35$.7,.80 8-, /(/$+ )$7,*8( $/$7 8-, &$17,/(9(5 527$7,1 ... · pdf file35$.$7$ 3xml v\xnxu...
TRANSCRIPT
Modul Praktikum
PRAKTIKUM UJI LELAH (FATIGUE) ALAT UJI CANTILEVER ROTATING BENDING
(FATIGUE TESTING MACHINE)
Tim Penyusun
Herdi Susanto, ST, MT NIDN :0122098102
Joli Supardi, ST, MT NIDN :0112077801
Mata Kuliah FTM 006 Material Teknik + Praktikum
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TEUKU UMAR
TAHUN 2013
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah menganugerahkan
keberhasilan bagi kami dalam menyelesaikan penyusunan buku Modul Praktikum
Material Teknik dengan Sub Modul Praktikum Uji Lelah, yang di adaopsi dari
Penelitian Dosen Pemula dengan judul “Rancang Bangun Alat Uji Fatik Tipe
Cantilever Rotary Bending (Fatigue Testing Mechine)”. Penelitian ini dibiayai
olehDirektorat Jenderal Pendidikan Tinggi (Ditjen Dikti)melalui skema Penelitian
Disentralisasi skim Penelitian Dosen Pemula.
Ucapan terima kasih kami haturkan kepada Universitas Teuku Umar yang
melalui Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat telah mempercayakan
kami dengan memenangkan proposal penelitian yang kami ajukan sehingga
penelitian ini dapat terlaksana. Kemudian, kami ucapkan terima kasih
kepadapihak Fakultas Teknik dan terutama kepada Jurusan Teknik Mesin yang
telah memberikankerja sama yang sangat baik bagi kelancaran penelitian ini.
Tidak lupa pula kami haturkan terima kasih kepada seluruh tim penyusun
buku dan peneliti mulai darimahasiswa tugas akhir sampai dengan staf pengajar
yang telah mencurahkan seluruh tenagadan pikirannya dalam menyelesaikan
penelitian ini.
Terima kasih juga kami ucapkan kepada semua pihak yang telah
membantu keberhasilan penyusunan buku ini ini yang kiranya tidak mungkin
kami sebutkan satu persatu di sini.
Akhirnya, semoga buku modul praktikum ini bisa menjadi rujukan untuk
kegiatan praktikum mahasiswa
Meulaboh, 30 Desember 2013 Tim Penyusun
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL ................................................................................ i PRAKATA .................................................................................................. iv DAFTAR ISI ............................................................................................... v DAFTAR TABEL ........................................................................................ vii DAFTAR GAMBAR .................................................................................... viii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. ix BAB I PENDAHULUAN ...................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ...................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah .................................................................. 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................. 3
2.1 Tegangan Lentur Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending ................................................................................. 4
2.2 Kurva S-N ............................................................................. 5 2.3 Komponen Utama Mesin Uji Lelah Tipe Cantilever Rotary
Bending ................................................................................. 6 2.3.1 Motor Listrik .............................................................. 6 2.3.2 Poros .......................................................................... 7 2.3.3 Bantalan ..................................................................... 9
2.4 Kerangka Konsep Penelitian .................................................. 10
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 3.1. Tujuan Penelitian .................................................................. 11 3.2. Manfaat Penelitian ................................................................ 11 BAB IV METODE PENELITIAN .......................................................... 12
4.1 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................ 12 4.2. Komponen Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending ... 13
4.2.1. Rangka Alat Uji Fatik ................................................... 13 4.2.2. Motor Listrik .............................................................. 13 4.2.3. Poros .......................................................................... 13 4.2.4. Collet .......................................................................... 14 4.2.5. Bantalan dan Rumah Bantalan .................................... 14 4.2.6. Counter Hours ............................................................ 15 4.2.7. Pemutus Arus Listrik (Limit Switch) .......................... 15 4.2.8. Pemberat/ Beban ......................................................... 15 4.2.9. Koneksi Elektrik ......................................................... 16
4.3 Perakitan Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending ....... 16
4.4 Pengujian Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending ...... 17 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................. 18
5.1 Perencanaan Motor Listrik ..................................................... 18 5.2. Perencanaan Poros ................................................................ 19 5.3. Perencanaan Bantalan ........................................................... 21 5.4.Rangka Alat Uji Lelah ........................................................... 24 5.5.Motor Listrik ......................................................................... 24 5.6. Poros, Collet, Puli dan Bantalan ............................................ 25 5.7. Counter Hours ...................................................................... 25 5.8. Pemutus Arus Listrik (Limit Switch) .................................... 26 5.9. Pemberat/Beban .................................................................... 26 5.10. Koneksi Elektrik ................................................................. 27 5.11. Perakitan Alat Uji Lelah Tipe Cantilever Rotary Bending ... 27 5.12. Pengujian Alat Uji Lelah Tipe Cantilever Rotary Bending .. 28 5.13. Hasil Pengujian Alat Uji Lelah Tipe Cantilever Rotary
Bending ............................................................................. 28 BAB VI RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA ................................. 30 BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 31 7.1. Kesimpulan ............................................................................ 31 7.2. Saran ...................................................................................... 31 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 32
vi
v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Faktor-Faktor Daya Yang Akan Ditransmisikan ......................... 7
Tabel 2.2 Faktor Keamanan Poros.............................................................. 7
Tabel 2.3 Faktor Koreksi Poros .................................................................. 8
Tabel 4.1. Jumlah Pemberat/Beban Alat Uji Fatik ....................................... 16
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar2.1 Distribusi Mode Kegagalan ........................................................ 3
Gambar 2.2. Bentuk tegangan maksimum yang bekerja pada Pengujian
fatikcantilever rotary bending ..................................................... 4
Gambar 2.3. Kurva Kelelahan untuk logam besi dan bukan besi ..................... 6
Gambar 2.4. Kerangka Konsep Pelaksanaan Penelitian ................................... 10
Gambar 4.1. Diagram Alir Penelitian .............................................................. 12
Gambar 4.2. Kontruksi rangka alat uji fatik ..................................................... 13
Gambar 4.3. Spring Collet Chuck ................................................................... 14
Gambar 4.4. Bantalan dan Rumah Bantalan .................................................... 15
Gambar 4.5. Diagram Koneksi Elektrik........................................................... 16
Gambar 4.6. Sket Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending.................... 17
Gambar 4.7. Ukuran Spesimen Uji Fatik tipe Cantilever Rotary Bending ........ 17
Gambar 5.1. Diagram Benda Bebas Poros potongan A-A dan B-B .................. 19
Gambar 5.2. Sketsa Posisi Bantalan dan Poros Pada Alat Uji Lelah ................ 21
Gambar 5.3. Diagram Benda Bebas Poros ....................................................... 21
Gambar 5.4. Rangka Alat Uji Lelah ................................................................ 24
Gambar 5.5. Motor Listrik yang digunakan .................................................... 24
Gambar 5.6. Penerus Putaran dari Motor Listrik ke Spesimen Uji ................... 25
Gambar 5.7. Counter Hours yang digunakan ................................................... 25
Gambar 5.8. Pemutus arus listrik yang digunakan ........................................... 26
Gambar 5.6 Pemberat/Beban ........................................................................... 26
Gambar 5.7. Alat Koneksi Elektrik ................................................................. 27
Gambar 5.8. Proses perakitan alat uji lelah ...................................................... 27
Gambar 5.9. Perakitan koneksi elektrik ........................................................... 28
Gambar 5.10. Benda Uji pengujian mesin lelah ............................................... 28
Gambar 5.11. Proses Pengujian Mesin Uji Lelah ............................................. 29
viii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Instrumen Proses Pembuatan Alat Uji ....................................... 33
Lampiran 2. Personalia Tenaga Peneliti Beserta Kualifikasinya .................... 34
Lampiran 3. HKI dan Publikasi ..................................................................... 35
ix
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Universitas Teuku Umar yang merupakan satu-satunyauniversitas di
daerah pantai Barat Selatan Aceh harus mampu menyeimbangkan perkembangan
teknologi tersebut agar mampu bersaing dengan universitas lainnya yang berada
di tingkat lokal dan nasional, salah satu usaha yang dapat dilakukan adalah dengan
pengembangan penelitian dosen dan mahasiswa, untuk mendukung berhasilnya
suatu penelitian perlu adanya alat-alat penelitian yang memadai, karena
keterbatasan alat-alat penelitian di Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar maka
perlu di rancang bangun alat penelitian yang memungkinkan untuk di rancang
bangun dan tentunya harus mengikuti standar-standar yang berlaku untuk alat
rancangan tersebut.
