Abstrak — Dalam  dunia  industri  sering  ditemukan  suku  cadang yang  mengalami  gaya  gesek  statis  dan  kinetis.  Perubahan  gaya gesek dari statis ke kinetis disebut stick-slip friction . Pada daerah terjadinya stick-slip  friction ,  dampak  gaya  gesek  yang  terjadi mempunyai nilai yang paling besar, sehingga fenomena stick-slip friction ini cukup  berpengaruh terhadap umur  pakai  dari suatu material.  tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengkaji hubungan  variasi  pembebanan  terhadap  keausan  material  dan nilai  koefisien  gesek  saat  terjadi  fenomena stick-slip  friction dengan  menggunakan  material  pin  baja  ST-41  yang  secara umum  lebih  mudah  ditemukan  di  pasaran  agar  dapat bermanfaat  secara  lebih  luas.  Metode  yang  dilakukan  adalah pengujian  eksperimantal  menggunakan  tribometer  tipe pin-on plate. Dari  hasil  penelitian  ini  didapatkan  semakin  besar pembebanan  maka  semakin  besar  keausan  yang  ditimbulkan oleh  gesekan stick-slip .  Selisih  kedalaman  titik  gesekan stick-slip dan titik gesekan sliding pada pembebanan 20 N sebesar 39,5 μm lebih  kecil  daripada  pembebanan  30  N  sebesar  40,5  μm,  30  N lebih kecil daripada 40 N sebesar 73 μm. Sehingga dapat ditarik kesimpulan  bahwa  semakin  besar  pembebanan  maka  semakin besar  keausan  yang  ditimbulkan  oleh  gesekan stick-slip. Nilai koefisien  gesek  pada  area stick-slip dengan  pembebanan  20  N sebesar 3.064677686, 30 N sebesar 2.624380797 dan 40 N sebesar 1.552499331  cenderung  menurun  seiring  dengan  meningkatnya besar pembebanan.
Kata  Kunci — koefisien  gesek,  Pengujian  tribometer, stick-slip friction, sliding friction .

## I. PENDAHULUAN
RIBOLOGY  adalah  salah  satu  ilmu  terapan  di  bidang Teknik  mesin  yang  mempelajari  gesekan,  keausan  dan pelumasan, memberikan kontribusi dalam upaya meminimalkan  keausan  akibat  kontak  antara  dua  permukaan, sehingga dapat diterapkan di industri untuk menganalisa kasus kegagalan atau kerusakan pada komponen mesin
Salah  satu  fenomena  yang  terjadi  dalam  bidang  pemesinan adalah fenomena kontak antar komponen. Kontak yang terjadi antar  komponen  bisa  berupa static  contact , rolling  contact, atau sliding  contact. Kontak  mekanik  ( contact  mechanics ) merupakan  hal  yang  penting,  karena  dapat  mempelajari bagaimana struktur topografi permukaan ( asperity) mengalami deformasi.
Gaya  yang  ditimbulkan  oleh  dua  benda  yang  bergesekan dan  arahnya  berlawanan  disebut  dengan  gaya  gesek.  Gaya gesek  atau friction yang  terjadi  pada  benda  padat  terdiri  dari dua jenis, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Jika benda  yang  mengalami  kontak  tidak  mengalami  pergerakan,
maka  gesekannya  disebut  dengan  gesekan  statis.  Jika  gaya yang  dikerjakan  cukup  untuk  menggerakkan  benda,  maka gerakannya  disebut  dengan  gaya  kinetis  [1].  Namun,  gesekan dapat  saja  mempunyai  gabungan  antara  statis  dan  kinetis sehingga  dampak  yang  terjadi  pada  keausan  menjadi  sangat besar [2]. Gesekan tersebut adalah stick-slip friction . Stick-slip friction juga  terjadi  ketika  gerakan  suatu  benda  mencapai kecepatan nol atau diam seketika kemudian bergerak kembali. Fenomena tersebut dapat kita jumpai pada ring piston dengan silinder ruang bakar, pintu geser dengan permukaan tanah, rel tinta  printer,  dan  rel  mesin  cnc.  Oleh  karena  itu  penulis melakukan  riset  ini  agar  hasilnya  dapat  diterapkan  sebagai acuan  ketika  mendisain  komponen  yang  mengalami  gesekan stick-slip
Penelitian  kali  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  koefisien gesek  dan  fenomena stick-slip dari  sebuah  kontak  material yang  akan  digunakan  pada tribometer  reciprocating  pin  on plate .    Pengujian  dilakukan  dengan  cara  menjalankan  alat tribometer sejauh  1440  m  dengan  beban  20  N,  30  N,  40  N yang direkam dengan kamera, lalu memplot profil lintasan aus dengan  bantuan dial  indicator dengan  cara  menggambil kedalaman  aus  sepanjang  lintasan  dengan  jarak  tiap  titik pengukuran  sebesar  1  mm,  kemudian  membandingkan keausan  daerah stick-slip dengan sliding menggunakan  rasio kedalaman,  kemudian  menganalisa  efeknya.  Kemudian mencari  nilai  koefisien  gesek  dengan  mengekstrak  video rekaman  alat tribometer .  Melalui  penelitian  ini  kita  dapat mengetahui  nilai  koefisien  gesek  dan  fenomena  yang  terjadi pada daerah stick-slip .
Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Ruben [3] digunakan  material  uji steel ST-37  dengan acrylic, namun pada penelitian ini menggunakan materian steel ST-41 karena material  ini  mudah  didapat,  banyak  digunakan  di  dunia industri, rumah tangga dan alat kesehatan sehingga dirahapkan openelitian ini dapat berguna dengan lebih luas.

