bab iii metode perancanganeprints.umm.ac.id/40465/4/jiptummpp-gdl-marjanfatu-48072-4-babiii.… ·...
Post on 19-Oct-2020
6 Views
Preview:
TRANSCRIPT
29
BAB III
METODE PERANCANGAN
3.1 Deskripsi Model Alat Uji Tarik
Struktur alumanium tipis memiliki karakteristik yang khas terhadap beban
statik dan beban dinamik. Respon terhadap beban-beban tersebut di antaranya
adalah lendutan, puntiran, patahan karena beban statis atau patah karena lelah
(fatique failure). Biasanya kerusakan yang di akibatkan beban dinamik lebih sulit
diprediksi, karena berung dan siklus yang tidak tentu, misalnya karena gempa,
angina, getaran kendaraan yang melintas, dsb. Analisa kekuatan struktur yang
hanya mengandalkan pada kekuatan statik sangat berbahaya, karena beban
dinamik yang relatif kecil akan menyebabkan kerusakan karena lelah pada
komponen-komponen kritis.
Alat uji tarik adalah sebuah sistim makatronika (mekanika elektronika)
yang dapat memberikan beban tertentu pada obyek pengujian. Bebam yang
diberikan dapat berupa gaya tekan, tarik, puntiran, dsb. Pada sistim konstruksi
alumanium tipis, beban yang mungkin di terima sangat bervariasi. Sistim
kontruksi alumanium tipis, dengan keunggulan sifat mekanik pada kekuatan
tariknya, sedapat mungkin dikondisikan hanya menerima beban tarik saja. Untuk
menguji struktur yang menerima beban tarik dinamik saja maka beban yang
harus diberikan saat pengujian adalah beban tarik dinamik pula.
30
Saat sisitim kontruksi alumanium tipis menerima beban dinamik,
kemungkinan arah pembebanan sangatlah bervariasi. Pengaruh gravitasi bumi
menjadi beban yang mengarah ke pusat bumi adalah beban terbesar. Berdasarkan
hal tersebut, maka arah pembebanan dinamik saat pengujian adalah vertical atau
mengarah ke pusat gravitasi bumi.
Proses pengaturan kecepatan motor penggerak dilakukan oleh rangkaian
pengendali kecepatan h-bridge. Perancangan rangkaian pengendali kecepatan h-
bridge adalah proyek lain yang dilakukan secara parallel dengan proyek ini.
Karena alat uji tarik ini akan digunakan untuk menguji berbagai sistim
kontruksi alumanium tipis maka beban statik maksimal atau gaya berat beban
alat uji tarik ditentukan sebesar 100 kg.
3.2 Spesikasi Desain
Dari deskripsi di atas diperoleh spesifikasi/persyaratan desain sebagai
berikut:
Tabel 3.1 Spesikasi desain
No. Uraian Persyaratan Sifat
1 Jenis beban dinamik adalah beban tarik Wajib dipenuhi (W)
2 Arah pembebanan dinamik adalah vertical W
3 Kecepatan motor dapat dikontrol W
4 Dimensi alat maksimum 46x37x66,2 cm W
5 Alat dapat di operasikan oleh 2 orang Disarankan dipenuhi
(S)
6 Beban alat maksimum 100 kg S
7 Alat dapat dibuat dalam waktu S
31
Energi Manusia Alat Uji Siap
Energi Listrik Beban Tarik
Konstruksi alumanium tipis Konstruksi alumanium tipis patah
8 Komponen alat harus tersedia di pasar lokal S
9 Alat dapat di pindahkan dengan mudah W
10 Gaya berat alat uji tarik di tentukan maksimal 981 N W
3.3 Struktur Fungsi dan sub-fungsi
Berdasarkan deskripsi dan spesikasi desain model alat uji tarik serta aliran
energy, material, dan sinyal di dapatkan formulasi masalah berupa struktur
ffungsi dan atau fungsi keseluruhan (overall function) dan sub-fungsi/fungsi
utama sbb. Struktur fungsi atau fungsi keseluruhan (overall function) dan sub-
fungsi/fungsi utama di gambarkan dalam diagram blok.
