1
BAB I
IDENTIFIKASI KEBUTUHAN
A. Latar Belakang Masalah
Rumah adalah salah satu kebutuhan pokok manusia setelah sandang (pakaian) dan
pangan (makanan). Pembangunan perumahan suatu daerah tentunya tidak lepas dari
peningkatan pertumbuhan penduduk di daerahnya. Balai Pusat Statistik (BPS) Republik
Indonesia tahun 2004 menyebutkan bahwa, pertumbuhan penduduk di Daerah Istimewa
Yogyakarta (DIY) pada tahun 2000-2004 sebesar 81%. Hal tersebut mengakibatkan
kepadatan penduduk yaitu dari 980/km2 pada tahun 2000 menjadi 1012/km
2 pada tahun 2004
. Sehingga permintaan perumahan untuk DIY tahun 2004 mencapai 148.312 unit.
Berdasarkan data di atas, dinilai dari sudut pandang ekonomi dapat disimpulkan
bahwa bisnis dalam bidang properti memiliki nilai eksistensi yang cukup besar. Beberapa
bisnis properti perumahan selain bidang konsultan dan pembangunan adalah desain interior
dan eksterior. Desain interior mencakup penataan ruang dan seluruh kebutuhan di dalam
rumah. Sedangkan desain eksterior lebih menitikberatkan pada tampilan rumah dari luar
seperti area taman, pagar rumah dan lain sebagainya.
Desain interior rumah selain menggunakan unsur kayu, saat ini mulai banyak
ditambah logam. Alasannya adalah karena sifat logam yang kuat, tahan lama dan mudah
dalam perawatannya. Bisnis interior dan eksterior rumah yang berhubungan dengan logam
adalah teralis jendela, tangga rumah, meja, kursi, dan lain sebagainya. Jenis logam yang
digunakan bermacam-macam antara lain adalah besi pipa, besi beton, besi kotak, dan besi plat
2
strip. Salah satu model besi yang menarik saat ini adalah besi teralis model spiral atau sering
disebut juga besi ulir tempa.
Besi teralis model spiral adalah hasil inovasi dari besi kotak (gambar 1), seperti yang
dilakukan oleh beberapa industri kecil menengah (UKM) atau bengkel-bengkel las. Inovasi
tersebut dilakukan untuk menghasilkan produk baru yang berbeda serta meningkatkan daya
jualnya.
Gambar 1. Besi teralis model spiral dan besi kotak
Berdasarkan informasi toko Jaya Bersama Yogyakarta usaha ini cukup berhasil karena
berdasarkan tingkat penjualannya, produk besi teralis model spiral memiliki tingkat penjualan
yang baik walaupun harganya lebih mahal daripada produk besi kotak (tabel 1).
Tabel 1. Perbandingan harga besi kotak dan besi teralis model spiral
Besi Kotak Besi Teralis Model Spiral
Ukuran (mm) Harga Ukuran (mm) Harga
12x12x4500 Rp 46.500,00 12x12x4500 Rp 47.000,00
10x10x3800 Rp 22.000,00 10x10x3800 Rp 22.500,00
8x8x3400 Rp 12.500,00 8x8x3400 Rp 13.000,00
3
Prinsip produksi besi teralis model spiral adalah proses pemilinan atau pemuntiran
besi kotak dengan mesin pilin. Daya puntir mesin yang bekerja pada proses pemilinan
disesuaikan dengan tegangan luluh material. Proses ini disebut juga dengan pekerjaan dingin
karena tanpa adanya proses treatment. Ironisnya mesin pilin yang digunakan saat ini masih
banyak kekurangan (gambar 2), yaitu:
1. Konsumsi listrik yang tidak sesuai untuk tingkat usaha kecil menengah karena daya motor
listrik penggerak mesin yang digunakan terlalu besar yaitu 3 HP.
2. Putaran mesin terlalu cepat dengan putaran motor 1500 rpm sehingga dapat
membahayakan (no safety) bagi operator mesin.
Gambar 2. Mesin pilin sederhana
Keterangan di atas menunjukkan bahwa mesin pilin tersebut kurang proposional untuk
dikembangkan di tingkat usaha kecil menengah. Oleh karena itu dibutuhkan proses
perancangan dan pembuatan mesin pilin besi teralis model spiral yang proposional. Fungsi
dari proses tersebut adalah untuk:
1. Meningkatkan produksi dan profit dengan menyesuaikan sumber listrik UKM.
2. Meningkatkan nilai safety bagi operator mesin.
4
Dengan adanya kesesuaian terhadap kebutuhan market, mesin ini diharapkan mampu
membantu proses produksi UKM dengan hasil yang baik.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan uraian sebelumnya dapat diperoleh identifikasi beberapa masalah,
diantaranya:
1. Bagaimanakah perancangan mesin pilin untuk produksi besi teralis model spiral yang
sesuai dengan kebutuhan listrik UKM serta memenuhi safety bagi operator.
2. Bagaimanakah proses pembuatan mesin pilin tersebut.
3. Berapakah kapasitas kerja mesin pilin tersebut.
4. Bagaimanakah efektifitas kinerja mesin pilin tersebut.
5. Berapakah biaya yang dibutuhkan dan keuntungan yang didapat dalam pembuatan mesin
tersebut.
C. Batasan Masalah
Mengingat luasnya masalah untuk menghasilkan produk mesin pilin untuk produksi
besi teralis model spiral, maka penulisan laporan ini difokuskan pada masalah perancangan
mesin pilin untuk produksi besi teralis model spiral dengan kapasitas produksi besi kotak
10101300 mm dan waktu produksi 9 menit/ pcs dengan daya penggerak motor listrik
HP dan manual.
D. Rumusan Masalah
Berdasarkan tuntutan desain, beberapa masalah pada perancangan mesin pilin untuk
produksi besi teralis model spiral adalah sebagai berikut:
1. Bagaimanakah desain dan gambar kerja konstruksi mesin pilin tersebut?
5
2. Bagaimanakah tingkat keamanan pada bahan-bahan komponen mesin pilin tersebut?
3. Bagaimanakah analisis ekonomi produk mesin pilin tersebut?
E. Tujuan
Tujuan perancangan mesin pilin untuk produksi besi teralis model spiral adalah
sebagai berikut:
1. Untuk mengetahui desain dan gambar kerja konstruksi mesin pilin.
2. Untuk mengetahui tingkat keamanan bahan yang digunakan pada komponen-komponen
mesin pilin.
3. Untuk mengetahui analisis ekonomi produk mesin pilin untuk pembuatan besi teralis
model spiral.
F. Manfaat
Manfaat dari perancangan dan pembuatan mesin pilin untuk produksi besi teralis
model spiral adalah sebagai berikut:
1. Bagi Mahasiswa
a. Sebagai model belajar aktif tentang cara inovasi teknologi bidang teknik mesin.
b. Sebagai proses pembentukan karakter kerja mahasiswa dalam menghadapi persaingan
dunia kerja.
2. Bagi Perguruan Tinggi
a. Secara teoritis dapat memberikan informasi terbaru khususnya Teknik Mesin UNY
tentang berbagai inovasi teknologi tepat guna kepada institusi pendidikan lain.
b. Sebagai bahan kajian di Jurusan Teknik Mesin dalam mata kuliah bidang teknik
mesin.
6
c. Sebagai wujud salah satu Tri Dharma Perguruan Tinggi tentang pengabdian kepada
masyarakat.
3. Bagi Masyarakat
Untuk meningkatkan meningkatkan kualitas, kuantitas dan keamanan produksi besi teralis
model spiral di industri kecil dan menengah.
G. Keaslian
Perancangan mesin pilin untuk produksi besi teralis model spiral merupakan bentuk
modifikasi mesin pilin yang sudah ada. Kesesuaian konsep kerja mesin merupakan dasar
utama perancangan mesin pilin untuk produksi besi teralis model spiral yang tidak dirubah.
Perubahan mesin difokuskan pada perbaikan konstruksi dan sistem kontrol mesin. Modifikasi
mesin ini bertujuan untuk meningkatkan kualitas, kuantitas dan keamanan pada proses
produksi besi teralis model spiral.
7
BAB II
PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH
A. Kajian tentang Mesin Pilin untuk Besi Teralis Model Spiral
1. Jendela dan Besi Teralis Model Spiral
a. Jendela Rumah
Menurut Gunadi (2007), jendela rumah merupakan salah satu bagian bukaan
rumah. Setiap penghuni rumah dapat merasakan manfaatnya, diantaranya dapat
menghirup udara segar, merasakan teriknya matahari atau menatap rintik hujan.
Beberapa fungsi yang penting dari jendela adalah tinjauan segi kesehatan, keamanan
dan estetika bangunan sehingga jendela merupakan elemen terpenting fisik rumah.
Ukuran jendela menyesuaikan ukuran luar bangunan atau ruang dalam. Beberapa
metode menyebutkan bahwa, ukuran luas bidang bukaan jendela pada suatu ruang
berkisar 1/6 sampai 1/8 luas seluruh bidang lantai atau tidak boleh kurang 1/10 dari
luas lantai ruangan (Gunadi, 2007:36). Artinya, setiap ruangan yang sering digunakan
atau membutuhkan sinar alami dan udara segar cukup memiliki satu bukaan jendela.
Bukaan jendela harus dibuat fungsional sehingga paling sedikit dari luas lantai
ruangan bersifat terbuka. Penentuan standar ketinggian jendela dapat mengacu pada
ketinggian badan manusia atau sejajar dengan ambang atas kusen pintu.
Kusen yaitu kerangka yang berfungsi sebagai penyangga jendela atau pintu.
Kusen jendela rumah tinggal memiliki standar ketinggian minimal 40 cm dan lebar
sesuai kebutuhan. Kusen kayu umumnya disukai oleh pembuat rumah karena
memiliki sentuhan alami yang kuat yang berasal dari kayu pohon pilihan dan dapat
8
disesuaikan dengan selera. Untuk memperindah jendela, setiap pembuat rumah
memasang teralis pada kusen jendela. Oleh karena itu teralis dapat berfungsi ganda,
yaitu sebagai pengaman dan memperindah ruangan. Teralis dapat dibuat dari berbagai
macam bahan, seperti kayu, aluminium dan besi.
b. Besi Teralis Model Spiral
Istilah besi teralis secara umum adalah besi yang dimanfaatkan untuk elemen
tambahan perabotan eksterior dan interior perumahan. Untuk lingkungan eksterior
diantaranya adalah pintu gerbang, pagar balkon, tempat tanaman hias, dan accessories
garasi luar. Sedangkan untuk lingkungan interior adalah teralis jendela, meja, kursi,
dan perabotan rumah lainnya. Secara khusus besi teralis merupakan elemen tambahan
jendela rumah yang berfungsi sebagai accessories dan pengaman. Besi teralis
memiliki model yang bermacam-macam. Salah satunya adalah besi teralis model
spiral atau besi ulir tempa.
Besi teralis model spiral atau besi ulir tempa adalah produk inovasi dari proses
pemuntiran atau pemilinan besi kotak. Ukuran besi teralis model spiral dibedakan
menjadi beberapa jenis (tabel 2).
Tabel 2. Ukuran besi teralis model spiral
No. Ukuran Penampang (mm) Ukuran Panjang (cm)
1. 14x14 570
2. 12x12 450
3. 10x10 380
4. 8x8 340
(Sekawan, 2007)
9
Berdasarkan hasil survey, kebutuhan ukuran besi teralis model spiral yang banyak
digunakan atau diminati konsumen adalah penampang 10x10 mm karena mudah
dibentuk dan murah.
2. Mesin Pilin untuk Besi Teralis Model Spiral
Mesin pilin untuk besi teralis model spiral adalah salah satu jenis alat tepat guna.