## II. METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  melalui  beberapa  langkah  kerja sebagai  studi  eksperimental.  Awalnya  melakukan  persiapan spesimen,  yaitu  membuat  pin  yang  terbuat  dari  baja  ST-41 berbentuk setengah bola dan spesimen plate akrilik. Penelitian dilakukan dengan menggunakan alat uji tribometer tipe Pin on Plate.  Pin  diletakkan  diatas  plate  yang  bergerak  secara reciprocating  dengan  menggunakan  cylinder  pneumatic.  Pada penelitian ini digunakan kecepatan sliding sebesar 0,1 m/s dan jarak  lintasan  sliding  sejauh  1440  m  Variasi  yang  diberikan

## Studi Eksperimental Kedalaman Aus dan Koefisien Gesek Akibat

## Stick - Slip pada Reciprocating Wear
Rahmat Raja Barita Siregar dan Yusuf Kaelani Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : y_kaelani@me.its.ac.id
T
berupa  pembebanan  sebesar  20  N,  30N,  40  N.  Kondisi  yang diberikan  yaitu  kontak  dua  material  yang  tidak  diberi pelumasan  atau dry  sliding .  Keausan  dilihat  dari  perubahan kedalaman  plate  yang  terjadi  pada  lintasan  gesek  antara  pin dengan  plate.  Perubahan  kedalaman  plate  didapatkan  dengan menggunakan  dial  indicator  yang  ujung  jarumnya  telah dimodifikasi menjadi lebih kecil. Pada saat pengujian direkam menggunakan  kamera  video  yang  kemudian  di  ekstrak menggunakan  software  kinovea  untuk  mendapatkan  data perubahan  waktu  dan  tekanan  pneumatic  pada  setiap  titik dengan  jarak  tiap  titik  sebesar  1  mm.  Berikutnya  mulai menghitung  nilai  koefisien  gesek  pada  setiap  titik  dengan menggunakan rumus seperti persamaan dibawah ini:
∑F = m.a (1) Keterangan (satuan) : ∑F = resultan gaya (Kg m/s 2 )
m = Massa Benda (Kg)
a = percepatan (m/s 2 )
Gambar 1. Free Body Diagram suatu benda. ∑F = m.a F – f 1 – f 2 = m . a µ =( F - ( m . a ) ) / N                       (2) dimana : F = µ . N f 2 diasumsikan 0

