Sabtu, 25 Juni 2011

Tugas Elemen Mesin 1


BAB I
 PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan zaman, maka semakin kompleks pula kebutuhan manusia di segala bidang. Dengan kompleknya ini mendorong manusia untuk terus mengembangkan Ilmu Pengetahuan dan Teknologinya. Sejumlah catatan sejarah mengenai para Ilmuwan yang telah berhasil menciptakan penemuan-penemuan yang sangat bermanfaat bagi manusia.  Penemuan-penemuan inilah yang kemudian dikembangkan teknologinya agar dapat memenuhi kebutuhan pasar dunia modern. Sejumlah penemuan telah diwujudkan dalam karya nyata, khususnya bidang permesinan baik mesin konvensional maupun non konvesional, bidang konstruksi mesin / bangunan seperti penggunaan sambungan baut dan mur; pengelingan; maupun sambungan las yang digunakan dalam penyambungan konstruksi-konstruksi tersebut. Khususnya dalam bab ini penulis hanya membahas mengenai penggunaan sambungan tetap dalam suatu konstruksi, yakni sambungan paku keling, khususnya untuk sambungan dua pelat yang dibebani. Dalam paper ini akan dijelaskan teori tentang sambungan paku keling dan perhitungan kekuatan kelingnya.
Tugas Elemen Mesin I ini sebagai bentuk aplikasi dari mata kuliah Elemen Mesin I, yang bertujuan agar mahasiswa Teknik Mesin dapat melakukan suatu perancangan konstruksi secara sederhana yang nantinya bermanfaat di lapangan kerja kelak.
Pengetahuan awal tambahan mengenai sambungan paku keeling kiranya dapat menambah dasar pengetahuan mengenai perancangan suatu konstruksi mesin ataupun bangunan, sehingga diharapkan para lulusan Teknik Mesin dapat menjadi teknisi atau konsultan handal di dalam masyarakat guna memenuhi pasar dunia yang semakin canggih akan teknologinya, dalam memenuhi kebutuhan manusia yang semakin modern dan komplek

I.2.       Tujuan dan Manfaat
I.2.1.    Tujuan Umum
·         Menerapkan dan mengaplikasikan Ilmu Pengetahuan mengenai elemen mesin dalam mata kuliah Elemen Mesin I.
·         Melatih mahasiswa dalam membuat suatu rancangan konstruksi mesin atau bangunan.

I.2.2.    Tujuan Khusus
Mahasiswa dapat :
·         Memilih material konstruksi yang tepat dengan penggunaan jenis sambungan paku keling.
·         Menghitung segala faktor-faktor yang dapat mempengaruhi konstruksi dengan penggunaan sambungan keling.
·         Menghitung kekuatan sambungan yang memenuhi persyaratan yang diizinkan.

I.2.3.    Batasan Masalah
Perancangan paku keling pada tiang  penahan atap dengan berat 7000kg dan tebal pelat 20mm dengan tegangan tarik izin 137,3 N/mm2   dan tegangan geser izinnya 109,8 N/mm²








