bab ii dasar teori 2.1 camshaft - portal...

23
4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft Camshaft atau yang disebut juga dengan noken as adalah komponen penting pada motor 4 tak yang berfungsi mengatur sirkulasi bahan bakar dan udara yang masuk ke ruang bakar maupun mengatur gas hasil pembakaran keluar dari ruang bakar. Camshaft terdiri dari shaft berputar yang meneruskan gaya dari crankshaft yang pada shaft tersebut terdapat cam berfungsi mengatur mekanisme katup pada mesin dan mengubah gerakan berputar menjadi gerak bolak balik. Bentuk camshaft berupa batangan silinder dengan panjang tertentu yang memiliki bentuk khusus dan terdapat beberapa tonjolan landai seperti telur pada badannya yang disebut cam/lobe. Bagian yang bernama cam/lobe seperti Gambar 2.1 akan bertugas menggerakkan katup mesin yang mampu membuka lubang masuk dan keluar ruang bakar mesin sehingga waktu buka-tutup katup dapat mempengaruhi tenaga pada sebuah mesin. Tenaga yang dihasilkan akan lebih sempurna tergantung pemilihan material camshaft yang digunakan. Gambar 2.1. Camshaft (Yoyok, 2012) Material atau bahan pembuat camshaft yaitu bahan yang dapat tahan terhadap putaran tinggi, tahan terhadap gesekan/aus, tahan panas, dan tahan defleksi. Biasanya pemilihan material yang digunakan yaitu baja (steel), besi tuang (cast iron), dan aluminium. Material tersebut memiliki kisaran nilai yang ditunjukan tabel 2.1 yang didasarkan pada tabel 2.2, tabel 2.3 dan tabel 2.4.

Upload: vodiep

Post on 06-Feb-2018

275 views

Category:

Documents


12 download

TRANSCRIPT

Page 1: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Camshaft

Camshaft atau yang disebut juga dengan noken as adalah komponen

penting pada motor 4 tak yang berfungsi mengatur sirkulasi bahan bakar dan

udara yang masuk ke ruang bakar maupun mengatur gas hasil pembakaran keluar

dari ruang bakar. Camshaft terdiri dari shaft berputar yang meneruskan gaya dari

crankshaft yang pada shaft tersebut terdapat cam berfungsi mengatur mekanisme

katup pada mesin dan mengubah gerakan berputar menjadi gerak bolak balik.

Bentuk camshaft berupa batangan silinder dengan panjang tertentu yang memiliki

bentuk khusus dan terdapat beberapa tonjolan landai seperti telur pada badannya

yang disebut cam/lobe. Bagian yang bernama cam/lobe seperti Gambar 2.1 akan

bertugas menggerakkan katup mesin yang mampu membuka lubang masuk dan

keluar ruang bakar mesin sehingga waktu buka-tutup katup dapat mempengaruhi

tenaga pada sebuah mesin. Tenaga yang dihasilkan akan lebih sempurna

tergantung pemilihan material camshaft yang digunakan.

Gambar 2.1. Camshaft (Yoyok, 2012)

Material atau bahan pembuat camshaft yaitu bahan yang dapat tahan

terhadap putaran tinggi, tahan terhadap gesekan/aus, tahan panas, dan tahan

defleksi. Biasanya pemilihan material yang digunakan yaitu baja (steel), besi

tuang (cast iron), dan aluminium. Material tersebut memiliki kisaran nilai yang

ditunjukan tabel 2.1 yang didasarkan pada tabel 2.2, tabel 2.3 dan tabel 2.4.

Page 2: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

5

Tabel 2.1 Requirement properties dan kisaran nilai (Calister, 2007)

Cast iron Steel Alumunium

1 Melting Point 1300 °C 1510 °C 660 °C

2 Yield strength σt 200-800 Mpa 180-1000 Mpa 260-480 Mpa

3 Tensile Strength σt 100-200 Mpa 380 Mpa 90-150 Mpa

4 Modulus young 100-160 Gpa 200-220 Gpa 60-80 Gpa

KisaranRequirementNo

Tabel 2.2 Modulus of elasticity (E) in Gpa (Khurmi, 2005)

Tabel 2.3 Physical properties of metals (Khurmi, 2005)

