Elemen Mesin Paku Keling

SAMBUNGAN PAKU KELING

Sampai kini sambungan paku keling masih digunakan sebagai suatu sambungan tetap seperti pada pembuatan badan kapal terbang, ketel uap, jembatan dan lain lain meskipun belakangan sambungan las banyak dipakai pengganti sambungan keling.

Pada saat ini sambungan keling masih digunakan pada industri pesawat terbang untuk memasang plaat badan pesawat dimana smbungan las tidak dapat dilakukan karena perlu dilakukan penggantian secara rutin sehingga penggunakan sambungan keling akan memudahkan pekerjaan

Juga sambungan ini banyak digunakan pada metal yang agak sulit dilakukan pengelasan seperti aluminium dimana penjambungannya dilakukan dengan menggunakan paku keling.

BEBERAPA CONTOH SAMBUNGAN PAKU KELING

           

Pengerjaan sambungan paku keling adalah dengan memasukan paku keling melalui suatu lubang dan kemudian bagian yang menonjol dari paku keling kita pukul sehingga membentuk kepala kedua yang akan mengekalkan sambungan tersebut.

Untuk paku keling dengan diameter maksimum 12 mm dapat dikerjakan dalam keadaan dingin sedangkan untuk diameter lebih besar paku keling perlu dipanaskan terlebih dahulu.

                                                

Contoh pengerjaan sambungan paku keling dapat dilihat seperti pada contoh dibawah ini.

                  

Bahan dari paku keling dapat baja lunak, tembaga, kuningan, aluminium atau bahan metal lainnya tetapi bahan dari paku keling dan plaat harus sesuai untuk mencegah terjadinya proses galvano yang dapat menyebabkan terjadinya korosi.

BENTUK PAKU KELING

Bentuk paku keling menurut bentuknya dibagi dalam 3 kelompok :

1.    Paku keling dengan kepala bulat untuk pemakaian khusus misalnya ketel uap –DIN123

2.    Paku keling dengan kepala bulat untuk konstruksi biasa misalnya penyambungan baja profil dari bangunan – DIN124

3.    Paku keling dengan kepala dibenamkan untuk mendapatkan hasil pekerjaan rata misalnya pemasangan plaat pesawat terbang –DIN302.

                  

Untuk memungkinkan paku keling dapat masuk dengan baik pada lubangnya maka diameter dari lubang harus dibuat lebih besar sedikit dari diameter paku kelingnya dimana perbedaannya telah distandarisir.

Panjang paku keling dapat dihitung dengan rumus:

                     L  =  ΣS + ( 1,5  -  1,7 ) d

Dimana  :  S  =  Tebalnya plaat atau profil

                 d  =  Diameter Paku keeling

STANDARD PAKU KELING MENURUT DIN  123, 124, 302

MACAM SAMBUNGAN PAKU KELING

Macam sambnungan yang umum dipakai pada sambuingan paku keling adalah sebagai berikut :

1.  KAMPUH BERHIMPIT

Sambungan ini yang paling sederhana dengan meletakan 2 buh pelat satu diatas yang lainnya kemudian disambung dengan paku keling.

2.   KAMPUH BILAH TUNGGAL

Disini sambungan kita lakukan dengan mengeling sebuah lajur plaat pada plaat –plaat yang akan disambung.

3.   KAMPUH BILAH BERGANDA

Disini sambungan kita lakukan dengan mengeling dua buah lajur plaat pada plaat-plaat yang akan disambung dimana plaat-plaat tersebut  berada diantara kedua lajur plaat.

Sambungan paku keling dapat juga dibagi menurut pemakaiannya :

1.    Sambungan paku keling yang hanya harus kuat.

Sambungan macam ini digunakan untuk sambungan pada konstruksi jembatan, bangunan dan lain-lain.

2.    Sambungan paku keling yang harus merupakan ikatan kuat dan rapat.

Sambungan macam ini digunakan  pada ketel uap.