Sesuai dengan namanya, mesin tersebut berfungsi sebagai alat produksi besi teralis model
spiral atau biasa disebut besi ulir tempa. Ornamen spiral merupakan hasil deformasi
plastis pada material besi kotak akibat proses pilin atau puntir yang berulang-ulang.
Kapasitas mesin tersebut disesuaikan dengan spesifikasi ukuran ketinggian rata-rata
jendela perumahan daerah tropis seperti Indonesia, yaitu 1/8 luas bidang lantai ruangan
atau sekitar 120 hingga 130 centimeter (Gunadi, 2007).
Konsep dan cara kerja mesin tersebut memiliki persamaan dengan alat uji torsi,
karena mesin tersebut terdiri dari kepala puntir yang dilengkapi cekam untuk
mencengkeram benda uji dan untuk memberikan momen puntir pada benda uji serta
kepala bobot yaitu dengan cara mencengkeram salah satu ujung benda uji dan mengukur
besarnya momen ulir atau torsi (Djaprie, 1990). Namun, untuk menghasilkan mesin pilin
besi teralis model spiral yang reasonable di kalangan UKM diperlukan beberapa
minimalisasi desain pada konstruksi mesin. Beberapa bentuk minimalisasi desain tersebut
bertujuan untuk mengurangi biaya produksi mesin. Harapannya adalah untuk
menyesuaikan harga produk terhadap pasar atau pengguna yaitu UKM.
10
3. Besi dan Baja
Besi dan baja merupakan logam ferro yang sering digunakan dalam konstruksi
mesin.
a. Besi
Besi atau iron merupakan salah satu unsur pembentuk bermacam-macam logam
dan baja paduan. Dalam perkembangan bahan teknik, besi memiliki peranan penting
dalam sejarah teknologi. Kandungan biji besi berdasarkan prosentase terbagi menjadi
empat macam dengan ciri yang berbeda pula (tabel 3).
Tabel 3. Senyawa besi berupa biji besi dan kandungannya
Iron Core Colour Iron Content %
Magnetite (Fe 2 O 3 ) Black 72
Haematite (Fe 2 O 4 ) Red 70
Limonite (Fe 2 CO 3 ) Brown 60-65
Siderite[(Fe 2 O 3 (H O 3 )] Brown 48
(Khurmi, dan Gupta,1928:27)
Besi untuk perkakas dingin merupakan hasil dari beberapa paduan unsur seperti
karbon, silikon, mangan, kromium dan lain-lain. Beberapa unsur paduan tersebut
itulah yang mampu membentuk sifat-sifat tertentu pada besi untuk dapat digunakan
sebagai perkakas dingin. Berdasarkan unsur paduannya besi terbagi menjadi dua jenis,
yaitu:
1) Wrought Iron
Wrought iron adalah besi yang mempunyai kemurnian besi mendekati 100%.
Komposisi kimia bahan tersebut yaitu besi 99,5%-99,9%, 0,02% karbon, 0,120%
11
silikon, 0,018 sulfur, 0,02% fosfor, dan 0,07% kerak besi. Bahan tersebut bersifat
lunak, liat dan tidak mampu menahan beban kejut secara tiba-tiba serta berlebihan.
Kekuatan tarik wrought iron 2500-5000 Kg/cm2
dan kekuatan tekan 3000 Kg/cm2.
Bahan tersebut biasa digunakan pada pembuatan rantai (chains), cranks books,
railway coupling, pipa uap, dan pipa air.
2) Cast Iron
Cast iron merupakan paduan besi dan karbon. Kandungan karbon pada
material ini bervariasi dari 1,7% sampai 4,5%. Cast iron juga mengandung
sejumlah unsur lain, seperti silikon, mangan, fosfor, dan sulfur. Bentuk karbon
yang terdapat dalam cast iron terdapat dua macam, yaitu: karbon bebas yang
dinamakan graphite dan gabungan karbon yang dinamakan simentite.
Cast iron adalah material yang rapuh, tidak dapat digunakan untuk elemen
mesin yang mengalami pembebanan kejut (shock loaded). Sifat-sifat yang
membuatnya berharga adalah karena harganya murah, karakteristik coran yang
baik, kekuatan kompresinya lebih tinggi daripada tegangan tariknya. Variasi dari
cast iron meliputi: grey cast iron, mottled cast iron, White cast iron, malleable
cast iron, dan alloy cast.
b. Baja (Steel)
Baja atau steel didefinisikan sebagai logam ferro berkristal halus yang dihasilkan
dari proses pembuangan unsur pengotor, yakni sulfur dan fosfor dari pig iron dan
proses penambahan sejumlah unsur meliputi mangan, silikon, dan lain-lain. Secara
garis besar baja dibagi menjadi dua macam, yaitu: baja karbon (carbon steel) dan baja
paduan (alloy steel).
12
1) Baja Karbon
Baja karbon merupakan paduan besi dan karbon serta mengandung
mangan, silikon, fosfor, dan sulfur dalam jumlah tertentu yang dapat diketahui.
Apabila keempat unsur tersebut terdapat dalam jumlah normal, maka hasilnya
adalah plain carbon steel atau baja karbon biasa. Kekuatan dan sifat baja karbon
dipengaruhi oleh kandungan karbon. Semakin meningkat kandungan karbon akan
meningkatkan kekuatan dan kekerasan bahan tersebut, namun keuletan dan
kemampuannya dalam menahan beban kejut berkurang. Unsur lain dalam baja
karbon tidak begitu berpengaruh dalam menentukan sifat seperti halnya unsur
karbon. Berdasarkan unsur karbon yang terkandung dalam baja karbon terdiri
bermacam-macam jenis (tabel 4).
Tabel 4. Jenis-jenis baja karbon
No. Nama C (%) Keterangan
1. Dead mild steel 0,25
Bersifat: liat dan tidak
mampu dikeraskan dengan
perlakuan panas dan
mampu las baik.
Penggunaan : bodi mobil
2. Low carbon steel
atau mild steel 0,15-0,25
Bersifat: liat, kuat dan
cocok untukl pengerolan.
Penggunaan: bahan-bahan
pekerjaan permesinan dan
pengelasan
3. Medium carbon
steel 0,3-0,5
Bersifat: keras dan cocok
untuk pekerjaan panas.
Penggunaan: rel kereta api,
crankshaft, wheels, dan
aplikasi sejenis
4. High carbon steel 0,5-0.95
Bersifat: sangat keras, kuat,
sedikit liat dan memiliki
responsitas yang baik
terhadap perlakuan panas.
Penggunaan: alat-alat
potong pertanian, high
13
tensile strength wire, pahat
potong, pegas.
(Khurmi, 1982:31)
2) Baja Paduan (Alloy Steel)
Baja paduan memiliki perbedaan dengan baja karbon. Perbedaannya terdapat
pada unsur-unsur pembentuk baja yang berpengaruh pada sifat ketangguhan baja.
Menurut (Saito, dan Surdia:1999:84-85), sebagai unsur paduan untuk baja paduan
bagi konstruksi mekanik adalah Ni-Cr, Ni-Cr-Mo, Cr-Mo-Mn, dan Mn-Cr. Baja
paduan memiliki beberapa kelebihan, diantaranya adalah:
a) Mempunyai mampu keras yang baik meskipun berukuran besar dapat
dikeraskan sampai ke dalam, jadi dengan penemperan dapat diperoleh struktur
yang lebih uniform atau seragam. Disamping itu kekuatan yang lebih tinggi
dan keuletan yang lebih baik dapat diperoleh.
b) Karena memiliki mampu keras yang lebih baik, tidak diperlukan pendinginan
yang cepat pada pengerasannya, hal ini menyebabkan rendahnya tegangan
sisa.
Komponen mekanis yang umumnya dibuat adalah: poros, roda gigi, baut, mur,
batang torak dan seterusnya. Baja Ni-Cr-Mo sangat baik kekuatan dan
keuletannya, tetapi harganya mahal. Usaha yang dilakukan untuk
menggantikannya adalah baja Cr-Mo atau baja Cr.
14
4. Proses Pengerasan Baja
Menurut Rohyana (1999: 113-122), pengerasan baja adalah proses pemanasan bahan
sampai suhu tertentu kemudian dipertahankan pada suhu yang telah ditentukan untuk
beberapa saat, dan selanjutnya didinginkan dengan cepat. Tujuan dari pengerjaan panas
ini adalah untuk mengubah kekerasan logam. Pada proses pengerasan (hardening) baja
beberapa faktor yang perlu menjadi pertimbangan, antara lain:
a. Bahan pendingin
Bahan pendingin pada proses pengerasan baja mempunyai beberapa klasifikasi sesuai
kebutuhan. Adapun urutannya adalah sebagai berikut:
1) Udara
2) Udara tiupan
3) Minyak (mineral, tumbuh-tumbuhan dan hewan)
4) Air
5) Air yang mengalir
6) Na2CO3
7) Larutan NaCl (5%-10%)
8) Laruatan Na(OH) (5%-10%)
b. Temperatur pemanasan (lama pemanasan)
Waktu pemanasan benda kerja pada saat pengerasan dapat dipengaruhi oleh
beberapa faktor, antara lain:
1) Alat pemanas yang digunakan
2) Temperatur yang diinginkan
3) Ukuran benda kerja yang dipanaskan
Lunak
Keras
15
Untuk proses pemanasan dengan jumlah benda kerja yang banyak perlu diberi waktu
tambahan (holding time) setelah benda kerja mencapai temperatur pengerasan.
Holding time bertujuan untuk merubah struktur dari benda kerja menjadi austenit yaitu
fasa pemanasan baja yang mampu melarutkan 2 % karbon secara menyeluruh.
Tabel 5. Holding time (menit)
Tebal atau
(mm)
MATERIAL BAJA ASSAB
K-100 760 DF.2 XW-
10
M4 XW
41/5
8407
HWT-11
12 5 10 15-20 15
25 5-10 15 25-30 15-20
38 5-10 15-20 30-35 20-25
50 10-15 20-25 35-40
75 10-15 30-40 40-45 3-35
100 10-15 35-40 45-50 35-40
150 15 40-45 45-50 40-45
200 15 45 50 45
(Rohyana,1999)
c. Perubahan Struktur
Setelah proses pengerasan, pada baja akan terjadi perubahan struktur mikronya.
Struktur halus berbentuk jarum disebut martensit dan struktur yang sangat halus
berbentuk jarum disebut bainit. Kedua struktur ini akan mempengaruhi pada nilai
kekerasan baja.
5. Tempering (Pemudaan)
Tempering adalah suatu proses perlakuan panas untuk menghilangkan tegangan sisa
dan membuat baja tidak rapuh. Prinsip dari memudakan adalah memanaskan suatu baja
yang dikeraskan pada temperatur tempering dan kemudian didinginkan. Sistem
16
pendinginan pada proses tempering adalah benda kerja dibiarkan dingin di udara atau
dimasukkan ke dalam oli. Tujuan dari tempering adalah untuk mendapatkan baja yang
keras dan ulet, karena sebagian kekerasan baja akan berkurang dengan adanya
pemanasan.
Menurut Rohyana (1999), dalam praktiknya, tempering ini dapat dilakukan
bersamaan pada proses pengerasan. Caranya adalah sebagai berikut: Bahan kita
panaskan kemudian kita masukkan pada medium pendingin pada ujungnya (bagian yang
dikeraskan) sampai dingin, lalu bahan kita angkat dari medium pendingin. Selanjutnya,
bagian ujung benda kita bersihkan dengan kertas gosok, karena perambatan panas pada
sisi benda kerja yang tidak dimasukkan dalam medium maka benda akan berubah warna.
Setelah semua benda kerja berubah warna maka tempering dapat dilanjutkan kemudian
dimasukkan kembali ke media pendingin hingga dingin dengan sempurna.
