MATERI

BEARING

Belt dan Pule

BAB IIIBELT DAN PULEBelt termasuk alat pemindah daya yang cukup sederhana dibandingkan dengan rantai dan roda gigi. Belt terpasang pada dua buah pulley (pule) atau lebih, pule pertama sebagai penggerak sedangkan pule kedua sebagai pule yang digerakkan. Gambar 3.1. Belt dan PuleBelt mempunyai sifat fleksibel sehingga memungkinkan penempatan poros pule penggerak dengan poros pule yang digerakkan dalam beberapa posisi, seperti : open-belt drive, Twist-belt drive, Quarter-twist belt drive, dan juga memungkinkan sekaligus memutar beberapa pule dengan hanya menggunakan satu pule panggerak belt (belt drive many pules).Bila dilihat dari bentuk penampangnya, secara umum belt dibedakan menjadi 2 macam, yaitu : Belt datar atu Flat belt dan Belt-V atau V-belt, namun ada juga jenis belt yang berpenampang lingkaran misalnya starrope dan superstarrope, juga ada yang permukaannnya bergerigi atau gilir, misalnya timing belt.Sebagian besar belt yang diganakan adalah V-belt karena mudah penanganannya dan harganya murah. Kecepatan belt dapat direncanakan 10 s/d 20 m/s (pada umumnya) , dan maksimum bisa 25 m/s. Daya maksimum yang dapat ditransmisikan bisa mencapai 500 kW. atau 670 HP. Gambar 3.2. Starrope, Prene V-rope, Flexstar dan Flat belt Gambar 3.3. Hexagonal dan Raw Edge Gambar 3.4. Raw Edge, Ribstar, Polymer dan MB belt Gambar 3.5. Timing belt3.1. Dasar-dasar Teori dan Cara Kerja Belt

3.1.1. Tarikan pada Belt

Ketika belt sedang bekerja, belt mengalami tarikan, yang paling besar terjadi pada posisi belt yang sedang melingkar pada pule penggerak. Distribusi tarikannya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Keterangan gambar :

= sudut kontak antara belt dengan pule

F1 = gaya tarik pada bagian yang kencang

F2 = gaya tarik pada bagian yang kendor

P = distribusi tarikan / gaya

N = gaya normal

r = jari-jari pule

Gambar 3-2. Distribusi tarikan atau gaya pada belt

Hubungan antara F1, F2, koefisien gesek (f) dan sudut-kontak () secara analitis fleksibilitas belt yang melingkar pada pule, dapat dinyatakan dengan persamaan di bawah ini (Dobrovolsky, 1985 :204 )

(3-1a)

`

(3-1b)Dimana : Fe = Gaya efektif, selisih antara F1 dan F2

f = koefisien gesek, nilainya dipengaruhi oleh temperatur kerja dan creep, diasumsikan konstan, secara eksperimen dapat dilihat pada Table 3-1. m = hanya sebagai lambang saja untuk menyingkat.

F1 = gaya tarik belt pada bagian yang kencang (besar)

F2 = gaya tarik belt pada bagian yang kendor (kecil)

Tabel 3-1. Koefisien gesek antara belt dan puleType of beltPule material

Compressed paperwoodsteelCast iron

Leather :

Tanned with vegetable compound

Tanned with mineral compound

Cotton :

Solid woven

Stitched

Woolen

Rubber0.35

050

0.28

0.25

0.45

0.350.30

0.45

0.25

0.23

0.40

0.320.25

0.40

0.22

0.20

0.35

0.300.25

0.40

0.22

0.20

0.35

0.30

Sumber : (Dobrovolsky, 1985: 206)

3.1.2. Rangkakan Elastis ( Elastis Creep )

Pada saat belt berputar dan bekerja, massa belt persatuan unit waktu yang bergerak adalah konstan, baik yang terdapat pada bagian yang kencang (F1) maupun pada bagian yang kendor (F2). Pada putaran yang konstan perkalian antara berat persatuan panjang belt (q) dengan kecepatan belt adalah konstan.

