Mechanical Engineering

1. BAB 1 Introduction
I. Definition
Penciptaan mesin baru yang lebih baik mesin dan meningkatkan yang sudah ada. Dalam merancang
komponen mesin, diperlukan untuk memiliki pengetahuan yang baik tentang berbagai subyek seperti :
 Matematika
 Mekanika Teknik,
 Kekuatan Bahan,
 Teori Mesin,
 Workshop Process
 Engineering drawing.
A. Yang perlu diperhatikan dalam Merancang mesin:
 Jenis beban (Load) dan Tegangan (Stress) yang disebabkan oleh Gaya – gaya yang bekerja
 Gerakan Bagian mesin :
o Gerakak Curvilinear yang meliputi rotary, osilasi harmonik dan
sederhana..
o Gerakan dengan kecepatan Konstan atau variabel
o Gerakan Rectlinier : Gerakan searah atau bolak balik
 Pemilihan materials.
penting bahwa seorang desainer harus memiliki pengetahuan mendalam tentang
sifat-sifat bahan (properties of materia) dan perilaku mereka di bawah kondisi kerja
Cth : strength, durability, flexibility, weight, resistance to heat and corrosion,
ability to cast, welded or hardened, machinability, electrical conductivity, etc
 Frictional resistance and lubrication
Selalu ada kehilangan daya akibat gaya gesekan dan perlu dicatat bahwa gesekan awal adalah
lebih tinggi daripada menjalankan gesekan
 Pemakaian komponen yang standart
Penggunaan bagian standar terkait eratbiaya, karena biaya standar
atau bagian saham hanya sebagian kecil dari biaya bagian yang sama made to order
 Safety of operation
Beberapa mesin sangat berbahaya untuk Dioperasikan khususnya yang
bekerja dengan kecepatan tinggi untuk memastikan produksi pada tingkat maksimum
 Assembling
Unit yang besar seringkali harus dirakit di toko, diuji dan kemudian dibawa untuk diangkut ke
mereka tempat pelayanan.
B. System of Units

2. 1. C.G.S. units,
2. F.P.S. units, (Foot-pound-second)
3. M.K.S. units,
4. S.I. units
C. Junis Gaya dan beban
o Masa
o Berat
o Inertia
o Gaya : an agent, which produces or tends to produce, destroy or tends to destroy
motion.
o Momen : Moment of a force = F × l
o Kopel
o Memontum Angular
o Torsi : Gaya yang bekerja secara tegak lurus terhadap garis yang melalui titik pusat
lingkaran
.
D. Material
a. Metal : Ferous metal (iron, cast iron), Non ferous metal (alumunium, tembaga dll)
b. Non Metal : Plastik, karet, keramik,
Mechanical Properties of Metals (Sifat mekanin bahan)

3. Strength : adalah kemampuan suatu material untuk menahan gaya eksternal tanpa
merusak material tersebut. Resistansi internal yang dilakukan oleh bagian material untuk
menahan gaya eksternal yang diterapkan disebut stress
Stiffness : kemampuan suatu material untuk menahan deformasi . ukuran kekakuan
(stifness) adalah Modulus elastisitas
Elasticity : kemampuan material untuk mendapatkan kembali bentuk aslinya setelah
terjadi deformasi setelah kekuatan eksternal dihapus
Plasticity : kemampuan dari bahan untuk mempertahankan deformasi ketika terjadi
pembebanan secara permanen.
Ductility : Kemampuan dari bahan yang memungkinkan untuk ditarik menjadi kawat
dengan aplikasi dengan kekuatan tarik
Brittleness :Sifat dari bahan yang mudah pecah (rapuh) hanya dengan distorsi permanen
sedikit. Bahan rapuh ketika mengalami beban tarik
Fatigue : Ketika material mengalami tegangan berulang yang akhirnya rusak pada pembebanan
yang besarnya masih dibawah kekuatan material yang sebenarnya. Jenis kegagalan material ini
dikenal sebagai Fatique atau kelelahan
Hardness : Sifat yang sangat penting dari logam dan memiliki berbagai macam arti seperti
ketahanan untuk dipakai menggaruk, kemampuan logam untuk memotong logam lain
II. Manufacturing
A. Manufacturing Processes
o Primary shaping processes : The common operations used for this process are casting,
forging, extruding, rolling, drawing, bending, shearing, spinning, powder metal forming,
squeezing
o Machining processes : Proses yang digunakan untuk memberikan bentuk akhir terhadap
komponen mesin
o Surface finishing processes : Proses yang digunakan untuk memberikan bentuk
permukaan akhir yang baik untuk komponen mesin
o Joining processes : Proses yang digunakan untuk bergabung dengan komponen mesin
o Processes effecting change in properties : Proses ini digunakan untuk memberikan sifat
yang spesifik tertentu untuk komponen mesin sehingga membuat mereka cocok untuk
digunakan operasi tertentu
BAB 2 Tegangan – tegangan sederhana
Dalam praktek rekayasa (engineering) , biasanya bagian-bagian mesin akan mengalami berbagai macam
gaya (force) yang disebabkan oleh salah satu atau lebih dari hal berikut :
- Transimisi daya