BAB II
TEORI DASAR

II.1.     Sambungan Keling
Selama bertahun-tahun sambungan paku keling adalah satu-satunya cara praktis yang menghasilkan sambungan logam yang aman. Sambungan keling termasuk ke dalam jenis sambungan tetap atau permanen, yaitu sambungan yang tidak dapat dibuka kecuali dengan merusaknya. Proses penggunaan sambungan keling mengharuskan pembuatan lubang poros atau lubang bor yang kira-kira berukuran besar (1/16 inchi ; 1,5 mm).
Pemasangan bagian-bagian yang menggunakan paku semat (Drift Pin) untuk menyejajarkan lubang-lubang tersebut dan penggunaan satu atau lebih baut untuk menyatukan bagian-bagian tersebutuntuk sementara.
Pada hakekatnya, metoda pemasangannya adalah dengan memanaskan keling sampai berwarna merah jambu (kira-kira 980 0c) dan dimasukkan ke dalam lubang yang disejajarkan melalui ke beberapa bagian yang akan disambungkan. Salah seorang pekerja pemasang paku keling kemudian memakaikan sebuah batang pegang (Bucking Bar) dengan sebuah blok bentuk kepala (Head Die) kepada kepala paku keling yang dibuat untuk memegang paku keling di tempatnya dan untuk membentuknya. Seorang pekerja lainnya menggunakan poros penggerak tekan dengan sebuah blok bentuk kepala untuk menempa tangkai paku keling yang menonjol yang akan menghasilkan kepala lainnya. Operasi penempaan tersebut secara serempak mengerjakan kembali logam paku keling dan menyebabkan pembesaran tangki sampai hampir mengisi lubang besar tersebut. Pengerjaan kembali dan pembesaran tangkai ini bersama-sama dengan penyusutan paku keling panas tersebut, kebanyakan telah menghasilkan sambungan yang kuat. Konstruksi paku keling selama pendinginan ditahan oleh bahan sambungan dan akan mengembangkan tegangan dalam paku keling sehingga sebuah sambungan paku keling berada di tengah-tengah antara sebuah sambungan jenis gesekan dan sebuah sambungan jenis dukung. Sambungan ini meneruskan beban desain terutama melalui gesekan diantara plat-plat klem yang membuat sambungan tersebut. Sambungan paku keling telah mempunyai sejarah keberhasilan yang cukup panjang di bawah tegangan lelah (Fatique Stress) seperti sambungan rel kereta api.
Pemakaian paku keling ini digunakan untuk :
-          Sambungan kuat dan rapat, pada konstruksi boiler( boiler,  tangki dan pipa-pipa tekanan tinggi ).
-          Sambungan kuat, pada konstruksi baja (bangunan, jembatan dan crane ).
-          Sambungan rapat, pada tabung dan tangki ( tabung pendek, cerobong, pipa-pipa tekanan).
-          Sambungan pengikat, untuk penutup chasis ( mis ; pesawat terbang)
II.2.   Keuntungan dan kerugian sambungan paku keling.
Keuntungan
  1. Dapat menyerap getaran
  2. Dapat menyambung bahan yang berbeda
  3. Dapat menyambung bahan yang tipis
  4. Sambungan keling lebih sederhana dan murah untuk dibuat
  5. Pemeriksaannya lebih mudah
  6. Sambungan keling dapat dibuka dengan memotong kepala dari paku keling tersebut.
 Kerugian
  1. Kekuatan bahan berkurang dengan adanya lubang
  2. Konstruksi relative lebih mahal
  3. Terjadi pemusatan tegangan

II.3.     Macam-Macam Bentuk Kampuh Keling
Dewasa ini sambungan keling masih ditemukan pada  konstruksi baja dan bangunan logam ringan. Pada umumnya sambungan keling ini harus memindahkan gaya. Kampuh sambungan keling dapat dibuat menurut kebutuhan kekuatan dan kerapatan yang dikehendaki.
a.    Kampuh Berimpit
 




Gambar a.1. Kampuh Berimpit Dikeling Tunggal

Kampuh berimpit dibentuk dengan memperhimpitkan kedua pinggir pelat yang disambung kemudian dikeling. Kampuh berimpit biasanya untuk kekuatan kecil, sedang, dan sambungan yang hanya memerlukan kerapatan. Jika diperlukan kerapatan, antara kedua pelat diberi bahan perekat seperti kain rami yang dibasahi cat, gasket, dll.


