BAB IV

KOPLING TAK TETAP

Sebuah kopling tak tetap adalah suatu elemen mesin yang menghubungkan

poros yang digerakkan dan poros penggerak, dengan putaran yang sama dalam

meneruskan daya, serta dapat melepaskan hubungan kedua poros tersebut baik

dalam keadaan diam maupun berputar.

Rem adalah alat untuk menghentikan putaran suatu poros dengan

perantaraan gesekan. Berbeda dengan kopling tak tetap yang membuat kedua

poros berputar dengan kecepatan sama, maka rem berfungsi untuk menghentikan

poros atau benda yang sedang berputar. Sering kali penghentian ini harus

dilakukan dalam waktu singkat hingga berhenti sama sekali, dengan cara yang

aman. Kadang-kadang rem juga dipergunakan untuk mengatur putaran suatu

poros dengan mengurangi atau membatasi putaran.

4.1 Macam-macam Kopling Tak Tetap

Kopling tak tetap mencakup macam-macam berikut ini :

(1) Kopling Cakar Kopling ini meneruskan momen dengan kontak positip (tidak dengan

perantaraan gesekan) hingga tidak dapat slip. Ada dua bentuk kopling cakar,

yaitu kopling cakar persegi dan kopling cakar spiral.

(2) Kopling Plat Kopling ini meneruskan momen dengan perantaraan gesekan. Dengan

demikian pembebanan yang berlebihan pada poros penggerak pada waktu

dihubungkan, dapat dihindari. Selain itu karena dapat terjadi slip, maka

kopling ini sekaligus juga dapat berfungsi sebagai pembatas momen.

Menurut jumlah platnya, kopling ini dapat dibagi atas kopling plat

tunggal, dan kopling plat banyak, dan menurut cara pelayanannya dapat dibagi

atas cara manual, cara hidrolik, dan cara magnetik. Kopling disebut kering bila

139

plat-plat gesek tersebut bekerja dalam keadaan kering, dan disebut basah bila

terendam atau dilumasi dengan minyak.

(3) Kopling Kerucut Kopling ini menggunakan bidang gesek yang berbentuk bidang kerucut.

(4) Kopling Friwil Kopling ini hanya dapat meneruskan momen dalam satu arah putaran,

sehingga putaran yang berlawanan arahnya akan dicegah atau tidak

diteruskan. Cara kerjanya dapat berdasarkan atas efek baji dari bola atau rol.

(5) Kopling Macam Lainnya Termasuk dalam golongan ini adalah misalnya kopling fluida kering atau

kopling serbuk, yang meneruskan momen dengan perantaraan gaya sentrifugal

pada butiran-butiran baja di dalam suatu rumah, dan kopling fluida yang

bekerja atas dasar gaya sentrifugal pada minyak pengisinya. Karena kopling

tersebut tidak dapat dilepaskan hubungannya pada waktu berputar, maka dapat

digolongkan dalam kopling tetap.

4.2 Kopling Cakar Konstruksi kopling ini adalah yang paling sederhanadari antara kopling

tak tetap yang lain (gambar 4-1). Kopling cakar persegi dapat meneruskan momen

dalam dua arah putaran, tetapi tidak dapat dihubungkan dalam keadaan berputar.

Dengan demikian tidak dapat sepenuhnya berfungsi sebagai kopling tak tetap

yang sebenarnya. Sebaliknya, kopling cakar spiral dapat dihubungkan dalam

keadaan berputar, tetapi hanya baik untuk satu arah putaran tertentu saja. Namun

demikian, karena timbulnya tumbukanyang besar jika dihubungkan dalam

keadaan berputar, maka cara menghubungkan semacam ini hanya boleh dilakukan

jika poros penggerak mempunyai putaran kurang dari 50 (rpm).

Jika daya yang akan diteruskan adalah P (kW) dan putaran poros adalah n1

(rpm), serta faktor koreksi fc dan bahan poros dipilih, maka diameter poros dapat

dihitung. Sebuah alur pasak untuk menggeserkan cakar tentu saja harus

disediakan.

140

Gambar 4-1 Dua macam kopling tak tetap

Gambar 4-2 Lambang-lambang untuk kopling cakar

Diameter dalam D1 (mm), diameter luar D2 (mm), dan tinggi h (mm) dari

cakar untuk suatu diameter poros d1 (mm)dapat ditentukan secara empiris.

