Poros Engkol [PDF]

Citation preview

MAKALAH PEMILIHAN MATERIAL DAN PROSES ( POROS ENGKOL / CRANKSHAFT ) Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Pemilihan Material dan Proses



Oleh: Nama



: Idan Ramadhan



NRP



: 153030074



Kelas



:B



Tanggal



: 23 Mei 2018



PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PASUNDAN BANDUNG 2018



KATA PENGANTAR Puji syukur penulis sampaikan kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat dan karuniaNya penulis dapat menyelesaikan Makalah Pemilihan Material dan Proses (PMP). Makalah ini dibuat untuk memenuhi tugas mata kuliah Pemilihan Material dan Proses (PMP). Penulis mengucapkan terima kasih atas bimbingan dari Bapak Ir. Bukti Tarigan, MT. selaku dosen mata kuliah Pemilihan Material dan Proses (PMP) sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini. Penulis menyadari makalah ini masih banyak kesalahan, untuk itu penulis dengan berbesar hati menerima kritik dan saran dari semua pembaca yang sifatnya membangun untuk kemajuan bersama dan untuk dijadikan pelajaran dalam menyusun makalah yang lainnya.



Bandung, 23 Mei 2018



Penyusun



Pemilihan Material dan Proses



i



DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .......................................................................................... i DAFTAR ISI ........................................................................................................ ii DAFTAR TABEL ............................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... iv BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1 1.1



Latar Belakang ............................................................................................................. 1



1.2



Rumusan Masalah ........................................................................................................ 1



1.3



Tujuan Masalah ............................................................................................................ 1



1.4



Batasan Masalah .......................................................................................................... 1



BAB II DASAR TEORI........................................................................................... 2 2.1



Pengertian Poros Engkol .............................................................................................. 2



2.2



Fungsi Poros Engkol .................................................................................................... 3



2.3



Sifat yang dibutuhkan Poros Engkol ........................................................................... 4



2.4



Konstruksi Poros Engkol ............................................................................................. 5



2.4.1



Bagian-bagian Poros Engkol ................................................................................ 5



2.4.2



Beban yang Bekerja pada Poros Engkol............................................................... 5



2.4.3



Kerusakan yang biasa terjadi pada Poros Engkol ................................................. 6



2.5



Material yang digunakan ............................................................................................. 6



2.6



Proses pembuatan Poros Engkol .................................................................................. 8



2.6.1



Proses 1 (Pengerjaan) ........................................................................................... 8



2.6.2



Proses 2 (Finshing) ............................................................................................. 11



BAB III KESIMPULAN ................................................................................... 13 3.1



Kesimpulan ................................................................................................................ 13



DAFTAR PUSTAKA



Pemilihan Material dan Proses



ii



DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Komposisi Kandungan Besi Cor ............................................................................... 7 Tabel 2. 2 Klasifikasi Baja Karbon ............................................................................................ 7



Pemilihan Material dan Proses



iii



DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Poros Engkol.......................................................................................................... 2 Gambar 2. 2 Bagian-bagian dari Poros Engkol .......................................................................... 5 Gambar 2. 3 Diagram Alir Proses Pembuatan Poros engkol ...................................................... 8 Gambar 2. 4 Proses Pengecoran Poros Engkol........................................................................... 8 Gambar 2. 5 Material awal ......................................................................................................... 9 Gambar 2. 6 Proses Pemesinan CNC pada Poros Engkol .......................................................... 9 Gambar 2. 7 Proses Forging (Hot Working) ............................................................................ 10 Gambar 2. 8 Proses Penghalusan Permukaan Menggunakan Gerinda dan Kikir Mekanik ..... 11 Gambar 2. 9 Proses Pengujian Balancing dan Pengujian Kerataan Permukaan ...................... 11 Gambar 2. 10 Proses Heat Treatment....................................................................................... 12



Pemilihan Material dan Proses



iv



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Poros engkol (Crankshaft) adalah



sebuah komponen utama pada engine yang



menstransmisikan daya dan putaran hasil kinerja proses pembakaran ke transmisi (gerak translasi dari piston akan memutarkan poros engkol lalu poros engkol akan memutarkan roda gigi (fly wheel), kemudian fly wheel akan menggerakan transmisi, kopling lalu ke gearbox). untuk mengubahnya, sebuah crankshaft membutuhkan pena engkol (crankpin), sebuah bearing tambahan yang diletakkan di ujung batang penggerak pada setiap silndernya. Persyaratan yang harus dipenuhi dari poros engkol ini salah satunya adalah harus tahan terhadap beban puntiran serta mempunyai sifat luncur yang baik. Poros engkol juga harus mampu melentur tapi cukup keras agar tahan keausan.



