element mesin

BAB VI SAMBUNGAN ULIR

Ulir adalah suatu bentuk tertentu yang berupa alur miring (helix) yang kontinyu pada permukaan silindris. Sambungan ulir dimaksudkan untuk memasang elemen konstruksi mesin agar terhindar dari gerakan antara sesamanya. Pembahasan topik ini antar lain bentuk ulir, pemeriksaan kekuatan dan pemilihan standar ulir.

6.1 PERISTILAHAN PADA ULIR




Gambar 6.1 Nama bagian ulir

Peristilahan yang sering dijumpai pada ulir antar lain:
Jarak bagi (pitch), ialah jarak antara ulir yang satu dengan ulir berikutnya.
Kisar (lead) ialah jarak antara ulir yang satu dengan ulir yang lain dalam satu lilitan.
Untuk ulir tunggal, kisar = 1 x pitch
Untuk ulir ganda, kisar = 2 x pitch
Untuk ulir triple, kisar = 3 x pitch


Gambar 6.2 Ulir tunggal, ganda dan tripel
Ulir dapat juga berupa ulir kanan dan ulir kiri, dimana ulir kanan akan bergerak maju bila diputar searah jarum jam, dan ulir kiri akan maju bila diputar berlawanan putaran jarum jam.

Gambar 6.3 Ulir kiri dan ulir kanan

Diameter inti (core diameter), ialah diameter terkecil pada ulir.
Diameter mayor, ialah diameter terbesar atau terluar pada ulir.
Diameter jarak bagi (pitch diameter), ialah diameter antara diameter inti dan diameter terluar.

6.2 JENIS JENIS ULIR
Berdasarkan bentuk profil penampang, ulir dapat dibedakan menjadi ulir segitiga, persegi, trapesium, gigi gergaji dan bulat. Bentuk persegi, trapesium dan gigi gergaji pada umumnya dipakai untuk penerus daya, sedangkanulir bulat dipakai untuk menghindari kemacetan saat pemasangan dari kotoran. Bentuk segi tiga banyak dipakai untuk pengikatan.

Gambar 6.4 Jenis profil ulir

Menurut jarak bagi, ulir segi-3 diklasifikasikan menjadi ulir kasar, ulir lembut dan ulir sangat lembut. Seri ulir kasar dipakai untuk keperluan umum seperti baut dan mur. Seri ulir lembut dipakai pada bagian-bagian yang sangat tipis dan banyak getaran. Penggolongan menurut bentuk kepalanya yaitu: segi enam, soket segi enam, kepala persegi. Baut dan mur dapat dibagi menjadi :
• Baut untuk pemakaian khusus (b. pondasi, b. penahan, b. mata/ kait dan b. kereta).
• Sekrup mesin
• Sekrup penetap
• Mur
• Baut penjepit (baut tembus, baut tap, baut tanam).
Jenis – jenis sekrup tersebut ditunjukkan pada gambar berikut ini.
• Baut penjepit (baut tembus, baut tap, baut tanam).

Gambar 6.5 Baut penjepit

• Baut untuk pemakaian khusus (b. pondasi, b. penahan, b. mata/ kait dan b. kereta).


Gambar 6.6 Macam-macam baut untuk pemakaian khusus

• Sekrup mesin


a. macam kepala bulat alur silang b. macam kepala beralur lurus
b. macam kepala beralur lurus d. macam kepala rata alur silang
c. macam panci
Gambar 6.7 Macam-macam baut sekrup mesin
• Sekrup penetap




Gambar 6.8 Sekrup penetap
• Mur

Gambar 6.9 Macam-macam mur

Tabel 6.1 Ukuran standar ulir kasar metris

6.3 PEMILIHAN BAUT DAN MUR
Pemilihan baut dan mur yang digunakan untuk pengikat dimaksudkan untuk mencegah kecelakaan atau kerusakan pada konstruksi mesin. Gaya yang bekerja pada baut dapat berupa:
- Beban statis aksial murni
- Beban aksial bersama dengan puntira
- Beban geser
- Beban tumbukan aksial
Jenis-jenis kerusakan pada baut antara lain putus karena tarikan, putus karena puntiran, tergeser dan ulir lumur atau dol. Bentuk-bentuk kerusakan ditunjukkan seperti gambar dibawah.