## III. HASIL DAN DISKUSI

## A. Analisa koefisien gesek
Hasil perhitungan data kecepatan, percepatan, dan koefisien gesek  yang  sudah  dilakukan  kemudian  akan  dianalisa  ke dalam  bentuk  grafik  untuk  dapat  dilihat  perbandingan  antara tiap pembebanan dan yang berbeda-beda. Dari grafik tersebut dapat dilakukan analisa perbandingan antara teori dengan hasil eksperimen. Grafik fungsi µ terhadap jarak pada pembebanan 20N, 30N, 40N dengan grafik di tunjukan pada Gambar 2.
Gambar 2. hubungan koefisien gesek vs jarak.
Grafik pada gambar 2 merupakan grafik yang menbandingkan besar koefisien gesek pada setiap titik dengan pembebanan  20N,  30N,  40N.  pada trendline warna  biru menunjukan  hubungan  antara  besar  koefisien  gesek  dengan
posisi  untuk  pembebanan  20N,  kemudian trendline  berwarna oranye  menunjukan  hubungan  antara  besar  koefisien  gesek dengan  posisi  untuk  pembebanan  30N,  lalu trendline warna abu-abu  menunjukan  hubungan  antara  besar  koefisien  gesek dengan  posisi  untuk  pembebanan  40N.  Pada  grafik  tersebut ditampilkan  besarnya  koefisien  gesek  sebagai  sumbu  vertikal dan besar perubahan posisi dengan satuan mm sebagai sumbu horizontal. Pada grafik tersebut, dibandingkan harga koefisien gesek dari 133 titik yang berbeda.
Pada  grafik  koefisien  gesek  dengan  pembebanan  20N terlihat  bahwa  koefisien  gesek  pada  titik  0  sebesar  2.32566 mengalami  kenaikan  secara  tajam  hingga  titik  4  sebesar 3,17884  kemudian  pada  titik  6  hingga  titik  24  nilai  koefisien gesek naik dan turun secara tidak beraturan lalu naik dan turun secara  konstan  hingga  titik  41.  Pada  titik  42  hingga  titik  107 kembali  mengalami  kenaikan  dan  penurunan  nilai  koefisien gesek  secara  tidak  teratur  lalu  sempat  teratur  kembali  hingga titik  116  sebelum  kembali  menjadi  tidak  teratur  hingga  titik 123, dan pergerakan  kenaikan dan penurunan  koefisien  gesek kembali terjadi hingga titik 133.
Pada  grafik  koefisien  gesek  dengan  pembebanan  30N terlihat bahwa pada titik 0 hingga titik 25 nilai koefisien gesek naik  dan  turun  secara  tidak  beraturan  kemudian  perubahan nilai  koefisien  gesek  cenderung  teratur  hingga  titik  52.  Pada titik  56  hingga  105  nilai  koefisien  gesek  kembali  naik  dan turun  secara  tidak  beraturan,  setelah  itu  cenderung  teratur hingga titik 133
Pada  grafik  koefisien  gesek  dengan  pembebanan  40N terlihat bahwa dari titik 0 hingga titik 10 nilain koefisien gesek naik  dan  turun  secara  perlahan  kemudian  grafik  mulai  naik dan  turun  secara  drastis  hingga  titik  33  dan  kembali  berubah secara perlahan hingga titik 45. Pada titik 46 hingga 66 grafik kembali  mengalami  kenaikan  dan  penurunan  yang  drastic kemudian  cenderung  turun  secara  perlahan  hingga  titik  79. Pada  titik  80  sampai  87  grafik  sempat  naik  dan  turun  secara tajam  sebelum  kembali  turun  secara  perlahan  hingga  titik  96. Antara  titik  96  dan  115  nilai  koefisien  gesek  naik  dan  turun secara  tajam  sebelum  kembali  perlahan  menurun  hingga  titik 123,  kemudian  naik  dan  turun  secara  tajam  kembali  hingga titik 133.

