponen-komponen kendaraan, dari Raw Material sampai keluar menjadi barang jadi, material tersebut harus melewati berbagai tahapan proses. Salah satunya adalah proses Pengepresan (Stamping).
Pada dasarnya proses pengepresan atau stamping mengunakan teknik tumbukan yaitu dengan menekan / menumbuk suatu material (blank material) pada suatu mesin menjadi bentuk yang diinginkan. Yang dimana mesin press adalah mesin yang menompang sebuah landasan dan sebuah penumbuk, sebuah sumber tenaga, dan suatu mekanisme yang menyebabkan penumbuk bergerak lurus dan tegak menuju landasanya. Untuk menghasilkan kualitas pengepresan yang baik, perlu adanya alat-alat pendukung dalam melakukan proses produksi.

Alat-alat pendukung mesin press antara lain :

a. Dies
Adalah suatu cetakan yang digerakan oleh mesin press untuk menekan atau mengepress bahan / material untuk menghasilkan barang yang sesuai dengan contoh / Gambar Part.
Proses pembengkokan dan pemotongan pada mesin press haruslah sesuai dengan standar yang ada di perusahan. Begitu juga pada saat pemasangan Dies itu sendiri.

Langkah-langkah dalam pemasangan Dies adalah sebagai berikut :

1.     Masukan Dies dari roller “dies in”, pastikan kalau selector switch dalam keadaan mati “OFF’.
2. Sesuaikan tinggi stroke terhadap dies, pasang safety block
3. memasang safety block diatas die, hal ini dilakukan untuk menjaga error pada mesin.
4. Memasang dan mengencangkan baut atas dan bawah kemudian menaikannya ke 0 derajat atau titik mati atas.
5. Melakukan putaran bebas satu sampai tiga kali, disini tidak boleh ada post guide yang beradu.
6. Melakukan produksi percobaan, setelah diperiksa hasilnya bagus maka dies siap untuk memproduksi.
Cetakan atau dies dapat digolongkan baik menurut jenis spesifikasi operasi mesin press maupun menurut jenis cetakannya. Penggolongan sederhana yang mencakup jenis cetakan dari dies itu sendiri adalah sebagai berikut:

PROSES PEMBENTUKAN

Proses pembentukan adalah proses dimana logam ditekan dengan tekanan yang besar sampai dengan batas kemampuan parts tersebut berubah bentuk seperti yang diinginkan. Dies dapat dikelompokan lagi menjadi :
a. Draw
Yaitu suatu proses pembentukan material. Draw ini merupakan proses awal pada mesin press / stamping sebelum di lanjutkan ke proses-proses berikutnya. Untuk proses draw ini bisa dilakukan untuk 2 kali proses.
b. Bending
Yaitu suatu proses penekukan part yang hanya dilakukan satu kali per stroke.
c. Flange
Yaitu sutu proses penekukan material yang lebih dari satu pada setiap strokenya.
d. Curling
Yaitu suatu proses pembentukan diameter.
e. Burring
Yaitu suatu proses penekukan keliling pada bagian dalam lubang.
f. Stamp
Proses yang dilakukan dalam stamp ini sama dengan Draw tetapi dalam stamp sendiri tidak menggunakn cushion.
g. Bulge
Yaitu suatu proses pembesaran dari diameter pipa.

 2.     PROSES PEMOTONGAN

Proses pemotongan adalah proses dimana material di potong sesuai dengan ukuran yang diinginkan agar material tersebut dapat dikerjakan kedalam proses berikutnya. Proses pemotongan ini dikelompokan lagi menjadi :
a. Cutting
Yaitu suatu proses pemotongan material yang masih berbentuk lembaran (blank material)
b. Trim
Yaitu sutu proses pemotongan material pada bagian tepi. Biasanya proses ini adalah lanjuyan dari proses sebelumnya seperti draw, stamp dan sebagainya.
c. Pierce
Yaitu suatu proses pembuatan lubang pada material.
d. Cam Trim / Pierce
Sama seperti proses pierce tetapi pada proses ini pembuatan lubang yang di lakukan dari samping material.
e. Separate
Yaitu suatu proses pemotongan pelat menjadi 2 bagian.
f. Slit
Yaitu suatu proses penyobekan sebagian material.
g. Nocthing
Yaitu suatu proses pemotongan sebagian material atau sebuah coakan kecil.

Sebelum kita melakukan pengoperasian mesin press, kita diharuskan untuk melakukan pengecekan-pengecekan agar operasi mesin berjalan dengan lancer. Adapun pengecekan yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Memompa grease handpump sebanyak tiga sampai empat kali, grease ini tidak boleh kosong karena berfungsi untuk melumasi bagian-bagian mesin.
2. Sebelum menghidupkan main motor, selector switch harus dalam posisi off, kemudian pada indicator harus pada posisi titik mati atas.
3. Pengecekan pada portable switch, pada pengecekan ini selector switch pada posisi inch dan gerak stroke harus sampai titik mati atas.
4. Atur tekanan “pressaure gauge” untuk air balancer.
5. Slide adjust meter tidak boleh melewati batas atas dan batas bawah.

Elemen Mesin " Perhitungan Pembebanan Pada Poros "

Perhitungan Pembebanan Pada Poros

9 Mei 2014

Shaft

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.

Jenis-Jenis Poros

A. Berdasarkan pembebanannya

• 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.
  
• Poros Gandar
  
  Poros gandar merupakan poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang. Poros gandar tidak menerima beban puntir dan hanya mendapat beban lentur.
  
• 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.
  

B. Berdasarkan bentuknya

• Poros lurus
  
• Poros engkol sebagai penggerak utama pada silinder mesin
  

Sifat-Sifat Poros Yang Harus Diperhatikan

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

D. Perhitungan 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:

 

• 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

.: 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 :

.: 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

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

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.

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

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