Gambar 3.1 Diagram blok fungsi keseluruhan
Alat Uji
Tarik
32
Energi
Manusia Alat Uji Siap
Energi
Listrik
Layout hasil
pengujian
Konstruksi
alumanium
tipis
Konstruksi
alumanium
tipis patah
Beban tarik
Gambar 3.2 Overall function, sub-fungsi, dan sub-sub fungsi
Ket:
= Energi manusia
= Energi listrik
= Material
= Sinyal
3.4 Fungsi keseluruhan dari sub-fungsi sistim Mekanik
Gambar 3.2 overall function, sub-fungsi, dan sub-sub fungsi dari
keseluruhan model alat uji tarik sistim sambungan alumanium tipis.
Dalam perancangan kali ini sub-fungsi yang dibahas adalah sub-fungsi
sistim mekanik. overall function dan sub-fungsi sistim mekanik adalah:
Setting Komponen
Menentukan beban
dan posisi awal
Sistim mekanik
Mengubah
energi listrik
menjadi
putaran
Transmisi
daya
Mengubah
gerak rotasi
menjadi
translasi
Rangkaian pengendali
kecepatan
Sensor
kecepatan
Diberi
beban tarik
Diuji sampai
beban 100 kg
Sensor load cell Weighing indicator
33
Energi Mekanik/
gerak rotasi Beban tarik
Gambar 3.3 Overall function dari sub-fungsi sistim mekanik
3.5 Sub-fungsi dan Struktur Kerja Sistim Mekanik
Dari gambar 3.3 terlihat bahwa terdapat 2 sub-fungsi dalam perancangan
sistim mekanik model alat uji sistim sambungan kontruksi alumanium tipis,
yaitu:
1. Pemindahan daya dari energi mekanik/gerak rotasi (input) ke sub-
fungsi pengubah gerak rotasi menjadi gerak translasi.
2. Pengubah gerak rotasi menjadi gerak translasi yang antinya akan
berfungsi sebagai beban tarik.
Struktur kerja dari sub-fungsi ini adalah:
1. Untuk mentransmisikan daya dari energi mekanik/gerak rotasi (input)
ke sub-fungsi pengubah gerak rotasi menjadi gerak translasi dapat
digunakan berbagai sistim transmisi daya antara lain, ulir, roda gigi,
rantai.
2. Untuk mengubah gerak rotasi menjadi gerak translasi dapat
digunakan berbagai sistim mekanik, antara lain engkol peluncur, dua
ulir segiempat/square thread, tiga roda gigi.
3.6 Kombinasi dan Susunan Konsep
Jika struktur kerja dan sub-fungsi ini ditabelkan akan terlihat
kombinasi-kombinasi susunan konsep sebagai berikut:
Transmisi
Daya
Mengubah gerak rotasi
menjadi translasi
34
Tabel 3.2 Kombinasi struktur kerja
Setting komponen
Pasang dengan
tangan 1.1
Pegang 1.1.1 Satu tangan 1.A
Dua tangan 1.B
Tempatkan
Pemasangan
Tekan 1.2.1 Memasukan dengan satu tangan 2.A
Dengan Palu 2.B
Energi Listrik
Beri Energi 2.1 Sambungkan 2.1.1
Spur Gear 3.A
Bevel Gear 3.B
Kabel 3.C
Power supply 3.D
Load Cell 3.E
Weighing Indicator 3. F
Rangkaian H-Brige 3.G
Arduino 3.H
Rantai 3.I
Aktifkan 2.1.2 Saklar 4.A
Ubah Energi 2.2 Listrik 2.1.3 Motor Wiper 5.A
Mekanik 2.1.4 Ulir Segi Empat 6.A
Poror 6.B
Gaya
Beri Gaya Tarik
2.3 Listrik 2.1.5
Power supply 7.A
Rangkaian H Brige 7.B
Mekanik 2.1.6
Ulir Segi Empat 8.A
Spur Gear 8.B
Bevel Gear 8.C
Rantai 8.D
Dari tabel di atas dapat diperoleh kombinasi- kombinasi struktur kerja dari
masing-masing sub-fungsi yang menghasilkan berbagai susunan konsep desain
sebagai berikut:
35
1. Desain 1
= 1.A + 2.A + 3.A + 3.C + 3.D + 3.E + 3.F + 3.G + 3.H + 3.I + 4.A + 5.A + 6.A
+ 7.A + 7.B + 8.A + 8.B
2. Desain 2
= 1.B + 2.B + 3.B + 3.C + 3.D + 3.E + 3.F + 3.G + 3.H + 3.I + 4.A + 5.A + 6.A
+ 6.B + 7.A + 7.B + 8.A + 8.C
3. Desain 3
= 1.A + 2.A + 3.A + 3.C + 3.D + 3.E + 3.F + 3.G + 3.H + 3.I + 4.A + 5.A + 6.A
+ 7.A + 7.B + 8.A + 8.B + 8.D
Dari ke tiga konsep di atas akan di buat model desain pada konsep
perangcangan. di harapkan dengan membuat model desain perancangan alat
uji tarik tersebut akan mendapatkan analisa konsep produksi yang lebih baik
untuk dikembangkan baik dari segi teknologi maupun dari segi biaya.
