Mx
Blog
Published on

Fastener & Secondary Drive Systems in Rotating Equipment

Authors

Artikel 05: Fastener & Secondary Drive Systems in Rotating Equipment

(Bolt Preload, Flange Bolting, Belt Drive, Chain Drive)

Bolt Preload & Torque

1. Problem di Lapangan

Bolt digunakan untuk menjaga dua komponen tetap terjepit selama operasi mesin. Jika preload bolt terlalu kecil, sambungan dapat menjadi longgar akibat getaran dan beban dinamis. Sebaliknya jika preload terlalu besar, bolt dapat mengalami deformasi plastis atau bahkan patah. Oleh karena itu kontrol preload bolt menjadi faktor penting dalam keandalan sambungan mekanis.

2. Komponen

Komponen dalam sambungan bolt:

  • bolt
  • nut
  • washer
  • clamped parts (flange / housing / bracket)

3. Mekanisme Kerja

Image

Image

Image

Saat bolt dikencangkan menggunakan torque wrench, bolt mengalami gaya tarik sepanjang sumbu bolt. Gaya tarik ini menghasilkan gaya jepit (clamping force) yang menekan komponen yang disambungkan.

Selama gaya eksternal yang bekerja pada sambungan lebih kecil dari gaya jepit ini, sambungan akan tetap stabil tanpa terjadi slip atau pergerakan antar komponen.

Preload bolt yang tepat memastikan sambungan mampu menahan beban dinamis, getaran, dan perubahan temperatur selama operasi.

4. Formula Utama

Hubungan antara torque dan preload bolt dapat diperkirakan dengan:

T=KFDT = KFD

Dimana:

  • (T) = tightening torque (Nm)
  • (K) = nut factor (koefisien gesekan)
  • (F) = preload force (N)
  • (D) = diameter bolt (m)

Nilai nut factor (K) biasanya berkisar 0.18 – 0.25 tergantung kondisi pelumasan ulir.

5. Contoh Calculation

Diketahui:

Diameter bolt (D) = 20 mm = 0.02 m Preload (F) = 40 kN = 40000 N Nut factor (K) = 0.2

Perhitungan torque:

T=0.2×40000×0.02T = 0.2 \times 40000 \times 0.02
T=160,NmT = 160 , Nm

Interpretasi:

Bolt harus dikencangkan dengan torque sekitar 160 Nm untuk menghasilkan preload yang diinginkan.

6. Failure Mode

Kerusakan bolt yang sering terjadi:

  • bolt yielding
  • bolt fatigue
  • thread stripping
  • bolt loosening

Kegagalan ini sering berkaitan dengan preload yang tidak tepat atau getaran operasi.

7. Insight Maintenance

  • preload terlalu kecil dapat menyebabkan bolt longgar akibat getaran
  • pelumasan ulir mempengaruhi nilai nut factor
  • gunakan torque wrench saat instalasi bolt
  • inspeksi periodik penting pada sambungan yang mengalami beban dinamis

Flange Bolting Principles

1. Problem di Lapangan

Sambungan flange digunakan secara luas pada sistem piping, casing pompa, dan pressure vessel. Jika distribusi preload pada bolt tidak merata, tekanan pada gasket menjadi tidak seragam. Kondisi ini dapat menyebabkan kebocoran fluida, terutama pada sistem dengan tekanan atau temperatur tinggi. Oleh karena itu pengencangan bolt pada flange harus dilakukan dengan metode yang benar.

2. Komponen

Komponen utama dalam sambungan flange:

  • flange
  • gasket
  • bolt
  • nut

3. Mekanisme Kerja

Image

Image

Image

Pada sambungan flange, bolt menghasilkan gaya jepit (clamping force) yang menekan gasket di antara dua flange. Tekanan ini menyebabkan gasket mengalami deformasi elastis dan mengisi celah mikro pada permukaan flange.