3.    Sambungan paku keling yang harus merupakan ikatan yang rapat.

Sambungan macam ini digunakan untuk reservoir zat cair atau gas dengan tekanan rendah.

PERHITUNGAN SAMBUNGAN PAKU KELING

PERHITUNGAN PAKU KELING.

Pada perhitungan kekuatan paku keling yang harus diperhatikan  adalah tegangan-tegangan yang timbul pada sambungan tersebut.

Tegangan-tegangan yang timbul terdiri dari :

1.    Tegangan tarik atau tekan pada plaat atau pada lajur plaat untuk kampuh bil;ah tunggal atau berganda . (σ_t, σ_d)

2.    Tegangan geser pada paku keling (τ)

3.    Tegangan permukaan antara plaat dan paku keling. (σ_s)

Pada gambar disebelah terlihat bahwa suatu gaya P bekerja pada suatu paku keling yang mempunyai diameter d, dan tebal plaat s, maka tegangan permukaan yang timbul karena gaya P ialah : 

                

Untuk pasangan plaat dan paku keling yang sesuai misalnya untuk paku keling K.St 34 dan Plaat St 37 maka tegangan geser yang diizinkan dari paku keling dapat diambil sebagai berikut :

                            

                             Τ  =  0,8.  σ_t

Dimana σ_t  ialah tegangan tarik dari plaat.

Kalau jarak antara pinggir plaat dan pusat paku keling pada arah gaya yang bekerja sama dengan dua kali diameter paku keling (2d) , maka tegangan permukaan yang diizinkan adalah

                             σ_s =   2,0  . σ_t

Dimana :  σ_t  =  tegangan tarik yang diizinkan dari plaat

                σ_s =  tegangan permukaaan yang diizinkan antara plaat dan paku

                        keling

Kalau jarak antar pinggir plaat dan pusat paku keling tersebut adalah satu setengah diameter paku keling (1.5 d) maka tegangan permukaan yang diizinkan  adalah :

                             σ_s =   1,5  . σ_t

PERHITUNGAN BANYAKNYA PAKU KELING

 

PERHITUNGAN KAMPUH BERIMPIT DAN BILAH TUNGGAL

Perhitungan banyaknya paku keling pada kampuh berimpit dan kampuh bilah tunggal adalah sama karena dalam kedua hal tersebut diatas sebuah paku keling mengalami geseran pada satu permukaan saja.

                         

Kalau tegangan geser yang perbolehkan dari paku keling τ_bol dan diameter dari paku keling adalah d dan banyaknya paku keling yang harus menahan gaya P adalah n₁ buah, dan setiap paku keling hanya diperbolehkan menahan gaya sebesar : 

Maka jumlah paku keling yang diperlukan adalah :

 

 

 

PERHITUNGAN KAMPUH BILAH BERGANDA

                              

Pada kampuh bilah berganda permukaan yang harus menahan  tegangan geser pada paku keling adalah 2 buah sehingga gaya yang dapat ditahan oleh sebuah paku keling adalah :

Jadi apabila ada n₁ buah paku keling maka gaya P yang dapat ditahan adalah :

Sehingga jumlah paku keling yang diperlukan adalah :

Kalau diatas banyaknya paku keling dihitung berdasarkan tegangan geser yang terjadi pada paku keling maka sekarang banyaknya paku keling akan dihitung didasarkan tegangan permukaan antara paku keling dan plaatnya.

Perhitungan nbanyaknya paku keling berdasarkan  tegangan permukaan baik untuk kampuh berimpit maupun untuk kampuh bilah tunggal dan kampuh bilah berganda adalah sama.

Kalau tebalnya plaat adalah s, dan tegangan permukaan yang diperbolehkan  adalah σ_s dan jumlah paku keling adalah n₂ buah, maka gaya P yang dapat ditahan adalah :

Atau jumlah paku keling yang diperlukan adalah :

Dari hasil perhitungan dari n₁ dan n₂ setelah pembulatan keatas kita mengambil jumlah yang terbesar sebagai jumlah paku keling yang diperlukan.