1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang yang telah dijabarkan diperoleh rumusan masalah sebagai berikut: 1. Apa yang dimaksud dengan poros engkol? 2. Sifat apa saja yang harus dibutuhkan oleh poros engkol? 3. Material apa saja yang dapat digunakan untuk membuat poros engkol? 4. Bagaimana proses pembuatan poros engkol?



1.3 Tujuan Masalah Adapun tujuan dari rumusan masalah adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui pengertian dari poros engkol 2. Untuk mengetahui sifat apa saja yang dibutuhkan 3. Untuk mengetahui material apa saja yang digunakan 4. Untuk mengetahui bagaimana proses pembuatan poros engkol



1.4 Batasan Masalah Untuk mencegah melebarnya permasalahan yang dibahas dibatasi hanya untuk : 1. Mengetahui sifat-sifat yang dibutuhkan poros engkol 2. Mengetahui material yang dapat digunakan dalam proses pembuatan poros engkol 3. Mengetahui proses pembuatan poros engkol Pemilihan Material dan Proses



1



BAB II DASAR TEORI



2.1 Pengertian Poros Engkol Poros engkol (bahasa Inggris: crankshaft, biasanya mekanik juga menyebutnya kruk as) adalah sebuah komponen pada engine yang menstransmisikan daya dan putaran hasil kinerja proses pembakaran ke transmisi (gerak translasi dari piston akan memutarkan poros engkol lalu poros engkol akan memutarkan roda gigi (fly wheel), kemudian fly wheel akan menggerakan transmisi, kopling lalu ke gearbox). untuk mengubahnya, sebuah crankshaft membutuhkan pena engkol (crankpin), sebuah bearing tambahan yang diletakkan di ujung batang penggerak pada setiap silndernya.



Gambar 2. 1 Poros Engkol



Crankshaft/poros engkol menjadi suatu komponen utama dalam suatu mesin pembakaran dalam. Crankshaft menjadi pusat poros dari setiap gerakan piston. Pada umumnya crankshaft terbuat dari baja karbon tinggi karena harus dapat menampung momen inersia yang dihasilkan oleh gerakan naik turun piston. Sehingga fungsi utama dari crankshaft adalah mengubah gerakan naik turun yang dihasilkan oleh piston menjadi gerakan memutar yang nantinya akan diteruskan ke transmisi. Pemilihan Material dan Proses



2



Crankshaft harus terbuat dari bahan yang kuat dan mampu menahan beban atau momen yang kuat karena crankshaft harus menerima putaran mesin yang tinggi. Posisi crankshaft berada antara blok mesin bagian bawah dengan oil pan. Crankshaft menjadi pusat dari putaran mesin. Putaran dari Crankshaft biasa diteruskan lagi tidak hanya ke transmisi, namun juga ke camshaft lewat timing belt atau timing gear atau timing chain karena memiliki putaran timing yang serupa dengan pembukaan valve. Selain itu putaran dari crankshaft juga biasa diteruskan untuk memutar kompresor AC dan juga pompa power steering. Namun pada mobil-mobil canggih saat ini, biasanya kompresor AC dan pompa power steering mendapat tenaga dari listrik yang dihasilkan mobil, sehingga tidak membebani (mengurangi) tenaga mesin. Poros engkol terpasang dibagian bawah pada blok silinder. Poros engkol disebut juga dengan crankshaft. Pada mesin, crankshaft atau poros engkol ini memiliki kegunaan yang sangat vital. Poros engkol berfungsi untuk mengubah gerak translasi piston menjadi gerak rotasi dengan perantara conecting rod, gerak ini pada akhirnya juga menggerakkan roda penerus (fly wheel). Piston menerima tenaga hasil pembakaran, dan tenaga ini akan diteruskan oleh connecting rod yang selanjutnya akan dirubah menjadi gerak putar oleh poros engkol. Tenaga yang sudah dirubah menjadi gerak rotasi ini, otomatis akan menggerakkan fly wheel. Karena fly wheel berhubungan langsung dengan poros engkol ini. Bagian batang torak yang berhubungan dengan piston adalah small end. Sedangkan bagian batang torak (connecting rod) yang berhubungan dengan poros engkol disebut dengan big end. Poros engkol menerima beban yang berat selama beroperasi, dengan alasan ini maka poros engkol dibuat dari bahan baja carbon khusus sehingga memiliki daya tahan tinggi. Crank pin terpasang tidak segaris dengan poros, oleh karena itu poros engkol perlu ditambahkan counterbalance weight untuk menghindari getaran selama mesin berputar.



