bab ii iii
DESCRIPTION
elemen mesinTRANSCRIPT
1TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada era modern seperti sekarang ini, bidang teknologi sangatlah penting
peranannya dalam berbagai hal. Dengan adanya teknologi yang baik, efisien dan efektif
maka akan mempermudah kegiatan kita sehari - hari. Salah satu alat yang dapat
digunakan untuk membantu kebutuhan sehari-hari adalah alat penggiling kopi. Pada
umumnya, penggilingan kopi dikerjakan secara tradisional, yaitu menggunakan tenaga
manusia. Kemudian mesin penggilingan kopi mengalami perkembangan yang
dikerjakan secara modern, yaitu menggunakan motor.
Mesin penggiling kopi yang dikerjakan secara modern memanfaatkan energi
mekanik yang dihasilkan dari putaran mesin (motor) untuk menggerakkan poros, dan
putaran tersebut ditransmisikan dengan menggunakan pulley-belt dan gear kemudian
putaran tersebut digunakan untuk menggerakkan pisau penghancur agar dapat
menghaluskan biji kopi menjadi tepung.
Berawal dari alasan tersebut, maka kami membuat suatu perencanaan mesin
penggiling kopi yang bertujuan agar diperoleh suatu mesin yang unggul dalam hal ini
umur pemakaian panjang (awet), dapat bekerja dengan baik dan dioperasikan dengan
mudah serta memiliki harga yang tidak terlalu mahal dan diharapkan dapat membantu
kebutuhan masyarakat untuk menggiling kopi.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalahnya yaitu:
a. Sistem transmisi apa yang bisa dipakai pada perencanaan mesin penggiling kopi?
b. Apa saja komponen dalam sistem transmisi yang digunakan dalam suatu
perancangan mesin?
2TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
1.3 Batasan Masalah
Disini kelompok kami akan merencanakan sistem transmisi pada penggiling kopi.
Perencanaan ini meliputi: Perencanaan spur gear, perencanaan poros, perencanaan
pasak, perencanaan bantalan, dan perencanaan belt dan pulley.
Jadi batasan masalah yang digunakan antara lain :
a. Putaran motor : 1350 rpm
b. Daya motor : 0,3 HP
c. Putaran akhir : 900 rpm
d. Hanya membahas transmisi dari poros penggerak ke motor penggiling
e. Hanya komponen-komponen yang akan direncanakan meliputi spur gear, poros,
pasak, bantalan, pulley dan belt.
1.4 Tujuan Perancangan
Perencanaan sistem transmisi reduksi yang kami lakukan mempunyai beberapa
tujuan, diantaranya:
a. Agar praktikan mampu memberikan gambaran secara umum mengenai sistem
transmisi khususnya pada mesin penggiling kopi.
b. Agar praktikan dapat membuat atau merencanakan perancangan mengenai spur gear,
belt, pulley, shaft dan bearing.
1.5 Manfaat Perancangan
a. Dapat memberikan gambaran secara umum mengenai sistem transmisi khususnya
pada mesin penggiling kopi.
b. Dapat digunakan sebagai referensi pengembangan perancangan mesin penggiling
kopi
3TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gear (Roda Gigi)
Gear adalah sebutan untuk roda gigi yang bekerja pada suatu mesin yang
fungsinya adalah untuk mentransmisikan daya. Gear merupakan bagian mesin yang
bentuk sederhananya bergerigi, dapat berputar dan biasanya terhubung dengan gear lain
untuk mengirimkan torsi. Dua buah gear atau lebih yang bekerja bersama-sama akan
menghasilkan tenaga mekanis melalui perputarannya merupakan definisi sederhana dari
mesin.
2.1.1 Macam – Macam Roda Gigi
1. Roda Gigi dengan Poros Sejajar
Roda gigi dengan poros sejajar adalah roda gigi dimana giginya berjajar pada
bidang silinder/poros yang kedua bidang silinder tersebut bersinggungan dan yang
satu menggelinding pada yang lain dengan sumbu sejajar/lurus. Roda gigi dengan
poros sejajar dibedakan menjadi:
a) Roda Gigi Lurus (Spurs Gear)
Merupakan roda gigi paling dasar dengan jalur roda gigi sejajar poros.
Kelebihan : - Pembuatan mudah
- Memiliki perbandingan kecepatan yang konstan
Kekurangan : - Memiliki tingkat kebisingan yang tinggi ketika dijalankan
pada kecepatan tinggi
Gambar 2.1 Roda gigi lurusSumber : Khurmi, R.S (2005 : 1026)
4
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
b) Roda Gigi Miring (Helical Gear)
Roda gigi miring mempunyai jalur gigi yang membentuk ulir pada silinder
jarak bagi. Pada roda gigi miring ini, jumlah pasangan gigi yang saling membuat
kontak serentak (disebut perbandingan kontak) adalah lebih besar dari pada roda
gigi lurus, sehinggga perpindahan momen atau putaran melalui gigi – gigi tersebut
dapat berlangsung dengan halus. Sifat ini sangat baik untuk mentransmisikan
putaran tinggi dan beban besar. Namun, roda gigi miring memerlukan bantalan
aksial dan kotak roda gigi yang besar dan kokoh, karena jalur gigi yang terbentuk
ulir tersebut menimbulkan gaya reaksi yang sejajar dengan poros.
Kelebihan : - Kemungkinan selip kecil
- Dapat mentransmisikan beban berat
- Tidak sebising roda gigi lurus
Kekurangan : - Memerlukan bantalan aksial kokoh
- Pengerjaan rumit
Gambar 2.2 Roda gigi miringSumber : Khurmi, R.S (2005 : 1074)
c) Roda Gigi Miring Ganda
Gaya aksial yang ditimbulkan pada gigi membentuk alur berbentuk V
tersebut akan saling meniadakan. Dengan roda gigi ini, perbandingan reduksi,
kecepatan keliling dan daya yang diteruskan dapat diperbesar tetapi
pembuatannya sukar.
Kelebihan : - Kemungkinan selip kecil
- Dapat mentransmisikan daya yang besar
Kekurangan : - Pembuatannya sukar
5
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Gambar 2.3 Roda gigi miring gandaSumber : Khurmi, R.S (2005 : 1071)
d) Roda Gigi Dalam dan Pinion
Roda gigi ini dipakai jika diingini alat transmisi dengan ukuran kecil
dengan perbandingan reduksi besar karena pinion terletak di dalam roda gigi.
Kelebihan : - Kemungkinan selip kecil
Kekurangan : - Kecepatan rendah
Gambar 2.4 Roda gigi dalam dan pinionSumber : L Mott, Robert (2004 : 327)
e) Roda Gigi dan Pinion
Merupakan dasar profil pahat pembuat gigi. Pasangan antara batang gigi
dan pinion digunakan untuk mengubah gerakan putar menjadi lurus atau
sebaliknya.
Kelebihan : - Mengubah gerakan putar menjadi lurus
- Pembuatan sederhana
Kekurangan : - Kemungkinan Selip
6
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Gambar 2.5 Roda gigi dan pinionSumber : L Mott, Robert (2004 : 328)
2. Roda Gigi dengan Poros Berpotongan
Pada roda gigi ini, poros roda gigi satu sama lain saling tegak lurus.
Misalnya poros roda gigi 1 porosnya vertikal sedangkan poros roda gigi 2 porosnya
horizontal. Ciri-ciri roda gigi miring adalah :
Arah gigi membentuk sudut terhadap sumbu poros.
Distribusi beban sepanjang garis kontak tidak uniform.
Kemampuan pembebanan lebih besar dari pada roda gigi lurus.
Gaya aksial lebih besar sehingga memerlukan bantalan aksial dan roda gigi
yang kokoh.
a. Roda Gigi Kerucut Lurus
Dengan gigi lurus adalah yang paling mudah dibuat dan paling sering
dipakai. Tetapi roda gigi ini sangat berisik karena perbandingan kontaknya yang
kecil juga konstruksinya tidak memungkinkan pemasangan bantalan pada kedua
ujung porosnya.
Kelebihan : - Pembuatannya mudah
Kekurangan : - Berisik
- Tidak dapat digunakan bantalan pada dua poros
Gambar 2.6 Roda gigi kerucut lurusSumber : L Mott, Robert (2004 : 334)
7
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
b. Roda Gigi Kerucut Spiral
Karena mempunyai perbandingan kontak yang besar, maka roda gigi ini
dapat meneruskan putaran tinggi dan beban besar. Sudut poros kedua roda gigi ini
biasanya dibuat 90o.
Kelebihan : - Dapat mentransmisikan putaran tinggi
- Meneruskan beban besar
Kekurangan : - Pembuatan rumit
Gambar 2.7 Roda gigi kerucut spiralSumber : L Mott, Robert (2004 : 334)
c. Roda Gigi Permukaan
Roda gigi ini sama halnya dengan roda gigi lurus yakni berisik karena
perbandingan kontak yang kecil. Roda gigi ini tidak cocok dipakai pada putaran
dan daya yang tinggi.
Kelebihan : - Pembuatan Mudah
Kekurangan : - Berisik
- Daya dan putaran rendah
Gambar 2.8 Roda Gigi PermukaanSumber : L Mott, Robert (2004 : 339)
8
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
3. Roda Gigi dengan Poros Silang
Roda gigi dengan poros silang adalah roda gigi yang porosnya saling
bersilangan antara roda gigi satu dengan yang lain. Kedua sumbu saling bersilang
dengan jarak sebesar α, biasanya sudut yang dibentuk sebesar 90o.
a. Roda Gigi Cacing Silindris
Roda gigi ini mempunyai gigi cacing berbentuk silinder. Kerjanya halus
dan hampir tanpa bunyi.
Kelebihan : - Reduksi besar
Kekurangan : - Pembuatan sulit
Gambar 2.9 Roda gigi cacing silindrisSumber : L Mott, Robert (2004 : 339)
b. Roda Gigi Gobloid (Cacing Gobloid)
Digunakan untuk gaya yang lebih besar karena perbandingan kontak yang
lebih besar.
Kelebihan : - Perbandingan lebih besar dari roda gigi cacing silindris
Kekurangan : - Pembuatan sulit
Gambar 2.10 Roda gigi cacing gobloidSumber : L Mott, Robert (2004 : 339)
9
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
c. Roda Gigi Hipoid
Roda gigi ini mempunyai jalur berbentuk spiral pada bidang kerucut yang
sumbunya bersilang. Pemindahan gaya pada permukaan gigi berlangsung secara
meluncur dan menggilinding.
Kelebihan : - Daya besar
- kemungkinan selip kecil
Kekurangan : - Pembuatan sulit
Gambar 2.11 Roda Gigi HipoidSumber : L Mott, Robert (2004 : 305)
2.1.2 Bagian- Bagian Roda Gigi
Gambar 2.12 Bagian-bagian dari roda gigi kerucut lurusSumber : L Mott, Robert (2004 : 309)
10
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
1. Lebar gigi (face width)
Kedalaman gigi diukur sejajar sumbunya.
2. Jarak bagi lingkar (circular pitch)
Jarak sepanjang lingkaran pitch antara profil dua gigi yang berdekatan atau
keliling lingkaran pitch dibagi dengan jumlah gigi.
3. Addendum
Jarak antara lingkaran kepala dengan lingkaran pitch dengan lingkaran pitch
diukur dalam arah radial.
4. Dedendum
Jarak antara lingkaran pitch dengan lingkaran kaki yang diukur dalam arah
radial.