Tabel 2.4 Yield Strength, tensile strength and ductility (Callister, 2007)

Page 3: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

6

Berikut ini pemilihan camshaft berdasarkan sifat-sifat material:

1) Cast Iron

Besi cor (cast iron) adalah kelompok paduan besi memiliki kadar diatas

2,1% (berat), biasanya berkisar antara 3-4,43% (berat). Dikarenakan elemen

utamanya selain C dan Si juga ada elemen-elemen pemandu lainnya seperti Mn,

S, P, Mg dan lain-lain dalam jumlah yang sedikit. Sifatnya sangat getas namun

mampu cor yang baik dibanding baja, titik cair lebih rendah, Ketahanan korosi

lebih baik. Jenis-jenis besi cor sebagai berikut:

a. Besi Cor Kelabu (Gray Iron)

Disusun oleh serpihan C (grafit) yang tersebar pada besi-α, bersifat keras

dan getas.

b. Besi Cor Putih (white Iron)

Disusun oleh besi-α dan besi karbida (Fe3C), terbentuk melalui

pendinginan cepat, bersifat getas, tahan pakai dan sangat keras.

c. Besi Cor Mampu Tempa (Malleable Iron)

Disusun oleh besi-α dan C (grafit), dibentuk dari besi cor putih yang dianil

pada 800-900oC dalam atmosphere CO & CO2.

d. Besi Cor Nodular (Ductile Iron)

C grafitnya berbentuk bulat (nodular) tersebar pada besi-α. Nodular

terbentuk karena besi cor kelabu ditambahkan sedikit unsur magnesium dan

cesium, bersifat keras & ulet.

2) Steel

Baja (steel) didefinisikan sebagai logam ferro berkristal halus yang

dihasilkan dari proses pembuangan unsur pengotor, yakni sulfur dan fosfor dari

pig iron dan proses penambahan sejumlah unsur meliputi mangan, silikon, dan

lain-lain. Secara garis besar baja dibagi menjadi dua macam sebagai berikut:

a. Baja Carbon (Carbon Steel)

Baja karbon adalah paduan antara besi dan karbon dengan sedikit Si, Mn,

P, S, dan Cu. Sifat baja karbon sangat bergantung pada kadar karbon. Makin

tinggi kadar karbon, kekuatan dan kekerasannya meningkat tetapi keuletan dan

mampu lasnya (weldability) berkurang. Berdasarkan kadar karbon, secara umum

baja karbon diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu:

Page 4: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

7

Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel)

Merupakan baja dengan kadar karbon kurang dari 0,30. Baja ini bersifat ulet

dan tangguh serta mempunyai mampu mesin (machineability), mampu bentuk

(formability) dan mampu las (weldability) yang sangat baik. Baja karbon

rendah memiliki kekurangan yaitu tidak dapat dikeraskan (nonhardening).

Baja Karbon Sedang (Medium Carbon Steel)

Merupakan baja yang mengandung karbon 0,30 sampai 0,45 %. Baja ini

bersifat kuat dan keras tetapi memiliki kekurangan yaitu mampu lasnya tidak

sebaik baja karbon rendah.

Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel)

Merupakan baja dengan kadar karbon 0,45 sampai 1,70 %. Bersifat umum

dalam pengelasan menggunakan elektroda khusus. Baja dengan kadar di atas

0.65 %, mampu lasnya jelek karena cenderung membentuk struktur martensit

yang bersifat keras dan getas pada pendinginan pengelasan

b. Baja Paduan (Alloy Steel).

Baja paduan memiliki perbedaan dengan baja karbon. Perbedaannya

terdapat pada unsur-unsur pembentuk baja yang berpengaruh pada sifat

ketangguhan baja.

3) Alumunium

Alumunium murni adalah logam yang lunak, tahan lama, ringan dan dapat

ditempa. Alumunium memiliki standarisasi yang digunakan untuk

menggolongkan logam alumunium paduan berdasarkan komposisi kimia.

Penetapan standarisasi logam alumunium menurut American Society for Material

(ASTM) menggunakan angka dalam menetapkan penggologan alumunium paduan.

