Pendahuluan

Table of Contents

Elemen mesin adalah ilmu yang digunakan untuk mempelajari komponen-komponen mesin yang dilihat dari sisi fungsi komponen, component colculation, cara kerja, cara merancangan dan power calculation dari komponen yang direncanakan.

Mesin adalah kumpulan (rakitan) dari berbagai komponen ataupun onderdil mesin yang membentuk one system maupun siklus kerja mesin.

1. Mesin sebagai penggerak awal / sumber energi

1.   Penggerak yang menggunakan turbin, misalnya: turbin air, turbin uap dan turbin gas yang biasa dipakai pada: pesawat terbang, kapal laut, kereta api, dan yang lainya.
2.   Penggerak yang menggunakan energi listrik, misalnya motor listrik.
3.   Penggerak yang menggunakan bahan bakar minyak yaitu: Motor Bakar Bensin dan Diesel.
4.   Penggerak mula yang menggunakan tenaga air dan angin. Misalnya Kincir angin dan kincir air.

2. Mesin-mesin yang digunakan untuk mengangkat load diantaranya: tower crane, lift, katrol, mobil derek, alat-alat berat dan lain lain. Mesin tersebut terdiri bermacam-macam komponen penambah dan jumlah spare part yang berbeda-beda.
3. Mesin-mesin yang digunakan untuk mengatur suhu, misalnya mesin pendingin dan mesin pemanas.

 

Komponen-komponen mesin (onderdil) dikelompok menjadi 3 kelompok besar, yaitu:

1. Onderdil (spare part): berbagai spare part kecil dari satu unit part mesin yang disatukan menjadi satu kesatuan.

Example: champ shaft, batang piston, Torak, cylinder torak, rocker arem, valve, seal valve, seat valve, dsb.

2. Unit: kesatuan dari berbagai elemen mesin yang di gabungkan menjadi satu kesatuan utuh.

example: mekanisme katup, transmisi, brake system, dll.

3. Assembly: rangkaian dari sejumlah elemen dan unit yang telah berbentuk menjadi mesin. Contoh: pesawat Terbang, kereta Api, motor listrik, dan lain-lain.

 

Pengetahuan umum yang di butuhkan untuk mempermudah dalam mempelajari dan memahami tentang spare parts mechine dan problemnya dapat dikaitan dengan:

1. System gaya yang bekerja pada komponen yang akan dibuat. 
2. Tegangan dan regangan yang terjadi pada bahan komponen
3. Pengetahuan bahan teknik 
4. Pengetahuan Gambar teknik
5. Kempuan melakukan Process produksi

 

1. System Gaya yang bekerja pada komponen.

Gaya pada umumnya adalah sisitem aksi dari suatau benda yang bekerja terhadap benda lainnya dan secara kerjanya ditentukan oleh catch point (kerja), besar dan arahnya. Suatu gaya mempunya besaran dan memeiliki arah tertentu sesuai dengan arah vector dan diilustrasikan dengan sebuah anak panah lihat (gambar 1.1). Semakin panjang anak panahnya maka makin besar gaya yang bekerja.

                                                                                                 Arah garis kerja

 

Gambar 1.1 Vector garis kerja

 

Resultan Gaya adalah sebuah gaya kejra yang menggantikan 2 gaya atau lebih dan memilki pengaruh yang sama terhadap suatu benda yang bekerja pada gaya tersebut.

Metode yang digunakan untuk menentukan resultan gaya:

1. Parallelogram method (Hukum Paralelogram)

Metode jajaran genjang yaitu metode yang digunakan untuk menentukan resultan gaya atau vector dengan merubah titik himpit dan arah vector dimana bentuknya menyerupai jajar genjang karena 2 buah gaya yang telah berhubungkan sebelumnya. Garis center line dari jajaran genjang tersebut merupakan Resultan gaya.

2 vector gaya dengan pangkal berimpit lihat (gambar 1.2), dua bagian yang saling berdekatan dari suatu bentuk jajar genjang, maka dengan begitu vectornya sama dengan vector diagonal yang dasarnya sama dengan dasar kedua vector yang saling berhimpit.

Gambar 1.2 Arah dari 2 vector

2 vector (A dan B) yang pada awalnya pisah, lihat (gambar 1.3) lalu dihimpit sampai membentuk sudut  sehingga masing-masing vector menjadi berdekatan membentuk sebauh jajar genjang.