(konstan)

(3-2)

dimana : q = berat belt persatuan panjang

v = kecepatan belt pada titik yang sama

Karena sifat elastisnya, maka bila tarikan pada belt berubah, dan juga berat per unit panjang berubah, serta terjadi perpanjangan relatif (), maka hubungan antara berat per unit panjang sesudah tarikan akan dapat ditulis sebagai berikut :

(3-3a)dimana : q0 = berat per satuan panjang sebelum ditarik, lbf/inSehingga :

(konstan)

(3-3b)

Dari persamaan (3-3) dapat dilihat bahwa, v paling besar terjadi pada saat maksimum, dan karena tarikan belt terjadi pada pule-nya, maka berarti ada rangkakan (creep) dari belt terhadap pule.

Gambar 3-3. Kondisi belt dan diagram creep

Belt mulai masuk pada pulle penggerak dengan tarikan F1 dan perpanjangan relatif 1, kemudian meninggalkan pule dengan tarikan F2 dan perpanjangan 2 ,dimana F1 F2 dan 1 2 , dengan melihat persamaan diatas jelas bahwa v1 v2. Tetapi kecepatan keliling pule konstan, maka partikel dari belt pada bagian F2 akan merangkak kembali kearah pulle. Keadaan seperti ini dapat terjadi karena sifat elastis dari belt (sebab 0) dan karena F1 F2. Gerakan yang disebabkan oleh sifat elastis tersebut, disebut Elastic Creep.

Dari hasil percobaan, supaya belt dapat beroperasi secara normal, tidak terjadi elastic creep yang berlebihan, maka dihasilkan suatu kesimpulan, bahwa bagian belt yang melingkar pada pule dapat dibagi atas dua bagian sudut kontak, yaitu :

1. Sudut kontak cr untuk daerah dimana akan terjadi elastic creep.

2. Sudut kontak r untuk daerah dimana tidak terjadi elastic creep.

Sehingga sudut kontak seluruhnya antara belt dan pulle adalah = cr + r.

Bila beban yang berputar bertambah, maka sudut kontak cr akan bertambah dan sudut kontak r berkurang. Sehingga bila cr = , maka elastic creep yang terjadi disebut terlalu berlebihan, dan terjadi di seluruh bagian dari belt yang kontak dengan pule. Kondisi ini akan menyebabkan terjadinya slip antara belt dengan pule. Oleh karena itu untuk menghindari terjadinya elastic creep yang berlebihan, maka dalam perencanaan dan perhitungan diusahakan sudut kontak cr sekecil mungkin (cr = 0), tidak mungkin tercapai karena sifat elastis dan fleksibelnya bahan belt tersebut.

3.1.3. Perbandingan Kecepatan ( Velocity Ratio)

Sesuai dengan persamaan 3-3, maka perbandingan kecepatan belt pada saat belt berada di pule-pertama dan pule-kedua dapat dinyatakan dengan persamaan :

Dimana : = koefisien rangkakan, besarnya ( 1 2 )%

Besarnya kecepatan linier atau kecepatan keliling pule pertama dan pule kedua dapat dinyatakan dengan rumus :

dan

Dimana : v = kecepatan linier (keliling), m/s

h = tebal belt, cm

D = diameter pule, cm

n = putaran pule, rpm

Dari persamaan tersebut, maka perbandingan kecepatan ( i ) antara penggerak dengan yang digerakkan dapat dinyatakan : (Dobrovolsky, 1985: 207)

(3-4)

dimana : h D

3.1.4. Faktor Tarikan (Pull Factor)

Pada saat beroperasi, panjang belt adalah tetap, jadi bila satu sisi dalam keadaan tegang karena tarikan, maka sisi yang lain dalam kendor namun total tarikan dari kedua sisi adalah sama. Kondisi ini, oleh Poncelets dirumuskan : (Dobrovolsky, 1985: 207)

F1 + F2 = 2Fo (3-5)

Dimana : Fo = tarikan awal (initial tension), besarnya antara F1 dan F2

Sebenarnya, dalam kenyataan, jumlah tarikan pada saat beroperasi tidak selalu sama dengan dua tarikan awal, karena tarikan kerja akan dapat lebih besar dari dua kali tarikan awal, apalagi bila kecepatan belt itu naik, maka jumlah tarikan kerja juga akan naik. Selain itu tarikan kerja F1 dan F2 juga mempunyai hubungan dengan daya yang dipindahkan :

F1 F2 = Fe

(3-6)

Bila belt bekerja tanpa beban maka dapat dikatakan, tarikan pada ujung ujung belt sama dengan Fo. Bila kemudian diberi beban, sehingga timbul gaya keliling Fe (akibat gesekan dan akibat beban) maka tarikan akan didistribusikan, yaitu pada bagian belt yang tegang, tarikanya bertambah 0,5Fe dan pada bagian yang kendor akan berkurang dengan 0,5Fe.