6. Pengaruh Gaya terhadap Bahan
a. Modulus Elastik dan Modulus Kekakuan
Menurut (Saito, dan Surdia, 1999) deformasi di daerah elastik merupakan sifat
proposinal atau sebanding lurus dengan tegangan. Hubungan lurus ini disebut
modulus elastik, dan dalam deformasi memanjang disebut modulus elastik
memanjang atau modulus young yang dinyatakan E.
E ......................................................................................... (1)
17
(Saito dan Surdia, 1999: 8)
lo
l ......................................................................................... (2)
(Saito dan Surdia, 1999: 8)
Keterangan E = modulus elastik, GPa
= regangan,
l = pertambahan panjang, mm
lo = panjang mula-mula, mm
Modulus kekakuan atau modulus geser adalah hubungan deformasi di daerah
elastik yang berbanding lurus dengan tegangan geser atau puntir. E dan adalah
modulus elastik yang penting dalam bahan teknik. Harga memiliki hubungan
dengan E pada bahan isotropik adalah:
vE
12 ................................................................................. (3)
Keterangan, = perbandingan poisson, (0,33)
(Saito dan Surdia, 1999: 8)
b. Kekuatan Luluh (Yield Strength)
Batasan elastik suatu logam yang berguna dalam keperluan rekayasa adalah
kekuatan luluh. Kekuatan luluh atau yield strength adalah tegangan yang akan
menghasilkan deformasi permanen dalam jumlah kecil. Umumnya regangan yang
dihasilkan sebesar 0,002 (Djaprie, 1990). Menurut Djaprie (1990), gambar 4 regangan
permanen yang terjadi ialah OC. Deformasi plastik suatu logam akan muncul setelah
melampaui batas elastiknya.
18
Gambar 3. Tegangan-regangan
7. Sifat Mekanis Logam
Menurut (Saito, dan Surdia, 1999: 7), sifat mekanis logam adalah kemampuan logam
untuk menahan beban yang dikenakan padanya, baik pembebanan statis maupun
pembebanan dinamis. Pembebanan statis adalah pembebanan yang besar dan arahnya
tetap setiap saat. Pembebanan dinamis adalah pembebanan yang besar maupun arahnya
berubah setiap saat.
Kekuatan mekanis logam adalah sebagai berikut:
a. Kekuatan bahan (strength),
Kekuatan bahan (strength) disebut juga tegangan batas atau ultimate stress.
Kekuatan bahan merupakan bagian penting dari sifat mekanis bahan logam yang
didefinisikan sebagai tegangan satuan terbesar suatu bahan yang dapat ditahan tanpa
menimbulkan kerusakan (Rohyana,1999:15). Kekuatan bahan bervariasi menurut
bentuk dan beban yang diberikan, sehingga ada kekuatan atau ketahanan terhadap
beban statis seperti tarik, lentur, tekan, puntir (torsi) maupun geser. Sedangkan beban
dinamis adalah seperti pemberian beban dengan tiba-tiba (kejut) dan berubah-ubah.
Contoh, bila percobaan tarik dilakukan terhadap batang logam maka akan terjadi
19
deformasi yang berupa pertambahan panjang dan penciutan/ pengurangan penampang
sampai patah. Deformasi ini dapat berupa deformasi elastis yaitu perubahan bentuk
yang segera hilang kembali bila beban dihilangkan dan deformasi plastis yaitu
perubahan bentuk yang tetap walaupun beban dihilangkan.
1) Tegangan Tarik dan Tegangan Tekan
Gaya aksial P yang bekerja tegak lurus terhadap penampang A akan
menimbulkan tegangan normal (gambar 4). Menurut (Achmad, 1999:15) tegangan
tarik disebut tegangan normal positif, dimana gaya yang bekerja mempunyai arah
keluar (positif). Sedangkan tegangan tekan disebut tegangan normal negatif,
karena gaya yang bekerja mempunyai arah masuk penampang (negatif).
A
P ................................................................................... (4)
(Saito, dan Surdia. 1999)
Dimana = tegangan, N/m2 (Kg/mm2)
P = beban, N (Kg)
A = luas penampang, m2 (mm
2)
Gambar 4. Gaya aksial yang bekerja pada plat
2) Torsi
Menurut (Harahap, 2000:68), setiap vektor momen yang berimpit dengan
sumbu suatu bagian mesin disebut vektor torsi, karena momen ini menyebabkan
bagian mesin tersebut memuntir terhadap sumbunya. Batang yang menerima
b P P
a
20
momen seperti itu disebut batang torsi. Ukuran panjang batang torsi dapat
mempengaruhi besarnya momen yang terjadi. Gambar 5 menerangkan torsi T yang
bekerja pada sebuah batang torsi dengan panjang L dinyatakan dengan
menggambarkan anak panah pada permukaan batang untuk menyatakan arahnya,
atau menggambarkan vektor torsi sepanjang sumbu putar batang tersebut. Vektor
torsi adalah berupa tanda anak panah kosong pada sumbu x.
Gambar 5. Analisa tegangan torsi
Sudut puntir untuk penampang bulat, yaitu:
= GJ
TL ................................................................................. (6)
(Harahap, 2000:68)
Dimana = Sudut puntir, rad
T = torsi, N.m
L = panjang, m
G= modulus kekakuan, N/m2 (Pa)
J = momen inersia sudut dari penampang atau momen inersia polar, m4
Momen puntir (torsi) dari daya motor penggerak adalah :
21
NT ...................................................................................................................................
(7)
60
2 n ...............................................................................................................................
(8)
(Achmad, 1999 : 21 )
Keterangan : T = Momen puntir ( N.m)
N = Daya (Watt)
n = Putaran motor (rpm)
= kecepatan sudut (rad/s)
3) Tegangan Geser
Perhitungan tegangan geser maksimum untuk penampang batang bulat
cukup mudah. Tegangan geser di titik pusat adalah nol, dan tegangan geser
maksimum ( max ) berada di permukaan. Dengan menyatakan radius permukaan
luar sebagai r, maka:
max = J
Tr ........................................................................... (9)
(Harahap, 2000:70)
Perhitungan tegangan geser maksimum untuk penampang yang tidak bulat adalah
suatu persoalan yang rumit, sehingga tegangan geser maksimum untuk penampang
kotak atau persegi (gambar 6) dapat didekati dengan rumus:
max = a
b1.83
2
ab
T .................................................... (10)
(Ugural, 2003:81)
22
Gambar 6. Batang torsi dengan penampang persegi (a) sebelum dan (b) setelah
dipuntir
Dimana a dan b adalah ukuran panjang dan lebar dari batang torsi dengan syarat
a>b. Untuk penampang persegi dapat dilakukan pendekatan dengan membagi dua
penampang persegi, dimana setiap penampang menerima setengah dari torsi yang
ada.
b. Kekerasan
Kekerasan bahan adalah sifat dasar dari logam setelah kekuatan. Kekerasan
didefinisikan sebagai ketahanan suatu bahan untuk menahan pembebanan yang berupa
goresan atau penekanan. Untuk pengukuran kekerasan dengan penekanan dapat
dilakukan dengan pengujian Brinell (HB), Vickers (HV) dan Rockwell skala C
(HRC).
c. Elastisitas
Elastisitas adalah kemampuan untuk kembali ke bentuk semula setelah menerima
beban yang mengakibatkan perubahan bentuk. Sifat ini perlu diperhatikan dalam
perancangan elemem mesin, karena jika beban melebihi batas elastisitasnya, maka
bahan akan berubah bentuk serta melemahkan struktur atau turunnya kekuatan bahan.
23
d. Kekakuan
Kekakuan bahan adalah ukuran dari kekampuan suatu bahan untuk menahan
perubahan bentuk atau deformasi bila bahan tersebut diberi beban, kekakuan ini bisa
didefinisikan sebagai modulus young dari suatu bahan.
e. Plastisitas
Plastisitas adalah kemampuan dari suatu bahan padat untuk mengalami
perubahan bentuk tetap tanpa kerusakan. Perubahan bentuk plastis ini hanya akan
terjadi setelah melewati daerah elastis. Banyak dari pengerjaan panas dan pengerjaan
dingin tergantung pada deformasi plastis (Rohyana, 1999:21). Biasanya plastisitas
dari suatu bahan akan bertambah bila suhunya naik. Oleh sebab itu banyak bahan
yang dikerjakan dengan menaikkan suhunya.
f. Kelelahan bahan.
Kelelahan bahan adalah kemampuan bahan untuk menerima beban yang
berganti-ganti dimana tegangan maksimum diberikan pada setiap pembebanan
(Rohyana, 1999:21). Pada kondisi ini bahan akan rusak atau patah setelah berkali-kali
menerima pembebanan atau sebaliknya bahan mampu menahan beban. Sifat-sifat ini
perlu diperhatikan dalam pemilihan bahan untuk pembuatan elemen mesin, karena
sifat ini jika tidak dipenuhi akan menimbulkan kerugian yang fatal.
8. Faktor Keamanan (Factor of Safety)
Faktor keamanan n adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi keamanan dari
suatu elemen mesin (Achmad, 1999: 3). Analisis faktor keamanan banyak digunakan pada
24
proses membandingkan antara tegangan dengan kekuatan untuk menaksir angka
keamanannya. Cara menentukan faktor keamanan adalah:
p
F
Fpn ............................................................................... (11)
(Harahap, 2000:13)
Dimana, Fp = Beban yang diijinkan
F = Beban yang bekerja
p = Tegangan yang diijinkan
= Tegangan yang bekerja
Menurut Achmad (1999), Berikut ini adalah rekomendasi nilai faktor keamanan
menurut P. Vidosic (tabel 6 ).
Tabel 6. Faktor keamanan berdasarkan tegangan luluh
No. Nilai keamanan, n Keterangan
1. 1,251,5
Untuk bahan yang sesuai dengan
penggunaan pada kondisi terkontrol dan
beban tegangan yang bekerja dapat
ditentukan dengan pasti.
2. 1,52,0
Untuk bahan yang sudah diketahui dan pada
kondisi lingkungan beban dan tegangan yang
tetap dan mudah ditentukan dengan mudah.
3. 2,02,5 Untuk bahan yang beroperasi pada
lingkungan biasa dan beban serta tegangan
25
dapat ditentukan.
4. 2,53,0
Untuk bahan getas di bawah kondisi,
lingkungan beban dan tegangan dapat
ditentukan.
5. 3,03,5
Untuk bahan belum diuji yang digunakan
pada kondisi lingkungan, beban dan
tegangan rata-rata atau untuk bahan yang
sudah diketahui baik yang bekerja pada
tegangan yang tidak pasti.
Elemen mesin dengan beban berulang, faktor ketetapan nomor 1 sampai 5 sudah sesuai,
tetapi harus disalurkan pada batas ketahanan lelah daripada kekuatan luluh bahan. Apabila
elemen mesin dengan gaya kejut, faktor keamanan yang sesuai adalah nomor 3 sampai 5
tetapi faktor kejut termasuk dalam beban kejut.
9. Analisis Ekonomi
Analisis ekonomi merupakan salah satu bagian dari pertimbangan dalam
perencanaan sebuah produk yang berupa mesin. Pertimbangan tersebut dipengaruhi oleh
biaya-biaya yang dikeluarkan selama menghasilkan produk.
a. Biaya
Biaya dalam arti luas adalah pengorbanan sumber ekonomi yang diukur dalam
satuan uang yang telah terjadi atau yang kemungkinan akan terjadi untuk tujuan
tertentu. Sedangkan biaya dalam arti sempit adalah pengorbanan sumber ekonomi
untuk memperoleh aktiva (Mulyadi, 1993).