5. Tebal gigi (tooth thickness)
Lebar gigi diukur sepanjang lingkaran pitch.
6. Kelonggaran (clearance)
Jarak radial dari ujung puncak sebuah gigi roda gigi yang satu ke bagian
dasar dari gigi roda gigi yang lain untuk suatu pasangan roda gigi.
7. Dedendum circle
Lingkaran kaki gigi yaitu lingkaran yang membatasi kaki gigi.
8. Clearance circle
Lingkaran yang bersinggungan dengan linkaran addendum dari gigi yang
berpasangan.
9. Bottom land
Permukaan bagian bawah gigi.
10. Sisi kaki (flank of tooth)
Permukaan gigi dibawah lingkaran pitch.
11. Sisi kepala (face of tooth)
Permukaan gigi diatas lingkaran pitch.
12. Lingkaran pitch (pitch circle)
Lingkaran khayal yang menggelinding tanpa terjadinya slip. Lingkaran ini
merupakan dasar untuk memberikan ukuran-ukuran gigi seperti tebal gigi, jarak
antara gigi, dan lain-lain.
13. Width of space
Tebal ruang antara roda gigi diukur sepanjang lingkaran pitch.
11
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
14. Outside circle
Lingkaran kepala gigi yaitu lingkaran yang membatasi gigi.
15. Puncak kepala (top land)
Permukaan dipuncak gigi.
2.1.3 Profil Roda Gigi
Untuk mendapatkan keadaan transmisi gerak dan daya yang baik, maka profil
gigi harus mempunyai bentuk yang teratur sehingga kontak gigi berlangsung dengan
mulus. Oleh karena itu profil gigi dibuat dengan bentuk geometris tertentu, agar
perbandingan kecepatan sudut antara pasangan roda gigi harus selalu sama. Agar
memenuhi hat tersebut dikenal 3 jenis konstruksi profil gigi, yaitu:
1. Konstruksi Kurva Evolvent
Adalah kurva yang dibentuk oleh sebuah titik yang terletak pada sebuah garis
lurus yang bergulir pada suatu silinder atau kurva yang dibentuk oleh satu titik pada
sebuah tali yang direntangkan dari suatu gulungan pada silinder.
Gambar 2.13 Konstruksi kurva evolventSumber : Khurmi, R.S (2005 : 1031)
Keuntungan kurva evolvent :
Pembuatan profil gigi mudah dan tepat, karena menggunakan sisi cutter (pisau
potong) yang lurus.
Ketepatan jarak sumbu roda gigi berpasangan tidak perlu presisi sekali.
Jika ada perubahan kepala gigi atau konstruksi gigi pada suatu pengkonstruksian
perubahan dapat dilakukan dengan cutter (pisau pemotong).
Dengan modul yang sama, walaupun jumlah giginya berbeda, maka pasangan
dapat dipertukarkan.
Arah dan tekanan profil gigi adalah sama.
12
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
2. Konstruksi Kurva Sikloida
Profil sikloida digunakan karena cara kerja sepasang roda gigi sikloida sama
seperti dua lingkaran yang saling menggelinding antara yang satu dengan-
pasangannya.
Gambar 2.14 Konstruksi kurva sikloidaSumber : Khurmi, R.S (2005 : 1029)
Kurva sikloida adalah kurva yang dibentuk oleh sebuah titik pada sebuah
lingkaran yang menggelinding pada sebuah jalur gelinding. Dari keadaan konstruksi
pasangan roda gigi, maka kurva sikloida dapat berupa:
a. Orthosikloida, lingkaran menggelinding pada jalur gelinding berupa garis lurus.
b. Episikloida, lingkaran menggelinding pada jalur gelinding berupa sisi luar
lingkaran.
c. Hiposikloida, lingkaran menggelinding pada jalur gelinding berupa sisi dalam
lingkaran.
Profil sikloida bekerja berpasangan dan dengan jarak sumbu yang presisi,
sehingga tidak dapat dipertukarkan dengan mudah, kecuali yang dibuat berpasangan
yang sama. Keuntungan penggunaan profil sikloida :
Mampu menerima beban yang lebih besar.
Keausan dan tekan yang terjadi lebih kecil.
Cocok digunakan untuk penggunaan presisi.
Jumlah gigi dapat dibuat lebih sedikit.
d
13
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
2.1.4 Rumus Perhitungan Perancangan Spur Gear1. Kecepatan garis jarak bagi (vl)
vl Dn /12 ft / min
(L Mott, Robert, 2004 : 336)
Dimana :
vl = Kecepatan garis jarak bagi (ft/min)
D = Diameter pinion (in)
N = Besar putaran pinion (rpm)
2. Rasio kecepatan (VR)
VR n P
DG N G (L Mott, Robert, 2004 : 337)
nG DP N P
Dimana :
nP = Putaran pinion (rpm)
nG = Putaran gear (rpm)
Dp = Diameter pinion (in)
Gp = Diameter gear (in)
NP = Jumlah gigi pinion
NG = Jumlah gigi gear
3. Mencari rasio roda gigi (mG)
m N GG N
(L Mott, Robert, 2004 : 337)P
4. Jarak bagi diametral (Pd)
P N GDG
N PDP
(L Mott, Robert, 2004 : 337)
5. Gaya tangensial (Wt)
Wt = 33000(P) / (vl) lb (L Mott, Robert, 2004 : 339)
Dimana :
P = Daya yang ditransmisikan pada pinion (HP)
6. Lebar muka nominal (F)
8 / Pd F 16 / (in) (L Mott, Robert, 2004 : 377)
7. Faktor distribusi beban (Km)
K m 1,0 C pf Cma
Dimana :
Cpf = factor proporsi pinion
Cma = factor kesejajaran antar gigi yang terkait
(L Mott, Robert, 2004 : 359)
s
s
t at
c ac
14
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
8. Jumlah siklus pembebanan perkiraan (Nc)
Nc = (60)(L)(n)(q) (L Mott, Robert, 2004 : 364)
Dimana :
L = umur rancangan (jam)
n = kecepatan putar roda gigi (rpm)
q = jumlah pemakaian beban per putaran
9. Angka tegangan lengkung (st)
Wt Pd st FJK o K s K m K B KV
(psi) (L Mott, Robert, 2004 : 357)
Dimana :
Ko = factor beban lebih untuk kekuatan lengkung
Ks = factor ukuran untuk kekuatan lengkung
KB = factor ketebalan bingkai
Kv = factor dinamis untuk kekuatan lengkung
10. Angka tegangan lengkung yang diinginkan (sat)
K R ( SF ) s '
YN
Dimana :
(psi) ( L Mott, Robert, 2004 : 367)
SF = Faktor keamanan
KR = Faktor keandalan
YN = Faktor siklus tegangan
11. Angka tegangan kontak (sc)
sc C W t K o K s K m K v
FD p I(psi) (L Mott, Robert, 2004 : 370)
Dimana :
Cp = Koefisien elastisitas bahan
I = Faktor geometri untuk cacat muka
12. Angka tegangan kontak izin (sac)
K R ( SF ) s '
Z N CH
Dimana :
(psi) (L Mott, Robert, 2004 : 374)
ZN = Faktor siklus tegangan untuk ketahanan cacat muka
CH = Faktor rasio kekerasan
15
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
2.2 Pulley
2.2.1 Definisi Pulley
Suatu alat yang digunakan untuk mentransmisikan daya dari satu poros ke
poros yang lainnya melalui perantara belt (sabuk) atau tali. Pulley dapat terbuat dari
besi cor, baja cor, baja tekan, kayu, dan kertas. Bahan material yang digunakan harus
memiliki koefsien gesek yang tinggi dan kemampupakaian yang baik (nilai keausan
rendah). Pulley yang dibuat dari baja press lebih ringan dibandingkan degan pulley cor,
tetapi dalam banyak kasus memiliki nilai koefisien gesek yang rendah dan dapat dengan
mudah aus.
a. Macam-macam pulley:
1. Pulley besi cor
2. Pulley baja
3. Pulley kayu
4. Pulley kertas
5. Pulley fat and loose
Tabel 2.1 Lebar standar pulley
Sumber: Khurmi, R.S . 2005:719
Rumus – rumus yang digunakan :
Untuk menghitung diameter pulley digunakan rumus berikut:
(L Mott, Robert, 2004 : 278)
Keterangan :
D : Diameter pulley (inch)
nmotor : Putaran poros (rpm)
16
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Ukuran diameter pulley standar disesuaikan dengan Gambar 2.15.
Gambar 2.15 Grafik pemilihan diameter standar pulleySumber : Mott, L (275,2004)
Putaran aktual pulley dapat dihitung dengan rumus berikut:
(L Mott, Robert, 2004 : 278) Keterangan:
Vb : Kecepatan belt (ft/menit)
Dstandar : Diameter standar pulley (inch)
naktual : Putaran poros aktual (rpm)
Perhitungan sudut kontak pulley kecil dapat dihitung dengan rumus berikut:
(L Mott, Robert, 2004 : 279)
Keterangan :
Θ1 : Sudut kontak antara pulley kecil dan belt (0)
D1 : Diameter pulley kecil (inch)
D2 : Diameter pulley besar (inch)
17
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
2.3 Belt (Sabuk)
2.3.1 Definisi sabuk atau belt
Belt (sabuk) atau rope (tali) digunakan untuk mentransmisikan daya dari
poros yang satu ke poros yang lain dengan memakai pulley yang berputar pada
kecepatan yang sama atau pada kecepatan yang berbeda. Besarnya daya yang
ditransmisikan tergantung pada faktor berikut :
1. Kecepatan belt.
2. Tarikan belt yang ditempatkan pada pulley.
3. Luas kontak antara belt dan pulley terkecil.
4. Kondisi belt yang digunakan.
Pemilihan belt yang akan dipasang pada pulley tergantung pada faktor
sebagai berikut :
1. Kecepatan poros penggerak dan poros yang digerakkan
2. Rasio kecepatan reduksi
3. Daya yang ditransmisikan
4. Jarak antara pusat poros
5. Layout poros
6. Ketersedian tempat
7. Kondisi pelayanan
2.3.2 Macam – macam sabuk
Jenis belt biasanya diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok sebagai berikut :
1. Light drives (penggerak ringan). Ini digunakan untuk mentransmisikan daya yang
lebih kecil pada kecepatan belt sampai 10 m/s seperti pada mesin pertanian dan
mesin perkakas ukuran kecil.
2. Medium drives (penggerak sedang). Ini digunakan untuk mentransmisikan daya yang
berukuran sedang pada kecepatan belt 10 m/s sampai 22 m/s seperti pada mesin
perkakas.
3. Heavy drives (penggerak besar). Ini digunakan untuk mentransmisikan daya yang
berukuran besar pada kecepatan belt di atas 22 m/s seperti pada mesin kompresor dan
generator.
18
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Ada tiga jenis belt ditinjau dari segi bentuknya adalah sebagai berikut :
1. Flat belt (belt datar). Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.16 (a) banyak digunakan
pada pabrik atau bengkel, dimana daya yang ditransmisikan berukuran sedang dari
pulley yang satu ke pulley yang lain ketika jarak dua pulley adalah tidak melebihi 8
meter.
Gambar 2.16 Jenis BeltSumber : Khurmi, R.S (719,2005)
2. V-Belt (belt bentuk V). Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.16 (b), adalah banyak
digunakan dalam pabrik dan bengkel dimana besarnya daya yang ditransmisikan
berukuran besar dari pulley yang satu ke pulley yang lain ketika jarak dua pulley
adalah sangat dekat.