Berdasarkan hal tersebut di atas maka rancang bangun alat penelitian perlu
dibuat salah satunya adalah alat pengujian lelah (fatiguetesting) untuk penunjang
penelitian yang berhubungan dengan kegagalan yang disebabkan oleh beban
berulang (dinamis), maka kekuatan lelahnya (fatigue strenght) perlu
diperhitungkan agar komponen-komponen pada suatu kontruksi atau mesin tidak
mengalami kegagalan akibat kesalahan desain, oleh karena itu desain dari segi
kekuatan lelah harus diperhitungkan seperti perencanaan pada poros kendaraan
roda 2, kendaraan roda 4, poros mesin-mesin industri, poros propeler kapal dan
perahu nelayan.
Rancang bangun alat pengujian lelah (fatigue testing) type Kantilever
Rotating Bending inidisesuaikan dengan standar alat uji lelah yang telah dibuat
oleh K.K.Alaneme (2011), dengan bagian-bagian mesin Kerangka, Motor Listrik,
Poros, Collet, Bearing atau Bantalan, Counter Hours, Pemberat Beban, Baut dan
Mur. Perakitan dilakukan menurut spesifikasi desain yang telah ditentukan, serta
uji kelayakan pakai alat ini dilakukan dengan pengujian lelah pada bahan/material
1
poros hingga dihasil suatu kurva S-N bahan dan divalidasikan terhadap atlas kurva
S-N.
Dengan selesainya pembuatan alat pengujian lelah yang direncanakan ini
diharapkandapat digunakan untuk penelitian-penelitian selanjutnya yang
berhubungan dengan kontruksi atau mesin yang mengalami beban dinamis
(berulang).
Secara struktural penelitian ini akan menjadi nilai tambah tersendiri bagi
lembaga khususnya Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Teuku
Umar dalam pengadaan peralatan uji / praktikum secara mandiri. Jadi dapat
dikatakan secara fungsional peralatan ini dapat berguna sebagai pendukung
penelitian staf pengajar dan praktikum mahasiswa.
1.2. Rumusan Masalah
Alat uji lelah yang dirancang bangun pada penelitian ini adalah tipe
cantilever rotary bending putaran tinggi (high cycle) 1 HP 50 Hz dan pengujian
alat dilaksanakan pada spesimen berdasarkan standar ASTM E466.
2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Kelelahan (Fatigue) adalah salah satu jenis kegagalan pada komponen
akibat beban dinamis (pembebanan yang berulang-ulang atau berubah-ubah).
Diperkirakan 50%-90% (Gambar.2.1) kegagalan mekanis adalah disebabkan oleh
kelelahan.
Gambar 2.1. Distribusi Mode Kegagalan
(Sumber : ASM Vol. 19 Fatigue And Fracture, 1997 hal. 1099)
Fenomena kelelahan logam mulai timbul pada pertengahan abad ke-19
yaitu dengan seringnya terjadi patah pada komponen kereta api dimasa itu [2]:
1. Di Versailles (Paris), 1944, menewaskan 40-80 penumpang, akibat patah
poros roda.
2. 20 April 1887, 3 orang tewas dan 2 terluka, akibat patah draw bar.
3. 27 Mei 1887, 6 orang tewas, akibat patah roda.
4. 23 Juni 1887, 1 orang tewas, akibat patah rel.
5. 2 Juli 1887, Kecelakaan paling serius, akibat patah poros roda.
3
2.1. Tegangan Lentur Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending
Pengintian pertumbuhan retakan dan penampilan permukaan dari
perpatahan tergantung pada bentuk benda uji dan jenis pembebanan yang ada.
Penggunaan teknik ini sering dijumpai pada poros propeller, poros roda gigi atau
poros kendaraan bermotor dan lain-lain. Pada pengujian Fatikcantilever rotary
bending untuk bentuk benda uji seperti ini tegangan maksimum yang bekerja
berada pada daerah L lihat gambar 2.2.[5,6,7]
Gambar 2.2. Bentuk tegangan maksimum yang bekerja pada Pengujian fatikcantilever rotary bending
Sumber : K.K. Alaneme, 2011
Dari hasil pengujian ini akan diperoleh informasi mengenai kekuatan
Fatik dari bahan, dan pada benda uji yang berputar diberikan beban di ujung
spesimen maka akan terjadi momen lentur sebesar ( M ). Tegangan lentur yang
terjadi pada permukaan bahan dapat ditentukan dengan menggunakan momen
inersia dan jarak melintang benda uji dengan persamaan sebagai berikut :
I
yM . ................................................................................... (2.1)
WLM ................................................................................... (2.2)
Momen Bending Trianguler
4
2
dy ....................................................................................... (2.3)
64
. 4dI
................................................................................... (2.4)
Maka akan diperoleh
3.