 




Gambar a.2. Kampuh Berimpit Dikeling Ganda
b.    Kampuh Bilah Tunggal



 




Kampuh Bilah Tunggal dibuat untuk sambungan yang tidak mendapat gaya tarik terlalu besar, jika gaya tarik terlalu besar dapat menyebabkan lengkung bilah dan merenggangnya sambungan. Kampuh Bilah Tunggal ada yang dikeling tunggal, dikeling 2 baris atau 3 baris. 
c.    Kampuh Bilah Ganda


 






Kampuh Bilah Ganda banyak ditemukan untuk sambungan yang menghendaki kekuatan dan kerapatan pada tekanan tinggi., misalnya sambungan memanjang badan ketel uap.Kampuh Bilah Ganda, ada yang dikeling 2 baris atau 3 baris.
Bila paku keeling dapat diputus – geser pada suatu penampang saja, sambungan tersebut disebut potongan tunggal ;  sambungan plat-
plat ganda   disebut potongan ganda, karena kedua penampang paku keling dibebani.
Rusaknya sambungan paku keling itu karena berbagai sebab diantaranya:
  1. Gerakan pelat antara satu sama lain
  2. Patah pelat antara lubang paku keling pada baris yang sama
  3. Dalam praktek ternyata bahwa sudah mencukupi untuk membuat jarak sampai ke tepi pelat = (1,5……..2) d agar pelat tidak retak ke tepi.
  4. Dalam hal gaya. Tangkai paku keling yang bekerja pada tepi lubang menjadi terlalu besar, maka bahan pada dinding lubang mengalami perubahan bentuk.



II.4.     Macam – Macam Paku Keling
Bentuk dan ukuran paku keeling di bawah ini berdasarkan normalisasi DIN 101.
Tabel 1. Paku Keling Setengah Bulatan
Kepala Bulat

Ukuran Normal
         f a               f a
h                   h

                         i                        i            

Jenis A
Jenis B
D
  2     ¸ 37 mm
   2    ¸ 37 mm
f a
1,6    ¸  1,7 d
   1,7 ¸   1,8 d
H
0,6    ¸  0,7 d
   0,7 ¸   0,8 d
i
» 3d  ¸   10  d
 » 3d ¸ 10    d




Tabel 2. Paku Keling Panci
Kepala Tirus

Ukuran Normal
                      f a
          h
                     
                            d        i

D
2,6 ¸ 31 mm
f a
               » 1,6 ¸ 1,8 d
H
0,6 ¸ 0,7 d
i =
S S  + ( 1,5 – 1,7 ) d
     S S   = jumlah tebal plat di keling

 
 
 
Tabel 3. Paku Keling Terbenam
Kepala Persing

Ukuran Normal
    
     h
                        a
                       d         i

                                 h1
        h                  h1
                       a          
                       d             i
 


Jenis A
Jenis B
f a
» 1,6 d
» 1,6 ¸ 1,8 d
D
        2 ¸ 31 mm
 a ¸ 31 mm
A
60o ¸ 75o
   60o ¸ 75o
H
0,4 ¸ 0,6 d
    0,4 ¸ 0,6 d
h1
_
    0,6 ¸ 0,7 d

Tabel 4. Paku Keling Tapak
Kepala Slinder Datar

Ukuran Normal
f a
            h
                           d                         

d
2,3      ¸    6 mm
h
0,4      ¸     0,5 d
f a
                     1,5      ¸    2 d