( )( )( )

+=+=+=

mm 8 0,5 mm 25 2 mm 10 1,2

2

1

s

s

s

dhdD

dD (4-1)

Momen puntir yang diteruskan adalah :

T = 9,74 x 105 x fcP/n1 (kg . mm) (4-2)

Dan jika gaya tangensial Ft (kg) bekerja pada jari-jari rata-rata rm (mm), maka

:

rm = (D1 + D2)/4 (4-3)

Ft = T/rm (4-4)

Jika luas akar adalah dari (/4)(D22 D12), maka tegangan geser (kg/mm2)

yang timbul pada akar cakar adalah :

= (8/)Ft/(D22 D12) (4-5)

141

Momen lentur yang bekerja pada cakar adalah (Ft/n).h, jika Ft dikenakan pada

ujung cakar, dimana n adalah jumlah cakar.

Alas dari penampang cakar segi empat adalah (D2 D1)/2, dan tingginya

adalah ( )[ ]( nDD /4/ - 21 ) , sehingga momen tahanan lenturnya adalah : ( ) ( ) 22112

4

2 -

61

+=

nDDDDZ (4-6)

Besarnya tegangan lentur b (kg/mm2) adalah :

nZhFt

b = (4-7)

Tegangan geser maksimum max (kg/mm2) adalah :

2/4 22bmax

+= (4-8)

Jika harga ini lebih kecil dari tegangan geser yang diizinkan, maka dapat

diterima. Tetapi jika lebih besar, maka D1, D2, h, dsb., harus disesuaikan.

Dalam hal ini perlu ditegaskan bahwa menghubungkan dan melepaskan

kopling harus dilakukan dalam keadaan berhenti.

Contoh Soal 4-1

Sebuah kopling cakar untuk putaran dua arah akan dihubungkan

dengan sebuah poros baja liat untuk meneruskan daya sebesar 1,5 (kW)

pada 120 (rpm). Tentukan diameter luar, diameter dalam dan tinggi

cakar dengan mengambil jumlah cakar 3 buah.

[ ]anPenyelesai 1. P = 1,5 (kW), n1 = 120 (rpm)

2. Dengan menganggap kadar karbon poros baja liat sebesar

0,20 (%), b = 40 (kg/mm2)

Ambil mis. Sf1 = 6 , Sf2 = 2,5 (dengan alur pasak)

a = 40/(6 x 2,5) = 2,67 (kg/mm2)

3. fc = 1, Pd = P = 1,5 (kW)

142

T = 9,74 x 105 (1,5/120) = 12175 (kg . mm)

4. Kt = 2,5 , Cb = 1

( )[ ] ( )mm 40 38,7 12175 1 2,5 5,1/2,67 3/1 ==sd 5. Dengan menganggap kadar karbon baja liat sebagai bahan cakar sebesar

0,25 (%),

B = 45 (kg/mm2), Sf1 = 10 , 2 = 5 ,

a = 45/(10 x 5) = 0,9 (kg/mm2)

6. D1 = 1,2 x 40 + 10 = 58 (mm)

D2 = 2 x 40 + 25 = 105 (mm)

h = 0,5 x 40 + 8 = 28 (mm)

7. rm = (58 + 105)/4 = 41 (mm)

8. Ft = 12175/41 = 297 (kg)

9. ( ) ( )222 kg/mm 0,099 58 - 105297 8 == 10. ( ) ( ) ( )32 mm 7141

3 458 105 258 - 105

61 =

+= Z

( )2kg/mm 0,388 7141 3

28 297 ==b

11. ( )222max kg/mm 0,218 2/0,099 4 0,388 =+= 12. 0,218 (kg/mm2) < 0,9 (kg/mm2) , baik

13. ds = 40 (mm), D1 = 58 (mm), D2 = 105 (mm), h = 28 (mm)

Bahan cakar : baja liat (C = 0,25 %)

4.3. Kopling Plat

Kopling plat adalah suatu kopling yang menggunakan satu plat atau

lebih yang dipasang di antara kedua poros serta membuat kontak dengan poros

tersebut sehingga terjadi penerusan daya melalui gesekan antara sesamanya.

Konstruksi kopling ini cukup sederhana dan dapat dihubungkan dan

143

dilepaskan dalam keadaan berputar. Karena itu kopling ini sangat banyak

dipakai.