32
d
WL
................................................................................. (2.5)
Dimana : = Tegangan lentur (kg/cm2)
M = Momen Lentur (Kg.cm)
y = jarak dari titik pusat ke permukaan spesimen (cm)
d = Diameter benda uji (cm)
I = Momen Inersia (cm4)
W = Beban yang digunakan (kg)
L = Jarak antara beban dan titik area pengujian (cm)
2.2. Kurva S-N
Metode dasar untuk penyajian data kelelahan rekayasa adalah
menggunakan kurva S-N, yaitu pemetaan tegangan ( S ) terhadap jumlah siklus
hingga terjadi kegagalan ( N ). Nilai tegangan yang diplot dapat berupa nilai
tegangan maksimum, minimum atau nilai rata-rata. Harga tegangan biasanya
adalah tegangan nominal, yang paling banyak cara penentuan sifat-sifat Fatik
material dibuat dalam lenturan balik penuh, dimana tegangan rata-ratanya bernilai
nol. [5,6,7]
Pada baja, siklus S-N yang melampaui batas lelah (N > 107), baja
dianggap mempunyai umur yang tak berhingga atau kegagalan diprediksi tidak
akan terjadi, sedangkan untuk logam bukan besi (non ferrous) tidak terdapat batas
5
lelah yang signifikan, memiliki kurva S-N dengan gradien yang turun sedikit
demi sedikit sejalan dengan bertambahnya jumlah siklus (Gambar 2.3)
Gambar 2.3. Kurva Kelelahan untuk logam besi dan bukan besi (Sumber : George E. Dieter, 1992 )
Kekuatan lelah atau batas lelah (endurance limit), Se adalah tegangan
yang memberikan umur tak berhingga. Tegangan dibawah batas lelah akan
menyebabkan logam aman terhadap kelelahan, hal ini disebabkan karena gerakan
dislokasinya akan terhambat oleh atom-atom asing interstisi sehingga tidak akan
menghasilkan PSB (Presistant Slip Band).
2.3. Komponen Utama Mesin Uji Lelah tipe Cantilever Rotary Bending
2.3.1. Motor Listrik
Motor listrik berfungsi sebagai sumber penggerak utama poros. Daya
motor yang diperlukan dapat ditentukan dengan persamaan 2.6 dan 2.7
Perhitungan daya motor (Sularso, 1997) :
P = F.r.ώ ........................................................................... (2.6)
Pd= fc.P ................................................................................ (2.7)
6
Keterangan :
P = Daya yang ditransmisikan (HP)
Pd = Daya direncanakan (HP)
n = Putaran motor (rpm)
F = Gaya yang terjadi pada poros
r = Jari-jari poros
Tabel 2.1 Faktor-Faktor Daya Yang Akan Ditransmisikan, fc
Daya yang ditransmisikan fc Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal
1.2 – 2.0 0.8 – 1.2 1.0 – 1.5
Sumber : Sularso, 1997
2.3.2. Poros
Poros merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi meneruskan
putaran motor atau juga meneruskan daya (Sularso, 1997). Dalam suatu
komponen mesin poros merupakan salah satu elemen yang sangat penting guna
memindahkan putaran dari mesin ke sistem. Poros ini mendapat beban puntir
murni dan tegangan lentur, daya yang ditransmisikan ke poros terlebih dahulu
melalui puli dan sabuk.
Untuk menentukan faktor keamanan bahan poros seperti pada tabel 2.2.
Tabel 2.2 Faktor Keamanan Poros
Faktor Kemanan Keterangan
Sf1 6,0 Untuk baha S-C dengan pengaruh masa, dan baja paduan
Sf2 1,3 sampai 3,0 Poros dibuat alur pasak atau bertangga
Sumber : Sularso, 1997
Tegangan izin poros (Sularso, 1997) :
21 SfxSfB
a
............................................................. (2.8)
7
Keterangan :
τa = Tegangan geser izin (kg/mm2)
σB = Kekuatan tarik (kg/mm2)
Sf1 dan Sf2 = Faktor keamanan
Tabel 2.3 Faktor Koreksi Poros
Faktor Koreksi Keterangan
Km 1.5 Pembebanan momen lentur yang tetap
1.5 dan 2.0 Beban dengan tumbukan ringan 2 dan 3 Beban dengan tumbukan berat
Kt 1.0 Jika beban dikenakan secara halus
1.0 - 1.5 Jika terjadi sedikit kejutan dan tumbukan 1.5 - 3.0 Jika terjadi kejutan dan tumbukan besar
Sumber : Sularso, 1997.
Untuk menentukan diameter poros (d) yang akan digunakan untuk
pembuatan alat uji lelah diambil dari persamaan menentukan tegangan lentur yang
terjadi, dapat dihitung dengan persamaan 2.9.
64
.
.2
1..
.4d
dlF
I
yM
............................................................ (2.9)
Sedangkan untuk menentukan tegangan torsi yang terjadi pada poros dapat
dihitung dengan persamaan 2.10.
pI
rT . ............................................................................. (2.10)
Untuk menghitung tegangan yang terjadi secara keseluruhan atau tegangan
gabungan pada poros dapat dihitung dengan persamaan berikut ini :
(Shigley,1994)
2
2
2.1 22 xyyxyx
.................................. (2.11)
8
212
22
1 .. e ................................................. (2.12)
Dimana :
n
pT
..2
.60
.............................................................................. (2.13)
32
.
2
1 4dIdr p
................................................................... (2.14)
Keterangan :
τ = Tegangan geser (N/mm2) I = Momen inersia (mm4) P = Daya yang dibutuhkan (HP) y = Jari-jari poros (mm) n = Putaran motor (rpm)
T = Momen rencana poros (N.mm) r = Jari-jari/ setengan diameter (mm) l = Panjang poros (mm) d = Diameter poros (mm) I = Momen inersia polar (mm4)
2.3.3. Bantalan
Bantalan merupakan komponen mesin yang berfungsi untuk menumpu
poros yang diberi beban, dengan demikian putaran mesin dapat bergerak dengan
baik. Secara umum bantalan diklasifikasikan menjadi dua yaitu, bantalan atas
dasar gerakan bantalan terhadap poros dan atas dasar beban terhadap poros.
Umur nominal L 90% dari jumlah sampel, setelah berputar satu juta
putaran, tidak akan memperlihatkan kerusakan karena kelelahan gelinding dapat
ditentukan dengan persamaan 2.15.
Jika C (kg) menyatakan beban nominal dinamis spesifik dan P (kg) beban
ekivalen dinamis, maka faktor kecepatan fn dapat dicari dengan persamaan 2.15.
(Sularso,1997)
2/13,33
nf n ................................................................. (2.15)
Selanjutnya dapat dihitung pula faktor umur dan umur nominal bantalan
dengan persamaan 2.16. dan 2.17.
