Download file di http://rumah-belajar.org

1. BAB VIII
PERANCANGAN ULIR DAYA DAN SAMBUNGAN BAUT
8.1. Pendahuluan
Perancangan suatu peralatan atau mekanisme yang menggunakan “baut-mur”
sepertinya adalah salah satu aspek perancangan elemen mesin yang paling sederhana.
Tetapi dalam aplikasi di dunia nyata, keberhasilan dan kegagalan suatu peralatan sering
sekali ditentukan oleh kesempurnaan pemilihan dan penggunaan sistem sambungan
baut-mur. Penggunaan sambungan (baut-mur, rivet, dll) sangat banyak digunakan dalam
dunia mechanical, sehingga bisnis desain dan manufaktur “baut-mur” ini sangat dominan,
baik dari kuantitas maupun perputaran uang didalamnya. Sebagai contoh, sebuah
ht
pesawat Boeing 747 menggunakan 2,5 juta sambungan (fastener). Tipe dan jenis
tp
sambungan dalam dunia komersial sangat banyak variasinya. Dalam diktat ini,
://
pembahasan akan dibatasi dalam design dan pemilihan sambungan konvensional
menggunakan ulir, baut, mur dll.
ru
Ulir dapat digunakan untuk (1) memegang/mengencangkan dua komponen atau
m
lebih, dan (2) memindahkan beban/benda. Fungsi yang pertama sering disebut
ah
pengencang (fastener) dan yang kedua dikenal dengan nama ulir daya (power screw atau
-b
lead screw). Sebagai fastener, konstruksi ulir dapat menerima beban tensile, shear,
maupun keduanya.
el
aj
8.2. Terminologi, klasifikasi dan Standard
ar
Karena variasi jenis ulir (screw & thread) sangat banyak, maka perlu
distandardkan untuk menjamin sifat “interchangeabity”. Ada dua standard yang banyak
.o
diadopsi yaitu UNS (Unified National Standard) yang digunakan di Inggris, Canada dan
rg
Amerika serikat; dan Standard Internasional ISO yang digunakan kebanyakan negara
Eropa dan Asia. Secara umum terminologi geometri ulir ditunjukkan pada gambar 8.1.
Gambar 8.1 Terminologi geometri ulir
7-1

2. Parameter-parameter utama ulir antara lain adalah :
pitch, p – jarak antar ulir yang diukur paralel terhadap sumbu ulir.
diameter, d - major diameter, minor diameter, dan pitch diameter.
lead, L - adalah jarak yang ditempuh baut dalam arah paralel sumbu, jika baut diputar
satu putaran. Untuk ulir single thread, lead akan sama dengan pitch. Ulir juga dapat
dibuat multiple thread. Untuk tipe double thread, maka lead akan sama dengan 2 kali
pitch; triple thread akan memiliki lead sama dengan 3 kali pitch dan seterusnya.
Thread per inch, n – menyatakan jumlah ulir per inchi, sering digunakan pada
standard UNS
ht
tp
://
ru
m
Gambar 8.2 (a) Single, (b) double dan (c) triple thread
ah
-b
Berdasarkan ukuran dan kualitas, UNS mengklasifikasikan thread menjadi tiga tipe
el
yaitu : coarse pitch (UNC), fine pitch (UNF), dan extra-fine pitch (UNEF). Sedangkan ISO
aj
mengklasifikasikan dua seri yaitu coarse dan fine thread. Tipe coarse adalah yang paling
ar
umum dan disarankan digunakan untuk keperluan “ordinary” dimana sambungan sering
.o
dilepas-pasang, atau dipasangkan dengan material yang lebih lunak. Tipe fine thread
rg
memiliki kualitas yang lebih tinggi dan lebih tahan terhadap “loosening” dari efek getaran.
Sedangkan extra-fine thread digunakan untuk keperluan khusus seperti sambungan yang
sangat tipis dimana diperlukan baut yang sangat kecil/ sangat pendek.
Berdasarkan toleransi ulir yang berpasangan, UNS mendefinisikan tiga “fit” kelas,
yang diberi label kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Kelas 1 adalah ulir dengan toleransi yang
paling rendah, dan digunakan untuk keperluan-keperluan biasa, pertukangan, rumah
tangga, dll. Kelas dua memiliki kualitas yang lebih tinggi dan toleransi yang lebih ketat
yang cocok digunakan pada mesin-mesin dan peralatan industri. Kelas 3 memiliki
toleransi yang paling tinggi untuk keperluan-keperluan khusus. Semakin tinggi kelas,
maka harganya juga semakin mahal. Kode A digunakan untuk ulir eksternal dan kode B
untuk ulir internal.
7-2

3. Profil geometri ulir sangat banyak variasinya. Gambar 8.3 menunjukkan contoh
profil ulir ISO yang paling banyak digunakan untuk baut-mur, yaitu tipe M. Tipe yang juga
banyak digunakan adalah tipe MJ dimana geometrinya mirip dengan tipe M, tetapi diberi
fillet pada root-nya. Disamping itu, juga memiliki diameter minor yang relatif besar.
Khusus untuk ulir daya (power screw), profil yang umum digunakan adalah tipe square,
tipe Acme dan tipe buttress seperti ditunjukkan pada gambar 8.4
ht
tp
://
ru
m
Gambar 8.3 Profil dasar ulir ISO tipe M
ah
-b
el
aj
ar
.o
rg
Gambar 8.4 Profil ulir daya
UNS dan ISO menggunakan metoda yang berbeda untuk penulisan spesifikasi
ulir. Spesifikasi UNS : diameter, pitch, dan kelas. Contoh spesifikasi UNS :
¼ - 20 UNC-2A
menyatakan diameter 0.25”, jumlah ulir per inchi adalah 20 buah, tipe coarse, kelas 2 fit,
dan external thread. Sedangkan contoh spesifikasi ISO :
M8x1.25
menyatakan ulir dengan diameter 8 mm dan pitch 1.25 mm, tipe coarse. Perlu dicatat
bahwa semua standard, baik UNS maupun ISO menganut “kaidah tangan kanan” (right
hand rule) kecuali diberikan spesifikasi secara khusus.
7-3

4. Tensile stress area
Jika ulir mendapat beban tarik maka luas penampang yang paling kritis adalah
pada diameter minor (dr). Tetapi hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan tarik
batang berulir lebih tepat diwakili oleh diameter rata-rata antara diameter pitch dan
diameter minor. Jadi luas penampang untuk perhitungan tegangan adalah :
2
π ⎛ dp + dr ⎞
At = ⎜ ⎟
4⎜ 2
⎝
⎟
⎠
dimana diameter pitch adalah
dp = d – 0.649519/N dr = d – 1.299038/N ; untuk ulir UNS
dp = d – 0.649519p dr = d – 1.226869p ; untuk ulir ISO
dengan d = diameter luar (major), N = jumlah ulir per inchi, dan p = picth dalam mm.
ht
Standard dimensi-dimensi utama ulir, diberikan dalam bentuk tabel. Tabel 8.1 dan 8.2
tp
menunjukkan contoh dimensi-dimensi standard UNS dan ISO.
://
ru
Tabel 8.1 Dimensi utama ulir berdasarkan ISO
m
ah
-b
el
aj
ar
.o
rg
7-4