Kopling plat dapat dibagi atas kopling plat tunggal dan kopling plat

banyak, yaitu berdasarkan atas banyaknya plat gesek yang dipakai. Juga dapat

dibagi atas kopling basah dan kering, serta atas dasar cara pelayanannya

(manual, hidrolik, pneumatik dan elektromagnetis). Macam mana yang akan

dipilih tergantung pada tujuan, kondisi kerja, lingkungan, dan sebagainya.

Gambar 4-4 Bagan kopling plat

Gambar 4-5 Lambang-lambang untuk kopling plat (satu bidang gesek)

Bentuk kopling plat yang paling sederhana diperlihatkan dalam Gambar

4.4. Badan A dipasang tetap pada poros sebelah kiri, dan badan B dipasang

pada poros di sebelah kanan serta dapat bergeser secara aksial pada poros

tersebut sepanjang pasak luncur. Bidang gesek C pada badan B didorong ke

badan A hingga terjadi penerusan putaran dari poros penggerak di sebelah kiri

ke poros yang digerakkan di sebelah kanan. Pemutusan hubungan dapat

dilakukan dengan meniadakan gaya dorong hingga gesekan akan hilang.

144

D1 adalah diameter dalam, dan D2 adalah diameter luar bidang gesek.

Karena bagian bidang gesek yang terlalu dekat pada sumbu poros hanya

mempunyai pengaruh yang kecil saja pada pemindahan momen, maka

besarnya perbandingan D1/D2 jarang lebih rendah dari 0,5.

Besarnya tekanan pada permukaan bidang gesek adalah tidak terbagi rata

pada seluruh permukaan tersebut; makin jauh dari sumbu poros, tekanannya

semakin kecil. Jika dalam Gambar 4.4 besarnya tekanan rata-rata pada bidang

gesek adalah p (kg/mm2), maka besarnya gaya yang menimbulkan tekanan ini

adalah :

( )pDDF 2122 - 4 = (4-9)

Jika koefisien gesek adalah , dan seluruh gaya gesekan dianggap bekerja

pada keliling rata-rata bidang gesek, maka momen gesekan adalah :

4 . 21 DDFT += (4-10)

Harga dan harga tekanan yang diizinkan pa (kg/mm2) diberikan dalam Tabel

4.1. Harga-harga koefisien gesek dalam tabel tersebut ditentukan dengan

memperhitungkan keadaan bidang gesek yang sudah agak menurun

gesekannya karena telah terpakai beberapa waktu, serta didasarkan atas harga

tekanan yang diizinkan yang dianggap baik.

Selanjutnya harus diperhatikan pula GD2 dari poros yang digerakkan yang

harus dipercepat pada waktu kopling dihubungkan. Faktor keamanan kopling

harus dihitung dengan memperhatikan macam penggerak mula yang dipakai,

variasi beban, besarnya GD2, dan ada tidaknya tumbukan.

145

Tabel 4.1 Harga dan pa Bahan permukaan

kontak Kering Dilumasi pa (kg/mm2)

Besi cor dan besi cor

Besi cor dan perunggu

Besi cor dan asbes

(ditenun)

Besi cor dan serat

Besi cor dan kayu

0,10 0,20

0,10 0,20

0,35 0,65

0,05 0,10

-

0,08 0,12

0,10 0,20

-

0,05 0,10

0,10 0,35

0,09 0,17

0,05 0,08

0,007 0,07

0,005 0,03

0,02 0,03

Kerja penghubungan yang diizinkan dibatasi menurut banyaknya

penghubungan dalam suatu jangka waktu tertentu. Kenaikan temperatur juga

dibatasi. Umur plat gesek juga harus dihitung.

Sekalipun untuk plat yang sederhana, sebanyak mungkin segi yang penting

harus diperhatikan, agar kopling dapat bekerja dengan halus dan aman, karena

kopling adalah suatu bagian yang penting. Suatu contoh perhitungan

sederhana akan diberikan di bawah ini.

Contoh Soal 4-2

Rencanakan sebuah kopling plat tunggal untuk meneruskan daya sebesar

7,5 (kW) pada 100 (rpm). Anggaplah besarnya perbandingan diameter

D1/D2 = 0,8 , koefisien gesekan = 0,2 , dan tekanan permukaan yang

diizinkan pada bidang gesek pa = 0,02 (kg/mm2).