2.2 Fungsi Poros Engkol sebuah komponen pada engine yang menstransmisikan daya dan putaran hasil kinerja proses pembakaran ke transmisi (gerak translasi dari piston akan memutarkan poros engkol lalu poros engkol akan memutarkan roda gigi (fly wheel), kemudian fly wheel akan menggerakan transmisi, kopling lalu ke gearbox). Tenaga yang dipergunakan untuk menggerakkan roda kendaraan dihasilkan oleh hasil pembakaran (langkah usaha), kemudian hasil pembakaran ini dapat menggerakan torak, kemudian melalui batang torak dan dirubah menjadi gerakan rotasi oleh poros engkol atau crakshaft. Pemilihan Material dan Proses



3



Poros engkol dibuat sedemikian rupa sehingga gerakan torak tidak bersamaan posisi di dalam silinder. Bagian poros engkol yang berhubungan dengan batang torak disebut crank pin, sedangkan yang duduk pada blok silinder disebut crank journal. Crank journal ditopang oleh bantalan poros engkol Poros engkol berputar pada journal. Poros engkol dan bak oli termasuk dalam crank case. Masing-masing crank journal mempunyai crank arm. Untuk menjaga keseimbangan putaran pada saat mesin beroperasi, poros engkol dilengkapi dengan balance weight. Poros engkol dilengkapi juga dengan lubang oli untuk menyalurkan minyak pelumas pada crank journal, bantalan-bantalan, pena torak dan lain-lain.



2.3 Sifat yang dibutuhkan Poros Engkol Crank shaft ini akan menerima tenaga atau beban yang sangat besar, selain itu juga poros engkol berputar dengan kecepatan yang sangat tinggi, maka dari itulah poros engkol harus terbuat dari bahan yang berkualitas. Persyaratan bahan pembuat poros engkol antara lain : 



Kuat







Tahan terhadap pembebanan yang berubah-ubah







Tahan gesekan







Tahan korosi







Tahan getaran







Memiliki ketahanan aus







Mampun menopang beban pada poros engkol







Tahan terhadap temperatur yang tinggi dalam proses kerja poros engkol







Mampu menahan beban puntir maupun beban lentur Karena kinerja nya yang berat dan mengahsilkan gaya gesek yang besar, crank shaft harus



selalu terkena miyak pelumas agar bantalan bantalan pada crank pin dan crank jurnal tidak aus yang mana apabila terjadi keausan pada bagian tersebut dapat membuat suara kendaraan menjadi kasar dan apabila sistem pelumasan yang kurang baik akan berdampak juga pada komponen-komponen lain pada mesin ,seperti cylinder block, piston, cam shaft, klep atau valve, dan komponen mesin lainnya.



Pemilihan Material dan Proses



4



2.4 Konstruksi Poros Engkol Bentuk poros engkol ditentukan oleh banyaknya silinder dan urutan pengapiannya. Dalam menentukan urutan pengapian suatu motor, faktor yang harus diperhatikan adalah keseimbangan getaran karena tekanan akibat proses pembakaran didalam silinder. Beban dari bantalan utama ( main bearing) dan sudut puntiran yang terjadi pada poros engkol adalah akibat dari langkah kerja pada tiap-tiap silinder.