Gambar 1.3 Dua vector di satukan

Resultant vector adalah resultant yang terbentuk dari gaya vector A dan gaya B yang membentuk sudut  dengan vector gaya A dan sudut  dengan vector gaya B.

1.   Penjumlahan Vector gaya.

Pada parallelogram method resultant gaya dari dua vector dapat ditentukan dengan persamaan.

Untuk menentukan Sudut resultan gaya dapat menggunakan aturan sinus pada aturan segitiga.

 = =

Persamaan tersebut didapat dari ilustrasi yang ada pada gambar 1.4.

Gambar 1.4 Sudut resultan gaya aturan segitiga

2.   Pengurangan Vector gaya.

Untuk pengurangan vector gaya pada prinsipnya adalah sama. Misal ada 2 buah vector gaya berhimpit seperti gambar 1.5.

Gambar 1.5 Dua vector saling berhimpitan

Jika pengurangan dari vector A - B maka dengan mengubah arah vector B sehingga ujungnya menjadi dasar dan dasarnya menjadi ujung. Lihat (gambar 1.5). Persamaannya serupa dengan persamaan jumlah akan tetapi dengan sudut berbeda. Sudut yang terbentuk antara vector A dan B adalah 180º – . Karena di kuadran dua nilai cosinus adalah negatif maka Cos (180º- ) = – cos 

 (180 – )

 

 

2. Triagle method dan polygon vector gaya

Method segitiga adalah metode yang hampir sama dengan method parallelogram. Jumlah/selisih dari dua buah vector dapat diselesaikan dengan menggunakan triagle method. Sebagai ilustrasi dapat dilihat pada (gambar 1.8).

Langkah-langkah penjumlahan dengan metode segitiga dan segi banyak sebagai berikut:

1.   Dasar dari Vector Kedua ditempatkan pada ujung vector yang pertama.
2.   Resultan hasil dari penjumlahan digambarkan dari dasar vector yang pertama ke ujung vector yang kedua.

 

Gambar 1.8. Vector A dan B

Persamaan  = sudut himpit atau sudut terkecil yang terbentuk oleh vector A dan vector B

Method ini digunakan bila gaya yang bekerja tidak linier, sehingga dapat menggunakan cara jajar genjang and triagle method. Method ini lebih cocok digunakan jika gaya yang bekerja tidak banyak.

Gambar 1.9 Gaya yang tidak sejajar(berbeda)

 

3.  Metode segibanyak gaya (Gaya Poligon)

Metode ini digunakan jika gaya yang bekerja tidak linear dan terdapat dua gaya atau lebih, maka gaya-gaya tersebut harus disusun seperti gaya polygon. Gaya tersebut kemudian ditempatkan beruturutan, searah dengan jarum jam.

Gambar1.9. Gaya polygon

 

Dalam menggunakan method traigle and polygon gaya. Gaya yang bekerja dan dialihkan harus memiliki: besar, diraction dan position yang sama dengan ketika belum dialihkan. Untuk menentukan besarnya resultant gaya dapat dilakukan dengan graphic method, tetapi dengan skala gaya yang telah diukur sebelumnya.

Ada cara lain untuk mengukur besarnya resultant gaya yaitu dengan menjabarkan setiap vector ke komponen x dan y. Komponen gaya dapat di pecah menjadi 2 komponen yaitu vertika dan horizontal or mengikuti exis x and y.

  = gaya horizontal yang sejajar dengan exis x

  = gaya vertikal yang sejajar dengan exis y

Gambar1.10 Ilustrasi gaya-gaya (X,Y)

 adalah Sudut kemiringan gaya        

 = F             

 = F 

 =  ,  =      

 = 

 F = 

 Jika ada gaya yang mempunyai component x and y maka resultant gaya dapat di cari dengan cara penjumlahan gaya pada komponen x and y.