Biaya digolongkan dengan berbagai macam cara. Penggolongan biaya ditentukan
atas dasar tujuan yang hendak dicapai. Biaya dapat digolongan menurut :
26
1) Objek pengeluaran
Objek pengeluaran merupakan dasar penggolongan biaya. Misalnya biaya gaji dan
biaya asuransi.
2) Fungsi pokok dalam perusahaan
Biaya menurut fungsi pokok dalam perusahaan terbagi menjadi tiga, yaitu: biaya
produksi, biaya pemasaran dan biaya administrasi. Biaya produksi adalah biaya-
biaya yang terjadi untuk mengolah bahan baku menjadi produk jadi yang siap
untuk dijual. Contoh: biaya bahan baku, biaya karyawan, biaya bahan penolong.
Biaya pemasaran adalah biaya-biaya yang terjadi untuk melaksanakan kegiatan
pemasaran produk. Contoh: biaya iklan, biaya promosi, biaya angkutan.
Sedangkan biaya administrasi adalah biaya-biaya untuk mengkoordinasi kegiatan
produksi dan pemasaran produk. Contoh biaya personalia, biaya akuntan dan
biaya foto kopi.
3) Hubungan biaya dengan sesuatu yang dibiayai
Berdasarkan hubungannya, biaya dibagi menjadi dua golongan, yakni: biaya
langsung dan biaya tidak langsung. Biaya langsung adalah biaya yang terjadi yang
penyebab satu-satunya karena ada sesuatu yang dibiayai. Biaya tidak langsung
adalah biaya yang terjadi tidak hanya disebabkan oleh sesuatu yang dibiayai.
4) Perilaku dalam hubungannya dengan perubahan volume kegiatan
Berdasarkan perilaku dalam hubungannya dengan volume kegiatan, biaya
digolongkan menjadi tiga, yaitu: biaya variabel, biaya semivariabel, biaya
semifixed, dan biaya tetap.
27
a) Biaya variabel adalah biaya yang jumlah totalnya berubah sebanding dengan
perubahan volume kegiatan.
b) Biaya semivariabel adalah biaya yang berubah tidak sebanding dengan
perubahan volume kegiatan.
c) Biaya semifixed adalah biaya yang tetap untuk tingkat volume kegiatan
tertentu dan berubah dengan jumlah yang konstan pada volume produksi
tertentu.
d) Biaya tetap atau fixed cost adalah biaya yang jumlah totalnya tetap dalam kisar
volume kegiatan tertentu.
5) Jangka waktu manfaatnya
Berdasarkan jangka waktu manfaatnya biaya dapat dibagi menjadi dua, yaitu:
pengeluaran modal dan pengeluaran pendapatan. Pengeluaran modal adalah biaya
yang mempunyai manfaat lebih dari satu periode akuntansi. Pada saat terjadi
dibebankan sebagai harga pokok aktiva. Sedangkan pengeluaran pendapatan
adalah biaya yang hanya mempunyai manfaat dalam periode akuntansi terjadinya
pengeluaran.
Pembuatan suatu produk terdapat dua kelompok biaya yaitu biaya produksi dan
biaya non produksi. Biaya produksi merupakan biaya-biaya yang dikeluarkan dalam
pengolahan bahan baku menjadi produk. Sedangkan biaya non produksi seperti
pemasaran dan administrasi. Biaya produksi membentuk harga pokok produksi yang
digunakan untuk menghitung harga pokok produk. Kemudian biaya non produksi
ditambahkan pada harga pokok produksi untuk menghitung total harga pokok produk.
b. Metode Penentuan Harga Pokok Produk Berdasarkan Pesanan
28
Penentuan harga pokok produk berdasarkan pesanan (full costing) dilakukan
dengan mengumpulkan biaya-biaya produksi pesanan tertentu dan harga pokok
produksi persatuan dihitung dengan cara membagi total biaya produksi pesanan
dengan jumlah satuan produk pesanan yang bersangkutan. Sebuah perusahaan dengan
proses produksi berdasarkan pesanan memulai proses produksi suatu produk
berdasarkan spesifikasi yang ditentukan oleh pemesan. Biaya produksi pesanan yang
satu dengan pesanan yang yang lain akan berbeda sesuai keinginan dari pemesan.
Harga jual yang dibebankan pada pemesan sangat ditentukan oleh besarnya biaya
produksi yang akan dikeluarkan untuk memproduksi pesanan tertentu.
Harga jual produk yang dipesan oleh pemesan, terkadang sudah terbentuk di
pasar. Hal tersebut menjadikan manajemen untuk mengambil keputusan menerima
atau menolak pesanan. Manajemen memerlukan informasi total harga pokok pesanan.
Informasi total harga pokok pesanan memberikan perlindungan bagi manajemen agar
dalam menerima pesanan tidak mengalami kerugiaan. Tanpa memiliki informasi yang
lengkap, manajemen tidak dapat mengetahui laba.
c. Neraca Ekonomi
Selain biaya-biaya yang akan dikeluarkan selama proses pembuatan menjadi
produk, dalam analisis ekonomi juga diperhitungkan mengenai neraca ekonomi.
Neraca ekonomi adalah suatu laporan yang berisi kegiatan perusahaan yang dibuat
dengan jangka waktu tertentu (Machfoedz, 1987). Hal-hal yang terdapat dalam neraca
perusahaan antara lain BCR (Benefit Cost Ratio), BEP (Break Event Point).
1) BCR (Benefit Cost Ratio)
29
BCR atau Benefit Cost Ratio merupakan perbandingan antara hasil yang
dipresentasikan dengan biaya modal sebagai indikator diterima atau tidaknya
investasi yang dijalankan dalam suatu usaha. BCR lebih dari satu maka investasi
yang ditanamkan menguntungkan (Saputro, 1993).
Menurut Budiono (1993), perhitungan BCR dapat dihitung dengan rumus :
ksiBiayaprodu
PenerimaanBCR .......................................................... (12)
2) BEP (Break Event Point)
BEP atau Break Event Point adalah suatu keadaan dimana penghasilan dari
penjualan hanya cukup untuk menutup biaya baik yang bersifat variabel maupun
yang bersifat tetap atau hanya mampu menutup biaya produksi dan biaya usaha
yang diperlukan dalam menjalankan kegiatannya. BEP menunjukkan jumlah laba
sama dengan nol atau jumlah penghasilan total sama dengan biaya total
(Partadiredja, 1996).
BEP bermanfaat untuk menetapkan penjualan minimal yang harus
dipertahankan agar tidak rugi dalam menjalankan kegiatan produksi dalam biaya
tetap maupun biaya variabel tertentu (Saputra, 2000). Perhitungan BEP dapat
dilakukan dengan rumus :
TR
TVC
TFCBEP
1
..................................................................... (13)
Dimana: TFC = Total Fixed Cost
TVC = Total Variable Cost
TR = Total Revenue (Pendapatan)
30
d. Pendapatan
Berdasarkan produk yang terjual, diperoleh pendapatan. Pendapatan merupakan
selisih antara output (penerimaan) yang diperoleh dari penjualan hasil produksi
dengan input (biaya) yang dikeluarkan untuk menghasilkan suatu produk (Adisaputro,
1993).
Menurut Budiono (1993), jumlah pendapatan yang diterima oleh perusahaan
dapat dirumuskan sebagai berikut :
Pendapatan = Total output total input ........................................ (14)
Pendapatan merupakan selisih antara output (penerimaan) yang diperoleh dari
penjualan hasil produksi dengan input (biaya) yang dikeluarkan untuk menghasilkan
suatu produk (Saputra, 2000).
Pendapatan sangat dipengaruhi oleh input dan output. Input merupakan faktor
yang dapat digunakan untuk menghasilkan sebuah produk yang dapat memuaskan
kebutuhan atau keinginan manusia. Sedangkan output adadalah hasil produksi total
sumber daya yang digunakan dalam usaha ekonomi.
B. Tuntutan Mesin Pilin untuk Besi Teralis Model Spiral dari Calon Pengguna
Pengembangan teknis suatu desain merupakan salah satu syarat utama keberhasilan
sebuah produk dalam memenuhi kebutuhan konsumen. Upaya tersebut memerlukan beberapa
langkah konstruktif (Budiman, dan Priambodo, 1999) yaitu:
1. Produksi perdana. Memenuhi target yang telah ditentukan.
2. Pengembangan lanjut. Eliminasi hambatan, kesempurnaan, kesederhanaan, dan penurunan
harga dari hasil desain.
31
3. Penyesuaian hasil desain untuk penerapan di bidang khusus dan pengembangan produksi
khusus.
4. Spesifikasi khusus. Menentukan ukuran tertentu, bentuk dan daya tahan khusus, jika hal
ini belum dilakukan dalam langkah terdahulu.
5. Memproduksi dengan cara lain atau bahan lain.
6. Hasil desain yang lebih bermutu.
Berdasarkan uraian di atas langkah awal proses perencanaan yang perlu dilakukan
adalah mempelajari syarat-syarat dan spesifikasi tugas secara detail. Sebagian besar masalah
atau kegagalan desain disebabkan karena kurang jelasnya kriteria tuntutan pemakai dan
kaburnya definisi tugas yang harus dipenuhi. Sedangkan alasan utama penolakan desain dari
konsumen adalah faktor investasi atau ekonomi yang tidak sepadan. Oleh karena itu,
diperlukan formula khusus sebagai langkah awal pengembangan desain dengan mempelajari
tuntutan produk dari pemakai. Formula tersebut tidak menutup kemungkinan pada
perencanaan mesin pilin untuk besi teralis model spiral (tabel 7).
Tabel 7. Identifikasi kebutuhan dan tuntutan pengguna mesin pilin untuk besi teralis model
spiral
Identifikasi Kekebutuhan dan
Analisa Desain Produk Sebelumnya
Kesimpulan
Tuntutan Pengguna
1. Sumber tenaga motor listrik (AC)
2. Daya motor terlalu besar atau
tidak sebanding dengan kinerja
mesin motor 3HP untuk
penampang besi kotak 8x8x380
mm
1. Diperlukan modifikasi sumber
tenaga penggerak dengan klasifikasi:
a. Memiliki alternatif sumber
tenaga penggerak yaitu tenaga
manusia dan motor listrik
b. Sumber tenaga motor listrik
32
3. Tenaga penggerak boros biaya
listrik
4. No safety operator, karena putaran
terlalu cepat 1500 rpm
5. Quality control hasil produk
kurang akurat atau metode
konvensinal dengan visual
6. Konstruksi mesin terlalu berat
175 Kg sehingga, sulit dipindah
tempat.
7. Biaya bahan Rp.2.500.000,00
harus sebanding dengan kinerja
mesin dan tidak boros biaya
listrik
c. Diperlukan sistem reduksi
putaran motor penggerak untuk
meningkatkan safety operator dan
fungsi kontrol kerja produksi
2. Diperlukan konstruksi mesin yang
kuat, kokoh, ringan, mudah
dipindah-pindah, dan harganya
terjangkau.
C. Analisis Morfologis Mesin Pilin untuk Besi Teralis Model Spiral
Analisis morfologi adalah suatu pendekatan yang sistematis dan terstruktur untuk
mencari alternatif penyelesaian dengan menggunakan matriks sederhana. Sebagai langkah
kedua pengembangan produk, penyelesaian tugas desain dapat dicapai dengan memahami
karakteristik mesin dan menguasai berbagai fungsi komponen mesin. Materi dasar inilah yang
selanjutnya dapat dikembangkan untuk memilih komponen mesin yang paling ekonomi,
perhitungan teknis dan menciptakan bentuk luar yang menarik. Oleh karena itu, diperlukan
beberapa pengalaman individu untuk mencapai penyelesaian tugas desain tersebut.