5. Tabel 8.2 Dimensi utama ulir berdasarkan UNS
ht
tp
://
ru
m
ah
-b
el
aj
ar
.o
rg
8.3. Mekanika Ulir Daya
Ulir daya (power screw) adalah perlatan yang berfungsi untuk mengubah gerakan
angular menjadi gerakan linear dan biasanya juga mentransmisikan daya. Secara khusus,
ulir daya digunakan untuk :
untuk mendapatkan kelebihan mengangkat/menurunkan beban, seperti misalnya pada
dongkrak mobil
untuk memberikan gaya tekan/tarik yang besar seperti misalnya pada kompaktor atau
mesin press
7-5

6. untuk positioning yang akurat seperti pada mikrometer atau pada lead screw mesin
bubut.
Mengingat fungsi ulir daya, maka profil yang paling tepat dan banyak digunakan
adalah profil square, Acme, dan buttress. Profil square memberikan efisiensi yang paling
tinggi dan mampu mengeliminasi gaya dalam arah radial. Tetapi profil ini paling sulit
dalam proses pembuatannya. Acme thread walaupun efisiensinya lebih rendah, namun
lebih mudah dalam pembuatan, dan juga memiliki kekuatan yang lebih tinggi, sehingga
profil ini paling banyak digunakan untuk ulir daya. Untuk aplikasi dimana arah beban
adalah satu arah dan sangat besar, maka profil buttress lebih cocok digunakan karena
memiliki kekuatan paling tinggi pada akar ulir.
ht
8.3.1. Analisis Gaya dan Torsi ulir daya
tp
Gambar 8.5 (a) menunjukkan sebuah mekanisme ulir daya yang berfungsi untuk
://
menaikkan dan menurunkan beban P. Beban dapat dinaikkan dan diturunkan dengan
memutar nut (mur), jadi lama hal ini gerakan angular mur diubah menjadi gerakan linier
ru
screw. Diagram benda bebas pasangan baut-mur ditunjukkan pada gambar (b).
m
Parameter inklinasi bidang ulir (λ) juga disebut lead angle dapat dihitung dengan
ah
persamaan :
-b
L
tan λ =
πd p
el
aj
ar
.o
rg
Gambar 8.5 (a) mekanisme ulir daya , (b) diagram benda bebas
7-6

7. Jika kita buka satu lilitan ulir dan dibuat menjadi garis lurus, maka hasilnya akan
berbentuk seperti gambar 8.6 (a). Kotak menunjukkan potongan ulir dan gaya-gaya yang
bekerja padanya pada saat menaikkan beban. Sedangkan gambar (b) menunjukkan
diagram benda bebas pada saat menurunkan beban.
ht
tp
Gambar 8.6 Diagram benda bebas : (a) mengangkat beban, (b) menurunkan beban
://
ru
Dengan menggunakan prinsip kesetimbangan gaya-gaya dalam arah x dan y maka
didapatkan
m
ΣFx = 0 = F − f cos λ − N sin λ = F − µN cos λ − N sin λ
ah
F = N(µ cos λ + sin λ )
-b
ΣFy = 0 = N cos λ − f sin λ − P = N cos λ − µN sin λ − P
el
P
aj
N=
(cos λ − µ sin λ )
ar
dimana µ adalah koefisien gesekan antara screw dengan mur. Dengan menggabungkan
.o
kedua persamaan di atas, maka besarnya gaya F yang diperlukan untuk mengangkat
rg
beban adalah
(µ cos λ + sin λ )
F=P
(cos λ − µ sin λ )
Sehingga torsi Ts yang diperlukan untuk mengangkat beban adalah
dp Pd p (µ cos λ + sin λ )
Tsu = F =
2 2 (cos λ − µ sin λ )
atau dalam parameter lead L,
Pd p (µπd p + L)
Tsu =
2 ( πd p − µL )
Gesekan pada collar juga memberikan kontribusi yang signifikan, maka perlu
ditambahkan. Torsi yang diperlukan untuk melawan gesekan pada collar adalah
7-7

8. dc
Tc = µ c P
2
dimana dc adalah diameter rata-rata collar dan µc adalah koefisien gesekan pada collar.
Jadi torsi total yang diperlukan untuk menaikkan beban adalah
Pd p (µπd p + L) dc
Tu = Tsu + Tc = + µcP
2 ( πd p − µL) 2
Dengan metoda yang sama, torsi yang diperlukan untuk menurunkan beban dapat
diturunkan menjadi
Pd p (µπd p − L) dc
Td = Tsd + Tc = + µcP
2 ( πd p + µL) 2
Untuk profil Acme, maka ada komponen gaya tambahan yang harus
ht
diperhitungkan karena adanya sudut α. Diagram benda bebas untuk profil Acme
tp
ditunjukkan pada gambar 8.7.
://
ru
m
ah
-b
el
aj
ar
Gambar 8.7 Diagram benda bebas ulir daya Acme
.o
rg
Dengan menggunakan metoda penurunan yang sama dengan sebelumnya, maka torsi
yang dibutuhkan untuk menaikkan dan menurunkan beban adalah :
Pd p (µπd p + L cos α ) dc
Tu = Tsu + Tc = + µcP
2 ( πd p cos α − µL) 2
Pd p (µπd p − L cos α ) dc
Td = Tsd + Tc = + µcP
2 ( πd p cos α + µL) 2
7-8

9. 8.3.2. Self Locking
Pada kondisi khusus, mekanisme ulir daya dapat mengunci sendiri tanpa harus diberikan
torsi untuk menahan beban. Kondisi ini sering disebut dengan “self locking”. Hal ini sangat
berguna dalam aplikasi, misalnya untuk dongkrak mobil. Torsi diberikan pada saat
mengangkat beban, dan begitu posisi yang diinginkan tercapai, torsi dapat dilepaskan dan
dongkrak akan mengunci sendiri. Untuk mendapatkan mekanisme “self locking” maka ada
hubungan tertentu yang harus dipenuhi antara koefisien gesekan dan geometri ulir.
Dengan men-set torsi sama dengan nol atau negatif untuk penurunan beban, maka
kondisi self locking akan terjadi jika :
L
µ≥ cos α atau µ ≥ tan λ cos α
πd p
ht
tp
8.3.3. Efisiensi ulir daya
://
Efisiensi suatu sistem didefinisikan sebagai usaha yang dihasilkan dibagi dengan usaha
ru
yang dimasukkan. Kerja masukan ulir daya adalah hasil pekalian antara torsi dan
m
perpindahan angular (radian). Untuk satu putaran, maka kerja masukkan adalah
ah
Win = ( 2π)T
-b
Sedangkan kerja yang dihasilkan untuk satu putaran adalah perkalian beban dengan
el
perpindahan 1 lead :
aj
Wout = PL
ar
Jadi effisiensi adalah
.o
Wout PL
η= =
rg
Win 2πT
dengan mensubstitusikan persamaan untuk torsi maka efisiensi ulir daya profil Acme
adalah :
PL πd p cos α − µL 1 − µ tan λ
η= atau dalam lead angle η = ,
πd p πµd p + L cos α 1 + µ cot λ
sedangkan untuk profil square dapat disederhanakan, dimana α = 0. Dari persamaan di
atas terlihat bahwa efisiensi tergantung pada koefisien gesek dan lead angle. Gambar 8.7
menunjukkan grafik karakteristik efisiensi ulir daya dengan profil Acme.
7-9