4. - Berat mesin
- Gesekan
- Inersia dari bagian yang bergerak bolak balik
- Perubahan suhu
- Ketidak seimbangan bagian yang tidak bergerak
A. Beban (Load)
Didefinisikan sebagai kekuatan eksternal yang bekerja atas suatu
bagian mesin
 steady load
 variable load
 shock loads.
 Impact load
B. Tegangan (Stress)
Ketika suatu gaya/beban eksternal bekerja pada bagian komponen, maka akan timbul kekuatan
internal (sama dan berlawanan) yang yang terjadi pada bagian tersebut, yang menahan
kekuatan eksternal.
Gaya internal per satuan luas tersebut dikenal sebagai Tegangan / stress
Dalam Satuan Internasional (SI)
1 Pa = 1 N/m2
1 MPa = 1 x 106 N/m2 = 1 N/mm2
1 Gpa = 1 x 109 N/m2 = 1 kN/mm2
C. Strain
Ketika kekuatan atau beban bekerja pada komponen,maka komponen akan mengalami
deformasi . deformasi per satuan panjang ini disebut sebagai (Regangan/strain) .
D. (Tegangan tarik) Tensile Stress
Ketika Sebuah benda dikenai dua gaya aksial yang sama besar dan berlawanan menarik
P(jugadisebut beban tarik) maka tegangan akan terjadi pada setiap bagian bendat tersebut. Hal
ini dikenal sebagai tegangan tarik

5. E. Beban tarik (Tensile Strain)
karena beban tarik yang bekerja pada sebuah benda, maka akan ada
penurunan ukuran luas penampang dan peningkatan panjang benda. Rasio peningkatan
panjang dengan panjang aslinya dikenal sebagai regangan tarik (tensile strain)
F. Beban tekan (Compresive Stress )
Ketika benda dikenai dua gaya aksial P yang sama dan berlawanan arah dan saling mendorong
disebut juga beban tekan (compresive load)
G. Regangan tekan (Kompresive Strain)
karena beban tekan yang bekerja pada sebuah benda, maka akan ada peningkatan luas
penampang dan penurunan panjang. Rasio dari penurunan panjang dengan panjang awal
dikenal sebagai regangan tekan (compresive strain)

6. Modulus Young atau Modulus Elastisitas
Hukum Hooke menyatakan bahwa ketika suatu material dibebani tidak melebihi pada batas
elastisitasnya, tegangan secara langsung sebanding dengan regangan
H. Tegangan Geser (Shear Stress ) dan Regangan Geser (Shear Strain)
Ketika benda dikenai dua gaya yang sama besar dan berlawanan arah (P).
dan gaya tersebut bekerja dalam arah tangensial terhadap permukaan yang terbebani, maka
benda cenderung akan terputus pada bagian yang terbebani. Teganan ini disebut tegangan
geser (shear stress) dan perubahan dimensi pada bagian ini disebut regangan geser (shear
strain)
Simbol tegangan geser = tau (τ) , Simbol regangan geser = phi (ф)
** Tegangan geser yang terjadi seperti pada pake keling seperti pada gambar termasuk kategori
tegangan geser tunggal
Luas Penampang yang menerima tegangan adalah :