[ ]anPenyelesai 1. P = 7,5 (kW), n1 = 100 (rpm)

2. Dengan menganggap daya nominal motor sebesar 7,5 (kW), fc = 1,0

3. Pd = 1 x 7,5 = 7,5 (kW)

4. T = 9,74 x 105 x 7,5/100 = 73050 (kg . mm)

5. F = (/4)(D22 D12)pa = (/4)(1 0,82)D22 x 0,02 = 0,00565D22

6. rm = (D1 + D2)/4 = (0,8 + 1)D2/4 = 0,45D2 7. T = F.rm = 0,2 x 0,00565D22 x 0,45D2 = 0,0005085D23 = 508,5 x 10-6D23

146

8. 73050 = 508,5 x 10-6D23

9. D2 = 530 (mm)

D1 = 0,8 x 530 = 424 (mm)

Dalam contoh ini, ukuran kopling hanya ditentukan dari perhitungan

momen saja. Tetapi dalam praktek karena percepatan dll., turut menentukan ,

maka perhitungan seperti di atas tidak cukup. Di bawah ini akan diberikan

cara yang lebih lengkap.

1) Mula-mula ditentukan cara pelayanan pada mesin yang akan dipakai

seperti : manual atau otomatik, langsung atau jarak jauh, serta macam

pelayanan seperti : manual, hidrolik, pneumatik, atau magnetik

[Gambar 4.5 (a), (b), (c)].

2) Tentukan macam kopling menurut besarnya momen yang akan

diteruskan, plat tunggal atau plat banyak.

3) Pertimbangkan macam dan karakteristik momen dari penggerak mula.

Jika variasi momennya besar, suatu kopling kering dapat dipakai

dengan plat luar macam roda gigi, atau kopling tanpa bentuk plat luar

yang demikian. Jika kopling akan dikenai beban tumbukan berat, ada

baiknya dipakai kopling pneumatik.

4) Untuk jangka waktu penghubungan sebesar 0,2 sampai 1 detik (s),

kopling macam apa saja dapat dipakai. Namun untuk 0,2 (s) atau

kurang, kopling basah hanya dapat dipakai untuk kapasitas kecil.

Terutama kopling dengan pelayanan hidrolik harus dihindari karena

kerjanya lebih lambatdari pada yang lain.

5) Untuk jumlah penghubungan kurang dari 20 kali/menit, semua macam

dapat dipakai, tetapi untuk lebih dari 20 kali/menit, kopling basah tidak

cocok.

6) Jika lingkungan kerja tidak baik, pakailah kopling basah, dan jika

pemakaian koling kering tak dapat dihindari, pasanglah kopling

tersebut di dalam kotak yang rapat dan kedap.

147

Gambar 4-5 Penggolongan kopling menurut cara kerjanya

7) Untuk penempatan yang menyulitkanpemeriksaan dan pemeliharaan,

lebih cocok jika dipakai cara pelayanan hidrolik, pneumatik, atau

elektro magnetik.

8) Jika diinginkan umur yang yang panjang, pemakaian kopling basah

sangat sesuai.

148

Rumus-rumus tersebut dapat dikelompokkan menjadi lima : 1. Momen

puntir, 2. Kerja penghubungan, 3. Jangka waktu kerja, 4. Perhitungan panas,

dan 5. Umur plat gesek.

(1) Momen Puntir i) Momen yang dihitung dari daya penggerak mula. Jika daya penggerak

mula adalah P (kW), faktor koreksi fc, dan putaran poros kopling n1 (rpm),

maka momen puntir T (kg.mm) pada poros kopling adalah :

1

974 n

PfT c= (4-11)

Jika P adalah daya nominal motor, fc = 1 dapat dipandang cukup karena sudah

mencakup beberapa tambahan.

ii) Momen yang dihitung dari beban. Jika gaya yang ditimbulkan oleh

beban adalah F (kg), kecepatan beban adalah V (m/min), putaran poros

kopling adalah n1 (rpm), dan efisiensi mekanis adalah , maka momen beban

Tl (kg.m) dapat dinyatakan oleh :

6120 974 1 = nFVTl (4-12)

Momen ini mencakup dua macam beban : pertama, beban berat

sejaksejak dari permulaan seperti pada konveyor, dan kedua, beban ringan

pada permulaan seperti pada pemutaran cekam mesin bubut bersama benda

kerjanya dan kemudian beban penuh setelah pemotongan oleh pahat bubut

dimulai.

Jika beban berat sudah bekerja sejak permulaan dan harganya tidak

diketahui, maka momen T (kg.m) yang dihitung dari daya motor nominal

dapat dipakai secara efektif. Jika momen start adalah Tl1 (kg.m), maka :

TTl 1 (4-13)

149

Momen maksimum pada kecepatan penuh kemudian dapat dianggap Tl2 (kg.m).