10. Gambar 8.8 Karkateristik efisiensi ulir daya profil Acme
ht
Tabel 8.3 Dimensi utama ulir ACME
tp
://
ru
m
ah
-b
el
aj
ar
.o
rg
7-10

11. Contoh Soal 1 :
Mekanisme ulir daya digunakan untuk menaikkan dan
menurunkan beban seperti ditunjukkan pada gambar. Ulir daya
adalah tipe square dengan diameter mayor 32 mm, pitch 4
mm, dan berulir ganda. Beban yang bekerja adalah 6,4 kN per
ulir. Diameter rata-rata colar adalah 40 mm, dengan koefisien
gesekan µ = µc = 0,08. Tentukanlah :
Kedalaman ulir, lebar ulir, diameter pitch dan rata-rata,
diameter minor, dan lead.
Torsi yang dibutuhkan untuk mengangkat beban
Torsi yang dibutuhkan untuk menurunkan beban
ht
tp
Efisiensi total Gambar 8.9 Contoh
soal ulir daya
://
Jawaban :
ru
Dari gambar 8.4a diketahui bahwa lebar dan tinggi ulir jenis square adalah sama
m
dengan setengah pitch-nya atau sebesar 2 mm. Jadi
ah
p
dp = d − = 32 − 2 = 30 mm
2
-b
d r = d − p = 32 − 4 = 28 mm
el
l = np = 2 ( 4 ) = 8 mm
aj
Torsi yang dibutuhkan untuk mengangkat beban
ar
Pd p ⎛ l + πµ d p ⎞ P µc d
.o
T = ⎜ ⎟+
2 ⎜ π dp − µl ⎟
⎝ ⎠ 2
rg
6,4 ( 30 ) ⎛ 8 + π ( 0,08 )( 30 ) ⎞ 6,4 ( 0,08 )( 40 )
= ⎜ +
2 ⎜ π ( 30 ) − 0,08 ( 8 ) ⎟
⎟ 2
⎝ ⎠
= 15,94 + 10,24 = 26,18 Nm
Torsi yang dibutuhkan untuk menurunkan beban
Pd p ⎛ πµ d p − l ⎞ P µc d
T = ⎜ ⎟+
2 ⎜ π d p + µl ⎟
⎝ ⎠ 2
6,4 ( 30 ) ⎛ π ( 0,08 )( 30 ) − 8 ⎞ 6,4 ( 0,08 )( 40 )
= ⎜ ⎟+
⎝ π ( 30 ) + 0,08 ( 8 ) ⎠
2 ⎜ ⎟ 2
= −0,466 + 10,24 = 9,77 Nm
7-11

12. Efisiensi total
Pl 6,4 ( 8 )
e= = = 0,311
2πT 2π ( 26,18 )
8.4. Threaded Fastener (Sambungan baut)
Fastener adalah alat yang digunakan untuk memegang, mengencangkan atau
menyambung dua elemen atau lebih. Threaded fastener atau sambungan baut
menggunakan alat yang ber-ulir untuk menyambungkan dua elemen atau lebih. Kelebihan
jenis sambungan ini adalah kemungkinan untuk melepas dan memasang kembali.
Sehingga sambungan jenis ini sangat cocok untuk peralatan yang sering dilepas dan
ht
dipasang untuk keperluan perawatan atau penggantian komponen yang aus. Gambar
8.10 menunjukkan tiga buah tipe sambungan baut yang umum digunakan yaitu
tp
sambungan baut-mur, sambungan cap-screw, dan sambungan stud. Klasifikasi threaded
://
fastener umumnya dilakukan berdasarkan konstruksi dan kegunaan, tipe ulir, dan jenis
ru
kepala baut.
m
ah
-b
el
aj
ar
.o
rg
Gambar 8.10 Konstruksi sambungan baut (a) baut-mur, (b) sambungan cap-screw, (c)
sambungan stud.
Variasi mur (nut) juga sangat banyak variasinya untuk memenuhi berbagai fungsi khusus.
Gambar 8.11 menunjukkan beberapa tipe mur standar. Washer adalah ring datar yang
biasanya digunakan pada sambungan baut mur. Fungsinya adalah untuk memperluas
bidang kontak antara mur dengan elemen yang disambung. Teknologi pembuatan atau
manufacturing baut-mur saat ini umumnya dilakukan dengan proses machining, rolling,
dan head forming.
7-12

13. Gambar 8.11 Tipe-tipe mur standard
8.4.1. Standar dan Kekuatan Baut
Standar geometri baut tipe kepala segi enam ditunjukkan pada gambar 8.12.
Bagian yang akan mengalami konsentrasi tegangan adalah pada fillet kepala baut dan
ht
pada titik awal ulir. Standard panjang bagian yang berulir berdasarkan UNS adalah
tp
⎧2D + 0.25 in ; L ≤ 6 in
LT = ⎨
⎩2D + 0.5 in ; L > 6 in
://
dan untuk metrik (ISO), dalam mm :
ru
⎧2 D + 6 ; L ≤ 125 D ≤ 48
m
⎪
L T = ⎨2D + 12 ; 125 ≤ L ≤ 200
ah
⎪2D + 25 ; L > 200
⎩
-b
el
aj
ar
.o
rg
Gambar 8.12 Standard baut kepala hexagonal
Penggunaan baut-mur untuk struktur dan aplikasi beban yang besar, maka baut
harus dipilih berdasarkan proof strength Sp seperti yang dispesifikasikan di SAE, ASTM,
dan ISO. Standar-standar ini mengklasifikasikan grade baut berdasarkan material, heat
treatment, dan proof strength minimum. Proof strength adalah tegangan dimana baut
akan mulai mengalami “permanent set”. Nilainya sangat dekat dengan kekuatan yield
material, tetapi lebih rendah. Grade atau kelas baut dapat dilihat dari tanda pada kepala
bautnya. Tabel 8.4 dan 8.5 menunjukkan standard baut SAE dan ISO yang terbuat dari
baja.
7-13

14. Tabel 8.4 Spesifikasi baut baja menurut SAE
ht
tp
://
ru
m
ah
-b
Tabel 8.5 Spesifikasi baut baja menurut ISO (metrik)
el
aj
ar
.o
rg
7-14

15. 8.4.2. Preload dan Faktor Kekakuan Sambungan Baut
Sebagai fastener, fungsi baut-mur adalah untuk mencekam komponen bersama,
dimana beban yang bekerja akan menimbulkan tegangan tarik pada baut seperti
ditunjukkan pada gambar 8.13. Dalam dunia praktis, pencekaman ditimbulkan oleh beban
awal (preload) dengan mengencangkan baut. Pengencangan baut dapat dilakukan
dengan memberikan torsi yang cukup sehingga menimbulkan beban tarik yang mendekati
proof strength. Untuk sambungan yang mendapat beban statik, beban awal biasanya
diberikan sampai 90% proof strength. Sedangkan untuk sambungan yang mendapat
beban dinamik (fatigue) maka beban awal umumnya diberikan sampai 75% proof
strength.
ht
tp
://
ru
m
ah
-b
el
aj
Gambar 8.13 (a) Sambungan baut, (b)diagram benda bebas baut yang mendapat beban
ar
tarik
.o
rg
Konstruksi sambungan baut dapat dianalogikan sebagai
sistem pegas seperti ditunjukkan pada gambar 8.14. Baut dapat
dipandang sebagai pegas tarik dengan kekakuan kb dan komponen
yang disambung dapat dianalogikan sebagai pegas tekan dengan
kekakuan kj. Baut yang terdiri dari bagian tanpa ulir dan bagian
berulir dapat dianggap sebagai pegas susunan seri, lihat gambar
8.14. Untuk jenis baut tertentu mungkin terdapat beberapa jenis
ukuran diameter. Recall defleksi batang yang mendapat beban
F AE
uniaksial, k = = , maka kekakuan baut dapat dituliskan
δ L
menjadi
7-15