## B. Analisa kedalaman aus
Pengujian kedalaman aus dilakukan dengan cara menggesekan  Steel  ST41  dengan  Acrylic  secara  bolak  balik dan  tanpa  pelumasan  kemudian  lintasan  gesek  diukur  dengan menggunakan  dial  indicator.  Hasil  dari  pengujian  kedalaman aus pada Steel ST41 dan acrylic tanpa menggunakan pelumas (Dry  Sliding)  disajikan  dalam  bentuk  diagram  kedalaman  vs posisi seperti dapat dilihat pada Gambar 3 - 5 berikut ini:
Gambar 3. hubungan kedalaman vs posisi pada pembebanan 20 N.
Pada  gambar  3  kedalaman  aus  yang  terjadi  pada  akibat pengujian  dengan  pembebanan  20  N  cenderung  fluktuatif. Pada titik 0-12 kedalaman aus cenderung menurun drastis dari - 14  μm  hingga - 19  μm  kemudian  kedalaman  aus  cenderung stabil  hingga  titik  39  dan  kedalaman  aus  kembali  naik perlahan  pada  titik  39 – 47. Pada  titik  47-59  terjadi  kenaikan kedalaman  yang  cukup  drastis  dari  - 50  μm  hingga - 44  μm kemudian  terus  naik  secara  perlahan  hingga  titik  89  dengan kedalaman aus sebesar - 30 μm lalu kembali naik dengan tajam hingga  kedalaman  - 29,5 μm pada titik 90. Grafik naik secara perlahan  pada  titik  90 – 105 dengan  kedalaman  aus  sebesar  - 29,5 μm hingga - 17 μm, kemudian grafik kembali turun secara perlahan hingga titik 133 sebesar - 25 μm.
Gambar 4. hubungan kedalaman vs posisi pada pembebanan 30 N.
Pada Gambar 4 diatas terlihat kedalaman aus yang terjadi pada akibat  pengujian  dengan  pembebanan  30  N  cenderung fluktuatif. Pada titik 0 sebesar -14 μm sampai 4 sebesar - 34 μm kedalaman aus menurun dengan tajam, diikuti dengan kenaikan yang tajam pada titik 4 sampai 6 sebesar - 20 μm. Pada titik 6 -9 kedalaman  turun  dengan  tajam  hingga  - 31  μm  kemudian  naik secara perlahan hingga titik 34 sebesar - 16 μm. pada titik 34 -65 kedalaman menurun secara perlahan hingga - 42 μm. titik 70 -108 terjadi  kenaikan  secara  perlahan  hingga  - 21,5  μm  diikutin dengan  kenaikan  drastic  hingga  titik  109  sebesar  - 10,5  μm, dilanjutkan  dengan  penurunan  secara  drastis  hingga  titik  113 sebesar - 25,5 μm. pada titik 113 -133 grafik mengalami kenaikan secara perlahan hingga kedalaman - 1,5 μm
Gambar 5. hubungan kedalaman vs posisi pada pembebanan 40 N.
Pada  gambar  5.  diatas  terlihat  kedalaman  aus  yang  terjadi pada  akibat  pengujian  dengan  pembebanan  40  N  cenderung fluktuatif.  Pada  titik  0  sebesar  -10 μm mengalami  penurunan secara  drastis  hingga  titik  2  sebesar  -61 μm kemudian  turun secara  perlahan  hingga  titik  13  sebesar  -76,5 μm kemudian naik  kembali  secara  perlahan  hingga  titik  24  sebesar  -49 μm lalu turun secara tajam hingga titik 28 sebesar -67,5 μm . pada titik  28 – 50  terjadi  kenaikan  grafik  secara  perlahan  hingga kedalaman  -23 μm lalu turun kembali  secara perlahan  hingga titik  69  sebesar  -46 μm ,  kemudian  terjadi  kenaikan  secara tajam hingga titik 71 sebesar -28 μm . pada titik 71 hingga 107 terjadi penurunan secara perlahan sebesar -54,5 μm , kemudian naik  secara  perlahan  hingga  titik  118  sebesar  -41 μm .  pada titik 118 hingga 130 terjadi penurunan secara perlahan sebesar -47,5 μm ,  dilanjutkan  dengan  kenaikan  secara  drastis  hingga titik 133 sebesar -3,5 μm .
C. Analisa efek stick-slip terhadap perubahan pembebanan
Efek  keausan  akibat  gesekan stick-slip terhadap  gesekan sliding didapatkan  dari  selisih  kedalaman  titik  gesekan  stick- slip terdalam dengan titik gesekan sliding, seperti dapat dilihat pada tabel 1. dibawah:
Tabel 1. Tabel efek keausan 20N 30N 40N titik gesekan stick - slip ( μm) -53.5 -42 -76.5 titik gesekan sliding ( μm) -14 -1.5 -3.5 selisih kedalaman -39.5 -40.5 -73
Pada tabel diatas dapat dilihat bahwa selisih kedalaman titik gesekan stick-slip dan  titik  gesekan sliding pada  pembebanan 20 N lebih kecil daripada pembebanan 30 N, 30 N lebih kecil daripada  40  N.  sehingga  dapat  ditarik  kesimpulan  bahwa semakin  besar  pembebanan  maka  besar  keausan  yang ditimbulkan oleh gesekan stick-slip semakin besar.
Nilai koefisien gesek pada daerah stick-slip didapatkan dari rata-rata  nilai  koefisien  gesek  pada  titik  gesekan  stick-slip. Pengaruh  perubahan  beban  pada  nilai  koefisien  gesek  daerah stick-slip dapat dilihat pada gambar 6. dibawah:
Gambar 6. hubungan koefisien gesek pada daerah stick-slip.
Pada  gambar  6  diatas  dapat  dilihat  bahwa  nilai  koefisien gesek daerah stick-slip pada pembebanan 20 N lebih besar dari 30  N,  dan  nilai  koefisien  gesek  daerah  stick-slip  pada pembebanan  30  N  lebih  besar  daripada  pembebanan  40  N. Sehingga dapat disimpulkan bahwa nilai koefisien gesek pada daerah stick-slip akan semakin berkurang seiring bertambahnya besar pembebanan. Hal ini tidak sesuai dengan penelitian  Yoon  et  al  [4]  yang  menjelaskan  bahwa  semakin besar  pembebanan  maka  nilai  koefisien  gesek  akan  semakin besar,  ketidak  sesuaian  ini  mungkin  disebabkan  oleh perbedaan  tipe  alat  tribometer, sliding  speed ,  besar pembebanan yang diberikan, serta material yang digesekan.
Gambar 7. hubungan koefisien gesek pada daerah stick-slip dengan sliding.
Nilai  koefisien  gesek  pada  daerah stick-slip dan sliding didapatkan  dari  rata-rata  nilai  koefisien  gesek  pada  titik gesekan stick-slip dan sliding .  Pengaruh  perubahan  beban
pada  nilai  koefisien  gesek  daerah stick-slip dibandingkan dengan sliding dapat dilihat pada gambar 7 diatas:
Pada gambar 7 diatas dapat dilihat bahwa nilai koefisien gesek daerah stick-slip pada  pembebanan  20  N  sebesar  3,06  lebih besar dari daerah sliding sebesar 2,92 dengan selisih koefisien gesek sebesar 0.1418. sedangkan pada pembebanan 30 N nilai koefisien gesek stick-slip sebesar 2,62 dan sliding sebesar 2,59 dengan selisih koefisien gesek sebesar 0.0317 yang lebih kecil daripada  pembebanan  20N.  Pada  pembebanan  40N  nilai koefisien gesek daerah stick-slip dengan nilai 1,55 lebih kecil dibandingan  dengan  koefisien  gesek  sliding  sebesar  1,97 dengan  selisih  -0.4213.  Sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa perbandingan  nilai  koefisien  gesek  pada  daerah stick-slip dengan sliding akan semakin berkurang seiring bertambahnya besar pembebanan.