Jika efek total roda gaya terhadap poros kopling adalah GD2 (kg.m2),

kecepatan relatif adalah nr = n1 n2 (rpm), dimana beban berputar dengan n2

(rpm), dan jangka waktu penghubungan (dari saat kopling dihubungkan

hingga kedua poros mencapai putaran yang sama) adalah ta (s), mak

persamaan gerak dari seluruh benda yang berputar adalah :

a

f

tGDJT 0

2 - g4

== (4-14)

di mana T = momen dari luar (kg.m), J = momen inersia (kg.m.s2), g = 9,8

(m/s2), 0 = kecepatan sudut awal (rad/s), 1 = kecepatan sudut akhir (rad/s).

Jika momen percepatan yang diperlukan untuk mencapai jangka waktu

penghubungan yang direncanakan te (s) adalah Ta (kg.m), maka karena momen

luar T = Ta Tl1,

( )ee

la tnnGD

tnnGDTT

375 - 1

60 2 -

60 2

9,8 4 - 21

221

2

1 =

=

(4-15)

1

2

375

. le

ra Tt

nGDT += (4-16)

Bila GD2 dan momen beban adalah kecil pada penghubungan, dan

momen beban berat dikenakan setelah terjadi hubungan, serta jika momen

beban maksimum adalah Tl2, dimana :

211

2

21

375 . lle

a TTtnGDT

Maka kopling tersebut dapat dianggap bekerja dengan momen gesekan statis.

Dalam keadaan demikian, pilihlah kopling dengan Ts0 sebagai kapasitas

momen gesekan statis dalam daerah berikut :

Ts0 > Tl2 . f (4-18)

Sebaliknya, meskipun beban berat dikenakakan kemudian, jika :

211

2

21

375 . lle

a TTtnGDT Ta . f (4-20)

Untuk kopling elektromagnet plat tunggal kering (Gambar 4.6) momen

gesekan statisnya diberikan dalam Tabel dan momen gesekan dinamisnya

dalam Gambar 4.7. Faktor keamanan f diberikan dalam Tabel.

(2) Kerja Penghubungan

Setelah pemilihan kapasitas momen, perlu dibahas panas gesekan atau

kerja penghubungan oleh slip pada waktu berlangsung proses penghubungan.

Untuk kopling dengan kapasitas momen yang dipilih, kerja penghubungan

yang diizinkan diberikan menurut jumlah penghubungan dalam jangka waktu

tertentu. Jika kerja untuk sekali penghubungan lebih kecil dari pada kerja

penghubungan yang diizinkan, maka dapat diterima.

i) Pada waktu percepatan. Sekarang akan dicari kerja yang dilakukan

bila beban yang telah berputar dengan putaran n2 (rpm) dipercepat menjadi n1

(rpm) setelah dihubungkan dengan poros penggerak yang mempunyai putaran

151

n1 (rpm) dalam arah yang sama. Kerja untuk satu kali hubungan dapat

dinyatakan dengan satuan (kg.m/hb).

Gambar 4-6 Kopling elektromagnet dengan plat tunggal kering

Kerja yang dilakukan dalam jangka waktu penghubungan yang sesungguhnya

tae (s) dari kecepatan sudut 2 (rad/s) menjadi 1 (rad/s) dengan kapasitas

momen Td0 (kg.m) adalah perkalian antara sudut yang ditempuh oleh putaran

poros dalam jangka waktu tae, sebesar (1 - 2)/2 kali tae, dengan Td0. Jadi :

aerdae

daed tnTtnnttTE 1,19 .

260

2 - 60

2 2 - 0210210 =

== (4-21)

Karena Ta dalam persamaan 12

375

. le

ra Tt

nGDT += menjadi Td0, maka :

( ) ( )102

2110

2

- 375 . -

60 6,19

ld

r

ldae TT

nGDnnTT

GDt == (4-22)

Dari kedua persamaan di atas :

( )102

0

- 375 .