Pengembangan Konsep Desain 1 Alat Uji Tarik
Gambar 3.4 Konsep Desain 1 Alat Uji Tarik
36
Keterangan:
Konsep desain 1 alat uji tarik ini menggunakan 2 ulir yang berada di
sebelah kiri dan kanan untuk mengangkat beban, kemudian 3 buah spur gear dan
motor wiper yang di pasangkan pada tengah untuk menggerakan spur gear dan ulir.
Konsep ini menggunakan daya yang lebih besar untuk menggerakan spur gearnya.
Pengembangan Konsep Desain 2 Alat Uji Tarik
Gambar 3.5 Konsep Desain 2 Alat Uji Tarik
Keterangan:
Konsep desain 2 alat uji tarik berbeda dengan konsep awal karena hanya
menggunakan 1 ulir yang berada di tengah dan 2 buah bevel gear dan motor wiper
yang di pasangkan pada bevel bear yang berdimensi kecil untuk menggerakan
mengangkat cekam. Konsep ini menggunakan daya yang tidak lebih besar untuk
menggerakan bevel gear dan ulirnya tapi gampang terjadinya slip dan ngak stabilnya
ulir pada saat terjadi proses penarikan pada plat.
37
Pengembangan Konsep Desain 3 Alat Uji Tarik
Gambar 3.6 Konsep Desain 3 Alat Uji Tarik
Keterangan:
Konsep desain 3 alat uji tarik berbeda dengan konsep 2 dan hamper
memiliki kemiripan dengan konsep desain 1 karena menggunakan 2 ulir yang berada
pada sisi kanan dan kiri dan 3 buah spur gear dan motor wiper dengan rantai. Konsep
ini menggunakan daya yang bisa di atur kecepatannya dengan rangkaian H-brige
untuk pengger spur gear dan ulirnya dan jarang terjadinya slip pada saat terjadi proses
penarikan pada plat karena menggunakan setting pada rantai.
3.7 Eveluasi Struktur Kerja Berdasarkan Pertimbangan Kelayakan
Berdasarkan kriteria persyaratan/spesiikasi desain maka diperoleh
tabel evaluasi struktur kerja sub-fungsi sbb.
Bobot penilaian pada masing-masing kriteria diberikan di berdasarkan
pada sifat kriteria, wajib dipenuhi ataukah disarankan untuk dipenuhi. Apabila
38
nilai akhir hasil penjumlahan poin dari semua kriteria memiliki bobot yang
sama, maka tinjauan bobot di tambahhkan dengan kemungkinan pemenuhan
ktiteria pada suatu struktur kerja. Untuk suatu kriteria, struktur kerja diberikan
nilai +1 apabila dapat memenuhi persyaratan dengan baik, 0 apabila kurang
dapat memenuhi persyaratan akan tetapi dapat diusahakan unutk memenuhinya,
dan -1 apabila tidak dapat memenuhi persyaratan desain.