PERHITUNGAN JARAK PAKU KELING KEPINGGIR PLAAT

Jarak paku keling kepinggir plaat perlu juga dihitung dan diukur pada arah gayanya.

Pada gambar terlihat bahwa bagian AGBFE dapat tersobek lepas dari plaat karena gaya pada paku keling.

Didalam perhitungan penampang yang menahan gaya tersebut sebenarnya adalah penampang AE dan BF tetapi untuk perhitungan kita cukup mengambil penampang CE dan DF saja.

Kalau tebal plat adalah s, diameter paku keling adalah d, dan jarak paku keling keling  kepinggir plaat adalah x maka luas penampang CE dan DF adalah :

                          

                                                                                        

Kedua permukaan tersebut harus dapat menahan gaya yang bekerja pada paku keling sehingga kita mendapatkan persamaan sebagai berikut :

Untuk plaat yang tebalnya kurang dari 11 m  maka secara empiris dapat diambil diameter paku keling samadengan 2 kali tebalnya plaat atau :

s < 11 mm maka diambil d = 2s

Sehingga jarak paku keling kepinggir plaat untuk plaat dengan ketebalan kurang dari 11 mm adalah :

Dalam praktik jarak paku keling kepinggir plaat biasanya diambil :

x = (1.5 – 2.0) d

Sedangkan jarak maksimumnya adalah :

x = 3 d

PERHITUNGAN JARAK ANTARA 2 BUAH PAKU KELING

Pada pembebanan tarik maka plaat akan mengalami banyak kerugian karena banyaknya lubang untuk paku keling sehingga jarak paku keling letaknya tidak boleh terlalu berdekatan.

Untuk itu kita anggap bahwa gaya akan menyebabkan tegangan tarik pada plaat pada penampang antara paku keling.

Jadi gaya yang timbul harus dapat ditahan baik oleh paku keling maupun oleh plaat pada garis AB.

Pada gambar diatas jarak keling dianggap sama dan gaya yang harus ditahan oleh sebuah paku keling juga harus ditahan oleh plaat pada sisi kiri dan kanan dari paku keling, misalnya gaya ditahan oleh paku keling II maka bagian plaat yang harus menahan adalah bagian CD dan EF.

Luas penampang CD + EF ialah :

(t – d) s

Dimana : t =  jarak antara paku keling

               s =  tebal plaat

               d = diameter paku keling

Karena gaya yang dapat ditahan oleh plaat sama besarnya dengan gaya yang dapat ditahan oleh paku keling maka kita dapatkan hasil sebagai berikut :

        

                              

Kalau kita ambil d = 2 s

τ = 0,8 σ_t

Dari hasil perhitungan kita dapatkan jarak antara paku keling adalah :

t = 2.26 d

Untuk sambungan tersebut diatas kita perlu meninjau pada tegangan permukaan yang terjadi sehingga kita mendapatkan persamaan sebagai berikut :

                                       

Maka disini kita akan mendapatkan jarak paku keling sebagai berikut :

Untuk                   σ_s = 2  σ_t

                  

Maka           t = 3d

Untuk kedua pemeriksaan datas kita dapatkan bahwa jarak antara paku keling terbesar adalah pada perhitungan dengan menggunakan tegangan permukaan yang akan digunakan untuk menentukan jarak antara paku keling.

Kalau paku keling ditempatkan dalam beberapa baris maka jarak antara baris-baris ini dpat diambil sama besar dengan jarak antara paku keling dalam satu baris yaitu :

Jarak antara baris paku keling = 3

CATATAN

Pada perhitungan paku keling perlu diperhatikan beberapa ketentuan sebagai berikut:

1.    Pada perhitungan paku keling gaya yang bekerja dianggap terbagi

Rata pada semua paku keling asal jumblah baris tidak melebihi 4 baris.

