Dalam perancangan elemen mesin, sambungan pasak merupakan komponen vital yang berfungsi untuk meneruskan torsi dari poros ke hub seperti pulley, roda gigi, sprocket, atau kopling. Materi ini sering muncul dalam mata kuliah Elemen Mesin maupun pada soal ujian SMK dan perguruan tinggi teknik. Oleh karena itu, memahami contoh soal perhitungan sambungan pasak dan cara menentukan kekuatan geser sangat penting agar mampu melakukan analisis desain secara tepat dan aman.
Artikel ini membahas secara lengkap teori dasar sambungan pasak, rumus-rumus penting dalam perhitungan, langkah sistematis menentukan kekuatan geser, hingga kumpulan contoh soal beserta pembahasan detail yang mudah dipahami.
Pengertian Sambungan Pasak dalam Teknik Mesin
Sambungan pasak (key joint) adalah elemen mesin yang dipasang di antara poros dan hub untuk mentransmisikan momen puntir (torsi). Pasak ditempatkan pada alur yang disebut keyway, baik pada poros maupun hub.
baca juga:Makalah Rekonsiliasi Bank Terbaru 2026: Contoh Soal, Jurnal Penyesuaian, dan Pembahasan Detail
Fungsi utama sambungan pasak adalah:
- Meneruskan torsi dari poros ke elemen mesin
- Mencegah slip antara poros dan hub
- Menjaga keselarasan komponen saat berputar
- Memudahkan proses pembongkaran dan perawatan
Secara mekanis, pasak bekerja dengan menahan gaya geser dan gaya tekan akibat beban torsi yang ditransmisikan.
Prinsip Kerja Sambungan Pasak
Ketika poros berputar, torsi yang dihasilkan akan menghasilkan gaya tangensial pada permukaan hub. Gaya ini diteruskan melalui pasak.
Akibatnya timbul dua jenis tegangan utama:
- Tegangan geser (shear stress) pada penampang pasak
- Tegangan tekan (crushing stress) pada bidang kontak pasak dan hub
Desain sambungan pasak harus memastikan bahwa kedua tegangan tersebut tidak melebihi tegangan izin material.
Jenis-Jenis Sambungan Pasak
Beberapa jenis pasak yang umum digunakan dalam teknik mesin antara lain:
- Pasak persegi
- Pasak persegi panjang
- Pasak tirus
- Pasak setengah bulat (Woodruff key)
- Pasak geser (feather key)
Pemilihan jenis pasak bergantung pada diameter poros, besar torsi, dan kondisi kerja mesin.
Rumus Dasar Perhitungan Sambungan Pasak
Sebelum masuk ke contoh soal, berikut rumus-rumus penting yang wajib dipahami.
1. Menghitung Torsi (T)
Jika diketahui daya dan putaran:
T = (P × 60) / (2πn)
Keterangan:
T = torsi (N·m)
P = daya (W)
n = putaran (rpm)
Jika ingin dalam N·mm, kalikan 1000.
2. Tegangan Geser Pasak
τ = 2T / (d × l × b)
Keterangan:
τ = tegangan geser (N/mm²)
T = torsi (N·mm)
d = diameter poros (mm)
l = panjang pasak (mm)
b = lebar pasak (mm)
3. Tegangan Tekan Pasak
σc = 4T / (d × l × h)
Keterangan:
σc = tegangan tekan (N/mm²)
h = tinggi pasak (mm)
Cara Menentukan Kekuatan Geser Sambungan Pasak
Menentukan kekuatan geser berarti membandingkan tegangan geser kerja dengan tegangan geser izin material.
Langkah-langkahnya:
- Hitung torsi dari daya dan putaran
- Hitung tegangan geser menggunakan rumus
- Tentukan tegangan geser izin material
- Bandingkan hasilnya
- Hitung faktor keamanan
Rumus faktor keamanan:
SF = Ï„ izin / Ï„ kerja
Jika SF > 1, desain aman. Biasanya digunakan SF antara 2–3 untuk aplikasi mesin industri.
Contoh Soal Perhitungan Sambungan Pasak dan Cara Menentukan Kekuatan Geser
Contoh Soal 1
Sebuah poros berdiameter 45 mm mentransmisikan daya 15 kW pada putaran 400 rpm. Hitung:
a. Torsi yang bekerja
b. Tegangan geser jika digunakan pasak dengan lebar 14 mm dan panjang 70 mm
Jawaban:
Diketahui:
P = 15 kW = 15.000 W
n = 400 rpm
Hitung torsi:
T = (15.000 × 60) / (2π × 400)
T = 900.000 / 2513
T = 358,19 N·m
Ubah ke N·mm:
T = 358,19 × 1000 = 358.190 N·mm
Hitung tegangan geser:
τ = 2T / (d × l × b)
τ = (2 × 358.190) / (45 × 70 × 14)
Ï„ = 716.380 / 44.100
τ = 16,24 N/mm²
Jadi tegangan geser sebesar 16,24 N/mm².