16. 1 Lt Ls
= +
k b At Eb AbEb
dimana At adalah tensile stress area baut, dan Ab adalah luas penampang bagian yang
tidak berulir.
Kekakuan komponen yang disambung juga merupakan susunan seri. Kekakuan
totalnya adalah
1 L1 L2 Gambar 8.14
= +
k j A m1E1 A m 2 E 2
dimana L1 dan L2 adalah masing-masing tebal komponen yang disambung, Am luas efektif
material yang dicekam. Khusus jika material komponen yang dicekam sama maka
ht
AmEm
kj =
tp
L
://
Menentukan nilai kekakuan sambungan jauh lebih sulit dan kompleks
ru
dibandingkan dengan kekakuan baut. Kesulitan terutama terletak pada penentuan luas
m
efektif pencekaman, Am. Pendekatan umumnya dilakukan untuk menyederhanakan
ah
analisis. Berdasarkan analisis numerik dengan metoda elemen hingga diketahui bahwa
distribusi tegangan pencekaman pada komponen yang signitfikan terjadi pada daerah
-b
berbentuk frusta cone seperti ditunjukkan pada gambar 8.15. Jika komponen yang
el
dicekam terbuat dari material yang sama, maka φ berharga sekitar 420. Nilai ini juga
aj
masih belaku untuk tebal komponen yang dicekam tidak sama.
ar
Volume efektif komponen yang dicekam dapat ditentukan dengan menghitung
.o
volume “double cone shape barrel” seperti ditunjukkan pada gambar 8.15 (a) dan (b). Jika
rg
material komponen yang dicekam jenisnya sama, maka dapat dibuat volume silinder yang
ekivalen dengan volume frusta cone seperti ditunjukkan pada gambar (c). Jika material
tidak sama maka konsep pegas seri harus digunakan dan parameter E masing-masing
material harus dimasukkan.
7-16

17. Gambar 8.15 Volume efektif pencekaman
ht
Luas penampang efektif komponen yang mengalami kompresi adalah luas
tp
penampang rata-rata frustum-cone barrel :
://
π 2 π ⎡⎛ d 2 + d 3 ⎞
2 ⎤
ru
Am = (d eff − d ) ≅ ⎢⎜
2
⎟ − d2 ⎥
4 4 ⎢⎝ 2 ⎠
⎣ ⎥
⎦
m
ah
dimana d adalah diameter baut, d2 dan d3 seperti ditunjukkan pada gambar :
⎧1,5d; jika tidak menggunakan washer
-b
⎪
d2 = ⎨
⎪2d; jika washer digunakan pada kepala baut&mur
el
⎩
aj
d 3 = d 2 + L tan φ
ar
.o
rg
Gasket
Gasket adalah komponen yang sering digunakan pada sambungan baut untuk
mencegah kebocoran. Tipe dan jenis gasket sangat banyak, tetapi secara umum dadapat
dibedakan menjadi dua kelas yaitu (1) confined dan (2) unconfined. Gambar 8.16
menunjukkan contoh kedua kelas gasket. Gasket umumnya terbuat dari material yang
jauh lebih lunak dari komponen yang disambung. Tabel 8.5 menunjukkan modulus
elastisitas material gasket.
7-17

18. Gambar 8.16 Confined dan unconfined gasket
Tabel 8.6 Modulus elastisitas beberapa material gasket yang sering digunakan
ht
tp
://
ru
m
ah
-b
el
aj
ar
.o
Konstruksi sambungan yang menggunakan confined gasket memberikan kondisi
dimana permukaan komponen yang disambung dapat berkontak langsung. Dengan
rg
demikian kekakuan sambungan tidak akan dipengaruhi oleh adanya confined gasket.
Sedangkan untuk konstruksi yang menggunakan unconfined gasket maka kekakuan
komponen menjadi
1 1 1 1
= + +
k j k m1 k m 2 k g
dimana kg adalah kekakuan material gasket. Mengingat gasket terbuat dari material yang
lunak maka modulus elastistasnya juga jauh lebih kecil (Eg << Em1, Em2, ..). Karena
modulus berbanding lurus dengan kekakuan maka kg << km1, km2, …. Jadi dapat
dismpulkan bahwa kekakuan keseluruhan komponen :
7-18

19. 1 1 1 1 1
= + + ≅ atau kj ≅ kg
k j k m1 k m 2 k g k g
8.5. Sambungan yang mendapat beban statik
Gambar 8.17 (a) menunjukkan karakteristik gaya-deformasi sambungan baut jika
diberikan beban awal untuk mengencangkan sambungan. Gaya awal dinaikkan dari nol
sampai Fi. Akibat gaya awal tersebut maka baut akan mengalami defleksi δk dan
komponen mengalami defleksi δm. Baut memiliki slope positif karena dengan
bertambahnya beban pengencangan maka panjangnya juga bertambah. Hal sebaliknya
untuk komponen yang disambung. Terlihat juga untuk gambar tersebut bahwa kekakuan
komponen yang disambung lebih tinggi daripada kekakuan baut sehingga deformasi
ht
material lebih rendah berbeda dengan deformasi baut. Gaya yang bekerja pada keduanya
tp
tetap sama.
://
Jika beban luar sebesar P diberikan pada sambungan seperti gambar 8.17 (b)
ru
maka akan terjadi pertambahan deformasi ∆δ pada baut dan komponen seperti
m
ditunjukkan pada gambar 8.17 (c). Deformasi tambahan ini selalu bernilai sama untuk
ah
baut dan komponen sampai sambungan terpisah.
-b
el
aj
ar
.o
rg
7-19

20. Gambar 8.17 Karakteristik sambungan baut yang mendapat beban statik
Adanya beban eksternal akan mengubah situasi beban yang dialami baik oleh baut
maupun komponen. Gaya yang bekerja pada baut akan mendapat tambahan sebesar Pb
sehingga gaya total pada baut menjadi Fb. Sedangkan komponen mengalami
pengurangan gaya sebesar Pm sehingga gaya total pada komponen menjadi Fm. Atau
dengan kata lain dicatat bahwa gaya luar P dipecah menjadi dua bagian yaitu Pb untuk
baut dan Pm untuk komponen.
P = Pm + Pb
Gaya total masing masing pada baut dan komponen adalah
Fb = Fi + Pb Fm = Fi - Pm
ht
Sambungan akan mulai terpisah atau gagal jika beban luar yang diberikan, P, mencapai
tp
beban awal pencekaman Fi. Pada kondisi ini seluruh gaya luar akan ditahan oleh baut.
Untuk menjaga sambungan tidak mudah terpisah, yang berarti gagal, maka dari itulah
://
disarankan supaya menggunakan preload yang tinggi. Untuk aplikasi praktis, preload
ru
disarankan
m
⎧0,75Fps
ah
⎪ untuk reused connection
Fi = ⎨
⎪0,90Fps
⎩ untuk permanent connection
-b
dimana Fps adalah proof preload = SpAt. Perhitungan faktor keamanan sambungan dapat
el
dilakukan dengan analisis sebagai berikut :
aj
ar
Hubungan antara deformasi dan gaya
.o
Pb Pm kb
∆δ = = atau Pb = Pm
rg
kb km km
mengingat P = Pm + Pb maka
kb
Pb = P atau Pb = CP
km + kb
kb
dimana C = .
km + kb
C sering disebut sebagai konstanta kekakuan atau konstanta sambungan. Konstanta C ini
nilainya biasanya < 1, dan jika kb relatif kecil dibandingkan km, C nilainya akan makin kecil.
Jadi dapat dikonfirmasikan bahwa baut akan mendapat porsi yang kecil dari beban luar P.
Dengan cara yang sama dapat diturunkan bahwa
7-20