2.    Penentuan diameter dari paku keling dilakukan dengan mengguna-

Kan rumus empiris sebagai berikut:

a.    Untuk s < 11 mm maka d = 2s

b.    Untuk s ≥ 11 mm maka  d = 0,5 s + 16 mm

                                            d = 0,7 s + 13 mm

3.    Untuk suatu konstruksi dengan tebal plaat s diameter paku keling

D pada kampuh bilah tunggal didapatkan:

                                

Dan pada kampuh bilah berganda didapatkan:

                                

 DAFTAR TEGANGAN DIIZINKAN PADA

PASANGAN PAKU KELING DAN PROFIL BANGUNAN.

	Bahan Profil	Paku Keling	Bahan Profil	Paku Keling	Bahan Profil	Paku Keling
Bahan	St 00	St 34	St 37	St 34	St 52	St 44
Tegangan Yang di- Izinkan.	σbol   _____    τbol	τbol   -------     σs	σbol   _____    τbol	τbol   -------     σs	σbol   _____    τbol	τbol   -------     σs
DIN 120 Mesin Pengangkat	1000  --------     800	800   -------   2000	1400  --------   1120	1200   -------   2800	2100   ------   1680	1680   ------   4200
DIN 1050 Bangunan tinggi	1200 --------     960	1200   ------   2400	1400   ------   1120	1400   ------   2800	2100   ------   1680	2100   ------   4200
DIN 1073 Jembatan			1400   ------     840	1120   ------   2800	2100   ------   1260	1680   ------   4200

DAFTAR DARI TEGANGAN GESER PADA

PAKU KELING DENGAN BAHAN ST. 34 (UNTUK KETEL UAP

BEBERAPA CONTOH SAMBUNGAN PAKU KELING

KAMPUH BERHIMPIT DIKELING TUNGGAL

KAMPUH BERHIMPIT DIKELING GANDA

KAMPUH ROWE DENGAN PAKU KELING BERSILANG

KAMPUH BERIMPIT DIKELING TIGA KALI

KAMPUH BILAH BERGANDA DIKELING TUNGGAL

KAMPUH BILAH BERGANDA DIKELING BERGANDA

KAMPUH ROWE

CONTOH SOAL I

Dua buah plaat tarik, masing-masing dengan tebal 10 mm harus disambung dengan kampuh bilah berganda.

Gaya yang harus ditahan besarnya 257000 N. Juga diketahui bahwa :

σ_t = 1400 kg/cm²

   = 0,8 σ_t

σ_s = 1,6 σ_t

Ditanya :

Konstruksi dari sambungan tadi sehingga lebarnya secara teoritis menjadi sekecil mungkin.

   = 1120 kg/cm²

σ_s  = 2240 kg/cm²

Jawab :

Dari ketentuan diatas kita mendapatkan bahwa

Karena tebal plaat = 10 mm, maka diameter  dari paku keling dapat diambil :

D = 2 s

D = 20 mm

Sekarang kita tentukan banyaknya paku keling yang dip[erlukan.

Pertama kita tinjau terlebih dahulu berdasarkan gaya geseran yang timbul.

Kemudian kita tinjau banyaknya paku keling berdasarkan tegangan yang  timbul yaitu tegangan permukaan.

                      

                         

Dari kedua perhitungan diatas ternyata bahwa banyaknya paku keling lebih besar jumlahnya kalau kita menghitungnya berdasarkan tegangan permukaan.

Jadi banyaknya paku keling untuk satu plaat setelah dibulatkan .

                   n = 6

Jumlah paku keling seluruhnya ialah :

                     n = 2 x 6 = 12

Untuk mendapatkan lebar yang sekecil mungkin, kita akan tempatkan pada baris terluar masing-masing 1 paku keling maka kita akan mendapatkan susunan seperti pada gambar diatas. Sekarang kita akan menghitung lebarnya dari plaat tersebut menurut teoritis.