3. Circular belt atau rope (belt bulat atau tali). Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.16
(c), adalah banyak digunakan dalam pabrik dan bengkel dimana besarnya daya
yang ditransmisikan berukuran besar dari pulley yang satu ke pulley yang lain
ketika jarak dua pulley adalah lebih dari 8 meter.
2.3.3 Dasar pemilihan material untuk sabuk
Material yang digunakan untuk belt dan tali harus kuat, fleksibel dan tahan
lama. Harus juga mempunyai koefisien gesek yang tinggi. Menurut material yang
digunakan belt dapat diklasifikasikan sesuai dengan yang terlihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Material belt dan density
Sumber: Khurmi, R.S . (2005:728)
19
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Tabel 2.3 menunjukkan nilai koefisien gesek untuk material belt dan
material pulley.
Tabel 2.3 Koefisien gesek antara belt dan pulley
Sumber : Khurmi, R.S . (2005:728)
Gaya-gaya yang bekerja pada sabuk :
Belt PQ dalam kesetimbangan di bawah gaya berikut
1. Tarikan T dalam belt pada P
2. Tarikan (T + δT) dalam belt pada Q
3. Reaksi normal RN
4. Gaya gesek F = μ × R , dimana μ = koefisien gesek antara belt dan pulley.N
Gambar 2.17 Diagram bebas belt dan pulleySumber : Khurmi, R.S (733,2005)
2.3.4 Tipe belt drives
1. Open belt drive (penggerak belt terbuka). Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4 belt
jenis ini digunakan dengan poros sejajar dan perputaran dalam arah yang sama.
Dalam kasus ini, penggerak A menarik belt dari satu sisi (yakni sisi RQ bawah) dan
20
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
meneruskan ke sisi lain (yakni sisi LM atas). Jadi tarikan pada sisi bawah akan lebih
besar dari pada sisi belt yang atas (karena tarikan kecil). Belt sisi bawah (karena
tarikan lebih) dinamakan tight side sedangkan belt sisi atas (karena tarikan kecil)
dinamakan slack side.
Gambar 2.18 Open belt driveSumber : Khurmi, R.S (739,2005)
2. Crossed atau twist belt drive (penggerak belt silang) seperti ditunjukkan pada gambar
dibawah, belt jenis ini digunakan dengan poros sejajar dari perputaran dalam arah
yang berlawanan. Dalam kasus ini, penggerak menarik belt dari sisi satu (yakni sisi
RQ) dan meneruskan ke sisi lain (yakni sisi LM) jadi tarikan pada belt RQ akan lebih
besar daripada belt LM. Belt RQ (karena tarikan lebih) dinamakan tight side
sedangkan belt LM (karena tarikan kecil) dinamakan slack side
Gambar 2.19 Crossed atau Twist Belt DriveSumber : Khurmi, R.S (2005 : 683)
3. Quarter turn belt drive (penggerak belt belok sebagian) mekanisme transmisi dapat
dilihat dari gambar berikut. Untuk mencegah belt agar tidak keluar/lepas dari puli,
maka lebar permukaan puli harus lebih besar atau sama.
21
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Gambar 2.20 Quarter Turn Belt DriveSumber : Khurmi, R.S (2005 : 684)
4. Belt with idler pulley (penggerak dengan puli penekan) dinamakan juga jockey pulley
drive, digunakan dengan poros parallel dan ketika open belt drive tidak dapat
digunakan akibat sudut kontak yang kecil pada pulley terkecil. Jenis ini diberikan
untuk mendapatkan rasio kecepatan yang tinggi dan ketika tarikan belt yang
diperlukan tidak dapat diperoleh dengan cara lain.
Gambar 2.21 Belt Drive with idler pulleySumber : Khurmi, R.S (2005 : 684)
5. Compound belt drive (penggerak belt gabungan) digunakan ketika daya
ditransmisikan dari poros yang satu dengan lainnya melalui sejumlah pulley.
Gambar 2.22 Compound Belt DriveSumber : Khurmi, R.S (2005 : 685)
22
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
6. Stepped or cone pulley drive (penggerak puli kerucut atau bertingkat) digunakan
untuk mengubah kecepatan poros yang digerakkan ketika poros utama (poros
penggerak) berputar dengan kecepatan yang konstan.
Gambar 2.23 Stepped or cone pulley driveSumber : Khurmi, R.S (2005 : 685)
7. Fast and loose pulley drive (penggerak puli longgar atau bertingkat) digunakan
ketika poros mesin (poros yang digerakkan) dimiliki atau diakhiri kapan saja
diinginkan tanpa mengganggu poros penggerak. Pulley yang dikunci ke poros mesin
dinamakan fast pulley dan berputar pada kecepatan yang sama seperti poros mesin.
Loose pullley berputar secara bebas pada poros mesin dan tidak mampu
mentransmisikan daya sedikitpun. Ketika poros mesin dihentikan, belt ditekan ke
loose pulley oleh perlengkapan batang luncur (sliding bar)
Gambar 2.24 Fast and loose pulley driveSumber : Khurmi, R.S (2005 : 685)
23
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
2.3.5 Tipe-tipe penampang sabuk
Tipe – tipe penampang sabuk ada empat macam sebagaimana pada Tabel 2.4
Tabel 2.4 Tipe-tipe penampang sabuk
Sumber : Shigley . (2002:880)
Rumus – rumus yang digunakan :
Faktor servis daya yang digunakan dapat dilihat di Tabel 2.5
Tabel 2.5 Faktor servis untuk V-Belt
Sumber : Mott, L . (2004:274)
(
24
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Berdasarkan daya yang direncanakan, tipe belt dapat ditentukan dari Gambar
2.25.
Gambar 2.25 Pemilihan tipe section untuk V-BeltSumber : Mott, L (274,2004)
Panjang belt dapat dihitung dengan rumus berikut:
L Mott, Robert, 2004 : 278)
Keterangan :
L : Panjang belt yang digunakan (Inch)
D1 : Diameter pulley kecil (inch)
D2 : Diameter pulley besar (inch)
C : Jarak titik pusat pulley 1 dan pulley 2 (inch)
Untuk mendapatkan panjang belt standart dapat dilihat pada Tabel 2.6
25
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Tabel 2.6 Panjang belt standar untuk tipe belt 3V, 5V dan 8V
Sumber : . (2004:277)
Faktor koreksi sudut (Cθ) dan faktor koreksi panjang dapat dilihat dalam Gambar
2.26 dan Gambar 2.27.
Gambar 2.26 Faktor koreksi sudutSumber : Mott, L (277,2004)
(L Mott, Robe
(L
26
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Gambar 2.27 Faktor koreksi panjang beltSumber : Mott, L (277,2004)
Koreksi power setiap belt dan jumlah belt yang digunakan dapat dihitung dengan
rumus berikut:
rt, 2004 : 279)
Keterangan:
Cθ : Faktor koreksi sudut
CL : Faktor koreksi panjang
Pdesain : Daya yang direncanakan setelah dikalikan servis faktor belt (HP)
Untuk menentukan jumlah belt yang digunakan dapat dihitung dengan rumus
berikut:
Mott, Robert, 2004 : 279)
2.4 Sprocket dan Rantai
2.4.1 Definisi
Dalam bab sebelumnya bahwa penggerak belt dapat terjadi slip dengan pulley.
Untuk menghindari slip, maka rantai baja yang digunakan. Rantai dibuat dari sejumlah
mata rantai yang disambung bersama-sama dengan sambungan engsel sehingga
memberikan fleksibilitas untuk membelit lingkaran roda (sprocket). Sprocket di sini
mempunyai gigi dengan bentuk khusus dan terpasang pas ke dalam sambungan rantai
seperti ditunjukkan pada Gambar 2.47. Sprocket dan rantai dipaksa untuk bergerak
bersama-sama tanpa slip dan rasio kecepatan dijamin sempurna.
27
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Gambar 2.28 Sprocket dan rantaiSumber : Khurmi, R.S. (2005 : 760)
Rantai lebih banyak digunakan untuk mentransmisikan daya dari poros satu ke
poros lain ketika jarak pusat antara poros adalah pendek seperti pada sepeda, sepeda
motor, mesin pertanian (traktor), konveyor, rolling mills, dan lain-lain. Rantai bisa juga
digunakan untuk jarak pusat yang panjang hingga 8 meter. Rantai digunakan untuk
kecepatan hingga 25 m/s dan untuk daya sampai 110 kW. Dalam beberapa kasus,
transmisi daya yang lebih tinggi juga memungkinkan menggunakan rantai.
Keuntungan:
1. Tidak slip selama rantai bergerak, di sini rasio kecepatan yang sempurna dapat
dicapai.
2. Karena rantai dibuat dari logam, maka rantai menempati ruang yang kecil dalam
lebar dari pada belt.
3. Dapat digunakan untuk jarak pusat yang pendek dan panjang.
4. Memberikan efisiensi transmisi yang tinggi (sampai 98%).
5. Memberikan beban yang kecil pada poros.
6. Mempunyai kemampuan untuk mentransmisikan gerak ke beberapa poros hanya
dengan satu rantai.
7. Mentransmisikan daya yang lebih besar disbanding belt.
8. Rasio kecepatan yang tinggi dari 8 sampai 10 dalam satu tahap.
9. Dapat dioperasikan pada kondisi atmosfir dan temperatur yang lebih besar.
Kerugian :
1. Biaya produksi rantai relatif lebih tinggi (harga lebih mahal).
2. Rantai membutuhkan pemasangan yang akurat dan perawatan yang hati-hati,
pelumasan yang istimewa dan memperhatikan kelonggaran.
3. Rantai mempunyai fluktuasi kecepatan terutama ketika terlalu longgar.
28
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
2.4.2 Macam – macam Rantai
Jenis rantai yang digunakan untuk mentransmisikan daya ada tiga tipe, yaitu:
1. Block atau bush chain (rantai ring).
Seperti pada Gambar 2.29, tipe ini menghasilkan suara berisik ketika
bergesekan dengan gigi sprocket. Tipe ini digunakan sedemikian luas seperti rantai
konveyor pada kecepatan rendah.
Gambar 2.29 Block atau Bush ChainSumber : Khurmi, R.S. (2005 : 764)
2. Bush roller chain (rantai roll ring)
Seperti pada Gambar 2.30, terdiri dari plat luar, plat dalam, pin, bush (ring)
dan rol. Pin, bush dan rol dibuat dari paduan baja. Suara berisik yang ditimbulkan
sangat kecil akibat impak antara rol dengan gigi sprocket. Rantai ini hanya
memerlukan pelumasan yang sedikit.
Gambar 2.30 Bush Roller ChainSumber : Khurmi, R.S. (2005 : 764)
Gambar 2.31 Bush Roller Chain pada Sepeda MotorSumber : Khurmi, R.S. (2005 : 765)
29
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Rantai rol distandarisasi dan diproduksi berdasarkan pitch. Rantai ini
tersedia dalam bermacam-macam deret (baris), ada simplex chain, duplex chain, dan
triplex chain.
Gambar 2.32 Tipe Rol ChainSumber : Khurmi, R.S. (2005 : 764)
3. Silent chain (rantai sunyi)
Seperti pada Gambar 2.33, rantai ini dirancang untuk menghilangkan
pengaruh buruk akibat kelonggaran dan untuk menghasilkan suara yang lembut (tak
bersuara).