21. km
Pm = P = (1 − C)P
km + kb
Ekspresi Pb dan Pm dapat digantikan untuk mendapatkan gaya total yang diterima baut
dan komponen.
Fb = Fi + CP dan Fm = Fi − (1 − C)P
Persamaan di atas dapat digunakan untuk menentukan berapa besar
preload yang harus diberikan pada suatu sambungan jika beban luar
yang bekerja sudah ditentukan, dan baut sudah dipilih sehingga proof
strength-nya diketahui.
Beban luar untuk memisahkan sambungan P0 dapat ditentukan
ht
dengan men-set Fm sama dengan nol.
tp
Fi
P0 =
://
(1 − C)
ru
Sehingga faktor keamanan terhadap pemisahan sambungan adalah
m
Gambar 8.18
P0 Fi
ah
SFsamb = = Sambungan
P P(1 − C) yang terpisah
-b
el
aj
ar
Contoh soal 2 :
.o
Gambar dibawah ini menunjukkan potongan silinder bertekanan. Baut dengan jumlah total
N digunakan untuk menahan gaya pemisah 36 kip.
rg
(a) Tentukan kekakuan dan konstanta sambungan C
(b) Cari jumlah baut yang dibutuhkan jika diingunkan faktor keamanan 2 dan juga
dengan menganggap bahwa baut dapat digunakan kembali jika sambungan
dibongkar-pasang.
7-21

22. Gambar 8.19. Contoh soal : Sambungan baut yang mendapat beban statik
Jawaban :
(a) Kekauan baut dapat dihitung sebagai berikut :
ht
AE π d 2E π ( 0,625 ) ( 30 )
2
tp
kb = = =
l 4l 4 (1,5 )
://
= 6,13 Mlb / in
ru
m
dimana panjang cekaman l =1,5 in. Modulus elastisitas besi cor no.25 adalah 12 Mpsi.
Jadi kekakuan dari eleman yang disambung dengan manngasumsikan bahwa tekanan
ah
pada elemen sambungan berbentuk potongan kerucut (frustum cone) adalah :
-b
0,577π Ed 0,577π (12 )( 0,625 )
el
km = =
⎛ 0,577l + 0,5d ⎞ ⎛ 0,577 (1 ) + 0,5 ( 0,625 ) ⎞
,5
2ln ⎜ 5
aj
⎟ 2ln ⎜ 5
⎜ 0,577 (1 ) + 2,5 ( 0,625 ) ⎟
⎟
⎝ 0,577l + 2,5d ⎠ ⎝ ,5 ⎠
ar
= 7,67 Mlb / in
.o
rg
Dengan demikian konstanta sambungan C dapat dihitung sebagai berikut :
kb 6,13
C= = = 0,444
k b + k m 6,13 + 7,67
(b) Dari tabel 8.2 dan 8.4 diperoleh At = 0,226 in2 dan Sp = 85 kpsi. Kemudian beban awal
yang direkomendasikan dapat dihitung sebagai berikut :
Fi = 0,75 At Sp = 0,75 ( 0,226 )( 85 ) = 14,4 kip
Hubungan antara jumlah baut dengan faktor keamanan dapat dinyatakan sebagai
berikut :
Sp At − Fi CnF
n= atau N=
C (F / N ) Sp At − Fi
7-22

23. Kemudian dengan memasukkan, parameter-parameter yang sudah diketahui,
diperoleh jumlah baut N,
0,444 ( 2 )( 36 )
N= = 6,65
85 ( 0,226 ) − 14,4
Jadi dipakai jumlah baut sebanyak 7 buah. Dengan menggunakan jumlah baut
sebanyak ini, diperoleh faktor keamanan sebagai berikut :
85 ( 0,226 ) − 14,4
n= = 2,11
0,444 ( 36 / 7 )
yang nilainya lebih besar daripada nilai yang disyaratkan. Dengan demikian dipilih 7
buah baut dengan beban awal yang direkomendasikan dalam pengencangan.
ht
tp
8.6. Momen Torsi untuk Preload
Beban awal atau preload, Fi, pada sambungan dapat baut dilakukan dengan
://
memutar kepala baut atau mur, yang berarti diperlukan momen puntir untuk mendapatkan
ru
preload yang diinginkan. Pada saat pemberian beban awal baut akan mengalami
m
tegangan tarik dan juga tegangan geser karena adanya torsi. Diagram benda bebas dan
ah
elemen tegangan saat pengencangan ditunjukkan pada gambar 8.20. Setelah
sambungan digunakan baut biasanya mengalami sedikit “unwind” untuk melepas hampir
-b
seluruh tegangan geser sisa yang diakibatkan oleh momen puntir. Nilai preload dapat
el
diukur atau dikontrol dengan beberapa metoda yaitu : (1) mengukur elongation atau
aj
pertambahan panjang baut, dan (2) mengukur momen torsi yang diberikan. Metoda
ar
pertama dapat dilakukan dengan menggunakan strain gage atau ultrasonic transduser.
.o
Tetapi hal ini sangat tidak praktis untuk aplikasi di lapangan. Metoda kedua dapat
rg
dilakukan dengan menggunakan “torque wrench”. Metoda ini sangat praktis tetapi
memiliki akurasi yang rendah yaitu sekitar ± 30%.
Besarnya momen puntir yang harus diberikan untuk menghasilkan preload yang
diinginkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan momen torsi yang telah
diturunkan pada ulir daya :
d p (µ + tan λ cos α ) d
Ti = Fi + Fi µ c c
2 (cos α − µ tan λ ) 2
7-23

24. ht
tp
://
ru
m
Gambar 8.20 Beban dan tegangan yang terjadi pada baut saat diberi preload
ah
(T1 = T2 +T3+ T4; T1 = torsi luar yang diberikan pada mur, T2 = torsi karena
gesekan pada permukaan mur, T3 = torsi karena gesekan pada kepala
-b
baut, dan T4 = torsi luar yang harus diberikan pada kepala baut suapay
el
baut tidak berputar)
aj
Untuk baut/mur yang digunakan sebagai fastener, diameter pitch dapat diasumsikan
ar
sama dengan diameter baut, d. Diameter colar dapat didekati dengan rata-rata antara
.o
diameter baut dan standard kepala baut, 1,5d.
rg
d (µ + tan λ cos α ) (1 + 1,5)d
Ti ≅ Fi + Fi µ c
2 (cos α − µ tan λ ) 2
Dengan mendefinisikan koefisien torsi Ki,
⎡ (µ + tan λ cos α ) ⎤
K i ≅ ⎢0,5 + 0,625Fi µ c ⎥
⎣ (cos α − µ tan λ ) ⎦
formula di atas dapat ditulis menjadi
Ti ≅ K i Fi d
Hasil eksperimental nilai koefisien torsi, ki, baut standard UNS, untuk koefisien gesek µ =
µc = 0,15 adalah :
7-24