Menentukan Kekuatan Geser
Jika material pasak adalah baja dengan tegangan geser izin 55 N/mm²:
SF = 55 / 16,24
SF = 3,38
Karena faktor keamanan lebih dari 2, sambungan pasak aman.
Contoh Soal 2
Sebuah poros diameter 50 mm menggunakan pasak 16 mm × 10 mm dengan panjang 80 mm. Jika torsi yang ditransmisikan 500 N·m, hitung:
a. Tegangan geser
b. Tegangan tekan
c. Apakah desain aman jika τ izin = 60 N/mm² dan σ izin = 120 N/mm²?
Jawaban:
Ubah torsi:
T = 500 × 1000 = 500.000 N·mm
Hitung tegangan geser:
τ = 2T / (d × l × b)
τ = (2 × 500.000) / (50 × 80 × 16)
Ï„ = 1.000.000 / 64.000
τ = 15,63 N/mm²
Hitung tegangan tekan:
σc = 4T / (d × l × h)
σc = (4 × 500.000) / (50 × 80 × 10)
σc = 2.000.000 / 40.000
σc = 50 N/mm²
Analisis keamanan:
Tegangan geser izin = 60 N/mm²
Tegangan tekan izin = 120 N/mm²
Karena 15,63 < 60 dan 50 < 120, maka desain aman.
Contoh Soal 3
Diketahui daya 20 kW, putaran 600 rpm, diameter poros 60 mm. Tentukan panjang pasak minimum jika lebar pasak 18 mm dan tegangan geser izin 50 N/mm².
Jawaban:
Hitung torsi:
T = (20.000 × 60) / (2π × 600)
T = 1.200.000 / 3769
T = 318,4 N·m
Ubah ke N·mm:
T = 318.400 N·mm
Gunakan rumus tegangan geser:
τ = 2T / (d × l × b)
Susun ulang untuk mencari panjang:
l = 2T / (d × b × τ)
l = (2 × 318.400) / (60 × 18 × 50)
l = 636.800 / 54.000
l = 11,79 mm
Jadi panjang pasak minimum sekitar 12 mm. Dalam praktik biasanya dipilih ukuran standar di atas nilai tersebut untuk faktor keamanan tambahan.
Kesalahan Umum dalam Perhitungan Sambungan Pasak
Beberapa kesalahan yang sering dilakukan saat mengerjakan soal:
- Tidak mengubah satuan kW ke W
- Lupa mengubah N·m menjadi N·mm
- Salah memasukkan diameter poros
- Menggunakan rumus tegangan tekan untuk menghitung geser
- Tidak memperhitungkan faktor keamanan
Ketelitian sangat penting dalam analisis elemen mesin.
Tips Menguasai Soal Sambungan Pasak
Agar lebih mudah memahami contoh soal perhitungan sambungan pasak dan cara menentukan kekuatan geser, lakukan hal berikut:
- Hafalkan rumus dasar
- Biasakan konversi satuan
- Latih soal dengan variasi data
- Selalu lakukan analisis keamanan
- Gunakan tabel standar ukuran pasak
Latihan rutin akan meningkatkan kecepatan dan ketepatan perhitungan.
Pentingnya Analisis Kekuatan Geser dalam Desain Mesin
Dalam dunia industri, kegagalan sambungan pasak dapat menyebabkan:
- Slip antara poros dan hub
- Kerusakan roda gigi
- Getaran berlebih
- Kerusakan sistem transmisi
Oleh karena itu, perhitungan kekuatan geser bukan sekadar teori, melainkan bagian penting dari perancangan sistem mekanik yang andal.
baca juga:Dosen Universitas Teknokrat Indonesia Raih Hibah Pengembangan Modul Digital dari Kemendiktisaintek
Kesimpulan
Contoh soal perhitungan sambungan pasak dan cara menentukan kekuatan geser merupakan materi penting dalam teknik mesin. Perhitungan melibatkan penentuan torsi, tegangan geser, dan tegangan tekan, lalu dibandingkan dengan tegangan izin material.
Langkah sistematis yang benar adalah:
- Hitung torsi
- Hitung tegangan kerja
- Bandingkan dengan tegangan izin
- Tentukan faktor keamanan
Dengan memahami konsep dasar dan rutin berlatih mengerjakan soal, mahasiswa maupun pelajar teknik mesin dapat menguasai materi sambungan pasak secara menyeluruh dan siap menghadapi ujian maupun praktik perancangan mesin di dunia industri.
penulis;ilham
Post Comment