Gambar 2.33 Silent chainSumber : Khurmi, R.S. (2005 : 764)
2.4.3 Rumus perhitungan
Gambar 2.34 Cara Perhitungan pada RantaiSumber : Khurmi, R.S. (2005 : 761)
D = Diameter pitch circle (m)
p = Pitch rantai (m)
30
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
a) Hubungan antara Pitch dan Diameter Pitch Circle
D = Diameter of the pitch circle, and
T = Number of teeth on the sprocket.
Keterangan :
Dengan diameter luar sprocket (Do) adalah
(Khurmi, R.S.2005 : 761)
b) Perbandingan Kecepatan Penggerak Rantai
VR = = (Khurmi, R.S.2005 : 761) Keterangan :
N1 = putaran sprocket kecil (rpm)
N2 = putaran sprocket besar (rpm)
T1 = jumlah gigi sprocket kecil
T2 = jumlah gigi sprocket besar.
Kecepatan rata-rata rantai :
v = = (Khurmi, R.S.2005 : 762) Keterangan :
31
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
c) Panjang Rantai dan Jarak antar Titik Pusat Sprocket
Gambar 2.35 Panjang RantaiSumber : Khurmi, R.S. (2005 : 762)
Keterangan :
O1 = titik pusat sprocket kecil
O2 = titik pusat sprocket besar
x = jarak antar titik pusat sprocket
Panjang rantai (L) harus sama dengan jumlah sambungan dan pitch rantai :
L = K.p (Khurmi, R.S.2005 : 762)
Jumlah sambungan rantai dapat diperoleh dari persamaan :
K = + + (Khurmi, R.S.2005 : 762)
Jarak antar titik pusat sprocket
Keterangan:
L = Panjang rantai (m)
K = Jumlah sambungan
(Khurmi, R.S.2005 : 762)
Jarak antar titik pusat sprocket minimum untuk perbandingan kecepatan 3 adalah
Xmin = (Khurmi, R.S.2005 : 763) Keterangan:
d1 = Diameter pitch circle sprocket kecil
d2 = Diameter pitch circle sprocket besar
32
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
d) Faktor keamanan rantai
Faktor keamanan = (Khurmi, R.S.2005 : 767) Keterangan:
Wn = ratio kekuatan putus
W = beban total dari sisi penggerak rantai
Kekuatan putus dapat diperoleh dengan dengan hubungan empiris yaitu:
Wb = 106 p2 untuk roller chains
= 106 p untuk silent chains
Tabel 2.7 Keamanan untuk rantai gigi dan rantai rol
Sumber : Khurmi, R.S. (2005 : 767)
e) Kecepatan yang diijinkan pada sprocket kecil ( pinion)
Tabel 2.8 Kecepatan yang diijinkan pada sprocket kecil
Sumber : Khurmi, R.S. (2005 : 768)
e.) Daya yang ditransmisikan
(Khurmi, R.S.2005 : 768)
33
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Keterangan:
P = Daya (Watt)
Wb = Beban (Newton)
v = Kecepatan rantai (m/s)
n = Faktor keamanan
Ks = Faktor pelayanan
1. Tooth flank radius (re)
= 0.008 d1 (T2 + 180) maksimum (Khurmi, R.S. 2005 : 771)
2.
= 0.12 d1 (T + 2)
Keterangan :
d1 = diameter roller
T= jumlah gigi
Roller seating radius (ri)
minimum
= 0.505 d1 + 0.069 maksimum (Khurmi, R.S. 2005 : 771)
3.
= 0.505 d1
Roller seating angle (α)
minimum
= 140˚ - maksimum (Khurmi, R.S. 2005 : 771)
= 120 - minimum
4. Tooth height above the pitch polygon (ha)
= 0.625 p – 0.5 d1 + maksimum (Khurmi, R.S. 2005 : 771)
= 0.5 (p –d1) minimum
34
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Gambar 2.36 a. Profil gigi sprocket b. Profil tepi sprocketSumber : Khurmi, R.S. (2005 : 768)
5. Pitch circle diameter (D)
= = p cosec ( ) (Khurmi, R.S. 2005 : 772)
6. Top diameter (Da)
= D + 1.25 p – d1 maksimum (Khurmi, R.S. 2005 : 772)
= D + p (1 - ) – d1 minimum
7.
8.
9.
Root diameter (Df)
= D – 2 ri
Tooth width (bf1)
= 0.93 b1 dengan p ≤ 12.7 mm
= 0.95 b1 dengan p ˃ 12.7 mm
Tooth side radius (rx)
(Khurmi, R.S. 2005 : 772)
(Khurmi, R.S. 2005 : 772)
10.
rx = p
Tooth side relief (ba)
= 0.1 p sampai 0.15 p
(Khurmi, R.S. 2005 : 772)
(Khurmi, R.S. 2005 : 772)
11. Widths over teeth (bf2 dan bf3)
= (jumlah untaian – 1) p + bf1 (Khurmi, R.S. 2005 : 772)
35
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
2.5 Shaft (Poros)
2.5.1 Definisi Poros
Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir
semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam
transmisi seperti itu dipegang oleh poros.
2.5.2 Macam-macam Poros
Poros untuk meneruskan daya dikasifikasikan menurut cara pembebanannya
sebagai berikut :
1. Poros Transmisi
Poros macam ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya
ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau sprocket
rantai, dll.
2. Spindle
Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas,
dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel. Syarat yang harus dipenuhi
poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti
3. Gandar
Poros seperti yang dipasang di antara roda-roda kereta barang, dimana tidak
mendapat beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar, disebut gandar.
Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak
mula dimana akan mengalami beban puntir juga.
Menurut bentuknya, poros dapat digolongkan atas poros lurus umum, poros
engkol sebagai poros utama dari mesin torak, dll, poros luwes untuk transmisi daya
kecil agar terdapat kebebasan bagi perubahan arah, dan lain-lain.
2.5.3 Gaya yang Bekerja pada Poros
1. Gaya aksial : Arah beban atau gaya mengarah sepanjang garis sumbu poros.
2. Gaya radial : Arah gaya reaksi atau arah beban mengarah tegak lurus pada garis
sumbu poros.
2. Gaya tangensial : Arah gaya yang bekerja tegak lurus terhadap jari – jari poros.
36
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
2.5.4 Perencaan pada Poros
Untuk merencanakan sebuah poros, hal yang harus diperhatikan antara
lain:
1. Kekuatan poros
Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur atau
gabungan antara punter dan lentur seperti telah diutarakan di atas. Juga ada poros
yang mendapat beban tarik atau tekan seperti poros baling-baling kapal atau turbin.
Kelelahan, tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter
poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak, harus
diperhatikan. Sebuah poros harus direncanakan hingga cukup kuat untuk menahan
beban-beban di atas.
2. Kekakuan poros
Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup tetapi jika
lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidak-telitian
(pada mesin perkakas) atau getaran dan suara (misalnya pada turbin dan kotak roda
gigi).
3. Putaran kritis
Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada suatu harga putaran tertentu
dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini disebut putaran kritis. Jika
mungkin, poros harus direncanakan sedemikian rupa hingga putaran kerjanya lebih
rendah dari putaran kritisnya.
4. Korosi
Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik) harus dipilih untuk poros
propeller dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif.
5. Bahan poros
Poros-poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat
umunnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan
terhadap keausan. Beberapa di antaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom nikel
molibden, baja khrom, baja khrom molibden, dll. (G4102, G4103, G4104, G4105).
Sekalipun demikian pemakaian baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika
alasannya hanya karena putaran tinggi dan beban berat. Dalam hal demikian perlu
dipertimbangkan penggurangan baja karbon yang diberi perlakuan panas secara tepat
untuk memperoleh kekuatan yang diperlukan.
(L M
37
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Rumus –rumus yang digunakan :
Untuk menentukan torsi dapat digunakan rumus berikut:
(Khurmi, R.S. 2005 : 137) Keterangan:
T : Torsi (Nm)
Ft : Gaya tangensial (N)
D : Diameter (m)
Untuk menghitung daya yang dihasilkan digunakan rumus berikut:
(Khurmi, R.S. 2005 : 122)
Keterangan :
P : Daya yang ditransmisikan (Watt)
T : Torsi (Nm)
n : Putaran poros (rpm)
Diameter poros dapat dihitung dengan rumus berikut:
ott, Robert. 2004 : 548)
Keterangan :
S’n : Daya tahan material aktual (psi)
Dp : Diameter poros (inch)
N : Faktor desain
Kt : Faktor stress konsentrasi tegangan
M : Momen maksimal yang bekerja pada poros (lb in)
T: Torsi pada poros (lb in)
Sy : Tegangan leleh (yield strength) material (Psi)
(L Mot
(
(L Mott,
38
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Besar jarak antara poros penggerak dan poros yang digerakan dapat ditentukan
dengan range
Keterangan :
D1 : Diameter pulley kecil (inch)
D2 : Diameter pulley besar (inch)
C : Jarak titik pusat pulley 1 dan pulley 2 (inch)
t, Robert. 2004 : 278)
Jarak antara poros penggerak dan jarak poros penggerak akhir aktual setalah
didapatkan panjang belt standar dapat dihitung dengan rumus berikut:
(L Mott, Robert. 2004 : 279)
L Mott, Robert. 2004 : 279)
Mengihitung gaya dan momen yang bekerja pada poros dapat menggunakan
persamaan kesetimbangan gaya dan momen.
; ∑M=0
Menentukan jenis material dan material properties poros yang digunakan
Menentukan kekuatan leleh dari material
Sn’ Robert. 2004 : 548)
Keterangan :
Sn’ : Daya tahan material aktual (psi)
Sn : Daya tahan material (psi)
Cs : Faktor ukuran
CR : Faktor realiblility
Menentukan faktor konsentrasi tegangan (Kt)
Analisis perancangan poros harus mempertimbangkan konsentrasi
tegangan. Tetapi satu masalah muncul karena nilai perancangan sebenarnya dari
faktor konsentrasi tegangan, Kt, tidak diketahui pada saat awal proses
perancangan . Sebagian besar nilai ini bergantung pada diameter poros dan pada
geometri filet dan alur, dan inilah tujuan dari perancangan poros.
Masalah ini dapat anda atasi dengan membuat sekumpulan nilai
rancangan awal untuk faktor konsentrasi tegangan umum, yang dapat digunakan
39
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
untuk menghasilkan perkiraan awal diameter minimum poros. Setelah memilih
ukuran, anda dapat menganalisis geometri akhir dengan nilai awal yang
memungkinkan dengan menilai tingkat kelayakan dari perancangan tersebut.
Nilai rancangan awal Kt ditinjau dari jenis-jenis diskontinuitas geometri
yang paling sering ditemukan dalam poros yang mentransmisikan daya, yaitu:
alur pasak, filet bahu poros, dan alur cincin penahan.
a. Alur Pasak
Alur pasak adalah irisan alur memanjang pada poros untuk menempatkan
pasak, yang memungkinkan pemindahan torsi dari poros ke elemen yang
mentransmisikan daya, atau sebaliknya. Dua jenis alur pasak yang paling
sering digunakan adalah jenis profil dan jenis luncuran. Kt = 2.0 (Profil) ; Kt
= 1.6 (luncuran).