7. A = Luas penampang
d = Diameter
Sehingga Tegangan geser pada sambunga keling tunggal adalah
τ = Tegangan geser
P = Gaya
Untuk tegangan geser ganda
Luas Penampang A =
Sehingga
*** Ketika harus dibuat lubang pada plat dengan cara dipres atau dibor, maka alat yang
digunakan harus dapat mengatasi resistensi gaya geser plat tersebut.
Jika diameter lubang adalah “d” dan ketebalan plat “ t” maka luas area tegangan geser adala
Dan Gaya yang dibutuhkan untk melubanbgi plat adalah

8. τu = Tegangan geser maksimum plat
Modulus Regiditas
Tegangan geser secara langsung sebanding dengan regangan geser atau
atau atau
Dimana
τ = Tegangan geser
ф = Regangan geser
C = Modulus Rigiditas
I. Tegangan kerja (Working stress)
Ketika merancang bagian-bagian mesin, selalu diinginkan untuk menjaga agar tegangan yang
terjadi harus lebih rendah daripada tegangan maksimum dari material. Tegangan ini dikenal
sebagai tegangan kerja atau desain stres. Atau juga dikenal sebagai Safe atau Tegangan yang
diijinkan
Factor of Safety
Didefinisikan secara umum sebagai rasio tegangan maksimum terhadap tegangan kerja
Bab 4
Sambungan Las
Las adalah jenis sambungan Permanen yang dilakukan melalui penggabungan tepian dari 2
bagian yang akan disambungkan. Proses bisa dilakukan dengan atau tanpa adanya tekanan
(preasure) dan material pengisi (filler)
Keuntungan las
- Struktur las biasanya lebih ringan
- Sambungan las memberikan efisiensi maksimum (mungkin 100%)
- Perubahan dan penambahan dapat dengan mudah dibuat dalam struktur yang ada
- Sebagai struktur, las halus dalam penampilan,
- Pada sambungan las, tidak terjadi pelemahan bagian2 sambungan
- Sambungan las memiliki kekuatan yang besar
- Dapat menyambung benda2 yang memiliki bentuk melingkar, seperti pipa baja (rumit)
- Sambungannya rigid (kaku)
- Dimungkin melakukan pengelasan pada setiap titik di setiap bagian
- Pengerjaan las lebih cepat
Kerugian :

9. - Karena ada proses pemanasan & pendinginan dapat menimbulkan tegangan-tegangan
tambahan pada material atau ganguan lainnya
- Memerlukan tenaga kerja dengan keahlian tinggi
- Dapat terjadi retakan pada sambungan
- Proses pengecekan las cukup rumit
Jenis – jenis las
- Fussion welding : Proses pengelasan yang menggunakan panas.
Menggunakan filler yang berupa logam cair. Biasanya komposisi filler menyerupai
komposisi logam yang akan disambung.
Jenis Fussion Welding:
- Thermit Welding : Filler yang digunakan merupakan campuran besi oksida dan
alumunium,yang juga disebut thermit.
Biasa digunakan untuk menyambung komponen yang besar: Rel kereta chasis trailer dll
- Gas Welding : Gas welding dibuat dengan menyalakan api dari oxy acetylene atau gas
hidrogen. Api digunakan untuk memanaskan tepian material yang akan disambung.
- Electric Arc Welding: memiliki cara yang hampir sama dengan las gas, tetapi
menggunakan filler logam yang berasal dari elektroda.
- Forge Welding :, bagian-bagian yang akan disambung terlebih dahulu dipanaskan sampai
suhu yang tepat dalam tungku dan kemudian ditempa/dipalu
Jenis2 sambungan las
1) Lap Joint / Fillet joint
1. Single transverse fillet, 2. Double transverse fillet, and 3. Parallel fillet joints.
2) Butt Joint

10. Kekuatan sambungan Transverse Fillet Joint
Lap joint/ fillet joint dirancang untuk dapat menahan beban tensil.
untuk menentukan kekuatan sendi fillet, diasumsikan bahwa bagian dari fillet adalah
tepat di siku segitiga ABC dengan AC miring membuat sudut yang sama dengan lainnya dua sisi
AB dan BC
t = Throat thickness (BD),
s = Leg or size of weld, = Thickness of plate, and
l = Length of weld,
Throat thickness : t = s × sin 45° = 0.707 s
Minimum area of the weld or throat area,