P
Cff nh .......................................................................... (2.16)
3/10500 hh ff .............................................................. (2.17)
9
Dimana :
Fh = Faktor umur Lh = Umur bantalan (jam) C = Kapasitas nominal dinamis spesifik (kg)
2.4.Kerangka Konsep Penelitian
Untuk mencapai tujuan penelitian ini, pelaksanaan penelitian disusun
dalam suatu kerangka konsep penelitian sebagai berikut :
Gambar 2.4. Kerangka Konsep Pelaksanaan Penelitian
PERMASALAHAN Belum adanya Alat Uji Fatik
Di lingkup Universitas Teuku Umar
RANCANG BANGUN ALAT UJI FATIK TIPE CANTILEVER
ROTARY BENDING
Perancangan Alat Uji Fatik tipe Cantilever Rotary Bending
Pembuatan/ Perakitan Alat Uji Fatik tipe Cantilever Rotary Bending
Pengujian Kekuatan Lelah Bahan
PENGOLAHAN DATA - Evaluasi Kelayakan dan Keamanan Alat Uji
Fatik tipe Cantilever Rotary Bending - Analisa Kurva S-N
Hasil dan Pembahasan, Diskusi Hasil, Kesimpulan dan Sarana
10
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
3.1.Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang bangun alat pengujian
lelah (fatigue testing) tipe Kantilever Rotating Bending.
3.2.Manfaat Penelitian
Dengan selesainya rancang bangun Alat pengujian lelah (fatigue testing)
type Kantilever Rotating Bending akan memberikan dampak positif terhadap
penelitian-penelitian dosen dan mahasiswa berikutnya serta praktikum mahasiswa,
dimana penelitian dan praktikum dapat dilakukan di Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar dan ini dapat menekan biaya penelitian
dan praktikum yang selama ini dilakukan dengan menyewa alat tersebut dengan
biaya yang besar di universitas lain.
11
BAB IV
METODE PENELITIAN
4.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakanselama 12 (dua belas) bulan untuk mencapai
target yang diinginkan.Pekerjaan persiapan dan pengujian serta segala sesuatu
yang menyangkut pekerjaan kesekretariatan akan dilakukan di
Laboratorium/workshop Mesin Universitas Teuku Umar (Workshop MUTU).
Setiap kejadian, respon dan hasil yang diperoleh selama menjalankan riset dicatat
dalam logbook dan didokumentasi dengan bantuan komputer untuk menjamin
akuntabilitas hasil penelitian. Rangkaian kegiatan yang akan dilakukan dalam
penelitian ini dapat dilihat dalam gambar 4.1
Gambar 4.1. Diagram Alir Penelitian
PRELEMINARY WORK - Kajian Pustaka - Perumusan - Ruang lingkup Penelitian - Tujuan Penelitian - Hipotesis
PERSIAPAN BAHAN, ALAT DAN PERLENGKAPAN
- Perancangan Alat Uji Fatik tipe Cantilever Rotary Bending - Pembuatan Alat Uji Fatik tipe Cantilever Rotary Bending
EVALUASI HASIL 1 - Evaluasi Kelayakan dan Keamanan Alat Uji
Fatik tipe Cantilever Rotary Bending
PENGUJIAN KEKUATAN FATIK BAHAN
- Colect data Fatik bahan - Analisa dataPlot kurva S-N
KESIMPULAN PENELITIAN
12
4.2. Komponen Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending
4.2.1. Rangka Alat Uji Fatik
Rangka atau chasis berfungsi sebagai dudukan dan pengikat komponen-
komponen seperti; motor listrik, bantalan, counter hours, tombol swicth on/off,
limit switch on/off dan lainnya. Rangka atau chasis alat uji Fatik(fatigue testing)
ini terbuat dari baja karbon yang dijual dipasaran kota Meulaboh dan sekitarnya
berprofil segiempat (5 x 5 mm) dan ukuran rangkaalat uji fatik panjang 100 cm
lebar 50 cm tinggi 80 cm. Kontruksi rangka seperti terllihat pada gambar 4.2.
Gambar 4.2. Kontruksi rangka alat uji fatik
4.2.2. Motor Listrik
Motor listrik berfungsi sebagai sumber penggerak utama poros. Motor
listrik yang digunakan adalah jenis motor listrik putaran tinggi 2.800 Rpm 1 Hp
50 Hz.
4.2.3. Poros
Poros merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi meneruskan
putaran motor atau juga meneruskan daya. Dalam suatu komponen mesin poros
merupakan salah satu elemen yang sangat penting guna memindahkan putaran
dari mesin ke sistem. Poros ini mendapat beban puntir murni dan tegangan lentur.
Material poros yang digunakan adalah jenis baja karbon sedang yang
dijual dipasaran kota Meulaboh dan sekitarnya dengan ukuran diameter 30 mm
dan panjang 30 cm dan berfungsi untuk meneruskan putaran dari motor listrik ke
13
collet dan spesimen uji. Pada bagian ujung poros di bubut dan di sesuaikan
dengan diameter kopling penghubung poros motor listrik dan collet
4.2.4. Collet
Collet digunakan sebagai alat bantu untuk memegang spesimen uji Fatik,
collet yang sesuai untuk digunakan dalam pembuatan alat uji cantilever rotating
bending ini adalah jenis spring collet chuck dengan diameter collet disesuaikan
dengan standar diameter spesimen uji Fatik yaitu diameter 12 mm. Jenis collet
yang digunakan pada rancangan alat uji fatik diperlihatkan seperti gambar 4.3.
Gambar 4.3. Spring Collet Chuck
4.2.5. Bantalan dan Rumah Bantalan
Bantalan merupakan komponen mesin yang berfungsi untuk menumpu
poros yang diberi putaran dan beban bending, dengan demikian putaran mesin
dapat bergerak dengan baik. Adapun jenis batalan yang digunakan pada rancangan
alat uji cantilever rotary bending ini adalah jenis batalan glinding dengan
diameter dalam 30 mm dan diameter luar 50 mm, gambar 4.4 dibawah ini
memperlihatkan jenis bantalan dan rumah bantalan yang direncanakan dalam
perancangan alat uji Fatik.
14
Gambar 4.4. Bantalan dan Rumah Bantalan Sumber : Sularso, 1997
4.2.6. Counter Hours
Berfungsi sebagai penghitung waktu, perhitungan (start awal) dilakukan
pada saat awal motor listrik bekerja dan berhenti pada saat motor listrik berhenti
(stop). Counter Hours akan mencatat berapa jumlah waktu yang terjadi pada saat
pengujian dilakukan hingga spesimen patah.
4.2.7. Pemutus Arus Listrik (Limit Switch)
Limit Switch berfungsi sebagai pemutusnya arus listrik pada motor listrik
dan menghentikan pencatatan pada counter hours dan ini terjadi apabila spesimen
patah dan bagian batang penyangga beban menekan tombol limit switch.