Pengalaman individu desainer khususnya pada konsep kerja mesin pilin untuk besi teralis
model spiral menyesuaikan cara kerja alat uji torsi. Benda kerja atau besi kotak dipasang pada
33
masing-masing sistem penjepit mesin dan disalah satu penjepit diputar untuk menghasilkan
profil spiral.
Berdasarkan keterangan dan penjelasan terkait dengan produk mesin pilin untuk besi
teralis model spiral, dapat memberikan gambaran mengenai kebutuhan spesikasi (tabel 8).
Spesifikasi mesin dapat dikategorikan menjadi dua, yaitu:
1. Keharusan (demands) disingkat D, yaitu syarat mutlak yang harus dimiliki mesin (jika
tidak terpenuhi maka mesin merupakan solusi yang tidak diterima).
2. Keinginan (wishes) disingkat W, yaitu syarat yang masih dapat dipertimbangan
keberadaannya agar dapat dimiliki oleh mesin yang dirancang.
Tabel 8. Spesifikasi mesin pilin untuk besi teralis model spiral
No. Tuntutan
Perencanaan Persyaratan
Tingkat
Kebutuhan
1. Energi a. Menggunakan tenaga motor b. Dapat diganti dengan penggerak lain
D
W
2. Gaya a. Mempunyai dan mampu memberikan
gaya torsi
D
3. Kinematika
a. Arah torsi dapat berubah-ubah b. Mekanismenya mudah beroperasi c. Mengunakan transmisi untuk
mendapatkan keuntungan mekanis
W
D
D
4. Material
a. Mudah didapat dan murah harganya b. Baik mutunya c. Sesuai dengan standar umum d. Memiliki umur pakai yang panjang e. Mempunyai sifat mekanis yang baik
D
W
D
D
D
5. Geometri
a. Panjang area kerja 130 cm b. Lebar 50 cm c. Tinggi 100 cm d. Dimensi dapat diperbesar / diperkecil
D
D
D
W
6. Ergonomi
a. Sesuai dengan kebutuhan b. Mudah dipindahkan c. Tidak bising d. Mudah dioperasikan
D
D
D
D
7. Sinyal
a. Petunjuk pengoperasian mudah dimengerti dalam bahas Indonesia
b. Petunjuk pengoperasian mudah
D
W
34
dipahami
8. Keselamatan
a. Konstruksi harus kokoh b. Bagian yang berbahaya ditutup c. Tidak menimbulkan polusi
D
D
W
9. Produksi
a. Dapat diproduksi bengkel kecil b. Suku cadang murah dan mudah
didapat
c. Biaya produksi relatif murah d. Dapat dikembangkan lagi
D
D
W
W
10. Perawatan
a. Biaya perawatan murah b. Perawatan mudah dilakukan c. Perawatan secara berkala
D
D
W
11. Transportasi a. Mudah dipindahkan
b. Perlu alat khusus untuk memindah
D
D
Berdasarkan cara kerja, identifikasi kebutuhan dan keterangan spesifikasi kebutuhan
mesin untuk mendapatkan klasifikasi kebutuhan komponen yang memiliki nilai ergonomis
dan ekonomis, maka dapat digunakan alternatif penyelesaian tugas desain dengan matriks
morfologi (tabel 9).
Tabel 9. Matriks morfologi mesin pilin untuk besi teralis model spiral
No. Variabel Varian
A B C D
1.
Sumber
tenaga
penggerak
Motor listrik
Bantuan alam
Manual/tenaga
manusia
Gabungan
motor
listrik dan
tenaga
manusia
2.
Sistem
transmisi
bawah
Sproket dan rantai
Belt dan
Pulley
Sistem
transmisi
perantara
bawah dan
tengah
Roda gigi payung
Ulir dan roda
gigi cacing Speed reducer
35
Sistem
transmisi
tengah Sproket dan rantai
Belt dan
Pulley
Sistem
transmisi
atas
Roda gigi payung
Ulir dan roda
gigi cacing Speed reducer
Lanjutan tabel 9. Matriks morfologi mesin pilin untuk besi teralis model spiral
3. Sistem
penjepit
Chuck mesin bubut
Chuck persegi
Chuck bor
4.
Bahan
profil
rangka Kanal UNP
Siku
&
Kanal UNP
dan Siku
5. Bahan
casing Plat Plastik
D. Gambaran Mesin Pilin untuk Besi Teralis Model Spiral
8
7
6
6
5
4
3
1
3
2
Keterangan:
1. Kepala tetap dengan penjepit berputar,
2. Kepala lepas dengan penjepit tetap,
3. Tombol kelistrikan mesin (saklar
ON/OFF),
4. Handel pemutar untuk pekerjaan manual,
5. Casing sebagai pengaman transmisi
mesin dari jangkauan
tangan operator,
6. Motor listrik penggerak dan sistem transmisi
mesin,
36
Gambar 7. Model mesin pilin untuk besi teralis model spiral
37
BAB III
KONSEP PERANCANGAN
Perencanaan atau perancangan mesin, berarti perencanaan dari sistem dan segala yang
berkaitan dengan sifat mesin-mesin, produk, struktur, alat-alat, dan instrumen. Pada umumnya
perencanaan mesin mempergunakan matematika, ilmu bahan, dan ilmu mekanika teknik (Shigley
dan Mitchell, 2000).
A. Diagram Alir Proses Perancangan
Metode perencanaan merujuk dari metode perencanaan menurut Pahl dan Beitz
(Dharmawan,1999) yang terbagi menjadi empat tahap, yaitu:
1. Perencanaan dan penjelasan tugas
Tahapan pertama ini meliputi pengumpulan informasi permasalahan dan kendala
yang dihadapi serta dilanjutkan dengan persyaratan mengenai sifat dan performa tuntutan
produk yang harus dimiliki untuk mendapatkan solusi.
2. Perencanaan konsep produk
Perencanaan konsep produk berguna untuk memberikan beberapa solusi alternatif
konsep produk selanjutnya dievaluasi berdasarkan persyaratan teknis, ekonomis, dan lain-
lain. Tahapan ini dapat diawali dengan mengenal dan menganalisis spesifikasi produk
yang telah ada. Hasil analisis spesifikasi produk dilanjutkan dengan memetakan struktur
fungsi komponen sehingga dapat disimpulkan beberapa varian solusi pemecahan masalah
konsep produk.
38
pasar, perusahaan, ekonomi
Tugas
Daftar Persyaratan(Spesifikasi Produk)
Mengembangkan Solusi UtamaMengidentifikasi masalah-masalah penting
Menentukan struktur fungsi produkMencari prinsip-prinsip kerja produk
Membentuk beberapa alternatif produk(varian)Evaluasi terhadap kriteria teknis dan ekonomis
Perencanaan dan Penjelasan TugasAnalisis pasar dan keadaan perusahaan
Mencari dan memilih ide produkMemformulasi usulan produk
Penjelasan tugasMengembangkan daftar persyaratan
Konsep Produk (solusi)
Mengembangkan Struktur ProdukMenentukan bentuk awal, memilih material, perhitungan
Memilih layout awal yang terbaikMemperbaiki layout
Evaluasi terhadap kriter ia teknis dan ekonomis
Layout Awal
Layout Akhir
Dokumen Produk
Menentukan Struktur ProdukMenghilangkan kelemahan dan kekurangan
Cek kalau-kalau ada kesalahanPersiapan daftar komponen awal dan dokumen
Pembuatan dan susunan produk
Menyiapkan Dokumen PembuatanMengembangkan gambar atau daftar detail
Menyelesaikan instruksi-instruksi pembuatanPeriksa semua dokumen
Solusi
Pen
ing
kat
an
dan
Per
ba
ika
n
Info
rmas
i per
ba
iki
da
ftar
per
sya
rata
n h
asi
l u
mp
an
bal
ik
Per
anc
ang
an D
etai
lP
era
nca
ngan
Pro
du
kP
era
nca
ngan
Kon
sep
Pro
duk
Per
enca
naan
da
n P
enje
lasa
n P
rod
uk
Gambar 8. Diagram alir proses perancangan Pahl dan Beitz
39
3. Perencanaan produk (embodiment design)
Perencanaan produk memerlukan beberapa pertimbangan untuk menentukan
keputusan atau solusi setiap proses perencanaan. Berdasarkan kasus masalah yang
dihadapi yaitu perencanaan produk mesin pilin untuk besi teralis model spiral, pendekatan
konsep yang digunakan adalah perencanaan produk dengan perencanaan simultan atau
perencanaan dengan pendekatan proses produksi.
Konsep perencanaan simultan terdapat empat elemen utama, yaitu: fungsi, bentuk,
material, dan produksi. Fungsi merupakan elemen penting diantara keempat elemen
perencanaan simultan.
Gambar 9. Elemen dasar dalam perencanaan simultan
Langkah untuk perencanaan produk terdiri dari sembilan langkah, yaitu:
a. Mencari produk jadi yang tersedia di pasar
Memilih dan memakai komponen yang telah tersedia di pasar atau produk
khusus (special product) adalah jauh lebih murah daripada merancang,
mengembangkan dan membuat komponen sendiri, seperti: bantalan, mur dan baut.
Alternatif memilih produk jadi yang tersedia untuk memenuhi fungsi komponen
merupakan solusi penting perencanaan produk untuk menghemat waktu dan biaya
produksi.
Bentuk
Fungsi
Produksi Material
l Produksi= manufaktur + merakit
40
b. Memilih material dan teknik produksi
Memilih material dan teknik produksi merupakan alternatif kedua perencanaan
produk jika produk jadi hasil konsep produk tidak ditemukan di pasar. Beberapa
faktor yang perlu diperhatikan pada proses pemilihan material dan teknik produksi
adalah:
1) Kuantitas produk yang harus dibuat
Faktor tersebut merupakan pertimbangan proses produksi. Jika produk yang
dirancang hanya sebuah, maka perlu dihindari penggunaan tooling atau alat
produksi yang mahal harganya.
2) Pengetahuan tentang penggunaan material pada aplikasi terdahulu
Informasi pemakaian material serupa merupakan faktor pertimbangan proses
produksi terkait pada bagaimana teknik produksi material yang baik, sifat dan
kinerja material terhadap beban yang diderita.
3) Pengetahuan dan pengalaman
Pengetahuan dan pengalaman yang terbatas akan berpengaruh pada keterbatasan
pemilihan material dan teknik produksi pula, oleh karena itu perlu didukung
dengan literatur aplikasi material.
4) Syarat-syarat teknis tentang material
Syarat-syarat teknis tentang material merupakan pertimbangan yang dapat
membatasi pemilihan material dan teknis produksi. Solusi untuk memenuhi syarat-
syarat teknis material dapat dipecahkan dengan mementingkan esensial fungsi
produk.
5) Faktor ketersediaan
41
Faktor ketersediaan material merupakan hambatan utama setiap perencanaan, oleh
karena itu beberapa alternatif pemilihan material maerupakan solusi penting
perencanaan produk.
c. Mendalami keterbatasan ruang
Salah satu persyaratan teknis perencanaan produk adalah batasan-batasan
ruang yang ditempati produk. Batasan-batasan ruang merupakan dasar pembuatan
gambar layout yang berfungsi sebagai referensi batas dimensi produk atau komponen.
d. Mengidentifikasi komponen-komponen produk
Identifikasi komponen-komponen produk berfungsi untuk memisahkan
beberapa komponen hasil sketsa konsep produk. Pemisahan komponen-komponen
produk bertujuan untuk mempermudah proses pemilihan material dan pembuatan
komponen yang sulit berdasarkan fungsi komponen.
e. Mengembangkan interface atau titik kontak antara dua komponen
Mengembangkan interface berfungsi untuk mengantisipasi interferensi atau
gangguan proses perakitan.
f. Memberi bentuk
Proses pemberian bentuk diharapkan menghasilkan produk yang memenuhi
tuntutan produk, seperti kuat, stabil, korosi dan aus yang terjadi dalam batas yang
diijinkan, dan lain-lain.
g. Evaluasi
Evalusi produk dilakukan pada proses perencanaan produk bertujuan untuk
mendapatkan ketelitian yang lebih baik. Pada langkah evaluasi dikumpulkan
42
informasi yang lengkap agar dapat dibandingkan dengan syarat-syarat pada spesifikasi
perancangan. Tiga hal pertimbangan hasil evaluasi, yaitu:
1) Hasil evaluasi baik, sehingga produk hasil rancangan telah siap ditinjau ulang
bersama produk hasil rancangan alternatif lainnya atau dilanjutkan pada
perencanaan detail.