F1 = Fo + 0,5 Fe dan F2 = Fo 0,5 Fe (3-7)

Perbandingan antara tarikan efektif dan jumlah tarikan awal disebut factor tarikan yang dilambangkan

(3-8)

Dari percobaan percobaan yang telah dilakukan, diperoleh hubungan antara factor tarikan dengan rangkakan belt, seperti terlihat pada Gambar 3.4. TitikO menggambarkan belt bekerja tanpa beban, dan bila kemudian diberi beban yang lebih besar dari Fo, maka harga dan akan mengalami kenaikan yang besarnya berbanding lurus. Bila beban terus bertambah, maka pada suatu saat akan terjadi slip, karena perubahan harga dan tidak lagi berbanding lurus namun membentuk suatu kurva.

Gambar 3-4. Koefisien rangkakan () terhadap Faktor tarikan ()

Kurva dalam grafik tersebut dibedakan atas dua bagian, yaitu :1. Bagian, dimana penambahan masih berbanding lurus dengan penambahan , daerah ini disebut daerah kerja normal ( Area of Elastic Creep )2. Bagian, dimana pertambahan dan sudah tidak berbanding lurus lagi, pada daerah ini kerja belt tidak lagi stabil, sedikit saja terjadi penambahan beban akan mengakibatkan terjadinya slip antara belt dengan pule.

Titik dimana mulai terjadinya perubahan kurva dari keadaan stabil ke keadaan tidak stabil disebut titik kritis (Critical Point), yaitu o.Untuk belt datar: o = 0,5 0,6Untuk V-belt: o = 0,7 0,93.1.5. Tarikan karena Gaya Sentrifugal

Pada saat belt beroperasi, disamping gaya Fo dan Fe juga ada gaya sentrifugal (Fg) akibat adanya massa belt dan kecepatan keliling. Besarnya tarikan pada belt akibat gaya sentrifugal dapat dinyatakan dengan persamaan : (Dobrovolsky, 1985: 209)

(3-9)

Dimana : g = percepatan gravitasi bumi ( 9,81 m/s2 )

Gambar 3-5. Gaya sentrifugal pada belt

Dari persamaan (3-9) dapat dilihat bahwa akibat gaya sentrifugal pada belt timbul tarikan (gaya) yang besarnya tidak tergantung dari kelengkungan belt, dan besarnya sama disetiap bagian dari belt. Arahnya selalu sesuai dengan arah kelengkungan belt, serta tidak akan merubah ukuran belt karena terdapat tarikan dua arah yang sama besar dan berlawanan arah. Tarikan karena gaya sentrifugal ini juga tidak berpengaruh terhadap tekanan pada pule, hanya berpengaruh memberikan tegangan pada penampang belt, dan dapat mempercepat kerusakan belt.

3.1.6Tegangan-tegangan pada Belt

Tegangan yang timbul pada belt ketika belt sedang bekerja tediri dari empat, yaitu :1. Tegangan tarik akibat tarikan awal, o2. Tegangan akibat adanya daya yang ditransmisikan, d3. Tegangan akibat gaya sentrifugal, v 4. Tegangan bending pada bagian-bagian dari belt yang melingkar pada pule, b3.1.6.1 Tegangan pada belt datar

Besarnya tegangan-tegangan yang terjadi pada belt datar adalah :1. Tegangan awal

Kerena adanya gaya awal, maka timbul tegangan awal.

= b.h ( b = lebar belt dan h = tebal belt)2. Tegangan karena daya Karena adanya daya yang ditransmisikan oleh belt, maka timbul tegangan untuk mentransmisikan daya ( d ) atau dilambangkan k

3. Tegangan karena gaya sentrifugal (Dobrovolsky, 1985: 209)

(3-10)

Dimana : = berat spesifik (specific weight), kg/dm3 atau gr/cm3

4. Tegangan bending (Dobrovolsky, 1985: 209)

(3-11) Dimana : Eb = modulus elastisitas bahan belt D = diameter pule yang kecil

Gambar 3-6. Diagram tegangan pada bagian bagian belt.