Gambar 2.37 (a) Alur Pasak Profil (b) Alur Pasak LuncuranSumber : Mott, L (506,2004)
b. Filet Bahu
Bila akan ada perubahan diameter pada poros untuk membuat bahu sebagai
pembatas dudukan sebuah elemen mesin, maka konsentrasi tegangan yang
diberikan bergantung pada rasio dari kedua diameter tersebut dan jari filet
yang dibuat. Disarankan agar jari-jari filet sebesar mungkin, tujuannya untuk
memperkecil konsentrasi tegangan, tetapi kadang-kadang rancangan roda
gigi, bantalan, atau elemen lain memengaruhi jari-jari yang dapat digunakan.
404
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Untuk tujuan perancangan, kita mengelompokkan filet kedalam dua
kategori: tajam (Kt = 2,5) dan bulat halus (Kt = 1,5).
Gambar 2.38 (a) Contoh Filet Tajam (b) Contoh Filet Bulat HalusSumber : Mott, L (507,2004)
c. Alur Cincin Penahan
Cincin penahan digunakan dalam berbagai jenis usaha penempatan dalam
aplikasi poros. Cincin dipasang dalam alur poros setelah elemen mapan pada
tempatnya. Geometri alur ditentukan oleh pabrikan cincin. Biasanya
konfigurasinya adalah alur dangkal dengan sisi-sisi dinding dan dasar yang
lurus dan jari-jari filet yang kecil pada dasar dipasang berdekatan. Jadi,
faktor konsentrasi tegangan pada alur adalah cukup tinggi. Sebagai
perancangan awal, kita akan menggunakan Kt= 3,0 untuk tegangan lengkung
pada alur cincin penahan dengan menganggap jari-jari filet agak tajam.
414
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
2.6 Bearing (Bantalan)
2.6.1 Definisi Bearing
Bantalan (Bearing) merupakan salah satu bagian dari elemen mesin yang
memegang peranan penting kerena fungsi dari bantalan yaitu menumpu sebuah poros
agar poros dapat berputar tanpa mengalami gesekan yang berlebihan. Bantalan harus
cukup kuat untuk memungkinkan poros dan elemen mesin yang lainnya berfungsi
dengan baik.
2.6.2 Macam-macam Bearing
1. Jenis-jenis bantalan luncur
i. Bantalan luncur aksial
Bantalan ini menghantarkan poros engkol menerima gaya akasial yaitu
terutama pada saat terjadi melepas / menghubungkan pelat saat mobil berjalan
konstruksi bearing ini juga terbagi menjadi dua dan dipasang pada poros jurnal
bagian tengah pullet.
Gambar. 2.39 Bantalan luncur aksialSumber : Suga, Kiyukatsu (1983:129)
ii. Bantalan khusus
Yaitu kombinasi antara bantalan luncur radial dan aksial.
Gambar. 2.40 Bantalan khususSumber : Suga, Kiyukatsu (1983:129)
424
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
iii. Bantalan gelinding (Roller Bearing)
Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar
dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola roll
Jenis-Jenis Bantalan Gelinding
a. Bantalan bola radial alur dalam baris tunggal
Berdasarkan konstruksinya, jenis ini ideal untuk beban radial.
Bearing ini biasanya dipasangkan dengan bearing lain, baik itu dipasang
secara pararel maupun bertolak belakang, sehingga mampu juga untuk
menahan beban aksial.
Gambar 2.41 Bantalan bola radial alur dalam baris tunggalSumber : Suga, Kiyukatsu (1983:129)
b. Bantalan alur dalam baris ganda
Jenis ini mempunyai dua baris bola, masing-masing baris
mempunyai alur sendiri-sendiri pada cincin bagian dalamnya. Pada
umumnya terdapat alur bola pada cincin luarnya. Cincin bagian dalamnya
mampu bergerak sendiri untuk menyesuaikan posisinya. Inilah kelebihan
dari jenis ini, yaitu dapat mengatasi masalah poros yang kurang sebaris.
Gambar 2.42 Bantalan alur dalam baris gandaSumber : Suga, Kiyukatsu (1983:129)
434
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
c. Bantalan rol silinder ganda
Bearing ini mempunyai dua baris elemen roller yang pada
umumnya mempunyai alur berbentuk silinder. Jenis ini memiliki kapasitas
beban radial yang besar sehingga ideal untuk menahan beban kejut.
Gambar 2.43 Bantalan rol silinder gandaSumber : Suga, Kiyukatsu (1983:129)
d. Bantalan rol silinder baris tunggal
Jenis ini mempunyai dua alur pada satu cincin yang biasanya
terpisah.
Gambar 2.44 Bantalan rol sillinder baris tunggalSumber : Suga, Kiyukatsu (1983:129)
e. Bantalan bola aksial satu arah
Bearing jenis ini hanya cocok untuk menahan beban aksila dalam
satu arah saja. Elemenya dapat dipisahkan sehingga mudah melakukan
pemasangan. Beban aksial minimum yang dapat ditahan tergantung dari
kecepatannya. Jenis ini sangat sensitif terhadap ketidaksebarisan
(misalignment) poros terhadap rumahnya
Gambar 2.45 Bantalan bola aksial satu arahSumber : Suga, Kiyukatsu (1983:129)
444
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
f. Bantalan bola aksial ganda
Bearing jenis ini hanya cocok untuk menahan beban aksila dalam
satu arah saja. Elemenya dapat dipisahkan sehingga mudah melakukan
pemasangan. Beban aksial minimum yang dapat ditahan tergantung dari
kecepatannya. Jenis ini sangat sensitif terhadap ketidaksebarisan
(misalignment) poros terhadap rumahnya.
Gambar 2.46 Bantalan bola aksial gandaSumber : Suga, Kiyukatsu (1983:129)
2. Berdasarkan arah beban terhadap poros
a. Bantalan radial
Arah beban yang ditumpu oleh bantalan adalan tegak lurus dengan
sumbu poros.
Gambar 2.47 Bantalan radialSumber : Khurmi, R.S (984,2005)
b. Bantalan aksial
Arah beban yang ditumpu oleh bantalan ini adalah sejajar dengan sumbu
poros.
Gambar 2.48 Bantalan aksialSumber : Khurmi, R.S (984,2005)
454
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
2.6.3 Cara pembacaan kode bearing
Cara pembacaan kode pada bearing adalah sebagai berikut:
a. Kode pertama bearing menyatakan jenis dari bearing tersebut. Kode pertama dapat
berupa angka atau huruf. Di bawah ini adalah beberapa jenis bearing dari kode
pertamanya (Tabel 2.10).
Tabel 2.9 Kode Bearing
Sumber : Suga, Kiyukatsu (1983:132)
464
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Pengkodean bearing dinyatakann dalam satuan metric, jika didapat kode
bearing dengan kode pertama “R”, maka bearing berkode satuan inchi.
b. Kode kedua menyatakan seri bearing atau bantalan
Kode kedua ini menyatakan seri bearing untuk menyatakan ketahanan dan
bearing tersebut. Seri penomeran adalah mulai dari kekuatan paling ringan sampai
paling berat.
8 = Extra thin section
9 = Very thin section
0 = Extra light
1 = Extra light thrust
2 = Light
3 = Medium
4 = Heavy
c. Kode ketiga dan ke empat (diameter dalam / bore bearing)
Untuk kode 0 sampai 3, maka diameter bore bearing adalah sebagai berikut.
00 = Diameter dalam 10 mm
01 = Diameter dalam 12 mm
02 = Diameter dalam 15 mm
03 = Diameter dalam 17 mm
Selain kode 0 sampai 3 misalnya 04, 05 dan seterusnya, maka diameter
dalam bearing dikalikan dengan 5. Misal untuk kode 04, Maka diameter dalam
bearing = 20 mm (Gambar 2.47).
Gambar 2.49 Diameter dalam bearingSumber : Suga, Kiyukatsu (1983:133)
474
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
d. Kode terakhir (Jenis bahan penutup bearing)
Kode ini menyatakan tipe jenis penutup bearing ataupun bahannya, seperti
berikut:
Z = single shielded (tutup pelat tunggal)
ZZ = Doble shielded (tutup pelat ganda)
RS = Single sealed (tutup seal karet tunggal)
2RS = Double sealed (tutup karet ganda)
V = Single non-contact seal
VV = Double contact seal
NR = Snap ringand groove
M = Brass cage
e. Kode clearance pada bearing
Kode ini biasanya dilambangkan dengan hurus C dan di ikuti dengan angka
dari 1 sampai 5. Angka ini menyatakan tingkat besaran clearance pada bearing
tersebut. Misalnya;
C1 = Tingkat clearance 1 (0,6 µm)
C2 = Tingkat clearance 2 (0,65 µm)
C3 = Tingkat clearance 3 (0,19 µm)
C4 = Tingkat clearance 4 (0,33 µm)
Rumus –rumus yang digunakan :
Sesuai dengan perhitungan diameter poros maka ukuran standar diameter dalam
bearing dapat ditentukan dengan Tabel 2.11.
(L
484
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Tabel 2.10 Ukuran-ukuran standar bearing
Sumber : Mott,L . (2004:607)
Pada umumnya umur (life) bearing didesain 106 rev (L10), dengan
memperhitungkan beban yang bekerja pada bearing maka umur pakai bearing
dapat ditentukan dengan rumus berikut:
Keterangan :
P1 = C : Basic dynamic loading (Tabel 2.10) (lb)
P2 : Desain load maksimal (lb)
L1 : 106 rev
K : 3 (untuk ball bearing)
Mott, Robert. 2004 : 611)
494
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
2.7 Key (Pasak)
2.7.1 Definisi Pasak
Pasak adalah bagian dari mesin yang berfungsi untuk penahan/pengikat benda
yang berputar. Pasak digunakan untuk menyambung poros dan roda gigi, roda pulley,
sprocket, cam, lever, impeller dan sebagainya. Dengan pasak inilah akan diperoleh
sambungan yang kuat dan fleksibel sehingga mudah untuk disapang dan dilepas. Karena
distribusi tegangan secara aktual untuk sambungan pasak ini tidak dapat diketahui
secara lengkap maka dalam perhitungan tegangan disarankan menggunakan faktor
keamanan sebagai berikut :
1. Untuk beban torsi yang konstan (torque steady) >> N = 1.5
2. Untuk beban yang mengalami kejut rendah >> N = 2.5
3. Untuk beban kejut besar terutama beban bolak-balik >> N = 4.5
2.5.2 Macam – macam pasak
1. Pasak datar segi empat (Standart square key)
Tipe pasak ini adalah suatu tipe yang umumnya mempunyai dimensi lebar
dan tinggi yang sama, yang kira-kira sama dengan 0,25 dari diameter poros.
Gambar 2.50 Pasak datar segi empatSumber : Spott, M. F. (1991:161)
2. Pasak datar standar (Standart flat key)
Pasak ini adalah jenis pasak yang sama dengan pasak datar segi empat,
hanya disini tinggi pasak tidak sama dengan lebar pasak, tetapi tingginya mempunyai
dimensi yang tersendiri.
505
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Gambar 2.51 Pasak datar standarSumber : Spott, M. F. (1991:161)
3. Pasak tirus (Tepered key)
Pasak jenis ini pemakainya tergantung dari kontak gesekan antara hub
dengan porosnya untuk mentransmisikan torsi. Artinya torsi yang medium level dan
pasak ini terkunci pada tempatnya secara radial dan aksial diantara hub dan porosnya
oleh gaya dari luar yang harus menekan pasak tersebut kearah aksial dari poros.
Gambar 2.52 Pasak tirusSumber : Spott, M. F. (1991:161)
4. Pasak bidang lingkaran (Wood ruff key)
Pasak ini adalah salah satu pasak yang dibatasi oleh satu bidang datar pada
bagian atas dan bidang bawah merupakan busur lingkaran hampir berupa setengah
lingkaran.