2) Hasil evaluasi tidak memenuhi syarat sebagai produk bermutu, sehingga perlu
dikembalikan pada tahapan sebelumnya untuk ditinjau kembali sehingga diperoleh
konsep produk yang lebih baik.
3) Hasil evaluasi perlu perbaikan berdasarkan kekurangan-kekurangan yang
ditemukan pada proses evaluasi. Perbaikan terdiri dari dua jenis, yaitu: perbaikan
material dan atau cara pembuatannya dan perbaikan bentuk produk atau
komponen produk.
h. Perbaikan material dan cara produksi
Langkah perbaikan ini bertujuan untuk mendapatkan produk yang lebih baik
atau memenuhi syarat mutu evaluasi,seperti kekuatan bahan atau kualitas dan efisiensi
hasil perencanaan proses produksi.
i. Perbaikan bentuk
Langkah perbaikan bentuk berfungsi untuk menghilangkan interferensi gangguan atau
memperbaiki kinerja produk hasil evaluasi dengan cara merubah ukuran hingga
mengganti bentuk komponen.
Berdasarkan keterangan di atas, kesembilan langkah perancangan produk dapat
digambarkan dalam diagram alir (gambar 10).
43
Gambar 10. Langkah- langkah perancangan produk
4. Perencanaan detail
Perencanaan detail merupakan hasil keputusan perencanaan berdasarkan beberapa
tahapan sebelumnya. Luaran atau hasil akhir dari tahapan ini adalah gambar rancangan
lengkap dan spesifikasi produk untuk pembuatan yang biasa disebut dokumen pembuatan
produk.
Konsep produk
1. Mencari produk jadi yang tersedia
2. Memilih material dan teknik produksi
3. Mendalami keterbatasan ruang
4. Mengidentifikasi komponen-komponen
5. Mengembangkan interface
6. Pemberian bentuk
7. Evaluasi
8. Perbaiki material & cara produksi
9. Perbaiki bentuk
Per
anca
ng
an k
on
sep p
rod
uk
(fe
edba
ck)
Menetapkan
assemblies dan
komponen baru
Peninjauan
rancangan
44
Setiap tahapan proses perancangan berakhir, hasil tahapan selanjutnya tersebut
menjadi masukan untuk tahapan selanjutnya dan menjadi umpan balik tahapan sebelumnya.
Sebagai konsep utama perancangan metode tersebut, bahwa hasil setiap tahapan dapat
berubah setiap saat berdasarkan umpan balik yang diterima dari hasil tahapan-tahapan
berikutnya.
B. Pernyataan Kebutuhan
Mesin pilin untuk besi teralis model spiral merupakan alat produksi ditingkat usaha
kecil menengah. Berdasarkan analisis tuntutan calon pengguna diperoleh, beberapa
pernyataan kebutuhan terhadap mesin tersebut, antara lain:
1. Diperlukan modifikasi sumber tenaga penggerak dengan klasifikasi:
a. Memiliki alternatif sumber tenaga penggerak yaitu tenaga manusia dan motor listrik
b. Sumber tenaga motor listrik harus sebanding dengan kinerja mesin dan tidak boros
biaya listrik
2. Diperlukan sistem reduksi putaran motor penggerak untuk meningkatkan safety operator
dan fungsi kontrol kerja produksi
3. Diperlukan konstruksi mesin yang kuat, kokoh, ringan, mudah dipindah-pindah, dan
harganya terjangkau.
C. Analisis Kebutuhan
Berdasarkan pernyataan kebutuhan di atas maka, diperlukan beberapa langlah analisis
kebutuhan untuk memperjelas tugas perencanaan mesin pilin besi teralis model spiral.
Langkah-langkah analisis kebutuhan terdiri dari:
Spesifikasi mesin
45
Spesifikasi mesin pilin untuk besi teralis model spiral yaitu panjang 1800 mm,
lebar 560 mm dan tinggi1060 mm. Spesifikasi tersebut dipengaruhi oleh beberapa
ketentuan pernyataan kebutuhan konsumen, yaitu: harga penjualan, kapasitas kerja dan
daya motor penggerak.
Harga penjualan mesin yang terjangkau dapat dipengaruhi oleh jenis dan kualitas
material yang digunakan. Oleh karena itu, untuk memenuhi kebutuhan konstruksi
mesin yang kuat diharapkan perencanaan mesin mampu mengoptimalkan bahan-
bahan dengan harga terjangkau namun mampu menghasilkan konstruksi mesin yang
baik.
Kapasitas kerja dan daya motor penggerak merupakan satu kesatuan pengaruh spesifikasi
mesin yang penting. Kapasitas kerja mesin sebagai penghasil besi model spiral dari
bahan besi kotak dengan penampang 10x10 mm diharapkan mampu dikerjakan
dengan daya motor penggerak dengan kapasitas yang kecil. Alternatif perencanaan
sebagai solusi adalah mengoptimalkan kerja daya motor listrik HP karena daya
listrik yang dibutuhkan rata-rata dapat dipenuhi oleh listrik UKM untuk proses
pemilinan besi kotak penampang 10x10 mm. Kapasitas kerja perlu didukung dengan
batasan produksi. Untuk produksi bahan besi teralis disesuaikan dengan kebutuhan
standar umum jendela maka, kapasitas kerja maksimal adalah besi kotak penampang
10x10x1300 mm.
Standar Penampilan
Berdasarkan batasan kapasitas kerja tersebut maka, standar penampilan dapat
ditentukan batasan kapasitas kerja serta postur rata-rata orang dewasa sebagai operator.
Tujuannya adalah dengan spesifikasi mesin di atas mampu memberikan kenyamanan
46
operator, memudahkan proses produksi dan mampu menghasilkan hasil produk besi
teralis model spiral sesuai standar kebutuhan umum.
Target Keunggulan Produk
Target yang ingin dicapai sebagai keunggulan pada perencanaan dan proses
pemilinan besi kotak menjadi besi model spiral adalah:
Proses pembuatan dapat dikerjakan dengan mudah dan cepat.
Biaya keseluruhan pembuatan mesin yang terjangkau.
Mudah dalam pengoperasiannya dan cukup 1 orang sebagai operator.
Mesin tidak bising.
Safety operator sehingga mampu mendukung efektifitas proses produksi.
Mampu meningkatkan kualitas hasil produksi.
Mempunyai ukuran dan bentuk yang sesuai dengan ruang usaha yang kecil dan dapat
dipindah tempatkan.
Tidak menimbulkan polusi udara karena tidak menggunakan bahan bakar.
Perawatan dan pemeliharaan mesin tidak memerlukan biaya khusus.
D. Pertimbangan Perencanaan
Berdasarkan uraian analisis kebutuhan di atas pertimbangan perencanaan mesin pilin
besi teralis dibagi menjadi enam jenis, yaitu:
1. Pertimbangan Teknis
Pertimbangan nilai teknis identik dengan kekuatan konstruksi mesin sebagai
jaminan terhadap calon pembeli. Pertimbangan teknis mesin pilin untuk besi teralis model
spiral adalah sebagai berikut:
47
a. Konstruksi yang kuat dan proses finishing yang baik untuk menambah umur mesin.
b. Proses assemblies mesin relatif mudah sehingga perawatan dan maintenance mesin
dapat dilakukan dengan mudah dan murah.
2. Pertimbangan Ekonomis
Pertimbangan nilai ekonomis merupakan pertimbangan kedua setelah diterimanya
produk oleh calon pemakai. Pertimbangan nilai ekonomis memiliki keterkaitan antara
kemampuan nilai teknis produk terhadap daya beli konsumen serta harga jual produk
yang ditawarkan. Sebagai pertimbangan ekonomis mesin pilin untuk besi teralis model
spiral terhadap calon pemakai yaitu kalangan UKM adalah sebagai berikut:
a. Hasil kinerja mesin mampu memberikan jaminan modal pembeli cepat kembali.
b. Harga mesin yang terjangkau untuk kalangan UKM.
c. Jaminan umur produk yang lama sebagai pendukung profit usaha calon pemakai.
d. Suku cadang yang berkualitas dengan harga murah dan mudah didapat serta
perawatan yang mudah dikerjakan.
3. Pertimbangan Ergonomis
Pertimbangan ergonomis mesin pilin untuk besi teralis model spiral sebagai berdasarkan analisis kebutuhan adalah sebagai
berikut:
a. Kinerja mesin mampu menghasilkan produk besi model spiral yang baik sehingga
memberikan nilai efektifitas kerja mesin sebagai mesin produksi besi teralis model
spiral.
b. Konstruksi mesin yang sederhana dan proposional memungkinkan setiap orang dapat
mengoperasikannya dengan mudah sehingga memberikan efisiensi tenaga dan waktu
serta memberikan nilai comfortable atau kenyamanan terhadap kerja operator.
48
c. Berdasarkan spesifikasi mesin yang cukup proposional, dapat mempermudah proses
pemindahan tempat mesin serta pengaturan lingkungan tempat atau area kerja mesin
pilin untuk besi teralis model spiral.
4. Pertimbangan Lingkungan
Pertimbangan lingkungan sebagai pendukung diterimanya produk oleh masyarakat
dan calon pembeli adalah mesin pilin yang bebas polusi dan tidak bising, sebagai
pendukung kenyamanan operator.
5. Pertimbangan Keselamatan Kerja
Pertimbangan keselamatan kerja merupakan syarat ketentuan mesin untuk dapat
dikatakan layak pakai. Syarat tersebut dapat berupa bentuk komponen mesin yang
berfungsi sebagai pengaman atau pelindung operator pada bagian mesin yang berpotensi
terhadap kecelakaan kerja.
E. Tuntutan Perancangan
Berdasarkan uraian pertimbangan perencanaan, dapat diuraikan menjadi tuntutan
perencanaan. Tuntutan perencanaan mesin pilin untuk besi teralis model spiral terdiri dari:
1. Tuntutan Konstruksi
a. Kontruksi/Rangka dapat menahan beban dan juga getaran saat mesin sedang
dioperasikan.
b. Perawatan dapat dilakukan pada konstruksi mesin tanpa harus membongkar mesin
secara keseluruhan.
2. Tuntutan Ekonomi
a. Biaya yang dibutuhkan untuk membuat mesin relatif murah atau terjangkau.
49
b. Perawatan mesin dapat dilakukan dengan mudah dan tidak memerlukan biaya yang
mahal.
3. Tuntutan fungsi
a. Kapasitas kerja mesin dapat bekerja untuk proses pemilinan besi kotak dengan
dimensi 10x10x1300 mm.
b. Kinerja mesin dapat menghasilkan besi teralis model spiral dengan baik.
4. Tuntutan Pengoperasian
a. Proses pengoperasian mesin cukup mudah tanpa pengaturan-pengaturan yang sulit
dipahami oleh operator.
b. Mesin ini tidak menuntut pemakainya untuk harus mempunyai latar belakang
pendidikan yang tinggi dan juga keahlian khusus untuk mengoperasikannya.
