PERENCANAAN SAMBUNGAN SEKRUP/BAUT

Sekrup atau ulir dibentuk melalui pemotongan alur helical secara kontinu pada permukaan silinder. Bila dilakukan pemotongan alur tunggal pada permukaan silinder maka dinamakan single thread screw dan jika dilakukan pemotongan alur lainnya pada jarak antar alur pertamanya disebut double thread screw. Sambungan sekrup ( screw joints) terdiri dari 2 elemen yaitu : mur dan baut. Sambungan sekrup digunakan bila : · Untuk bagian mesin yang memerlukan sambungan dan pelepasan tanpa mengakibatkan kerusakan pada komponen mesin. · Untuk memegang dan penyesuaian dalam perakitan dan perawatan. Keuntungan dan Kerugian Screw joints Keuntungan: · Mempunyai reliabilitas tinggi dalam operasi. · Sesuai untuk perakitan dan pelepasan komponen. · Suatu lingkup yang luas dari sambungan baut diperlukan untuk beberapa kondisi operasi. · Lebih murah untuk diproduksi dan lebih efisien. Kerugian: · Konsentrasi tegangan yang pada bagian ulir yg tidak mampu menahan berbagai kondisi beban Note : kekuatan sambungan sekrup tidak sebanding dengan kekuatan sambungan las atupun sambungan keling Defenisi · Major diameter Diameter terbesar pada bagian ulir luar atau bagian ulir dalam dari sebuah sekrup. Sekrup dispesifikasikan oleh diameter ini, juga disebut diameter luar atau diameter nominal. · Minor diameter Bagian terkecil dari bagian ulir dalam atau bagian ulir luar, disebut juga sebagai core atau diameter root. · Pitch diameter Disebut juga diameter efektif, merupakan bagian yang berhubungan antara baut dan mur. · Pitch Jarak dari satu ujung ulir ke ujung ulir berikutnya. Pitch = 1 No. of threads per unit length of screw Lokasi sambungan sekrup Pemilihan tipe sambungan dan lokasi penyambungan sangatlah penting. Lokasi penyambungan harus diatur sedemikian rupa agar mampu menahan beban tarik dan beban geser (tensile / shears load) dan bengkok akibat penyambungan harus ditekan seminim mungkin. Bengkoknya suatu sambungan merupakan akibat dari : · Misalignment ( tidak lurus) Gaya pengencangan yang terlalu besar. · Gaya eksternal yang terlalu besar yang memungkinkan mengakibatkan kegagalan sambungan. Tensile Stress / Tegangan Tarik Adalah suatu sifat bahan hubungan tegangan-regangan pada tarikan memberikan nilai yang cukup berubah tergantung pada laju tegangan temperature dll. Umumnya kekuatan tarik lebih rendah daripada umpannya seperti baja, duralumin dll. Shear Stress / Tegangan Geser Ketika benda kerja menjadi sasaran dua kekuatan yang sama atau berlawanan, bergerak secara tangensial dengan sisi yang berlawanan, dimana ini disebabkan pada setiap sisi dari benda kerja dan inilah yang disebut shear stress. Dan yang berhubungan dengan regangan dikenal shear strain, yang diukur dengan sudut deformasi yang berdekatan dengan shear stress Bending Stress / Tegangan Tekuk Dalam kegiatan perteknikan, bagian-bagian atau anggota structural mungkin menjadi sasaran pada beban static atau dinamis yang disebut sebagai bending stress. Sedikit pertimbangan akan menujukkan karena adanya moment bending, kabel pada bagian atas benda kerja akan diperpendek karena akompresi terebut. Tipe umum sambungan sekrup 1. Through Bolt Sambungan through bolt pada umumnya merupakan suatu batang silinder beralur yang dimasukkan pada lubang yang telah dibuat/dibor pada 2 bagian yang akan disambung, dijepit dengan mur/nuts di bagian bawah dan kepala/head di bagian atas. Sambungan through bolt yang digunakan boleh yang telah dimesin/dibuat alur ataupun yang belum dan kepalanya bisa berbentuk persegi maupun segienam. Sambungan through bolt harus dengan mudah melalui lubang bila beban bekerja sepanjang sumbu. Bila beban diberikan secara tegak lurus dengan sumbu sambungan, yang mana juga bekerja beban geser maka lubang harus diream sehingga shank dapat secara pas dimasukkan. Sambungan through bolt digunakan untuk sambungan mesin ( machine bolts), carriage bolts, automobile bolts, eye bolts, etc. Shank merupakan bagian silinder sekrup. 