Jenis Paku Keling
Diameter (mm)
Bentuk

Paku Keling Cembung

2  ¸  7

Paku Keling Eksplosif


Paku Keling Bulatan Datar                          


        > 8



Paku Keling Pipa Flen

      
         4  -   20


Paku Keling Braded Tabular



          4   -   20


II.5.     Macam Penggunaan Sambungan Paku Keling
Sambungan paku keling dapat digunakan untuk beberapa macam keperluan, yaitu :
  1. Sambungan kekuatan dalam konstruksi baja dan konstruksi logam ringan. Konstruksi bertingkat, jembatan, dan opesawat pengangkat.
  2. Sambungan kekuatan kedap dalam konstruksi ketel, yaitu ketel tangki, dan pipa dengan tekanan tinggi.
  3. Sambungan kedap untuk tangki, cerobong asap plate, pipa penurunan dan pipa aliran yang tidak bertekanan.
  4. Sambungan paku untuk pelat, yaitu konstruksi kendaraan dan peasawat udara. Sekarang ini hampir tidak ada perancangan paku keling yang digunakan dalam konstruksi yang dibuat berdasarkan pertimabangan teknik, baik dalam bengkel pembuatan maupun di lapangan, karena beberapa dasar pertimbangan berikut :
-          Upah buruh yang diasosiasikan dengan jumlah pekerja pemancang paku keling yang banyak.
-          Pemeriksaan teliti yang diperlukan untuk sambungan paku keling dan besarnya biaya yang terlibat dalam menggali keluar paku – paku keling yang tidak baik pemasangannya.
-          Perkembangan dan keterhandalan yang tinggi dari baut-baut berkekuatan tinggi.
-          Perkembangan dan keterhandalan yang tinggi dari pengelasan.
-          Tingkat bunyi yang tinggi yang diasosiasikan dengan pemancangan paku keling, yang tak akan diterima (dibiarkan) di bawah standar lingkungan yang berlaku sekarang dalam kebanyakan daerah perkotaan.

Konstruksi paku keling untuk jembatan jalan kereta api adalah diantara yang terakhir bertahan karena paku keling mempunyai tahanan lelah yang lebih tinggi daripada tahanan lelah yang dimiliki baut pada waktu dulu.

II.6.     Pemasangan Sambungan Paku Keling
Pemasangan (gambar 1) : pada pengelingan maka bagian-bagian yang akan disambungkan,, oleh keling  yang ditembuskan dan kemudian dipukul dengan pembentuk Dop (pembuat kepala) menjadi saling menekan erat. Dalam hal khusus, adalah keling dengan pemukulan panas sehungga batang kelingkarena pengerutan oleh pendinginan menjadi tegang sampai hampir mancapai batas leburnya. Pada pengelingan panas, maka batang keeling dipanaskan sampai pijar merah terang. Keling baja kecil (kira-kira sampai diameter 10 mm), dan juga keeling brass, tembaga, dan logam ringan dipukul dalam keadaan dingin. Lubang pada pelat harus dibordan ditembus lubang yang ditusuk hanya untuk pelat tipis)
Pengelingan dapat dengan paku tangan, palu udara atau mesin pengeling.
Palu cekung atau pembentuk dop








 



                                                                                                                       
            F                                                                                                  F   
                        Kepala Tetap                                               Kepala Penahan 

F
                                                                                                                        F
                                                Gambar 1. Pemasangan Suatu Sambungan Keling


II.6.   Rumus yang digunakan

1.    Kampuh Bilah Tunggal Dikeling Tunggal








 











Bila paku tersebut mendapat pembebanan seperti terlihat pada gambar, maka seluruh penampang dari paku tersebut akan putus tergeser bila tidak mampu menahan gaya luar yang diberikan pada kedua ujung plat tersebut.
Tegangan yang terjadi pada penampang bahan yaitu :
Tegangan Geser :
                       
Bila diameter paku adalah (d), maka luas penampang yang akan putus adalah :
                       
Sehingga :
                       

Maka diameter paku keling :
                       

Untuk menentukan ukuran plat yang sesuai yaitu :
Bila tebal plat (t) dan lebar plat (b), maka plat tersebut akan putus tertarik, bila tidak mampu menahan gaya luar yang diberikan. Sehingga tegangan yang terjadi pada penampang plat yaitu tegangan tarik.
                                            dimana : = tegangan tarik izin
                                                                                        F =  gaya luar yang bekerja
                                                                                        A = luas penampang plat yang akan putus.
Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah :
            A = ( b – d ) t
Maka :            


2.    Kampuh Bilah Tunggal Dikeling Tunggal Satu baris


Bila kampuh bila tunggal dikeling tungga satu baris seperti terlihat pada gambar. Dimana tegangan yang terjadi, pada paku keling yaitu :
                                   
Plat tersebut akan terpisah bila gaya luar (F) mampu memutuskan kedua luas penampang paku. Bila jumlah paku (z) buah maka plat tersebut akan terpisah jika gaya (F) luar tidak mampu memutuskan sebanyak luas penampang paku.