5. Tuntutan Keamanan
Komponen-komponen mesin yang berpotensi terhadap kecelakaan kerja operator
dibutuhkan pelindung atau pengamanan dalam bentuk komponen yang sesuai.
6. Tuntutan Ergonomis
a. Mesin tersebut tidak memerlukan ruangan yang luas atau lebar karena ukurannya
tidak terlalu besar.
b. Mesin tersebut dapat dipindah-pindah tempat sesuai dengan keadaan dan kebutuhan
karena bobot mesin yang tidak terlalu berat.
c. Mesin tersebut membutuhkan alat bantu kunci L sebagai pengencang baut pengunci
benda kerja.
50
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Desain dan Gambar Kerja Konstruksi Mesin Pilin
1. Desain Konstruksi Mesin Pilin
Desain konstruksi mesin pilin untuk produksi besi teralis model spiral ditentukan
dari beberapa pertimbangan, diantaranya adalah:
a. Spesifikasi mesin yang ergonomis dengan dimensi yang nyaman bagi operator dan
mudah disesuaikan dengan ruang kerja mesin diperkirakan berdimensi panjang
1800lebar 560 tinggi1060 mm.
b. Kapasitas produksi untuk satu besi teralis model spiral (Pcs) adalah dari besi kotak
berdimensi 10x10x1300 mm.
c. Proses produksi setiap satu besi teralis model spiral direncanakan 14 kali putaran
dengan waktu 9 menit atau 6 hingga 7 Pcs/ Jam.
d. Sumber penggerak motor listrik AC HP dan manual.
2. Gambar Kerja Konstruksi Mesin Pilin
Gambar kerja mesin pilin terlampir.
B. Analisis Konstruksi Mesin
Proses evaluasi adalah langkah yang dibutuhkan dalam perencanaan produk mesin
pilin untuk besi teralis model spiral. Tujuannya adalah untuk menentukan kelayakan
perancangan atau identifikasi kelemahan hasil perancangan. Hasil evaluasi dilanjutkan
sebagai bahan kajian pengembangan produk selanjutnya atau sebagai langkah
51
penyempurnaan mesin. Pendekatan evaluasi tersebut dilakukan berdasarkan pendekatan teori
dan aktual desain produk, antara lain: analisis konstruksi mesin dan analisis ekonomi.
1. Analisis Daya Puntir Material
a. Perencanaan Kekuatan Benda Kerja
Benda kerja besi teralis model spiral adalah besi kotak. Dimensi benda kerja
yang direncanakan adalah 10x10x1300 mm.
Tabel 10. Hasil uji tarik besi kotak
Spesimen maks Kg/mm2 maks rata-rata Regangan () rata-rata
R 51.6129 51.9197 Kg/mm2
0.59125x109 N/m2
0.51 GN/m2
0.0868
0.08823 S 51.6129 0.0907
T 52.5333 0.0872
Catatan: Pendekatan Gravitasi=9.806 m/s2 (1 Kg=9.806 kgf=9.806 N)
Hasil pengujian tarik (tabel 10) diperoleh data bahwa bahan besi kotak tersebut
memiliki kekuatan tarik maksimum maks=51,9197 Kg/mm2=0,51 GN/m2 (GPa).
Berdasarkan keterangan di atas, masih terdapat kekurangan pengujian karena
tidak adanya nilai modulus elastisitas E secara aktual. Oleh karena itu, untuk
mendapatkan modulus elastisitas besi kotak dilakukan dengan pendekatan teori
persamaan 1 (Saito dan Surdia, 1999: 8) sebagai berikut:
GPa
E
GPa08823.0
51.0E
GPa78.5E
52
Jika nilai E bahan tersebut digunakan untuk mencari modulus kekakuan atau G
dengan pendekatan poisons ratio = 0.33 maka, modulus kekakuan (persamaan 3)
besi kotak adalah sebagai berikut:
GPa)1(2
E
Pa)33.01(2
1078.5 9
2.17GPaPa2172932331
b. Perencanaan Kebutuhan Daya Puntir (Torsi)
Kebutuhan daya puntir sesuai persamaan 6 (Harahap, 2000: 68) untuk material
besi kotak 10x10x1300 mm adalah sebagai berikut:
JG
LT
rad
G
L
JGT mN
Karena penampang adalah kotak pejal (gambar 11) dengan b=h=10 mm dan L=1300
mm atau 1,3 m, maka momen inersia polar J adalah:
422
m12
)( hbhbJ
............................................................. (15)
(Ugural, 2003)
Gambar 11. Penampang besi kotak
Jika asumsi beban torsi besi kotak dipuntir 1 kali putaran penuh (360) maka, asumsi
sudut puntir =2rad. Sehingga, kebutuhan torsi besi kotak adalah:
b
h
53
mN
L
JGT
mN
rad2}1012
)({ 12-
22
L
hbhb
T
14331
12
101010102172932331
22
.mNm,
rad2}m10)(
{m/N 4-122
T
mN 17,5mN, 4948917T
2. Analisis Torsi Penggerak
a. Perancangan Sistem Transmisi Mesin
Sistem transmisi mesin (gambar 12) direncanakan terdiri dari empat komponen
reduktor, yaitu: 1. pulley, 2. speed reducer, 3. gear (sprocket), dan 4. roda gigi cacing.
Sistem transmisi tersebut diharapkan mampu menghasilkan reduksi putaran motor dari
1400 rpm menjadi 2 rpm pada putaran kerja untuk memenuhi syarat rencana kerja 14
putaran/ benda kerja= 9menit. Transmisi roda gigi cacing dan ulir cacing dipilih
karena pertimbangan perencanaan berdasarkan interferensi sistem transmisi yang
tidak memungkinkan untuk memakai bevel gear. Tujuannya adalah sebagai berikut:
1) Untuk meningkatkan torsi penggerak karena roda gigi dan ulir cacing mampu
mereduksi putaran yang besar.
2) Karena putaran kerja hasil reduksi berkurang maka, keamanan operator lebih baik
karena dapat mengantisipasi apabila benda kerja putus operator cepat untuk
menghindar.
54
Gambar 12. Sistem transmisi mesin pilin
Keterangan di atas menjelaskan secara konsep bahwa beban puntir benda kerja
(besi kotak) ditumpu oleh roda gigi cacing karena letak roda gigi satu sumbu dengan
benda kerja atau satu interface (gambar 13). Sehingga daya puntir yang bekerja pada
sistem transmisi terdapat pada roda gigi cacing setelah putaran utama direduksi oleh
pulley, speed reducer dan gear.
Berikut ini adalah nilai perbandingan rasio dan putaran reduksi sistem
transmisi mesin pilin (tabel 11).
Tabel 11. Perbandingan rasio putaran sistem transmisi mesin pilin
No. Transmisi (mm) Z i i Kerja n kerja
55
(rpm)
1. Pulley motor 58,5 -
58,5/44,5 1,32 1848 Pulley rotor 44,5 -
2. Speed reducer - - 1/20 0,05 92,4
3. Sprocket pinyon - 14
14/36 0,4 36,96 Sprocket Pinion - 36
4. Ulir cacing - -
1/20 0,05 1,85 Roda gigi cacing - -
i Total (i1xi2xi3xi4) 0,0013 n akhir=1,85
Keterangan:
n1 = 1400 rpm
i
1 =
Z2
Z1
1
2
Z2m
Z1m
2
1
n
n
d
d ......................................... (16)
(Sularso, dan Suga, 1997:216)
n kerja1=1400i1
n kerja2=1400(i1i2)
n kerja3=1400(i1i2i3)
n kerja4=1400(i1i2i3i4)= n akhir=1400i total
Keterangan di atas menyatakan, untuk satu benda kerja diperlukan waktu kerja
produktif 67851
14,
,
rpm
putaranmenit. Sehingga waktu produksi yang dihasilkan mesin
pilin jika ditambah waktu non produktif yaitu bongkar pasang benda kerja dengan
perkiraan 1 hingga 1,5 menit maka, total waktu produksi adalah 9 menit/ benda kerja
atau mesin mampu memproduksi 6 hingga 7 besi teralis model spiral/ jam.
Roda gigi
cacing
Detail A
Besi kotak
56
Gambar 13. Interface (hubungan) roda gigi cacing dan benda kerja
b. Perencanaan Torsi Penggerak
Identifikasi kemampuan daya listrik untuk usaha kecil menengah (home
industry) diperkirakan rata-rata berkisar antara 900 sampai 1300 Watt. Kemampuan
daya listrik tersebut merupakan pertimbangan variasi model perencanaan produk.
Berdasarkan hasil pertimbangan ekonomis, motor listrik yang dipilih adalah motor AC
57
HP, karena harganya cukup terjangkau dan tidak memerlukan daya listrik yang
besar yaitu 500 Watt.
Berdasarkan keterangan tersebut, maka nilai torsi penggerak T (persamaan 7)
adalah sebagai berikut:
sradnN
T /60
2dan kW 0,746HP 1mN
mN
n
NT
2
60
Jika daya penggerak yang direncakan adalah motor listrik AC HP dengan asumsi
efiensi = 90%, faktor koreksi transmisi belt dan rantai pada reduksi pulley dan
sproket fc=1,4 (Sularso dan Suga: 1997:165) serta efisiensi mekanis speed reducer
dan roda gigi cacing =57% (Sularso dan Suga: 1997: 280) maka, torsi penggerak
adalah:
mN
n
cingrodagigicafcrantaireducerfcbeltmotorNT
2
60
mN
,,
,,,,,),(
8511432
5704141570906050746T 90%motor
mN,
,
611
512826T
mN, 110671105T
Jadi, Tpenggerak 1106 Nm>T benda kerja17,5Nm)
Sesuai data di atas dapat disimpulkan bahwa, motor listrik penggerak mesin pilin
dengan daya HP yang direncanakan memenuhi syarat mampu kerja dengan
kapasitas 10x10x1300 mm.
3. Analisis Beban Konstruksi
58
Secara analisis, beban pada konstuksi mesin pilin merupakan hasil reaksi proses
pemilinan dan sebagian beban aksi dari beberapa komponen mesin. Beban reaksi
merupakan beban yang timbul akibat beban aksi T penggerak terhadap benda kerja pada
proses pemilinan. Sedangkan beban aksi yang lain adalah massa dari beberapa elemen
yang tersusun pada sistem transmisi terhadap konstruksi rangka.
a. Analisis Reaksi Besi Kotak Proses Pemilinan
Proses pemilinan besi kotak dikerjakan pada dua tumpuan yaitu jepit dan rol
(gambar 14).
Gambar 14. Model diagram analisis batang torsi
Keterangan:
L=Panjang batang torsi (m)
T=Torsi (Nm)
Tabel 12. Titik Koordinat model diagram analisis batang torsi (meter)
Titik Koordinat
x y
1 0 0
2 1,3 0
Beban puntir yang bekerja T = 1106 Nm. Panjang benda kerja L= 1300 mm atau 1,3
m. Modulus elastisitas besi kotak E=5,78 GPa dan poisons ratio =0,33. Pendekatan
analisis pada konsep kerja proses pemilinan besi kotak adalah pendekatan numeris
dengan software Ansys 5.4.
2 1
L
T
59
Hasil analisis proses pemilinan besi kotak diperoleh bahwa gaya-gaya reaksi
yang terjadi (tabel 13 ) adalah sebagai berikut:
Tabel 13. Gaya-gaya reaksi proses pemilinan (satuan gaya)
Titik FX FY MZ
1 0 1276,2 553
2 0 -1276,2 0
Gaya-gaya reaksi yang muncul dapat disimpulkan sebagai berikut:
1) Reaksi gaya vertikal positif yang terjadi pada titik satu yaitu 1276,2 N.