Gambar 2.53 Pasak Bidang LingkaranSumber : Spott, M. F. (1991:161)
515
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
5. Pasak bintang (Splines)
Pasak yang dibuat menyatu dengan poros yang cocok dalam keyways
menyinggung di hub. Poros tersebut dikenal sebagai poros splined. Poros ini
biasanya memiliki empat, enam, sepuluh atau enam belas splines. Poros splined
relatif lebih kuat dari poros memiliki alur pasak tunggal. Pasak splines juga
dibedakan menjadi pasak bintang lurus dan pasak bintang involute.
Gambar 2.54 Pasak bintangSumber : Spott, M. F. (1991:161)
Adapun berbagai macam pasak, namun yang dibahas adalah pasak standar
(Standart flat key). Pemasangan pasak pada poros maupun roda yang disambungkan dan
dibuat alur pasak yang disesuaikan dengan ukuran pasak.
Rumus-rumus yang digunakan :
Berdasarkan diameter poros yang diketahui, maka ukuran standar key dapat dilihat di
Tabel 2.12.
Tabel 2.11 Ukuran pasak berdasarkan diameter poros
Sumber : . (2004:495)
(L
525
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Mendesain tinggi chordal dapat dihitung dengan rumus berikut
Diketahui W = 3/16 = 0,1875 inch (Tabel 2.11)
Ketrangan :
γ : Tinggi chordal (inch)
D : Diameter poros (inch)
W : Lebar key (inch)
Mott, Robert. 2004 : 496)
Gambar 2.55 Tinggi chordalSumber : : (2004:496)
Mendesain depth of shaft keyseat dapat dihitung dengan rumus berikut:
(L Mott, Robert. 2004 : 496)
Ketrangan :
S : Tinggi dudukan key (inch)
γ : Tinggi chordal (inch)
D : Diameter poros (inch)
W : Lebar key (inch)
H : Tinggi key (inch)
Gambar 2.56 Depth of shaft keyseatSumber : (2004:496)
535
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Mendesain Depth of hub keyseat dapat dihitung dengan rumus berikut:
(L Mott, Robert. 2004 : 496)
Gambar 2.57 Depth of hub keyseat
Sumber : (2004:496)
Keterangan :
C : Allowance
+ 0,005 (in) tolerance for parallel key
- 0,020 (in) interference for taper
D : Nominal shaft or bore diameter (in)
H : Nominal key height (in)
W : Nominal key width (in)
Mendesain panjang pasak (L)
Direkomendasikan material yang digunakan adalah AISI 1020 CD Steel
(height strength material) dengan material properties :
Su = 420 Mpa = 60 x 103 Psi
Sy = 350 Mpa = 50 x 103 Psi
Gambar 2.58 Gaya-gaya pada pasakSumber : L Mott, Robert (2004 : 469)
545
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Maka panjang minimal pasak :
Keterangan :
Tporos : Torsi maksimal pada poros (lb inch)
Dporos : Diameter poros (inch)
W : Lebar key (inch)
N : Faktor keamanan = 3 (industrial application)
2.8 Lubricant (Pelumas)
2.8.1 Definisi Lubricant
Lubricant atau pelumas digunakan dalam bantalan untuk mengurangi gesekan
antara dua permukaan yang diberi gaya untuk membawa pergi panas yang dihasilkan
oleh gesekan. Hal ini juga melindungi bantalan terhadap korosi.
2.8.2 Klasifikasi Lubricant
Semua pelumas diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok berikut:
1. Liquid
Cairan pelumas yang biasa digunakan dalam bantalan adalah minyak mineral dan
minyak sintetis. Minyak mineral paling sering digunakan karena murah dan stabilitas
mereka. Pelumas cair biasanya paling banyak digunakan di mana mereka dapat
bertahan lama.
2. Semi-liquid
Grease adalah pelumas semi-cair yang memiliki kekentalan yang lebih tinggi
daripada minyak. Pada pelumas jenis ini digunakan pada komponen yang meiliki
karakteristik kecepatan lambat dan memiliki tekanan berat di mana tetes minyak dari
bantalan tidak merembet keluar.
3. Solid
Pelumas jenis solid berguna dalam mengurangi gesekan di mana minyak tidak dapat
dipertahankan karena tekanan atau suhu. Pada pelumas jenis ini harus lebih lembut
555
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
dari bahan yang dilumasi. Sebuah grafit adalah yang paling umum dari pelumas
padat baik sendiri atau dicampur dengan minyak atau lemak.
2.8.3 Fungsi dan Tujuan Pelumasan
Fungsi pelumasan di unit bantalan adalah sebagai berikut:
1. Untuk merendahkan gesekan antara unsur-unsur bergulir dan ras dari bantalan dan
pada titik kontak, permukaan , dan sebagainya.
2. Untuk melindungi komponen bantalan dari korosi.
3. Untuk membantu mengusir panas dari unit bantalan.
4. Untuk membawa panas dari unit bantalan.
5. Untuk membantu menghilangkan kotoran dan kelembaban dari bantalan.
2.8.4 Istilah yang Berhubungan dengan Pelumasan
1. Viskositas
Viskositas adalah ukuran tingkat fluiditas cairan. Viskositas adalah properti
fisik berdasarkan kemeampuan minyak membentuk, mempertahankan dan
menawarkan ketahanan geser di bawah panas dan tekanan. Semakin besar panas dan
tekanan, viskositas yang lebih diperlukan semakin besar.
2. Indeks viskositas
Indeks viskositas (VI) adalah ukuran yang mrnunjukkan perubahan viskositas
dengan variasi suhu. Hal ini digunakan untuk mengkarakterisasi perubahan
viskositas dengan kaitannya dengan suhu di dalam minyak pelumas.
di mana V menunjukkan indeks viskositas, viskositas kinematik U pada 40 ° C (104
° F), dan L & H berbagai nilai-nilai berdasarkan viskositas kinematik pada 100 ° C
(212 ° F) tersedia dalam ASTM D2270.
3. Flash Point
Flash Point adalah suhu terendah di mana minyak menguapuap yang cukup
untuk mendukung putaran flash sesaat tanpa benar-benar membakar minyak ketika
api dibawa dalam jarak 6 mm pada permukaan minyak.
4. Fire Point
Fire Point adalah suhu di mana minyak menguap yang cukup untuk membakar
terus menerus saat dinyalakan.
565
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
5. Pour Point
Pour Point adalah suhu di mana minyak akan berhenti mengalir bila
didinginkan.
6. Cloud Point
Cloud Point adalah suhu di mana padatan terlarut tidak larut lagi, mempercepat
dalam tahap kedua memberikan cairan. Istilah ini relevan dengan beberapa aplikasi
dengan konsekuensi yang berbeda.
7. Aniline Point
Titik anilin dari minyak didefinisikan sebagai suhu minimum di mana volume
yang sama dari anilin (C6H5NH2) dan minyak yang larut, yaitu membentuk satu fasa
pada saat pencampuran. Nilai ini memberikan perkiraan atas isi dari senyawa
aromatik dalam minyak, karena kelarutan anilin, yang juga merupakan senyawa
aromatik menunjukkan adanya sejenis (aromatik) senyawa dalam minyak.
8. Neutralization Number
Dalam kimia, nilai asam (atau "nomor netralisasi" atau "angka asam" atau
"keasaman") adalah massa kalium hidroksida (KOH) dalam miligram yang
diperlukan untuk menetralkan satu gram zat kimia. Jumlah asam adalah ukuran dari
jumlah gugus asam karboksilat dalam senyawa kimia, seperti asam lemak, atau
campuran senyawa.
575
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
BAB IIIMETODE PERANCANGAN
3.1 Metode Perancangan
Metode perancangan menggunakan metode perancangan dengan spesifikasi yang
ditetapkan oleh perancang. Dimana dalam metode ini, rancangan dan perhitungan
transmisi sudah dilakukan untuk mendapat desain elemen mesin yang digunakan dalam
mesin pemecah batu. Dalam perancangan hal yang dilakukan adalah :
1. Menyesuaikan kebutuhan
Menganalisa apa yang dibutuhkan dalam perancangan.
2. Sintesis (mekanisme)
Menentukan mekanisme yang dibutuhkan
3. Analisis gaya
Menemukan gaya pada bagian yang dirancang
4. Pemilihan material
Dari gaya yang sudah ditemukan akan dapat menentukan material.
5. Desain masing-masing bagian (ukuran dan gaya)
Mendesain elemen ukuran dan tegangan
6. Modifikasi
Pengurangan biaya
7. Penggambaran secara detail
Untuk menampilkan susunan elemen secara detail
8. Produksi
Komponen tiap gambar yang dapat di produksi di bengkel.
585
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
3.2 Spesifikasi Transmisi
Gambar 3.1 Skema ConveyorSumber : Dokumentasi Pribadi
Keterangan :
1. Gear
2. Pulley
3. Belt
4. Generator
5. Shaft
6. Bearing
4 2 conveyor
4 11
11
3 2
32Motor
595
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
3.3 Langkah Perencanaan
3.3.1 Perancangan Umum
Selesai
Memperoleh Geometri dan Material masing masing Elemen
Merencanakan Pasak
Merencanakan Bantalan
Menentukan Roda Gigi
Menentukan Pulley dan Sabuk
Merencanakan Poros
Menentukan Elemen pada Transmisi
Menentukan Jenis Transmisi
Daya : 1 hpPutaran Input : 1200 rpmPutaran Output Rancangan : 650 rpm
Start
606
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
3.3.2 Perancangan PulleyMulai
Menghitung dimensi pulley kecil
B=1,25∗b
σ t=ρ v2
Menghitung Lebar Pulley
Menghitung Centrifugal Stress
d1 = 100 mmd2 = 280 mm
n1 = 4n2 = 6
A
M=(T 1+T2+2 T c) L
T=Px 602 π n1
Menghitung bending moment Akibat belt
Menghitung Torsi
616
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
A
Te¿√T2+M 2Momen Puntir
Equivalen
d2=1,5*d1
d13=
T e
9,82
Menghitung Diameter hub pulley
Menghitung Diameter shaft minimum pulley
B
Menghitung Ukuran Armb1=
3√ 435615∗0,393
Menghitung Ukuran pasak
(Square sunk key) (w) = d4
626
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Selesai
B
. Perhitungan pada pulley besar
Te¿√T2+M 2
M=(T 1+T2+2 T c) L
T=Px 602 π n1
Momen Puntir
Equivalen
Menghitung bending
moment Akibat belt
Menghitung Torsi
636
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
3.3.3 Perancangan Belt (Sabuk)
µ = 0,3
v=π d1 n1
60
Menentukan Koefisien gesek belt (µ)
Menentukan tebal dan lebar belt
Menentukan material Belt
Menentukan tipe Belt Drive dari pitch
line velocity
P = 1 HP = 745,7 wattd1 = 100 mm
n1 = 1200 rpmn2 = 650 rpm
Mulai
C
646
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
D
C
sin α=
d1−d2
2x
L= π2 (d1+d2 )+2 x+
(d1−d2)2
4 x
Vr = n1
n2
T1= Sisi tegang belt
T2=Sisi longgar beltMenghitung tegangan
pada belt
Sudut kontak belt dengan Pulley (θ)
Menentukan panjang belt (L)
Menentukan velocity Ratio(Vr)
n2
n1=
d1
d2
Menentukan Diameter Pulley Besar (d2)
Tmax = σ∗b∗tMenghitung tegangan maksimum yang dapat
diterima Belt
656
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Selesai
D
Menghitung Centrifugal Tension (Tc)
666
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
3.3.4 Perancangan Chain dan Sprocket
E
P = 745,7 Wattn1 = 650 rpmn2 = 320 rpm
Mulai
Menghitung rasio
N 2=¿ N1 . R¿Menghitung jumlah gigi
sprocket besar
nout=n¿ .N 1
N 2Hitung ekspetasi
kecepatan output aktual
D1=P
sin( 180N1 )
Menghitung diameter pitch dari sprocket.