 














Untuk luas penampang paku yang akan putus pada sistem pada sistem sambungan jenis ini sama dengan jumlah paku yang dipergunakan ( z = n) yaitu :
            A = n x luas penampang paku yang putus.
           
Sehingga :
                       
Maka diameter paku keling :
                       



Untuk menentukan ukuran plat yang sesuai yaitu :
Bila tebal plat (t) dan lebar plat (b), jarak antara masing-masing sumbu paku (p), dan jumlah paku dalam satu baris (z), maka plat tersebut akan putus tertarik, bila tidak mampu menahan gaya luar yang diberikan. Sehingga tegangan yang terjadi pada penampang plat yaitu tegangan tarik.


                                            dimana : = tegangan tarik izin
                                                                                        F =  gaya luar yang bekerja
                                                                                        A = luas penampang plat yang akan putus.
Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah :
            A = ( b – z.d ) t,          dimana b = z.p
            A = ( z.p – z.d) .t   jadi           A = z ( p – d) .t
Maka :            
Biasaya harga              P = 3.d + 5 (mm)











3.    Kampuh bilah tunggal dikeling ganda.










 












           

                                               

Untuk jenis sambungan kampuh bilah tunggal di keling ganda seperti terlihat pada gambar, maka kedua plat tersebut terpisah bila mampu memutuskan dua baris penampang, jika jumlah paku (n) buah maka paku terasabut akan putus tergeser, maka yang terjadi pada bahan adalah tegangan geser

A = n x luas penampang paku yang putus.
           
Sehingga :
                       
Maka diameter paku keling :
                       
Untuk menentukan ukuran plat yang sesuai yaitu :
Bila tebal plat (t) dan lebar plat (b), jarak antara masing-masing sumbu paku (p), dan jumlah paku dalam satu baris (z1), maka plat tersebut akan putus tertarik, bila tidak mampu menahan gaya luar yang diberikan. Sehingga tegangan yang terjadi pada penampang plat yaitu tegangan tarik.

                                            dimana : = tegangan tarik izin
                                                                                        F =  gaya luar yang bekerja
                                                                                        A = luas penampang plat yang akan putus.
Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah :
            A = ( b – z1.d ) t,         dimana b = z1.p
            A  ( z1.p – z1.d) .t   jadi           A = z1 ( p – d) .t
Maka :            
Biasaya harga              P = 3.d + 5 (mm)




4.    Kampuh Bilah Ganda Dikeling Tunggal









 




















Sistem penyambung kampuh  bilah berganda dikeling tunggal seperti terlihat pada gambar, maka kedua plat tersebut akan terpisah, bila gaya luar mampu memutuskan dua luas penampang setiap paku keling tersebut, maka banyak luas penampang  paku yang akan di putus   ( n ) adalah :
            n = 2. z
Karena paku tersebut putus tergeser , maka tegangan gesernya adalah :

A = n x luas penampang paku yang putus, oleh karena n = 2.z maka :
           
Sehingga :
                       


Maka diameter paku keling :
                       
Menentukan lebar minimal plat.
Pada sistem sambungan ini , kemungkinan plat yang putus tertarik yaitu plat yang akan di sambung  itu sendiri (plat bagain tengah ) . bila lebar plat (b) dan tebal (t) serta jarak antara sumbu paku (p), maka luas penampang plat yang akan putus bila jumlah paku dalam satu baris (z1) adalah :

                                            dimana : = tegangan tarik izin
                                                                                        F =  gaya luar yang bekerja
                                                                                        A = luas penampang plat yang akan putus.
Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah :
            A = ( b – z1.d ) t,         dimana b = z1.p
            A  ( z1.p – z1.d) .t   jadi           A = z1 ( p – d) .t
Maka :            
Biasaya harga P = 3.d + 5 (mm)