Tabel 3.3 Evaluasi struktur kerja sub-fungsi
Uraian Persyaratan Sifat Konsep
1 2 3
Jenis beban dinamik adalah beban tarik Wajib
dipenuhi (W) +1 +1 +1
Arah pembebanan dinamik adalah vertical W -1 +1 +1
Komponen alat harus tersedia di pasar lokal W +1 +1 +1
Dengan pertimbangan keamanan, saat terjadi
over W +1 -1 +1
Putaran roda gigi sesuai dengan putaran motor W +1 +1 +1
Dapat dibuat dalam waktu 2 minggu Disarankan
dipenuhi (S) +1 -1 +1
Ongkos Produksi W -1 +1 +1
Biaya pembuatan W +1 -1 +1
Biaya material murah W +1 -1 +1
Nilai akhir +5 +3 +9
Dari evaluasi struktur kerja sub-fungsi diatas pengambilan keputusan
memiliki skor yang tinggi adalah konsep desain 3 sehingga konsep inilah yang
akan di kembangkan dalam proses perangcangan.
39
3.8 Dimensi Alat Uji Tarik
Sebelum masuk dalam perancangan sistim mekanik pada mesin uji
terlebih dahulu menentukan dimensi-dimensi pada rangka utama, ulirnya, cekam
dll.
3.9 Perancangan Sistim Mekanik Alat Uji Tarik
Karena dalam perancangan gaya berat beban alat uji tarik ditentukan
sebesar 100 kg maka perhitungannya awal berangkat dari daya ulir atau power
srew.
Dimana dimensi pada ulir sebagai berikut:
- Pitch (p) = 0.5 cm
- Diameter (d), mayor diameter = 2,54 cm, minor diameter = 1,66 cm, pitch
Dimeter = 2,14 cm
- Lead (l), untuk ulir square lead termasuk ulir single thread, dimana lead akan
sama dengan pitch.
3.9.1 Analisis Gaya dan Torsi Daya Ulir
Untuk analisa gaya alat uji tarik untuk menaikkan dan menurunkan
beban (P). Beban yang dapat dinaikkan dan diturunkan dengan memutar
mur, dari gerakan angular mur diubah menjadi gerakan linier screw.
Karena gaya yang di cari adalah pada saat menaikkan beban dan torsi
daya ulir di pengaruhi oleh srew dan mur, maka terdapat koefisien gesekan
(μ) antara screw dengan mur. maka besarnya gaya F yang diperlukan untuk
mengangkat beban tersebut. Selain koefesien gesekan terdapat juga
gesekan pada collar yang memberikan kontribusi yang signifikan, maka
40
perlu ditambahkan. Karena torsi yang diperlukan untuk melawan gesekan
Jadi torsi total yang diperlukan untuk menaikkan beban pada alat uji tarik.
3.9.2 Effesiensi Daya Ulir
Karena effisiensi suatu sistem di definisikan sebagai usaha yang
dihasilkan dibagi dengan usaha yang dimasukkan. Kerja masukan daya ulir
adalah hasil pekalian antara torsi dan perpindahan angular (radian) untuk
satu putaran, maka penentukan effesiensi daya ulir perlu di perhitungkan.
3.9.3 Daya Motor/Power Transmisi
Setelah melakukan perhitungan sesuai dua sub poin pada sistim
mekanik alat uji tarik maka di lakuakan perhitungan daya motor untuk
membuktikan apakah daya yang di perlukandadri motor terpenuhi untuk
mengangkat beban 100 kg.
3.10 Pengolahan Data
Pengolahan data dalam perancangan alat uji tarik di antaranya:
- Menampilkan angka
3.11 Diagram Alir Pengujian Tarik
Dari poin-poin pembahasan perancangn alat uji tarik di atas dapat di
peroleh diagram alir sebagai berikut:
41
Mulai
Spesimen Uji diberi Beban
Mencari Daya Ulir, Atur kecepatan motor
Diagram benda bebas untuk mengangkat
Beban
Terjadi patahan pada
saat beban <100 N
Tambahi beban
Catat data tegangan,regangan & Modulus elastis
Selesai
42
3.12 Desain Alat Uji Tarik
Gambar 3.7 Desain Alat Uji Tarik
Keterangan Gambar:
1. Rangka Utama 7. Segitiga Cekam
2. Poros Bawah 8. Bering
3. Ulir 9. Sensor
4. Tapak Kaki 10. Roller Chain
5. Rahang Penarik 11. Roller Chain Sprocket
6. Cekam 12. Wiper Motor
top related