Gambar 6.10 Bentuk kerusakan pada ulir

6.4 PEMBEBANAN AKSIAL MURNI
Misal beban tarik aksial murni sebesar W kg, diameter inti baut d1 [mm], maka tegangan tarik yang terjadi, t adalah:
t =
dengan:
a = tegangan tarik ijin bahan baut
Harga a tergantung dari macam bahan, misal SS, SC atau SF.
SS = baja untuk konstruksi biasa, sebagai contoh:
SS 41 B, B = 40 kg/mm2
55 50 B, B = 50 kg/mm2

Gambar 6. 11 Pembebanan aksial pada ulir
B = tegangan tarik maksimum
SC = baja karbon
SF = baja karbon tempa
Jika difinis tinggi, angka keamanan 6  8
Jika difinis biasa, angka keamanan 8  10
Contoh material untuk baut dan mur dapat dilihat pada tabel 2. Harga a = , misal bahan S35C mempunyai tegangan tarik maksimum = 50 kg/mm2, maka tegangan tarik ijin bahan baut bila difinis tinggi, a = = 6,25 kg/mm2. Tegangan geser ijin,
a = ( 0,5  0,75) a.

Tabel 6.2 Bahan untuk baut



6.5 TEGANGAN KONTAK PERMUKAAN
Selain tegangan tarik pada inti ulir, pada permukaan ulir yang berkaitan juga timbul tegangan tekan. Tegangan tekan yang terjadi:

dengan:
h = tinggi profil yang menahan gaya
z = jumlah lilitan ulir
d2 = diameter efektif ulir baut
W = beban aksial
qa = tekanan kontak ijin
Harga tekanan kontak ijin dari beberapa bahan dapat diberikan pada tabel berikut.

Tabel 6.3 Tegangan kontak ijin dari beberapa bahan


Bila persamaan tegangan tekan diatas dipenuhi maka ulir tidak akan lumur. Ulir yang baik, h  75 % dari kedalaman penuh. Jumlah ulir Z, dan tinggi mur H (mm) dapat dihitung dari persamaan :
Z =
H = Z x p
dengan:
p = jarak bagi ulir
Menurut standar, H = (0,8 – 1) d

6.6 TEGANGAN GESER PADA ULIR
Akibat beban tarikan W akan mengakibatkan juga tegangan geser pada ulir dalam maupun luar. Tegangan geser pada ulir luar, b =



Geseran pada ulir
(1) Ulir luar
(2) Ulir dalam







Gambar6. 12 Pembebanan geser pada akar ulir

Tegangan geser pada ulir dalam, n adalah :
n =
dengan:
b = tegangan geser pada baut (ulir luar) n = tegangan geser pada mur (ulir dalam)
k = 0,84 j = 0,75

6.7 PEMBEBANAN GESER
Bila baut menerima beban geser murni W kg, maka tegangan geser yang terjadi ,  adalah :
 =

Tegangan geser yang terjadi masih dapat diterima selama tidak melebihi harga tegangan geser yang diijinkan (a).

CONTOH SOAL
1. Hitung beban tarik yang masih mampu ditahan oleh baut M30 bila material baut mempunyai tegangan tarik ijin 420 kg/mm2.
Penyelesaian :
Spesifikasi ulir M30 dari tabel didapatkan : diameter terluar 30 mm, diameter inti d1 = 26,211 mm. Beban tarik yang masih mampu ditahan adalah sebesar :
W = a . = 2266,24 kg.
2. Baut mata digunakan untuk mengangkat beban sebesar 60 kN. Tegangan tarik ijin baut tidak lebih dari 100 N/mm2. Tentukan diameter nominal baut yang aman bila jenis ulir yang digunakan adalah ulir metris kasar.

Gambar 6.13 Baut mata


Penyelesaian :
a = W/(/4.d12)
100 = 60000/(/4.d12), akan diperoleh d1 = 27,64 mm.

Dari tabel ulir kasar metris diperoleh :
Diameter inti standar yang mendekati = 29,211 mm
Maka diameter nominal (terluar) adalah d = 33 mm, atau M33.


3. Dua buah poros disambung dengan kopling flen untuk memindahkan torsi sebesar 250 kg-cm. Kopling diikat dengan 4 buah baut dengan radius lingkar baut 3 cm. Hitung ukuran baut metris bila tegangan geser ijin baut 300 kg/cm2.
Penyelesaian :
T = jumlah baut x gaya tangensial x radius lingkar
= 4 x Ft x d/2

250 = 4 x Ft x 3/2
Ft = kg
Tegangan geser =
300 =
(d1)2 = cm2 = 1,8 mm2.
Dari tabel ulir, diperoleh ukuran M4.


SOAL-SOAL

1. Hitung beban tarik untuk baut M20 dan M36. Beban baut dianggap tidak ada tegangan awal (pengencang), tegangan tarik ijin baut 2000 kg/cm2.