Tegangan maksimum (max ) terjadi pada saat belt mulai menyentuh pule penggerak ( titik D pada Gambar 3.6) atau di titik awal belt memasuki pule penggerak. Besarnya tegangan maksimum merupakan penjumlahan dari ke empat tegangan-tegangan tersebut. Berdasarkan Gambar 3-10 besarnya tegangan total dapat dirumuskan sebagai berikut : (Dobrovolsky, 1985: 210)

atau

Dua persamaan tersebut dapat dipilih salah satu untuk menghitung besarnya tegangan maksimum, misalnya dipilih persamaan yang pertama.

Tegangan Bending dipilih yang terbesar yaitu b1, selanjutnya diberi lambang b , sehingga persamaan tersebut menjadi :

(3-12a)

(3-12b)3.1.6.2Tegangan pada V-belt

Tegangan maksimum seperti yang dinyatakan pada persamaan (3-12) juga dapat berlaku untuk V-belt dengan mengganti harga luasan A yang sesuai dengan luasan penampang V-belt. Luasan penampang belt dapat dilihat pada Tabel.3.1.7. Kerugian kerugian pada Belt

Kerugian transmisi daya dengan belt, ada dua, yaitu : pertama daya tidak dapat ditransmisikan 100 %, kedua timbulnya panas pada belt. Material belt seperti ; karet alam, karet sintesis, campuran karet dengan bahan lain, kesemuanya itu sangat sensitif terhadap panas. Dalam keadaan normal temperatur belt sebanding dengan kerugianya, dan besarnya kerugian ini merupakan indikasi turunnya tefisiensi. Secara keseluruhan kerugian daya yang terjadi pada transmiasi belt adalah :

1. Karena adanya rangkakan (creep) antara belt dan pule

2. Karena adanya elastis histerisis (elastic hysterisis) yaitu gesekan antar partikel didalam belt itu sendiri akibat tarikan, tekanan dan bending.

3. Karena tahanan udara pada belt, pule dan idler-pule

4. Kerena gesekan pada bantalan pule atau idler-pule.Kerugian pertama dan kedua merupakan kerugian utama, sedangkan kerugian ketiga akan diperhitungkan bila pulenya besar, sedang kerugian keempat sudah dibahas pada bab bantalan.

Total kerugian karena creep (LC) dan histerisis (LH) (Dobrovolsky, 1985: 210) adalah :

LT = LC + LH

(3-13)

Besarnya kerugian total persatuan waktu adalah :

LT = A . v . kp

(3-14)

Dimana : A = luas penampang belt.

v = kecepatan keliling belt.

kp = factor proporsional, yang besarnya dipengaruhi oleh :

perencanaan, struktur dan sifat belt.

3.2. Komponen-Komponen Transmisi dengan Belt3.2.1. Belt. Transmisi dengan Belt mempunyai beberapa kelebihan antara lain adalah : Jangkauan atau cakupan dayanya yang baik dari daya kecil sampai besar, mempunyai umur-pakai yang layak, mudah pemasangannya, mampu terhadap fatique strength dan harganya yang murah.

Dengan melihat persamaan (3-8) dan (3-9) cukup untuk mengadakan analisa tentang belt, seperti :

1. Untuk mengurangi kerugian dapat dilakukan dengan mengurangi luas penampang, yaitu mengurangi ketebalan ( h ). Akibat berkurangnya ketebalan ini akan mengurangi tegangan bending, tetapi dapat menyebabkan membesarnya tegangan tarik o dan d , sehingga untuk mengatasinya dapat menggunakan belt yang mempunyai tensile strength yang lebih besar.

2. Tegangan bending juga dapat dikurangi dengan memperkecil Eb, karena dengan Eb yang kecil maka tegangan bending yang terjadi juga akan lebih kecil, tetapi dapat mengurangi kemampuan dalam meredusir creep , karena dengan menggunakan Eb yang kecil dapat meningkatkan kemungkinan terjadinya creep.