Adapun cara-cara yang ditentukan ASTM dalam menetapkan golongan

alumunium paduan sebagai berikut:

a. 1xxx : Merupakan alumunium murni dengan paduan kurang dari 1%

b. 2xxx : Merupakan alumunium yang dipadu dengan tembaga

c. 3xxx : Merupakan alumunium yang dipadu dengan mangan

d. 4xxx : Merupakan alumunium yang dipadu dengan silicon

e. 5xxx : Merupakan alumunium yang dipadu dengan magnesium

f. 6xxx : Merupakan alumunium yang dipadu dengan magnesium dan silicon

Page 5: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

8

g. 7xxx : Merupakan alumunium yang dipadu dengan zink

h. 8xxx : Merupakan alumunium yang dipadu dengan lithium

Selain material dari sebuah camshaft itu sendiri, ada beberapa hal yang

perlu diketahui dari design camshaft yaitu sebagai berikut:

1) Durasi

Durasi adalah waktu buka-tutup katup dalam 1 siklus kerja yang dihitung

berdasarkan perubahan posisi poros engkol yang diukur dalam bentuk derajat.

Besar kecil durasi ideal camshaft ditentukan oleh karakter jalanan dan besarnya

volume silinder.

2) Lift

Lift adalah tinggi angkatan katup dihitung dari posisi katup menutup

sempurna sampai dengan posisi katup membuka full sempurna. Selisih dari hal

tersebut adalah lift katup. Besar kecil lift katup ditentukan oleh diameter katup

(0,32 dari D katup), perbandingan rocker arm, kualitas bahan dan pegas katup.

3) Profil

Profil adalah bentuk dari camshaft, yang membedakan antara camshaft

satu dengan yang lainnya adalah dilihat dari flank dan nose. Meskipun durasi dan

lift sama belum tentu karakter camshaft sama juga.

4) Lobe sparation angle (LSA)

Lobe sparation angle (LSA) adalah jarak titik puncak tonjolan antara cam

in dan cam out yang diterjemahkan dalam bentuk sudut derajat poros engkol. Hal

ini berhubungan dengan sudut overlaping camshaft motor. LSA sangat

mempengaruhi karakter mesin motor yang dihasilkan. Semakin kecil LSA power

band yang dihasilkan mesin semakin sempit dan peak power terjadi pada rpm

tinggi. Begitu juga sebaliknya dengan LSA besar.

Gambar 2.2. Tune Lobe Separatin Angel (Yoyok, 2012)

Page 6: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

9

2.2 Rangka

Rangka adalah struktur datar yang terdiri dari sejumlah batang-batang

yang disambung-sambung satu dengan yang lain pada ujungnya dengan pen-pen

luar, sehingga membentuk rangka yang kokoh, gaya luar serta reaksinya dianggap

terletak di bidang yang sama dan hanya bekerja pada tempat-tempat pen.

2.2.1 Prinsip Statika

Statika adalah ilmu yang mempelajari tentang statika suatu beban terhadap

gaya-gaya dan juga beban yang mungkin ada pada bahan tersebut. Dalam statika

keberadaan gaya-gaya yang mempengaruhi sistem menjadi suatu obyek tinjauan

utama. Sedangkan dalam perhitungan kekuatan rangka, gaya-gaya yang

diperhitungkan adalah gaya luar dan gaya dalam.

1) Gaya Luar

Gaya luar adalah beban dan reaksi yang menciptakan kestabilan konstruksi.

Persamaan gaya luar meliputi:

................................................................................................................ (2.1)

................................................................................................................ (2.2)

................................................................................................................ (2.3)

Macam-macam gaya luar terdiri sebagai berikut:

a. Beban mati : beban tetap dan tidak dapat dipindahkan.

Contoh : berat suatu konstruksi, berat bangunan, dll.

b. Beban hidup : beban sementara dan dapat dipindahkan.

Contoh : berat kendaraan, berat orang, dll.

c. Beban terpusat : garis kerja beban melalui satu titik.

Contoh : berat orang melalui kaki.

d. Beban terbagi

- Terbagi merata : beban terbagi sama pada setiap satuan luasnya.

- Terbagi variasi : beban terbagi variasi pada setiap satuan luasnya.

e. Beban momen : hasil kali gaya atau beban dengan jarak antara gaya atau

beban terhadap titik yang ditinjau.