Mula-mula akan kita tinjau pada penampang AB yang diperlemah oleh satu paku keling.

Luas penampang dari AB ialah : ( b₁ – d) s

Jadi : (b₁  -  d) s  σ_t  = P

Sekarang kita tinjau penampang CD yang diperlemah oleh dua buah lubang paku keling.

Setiap paku keling harus menahan 1/6p, sehingga penampang CD harus menahan 5/6 P.

Luas penampang CD :

Sekarang kita tinjau penampang EF yang diperlemah tiga lubang paku keling.

Penampang EF disini harus menahan 3/6 P.

Luas penampang EF ialah : (b₃  -  3 d) s

Maka kita ambil untuk lebar teoritis yang terkecil yang diminta dalam soal ini, harga terbesar dari perhitungan  kita diatas.

Jadi b = 20,4 cm

Secara praktis sebetulnya dapat ditentukan  lebar yang diminta tanpa terlalu banyak perhitungan.

Lebar minimum dari  plaat :

          B = 2 x 1,5 d + 2 x 3 d = 18 cm.

Lebar maximum dari plaat :

          B = 2 x 3 d + 2 x 7 d = 40 cm.

CONTOH SOAL 2

Tiga batamg dari konstruksi baja tiba pada suatu sama lain seperti gambar disebelah ini.

Pembebanan pada batang baja yang paling bawah ialah : 120.000 N

Tentukanlah ukuran-ukuran paku keling dan  batang itu bila bahan dari palu keling dan batang itu harus St 37.

Faktor keamanan V = 4 thd tegangan tarik.

Jawab :

Pembebanan P1 menyebabkan pada batang 2 dan 3 gaya-gaya P2 dan P3.

Dari gambar ternyata bahwa :

          P₂  =  P₃  =  ½  P₁  .  V₂  = 84840 N

Gaya dari 120.000 N itu harus diambil oleh tiga paku keling yang dibebani  pada dua penampang .

Jadi tiap paku keling itu mendapat beban  =

          120.000 : 3 = 40.000 N

Garis tengah paku keling d kita dapat dengan :

Diambil : d = 19 mm

Kita ambil diameter lubang 20 mm.

Jarak antara paku keling kita ambil : t = 3 d

                                                       t = 60 mm.             

Ukuran tebal batang s didapat dari rumus kampuh berimpit yang dikeling tunggal :

          D = s + 0,8 cm

          2 = s + 0,8

          S = 1,2 cm

Ukuran lebar b kita dapat  dengan :

                                      P₁ = 2 (b – d) s σ_t

                                   1200 = 2 ( b – 2) 1,2 x 925

                                      b   = 7,4 cm

Tiap batang 2 dan  3 harus mendukung gaya dari 84840 N.

Gaya ini diambil oleh 2 paku keling yang dibebani pada 2 penampang jadi tiap paku keling  mengambil 42420 N. Juga untuk ini kita umpamakan  paku keling dari 19 mm, lubang dari 20 mm, ukuran tebal plaat 12 mm.

Ukuran  lebar b₁ terdapat dari :

                                      P₂ = 2 (b₁ – d) s σ_t

                                   8484 = 2 (b₁ – 2) 1,2 x 925

                                      b₁  = 5,7 cm

Pemeriksaan terhadap tegangan permukaan menghasilkan  untuk tiap paku keling gaya P sebesar :

                                      P = d s σ_s

Kita misalkan bahwa  :

                             σ_s = 2,0 σ_t = 2,0 . 925 = 18500 N/cm²

                             P’ = 2 . 1,2 . 1850 = 44500 N

Jadi paku cukup kuat karena gaya maximum yang dapat ditahan besarnya ialah 44500 N sedang yang bekerja hanya 42420 dan 40000 N.