1,19 .

ld

rrd

TTnGDnTE = (4-23)

152

Gambar 4-7 Karakteristik momen puntir gesek dinamis terhadap putaran relatif

dari kopling elektromagnet dengan plat tunggal kering(gambar 4-6)

Gambar 4-8 Kerja penghubung yang diperbolehkan untuk kopling elektromagnet dengan plat tunggal kering(gambar 4-6)

153

(kg.m/hb -

7160

. 10

02

ld

d

TTTnGDE = ) (4-23)

Bila beban dalam keadaan diam, maka nr = n1.

ii) Jika sisi beban berputar berlawanan dengan arah putaran poros

penggerak. Jika waktu yang diperlukan untuk perlambatan dari n2 (rpm)

menjadi nol adalah t1 (s), dan jangka waktu untuk percepatan dari nol menjadi

n1 (rpm) adalah t2 (s), maka persamaan gerak dari benda yang berputar adalah

:

( ) ( )1

22

10 - 0

4

tgGDTT ld

=+ (4-24)

( ) ( )2

12

100 -

4

tgGDTT ld

=+ (4-25)

maka,

( ) ( )101

2

210

22

1 - 375 . ;

375 .

ldld TTnGDt

TTnGDt =+= (4-26)

Besarnya sudut yang ditempuh adalah ((2/2) t1 + 1 t1 + (1/2) t2), sehingga :

( )( ) ( )10

210

10

22102

1111

20 - 7160

7160

2

2

2

ld

d

ld

dd TT

nTTT

nnnTtttTE +++=

++=

( )

+++=

10

21

10

2210

- 2

7160

ldld

d

TTn

TTnnnTE (4-27)

Jika kerja penghubungan yang diizinkan adalah Ea (kg.m/hb), maka haruslah :

154

aEE (4-28)

Jumlah penghubungan terhadap kerja yang diizinkan untuk kopling

elektromagnit plat tunggal kering diperlihatkan dalam Gambar 4.8.

(3) Waktu Pelayanan Dan Penghubungan (Waktu Kerja)

Pada permulaan perhitungan, momen percepatan yang diperlukan untuk

memenuhi waktu penghubungan te yang direncanakan dicari lebih dahulu, dan

momen puntir serta nomor kopling ditentukan. Kemudian momen percepatan

oleh oleh kopling dan waktu penghubungan yang sesungguhnya tae dapat

dihitung. Karena Td0 menjadi lebih besar maka tae menjadi lebih kecil dari

pada te. Meskipun demikian perlu diperikasa untuk meyakinkannya.

Rumus yang diperoleh dapat disusun sebagai berikut :

i) Pada percepatan :

( )102

- 375 .

ld

rae TT

nGDt = (4-29)

ii) Bila sisi beban berputar berlawanan dengan arah putaran poros penggerak

+=

10

1

10

22

- - 375

ldldae TT

nTT

nGDt (4-30)

Waktu yang diambil sejak dari permulaan pelayanan hingga tercapai

hubungan adalah waktu penghubungan yang sesungguhnya tae seperti tersebut

di atas ditambah waktu t0 yang diambil sejak operator memulai pelayanan

sampai saat gaya mulai bekerja pada badan kopling. Waktu t0 mencakup

semua waktu di dalam pelayanan yang tergantung pada macam kopling, dan

155

perbedaan di antara operator dalam hal kopling manual. Besarnya waktu

tersebut adalah penting, meskipun harganya tidak tetap.

(4) Perhitungan Panas Kerja penghubungan pada kopling akan menimbulakan panas karena

gesekan hingga temperatur kopling akan naik. Temperatur permukaan plat

gesek biasanya naik sampai 200(0C) dalam sesaat. Tetapi untuk seluruh

kopling umumnya dijaga agar suhunya tidak lebih tinggi dari pada 80(0C).

Jika kerja penghubungan untuk satu kali pelayanan direncanakan lebih

kecil dari pada kerja penghubungan yang diizinkan, pada dasarnya

pemeriksaan temperatur tidak diperlukan lagi.

(5) Umur Plat Gesek Umur plat gesek kopling kering adalah lebih rendah dari pada kurang

lebih sepersepuluh umur kopling basah. Karena laju keausan plat gesek sangat

tergantung pada macam bahan geseknya, tekanan kontak, kecepatan keliling,

temperatur, dll., maka agak sulit untuk menentukan umur secara teliti.

Sekalipun demikian, taksiran kasar dapat diperoleh dari rumus berikut ini :

wELNmL .

3

= (4-31) di mana E = kerja penghubungan untuk satu kali hubungan (kg.m/hb), w = laju

keausan permukaan bidang gesek (cm2/(kg.m)) (Tabel 4-2), dan L3 = volume

keausan yang diizinkan dari plat gesek (cm3) (Tabel 4-3).