Contoh : poros dengan beban momen.

f. Beban torsi : beban yang diakibatkan oleh torsi atau puntiran.

Contoh : poros dengan beban puntiran.

Page 7: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

10

Macam-macam tumpuan meliputi:

a. Tumpuan sendi (engsel) : Menahan gaya dalam segala arah yaitu gaya

vertikal (Fy) dan gaya horizontal (Fx) seperti Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Tumpuan Sendi (J.L.Meriem and Kraige, 2002)

b. Tumpuan rol : Menahan gaya pada arah tegak lurus penumpu yaitu gaya

vertikal (Fy) seperti Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Tumpuan Rol (J.L.Meriem and Kraige, 2002)

c. Tumpuan jepit : Menahan gaya dalam segala arah yaitu gaya vertikal (Fy)

dan gaya horisontal (Fx) dan dapat menahan momen (M) seperti Gambar

2.5.

Gambar 2.5. Tumpuan Jepit (J.L.Meriem and Kraige, 2002)

2) Gaya Dalam

Gaya dalam adalah gaya yang bekerja di dalam konstruksi sebagai reaksi

terhadap gaya luar. Gaya dalam dapat dibedakan meliputi:

a. Gaya normal (normal force) : gaya dalam yang bekerja sejajar dengan

sumbu batang seperti Gambar 2.6 dan Gambar 2.7.

Page 8: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

11

- Gaya normal positif (+) jika dianggap sebagai gaya tarik.

Gambar 2.6. Gaya Normal Positif (Budynass and Nisbet, 2006)

- Gaya normal negatif (-) jika dianggap sebagai gaya desak.

Gambar 2.7. Gaya Normal Negatif (Budynass and Nisbet, 2006)

b. Gaya geser (shear force) : gaya dalam yang bekerja tegak lurus sumbu

batang yang dapat dilihat seperti Gambar 2.8 dan Gambar 2.9.

- Gaya geser positif (+) jika gaya cenderung berputar searah jarum jam.

Gambar 2.8. Gaya Geser Positif (Budynass and Nisbet, 2006)

- Gaya geser negatif (-) jika gaya cenderung berputar berlawanan jarum

jam.

Gambar 2.9. Gaya Geser Negatif (Budynass and Nisbet, 2006)

Page 9: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

12

c. Momen lentur (bending momen) : gaya dalam yang timbul karna adanya

jarak gaya terhadap titik tumpu seperti Gambar 2.10 dan Gambar 2.11.

- Momen lentur positif (+) jika cenderung membengkokan batang cekung

ke bawah.

Gambar 2.10. Momen Lentur Positif (Budynass and Nisbet, 2006)

- Momen lentur negatif (-) jika cenderung membengkokan batang

cembung ke atas.

Gambar 2.11. Momen Lentur Negatif (Budynass and Nisbet, 2006)

Diagram gaya dalam adalah diagram yang mengGambarkan besarnya gaya

dalam yang terjadi pada suatu konstruksi. Macam-macam diagram gaya dalam itu

sendiri adalah sebagai berikut:

a. Diagram gaya normal (NFD)

Yaitu diagram yang mengGambarkan besarnya gaya normal yang terjadi pada

suatu konstruksi.

b. Diagram gaya geser (SFD)

Yaitu diagram yang mengGambarkan besarnya gaya geser yang terjadi pada

suatu konstruksi.

c. Diagram moment (BMD)

Yaitu diagram yang mengGambarkan besarnya momen lentur yang terjadi

pada suatu konstruksi.

Page 10: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

13

2.2.2 Analisa Kekuatan Rangka

1) Tegangan Normal (Normal Stress)

Tegangan normal adalah intensitas gaya yang bekerja normal (tegak lurus)

terhadap irisan yang mengalami tegangan, dan dilambangkan dengan σ (sigma).

Bila gaya-gaya luar yang bekerja pada suatu batang sejajar terhadap sumbu

utamanya dan potongan penampang batang tersebut konstan, tegangan internal

yang dihasilkan adalah sejajar terhadap sumbu tersebut. Gaya-gaya seperti itu

disebut gaya aksial, dan tegangan yang timbul dikenal sebagai tegangan aksial.