2.4.1 Bagian-bagian Poros Engkol



Gambar 2. 2 Bagian-bagian dari Poros Engkol



Keterangan :  Oil hole : Untuk saluran pelumasan  Crank pin : untuk tempat tumpuan big end connecting rod  Main journal : sebagai titik tumpu pada blok motor  Counter balance weight : sebagai bobot penyeimbang putaran



2.4.2 Beban yang Bekerja pada Poros Engkol Poros engkol menerima beban yang besar dari batang torak dan berputar pada kecepatan yang tinggi. Oleh karena itu, harus dibuat dari bahan yang mampu menerima beban tersebut.Umumnya terbuat dari baja karbon tinggi. Beban yang bekerja pada poros engkol ialah :  Beban puntir ( torsi )  Beban lengkung ( bengkok )  Beban sentrifugal Pemilihan Material dan Proses



5



2.4.3 Kerusakan yang biasa terjadi pada Poros Engkol Poros engkol aus Akibatnya : Suara mesin berisik dari arah krug as,mesin cepat panas Perbaikannya : Ganti krug as Pen krug as aus Akibatnya : Suara motor berisik,mesin bisa macet. Perbaikannya : ganti pen krug as Lahger krug as aus Akibatnya : suara mesin berisik,mesin macet Perbaikannya : ganti lahger krug as Seal krug as aus/rusak Akibatnya : bocor kompresi ckarter Perbaikannya : ganti seal krug as Lubang spi generator aus Akibatnya : generator berputar tidak normal Perbaikannya : lubang spi di las &di bubut. Drat ulir rotor rusak Akibatnya : generator kendor,motor hidup tidak normal Perbaikannya : perbaiki drat di tukang las



2.5 Material yang digunakan Poros engkol menerima beban yang berat selama beroperasi, dengan alasan ini maka poros engkol dibuat dari bahan baja carbon khusus sehingga memiliki daya tahan tinggi. Bahan yang dipilih untuk pembuatan poros engkol setelah membandingkan adalah besi cor nodular dan baja karbon sedang dengan mempertimbangankan kekuatan dan harga.  Besi cor nodular Besi cor nodular adalah besi cor yang memiliki kadar C sebanyak 3 – 4%, Si 1,8 – 2, 8%, Mn 0,21– 1,0%, P 0,01 – 0,1%, S 0,01 - 0,003%. Dibuat dengan jalan mencampurkan magnesium, kalsium, atau serium ke dalam cairan logam sehingga grafit bulat akan mengendap. Mempunyai kekuatan, keuletan, ketahanan aus, dan ketahanan panas yang baik.



Pemilihan Material dan Proses



6



Tabel 2. 1 Komposisi Kandungan Besi Cor



 Baja Karbon Sedang (BCS) Komposisi campuran besi dan karbon, dengan kadar karbon 0,3% sampai 0,45 %. Sifat lebih kenyal dari yang keras dan digunakan untuk membuat benda kerja tempa berat, poros, dan rel baja.



Tabel 2. 2 Klasifikasi Baja Karbon



Pemilihan Material dan Proses



7



2.6 Proses pembuatan Poros Engkol Mulai



Pemilihan Material 1. Proses Pengecoran 2. Proses Pemesinan (CNC) 3. Proses Pembentukan (Forging)



Proses 1 (Pengerjaan) 1. Penghalusan Permukaan 2. Balancing Test 3. Heat Treatment Proses 2 (Finishing)



Selesai



Gambar 2. 3 Diagram Alir Proses Pembuatan Poros engkol



2.6.1 Proses 1 (Pengerjaan)  Apabila menggunakan material besi cor nodular yaitu dengan Proses 1. Proses Pengecoran Poros Engkol



Gambar 2. 4 Proses Pengecoran Poros Engkol



Material yang digunakan adalah Besi cor nodular yang memiliki sifat mekanis yang baik dan mendekati sifat mekanis dan sifat fisik baja, seperti kekuatan tarik, regangan, kemampuan terhadap proses perlakuan panas, mampu meredam suara. Proses ini dilakukan Pemilihan Material dan Proses



8



untuk membuat poros engkol, kemudian dilakukan proses pemesinan untuk penyempurnaan komponen seperti grinding (menghaluskan permukaan) serta membentuk fillet dibagian tertentu.  Apabila material yang digunakan baja carbon sedang maka proses pembuatan dapat menggunakan 2 cara yaitu: 1.



Proses Pemesinan (CNC)



2.