Tabel 4.2 Laju keausan permukaan pelat gesek

Bahan permukaan W [cm3/(kg.m)]

Paduan tembaga sinter

Paduan sinter besi

Setengah logam

Damar cetak

(3 6) x 10-7

(4 8) x 10-7

(5 10) x 10-7

(6 12) x 10-7

156

Tabel 4.3 Batas keausan rem dan kopling elektromagnit pelat tunggal kering

Nomor kopling/rem 1,2 2,5 5 10 20 40 70 100

Batas keausan

permukaan (mm) 2,0 2,0 2,5 2,5 3,0 3,0 3,5 3,5

Volume total pada batas

keausan (cm3) 7,4 10,8 22,5 33,5 63,5 91,0 150 210

Contoh Soal 4-3

Sebuah mesin yang memberikan beban penuh sejak dari awal,

digerakkan oleh sebuah motor dengan daya nominal sebesar P = 1 (PS)

dengan putaran poros motor n1 = 1450 (rpm) dan putaran poros kopling

sebesar 600 (rpm). Dimisalkan efek roda gaya terhadap poros kopling

GD2 = 3,0 (kg.m2), dan frekwensi penghubungan N = 6 (hb/min). Pilihlah

sebuah kopling plat tunggal kering yang cocok untuk poros ini. Taksirlah

juga umur plat geseknya, jika kopling dianggap bekerja 6 jam sehari.

[ ]anPenyelesai 1. P = 1,0 (PS) = 0,735 (kW) ; nM = 1450 (rpm), n1 = 600 (rpm)

2. fc = 1

3. Pd = 1 x 0,735 = 0,735 (kW)

4. T1 = 974 x 0,735/1450 = 0,494 (kg.m)

T2 = 974 x 0,735/600 = 1,19 (kg.m)

5. Tl1 = T2 = 1,19 (kg.m) = Tl2

6. GD2 = 3 (kg.m2), nr = 600 0 = 600 (rpm)

7. te = 0,3 (s), f = 1,7

8. ( )kg.m 17,9 1,19 0,3 375

600 3 =+=aT

Ta.f = 17,19 x 1,7 = 29,2 (kg.m)

9. Kopling plat tunggal kering dengan pelayanan elektromagnetik (untuk

pengendalian otomatik)

#40, Td0 = 32 (kg.m) > 29,2 (kg.m)

157

10. #40, 6 (hb/min) = 360 (hb/h) Ea = 200 (kg.m)

11. ( )kg.m 156,7 1,19 - 32

327160

600 3 2

==E

12. E/Ea = 156,7/200 = 0,784 < 1, baik

13. ( ) ( )s 0,156 1,19 - 32375600 3 ==aet

14. 0,156 (s) < 0,3 (s), baik

15. L3 = 91 (cm3)

Jika damar cetak dipilih sebagai bahan gesek, w = 8 x 10-7(cm3/kg.m)

16. ( )hbNmL 72600010 7,26 10 8 156,791 57- ===

17. 6 x 60 x 6 = 2160 (hb/hari)

Dengan 300 hari tiap tahun, 2160 x 300 = 648000 (hb)

NmD = 726000/648000 = 1,12 (tahun) kurang lebih setahun 18. Kopling plat tunggal kering elektromagnit, No. 40. Plat gesek harus

diganti tiap tahun.

(Catatan) : Dalam hal rem cakera yang mirip dengan kopling plat,

dipergunakan konsep yang sama seperti pada penurunan persamaan

( ) ( )1

22

10 - 0

4

tgGDTT ld

=+

, di mana Tl1 ditambahkan pada Td0. Rumus-rumus momen, kerja

penghubungan, dan waktu penghubungan dan pelayanan, yang diperlukan

untuk penurunan, adalah rumus-rumus kopling dengan tanda Tl1 yang

dibalik.

4.4. Kopling Kerucut

Kopling kerucut adalah suatu kopling gesek dengankonstruksi sederhana

dan mempunyai keuntungan di mana dengan gaya aksial yang kecil dapat

ditransmisikan momen yang besar (Gambar 4.9). Kopling macam ini dahulu

158

Gambar 4-9 Kopling kerucut

banyak dipakai; tetapi sekarang tidak lagi, karena daya yang diteruskan tidak

seragam. Meskipun demikian, dalam keadaan di mana bentuk plat tidak

dikehendaki, dan ada kemungkinan terkena minyak, kopling kerucut sering

lebih menguntungkan.