## IV. KESIMPULAN
Kesimpulan  yang  dapat  diambil  dari  penelitian  ini adalah sebagai berikut.
1. Selisih kedalaman titik gesekan stick-slip dan titik gesekan sliding pada  pembebanan  20  N  sebesar  39,5  μm    lebih kecil  daripada  pembebanan  30  N  sebesar  40,5  μm,  30  N lebih kecil daripada 40 N sebesar 73 μm. Sehingga dapat ditarik  kesimpulan  bahwa  semakin  besar  pembebanan maka  semakin  besar  keausan  yang  ditimbulkan  oleh gesekan stick-slip
2. Nilai  koefisien  gesek  pada  area stick-slip dengan pembebanan  20  N  sebesar  3.064677686,  30  N  sebesar 2.624380797  dan  40  N  sebesar  1.552499331  cenderung menurun seiring dengan meningkatnya besar pembebanan

## DAFTAR PUSTAKA
[1] B.  Bhushan, Introduction  to  Tribology .  New  York:  John  Wiley  & Sons Inc, 2013. [2]
D.  W.  Lee, Stick-slip  Friction  and  Wear  of  Articular  Joints . California, 2012.
[3] R. Simatupang, “ Studi eksperimen analisa koefisien gesek pada saat terjadi  fenomena  stick-slip  friction  pada  reciprocating  contact, ” Surabaya, 2016.
[4] S. W. Yoon, M. W. Shin, W. G. Lee, and H. Jang, Effect of Surface
Contact  Conditions  on  the  Stick – Slip  Behavior  of  Brake  Friction Material . Amsterdam: Elsevier Science, 2012.