11. A = Throat thickness × Length of weld = t × l = 0.707 s × l
Jika σt adalah tegangan tarik yang diijinkan untuk las logam,
maka kekuatan tarik sambungan untuk las fillet tunggal,
P = Throat area × Allowable tensile stress = 0.707 s × l × σt
dan kekuatan tarik sambungan untuk las fillet ganda ;
P = 2 × 0.707 s × l × σt = 1.414 s × l × σt
Note: Since the weld is weaker than the plate due to slag and blow holes, therefore the weld is given a
reinforcement which may be taken as 10% of the plate thickness
Kekuatan sambungan paralel fillet joint
Sambungan paralel fillet dirancang untuk menahan beban yang menimbulkan tegangan geser yang
besar.
Kita telah bahas dalam artikel sebelumnya, bahwa ,
- Throat thickness minimum A = 0,707 s × l
Jika τ adalah tegangan geser yang diijinkan untuk logam las
- Tegangan geser of the joint for double parallel fillet weld :
P = 2 × 0.707 × s × l × τ = 1.414 s × l × τ
Jika sambungan merupakan kombinasi transverse dam paralel seperti ditunjukkan pada Gambar. 10,8
(b), maka kekuatan sambungan adalah jumlah kekuatan transverse dan parale fillet.
P = (0.707x s × l1 × σt )+ (1.414 x s × l2 × τ)

12. Contoh :
Sebuah plat lebar 100 mm dan tebal 10 mm yang akan dilas ke plat lain dengan cara
fillet paralel ganda. Lempeng plat2 tersebut dikenakan beban statis 80 kN. Hitung panjang lasan jika
tegangan geser yang diizinkan dalam lasan tidak melebihi 55 MPa
Solution.
Given: Lebar = 100 mm ; Tebal = 10 mm ; P = 80 kN = 80 × 103 N ;
τ = 55 MPa = 55 N/mm2
Let l = Length of weld, and s = Size of weld = Plate thickness = 10 mm
We know that maximum load which the plates can carry for double parallel fillet weld (P)
P = 2 × 0.707 × s × l × τ
= 1.414 x s × l × τ
80 × 103 = 1.414 × s × l × τ = 1.414 × 10 × l × 55
80 × 103 = 778 l
l = 80 × 103 / 778 = 103 mm
Tambahkan 12,5 mm untuk area mulai dan area akhir las,
l = 103 + 12,5 = 115,5 mm
KeKuatan Butt Joint
Butt joint adalah sambungan yang biasa digunakan untuk menahan tarikan atau tekanan

13. Kekuatan tarik pada butt joint (single-V or square butt joint)
P = t × l × σt
l = Length of weld
Untuk double-V butt joint P = (t1 + t2) l × σt
t1 = Throat thickness at the top, and
t2 = Throat thickness at the bottom.
Contoh Soal:
A plate 100 mm wide and 12.5 mm thick is to be welded to another plate by means of parallel fillet
welds. The plates are subjected to a load of 50 kN. Find the length of the weld so that the maximum
stress does not exceed 56 MPa. Consider the joint first under static loading and then under fatigue
loading
Sebuah pelat 100 mm lebar dan tebal 12,5 mm yang akan dilas ke piring lain melalui lasan fillet paralel.
Lempeng dikenakan beban 50 kN. Cari panjang lasan sehingga tegangan maksimum tidak melebihi 56
MPa. Pertimbangkan sendi pertama di bawah pembebanan statis dan kemudian di bawah beban sikli
Solution. Given:
Lebar = 100 mm ; Tebal = 12.5 mm ; P = 50 kN = 50 × 103N ; τ = 56 MPa = 56 N/mm2
Panjang lasan untuk pembebanan statis
Jika l = Panjang las, dan
s = Ukuran las = ketebalan pelat = 12,5 mm
P = 1.414 x s × l × τ
50 × 103N = 1.414 x s × l × τ
50 × 103N = 1.414 × 12.5 × l × 56