25. Ukuran baut Koefisien torsi, Ki
Tipe UNC Tipe UNF
1”,2”,3”,4”,5”,6”,7”,8”,10”,12” 0,22 0,22
¼”, 5/16”, 3/8” 0,22 0,21
7/16”, ½”, 9/16”, 5/8”, ¾”, 7/8”, 1 1/8”, 1 ¼”, 1 3/8” 0,21 0,21
1 ½” 0,21 0,20
Dari data eksperimental di atas, maka terlihat bahwa variasi kofisien torsi untuk preload
sangatlah kecil baik terhadap ukuran baut maupun kelas baut itu sendiri. Variasi koefisein
torsi juga sangat kecil jika kita menggunakan dp untuk formula koefisien torsi. Jadi momen
puntir atau torsi yang diperlukan untuk mendapatkan preload Fi, (ulir dilumasi, µ=µc= 0,15)
dapat didekati dengan :
ht
Ti ≅ 0,21Fi d
tp
://
ru
8.7. Beban Dinamik Berfluktuasi
Untuk kasus sambungan yang mendapat beban dinamik siklus atau berfluktuasi,
m
maka pengaruh beban awal akan lebih dominan dibandingkan dengan pembebanan
ah
statik. Dalam prakteknya kebanyakan beban luar P dinamik yang bekerja pada
-b
sambungan baut adalah tipe “fluctuating” dimana beban P terendah, Pmin adalah nol. Jadi
el
pada saat beban luar bernilai nol maka hanya beban awal Fi, yang bekerja pada
aj
sambungan seperti terlihat pada gambar 8.21(a) Pada saat beban maksimum, Pmax, maka
beban tersebut akan ditanggung bersama oleh baut dan komponen bersama-sama.
ar
Karena kekakuan baut lebih rendah maka sebagian besar beban berfluktuasi akan
.o
ditanggung oleh komponen yang disambung. Hal ini terlihat jelas pada gambar 8.21 (b).
rg
Hal ini secara drastis akan menurunkan tegangan berfluktuasi tarik (tensile) yang sangat
berpotensi menimbulkan kegagalan fatigue pada baut. Tegangan fluktuatif tekan pada
komponen tidak perlu dikhawatirkan karena kegagalan fatigue selalu disebabkan oleh
tegangan tarik.
7-25

26. Gambar 8.21 Karakteristik gaya-deformasi baut yang mendapat beban berfluktuasi
Dengan Fb, adalah gaya total yang bekerja pada baut, maka amplitudo dan gaya
rata-rata pada baut adalah
Fb − Fi Fb + Fi
Famp = , Frata =
2 2
sehingga tegangan pada baut menjadi
Famp F
σ amp = K f dan σ rata = K fm rata
At At
At adalah tensile stress area baut, Kf adalah faktor konsentrasi tegangan fatigue baut dan
Kfm adalah faktor konsentrasi tegangan rata-rata. Untuk sambungan yang diberikan beban
ht
awal maka Kfm biasanya bernilai 1,0. Faktor konsentrasi tegangan pada beberapa tipe
tp
baut ditunjukkan pada tabel 8.6.
://
ru
Tabel 8.7 Faktor konsentrasi tegangan fatigue untuk baut
m
ah
-b
el
aj
Tegangan baut karena beban awal
ar
.o
Fi
σ i = K fm
At
rg
Perlu diketahui bahwa hasil penelitian Peterson terhadap kegagalan baut adalah :
15% kegagalan terjadi pada fillet dibawah kepal baut
20% kegagalan terjadi pada titik awal bagian berulir
65% kegagalan terjadi pada ulir yang berkontak dengan mur
Untuk menentukan faktor keamanan baut terhadap beban yang berfluktuasi, beberapa
kriteria dapat digunakan seperti kriteria modified-Goodman, Gerber parabola, atau ASME
elliptic line. Dengan menggunakan “modified Goodman diagram” maka formula untuk
perhitungan faktor keamanan terhadap fatigue adalah :
Se (S ut − σ i )
SFlelah =
Se (σ rata − σ i ) + S ut σ amp
7-26

27. Hal penting yang perlu diingat, preload yang tinggi akan menurunkan pengaruh beban
fatigue pada baut. Jika sambungan tidak diberi preload, maka tegangan fluktuatif yang
harus ditanggung baut akan meningkat sesuai dengan faktor 1/C. karena C adalah
bilangan yang kecil, maka faktor 1/C adalah bilangan yang besar.
Contoh Soal 3 :
Sebuah komponen mesin terdiri dari dua buah pelat baja yang dicekam sambungan baut.
Baut yang digunakan adalah tipe 0,5”-13UNC grade 5. komponen mesin tersebut
mendapat beban berfluktuasi dari 0 s/d Fmax. Tentukanlah nilai Fmax yang dapat ditahan
baut sehingga memiliki umur tak hingga untuk kasus (a) sambungan tidak diberi beban
awal, dan (b) baut diberi beban awal sampai proof load.
ht
tp
://
ru
m
ah
-b
el
aj
ar
.o
rg
Gambar 8.22 Contoh soal : komponen mesin mendapat beban berfluktuasi
Jawaban :
Asumsi :
1. Sisa panjang ulir baut hanya sedikit diatas mur, dan tangkai baut berdiameter 0,5 inchi
sepanjang baut tersebut.
2. Kedua pelat baja tersebut mempunyai permukaan yang halus dan datar, dan tidak ada
gasket diantaranya.
7-27

28. 3. Luas efektif elemen yang dijepit dapat diaproksimasi dengan gambar berikut :
ht
Gambar 8.23 Salah satu metode penentuan luas efektif elemen yang dijepit
tp
Analisis :
1. Untuk kasus a , tegangan yang ada hanya diakibatkan beban fluktuatif saja. Tensile
://
stress area dan koefisien beban fluktuatif diperoeh dari tabel 8.2 dan tabel 8.7.
ru
Fmax Fmax
σa = σm = Kf = ( 3,8 ) = 13,39Fmax
m
2 At 2 ( 0,1419 )
ah
2. Dengan menggunakan grafik 8.22c dan hasil di atas, diperoleh σ a = σ m = 37000 psi
-b
Dengan demikian, 13,39Fmax = 37000 atau Fmax = 2760 lb
el
3. Untuk kasus b , beban tarik awalnya adalah :
aj
Fi = At Sp = ( 0,1419 )( 85000 ) = 12060 lb
ar
4. Dengan asumsi nomor 2, maka kb dan kc adalah proporsional terhadap Ab dan Ac.
.o
Kemudian dengan menggunakan asumsi pertama, diperoeh :
rg
π π
( 0,5 )
2
Ab = d2 = = 0,196 in 2
4 4
Dengan menggunakan gambar 8.23 untuk memperkirakan Ac diperoleh :
π
Ac =
16
( 5d 2
+ 6dg tan30° + g 2 tan2 30° )
=
π
16
(5 (0,5) 2
+ 6 ( 0,5 )( 2 )( 0,577 ) + ( 2 ) ( 0,333 )
2
)
= 1,19 in 2
Dengan demikian diperoleh :
kb Ab 0,196
= = = 0,14
kb + kc Ab + Ac 0,196 + 1,19
7-28