Konsep dasar dari tegangan dan regangan dapat diilustrasikan dengan meninjau

sebuah batang prismatik yang dibebani gaya-gaya aksial (axial forces) P pada

ujung-ujungnya. Sebuah batang prismatik adalah sebuah batang lurus yang

memiliki penampang yang sama pada keseluruhan pajangnya. Untuk menyelidiki

tegangan-tegangan internal yang ditimbulkan gaya-gaya aksial dalam batang,

dibuat suatu pemotongan garis khayal pada irisan mn (Gambar 2.12). Irisan ini

diambil tegak lurus sumbu longitudinal batang. Karena itu irisan dikenal sebagai

suatu penampang (cross section).

Gambar 2.12. Batang prismatik yang dibebani gaya aksial (Ferdinand P, 2012)

Page 11: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

14

Persamaan gaya normal dapat dituliskan sebagai berikut:

............................................................................................................ (2.4)

dimana :

σ = Tegangan (N/m²)

P = Gaya Aksial (N)

A = Luas penampang (m²)

Tegangan normal dapat dibedakan meliputi :

a. Tegangan Tarik (Tensile Stress)

Tegangan yang terjadi akibat gaya tarik. Gaya bekerja segaris dengan

sumbu utama benda/komponen.

Gambar 2.13. Tensile Stress and strain (Khurmi, 2005)

b. Tegangan Tekan (Compressive Stress)

Tegangan yang terjadi akibat gaya tekan. Gaya bekerja segaris dengan

sumbu utama benda/komponen.

Gambar 2.14. Compressive Stress and Compression Stress (Khurmi, 2005)

Page 12: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

15

2) Tegangan Geser (Shear Stress)

Tegangan geser adalah intesitas gaya yang bekerja sejajar dengan bidang

dari luas permukaan, dilambangkan dengan τ (Tau).

Gambar 2.15. Batang mengalami tegangan geser (J.L.Meriem and Kraige, 2002)

Persamaan gaya geser dapat dituliskan sebagai berikut:

............................................................................................................ (2.5)

dimana :

τ = Tegangan (N/m²)

P = Gaya (N)

A = Luas penampang (m²)

3) Tegangan Lentur (Bending Stress)

Tegangan lentur adalah tegangan yang diakibatkan oleh bekerjanya

momen lentur pada benda. Sehingga pelenturan benda disepanjang sumbunya

menyebabkan sisi bagian atas tertarik, karena bertambah panjang dan sisi bagian

bawah tertekan, karena memendek. Dengan demikian struktur material benda di

atas sumbu akan mengalami tegangan tarik, sebaliknya dibagian bawah sumbu

akan menderita tegangan tekan. Sedangkan daerah diantara permukaan atas dan

bawah, yaitu yang sejajar dengan sumbu benda tetap, tidak mengalami perubahan,

ini disebut sebagai bidang netral seperti pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16 Batang dengan beban lentur (Ferdinand L.Singer, 1985)

Page 13: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

16

Keterangan :

Serat AC : Memendek sehingga terjadi tegangan desak maksimum.

Serat BD : Memanjang sehingga terjadi tegangan tarik maksimum.

Serat EF : Tidak berubah sehingga tidak mengalami tegangan.

Persamaan tegangan lentur dapat dituliskan sebagai berikut:

........................................................................................................ (2.6)

dimana :

σ = Bending momen (N/mm²)

M = Bending stress (N.mm)

I = Momen inersia ( )

y = Jarak sumbu netral ke titik yang ditinjau (mm)

4) Faktor Keamanan (Safety Factor)

Faktor keamanan didefinisikan sebagai sebagai berikut :

a. Rumus umumnya:

.................................................... (2.7)

b. Rumus untuk material ductil seperti mild steel:

................................................... (2.8)

c. Rumus untuk material brittel seperti mild cast iron:

.................................................... (2.9)

2.3 Puli dan Sabuk

2.3.1 Puli

Puli merupakan salah satu elemen dalam mesin yang berfungsi sebagai alat

yang meneruskan daya dari satu poros ke poros yang lain dengan menggunakan

sabuk. Puli menurut bahan pembuatannya dapat digolongkan sebagai berikut:

1) Puli Baja Cor (Cast Steel Pulley)

Puli yang terbuat dari lembaran baja yang dipres yang mempunyai

kekuatan yang besar seta bersifat tahan lama

2) Puli Kayu (Wooden Pulley)

Puli dari kayu mempunyai berat yang lebih ringan dan mempunyai

koefisien gesek yang tinggi daripada puli yang terbuat dari cast iron.