2. Tap Bolt Sambungan tap bolt sangat berbeda dengan sambungan through bolt. Pada sambungan tap bolt, sekrup dimasukkan ke dalam lubang antara 2 keping yang akan disambung, dengan hanya satu dari dua keping yang di tap tanpa menggunakan nut. Tap : alat yang digunakan untuk membuat ulir dalam. Snay : alat yang digunakan untuk membuat ulir luar. 3. Studs Stud merupakan batang silinder yang dialur pada kedua ujungnya. Salah satu ujung disekrup ke dalam lubang yang ditap pada bagian yang akan disambung sedangkan ujung lainnya digunakan untuk mur/nut. Studs pada umumnya digunakan untuk menggantikan tap bolt untuk mengamankan berbagai pelindung/ penutup. Contohnya pada penutup mesin, pompa silinder,dll. Karena tidak disekrup secara penuh, alur pada lubang sambungan tap cenderung rusak. Kerugian ini ditutupi dengan penggunaan sambungan studs. 4. Cap Screws Cap screws hampir sama dengan tap bolt kecuali ukurannya yang kecil dan variasi bentuk kepala/head. 5. Machine Screws Hampir sama dengan cap screws hanya saja kepala/head dibuat lubang untuk obeng dan biasanya pada penggunaannya menggunakan mur/nut. 6. Set Screws Set Screws digunakan untuk mencegah gerakan relatif/pengeseran antar 2 komponen. Set screws disekrup melalui lubang beralur pada komponen pertama dan ujung dari sekrup itu menekan komponen lainnya. Sambungan ini mengurangi gerakan relatif antar 2 komponen yang berarti mengurangi gesekan antara ujung dari sekrup dengan komponen yang lainnya. Sambungan ini digunakan untuk mengurangi gerakan relatif antara poros dengan batang pada alat transmisi tenaga listrik. Ukuran diameter dari set screw dapat ditentukan dengan dengan cara d = 0.125D + 0.8 cm dimana D = diameter dari batang yang akan disetscrew Gaya tangensial yang bekerja pada permukaan batang : F = 132 d2.3 kg Torsi yang ditransmisikan set screw : T = (F x D)/2 kgcm Locking devices / alat pengunci Umumnya penyambungan yang standard akan tetap kuat bila diberikan beban statis, namun banyak dari jenis penyambungan ini mengalami kelonggaran bila dikenakan beban dinamik ataupun pada bagian mesin yang mengalami vibrasi atau getaran. Longgarnya sambungan ini sangat berbahaya dan harus dihindari, oelh karena itu, beberapa peralatan penggunci dibuat. Berikut ini adalah penjelasannya : 1. Jam nut or lock nut Peralatan pengunci yang paling umum adalah jam, lock atau check nut. Jika lock nut yang dipasang sesuai dengan gambar (a)< yang tipis di bawah dan yang tebal di atas> akan sulit untuk dibuka kembali sambungannya, bila dipasang sesuai dengan gambar (b) maka upper nut akan menanggung beban yang lebih besar dibandingkan lower nut walaupun upper nut lebih tipis. Oleh karena itu upper nut harus terbuat dari bahan yang tebal. Untuk mengatasi kesulitan yang ditimbulkan oleh kedua lock nut di atas, kedua nuts baik upper maupun lower yang digunakan sebaiknya sama tebal. 2. Castle nut Castle nut secara luas digunakan untuk pekerjaan dengan beban kejut dan vibrasi/getaran tertentu. Contohnya pada industri automotive. Dari gambar dapat kita lihat bahwa split pin simasukkan ke dalam dua lubang pada nuts dan satu lubang di bolt/sekrup. Load Didefinisikan sebagai kekuatan eksternal yang mendukung bagian dari sutau mesin. Beban ini terdiri dari 3 tipe, yaitu: Beban tetap (steady load), dikatakan beban tetap apabila beban dalam keadaan diam dimana benda tersebut tidak dapat erubah arah. Beban gerak (variying load), apabila beban dapat dipindahkan secara kontiyu. Beban kejut (shock load), apabila bebam digunakan dan dipindahkan secara tiba-tiba. Pada penggunci Sawn nut, terdapat lubang di bagian samping kedalamannya kira-kira setengah dari ketinggian nut, dapat dilihat dari gambar. Ketika nut disekrup ke bawah, sebuah sekrup kecil dikencangkan sehingga menghasilkan gesekan antara nut dengan bolt. Ini mencegah kelonggaran dari nut. 4. Ponn, Ring atau grooved nut Pada grooved nut terdapat upper part hexagonal dan lower part silinder. Pengunci ini banyak digunakan ketika komponen disambungkan pada bagian tepi. 5. Locking with pin Nut dapat dikunci dengan taper pin maupun cotter pin.Tapi split pin sering digunakan untuk mengunci sekrup di atas nut seperti pada gambar (b). 