bab ii iii

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?


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


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.


- Dapat mentransmisikan daya yang besar

Kekurangan : - Pembuatannya sukar

5


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.


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


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


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


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


Gambar 2.10 Roda gigi cacing gobloidSumber : L Mott, Robert (2004 : 339)

9


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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)



C : Jarak titik pusat pulley 1 dan pulley 2 (inch)

Untuk mendapatkan panjang belt standart dapat dilihat pada Tabel 2.6

25


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


Besar jarak antara poros penggerak dan poros yang digerakan dapat ditentukan

dengan range

Keterangan :



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


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


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


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


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


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


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


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


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




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


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)




Rumus –rumus yang digunakan :

Sesuai dengan perhitungan diameter poros maka ukuran standar diameter dalam

bearing dapat ditentukan dengan Tabel 2.11.

(L

484


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


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


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


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


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)


H : Tinggi key (inch)

Gambar 2.56 Depth of shaft keyseatSumber : (2004:496)

535


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


Maka panjang minimal pasak :

Keterangan :

Tporos : Torsi maksimal pada poros (lb inch)

Dporos : Diameter poros (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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


Selesai

D

Menghitung Centrifugal Tension (Tc)

666


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


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


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


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


3.3.6 Perancangan Bearing (Bantalan)

717


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


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


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


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


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


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


=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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


868


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)

bab ii iii

Documents