29. Yang berarti bahwa hanya 14% dari fluktuasi gaya eksternal yang ditahan oleh baut,
sedangkan sisanya digunakan untuk melawan tekanan jepitnya.
5. Beban alternating pada baut adalah setengah dari fluktuasi peak-to-peaknya atau
0,07Fmax. Jadi beban alternating pada baut :
Fa 0,07Fmax
σa = Kf = ( 3,8 ) = 1,88Fmax
At 0,1419
6. Dengan Fi = At Sp = 12060 lb , beban eksternal yang lebih besar sedikit dari 12060
lbf tidak akan menyebabkan pemisahan sambungan. Dengan demikian, Fmax=12060
lbf merupakan solusi kasus ini jika tegangan baut tidak menyebabkan kegagalan
fatigue. Untuk Fmax=12060 lbf,
σ a = 1,88Fmax = 1,88 (12060 ) = 22670 psi
ht
Titik ini tepat berada dibawah garis Goodman untuk umur tak terbatas. Jadi jawaban
tp
untuk kasus b adalah Fmax=12060 lbf.
://
ru
8.8. Sambungan Baut yang Mendapat Beban Geser
m
Konstruksi yang menggunakan sambungan baut juga dapat menahan beban
ah
geser. Penggunaan sistem sambungan ini yang luas lebih banyak untuk struktur seperti
misalnya jembatan, bangunan, boiler, tangki dan lain-lain. Contoh sistem sambungan ini
-b
dan aplikasinya ditunjukkan pada gambar 8.23. Beban awal tensile pada baut diberikan
el
untuk menimbulkan gaya gesek yang besar pada komponen yang disambung. Gaya
aj
gesek inilah yang berfungsi menahan sebagian besar beban geser. Jadi baut tetap harus
ar
diberikan beban awal tarik yang tinggi. Jika gaya gesek pada sambungan tidak cukup
.o
kuat menahan beban maka baut akan lanngsung mendapat gaya geser.
rg
(a) (b)
Gambar 8.24 Konstruksi sambungan baut yang mendapat beban geser
7-29

30. Untuk kasus dimana sambungan mendapat beban geser langsung seperti pada gambar
8.24(a) maka beban geser P dapat diasumsikan ditanggung secara merata oleh masing
masing baut. Sehingga tegangan geser yang dialami baut dapat dihitung dengan formula
sederhana
( P / i)
τ baut =
At
dimana i adalah jumlah baut.
Untuk kasus dimana sambungan mendapat beban geser dan momen seperti
gambar 8.24 (b) maka baut akan menerima dua jenis gaya geser yaitu (1) F’, akibat gaya
ht
geser langsung yang disebut primary shear, dan (2) F”, akibat momen puntir pada
sambungan yang disebut secondary shear. Analisis sambungan baut jenis ini terdiri dari
tp
empat tahap utama yaitu :
://
menentukan titik pusat (centroid)
ru
m
menentukan gaya geser langsung (primary shear)
ah
menentukan gaya geser akibat momen (secondary shear)
-b
Menentukan resultan gaya yang bekerja pada baut
el
aj
ar
.o
rg
Gambar 8.25 Analisis gaya-gaya pada baut akibat gaya geser langsung dan momen
Dalam sistem koordinat kartesian (x,y), centroid atau titik pusat sekumpulan baut dapat
ditentukan dengan menggunakan persamaan
7-30

31. n n
∑ Ai xi ∑ Ai yi
x= 1
n
dan y= 1
n
∑ Ai ∑ Ai
1 1
dimana n adalah jumlah baut, Ai luas penampang baut yang ke-i, dan xi, yi adalah
koordinat masing-masing baut yang ke i.
Dengan mengasumsikan bahwa beban geser langsung akan diterima secara
merata oleh masing-masing baut, maka komponen beban langsung (primary shear) dapat
langsung dihitung dengan membagi gaya V dengan jumlah baut atau F” = V/n. Gaya
geser akibat momen atau secondary shear dapat dihitung dari menggunakan persamaan
M =F A rA + F B rB + F C rC + ...
" " "
ht
dengan rA, rB, dst adalah jarak antara centroid dengan ke masing-masing titik tengah baut,
tp
dan F” adalah secondary shear. Gaya yang ditanggung setiap baut tergantung pada jarak
://
radial dari centroid ke baut. Baut yang terjauh akan menanggung gaya paling besar,
ru
sedangkan yang terdekat mendapat beban paling kecil. Jadi dapat ditulis dalam bentuk
m
perbandingan
ah
" " "
FA FB FC
= = = ...
rA rB rC
-b
Kombinasi kedua persamaan di atas menghasilkan persamaan secondary shear untuk
el
baut yang ke-i
aj
Mri
Fi" =
ar
2
rA + rB
2
+ ... + ri2 + ... + rn
2
.o
Langkah berikutnya adalah menghitung resultan gaya geser yang bekerja pada
rg
masing-masing baut dengan melakukan penjumlahan vectorial antara primary shear dan
secondary shear. Selanjutnya tegangan dan kekuatan baut dapat dihitung dengan kriteria-
kriteria yang telah dibahas sebelumnya.
Contoh Soal 4 :
Konstruksi sambungan baut untuk pelat baja setebal 15 mm digunakan untuk menahan
beban sebesar 16 kN. Baut yang digunakan adalah M16 kelas 8.8. Tentukanlah faktor
keamanan terendah dari keempat baut jika semua beban ditanggung oleh baut (asumsi
tidak ada gesekan antara komponen yang disambung). Semua dimensi yang diperlukan
diberikan pada gambar 8.26.
7-31

32. Gambar 8.26 Semua dimensi dalam millimeter
ht
Jawaban :
tp
Titik O pada gambar 8.26 ditentukan berdasarkan kesimetrisan. Jika digambar diagram
://
benda bebas dari kantilever, gaya reaksi V akan melewati titik O dan momen reaksi M
ru
juga akan berkerja pada titik O. Reaksi-reaksi ini adalah :
V = 16 kN M = 16(425) = 6800 Nm
m
Pada gambar 8.27 dibawah ini digambarkan diagram gaya-gaya pada sambungan secara
ah
terperinci.
-b
Jarak tiap baut terhadap titik O adalah :
el
( 60 ) + ( 75 ) = 96 mm
2 2
r =
aj
Geseran primer pada tiap baut adalah :
ar
V 16
F'= = = 4 kN
.o
n 4
rg
Karena simetris, maka geseran sekunder dapat dihitug sebagai berikut :
Mr M 6800
F"= = = = 17,7 kN
4r 2
4r 4 ( 96 )
Dengan menggambarkan gaya-gaya ini pada gambar 8.26 dan dengan skala tertentu,
maka dapat diperoleh besar resultan gaya pada tiap baut.
FA = FB = 21 kN, dan FC = FB = 13,8 kN.
Tinggi baut yang diperlukan :
7-32