14. 50 × 103N = 990 l
l = 50 × 103 / 990 = 50.5 mm
Tambahkan 12,5 mm
l = 50.5 + 12.5 = 63 mm
Panjang lasan untuk loading kelelahan
From Table 10.6, we find that the stress concentration factor for parallel fillet welding is 2.7.
Permissible shear stress, τ = 56 / 2.7 = 20.74 N/mm2
We know that the maximum load which the plates can carry for double parallel fi llet welds
(P) = 50 × 103 = 1.414 s × l × τ = 1.414 × 12.5 × l × 20.74 = 367 l
l = 50 × 103 / 367 = 136.2 mm
Adding 12.5 for starting and stopping of weld run, we have
l = 136.2 + 12.5 = 148.7 mm
Contoh Soal:
A plate 75 mm wide and 12.5 mm thick is joined with another plate by a single transverse weld and a
double parallel fillet weld as shown in Fig. 10.15. The maximum tensile and shear stresses are 70 MPa
and 56 MPa respectively. Find the length of each parallel fillet weld, if the joint is subjected to both
static and fatigue loading
Sebuah pelat 75 mm lebar dan tebal 12,5 mm bergabung dengan piring lain oleh las melintang tunggal
dan fillet lasan paralel ganda seperti ditunjukkan pada Gambar. 10.15. Tarik maksimum dan tegangan
geser adalah masing-masing 70 MPa dan 56 MPa. Cari panjang setiap fillet lasan paralel, jika sendi
dibebani oleh beban statis dan kelelahan
Solution :
Given : Width = 75 mm ; Thickness = 12.5 mm ; στ = 70 MPa = 70 N/mm2 ;
τ = 56 MPa = 56 N/mm2.
The effective length of weld (l1) for the transverse weld may be obtained by subtracting
12.5 mm from the width of the plate.
l1 = 75 – 12.5 = 62.5 mm
Length of each parallel fillet for static loading
Let l2 = Length of each parallel fillet.

15. We know that the maximum load which the plate can carry is
P = Area × Stress = 75 × 12.5 × 70 = 65 625 N
Load carried by single transverse weld,
P1 = 0.707 s × l1 × σt = 0.707 × 12.5 × 62.5 × 70 = 38 664 N
and the load carried by double parallel fillet weld,
P2 = 1.414 s × l2 × τ = 1.414 × 12.5 × l2 × 56 = 990 l2 N
Load carried by the joint (P) = 65 625 = P1 + P2 = 38 664 + 990 l2
l2 = 27.2 mm
Adding 12.5 mm for starting and stopping of weld run, we have
l2 = 27.2 + 12.5 = 39.7 say 40 mm
Length of each parallel fillet for fatigue loading
the stress concentration factor for transverse welds is 1.5 and for parallel fillet welds is 2.7.
Permissible tensile stress, σt = 70 / 1.5 = 46.7 N/mm2
and permissible shear stress, τ = 56 / 2.7 = 20.74 N/mm2
Load carried by single transverse weld,
P1 = 0.707 s × l1 × σt = 0.707 × 12.5 × 62.5 × 46.7 = 25 795 N
and load carried by double parallel fillet weld,
P2 = 1.414 s × l2 × τ = 1.414 × 12.5 l2 × 20.74 = 366 l2 N
Load carried by the joint (P) = 65 625 = P1 + P2 = 25 795 + 366 l2
l2 = 108.8 mm
Adding 12.5 mm for starting and stopping of weld run, we have
l2 = 108.8 + 12.5 = 121.3 mm
Sambungan Skrup
Sebuah sambungan skrup biasanya terrdiri dari dua buah elemen yaitu baut dan mur. Sambungan skrup
biasanya digunakan pada bagian mesin yang membutuhkan kegiatan bongkar pasang yang cukup sering.
Keuntungan