Tekanan gasket yang cukup akan membentuk seal yang mampu menahan tekanan fluida di dalam sistem. Jika gaya jepit tidak merata atau terlalu kecil, sebagian area gasket dapat kehilangan tekanan dan menyebabkan kebocoran.

Distribusi gaya jepit sangat dipengaruhi oleh urutan pengencangan bolt serta nilai torque yang diterapkan.

4. Formula Utama

Tekanan pada gasket dapat diperkirakan dengan:

P=FAP = \frac{F}{A}

Dimana:

  • (P) = tekanan pada gasket
  • (F) = total gaya bolt (N)
  • (A) = luas area gasket

Semakin besar gaya bolt, semakin besar tekanan yang bekerja pada gasket.

5. Contoh Calculation

Misalkan:

Total gaya bolt (F) = 120000 N Area gasket (A) = 0.03 m²

Perhitungan tekanan gasket:

P=1200000.03P = \frac{120000}{0.03}
P=4,000,000,PaP = 4,000,000 , Pa
P=4,MPaP = 4 , MPa

Interpretasi:

Tekanan pada gasket sekitar 4 MPa, cukup untuk membantu pembentukan sealing pada banyak aplikasi industri.

6. Failure Mode

Masalah yang sering terjadi pada sambungan flange:

  • gasket leakage
  • bolt loosening
  • uneven bolt load
  • flange deformation

Kerusakan ini biasanya disebabkan oleh preload bolt yang tidak merata atau prosedur tightening yang tidak benar.

7. Insight Maintenance

  • gunakan cross tightening pattern saat mengencangkan bolt flange
  • torque harus diterapkan secara bertahap dan berurutan
  • gunakan torque wrench atau hydraulic tensioner untuk aplikasi kritis
  • gasket harus dipilih sesuai tekanan dan temperatur operasi

Belt Drive Power Transmission

1. Problem di Lapangan

Belt drive banyak digunakan pada fan, blower, conveyor, dan beberapa sistem pompa industri. Jika tegangan belt tidak tepat, belt dapat mengalami slip pada pulley sehingga daya tidak dapat ditransmisikan secara efektif. Sebaliknya jika belt terlalu kencang, beban radial pada shaft dan bearing meningkat sehingga mempercepat keausan komponen.

2. Komponen

Komponen utama dalam sistem belt drive:

  • driver pulley
  • driven pulley
  • belt
  • shaft

3. Mekanisme Kerja

Image

Image

Image

Pada sistem belt drive, motor memutar driver pulley yang kemudian menggerakkan driven pulley melalui belt. Selama operasi terdapat dua sisi tegangan pada belt:

  • T₁ (tight side) → sisi belt dengan tegangan lebih besar
  • T₂ (slack side) → sisi belt dengan tegangan lebih kecil

Perbedaan tegangan antara kedua sisi ini menghasilkan gaya yang mentransmisikan daya dari pulley penggerak ke pulley yang digerakkan.

Gesekan antara belt dan permukaan pulley memungkinkan transmisi daya tanpa slip selama tegangan belt cukup.

4. Formula Utama

Daya yang ditransmisikan oleh belt dapat dihitung dengan:

P=(T1−T2)vP = (T_1 - T_2)v

Dimana:

  • (P) = daya yang ditransmisikan (W)
  • (T_1) = tegangan sisi kencang (N)
  • (T_2) = tegangan sisi kendur (N)
  • (v) = kecepatan belt (m/s)

Semakin besar selisih tegangan (T_1 - T_2), semakin besar daya yang dapat ditransmisikan.

5. Contoh Calculation

Misalkan:

Tegangan sisi kencang (T_1) = 900 N Tegangan sisi kendur (T_2) = 300 N Kecepatan belt (v) = 6 m/s

Perhitungan daya:

P=(900−300)×6P = (900 - 300) \times 6
P=3600,WP = 3600 , W
P=3.6,kWP = 3.6 , kW

Interpretasi:

Sistem belt tersebut mampu mentransmisikan daya sekitar 3.6 kW.