Page 14: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

17

3) Puli Besi Cor (Cast Iron Pulley)

Puli pada umumnya terbuat dari cast iron, karena harganya yang lebih

murah.

4) Puli Alumunium (Alumunium Pulley)

Puli alumunium adalah puli dengan berat lebih ringan dibandingkan puli

lainnya. Pada perancangan mesin copy camshaft, puli alumunium ini dipilih

karena sifat puli yang ringan juga dalam proses permesinan puli alumunium bisa

diproses dengan menggunakan mesin bubut maupum milling sehingga lebih

mudah dalam pembuatan pasak.

2.3.2 Sabuk

Sabuk berfungsi sebagai alat yang meneruskan daya dari satu poros ke

poros yang lain melalui dua puli dengan kecepatan rotasi sama maupun berbeda.

1) Tipe sabuk

a. Sabuk rata (Flat belt)

Sabuk yang digunakan untuk mentransmisikan daya yang sedang, jarak

puli yang jauh dan tidak boleh lebih dari 10 meter.

b. Sabuk V (V-belt)

Sabuk yang digunakan untuk mentransmisikan daya dalam jumlah yang

besar dan dengan jarak yang dekat antara satu puli dengan yang lainya.

c. Sabuk bulat (Circular belt)

Sabuk yang digunakan untuk mentransmisikan daya dalam jumlah besar

dan jarak puli satu dengan puli yang lain tidak boleh lebih dari 5 meter.

Gambar 2.17. Tipe-tipe Sabuk (Khurmi, 2005)

Page 15: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

18

2) Bahan sabuk

Bahan yang digunakan dalam pembuatan sabuk harus memenuhi syarat-

syarat sebagai berikut :

a. Kuat

b. Fleksibel

c. Tahan lama

d. Koefisien gesek tinggi

Berdasarkan hal tersebut, maka sabuk dapat dibedakan sebagai berikut:

a. Sabuk kulit (Leather belt)

b. Sabuk katun atau fiber (Catton or Fabrics belt)

c. Sabuk karet (Rubber belt)

3) Tipe sabuk-v

Sabuk-v ini dibagi menjadi beberapa tipe yaitu :

a. Tipe standar : dengan karakteristik simbol A, B, C, D dan E dapat ditunjukan

seperti Gambar 2.18.

Gambar 2.18 Sabuk Tipe Standar (Robert L.Mott, 2004)

Page 16: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

19

b. Tipe sempit : dengan karakteristik simbol 3V, 5V dan 5L dapat ditunjukan

seperti Gambar 2.19.

Gambar 2.19. Sabuk Tipe Sempit (Robert L.Mott, 2004)

c. Tipe beban ringan : dengan karakteristik simbol 3L, 4L dan 5L dapat

ditunjukan seperti Gambar 2.20.

Gambar 2.20. Sabuk Tipe Beban Ringan (Robert L.Mott, 2004)

4) Hal – hal yang harus diperhatikan dalam instalasi sabuk puli adalah

a. Kedua poros harus benar-benar sejajar, agar kekencangan sabuk bisa

seragam.

b. Jarak kedua puli jangan terlalu dekat, agar sudut kontak pada puli kecil

sebesar mungkin.

c. Jarak kedua puli tidak boleh terlalu jauh, karena akan menyebabkan sabuk

membebani poros.

d. Sisi kencang sabuk harus dibawah, sehingga jika sabuk turun pada sisi kendor

akan menambah besar sudut kontak pada puli.