3. Selanjutnya dengan memakai bahan belt yang berat jenisnya kecil dapat mengurangi tegangan akibat gaya sentrifugal. Selain itu juga dapat menurunkan factor proporsional (kp) sehingga dapat menurunkan kerugian akibat creep (LC) dan histerisis (LH) Belt dapat diklasifikasikan berdasarkan bentuk penampangnya, perencanaan, bahan dan cara pembuatannya. Bentuk penampang belt sangat berpengaruh terhadap perencanaan pule dan peralatan lainnya, macam-macam bentuk penampang belt adalah :1. Bentuk Tali

Terbuat dari serat dan baja, secara luas dipakai untuk pemindahan daya yang besar dan jarak yang jauh. Kekurangan dari bentuk ini adalah diperlukan unit pressure yang tinggi pada pule-nya dan cepat sekali aus baik pada talinya maupun pada alur pule-nya. Sekarang ini bentuk ini dibuat dari kulit dan cotton, tetapi kemampuan untuk memindah daya yang rendah.

2. Bentuk Datar (Flat Belt)

Dipakai secara luas untuk transmisi mesin-mesin industri, dan dibuat dengan macam-macam tingkat ketebalan ( 15 500 ) mm, dan juga dibuat dengan berbagai macam ukuran dan bahan. Empat tipe bahan yang sudah distandarkan adalah : kulit, karet, cotton yang dianyam dan wool yang dianyam.

3. Bentuk V (V-belt)

Banyak dipakai, terutama pada mesin mobil, pada pompa, kompresor dan sebagainya. Bentuk ini lebih mampu memindahkan daya dari pada flat belt karena slip yang terjadi lebih kecil, karena mempunyai bidang gesek pada bagian sisi-sisinya.4. Bentuk-bentuk lain, Selain bentuk penampang lingkaran, datar dan V, juga ada bentuk lain, misalnya bergerigi atau bentuk-bentuk lainnya.

Gambar 3-7. Konstruksi dan dimensi V-belt

Semuanya rumus yang dihasilkan didepan adalah untuk belt datar, rumus-rumus tersebut dapat pula diterapkan pada V-belt, tetapi sedikit ada perubahan. Misalnya pada Rumus Eulers, koefisien gesek f diganti menjadi f (Dobrovolsky, 1985: 214)

(3-15)Dimana : = sudut groove-V pada pule-nya, untuk selanjutnya diberi lambang

Gambar 3-8. Bentuk penampang dan sudut groove dari puleRumus Euler sekarang menjadi : (Dobrovolsky, 1985: 214)

(3-16)

Untuk menjaga agar tidak terjadi jepitan belt pada pulenya, maka sudut groove mempunyai syarat, yang besarnya dapat dinyatakan :

= 2 tan -1 . f(3-16)

Misalnya : koefisien gesek, f = 0,3, maka : = 2 tan-1 0,3 = 34o

Untuk pule dengan bermacam macam diameter, sudut groove ini ( ) besarnya antara : 34o 40o. Dengan pembatasan tersebut, maka bila = 37o , didapat :

(3-17)

Dengan hasil f 3f untuk = 37o , dapat diartikan bahwa dengan kondisi yang sama, maka setiap busur dari V-belt mampu memindahkan daya sebesar 3 kali kemampuan belt datar, ini adalah keuntungan utama dari V-belt. Keuntungan ini diikuti oleh kelemahan, yaitu bertambahnya unit pressure ( tekanan per satuan luas ) dengan bertambahnya unit pressure ini akan menyebabkan gesekan bertambah besar sehingga lebih cepat aus.

Gambar 3-9. Bentuk groove pada pule CVT

Gambar 3-10. Bentuk groove pada pule bertingkatTabel (3-2). Dimensi dan bahan untuk BeltLeatherRubber canvasSolid-woven cottonWoven woolenInterstitched rubberWoven semi-linen

Width b in mm20-30020-50030-25050-30020-13715-53

Thickness h in mmSingle 3-5.5

Double7.5-102.5-13.54.5-6.5-8.56-9-111.75-2.5-3.31.75

UTS in kg/cm22004-10 ( without layers), 370 (with layers)350-405300300500

Max elongation10% at 100kg/cm318% at rupture20-25% at rupture60% at rupture16% at rupture10% at rupture

Ratio Dmin/hrecommended354030-403040

Allowable253025-35253025

Recommended max velocity max in m/sec4020-3025305050

Specific weight in kg/dm30.981.25-1.500.75-1.050.90-1.241.21.0

Constanta a292521182321

w (formula 3-25) 300100150150200150

Modulus of Elastisitas, Eb in kg/cm21.000-1.500800-1.200300-600 1.000-1.200

Sumber : (Dobrovolsky, 1985: 214)3.2.2Pule

Pule untuk belt mempunyai beberapa bagian, yaitu : rim roda tempat belt, spokes ruji ruji atau bentuk lempengan, hub atau naaf. Pule dibedakan atas bentuknya dan permukaan rim-nya. Bentuk rim disesuaikan dengan tipe belt dan kondisi operasinya.