2. Baut mata menerima beban tarik sebesar 1000 kg. Tentukan ukuran baut jika tegangan tarik ijin tidak melebihi 1000 kg/cm2.

3. Silinder mesin uap mempunyai garis tengah 30 cm. Tekanan uap dalam silinder 7 kg/cm2. Jika tutup silinder diikat dengan 12 baut, tentukan ukuran baut tersebut, ambil tegangan tarik ijin baut 200 kg/cm2. Tegangan pengikatan tidak diperhitungkan.


4. Hitung ukuran empat belas baut yang kuat untuk mengikat tutup silinder mesin uap. Diameter silinder 400 mm dan tekanan uap 0,12 N/mm2. Tegangan tarik ijin baut 35 N/mm2.





CONTOH SOAL
1. Hitung beban tarik yang masih mampu ditahan oleh baut M30 bila material baut mempunyai tegangan tarik ijin 420 kg/mm2.
Penyelesaian :
Spesifikasi ulir M30 dari tabel didapatkan : diameter terluar 30 mm, diameter inti d1 = 26,211 mm. Beban tarik yang masih mampu ditahan adalah sebesar :
W = a . = 2266,24 kg.
2. Baut mata digunakan untuk mengangkat beban sebesar 60 kN. Tegangan tarik ijin baut tidak lebih dari 100 N/mm2. Tentukan diameter nominal baut yang aman bila jenis ulir yang digunakan adalah ulir metris kasar.

Gambar 6.13 Baut mata


Penyelesaian :
a = W/(/4.d12)
100 = 60000/(/4.d12), akan diperoleh d1 = 27,64 mm.

Dari tabel ulir kasar metris diperoleh :
Diameter inti standar yang mendekati = 29,211 mm
Maka diameter nominal (terluar) adalah d = 33 mm, atau M33.


3. Dua buah poros disambung dengan kopling flen untuk memindahkan torsi sebesar 250 kg-cm. Kopling diikat dengan 4 buah baut dengan radius lingkar baut 3 cm. Hitung ukuran baut metris bila tegangan geser ijin baut 300 kg/cm2.
Penyelesaian :
T = jumlah baut x gaya tangensial x radius lingkar
= 4 x Ft x d/2

250 = 4 x Ft x 3/2
Ft = kg
Tegangan geser =
300 =
(d1)2 = cm2 = 1,8 mm2.
Dari tabel ulir, diperoleh ukuran M4.


SOAL-SOAL

1. Hitung beban tarik untuk baut M20 dan M36. Beban baut dianggap tidak ada tegangan awal (pengencang), tegangan tarik ijin baut 2000 kg/cm2.

2. Baut mata menerima beban tarik sebesar 1000 kg. Tentukan ukuran baut jika tegangan tarik ijin tidak melebihi 1000 kg/cm2.

3. Silinder mesin uap mempunyai garis tengah 30 cm. Tekanan uap dalam silinder 7 kg/cm2. Jika tutup silinder diikat dengan 12 baut, tentukan ukuran baut tersebut, ambil tegangan tarik ijin baut 200 kg/cm2. Tegangan pengikatan tidak diperhitungkan.


4. Hitung ukuran empat belas baut yang kuat untuk mengikat tutup silinder mesin uap. Diameter silinder 400 mm dan tekanan uap 0,12 N/mm2. Tegangan tarik ijin baut 35 N/mm2.




Jawab:
1. Diket:
Spesifikskasi ulir M20 : diameter terluar = 20,00= 20 mm, d1 = 17,294 mm
M36 : diameter luar = 36 mm, d1 = 31,67 mm
a= 2000 kg/ cm2
Ditanyakan:
W?
Jawab:
W1= a.π/4.d12
W1= 2000x 3,14/4 x 17,2942 = 469559,424 kg

W2= 2000x 3,14/4 x 31,672= 1574692,573 kg




2. Diket :
W= 1000 kg
a= 1000kg/cm2
Ditanya:
D1?
Jawab:
W= a.π/4.d12
1000= 1000x 0,785 x d12
D12= 1000/ ( 1000 x 0.785 ) = 1,273
D1= Г1273 = 1,128 cm: 11,28 mm= M12


3. Diket :
D= 30 cm
W = 7 kg
Jumlah baut = 12
a = 200 kg/cm2
Ditanya;
D1?
Jawab=
W=a.π/4.d12
7 = 200.0,785.d12
D12= 7/ 200.0,785= 0,044
D1=Г0,044= 0,21 cm= 2,1 mm = M4

4. Diket :
Jumlah baut = 14 buah
D2= 400mm
a = 35 N/mm2
W = 0,12 N/mm2
Jwab=