6. Failure Mode

Kerusakan yang sering terjadi pada sistem belt drive:

  • belt slip
  • belt wear
  • belt cracking
  • pulley misalignment

Kerusakan ini biasanya disebabkan oleh tegangan belt yang tidak tepat atau alignment pulley yang buruk.

7. Insight Maintenance

  • tegangan belt harus sesuai rekomendasi manufacturer
  • pulley alignment sangat mempengaruhi umur belt
  • belt yang terlalu kencang dapat meningkatkan beban pada bearing
  • inspeksi periodik penting untuk mendeteksi retak atau keausan belt

Chain Drive Fundamentals

1. Problem di Lapangan

Chain drive digunakan pada sistem yang memerlukan transmisi daya tanpa slip, seperti conveyor, bucket elevator, dan beberapa drive industri. Jika pelumasan tidak memadai atau alignment sprocket buruk, chain dapat mengalami keausan cepat dan elongation. Kondisi ini dapat menyebabkan getaran, noise, dan bahkan putusnya chain selama operasi.

2. Komponen

Komponen utama dalam sistem chain drive:

  • drive sprocket
  • driven sprocket
  • chain
  • shaft

3. Mekanisme Kerja

Image

Image

Chain drive mentransmisikan daya melalui interaksi mekanis antara link chain dan gigi sprocket. Ketika drive sprocket berputar, gigi sprocket menarik chain sehingga chain bergerak dan memutar driven sprocket.

Berbeda dengan belt drive, transmisi daya pada chain drive tidak bergantung pada gesekan, melainkan pada keterlibatan langsung antara chain dan sprocket. Oleh karena itu chain drive tidak mengalami slip selama operasi normal.

Namun karena adanya kontak logam antara pin, roller, dan sprocket, pelumasan yang baik sangat penting untuk mengurangi keausan.

4. Formula Utama

Hubungan kecepatan antara sprocket penggerak dan yang digerakkan:

n1n2=z2z1\frac{n_1}{n_2} = \frac{z_2}{z_1}

Dimana:

  • (n_1) = kecepatan sprocket penggerak (rpm)
  • (n_2) = kecepatan sprocket yang digerakkan (rpm)
  • (z_1) = jumlah gigi sprocket penggerak
  • (z_2) = jumlah gigi sprocket yang digerakkan

Rasio jumlah gigi sprocket menentukan rasio transmisi kecepatan.

5. Contoh Calculation

Misalkan:

Sprocket penggerak memiliki 20 gigi Sprocket yang digerakkan memiliki 40 gigi

Perhitungan rasio kecepatan:

n1n2=4020\frac{n_1}{n_2} = \frac{40}{20}
n1n2=2\frac{n_1}{n_2} = 2

Interpretasi:

Kecepatan sprocket kedua adalah setengah dari kecepatan sprocket penggerak, sementara torsi meningkat dua kali lipat.

6. Failure Mode

Masalah yang sering terjadi pada sistem chain drive:

  • chain elongation
  • sprocket wear
  • chain breakage
  • poor lubrication

Kerusakan ini biasanya berkaitan dengan pelumasan yang tidak memadai atau tegangan chain yang tidak tepat.

7. Insight Maintenance

  • pelumasan chain sangat penting untuk mengurangi keausan pin dan roller
  • chain tension harus dijaga agar tidak terlalu longgar maupun terlalu kencang
  • sprocket alignment mempengaruhi umur chain
  • inspeksi periodik dapat mendeteksi elongation chain sebelum terjadi kegagalan

Catatan Penyusunan Artikel ini disusun sebagai materi edukasi dan referensi umum berdasarkan berbagai sumber pustaka, praktik lapangan, serta bantuan alat penulisan. Pembaca disarankan untuk melakukan verifikasi lanjutan dan penyesuaian sesuai dengan kondisi serta kebutuhan masing-masing sistem.