Jika daya yang diteruskan dan putaran poros kopling diberikan, maka daya

rencana dan momen rencana dihitung dengan menggunakan faktor koreksi.

Misalkan momen dikenakan pada diameter rata-rata Dm (mm) dari

permukaan kopling. Sudut kerucut tidak boleh lebih kecil dari 8 derajat

dan lebih besar dari 15 derajat.

Jika gaya tekan normal pada permukaan kontak adalah Q (kg), maka :

T = Q x (Dm/2) (4-32)

Sehingga

Q = 2T/(Dm) (4-33)

Jika tekanan kontak yang diizinkan adalah pa (kg/mm2) (Tabel 4.1),

maka permukaan kontak yang diperlukan A (mm2) adalah :

A = Q/pa (4-34)

Lebar yang diperlukan b (mm) adalah :

159

b = A/(Dm) (4-35)

Gaya dorong aksial F (kg) adalah sama dengan jumlah dari komponen

horizontal dari gaya tekan normal Q (kg)., dan komponen horizontal tahanan

gesek yang ditimbulkan oleh gaya Q seperti diperlihatkan dalam Gambar

4.10.

Gambar 4-10 Hubungan antara gaya-gaya dalam kopling kerucut

Contoh soal 4-4

Rencanakan sebuah kopling kerucut untuk meneruskan daya sebesar

37 (kW) pada 1400 (rpm) dengan gaya dorong kurang dari 350 (kg)

serta diameter luar tidak lebih dari 250 (mm).

Jika permukaan gesek terdiri atas baja dan besi cor, sudut kerucut

antara 10 dan 15 derajat, koefisien gesek adalah 0,3 , dan tekanan

kontak yang diizinkan adalah 0,03 (kg/mm2), berapakah besarnya jari-

jari kerucut, sudut kerucut, lebar kerucut, dan gaya dorong?

[ ]anPenyelesai 1. P = 37 (kW), n1 = 1440 (rpm), F0 = 350 (kg)

2. fc = 1,0 (untuk daya nominal motor)

3. Pd = 1 x 37 = 37 (kW)

4. T = 9,74 x 105 x 37/1440 = 25000 (kg.mm)

5. Dm = 240 (mm)

= 150 , = 0,3 , pa = 0,03 (kg.mm2)

160

6. Q = 2 x 25000/(0,3 x 240) = 695 (kg)

7. A = 695/0,025 = 27800 (mm2)

b = 27800/( x 240) = 37 (mm) 40 (mm) 8. F = 695 (sin 150 + 0,3 cos 150) = 695 (0,259 + 0,3 x 0,966) = 375 (kg)

9. 375 > 350, tidak baik.

5. = 120

8. F = 695 (sin 120 + 0,3 cos 120) = 695 (0,208 + 0,3 x 0,978) = 348 (kg)

9. 348 < 350, baik

10. = 120

Permukaan gesek : baja dan besi cor

Diameter rata-rata 240 (mm) x lebar kontak 40 (mm).

4.5. Kopling Friwil Dalam permesinan sering kali diperlukan kopling yang dapat lepas

dengan sendirinya bila poros penggerak mulai berputar lebih lambat atau

dalam arah berlawanan dari poros yang digerakk n. Kopling friwil adalah

kopling yang dikembangkan untuk maksud tersebut.

Seperti diperlihatkan dalam Gambar 4.11 (a), bola-bola atau rol-rol

dipasang dalam ruangan yang betuknya sedemikian rupa hingga jika poros

penggerak (bagian dalam) berputar searah jarum jam, maka gesekan yang

timbul akan menyebabkan rol atau bola terjepit di antara poros penggerak

dan cincin luar, sehingga cincin luar bersama poros yang digerakkan akan

berputar meneruskan daya.

Jika poros penggerak berputar berlawanan arah jarum jam , atau jika

poros yang digerakkan berputar lebih cepat dari pada poros penggerak, maka

bola atau rol akan lepas dari jepitan hingga tidak terjadi penerusan momen

lagi. Kopling ini sangat banyak gunanya dalam otomatisasi mekanis.

161

Gambar 4-11 Kopling Friwil

Suatu bentuk lain dari kopling semacam ini, menggunakan bentuk km (nok)

sebagai pengganti bola atau rol dan disebut kopling kam (Gambar 4.11(b)).

162