Page 17: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

20

2.3.3 Perencanaan Puli dan Sabuk

1) Perbandingan kecepatan

Perbandingan antara kecepatan puli penggerak dengan puli pengikut

ditulis dengan persamaan sebagai berikut:

...................................................................................................... (2.10)

Dimana:

D1 = Diameter puli penggerak (mm)

D2 = Diameter puli pengikut (mm)

N1 = Kecepatan puli penggerak (rpm)

N2 = Kecepatan puli pengikut (rpm)

2) Kecepatan Linier Sabuk

Kecepatan linier sabuk dapat ditulis secara matematis sebagai berikut:

.................................................................................................. (2.11)

Dimana :

V = Kecepatan linier sabuk (m/s)

D1 = Diameter puli penggerak (mm)

N1 = Putaran puli pengikut (rpm)

3) Panjang Sabuk

Panjang sabuk adalah panjang total dari sabuk yang digunakan untuk

menghubungkan puli penggerak dengan puli pengikut. Dalam perancangan ini

digunakan sabuk terbuka.

Gambar 2.21. Open Belt Drive (Khurmi, 2005)

T1

T2

T1

T2

Page 18: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

21

Persamaan panjang total sabuk terbuka yang mengelilingi puli dapat ditulis

sebagai berikut:

( ) ( )

............................................................. (2.12)

dimana:

L = Panjang total sabuk (mm)

x = Jarak titik pusat puli penggerak dengan puli pengikut (m)

= Jari-jari puli kecil (mm)

= Jari-jari puli besar (mm)

4) Sudut kerja puli (α)

Persamaan sudut kerja puli dapat ditulis dengan persamaan sebagai

berikut:

sin α =

................................................................................................ (2.13)

( )

..................................................................................... (2.14)

dimana:

= Jari-jari puli kecil (mm)

= Jari-jari puli besar (mm)

θ = Sudut kontak (rad)

x = Jarak titik pusat puli penggerak dengan puli pengikut (m)

α = sudut kerja puli (°)

5) Perbandingan tegangan pada sisi kencang dan sisi kendor.

Persamaan perbandingan tegangan antara sisi kencang sabuk dengan sisi

kendor sabuk terhadap putaran puli dapat ditulis dengan persamaan sebagai

berikut:

............................................................................... (2.15)

dimana:

T1 = Tegangan sisi kencang (tight side) sabuk (N)

T2 = Tegangan sisi kendor (slack side) sabuk (N)

μ = Koefisien gesek

θ = Sudut kontak (rad)

β = Sudut alur puli (o)

Page 19: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

22

2.4 Poros

Sebuah poros umumnya digunakan untuk meneruskan daya dan putaran.

Adapun hal-hal penting yang perlu diperhatikan dalam perencanaan sebuah poros,

yaitu:

1) Kekuatan poros

2) Kekakuan poros

3) Putaran kritis

4) Korosi

5) Bahan poros

2.4.1 Jenis-jenis Poros

1) Poros Transmisi

Poros semacam ini mendapat beban puntir murni atau beban puntir dan

lentur. Daya yang ditransmisikan kepada poros melalui kopling, roda gigi, puli

sabuk, atau sproket rantai, dan lain–lain.

2) Spindel

Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama pada mesin bubut,

dimana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi poros ini

adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.

3) Gandar

Poros semacam ini tidak berputar dan beban yang diterima berupa beban

lentur misalnya pada roda-roda kereta.

2.4.2 Perencanaan Poros

Dalam perhitungan poros dapat diketahui dengan melihat bentuk dari

pembebanan. Pembebanan poros yang terjadi adalah poros dengan beban

kombinasi puntir dan lentur sehingga dapat dituliskan persamaan sebagai berikut:

(Khurmi, 2005)

1) Torsi yang terjadi pada poros

T =

.......................................................................................................... (2.16)

dimana:

T = Torsi pada poros (N.m)

P = Daya (watt)

n = Putaran poros (rpm)

Page 20: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

23

2) Momen yang terjadi pada poros

.......................................................................................................... (2.17)

dimana:

M = Momen (kg.mm)

F = Gaya yang terjadi (kg)

L = Jarak terhadap gaya (mm)

3) Torsi ekuivalen

√ ............................................................................................... (2.18)

dimana:

Te = Torsi ekuivalen (kg.mm)

M = Momen bending (kg.mm)

T = Torsi (kg.mm)

4) Momen ekuivalen

[ √ ] ............................................................................... (2.19)

dimana:

Me = Momen lentur ekuivalen (kg.mm)

M = Momen bending atau (kg.mm)