33. ht
tp
Gambar 8.27 Diagram gaya-gaya pada sambungan
://
ru
Panjang baut yang diperlukan sama dengan tebal elemen yang disambung (25 mm)
m
ditambah tinggi mur dan sekitar 2 mm untuk ring atau washer. Dari tabel standard
diperoleh tinggi mur standar untuk M16 sekitar 14,8 mm sehingga tinggi total yang
ah
diperlukan adalah 41,8 mm. Jadi dipilih baut dengan panjang 46 mm. Kemudian dihitung
-b
panjang bagian yang berulir berdasarkan tabel 8.5, LT = 38 mm. Dengan demikian
el
geseran terjadi pada bagian yang berulir, sehingga shear-stress area As = π d p / 4
2
aj
dimana dp adalah diameter pitchnya. Adapun diameter pitch untuk ulir ISO dapat dihitung
ar
sebagai berikut :
.o
d p = d − 3H / 8 = d − 3 ⎡0,5 ( 3 ) p⎤ / 8
0,5
⎣ ⎦
rg
= 16 − 3 ⎡0,5 ( 3 ) 2⎤ / 8
0,5
⎣ ⎦
= 15,35 mm
Sehingga diperoleh As = π d p / 4 = 185 mm 2
2
Diperoleh tegangan geser
FA 21000
τ= = = 113,5 MPa
AS 185
Dengan demikian dapat dihitung faktor keamanan baut terhadap tegangan geser sebagai
berikut :
τ all 600
n= = = 5,286
τ 113,5
7-33

34. 8.9. Soal-soal Latihan
1. Sebuah dongkrak ulir dengan ulir Acme ganda berdiameter 1 inchi digunakan untuk
menaikkan beban sebesar 4000 N. Sebuah thrust collar berdiameter rata-rata 50 mm
digunakan pada ulir tersebut. Koefisien gesekan yang terjadi adalah f = 0,12 dan fc =
0,09.
a. Tentukan pitch, lead, kedalaman ulir, diameter rata-rata ulir, dan sudut heliksnya.
b. Hitung torsi awal untuk menaikkan dan menurunkan beban.
c. Hitung efisiensi dongkak ketika sedang menaikkan beban.
2. Baut UNC class 7 berdiameter 0,5 inchi dengan ulir yang dibuat dengan proses rolling
diberikan beban awal 80% dari proof strength-nya ketika digunakan menjepit susuan
ht
baja berlapis setebal 3 inchi. Tentukan faktor keamanan terhadap luluh statis (static
yielding) dan pemisahan sambungan (joint separation) ketika beban statik eksternal
tp
sebesar 5 kN diberikan. Gunakan reliability 99%.
://
3. Ulir daya berprofil Acme dengan diameter pitch 1 inchi dan beulir tunggal digunakan
ru
untuk menaikkan beban sebesar 25000 lbf. Diameter rata-rata collar adalah 1,5 inchi.
m
Koefisien gesekan ulir sama dengan koefisien gesekan collar yaitu sebesar 0,1.
ah
tentukan :
a. Diameter puncak ulir
-b
b. Torsi ulir yang diperlukan untuk menaikkan beban
el
c. Koefisien gesekan maksimum yang diperlukan untuk mencegah ulir mengalami
aj
self- locking jika gesekan collar dihilangkan.
ar
4. Sebuah dongkrak mobil terdiri dari ulir daya dan mur. Mobil diangkat dengan memutar
.o
ulir daya. Hitung torsi yang dibutuhkan untuk menaikkan beban seberat 1 ton.
rg
Diketahui bahwa lead l = 9 mm, diameter pitchnya adalah 22 mm, dan sudut ulirnya
adalah 30°. Koefisien gesekan yang ada adalah 0,1 pada ulir dan nol ditempat lain.
5. Ulir daya berprofil Acme digunakan untuk menaikkan beban sebesar 1350 lbf.
Diameter luar ulir adalah 1,25 inchi dan diameter collar rata-rata adalah 2 inchi.
Koefisien gesek ulir adalah 0,13 dan pada collar adalah 0,16. Tentukan :
a. Torsi yang diperlukan untuk menaikkan dan menurunkan beban.
b. Dimensi geometris ulir.
c. Efisiensi ketika menaikkan beban.
d Beban yang menyebabkan efisiensi ketika menaikan beban adalah sebesar 18%.
6. Gambar dibawah ini menunjukkan bejana tekan dengan pelat tutup bergasket.
Tekanan internal cukup seragam sehingga beban pada baut dapat dianggap statik.
Tekanan jepit gasket yag direkomendasikan adalah minimal sebesar 13 MPa
7-34

35. (termasuk faktor keamanan) untuk menjamin sambungan yang tahan bocor. Untuk
penyederhanaan, lubang baut dapat diabaikan dalam penghitungan luas gasket.
a. Jika baut 12, 16, dan 20 mm mempunyai ulir kasar dan terbuat dari baja SAE
class 8.8 atau 9.8 (dipilih yang paling cocok antara keduanya) akan digunakan,
tentukan jumlah baut yang diperlukan.
b. Jika rasio jarak antar-baut dengan diameter baut tidak boleh melebihi 10 untuk
menjaga tekanan flens yang cukup antar-baut, dan jika rasio ini tidak boleh kurang
dari 5 untuk menyediakan ruang yang cukup untuk kunci standar, yang manadari
ketiga ukuran baut di atas yang memberikan ruang antar-baut yang paling baik.
ht
tp
://
ru
Gambar P8.1
m
7. Gambar dibawah ini menunjukkan sambungan pada cylinder head pada bejana tekan
ah
yang menggunakan 10 baut dan confined-gasket seal. Diameter seal efektif adalah
sebesar 150 mm sedangkan dimensi lainnya adalah : A = 100 mm, B = 200 mm, C =
-b
300 mm, D = 20 mm, dan E = 25 mm. Tekanan statik gas pada silinder adalah
el
sebesar 6 MPa. Telah dipilih baut ISO class 8.8 dengan diameter 12 mm. Berapa
aj
faktor pembebanan, n, dari pemilihan ini?
ar
.o
rg
Gambar P8. 2
8. Gambar dibawah ini menunjukkan lap joint yang dibaut dengan menggunakan baut
SAE grade 8. Temukan gaya geser yang aman F yang dapat diaplikasikan pada
sambungan ini jika ditentukan faktor keamanan berikut : shear pada baut 3, bearing
pada baut 2, bearing pada elemen yang disambung 2,5, dan tension pada elemen
yang disambung 3.
7-35

36. Gambar P8.3
9. Kanal vertikal berukuran 152 X 76 mempunyai kantilever yang dibaut kepadanya.
Kanal tersebut terbuat dari baja AISI 1015 yag di-hot roll. Bautnya adalah M12 x 1,75
ISO 5,8. Untuk faktor desain 2,8 cari gaya F yang aman diberikan pada kantilever.
ht
tp
://
ru
m
ah
-b
el
Gambar P8.4
aj
10. Cari gaya geser total pada tiap baut untuk sambungan seperti diperlihatkan pada
ar
gambar dibawah ini, dan hitung shear stress dan bearing stress-nya. Cari momen
.o
inersia pelat bertebal 8 mm pada penampang tegak lurus dengan lubang baut, dan
cari bending stress maksimum pada pelat.
rg
Gambar P8.5
7-36