6. Locking with plate Nut pada sambungan ini dapat disesuaikan dan sesudah itu dapat dikunci dengan interval sudut di bawah 30 derajat dengan menggunakan plate/keping ini. 7. Spring lock washer Spring lock washer digunakan untuk mencegah terjadinya kelonggaran nut. Desain Alur pada Sekrup Sesuai dengan IS : 1362 – 1962 desain alur pada sekrup mencakup : 1. Desain ukuran Ukuran dari sekrup dilambangkan dengan huruf n yang diikuti dengan diameter dan pitch, keduanya dipisahkan dengan tanda x. Bila tidak ada nilai untuk pitch berarti ukuran pitch yang standard yang digunakan. 2. Desain toleransi Desain toleransi mencakup : a. Grade dari desain toleransi dilambangkan dengan : ‘7’ untuk grade yang baik ‘8’ untuk grade yang normal atau medium ‘9’ untuk grade kasar. b. Posisi toleransi dilambangkan dengan : ‘H’ untuk unit thread ‘d’ untuk alur sekrup yang diizinkan ‘h’ untuk alur sekrup yang tidak diizinkan Contoh : M6-8d menunjukkan suatu sekrup dengan ukuran 6 mm , dengan ukuran pitch standard, toleransi grade normal dan alur yang diizinkan. Tegangan yg terjadi akibat beban statis · Tegangan dalam akibat gaya pengencangan. · Tegangan akibat gaya luar. · Kombinasi gaya (1) dan (2). Tegangan internal akibat gaya pengencangan · Tegangan tarik disebabkan pelonggaran baut. · Tegangan geser puntir akibat tahan gesek selama pengencangan. · Tegangan geser pada ulir. · Tegangan tekan pada ulir. · Tegangan tekuk, jika permukaan dibawah kepala baut/screw tidak dalam posisi sempurna thd sumbu baut. Tegangan Tarik Akibat Pelonggaran Baut Tekanan awal bila digunakan untuk pengetatan sambungan yang berhubungan dengan fluida (bila tidak digunakan setengah harga Pt): Pt = 284.d Kg (satuan MKS) Pt = 2840.d N (satuan SI) Beban aksial maksimum yg aman diaplikasikan: P = tegangan ijin x Luas penampang bawah ulir (luas tegangan) Luas tegangan, Stress Area = p(dp + dc)2/16 dimana, dp = pitch diameter. dc = core atau minor diameter Tegangan geser puntir akibat tahanan gesek Fs = 16T/(p.dc)3 dimana, fs = tegangan geser puntir T = Torsi (momen puntir) Tegangan geser pada ulir Fs = P/(p.dc.b.n) dimana, b = lebar bagian ulir pada root. Tegangan geser pada mur Fs = P/(p.d.b.n) dimana, d = major diameter Tegangan Patah pada Ulir Fs = P/(p(d2-dc2)n) dimana, n = jumlah ulir Tegangan akibat Gaya Luar · Tegangan Tarik, dimana, ft = tegangan tarik ijin bahan. P = (p dc2 Ft )/ 4 · Tegangan geser P = (p d2 Fs )/ 4 Kombinasi 1 dan 2. Tegangan geser utama maksimum, Tegangan tarik utama maksimum, Perlu kita ketahui bahwa, ukuran dari suatu sekrup sekrup sangatlah banyak. Ketika kita hendak membeli sekrup, kita perlu menyebutkan ukuran diameter dari kepala sekrup dan juga ukuran dari ulir sekrup tersebut. · Ulir ada dua jenis yaitu ulir halus dan ulir kasar. Ulir halus pada umumnya lebih kuat. Semakin halus suatu ulir, semakin kuat suatu media diikat. Ulir yang halus biasanya digunakan pada komponen mesin yang merupakan pusat dari vibrasi dan juga pada penopang nyawa seperti mur kaliper rem. · Bahan baku baut dan mur juga banyak macamnya. Ada yang terbuat dari baja liat atau plastik. Secara fisik, baut dari baja lebih kokoh, padat serta bertekstur halus. Sebaliknya, baut dari besi cor, mempunyai tekstur kasar. Sekrup pada gambar (a) menunjukkan bahwa ulir terdapat pada sepanjang batang silinder. Jenis dari sekrup ini digunakan pada stud. Sedangkan pada gambar (b), ulir tidak terdapat sepanjang batang silinder. Jenis ini digunakan pada tap bolt. · Bentuk kepala pada gambar(a) biasanya digunakan pada peralatan elektronik, misalnya HP. Sekrup pada gambar (b) biasanya digunakan untuk mengencangkan kayu. Ini dapat dikenal dari jenis ulirnya yang kasar.