676
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
E
Selesai
Caktual=14 (L−
N2+N1
2+√ [L−
N2+N1
2 ]2
−8 ( N2−N1 )2
4 π 2 )Menghitung jarak tengah actual, Mari
gunakan 96 pitch
L=2 . C+N1+N2
2 +( N2−N1 )2
4.π ² .C
Hitung panjang rantai yang dibutuhkan dalam
pitch
686
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
3.3.5 Perancangan Shaft (Poros)
F
Fc=T∗2D /2
Hitung nilai gaya pada titik C(Pulley)
Fd=T∗2D /2
Nilai – nilai gaya pada titik D (Sprocket)
T=63000∗PnHitung torsi pada poros
Menghitung Dimensi Poros
Dpulley besar= 280mm
Dsprocket kecil=45,212mm
P = 1 hp
Putaranporos (n) = 650 rpm
φ pulley = 0°
φsprocket =45° (keatas)
Mulai
696
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
F
Selesai
D=3√(32 N
π)√( KT∗M
S n' )2
+ 34 ( T
Sy )2
Menghitung Diameter
Minimal Poros
S n'=Sn∗Cs∗CrMenghitung Endurance Strength terkoreksi (Sn’)
Hitung gaya pada poros
707
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
3.3.6 Perancangan Bearing (Bantalan)
717
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
3.3.7 Perancangan Pasak
Selesai
Tentukan panjang pasak
Tentukan material pasak
Menentukan dimensi standar pasak
Dporos = 1,269 in
Tporos = 96,92 lb.in
N = 1
Mulai
727
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
BAB IVPERHITUNGAN
4.1 Perhitungan dan DesainPulley
1. Material Pulley
Ditentukan : Cast Iron ρ = 7200kg/m2 (Mudah dibuat, murah)
2. Diameter Pulley
Diameter pulley kecil d1 = 100mm (ditentukan)
Diameter pulley besar d2 = 280mm (dari perhitungan velocity ratio diatas)
3. Tebal Rim = 5mm (ditentukan)
4. Jumlah spoke (n)
Pulley kecil n = 4 (ditentukan)
Pulley besar n = 6 (ditentukan)
5. Centrifugal Stress (σ t ¿
σ t=ρ v2
σ t=7200 kgm3∗8,37 m
s=60,26 kN
6. Lebar Pulley (B)
B=1,25∗b
B=1,25∗50mm
B=62,5 mm→ 63 mmans
7. Perhitungan dimensi pada pulley kecil
Torsi T=Px 602 π n1
=745.7∗602π∗1200
=5937 N . mm = 5,937 N.m
Bending moment akibat belt (M)
M=(T 1+T2+2 T c) L →(L= jarak pulley dari bearing motor )
M=( 49,8+115,7+2∗26,6 )∗0,15m
M=32,8 N
Momen Puntir Equivalen
Te¿√T2+M 2=√5,9372+32,82=33,33 N .m
Diameter shaft minimum pulley (d1)
d13=
T e
9,82=¿14,9mm = 15mm ans
Diameter hub pulley (d2)
d2=1,5*d1
d2=1,5*15mm = 22,5mm
737
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Ukuran pasak (Square sunk key)
Lebar pasak (w) = d4=15 mm
4=3,75 mm
Tebal pasak (t) = = d4=15 mm
4=3,75 mm
Ukuran Arm
b1 = minor axis
a1 = mayor axis = (2*b1)
Bending momen maksimum pada ujung arm (M)
M=2Tn
=2∗5937 N . mm4
=2968,5 N .mm
Section modulus (Z) = π32
∗b1∗(a12 )=0,393∗(b1
3)
Asumsi untuk cast iron tensile strength 15Mpa N/mm2
15=MZ
= 2968,5 Nmm0,393(b¿¿13)¿
b1=3√ 2968,5
15∗0,393=4,73mm=5 mm Ans → a1=2∗b1=10 mm
8. Perhitungan pada pulley besar
Torsi T=Px 602 π n2
=745,7∗602π∗545
=13.070 N . mm = 13,07 N.m
Bending moment akibat belt (M)
M=(T 1+T2+2 T c) L →(L= jarak pulley dari bearing motor )
M=( 49,8+115,7+2∗26,6 )∗0,5
M=109,35 N
Momen Puntir Equivalen
Te¿√T2+M 2=√13,072+109,352=110,12 N .m
Diameter shaft minimum pulley (d1)
d13=
T e
9,82=¿22,3 mm = 25mm ans
Diameter hub pulley (d2)
d2=1,5*d1
d2=1,5*25mm = 37,5mm
Ukuran pasak (Square sunk key)
Lebar pasak (w) = d4=25 mm
4=6,25 mm
747
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Tebal pasak (t) = = d4=25 mm
4=6,25 mm
Ukuran Arm
b1 = minor axis
a1 = mayor axis = (2*b1)
Bending momen maksimum pada ujung arm (M)
M=2Tn
=2∗13.070 N . mm6
=4356 N .mm
Section modulus (Z) = π32
∗b1∗(a12 )=0,393∗(b1
3)
Asumsi untuk cast iron tensile strength 15Mpa N/mm2
15=MZ
= 4356 Nmm0,393(b¿¿13)¿
b1=3√ 4356
15∗0,393=6mm →a1=2∗b1=12 mm
4.2 Perhitungan dan Desain Belt (Sabuk)
1. Data yang diketahui
Daya motor yang ditransmisikan (P) : 1 hp = 745,7 Watt
Putaran dari motor (n1) : 1200 rpm
Putaranyang diharapkan (n2) : 650 rpm
Ditentukan diameter pulley kecil d1 : 100mm = 0,1 m
2. Menentukan tipe Belt Drive dari pitch line velocity
v=π d1 n1
60 m/s
v=πx 0,1 x 120060 m/s
v=6,28 m /s ( light drive <10m/s)
3. Menentukan material Belt
Rubber dengan density = 1140 kg/m3
4. Menentukan Koefisien gesek belt (µ)
Dari Tabel 18.2 Coefficient of Friction between Belt and Pulley di buku A
Textbook of Machine Design by R.S.Khurmi And J.K.Gupta (Terlampir), didapat
nilai koefisien gesek Rubber belt dengan Cast Iron Pulley sebesar µ = 0,3
5. Menentukan tebal dan lebar belt
757
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Dari buku A Textbook of Machine Design by R.S.Khurmi And J.K.Gupta
Halaman 702 (terlampir) . Dipilih tebal belt (t) = 5mm ; lebar belt (b) = 50mm
6. Menentukan Diameter Pulley Besar (d2)
n2
n1=
d1
d2
d2=100 mmx1600 rpm
600 rpm
d2=200 mm=220 mmans
Maka rpm aktual yang diperoleh adalah
n2=1200rpm x 100 mm220 mm
=545 rpm
7. Menentukan velocity Ratio(Vr)
Vr = n1
n2=1200
545=1 :2,2
8. Menentukan panjang belt (L)
Ditentukan jarak antar pusat (x) = 550mm
L= π2 (d1+d2 )+2 x+
(d1−d2)2
4 x
L= π2
(100+220 )+2(550)+(100−220)2
4 (550)
L=1608,9 mm=1,608 m
9. Sudut kontak belt dengan Pulley (θ)
sin α=
d1−d2
2x
sin α=50−110550
=0,103
α=6,9 °
Maka sudut kontak (θ) = (180 °−2 α ) π180
rad=2,89rad
10. Menghitung tegangan pada belt
T1= Sisi tegang belt
T2= Sisi longgar belt
2,3 log(T 1T 2 )=μθ=0,3∗2,89=0,867
767
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
log (T 1T 2 )=0,867
2,3=0,376
log( T 1T 2 )=antilog 0,376=2,376 N . . .. (I )
(T 1−T 2 ) v=P
(T 1−T 2 )= Pv= 745,7W
6,28 m /s=118,74 N . . . .( II)
Subtsitusikan Pers.I dan Pers.II
2,376 T 2−T2=118,74 N T 1=T 2+118,74 N
1,376 T 2=118,74 N T 1=86,29+118,74 N
T 2=86,29 N T 1=205,03 N N
11. Menghitung tegangan maksimum yang dapat diterima Belt
Rubber belt allowable stress (σ ) = 1,75Mpa
Tmax = σ∗b∗t
Tmax = 1,75∗50mm∗5 mm
Tmax = 437,5 N (Jauh diatas T1=205,03 N, maka desain ini aman)
12. Menghitung Centrifugal Tension (Tc)
T c=m∗v2 m=btlρ (massa per meter belt)
T c=3,04∗6,28 m=50∗5∗1068,9∗1140
T c=19,09 N m=3,04 kg/m
4.2.1 Desain Belt dan Pulley
(Terlampir)
4.3 PerhitungandanDesainChain and Sprocket
1. Data yang sudahdiketahui
Daya motor listrik (Pmotor) : 1 hp
Putaran input (n1) : 650 rpm
Putaranoutput yang diharapkan (n2) : 320 rpm
2. Spesifikasi servis faktor dan menghitung desain power. Berdasarkan tabel 13 – 7 untuk konveyor tipe ringan (smooth) dan menggunakan motor elektrik, SF = 1
Desain Power = SF . P= 1 . 1
777
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
=1
3. Menghitung rasio
R = n¿
nout
4. Berdasarkan tabel untuk kapasitas power ( tabel 13 – 4 ) untuk menentukan chain pitch. Berdasarkan putaran 650 dan daya 1 HP, maka dapat ditentukan P = 0,5 , N1 = 11 (jumlah gigi kecil), tipe 2, pelumasan menggunakan oil bath.
5. Menghitung jumlah gigi sprocket besar.N 2=¿ N1 . R¿
= 11 . 2,03125 = 22,34375 Mari kita gunakan N 2=22
6. Hitung ekspetasi kecepatan output aktual
nout=n¿ .N 1
N 2
7. Menghitung diameter pitch dari sprocket.
D1=P
sin( 180N1 )
¿ 0,5
sin( 18011 )
= 1,78 inch.
D2=P
sin( 180N2 )
¿ 0,5
sin( 18022 )
= 3,57 inch.8. Untuk spesifikasi jarak nominal tengah, disaranlkan menggunakan jarak 40 pitch
berdasarkan tabel 13 – 4.9. Hitung panjang rantai yang dibutuhkan dalam pitch.