T = Torsi (kg.mm)

5) Diameter poros terhadap torsi ekuivalen

d = √

................................................................................................... (2.20)

dimana:

d = Diameter poros (mm)

= Tegangan geser ijin bahan poros (kg/mm2)

6) Diameter poros terhadap momen ekuivalen

d = √

.................................................................................................. (2.21)

dimana:

d = Diameter poros (mm)

= Tegangan lentur ijin bahan poros (kg/mm2)

Page 21: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

24

2.5 Pemilihan Mur dan Baut

Sambungan baut adalah sambungan yang menggunakan kontruksi ulir

untuk mengikat dua atau lebih komponen permesinan. Sambungan baut

merupakan jenis dari sambungan semi permanent (dapat dibongkar pasang).

Sambungan baut terdiri dari dua bagian yakni baut (bolt), yang memiliki ulir di

bagian luar dan mur (nut) yakni yang memiliki ulir dibagian dalam. Ukuran dalam

ulir biasanya disertakan dalam huruf M kemudian diikuti dengan diameter dan

kisaranya. Sebagai contoh M10 x 1,5 artinya ulir dengan diameter luar 10 mm dan

kisaran jarak ulir 1,5 mm.(Khurmi, 2005)

Persamaan tegangan tarik ijin (σt) dapat ditulis sebagai berikut:

σt

........................................................................................................... (2.22)

dimana :

σt = tegangan tarik ijin (N/mm²)

σ = tegangan tarik bahan (N/mm²)

sf = faktor keamanan

1) Beban geser langsung yang diterima baut

WS =

............................................................................................................ (2.23)

dimana:

WS = baut yang menerima beban geser langsung (N)

W = beban (N)

n = jumlah baut

2) Beban tarik yang terjadi akibat putaran motor, beban tarik maksimal terjadi

pada baut 2 dan 4

Wt =

(

) .......................................................................................... (2.24)

dimana :

Wt = Beban tarik yang terjadi akibat tarikan sabuk motor (N)

W = beban (N)

L = jarak beban terhadap tepi (mm)

L2 = jarak antar sumbu baut (mm)

L1 = jarak sumbu baut terhadap tepi (mm)

Page 22: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

25

3) Beban tarik dan geser ekivalen yang diterima baut

[ √ ] ................................................................... (2.25)

[√ ] .............................................................................. (2.26)

4) Tegangan tarik (σ baut) dan geser (τ baut) yang terjadi pada baut

σ baut =

.............................................................................................. (2.27)

τ baut =

................................................................................................ (2.28)

2.6 Program CAD Solidworks

Program CAD solidwork merupakan software yang digunakan untuk

membuat desain produk. Software ini merupakan salah satu opsi diantara berbagai

software desain seperti catia, inventor, Autocad, NX, dll. Desain yang telah dibuat

dapat disimulasikan, dianalisis kekuatan maupun fungsinya, maupun dibuat

animasinya. Selain itu solidworks juga dapat diintegrasikan dengan software yang

analisis yang lebih akurat yaitu ANSYS. Disamping itu solidworks juga mampu

digunakan untuk mengolah software DWG dari autoCAD maupun sebaliknya.

Solidworks menyediakan 3 template utama yaitu:

1) Part

Memiliki ekstensi .SLDPRT, dan berfungsi untuk membuat part dari suatu

desain assembly. Setelah dianalisa dan dianggap fix, maka part akan didrawing

kedalam bentuk 2D.

2) Assembly

Memiliki extensi .SLDASM, dan berfungsi untuk membuat assembly dari

suatu alat.

3) Drawing

Digunakan untuk membuat Gambar kerja 2D/2D engineering drawing dari

komponen tunggal (part) maupun assembly yang sudah dibuat. Extensi file untuk

program solidwork drawing adalah .SLDDRW, pada Gambar 2.22

memperlihatkan 3 template dari solidwork.

Page 23: BAB II DASAR TEORI 2.1 Camshaft - Portal Wisudaabstrak.ta.uns.ac.id/wisuda/upload/I8613002_bab1.pdf · tergantung pemilihan material camshaft yang ... Jenis-jenis besi cor sebagai

26

Gambar 2.22. Template Solidwork.