4.2.8. Pemberat / Beban
Pemberat/beban terbuat dari besi pejal dan dibubut berbentuk lingkaran
pada bagian tengahnya di bor dengan ukuran diameter 10 mm, dan lubang tengah
ini berfungsi untuk pengikat beban ke batang penyangga beban. Beban
15
direncanakan berjumlah 5 buah (total berat 20 Kg) dengan dimensi dan berat
seperti ditunjukkan pada tabel 4.1.
Tabel 4.1. Jumlah Pemberat/Beban Alat Uji Fatik
No Berat (Kg) Jumlah
1 0.5 Kg 1 Buah 2 1 Kg 1 Buah 3 2 Kg 2 Buah 4 5 Kg 1 Buah
Total Jumlah 5 Buah
4.2.9. Koneksi Elektrik
Koneksi elektrik terhubung dengan menggunakan 2 buah tombol on/off
dimana tombol on/off utama berfungsi untuk start awal menghidupkan motor
listrik dan counter hours sedangkan tombol on/off kedua (limit switch) berfungsi
untuk mematikan motor listrik dan menghentikan perhitungan waktu pada counter
hours, diagram koneksi elektrik seperti terlihat pada gambar 4.5.
Gambar 4.5. Diagram Koneksi Elektrik
4.3. Perakitan Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending
Perakitan Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending dilakukan dengan
beberapa tahap mulai pemasangan motor listrik, pemasangan poros penghubung,
collet, bantalan grinding, counter hours, switch on/off, limit switch, penyangga
beban pemberat dan pemasangan jaringan elektrik, hingga finising dengan
pengecetan bagian-bagian rangka dan bodi, seperti terlihat pada gambar 4.6.
220 v
2
1
Keterangan : Motor Listrik Counter Hours
1
2
Switch On/Off
Limit Switch
16
Gambar 4.6. Sket Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending
4.4. Pengujian Alat Uji Fatik Tipe Cantilever Rotary Bending
Bahan yang rencananya akan digunakan untuk pengujian alat uji fatik tipe
cantilever rotary bending adalah baja poros yang dijual dipasaran kota Meulaboh
tipe baja karbon sedang. Bentuk dan ukuran spesimen berdasarkan standar ASTM
E466 satuan dalam milimeter (mm) seperti ditunjukkan pada gambar 4.7.
Gambar 4.7. Ukuran Spesimen Uji Fatik tipe Cantilever Rotary Bending
17
BAB V
HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1. Perencanaan Motor Listrik
Perencanaan jenis motor listrik yang digunakan pada rancangan alat uji lelah
seperti pada (gambar 3.3), dengan spesifikasi sebagai berikut:
Merek : Tanika
Volt : 220 V
Putaran : 2.850 rpm
Daya : 1 HP = 0,75 kW
Frekuensi : 50 Hz
Dari data diatas dapat menghitung torsi pada motor listrik:
Daya motor (P) 1 HP = 1 x 0,75 = 0,75 kW, n1 = 2850 rpm, fc = 2,0. Dengan
menggunakan (persamaan 2.6) maka daya perencana dapat ditentukan sebagai
berikut:
= ∙
= 2,0 × 0,75
= 1,5 kW
Sehingga torsi dapat dihitung (persamaan 2.7) dari daya perencana yaitu
sebagai berikut:
= 9,74 ∙ 10
= 9,74 ∙ 101,5
2850
= 512,63 Kg. mm
18
5.2. Perencanaan Poros
Gambar 5.1. Diagram Benda Bebas Poros potongan A-A dan B-B
Beban seperti yang diperlihatkan dalam gambar 5.1, maka momen lentur;
Potongan A-A :
+ M = 0
−M + 13,5( X ) = 0
M = 13,5 Kg (X)
M = 13,5 (0)
M = 0 Kg. mm
M = 13,5 Kg (190)
M = 2565 Kg. mm
Potongan B-B :
+ΣM = 0
−M − 24(190) + 13,5 (X)
−M − 24X + 4560 + 13,5X
−M − 10,5 + 4560
−M = −10,5X + 4560
M = −10,5 (190) + 4560
= 2565 Kg. mm
M = 10,5 (435) − 4560
= 7,5 Kg. mm
19
Untuk menentukan diameter poros yang akan digunakan dalam rancangan
alat uji lelah dapat dihitung dengan menggunakan (persamaan 2.8).
Bahan poros S50C, σ = 62 Kg/mm2
Sf1 = 6,0, Sf2 = 2,0
= ×
= 62
6,0 × 2,0
= 5,1 Kg/mm
Denga menggunakan (persamaan 2.9), sehingga dapat menghitung diameter
poros minimum yang akan digunakan untuk alat uji lelah adalah:
Dengan memasukkan Km = 1,5, Kt = 1,0:
= 5,1
( . ) + ( . )
= 5,15,1
(1,5 × 2565) + (1,0 × 512,63)
= 5,15,1
15066045,77
= 3881,5 /
= 15,3 mm, dibulatkan menjadi 16 mm
Jadi diameter poros minimum yang dapat digunakan pada perencanaan alat
uji lelah tipe cantilever rotary bending ini adalah 16 mm.
5.3. Perencanaan Bantalan
Nomor bantalan yang digunakan untuk alat uji lelah ini adalah 6204 karena
kapasitas nominal spesifik berpengaruh pada umur bantalan. Dengan spesifikasi:
Jenis bantalan : Bantalan Gelinding
Nomor bantalan : 6204
( d1 ) Diameter luar bantalan : 50 mm
( d2 ) Diameter dalam bantalan : 30 mm
20
( b ) Lebar bantalan : 14 mm
(r ) Jari bantalan : 1,5 mm
( C ) Kapasitas nominal dinamis spesifik : 1000 kg
( Co) Kapasitas nominal statis : 635 kg
Dari data diatas, maka dapat direncanakan untuk menghitung faktor
kecepatan, faktor umur, dan umur bantalan yang sesuai dalam rancangan alat
pengujian lelah ini. Bantalan yang digunakan adalah jenis deep groove ball
bearing.
Gambar 5.2. Sketsa Posisi Bantalan dan Poros Pada Alat Uji Lelah
Gambar 5.3. Diagram Beban Bebas Poros
4.3.1. Estimasi Reaksi Tumpuan
Dengan beban maksimum 10,5 kg.
1. +↑ Fy = 0
− + − 10,5 Kg = 0
+ = 0
− (19) + 10,5 (43,5) = 0
21
= 456,75
19
= 24 Kg
2. = − 10,5 Kg
= 24 − 10,5 Kg
= 13,5 Kg
4.3.2. Analisa Tumpuan A
Menentukan beban ekuivalen dinamis ( Pr) dengan menggunakan
(persamaan 2.10).