16. 1. Sangat dapat diandalkan
2. Sangat mudah untuk dibongkar pasang
3. Tersedia banyak jenis sambungan untuk berbagai macam kebutuhan
4. Memiliki biaya yang rendah
Kerugian
Konsentrasi tegangan pada bagian berulir yang juga meruapakan titik yang sangat rentan terhadap
beban variabel
Diameter Mayor : Diameter terbesar dari ulir skrup ( ulir luar dan ulir dalam)
Diameter Minor : Diameter terkecil dari ulir skruo (ulir luar dan ulir dalam)
Diameter Pirtch : Diameter imajiner
Pitch : Jarak antara ulir yang dihitung dalam arah aksial
Crest : Bagian puncak ulir
Root : Bagian dasar dari ulir
Kedalama Ulir : Jarak antara Crest dan root
(Depth of thread)
Sudut Ulir : Sudut ulir
(angel of thread)
Slope : Jarak setengan pitch
Ulir

17. Bentuk umum sambungan skrup

18. Through bolt adalah sambungan skrup yang dibuat dengan cara melubangi dua bagian yang akan diikat
bersama-sama ,
Dimana pada ujung bagian atas mur dipasang baut yang dapat mengencangkan sambungan tersebut
Tap bolt adalah sambungan dengan membuat ulir dalam pada salah satu bagian yang akan disambung,
kemudian ditanamkan batang yang berulir kedalamnya. Mur dipasang kemudian
Stud Salah satu bagian yang akan disambung memiliki ulir tap (ulir dalam), untuk mengencangkan
sambungan digunakan baut yang dikencangkan
Ukuran baut dinyatakan dengan lambang M yang diikuti oleh diamete X pitch. (kadang ukuran pitch
tidak disertakan) cth: M 5 ; M 12
Merangcang baut
Tegangan – tegangan yang timbul pada sambungan skrup akibat beban statis
1. Teganan internal pada proses pengencangan
2. Tegangan yang terjadi akibat beban eksternal
3. Tegangan yang terjadi yang merupakan kombinasi dari beban eksternal dan proses
pengencangan
POROS (SHAFT)
Definisi.
Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenampang bulat dimana terpasang

19. 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. (Josep Edward Shigley, 1983)
Pembagian poros.
1. Berdasarkan pembebanannya
A. Poros transmisi (transmission shafts)
Poros transmisi lebih dikenal dengan sebutan shaft. Shaft akan mengalami beban puntir berulang, beban
lentur berganti ataupun kedua-duanya. Pada shaft, daya dapat ditransmisikan melalui gear, belt pulley,
sprocket rantai, dll.
B. Gandar
Poros gandar merupakan poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang. Poros gandar tidak
menerima beban puntir dan hanya mendapat beban lentur.
C. 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.
2. Berdasar bentuknya
A. Poros lurus
B. Poros engkol sebagai penggerak utama pada silinder mesin
Ditinjau dari segi besarnya transmisi daya yang mampu ditransmisikan, poros merupakan elemen mesin
yang cocok untuk mentransmisikan daya yang kecil hal ini dimaksudkan agar terdapat kebebasan bagi
perubahan arah (arah momen putar).
Hal-hal yang harus diperhatikan.
1. 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.
2. 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.
3. 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,
4. 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.

20. 5. Material poros
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
molibden, 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.
Desain Poros
Poros dapat dirancang atas dasar
1. Kekuatan, dan 2. Rigidity dan stifness (kokoh dan kaku)
Dalam merancang shaft atas dasar kekuatan, kasus-kasus berikut dapat menjadi pertimbangan
(a) Poros mengalami momen puntir atau torsi saja,
(b) Poros mengalami momen lentur saja,
(c) Poros dikenakan dikombinasikan momen puntir dan momen lentur
(d) Poros dikenai beban aksial di samping beban torsi dan lentur gabungan.
A. Poros hanya Dikenakan Momen puntir saja
Untuk menghitung diameter poros yang hanya terdapat momen puntir saja (twisting moment only),
dapat diperoleh dari persamaan berikut :
Perhitungan Pembebanan Pada Poros
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

21. 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

22. 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 :

23. 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,

24. 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 :

25. 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 휎b dan τ, didapat:
Pernyataan dikenal sebagai equivalent twisting moment yang disimbolkan dengan .
Sehingga dapat disimpulkan bahwa :

26. 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,

27. 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

28. (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

29. Tabel 1.2
Karakteristik safety faktor D dan E
ns = not serious
s = serious
vs = very serious

30. 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