Proses Forging (Hot Woorking)



 Material awal untuk proses pemesinan & Proses Forging (Hot Working)



Gambar 2. 5 Material awal



1. Proses Pemesinan (CNC) menggunakan Baja Karbon Sedang



Gambar 2. 6 Proses Pemesinan CNC pada Poros Engkol



Pembuatan chrankshaft pada umumnya dibentuk melalui proses pengolahan panas dan difinishing untuk mendapatkan ukurannya dengan proses pendinginan atau turning, miling, drilling, roll forging, proses tempa, tritining, grinding. Poros yang di roll ketika dingin lebih kuat dari pada poros yang diroll ketika panas dengan tegangan sisa lebih tinggi. pembuatan Pemilihan Material dan Proses



9



chrankshaft tidak diawali dengan bahan baku pertama, melainkan dimulai dari proses permesinan (pemotongan) seperti turning, miling, dan drilling.  Chrankshaft yang telah melalui proses pembentukan dilletakkan pada bagian tengah (dicekam)  Dilakukan proses turning pada sisi depan dan belakang untuk mendapatkan permukaan yang datar.  Proses miling pada pena engkol yang berhubungan dengan batang piston  Proses pengeboran dilakukan pada bagian depan dan belakang chrankshaft serta pada sisi kanan dan kiri yang telah ditentukan.  Pengecekan & deep rolling chrankshaft oleh operator yang mengoperasikan alat.  Grinding thrutface dilakukan untuk mendapatkan hasil yang halus & mengkilap sesuai dengan desain yang telah dibuat sebelumnya. Dari bebrapa proses tersebut (miling, drilling, dan turning) dapat menghasilkan suatu produk yaitu poros engkol (crankshaft).



2. Proses forging menggunakan material Baja Karbon Sedang Material awalnya sama dengan Proses pemesinan berbentuk silindris tetapi pada saat forging ini material yang akan dibentuk harus dipanaskan terlebih dahulu, karena pembentukan dilakukan diatas tempratur rekristalisasi (Hot Working).



Gambar 2. 7 Proses Forging (Hot Working)



Pemilihan Material dan Proses



10



2.6.2 Proses 2 (Finshing) 1. Penghalusan Permukaan komponen hasil dari proses 1 akan dihaluskan dengan menggunakan gerinda dan kikir untuk mengurangi gesekaan saat kondisi kerja.



Gambar 2. 8 Proses Penghalusan Permukaan Menggunakan Gerinda dan Kikir Mekanik



2. Proses Balancing Proses Balancing dilakukan untuk menguji keseimbangan poros engkol, apakah komponen itu berfungsi dengan baik untuk mengurangi getaran akibat gagal komponen. Proses ini menggunakan Dynamic Balancing Machine, setelah itu pengecekan kerataan permukaan menggunakan Dial Indicator.



Gambar 2. 9 Proses Pengujian Balancing dan Pengujian Kerataan Permukaan



Pemilihan Material dan Proses



11



3. Proses Heat Treatment Proses Heat Treatment bertujuan untuk mengembalikan struktur material setelah mendapatkan proses pemesinan ke struktur awal material tersebut guna meningkatkan kemampuan material tersebut. Disini dipilih Proses Hardening, tujuannya adalah untuk mengeraskan material. Material dipanaskan hingga diatas tempratur transformasi (723 oC) kemudian didinginkan secara cepat, melalui media pendingin seperti air, oli atau media pendingin lainnya.



Gambar 2. 10 Proses Heat Treatment



Pemilihan Material dan Proses



12



BAB III KESIMPULAN 3.1 Kesimpulan Dalam proses pembuatan poros engkol harus di perhatikan sifat-sifat yang dibutuhkan diantaranya kuat, tahan terhadap pembebanan yang berubah-ubah, tahan gesekan, tahan korosi, tahan getaran, memiliki ketahanan aus, mampun menopang beban pada poros engkol, tahan terhadap temperatur yang tinggi dalam proses kerja poros engkol, mampu menahan beban puntir maupun beban lentur. Sifat-sifat tersebut dapat mempengaruhi kemampuan poros engkol dalam melakukan proses kerjanya. Selain itu harus memperhatikan material yang digunakan karena setiap material tersebut mempunyai proses kerja yang berbeda.



Pemilihan Material dan Proses



13



DAFTAR PUSTAKA  http://blogheruiryantoelemenmesin1.blogspot.co.id/  http://rangkumanmesinautomotif.blogspot.co.id/2014/11/pengertian-dan-fungsicrankshaft.html  https://www.scribd.com/doc/204145519/Kelompok-12-Poros-Engkol-Motor  https://www.scribd.com/document/324491785/Proses-Pembuatan-Poros-EngkolCrankshaft  https://id.wikipedia.org/wiki/Poros_engkol