= × ∙ ∙ + ∙
Karena, gaya aksial Fb = 0, maka nilai V = 1 untuk cincin dalam yang
berputar, dan harga faktor X = 1, maka:
= × ∙ ∙
= 1 × 1 × 13,5
= 13,4 Kg
Dalam menentukan faktor kecepatan (fn) dipergunakan (persamaan 2.11).
= 33,3 /
= 33,32850
/
= 0,26
Berdasarkan (persamaan 2.12) dapat menentukan faktor umur (fh)
= ∙
= 0,26 × 100013,5
= 19
Menentukan umur bantalan (Lh), berdasarkan (persamaan 2.13) maka didapat:
= 500 ∙ ( )
= 500 × (19)
22
= 3429500
8640 / ℎ
= 396 tahun
4.3.3. Analisa Tumpuan B
Menentukan beban ekuivalen dinamis (Pr) dengan menggunakan
(persamaan 2.10).
= × ∙ ∙ + ∙
Karena, gaya aksial Fa = 0, maka nilai V = 1 untuk cincin dalam yang
berputar, dan harga faktor X = 1, maka:
= × ∙ ∙
= 1 × 1 × 24
= 24 Kg
Dalam menentukan faktor kecepatan (fn) dipergunakan (persamaan 2.11).
= 33,3 /
= 33,32850
/
= 0,26
Berdasarkan (persamaan 2.12) dapat menentukan faktor umur (fh)
= ∙
= 0,26 × 1000
24
= 10,8
Menentukan umur bantalan (Lh) berdasarkan (persamaan 2.13) maka didapat:
= 500 ∙ ( )
= 500 × (10,8)
= 629856
8640 / ℎ
= 72,9 tahun
23
5.4. Rangka Alat Uji Lelah
Rangka alat uji lelah di buat dengan menggunakan b
yang dijual dipasaran kota
600 mm di rakit dengan menggunakan sambungan las listrik hingga berbentuk
dimensi dan ukuran panjang
uji lelah dapat dilihat pada Gambar
Gambar
5.5. Motor Listrik
Motor listrik yang digunakan pada alat uji lelah ini adalah tipe motor
listrik putaran tinggi 2850 rpm 1 HP merk TANIKA
dilihat pada Gambar 5.5
Gambar
Rangka Alat Uji Lelah
Rangka alat uji lelah di buat dengan menggunakan bahan-bahan lokal
yang dijual dipasaran kota Meulaboh, yaitu pipa halow dengan ukuran
di rakit dengan menggunakan sambungan las listrik hingga berbentuk
panjang 70 cm lebar 50 cm tinggi 80 cm. dimensi rangka alat
h dapat dilihat pada Gambar 5.4.
Gambar 5.4. Rangka Alat Uji Lelah
Motor listrik yang digunakan pada alat uji lelah ini adalah tipe motor
nggi 2850 rpm 1 HP merk TANIKA. Gambar motor listrik dapat
5
Gambar 5.5. Motor Listrik yang digunakan
bahan lokal
, yaitu pipa halow dengan ukuran 40 x 40 x
di rakit dengan menggunakan sambungan las listrik hingga berbentuk
. dimensi rangka alat
Motor listrik yang digunakan pada alat uji lelah ini adalah tipe motor
. Gambar motor listrik dapat
24
5.6. Poros, Collet, Puli
Putaran dari motor listrik diteruskan ke poros dengan menggunakan
puli dan poros yang digunakan adalah tipe baja karbon sedang dengan ukuran
diameter 30 mm dan panjang 35 cm dan bantalan yang digunakan tipe bantalan
glinding. Semua komponen ini di hubungkan dengan menggunakan sistem suai
paksa yang terlebih dahulu kedua sisi poros dan
yang lainnya dipasang collet yang berfun
saat pengujian dilakukan. Gambar penerus putaran dari motor listrik ke spe
uji seperti terlihat pada Gambar
Gambar 5.6. Penerus Putaran dari Motor Listrik ke Spesimen Uji
5.7. Counter Hours
Counter hours ata
ini adalah merk Muller AC 220 V 50/60 Hz, seperti terlihat pada Gambar
Gambar
Puli dan Bantalan
Putaran dari motor listrik diteruskan ke poros dengan menggunakan
dan poros yang digunakan adalah tipe baja karbon sedang dengan ukuran
mm dan panjang 35 cm dan bantalan yang digunakan tipe bantalan
glinding. Semua komponen ini di hubungkan dengan menggunakan sistem suai
paksa yang terlebih dahulu kedua sisi poros dan puli di bubut. Pada ujung poros
yang lainnya dipasang collet yang berfungsi sebagai pemegang spes
saat pengujian dilakukan. Gambar penerus putaran dari motor listrik ke spe
uji seperti terlihat pada Gambar 5.6.
. Penerus Putaran dari Motor Listrik ke Spesimen Uji
Counter hours atau penghitung waktu yang digunakan pada alat uji lelah
ini adalah merk Muller AC 220 V 50/60 Hz, seperti terlihat pada Gambar
Gambar 5.7. Counter Hours yang digunakan
Putaran dari motor listrik diteruskan ke poros dengan menggunakan sabuk
dan poros yang digunakan adalah tipe baja karbon sedang dengan ukuran
mm dan panjang 35 cm dan bantalan yang digunakan tipe bantalan
glinding. Semua komponen ini di hubungkan dengan menggunakan sistem suai
di bubut. Pada ujung poros
simen pada
saat pengujian dilakukan. Gambar penerus putaran dari motor listrik ke spesimen
. Penerus Putaran dari Motor Listrik ke Spesimen Uji
u penghitung waktu yang digunakan pada alat uji lelah
ini adalah merk Muller AC 220 V 50/60 Hz, seperti terlihat pada Gambar 5.7
25
5.8. Pemutus Arus Listrik (Limit Switch)
Pada saat pengujian jika spesimen patah maka supply arus listrik ke motor
listrik dan counter hour akan berhenti. Pemberhentian supply arus listrik ini
menggunakan saklar on/off 220 volt, gambar pemutus harus listrik ini dapat
dilihat pada Gambar 5.8.
Gambar 5.8. Pemutus arus listrik yang digunakan
5.9. Pemberat/Beban
Pemberat atau beban dibuat dengan menggunakan besi pejal bulat yang
dipotong dan di Skrap dengan menggunakan mesin milling sesuai dengan ukuran
masa yang telah ditentukan yaitu 0,5 Kg, 1 Kg, 2 Kg, dan 5 Kg. Gambar
pemberat yang telah selesai di buat seperti terlihat pada Gambar 5.9.