2) Reaksi gaya vertikal negatif yang terjadi pada titik satu yaitu 1276,2 N.
3) Reaksi torsi yang terjadi pada titik satu yaitu 533 Nm.
Beberapa gaya reaksi di atas merupakan gaya-gaya aksial atau beban yang bekerja
pada konstruksi mesin pilin.
b. Analisis Konstruksi Rangka
Konsep perancangan pada rangka mesin pilin adalah satu kesatuan elemen
penopang yang terdiri menjadi dua bagian, yaitu:
1) Rangka utama
2) Dudukan transmisi
Kedua komponen tersebut berfungsi sebagai penyangga komponen kerja dengan
tumpuan jepit (baut tanam) dan penghubung beberapa elemen sistem transmisi mesin
(gambar 15).
60
Gambar 15. Konstruksi rangka mesin pilin
Beban yang diterima oleh konstruksi rangka adalah reaksi gaya proses
pemilinan besi kotak dan beban sistem transmisi serta beberapa elemen yang terdapat
pada dudukan transmisi. Bahan yang digunakan pada konstruksi rangka adalah besi
siku 50505 mm, dengan luas penampang A=480 mm2 dan momen inersia
I=110000 mm4. Asumsi bahan konstruksi rangka adalah mild steel dengan modulus
elastisitas E=214 GPa dan poisons ratio =0,33.
Bentuk konstruksi rangka mesin pilin memiliki desain yang simetris. Sehingga
untuk mempermudah analisis maka pendekatan yang dilakukan adalah dengan
membagi dua bagian komponen dan gaya yang bekerja (gambar 16).
61
Gambar 16. Model diagram analisis konstruksi rangka mesin pilin
Keterangan:
P1= N ,2
N 276,21638
1
P2= N ,2
N 276,21638
1
T= Nm,2
Nm 335266
5
P3 = N 49N03,492
Kg 10m/s ,8069 2
(massa motor dan transmisi)
Gaya-gaya yang bekerja pada konstruksi rangka tersebut adalah gaya-gaya reaksi
akibat proses pemilinan besi kotak.
Tabel 14. Titik-titik koordinat model diagram analisis rangka (meter)
Titik
Koordinat Titik
Koordinat
x y x y
1 0 0 7 -1.5 0
2 0 0.151 8 0.06 0.906
3 0 0.906 9 0.03 0.906
4 -1.42 0.906 10 0.03 0.151
5 -1.5 0.906 11 0.150 0.151
6 -1.5 0.151
62
Hasil analisis konstruksi rangka didapatkan bahwa, gaya reaksi yang terjadi
pada masing-masing tumpuan (tabel 15) adalah sebagai berikut:
1) Tumpuan pada titik 1 reaksi terhadap sumbu x dengan arah negatif sebesar 361,46
N 361,5 N, terhadap sumbu y vertikal dengan arah negatif sebesar 1144,3 N
1144 N dan reaksi terhadap torsi senilai 12,580 Nm 12,6 Nm searah jarum jam.
2) Tumpuan pada titik 7 reaksi terhadap sumbu x dengan arah positif sebesar 361,46
361,5 N, tehadap sumbu y vertikal dengan arah positif sebesar 1193,3 N 1193
N dan reaksi terhadap torsi senilai 31,282 Nm 31,3 Nm searah jarum jam.
Tabel 15. Gaya-gaya reaksi pada model diagram konstruksi rangka
Titik FX FY MZ
1 -235,22 -741,37 -7,9592
7 235,22 790,37 -20,025
Sambungan pengikat atau pengunci pada tumpuan yang digunakan adalah
sambungan baut M121,75. Sambungan baut dirancang berdasarkan gaya reaksi pada
tumpuan yang mengakibatkan gaya tarik. Berdasarkan gaya reaksi di atas, gaya tarik
yang bekerja pada tumpuan F=790,37 N. Maka, faktor keamanan sambungan baut
berdasarkan tegangan tarik bahan 360t N/mm2 (asumsi bahan mild steel) adalah:
Syarat perencanaan td
F
2
4 ............................................... (17)
(Achmad, 1999:82)
Keterangan: t = Tegangan tarik yang diijinkan (N/mm2)
Karena sambungan baut bekerja pada konstruksi mesin yang bekerja secara berulang-
ulang (untuk proses produksi), maka angka keamanan (tabel 17) yang digunakan
adalah 5.
63
Jadi, td
F
2
4
5360
12143
3779042
,
,
N/mm2,99N/mm2 726
N/mm2N/mm2 727
Karena beban yang bekerja lebih kecil dari tegangan tarik bahan yang diijinkan (7
N/mm2 72N/mm2) dapat disimpulkan bahwa, ukuran sambungan baut M121,75
dapat dinyatakan aman untuk sambungan tumpuan konstruksi rangka mesin pilin.
Tabel 16. Angka keamanan beberapa bahan
No. Bahan Beban
statis
Beban
berulang
Beban
berganti
Beban
kejut
1. Cast iron, Brittle
metals dan alloys 4 6 10 15
2. Wrought iron,
mild steel 3 5 8 13
3. Cast steel 3 5 8 15
4. Copper, other soft
metal dan alloys 5 6 9 15
5. Timber 6 8 12 18
(Budiman, dan Priambodo, 1992)
Tabel 17 merupakan hasil analisis beberapa gaya yang bekerja pada model
diagram konstruksi rangka.
Tabel 17. Gaya yang bekerja pada model diagram konstruksi rangka
Titik FX FY MZ
64
1 225,4 735,3 7,774
2 -0,2366E-11 -0,5924E-12 0,1776E-14
3 0,5755E-10 0 -0,4263E-13
4 0,4221E-10 638,1 -266,5
5 0,4249E-10 0,2842E-11 -0,1421E-13
6 -0,1705E-12 0,1197E-12 0,1243E-13
7 -225,4 -784,3 19,37
8 0,4529E-10 -638,1 0,4108E-14
9 -0,9191E-11 0,4363E-11 -0,8882E-14
10 0,1279E-12 0,1037E-11 -0,8882E-14
11 0,7496E-12 49 0,1776E-14
Jumlah total gaya dan momen yang bekerja pada model diagram konstruksi rangka
adalah:
a) FX = 0.0000000
b) FY = 0.0000000
c) FZ = 0.0000000
d) MX = 0.0000000
e) MY = 0.0000000
f) MZ = 0,1301099E-11
Tabel 18. Pergeseran masing-masing titik pada model diagram konstruksi rangka
Titik UX UY ROTZ
1 0.00000 0.00000 0.00000
2 -0.13507E-04 0.16615E-05 0.23198E-03
3 -0.41249E-03 0.98794E-05 0.25439E-03
4 -0.41512E-03 0.15361E-03 0.23633E-02
5 -0.41527E-03 -0.10512E-04 0.17910E-02
6 0.56709E-05 -0.17722E-05 0.22031E-04
7 0.00000 0.00000 0.00000
8 -0.41247E-03 0.27846E-04 0.32249E-03
9 -0.41237E-03 0.11284E-03 0.41324E-03
10 -0.13627E-04 0.11232E-03 0.48557E-03
11 -0.13567E-04 0.47052E-04 0.37389E-03
Model diagram konstruksi rangka tersebut memiliki nilai pergeseran masing-
masing titik (tabel 18). Nilai pergeseran yang cukup kritis adalah pada titik lima yaitu
pergeseran terhadap sumbu x ke kiri (negatif) sebesar UX=0,4152710-3
m 0,4 mm.
65
Sedangkan pergeseran terhadap sumbu y sebesar UY=0.1536110-3
m 0,15 mm
dan pergeseran akibat momen terhadap sumbu Z sebesar ROTZ=0,2363310-2
rad
0,002 rad yang terdapat pada titik empat. Karena pergeseran tersebut dapat
dinyatakan kecil untuk berpengaruh terhadap konstruksi maka, konstruksi tersebut
dapat dinyatakan aman.
Berdasarkan aliran gaya dan tekanan yang bekerja pada masing-masing
elemen (gambar 17) konstruksi rangka, diperoleh bahwa gaya dan tekanan maksimum
(tabel 19) yang terjadi terdapat pada elemen dua (2). Sedangkan deformasi maksimum
konstruksi rangka yang terjadi adalah DMX=0,46110-3
m 0,5 mm (gambar 18).
Tabel 19. Aliran gaya dan tekanan kerja pada konstruksi rangka
Elemen AX FORCE (N) AX STRESS (N/m2)
1 11.602 37157
2 50,248 0.16092E+06
3 12.748 40287
4 12.748 40287
5 -60.923 -.19511E+06
6 -60.602 -.19408E+06
7 -19.300 -61808
8 4.0073 12833
9 4.0073 12833
10 10.676 34188
11 -4.0073 -12833
12 -4.0073 -12833
Secara aktual, elemen satu dan dua merupakan satu kesatuan. Jika diasumsikan
bahan konstruksi rangka 50505 mm adalah mild steel dengan kekuatan tarik
360t N/mm2 (lampiran 1). Maka, tingkat keamanan n berdasarkan kekuatan tarik
konstruksi rangka dan tekanan yang terjadi pada elemen dua adalah:
66
8 berulangbeban untuk steel mildbahan keamanan angka
p
F
Fpn
Pa,
Pa
6
6
1016092037157
105
360
n
198077
72000000n =363,5
Berdasarkan beberapa data di atas, dengan asumsi bahan konstruksi rangka
50505 mm adalah mild steel dengan modulus elastisitas E=214 GPa, tegangan
tarik 360t N/mm2 dapat dinyatakan aman terhadap gaya-gaya yang bekerja pada
konstruksi mesin.
Gambar 17. Elemen konstruksi rangka
67
Gambar 18. Deformasi model diagram konstruksi rangka
c. Analisis Konstruksi Kepala Lepas
Konstruksi kepala lepas (gambar 19) mesin pilin terdiri dari beberapa elemen,
yaitu:
Gambar 19. Konstruksi kepala lepas
1) Rumah kepala
2) Poros pengunci cekam
3) Cekam
4) Pengunci
68
Sesuai gambar di atas, elemen cekam dan poros merupakan satu kesatuan sehingga,
untuk mempermudah analisis pendekatan yang dibutuhkan adalah:
1) Poros dan cekam diasumsikan sebagai satu komponen poros sehingga, analisis
pada cekam dititikberatkan pada dimensi sambungan baut pengunci cekam dengan
poros dan sambungan las poros dengan kepala.
2) Rumah kepala diasumsikan sebagai tumpuan jepit. Sehingga analisis rumah kepala
dititikberatkan pada dimensi sambungan baut pengunci kepala.
Berdasarkan pendekatan analisis konsruksi kepala lepas, pendekatan model
diagram konstruksi kepala lepas adalah sebagai berikut (gambar 20).
Gambar 20. Model diagram konstruksi kepala lepas
Keterangan:
1) Gaya P merupakan hasil reaksi vertikal akibat puntiran benda kerja pada kepala lepas sebagai tumpuan senilai 638,1 N.
2) Beban torsi T adalah hasil distribusi torsi yang diterima titik 4 dari transmisi torsi T motor pada proses pemilinan senilai T=266,5 Nm
3) Panjang poros kerja L adalah 20 mm. 4) Poros cekam adalah poros cincin bertingkat dengan luar minimum 37 mm dan
dalam 20 mm.
5) Bahan poros adalah CK 45 atau S 45 C dengan tegangan tarik t= 570 MPa (asumsi modulus elastisitas E=207GPa dan poisons ratio=0.33).
Berdasarkan keterangan di atas, maka nilai keamanan konstruksi sambungan baut
kepala lepas adalah apabila mampu menghasilkan gaya 1276,2 N dan torsi T 533 Nm.
4 2
3
1
T
L P
69
Tegangan geser
Top Related