  = ∑ 

 = ∑ 

Aturan Segitiga:

Gambar 1.11 Ilustrasi aturan hukum cosinus

Hukum cosinus

 

 

C = 

 

2. Hukum - Hukum Dasar Dalam Elemen Mesin

1. Hukum Garis Gaya

1.   Dimana suatu kondisi imbang benda atau gerak benda tegar tidak akan berubah jika gaya yang bereaction pada suatu titik diganti dengan gaya yang lain yang besar dan arahnya sama tetapi bereaction pada titik berbeda, selama masih dalam garis aksi yang sama.
2.   Hukum Transmisibilitas Gaya juga dikenal dengan Hukum Garis Gaya

2. Hukum jajar genjang

1.   Dua buah gaya  atau lebih yang bereaction pada sebuah partikel, dapat digantikan oleh resultan gaya yang didapat dengan mengiliustrasikan parallelogram diagonal dari dua sisi gaya.
2.   Hukum poligon juga dikenal dengan Hukum Jajaran Genjang

3. Hukum Newton I: 

1.   Bila resultant gaya yang bekerja pada sebuah benda adalah zero (gaya tidak bekerja), maka gaya akan tetep diam jika gaya bergerak maka akan diam tetapi bergerak dengan speed constant.
2.   Dikenal juga dengan Hukum Kelembaman

4. Hukum Newton II: 

Jika resultant gaya yang bekerja pada sebuah benda tidak sama dengan nol. Maka benda tersebut akan memperoleh percepatan sebanding dengan besarnya gaya resultant dan memiliki arah yang sama dengan arah gaya resultantnya. Bila gaya F diterapkan pada massa m, maka berlaku hukum: 

5.  Hukum Newton III:

Gaya yang bereaction antara benda yang berhubungan tapi memiliki besar serta garis aksi yang sama, akan tetapi dengan arah berlawanan. Aksi sama dengan Reaction

6. Hukum Gravitasi Newton:

Jika dua benda dengan massa M dan m akan saling tarik menarik yang sama dan berlawanan arah dengan gaya F dan F’, dimana besarnya F. Lihat (gambar 1.12). dinyatakan dengan:

 

Dimana:

G: Constant of gravity

r: Jarak M dan m

Gambar 1.12 Dua buah gaya saling Tarik menarik

      

3. System satuan dalam perancangan

System Satuan dalam perancangan mengacu pada System Internasional (SI)

1. Kecepatan  : m/s   
2. Gaya : N
3. Percepatan :    
4. Momen : N m atau Nmm
5. Massa : kg   
6. Panjang : m/mm
7. Daya  : W   
8. Tekanan : N/ atau pascal (Pa)
9. Tegangan : N/  atau MPa 

 

Symbol-symbol satuan dapat diperhatikan pada (tabel 1.1)

Tabel 1.1 Symbol - symbol satuan

Faktor Pengali	Pengali	Awalan	Symbol
1 000 000 000 000		Tera	T
1 000 000 000		Gega	G
1000 000		Mega	M
1000		Kilo	K
100		Hekto	H
10		Deka	da
0,1		Desi	d
0, 01		Centi	c
0, 001		Mili	m
0, 000001		mikro
0, 000 000 001		nano	n
0, 000 000 000 0001		Piko	p
0, 000 000 000 000 001		famto	f
0, 000 000 000 000 000 001		Atto	a

 

4. Elemen mesin dapat dibagi menurut fungsinya:
   1. General Purpose: Digunakan secara general. misalnya: spring, bolt dan nut, key, poros, bearing dan sebagainya.
   2. Special Purpose: Digunaan secara khusus. misalnya: airplane wing, ship propeller, special service tool dan lain sebagainya.

 

Contoh fungsi dari elemen mesin:

1. Menyambung: menghubungkan dan meneruskan gaya dengan tidak disertai gerakan. Misalnya: Connection Rivet, connection Las, connection screwed dan sebagainya.
2. Merangkai: Memindahkan gaya dari penggerak disertai gerakan.

Misalnya: penggerak-Kopling-transmisi-deverential dan sebagainya.

3. Mendukung: menumpu gaya tanpa disertai gerakan dan kadang disertai getaran(vibration) .

Misalnya: Kerangka, pondasi, dan sebagainya.

4. Menuntun: Meneruskan gaya dengan disertai gerakan.

Misalnya: Bantalan luncur, bantalan gelinding dan sebagainya.

5. Melumasi: Pelumas baik berbahan padat, cair maupun gas.
6. Melindungi: Lapisan tahan karat, lapisan tahan aus dan lapisan cat.

Fungsi elemen mesin hampir keseluruhan selalu bersifat mekanik, sering ditambah sifat termal, chemical, elektrik, dan sebagainya.