Gambar 5.9. Pemberat/Beban
26
5.10. Koneksi Elektrik
Koneksi elektrik untuk menghidup dan mematikan mesin menggunakan
saklar tombol on/off 220 volt 20 A, dan untuk pembagian arus listrik dari listrik
PLN menuju motor listrik dan counter hours menggunakan magnetik kontaktor
merk Mitsubishi Electric tipe SN-10 220V, serta untuk menjaga keamanan aliran
listrik pada mesin ditempatkan sebuah MCB merk Schneider tipe C10 gambar
koneksi elektrik yang digunakan pada mesin uji lelah seperti terlihat pada gambar
5.7.
a. Saklar On/Off b. Magnetik Kontaktor c. NCB
Gambar 5.7. Alat Koneksi Elektrik
5.11. Perakitan Alat Uji Lelah Tipe Cantilever Rotary Bending
Perakitan alat uji lelah untuk komponen rangka menggunakan mesin las
listrik dan perakitan motor listrik, kopling fleksibel, poros dan bantalan
menggunakan baut. Gambar proses perakitan mesin uji lelah seperti terlihat pada
Gambar 5.8.
Gambar 5.8. Proses perakitan alat uji lelah
27
Perakitan untuk koneksi elektrik menggunakan kabel listrik tipe tunggal,
seperti terlihat pada gambar 5.9.
Gambar 5.9. perakitan koneksi elektrik
5.12. Pengujian Alat Uji Lelah Tipe Cantilever Rotary Bending
Pengujian dilakukan dengan menggunakan benda uji sesuai dengan
standar ASTM E66, gambar benda uji yang digunakan seperti terlihat pada
Gambar 5.10
Gambar 5.10. Benda Uji pengujian mesin lelah
Proses pengujian dilakukan pada benda uji untuk memastikan bahwa
semua komponen mesin uji lelah ini berfungsi dan bekerja dengan baik. Proses
pengujian seperti terlihat pada Gambar 5.11.
28
Gambar 5.11. Proses Pengujian Mesin Uji Lelah
Pada proses pengujian spesimen diletakkan di mulut collet dan jika posisi
telah center maka collet di kunci dengan menggunakan pengunci collet, kemudian
penggantung beban di letakkan pada posisi ujung yang lainnya pada spesimen,
dilanjutkan dengan pemberian beban pada tempat dudukan beban. Dan jika telah
selesai tombol on/off ditekan untuk menghidupkan mesin.
Pengecekan dilakukan terhadap komponen motor listrik, counter hour,
bantalan, sabuk, pemberat dan lainnya untuk memastikan semua komponen
berada pada posisi baik dan dapat bekerja dan berfungsi.
29
4.1. Proses Pengujian Lelah
Pengujian lelah dengan menggunakan alat uji lelah tipe cantilever rotary
bending dan spesimen baja tahan karat AISI 304, dilakukan dengan langkah
langkah sebagai berikut :
1). Persiapan spesimen
Spesimen yang akan digunakan pada pengujian alat uji lelah tipe
cantilever rotary bending dibuat dengan cara dibubut sebanyak 4 buah, sesuai
dengan ukuran spesifikasi yang telah ditentukan berdasarkan ASTM E
pembubutan spesimen seperti ter
Gambar 4.1. Spesimen pengujian alat uji lelah tipe cantilever rotary bending
2). Pemasangan spesimen pada alat uji lelah
Pemasangan spesimen dilakukan pada pemegang spesimen (collet), dan
setelah spesimen diletakkan kemudian
BAB V
PENGUJIAN LELAH
Pengujian Lelah
Pengujian lelah dengan menggunakan alat uji lelah tipe cantilever rotary
bending dan spesimen baja tahan karat AISI 304, dilakukan dengan langkah
langkah sebagai berikut :
uji
Spesimen yang akan digunakan pada pengujian alat uji lelah tipe
cantilever rotary bending dibuat dengan cara dibubut sebanyak 4 buah, sesuai
dengan ukuran spesifikasi yang telah ditentukan berdasarkan ASTM E-
pembubutan spesimen seperti terlihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1. Spesimen pengujian alat uji lelah tipe cantilever rotary bending
Pemasangan spesimen pada alat uji lelah
Pemasangan spesimen dilakukan pada pemegang spesimen (collet), dan
setelah spesimen diletakkan kemudian dilanjutkan dengan mengunci mulut collet
Pengujian lelah dengan menggunakan alat uji lelah tipe cantilever rotary
bending dan spesimen baja tahan karat AISI 304, dilakukan dengan langkah-
Spesimen yang akan digunakan pada pengujian alat uji lelah tipe
cantilever rotary bending dibuat dengan cara dibubut sebanyak 4 buah, sesuai
-466. Hasil
Gambar 4.1. Spesimen pengujian alat uji lelah tipe cantilever rotary bending
Pemasangan spesimen dilakukan pada pemegang spesimen (collet), dan
dilanjutkan dengan mengunci mulut collet
sehingga spesimen tepat center pada posisi mulut collet, seperti terlihat pada
Gambar 4.2.
Gambar 4.2. Pemasangan Spesimen pada Collet
Kemudian dilanjutkan dengan pemasangan beban pada spesimen dengan
cara menggantungkan beban pada ujung spesimen yang lainnya, selanjutnya
ujung spesimen terhadap beban dikunci dengan menggunakan seklip pengunci,
seperti terlihat pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3. Pemasangan Seklip Pengunci
3). Pemasangan Beban pada Spesimen
Pemberian beban pada spesimen dilakukan sesuai dengan tingkatan beban
yang telah ditentukan yaitu 8 Kg, 6 Kg, 5Kg, 4Kg dan 3Kg, untuk mendapatkan
kurva S-N hasil pengujian. Pemasangan beban pada alat uji lelah tipe cantilever
rotary bending seperti terlihat pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4. Pemasangan beban pada spesimen
4). Menghidupkan alat uji lelah
Langkah terakhir adalah menghidupkan alat uji lelah dengan cara
menekan tombol on/off pada alat uji, setelah terlebih dahulu dicek kebenaran dari
semua langkah diatas, mesin dihidupkan hingga spesimen patah dan secara
otomatis mesin akan berhenti sendiri jika spesimen patah dan jika spesimen tidak
patah hingga putaran lebih dari 107 maka spesimen dikatakan aman dari
kepatahan dan mesin dimatikan, langkah menghidupkan mesin uji lelah seperti
terlihat pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5. Proses menghidupkan alat uji lelah
5). Pencatatan hasil proses pengujian
Hasil proses pengujian dicatatkan dalam tabel, sesuai dengan tabel yang
telah disiapkan seperti terlihat pada Tabel 3.3. dan jika semua spesimen telah
diuji maka proses pengujian selesai dan pengujian dapat ditambah untuk
mendapatkan hasil pengujian yang lebih akurat.
Adapun hasil pengujian awal yang dicatat adalah massa beban yang
digunakan selama pengujian dalam satuan kilogram (Kg) dan jumlah waktu
hingga spesimen patah dalam satuan detik.