 










BAB III

PERENCANAAN SAMBUNGAN KELING PADA TIANG PENYANGGA ATAP BANGUNAN

Data Teknis :
* Tebal plat (t) = 20mm
* Beban maksimal pada anak tangga = 7000 kg
    F = massa x gaya gravitasi
        = 7000 kg x 9.8 m/s²
        = 68600
* Baja ST37
* Tegangan Tarik Izin () = 137,3 N/mm2  
* Tegangan Geser Izin () = 109,8 N/mm²

Perhitungan :
·         Untuk 2 buah paku keling.
a. )       Diameter paku keling
=  = 19.9 mm = 20 mm
b.)        Jarak antara paku
                                    p = 3. d + 10 (mm)      = 3 (20) + 10 = 70 mm
            Periksa ;
68.6N/mm2 < 137,8 N/mm2 ---- Aman

c.)         Lebar plat yang dibutuhkan :
b = z . p          
   = 2 .(70mm) =  140 mm










·         Untuk 4 buah paku keling.


a. )       Diameter paku keling
=  = 14.1 mm = 14 mm
b.)        Jarak antara paku
                                    p = 3. d + 10 (mm)      = 3 (14) + 10 = 52 mm
            Periksa ;
45.13N/mm2 < 137,8 N/mm2 ---- Aman

c.)         Lebar plat yang dibutuhkan :
b = z . p          
   = 4 .(52mm) = 208  mm


·         Untuk 6 buah paku keling.


a. )       Diameter paku keling
=  = 11.5 mm = 12 mm
b.)        Jarak antara paku
                                    p = 3. d + 12 (mm)      = 3 (14) + 12 = 46 mm
            Periksa ;
33.62N/mm2 < 137,8 N/mm2 ---- Aman

c.)         Lebar plat yang dibutuhkan :
b = z . p
   = 6 .(46mm) = 276 mm




·         Untuk 8 buah paku keling

a. )       Diameter paku keling
=  = 9.97 mm = 10 mm
b.)        Jarak antara paku
                                    p = 3. d + 10 (mm)      = 3 (10) + 10 = 40 mm
            Periksa ;
28.58N/mm2 < 137,8 N/mm2 ---- Aman

c.)         Lebar plat yang dibutuhkan :
b = z . p
   = 8 .(40mm) =  320 mm

















BAB IV

 PENUTUP


3.1.Kesimpulan
v   Pemilihan material  kontruksi sambungan keling pada tiang penyengga atap bangunan harus  disesuaikan dengan jenis pembebanan.
v   Adapun hal – hal yang mempengaruhi perhitungan kontruksi pada  sambungan      keling :
a.       Diameter paku keling
Pemilihan diameter paku keling tergantung dari tebal plat   yang              digunaskan . Ukuran diameter paku keling harus lebih besar dari   tebal plat.
b.    Jumlah paku keling
 Penentuan jumlah paku keling dapat ditentukan berdasarkan   tegangan geser  yang diizinkan.
c.    Tebal plat.
d.    Besarnya beban yang diberikan.

v    Kontruksi sambungan paku keling  pada tiang dianggap aman apabila tegangan  geser pada paku keling nilainya lebih kecil daripada tegangan geser,dalam hal ini sudah kami uji.

3.2.Saran - Saran
Untuk mendapatkan hasil yang maksimun dari perencanaan kekuatan sambungan paku keeling, diperlukan perhitungan yang berulang-ulang dan pemilihan bahan yang sesuai dengan memperhatikan faktor-faktor yang mempengaruhi keamanan kekuatan sambungan paku keling tersebut dalam suatu konstruksi.



DAFTAR PUSTAKA


G. Niewmann , Maschinen-Elemente

Ir. Zainun Ahmad, Msc . , Elemen Mesin I

Ferdinand L.Singen dan Andrea Pytel , Strength of Materials










Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Tolong tuliskan pendapatnya ya? Terima kasih