L=2 . C+N1+N2
2 +( N 2−N1 )2
4. π ² .C
L=2 .40+ 11+222
+ (22−11 )2
4.(3,14) ² . 40
= 96,226 inch.10. Menghitung jarak tengah actual, Mari gunakan 96 pitch:
Caktual=14 (L−
N2+N1
2+√ [L−
N2+N1
2 ]2
−8 ( N2−N1 )2
4 π 2 )
787
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Caktual=14 (96,226−
22+112 +√ [96,226−
22+112 ]
2
−8 (22−11)2
4 π2 )Caktual=20,76∈¿
4.3.2 DesainChain dan Sprocket
(Terlampir)
4.4 PerhitungandanDesainShaft (Poros)
Gambar 4.1 DesainSketsaPoros 1Sumber : Dokumen pribadi
Dpulley besar= 11 in = 280mm
Dsprocket kecil= 1,78 in = 45,212mm
P = 1 hp
Putaranporos (n) = 650 rpm
797
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
φpulley = 0°
φ sprocket =45° (keatas)
1. Hitung torsi padaporos
T=63000∗Pn
=96,92lb .∈¿
2. Hitungnilaigayapada titik C(Pulley)
Fc=T∗2D /2
=193,845,5
=35,24 lb
Bending force
Fcx=1,5∗Fc cos0 °=1,5∗35,24∗1=52,86 lbFcy=1,5∗Fc sin 0°=1,5∗35,24∗0=0 lb
3. Nilai – nilai gaya pada titik D (Sprocket)
Fd=T∗2D /2
=193,841,78
=108,89lb
Bending force
Fdx=Fd cos 45°=108,89∗0,707=76,98 lb
Fdy=Fd sin 45 °=108,89∗0,707=76,98 lb
4. Hitunggayapadaporos
Gambar 4.2Diagram Benda Bebas Poros 1Sumber: Dokumen Pribadi
Σ M ax=¿ 0
Σ M ax=Fcx∗3,94−Fdx∗19,66+Rbx∗23,60=208,26 lb−1013,42lb+Rbx∗23,6
Rbx=805,1623,6
=165,31lb
Σ M ay=0Σ M ay=Fdy∗19,66−Rby∗23,6
Rby=1513,4223,6
=64,13 lb
Σ F x=−Rax+Fcx−Fdx+Rbx=0
Rax=−52,86+76,98−165,31
808
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Rax=−141,19 lb
Σ F y=−Ray+Fdy−Rby=0
Ray=64,13−76,98
Ray=−12,85 lb
Gambar4.3 (Atas) Diagram Gaya Poros 1, (Bawah) Diagram MomenPoros 1Sumber: Dokumen Pribadi
Resultan Gaya dan Momen
Ra=√ Rax2+Ray2=√−141,192+−12,852=141,77 lb
Rb=√Rbx2+Rby2=√−165,312+64,132=177,31lb
Fc=√Fcy2+Fcx2=√02+52,862=52,86 lb
Fd=√Fdx2+Fdy2=√76,982+76,982=108,86lb
Mc=√Mcx2+Mcy2=√(−208,26)2+02=208 lb .∈¿
Md=√Mdx2+Mdy2=√−1517,122+(−1517,12¿¿2)=2145,53lb .∈¿¿
818
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
5. Menentukan Material Poros
Dari Tabel Design Properties of Carbon and Alloy Steel (Terlampir), maka
ditentukan Material yang dipakai adalah AISI 1040 Cold-Drawn Steel dengan Sy = 71
ksi dan Su = 80 ksi.
Terlihat pada grafik Endurance Strength Sn versus Tensile Strength for
Wrought Steel for Various Surface Condition (Terlampir) ,nilai Sn = 30 ksi.
6. Menghitung Endurance Strength terkoreksi (Sn’)
Pilih Reliability = 0,99 sehingga, pada tabelApproximate Reliability
Factors(Terlampir) didapat nilai Cr = 0,81. Memperkirakan nilai Cs dari grafik Size
Factor(Terlampir), diambil nilai Cs = 0,880. Maka, nilai Sn’ dapat dihitung :
S n'=Sn∗Cs∗Cr
S n'=30000∗0,880∗0,81
S n'=21384 psi
7. Menghitung Diameter Minimal Poros
D=3√(32 N
π)√( KT∗M
Sn' )2
+ 34 ( T
Sy )2
D=3√(32∗2
π)√( 1∗2145,53
21384 )2
+ 34 ( 96,92
71000 )2
D= 3√(20,37)√0,010066+0,00000139
D= 3√(20,37 )∗(0,10040)
D=1,26∈¿32,24 mm (minimum) → pakai33 mm
Gambar 4.4 Desain Sketsa Poros 2
Sumber : Dokumen pribadi
828
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Dsprocket= 3,57 in
Dpulley = 4,21 in
P = 1 hp
Putaran poros = 320 rpm
φ sprocket = 45°(kebawah)
φpulley = 0°
1. Hitung torsi padaporos
T=63000∗P320 rpm
=196,87 lb .∈¿
2. Hitung nilai gaya pada titik C (sprocket)
Fc= TD /2
=196,873,57 /2
=110,29 lb
Bending force
Fcx=1,5∗Fc cos45 °=1,5∗110,29∗0,707=116,96 lb
Fcy=1,5∗Fc sin 45 °=1,5∗110,29∗0,707=116,96 lb
3. Nilai nilai gaya pada titik D (pulley conveyor)
Fd=T∗2D
=196,87∗24,21
=93,52 lb
Bending force
Fdx=1,5∗Fd cos0 °=1,5∗93,52∗1=140,28lb ;(W =4,75 lb /¿)
Fdy=1,5∗Fd sin 45 °=1,5∗93,52∗0=0 lb
4. Hitung gaya pada poros
Gambar 4.5 Diagram Benda Bebas Poros 2Sumber: Dokumen Pribadi
Σ M ax=¿ 0Σ M ax=Fcx∗3,94+(W∗19,68 )∗15,75−Rbx∗27,56
Rbx=460,822lb+1472,31lb27,56
Rbx=70,14 lbΣ M ay=0
838
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Σ M ay=Fcy∗3,94−Rby∗27,56
Rby=460,8227,56
=16,72lb
Σ F x=−Rax+Fcx+Fdx−Rbx=0
Rax=116,96+140,28−70,14Rax=187,1lbΣ F y=−Ray+Fcy−Rby=0Ray=116,96−16,72 =100,12 lb
Gambar 4.6 (Atas) Diagram Gaya Poros2, (Bawah) Diagram MomenPoros2Sumber: Dokumen Pribadi
Resultan Gaya dan Momen
Ra=√Rax2+Ray2=√187,12+100,122=212,2 lb
Rb=√Rbx2+Rby2=√70,142+16,722=72,1 lb
Fc=√Fcy2+Fcx2=√116,962+116,962=116,96 lb
Fd=√Fdx2+Fdy2=√140,22+02=140,2lb
M c=√ Mcx2+ Mcy2=√(−460,82)2+(−460,82)2=651,7 lb .∈¿
Md=√Mdx2+Mdy2=√(−1931,95)2+02=1931,95 lb .∈¿
5. Menentukan Material Poros
Dari Tabel Design Properties of Carbon and Alloy Steel (Terlampir), maka
ditentukan Material yang dipakai adalah AISI 1040 Cold-Drawn Steel dengan Sy = 71
848
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
ksidan Su = 80 ksi.Terlihat pada grafik Endurance Strength Sn versus Tensile Strength
for Wrought Steel for Various Surface Condition(Terlampir), nilai Sn = 30 ksi.
6. Menghitung Endurance Strength terkoreksi (Sn’)
Pilih Reliability = 0,99 sehingga, pada table Approximate Reliability Factors
(Terlampir) didapat nilai Cr = 0,81. Memperkirakan nilai Cs dari grafik Size Factor
(Terlampir), diambil nilai Cs = 0,880. Maka, nilai Sn’ dapat dihitung :
S n'=Sn∗Cs∗Cr
S n'=30000∗0,880∗0,81
S n'=21384 psi8. Menghitung Diameter Minimal Poros
D=3√(32 N
π)√( KT∗M
S n' )2
+ 34 ( T
Sy )2
D= 3√(32∗2π
)√( 1∗1931,9521384 )
2
+ 34 ( 315
71000 )2
D= 3√(20,37)√0,00816+0,00000147627
D= 3√(20,37 )∗(0,09)
D=1,225∈¿31,12 mm (minimum )→ pakai 32mm
4.5 Perhitungan dan Desain Bearing (Bantalan)
Pada Poros 1
1. Tentukannilai L10 (umur desain)
Dipilih L10 = 20.000 h, dari table Recommended Design Life For Bearings(Terlampir).
2. Hitung Ld dan basic dynamic load rating (C)
Ld=20.000∗650∗60 min/h
Ld=7,8∗108 rev
C=Pd ( Ld106 )
1k=177,31lb∗(5,13∗102)
13 =1419,4 lb
3. Pilih tipe bantalan
Berdasarkan nilai C dan diameter dari poros,berdasarkan table Data
pemilihan bantalan untuk single-row-deep-groove, onrad-type ball bearing
(Terlampir)maka dipilih bantalan series 6200 dengan nomor bantalan 6203.
Pada Poros 2
1. Tentukan nilai L10 (umurdesain)
858
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
Dipilih L10 = 20.000 h, dari table Recommended Design Life For Bearings
(Terlampir).
2. Hitung Ld dan basic dynamic load rating (C)
Ld=20.000∗150∗60 min /h
Ld=1,8∗108 rev
C=Pd ( Ld106 )
1k=212,2lb∗(1,35∗102)
13=1088,7 lb
3. Pilih tipe bantalan
Berdasarkan nilai C dan diameter dari poros,berdasarkan table Data
pemilihan bantalan untuks ingle-row-deep-groove, onrad-type ball bearing
(Terlampir)maka dipilih bantalan series 6200 dengan nomor bantalan 6201.
4.5.2 Desain Bearing / Bantalan
(Terlampir)
4.6 PerhitungandanDesainKey(Pasak)
Pada Poros 1
Dporos = 1,269 in
Tporos = 96,92 lb.in
N = 1
1. Menentukan dimensi standar pasak
Terlihat dari tabel Ukuran pasak versus diameter poros (Terlampir).
DidapatkannilaiW = 5/16dan H = 5/16(PasakSquare ) , H = 1/4 (PasakRectangular)
2. Tentukan material pasak
DenganmelihattabelDesign Properties of Carbon and Alloy Steel(Terlampir),
padadesaininidipilih material berupa:
AISI 1020Cold-Drawn SteeldenganSy = 51000 psi.
3. Tentukanpanjangpasak
L= 4∗T∗ND∗W∗Sy
= 4∗96,92∗11,269∗0,3125∗51000
=0,019∈(minimum)
Maka panjang pasak dilebihkan menjadi :
Panjangpasakuntukpulley= 1.0 in
Panjang pasak untuk sprocket = 0,23 in
Pada Poros 2
Dporos = 1,225 in
Tporos = 196,87 lb.in
868
TUGAS BESAR ELEMEN MESINSEMESTER GENAP 2015/2016
N = 1
1. Menentukan dimensi standar pasak
Terlihat dari tabel Ukuran pasak versus diameter poros (Terlampir).
DidapatkannilaiW = 5/16dan H = 5/16(PasakSquare ) H = ¼ (rectangular)
2. Tentukan material pasak
DenganmelihattabelDesign Properties of Carbon and Alloy Steel(Terlampir),
pada desain ini dipilih material berupa:
AISI 1020Cold-Drawn SteeldenganSy= 51000 psi.
3. Tentukan panjang pasak
L= 4∗T∗ND∗W∗Sy
= 4∗196,87∗11,225∗0,3125∗51000
=0,04∈(minimum )
Maka panjang pasak dilebihkan menjadi :
Panjang pasak untuk sprocket = 0,23 in
4.6.2 Desain Key / Pasak
(Terlampir)