6). Konversi satuan beban Kg terhadap MPa
Data hasil pengujian awal dalam satuan kilogram (Kg) dikonversikan ke
dalam satuan Mpa dengan menggunakan persamaan 2.5., menggunakan dimensi
dan ukuran spesimen yang digunakan dalam penelitian ini. Contoh perhitungan
tegangan maksimum yang bekerja pada spesimen uji lelah dapat di hitung sebagai
berikut :
Diketahui : Beban yang digunakan W = 8 Kg
Jarak antara beban dan titik pengujian L = 11 cm
Diameter benda uji d = 0,55 cm dan π = 3,14
Maka akan diperoleh
3.
32
d
WL
= (32)(8 )(11 )(3,14)(0,55 )
= 2816 .
0,5224
σ = 5390,505 Kg/cm2
Konversi satuan Kg/cm2 ke Mpa dimana 1 Kg/cm2 = 0,098 Mpa, maka
σ = 5390,505 Kg/cm2 x 0,098
σ = 528,26 MPa
7). Konversi satuan waktu detik terhadap jumlah putaran
Data awal yang didapatkan dari pengujian lelah dalam satuan detik
dimana 1 angka yang ditunjukkan oleh couter hour sama dengan 35 detik, dan
karena kondisi counter hour tidak bisa di reset maka data pengujian adalah angka
akhir yang ditunjukkan counter dikurangi dengan data awal pengujian.
Salah satu contoh hasil perhitungan jumlah siklus pengujian, misal angka
awal di counter hour 1097 dan angka akhir 1100, maka :
Angka digit pengujian = angka akhir – angka awal
= 1100 – 1097
= 3 digit
Satu digit angka menunjukkan 35 detik, maka :
Waktu patah = 3digit x 35 detik
= 105 detik
1 menit = 60 detik, maka 105 detik = 1 menit 45 detik, maka dengan data motor
listrik 2850 rpm didapatkan putaran (siklus) spesimen hingga patah adalah :
Siklus = 1,75 x 2850 rpm
Siklus = 4987,5 putaran
4.2. Hasil Pengujian Lelah
Penelitian terhadap kekuatan lelah baja tahan karat AISI 304 telah
dilakukan pada lingkungan udara, menggunakan mesin uji lelah tipecantilever
rotating bending. Hasil pengujian lelah di tampilkan dalam bentuk tabel seperti
terlihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1. Hasil pengujian lelahbaja tahan karat tipe AISI 304 pada lingkungan udara
No. Urut
No. Spesimen
Beban (Kg)
Tegangan (MPa)
Jumlah Siklus (N)
Keterangan
01 02 8 528,26 4988 Patah
02 03 6 396,19 26591 Patah
03 04 5 330,16 86450 Patah
04 05 4 264,13 141313 Patah
05 06 3 198,10 10000020 Tidak Patah
4.3. Kurva S-N Hasil Pengujian
Data pengujian lelah baja tahan karat AISI 304 tersebut diatas ditampilkan
dalam bentuk kurva S-N sebagai mana ditunjukkan pada Gambar 4.6.
Gambar 4.6. Kurva S-N baja tahan karat AISI 304 di lingkungan udara
Gambar 4.6. menunjukkan kurva S-N dari baja tahan karat AISI 304,
terlihat bahwa garis kurva pada lingkungan udara laboratorium dengan batas lelah
(endurance limit)198,10MPa, hal ini menunjukkan bahwa kekuatan lelah baja
tahan karat AISI 304 untuk kasus cantilever rotary bending dalam lingkungan
udara baik diaplikasikan pada tegangan dibawah 198,10 Mpa.
4.4. Pengamatan Pola Patahan Spesimen
Baja tahan karat AISI 304 dalam lingkungan udara jika mengalami beban
lelah, menunjukkan pola patahan yang berbeda sesuai dengan jumlah beban yang
diberikan, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.7 dan Gambar 4.8.
Gambar 4.7. Pola patahan spesimen dengan beban 8 Kg
Jika semakin besar beban yang diberikan maka pola patahan menunjukkan
pola deformasi yang semakin besar terjadi pada permukaan patahan, dan
sebaliknnya jika beban yang diberikan semakin kecil maka deformasi yang terjadi
dipermukaan patahan semakin kecil.
Gambar 4.7. Pola patahan spesimen dengan beban 4 Kg
Pola patahan ini menunjukkan bahwa jika terjadi kasus perpatahan dengan
beban lelah dalam suatu mesin-mesin industri dan lainnya, maka dari pola
patahannya dapat diketahui bahwa jika mesin bekerja dengan beban overload
(beban lebih) maka pola patahan akan menunjukkan deformasi yang besar pada
permukaan patahan komponen mesin.
30
BAB VII
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Alat uji lelah tipe cantilever rotary bending telah dibuat dan dirakit sesuai
dengan hasil perancangan yang direncanakan pada penelitian sebelumnya, dengan
spesifikasi alat uji putaran 2850 rpm frekuensi 50 Hz 1 HP, kapasitas counter hour
8 digit dan beban maksimum 10,5 Kg. Dimensi dan ukuran spesimen uji sesuai
dengan standar ASTM E-466
Hasil pengujian menunjukkan bahwa alat uji layak dan aman untuk
digunakan untuk penelitian dan semua komponen mesin dapat berfungsi dengan
baik.
5.2. Saran
Untuk penelitian selanjutnya perlu dilakukan validasi data kurva S-N
pengujian beberapa material poros terhadap atlas kurva S-Ndan validasi juga
dilakukan terhadap kurva S-N hasil pengujian pada mesin uji lelah standar
laboratorium dengan bahan/ material yang sama yang telah dilakukan pengujian
pada alat uji lelah tipe cantilever rotary bending yang telah di rancang bangun.
31
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Alaneme, K.K. 2011. Design of a Cantilever - Type Rotating Bending Fatigue Testing Machine. Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, Vol. 10, No.11, pp.1027-1039
[2]. ASM International Hand Book, 1997,Vol. 19 Fatigue And Fracture, United State of America
[3]. ASTM E 466 – 96, Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials.
[4]. George E. Dieter, 1992, alih bahasa Djaprie, Sriati, Metalurgi Mekanik,
Erlangga, Jakarta.
[5]. Jaap Schijve, 2009, Fatigue of Structures and Materials, Springer Science, Netherlands.
[6]. Julie A. Bannantine et. al, 1990, Fundamental of Metal Fatigue Analysis, Prentice-Hall, New Jersey.
[7]. Ralph I. Stephens, et. al , 2001, Metal Fatigue In Engineering, Willy Inter-Science, Canada
[8]. Sularso dan Kiyokatsu Suga,, 1997. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. PT. Prandnya Paramita. Jakarta
[9]. Shigley dan Joseph Edward, 1994, Perencanaan Teknik Mesin, Erlangga. Jakarta