3.2.2.1Pule untuk belt datar

Tipe ini cenderung memakai permukaan yang rata (flat) yang akan membuat bentuk pule seperti sebuah silinder. Ukuran utama pule untuk belt datar ini adalah : diameter pule (D), lebar pule (B) lebar ini disesuaikan dengan lebar belt (b), dan untuk mahkota (Y), (Gambar 3-11), ukurannya disesuaikan dengan lebar B.

B (1,5 2 ) b untuk tipe pemasangan Quarter Twist and Twist belt Drives

D

Gambar 3-11 Dimensi pule untuk belt datar

Tabel 3-4. Pertandingan ukuran antara Lebar (B) dan bentuk mahkota (Y)

B (mm)40-6070-100125-150175-250300-400450-600

Y (mm)1,01,522,53,04,0

3.2.2.2 Pule untuk V-belt

Salah satu contoh bentuk pule untuk V-belt dapat dilihat pada gambar di bawah ini, ukuran-uikuran seperti : e, c, s, dan b dapat dilihat pada Table 3-5. Bagian-bagian yang bersentuhan anatara belt dan pule adalah bagian sisi belt. Bentuk dan jumlah alur berdasarkan ukuran dan jumlah belt. Ukuran groove-nya diharapkan menjaga agar belt pada bagian bawahnya tidak saling bersentuhan atau terlalu berjulur keluar.

Tabel 3-5 Tipe dan dimensi dari V-belt

Cross-section of V-belt(Ukuran untuk Gambar 3.9a)

OABCDEF

Cross-section area (A) in cm20.50.81.42.34.87.011.7

In conformility with the standard design of inner* length of belt in mmmin500*500*630*1.8003.1504.5006.300

max2.5004.0006.3009.00011.00014.0001.120*

Difference between design and inner length of belt in mm253340557695120

Minimum allowable design diameters of pules in mm6390125200315500800

Constans in formula (3-25)a23252830323232

w100120180215280350440

Maximum recommended velocity v max in m/sec25252525303030

Design width of belt ad in mm8.5111419273242

Rated size of pule grooves (Fig.3-10)*e1012.5162128.53443

c2.53.5568.51012.5

t1216202637.544.558

s81012.517242938

o34-4036-4038-40

Note : The angle of groove ()is selected depending on the pule diameter; leaser angle corresponds to a lesser diameter. (Sumber : Dobrovolsky, 1985: 216)Tabel 3-6 Tipe dan dimensi dari V-belt

Cross-section of V belt(Ukuran untuk Gambar 3.9b)

12345

Cross-section area A in cm21.11.21.62.22.7

In conformility with the standard design of inner* length of belt in mmmin560*560*900*950*950*

max1.400*1.400*1.400*1.400*1.400*

Difference between design and inner length of belt in mm3842465259

Minimum allowable design diameters of pules in mm8090105125140

Maximum recommended velocity v max in m/sec3030303030

Note : The angle of groove ()is selected depending on the pule diameter; leaser angle corresponds to a lesser diameter. (Sumber : Dobrovolsky, 1985: 216)

Gambar 3-12. Dimensi beberapa tipe dari V-belt a. Jenis Belt : O,A,B,C,D,E dan F

b. Jenis Belt : 1,2,3,4, dan 5

(Sumber : Dobrovolsky, 1985: 217) Gambar 3-13. Bentuk pule untuk V-belt (sudut groove atau )

3.2.3. Sudut kontak dan panjang belt

Sudut kontak dan panjang belt dapat dilihat pada dalam bentuk tabel di bawah ini.

Tabel 3-7. Sudut kontakdan panjang belt

Sketch

Arc of contact between the belt and the smaller pule

Geometrical length of belt (disregarding tension and sag)

(Sumber : Dobrovolsky, 1985: 232-233)3.3. Perhitungan Tarikan Pada Belt

Dengan mengingat kembali persamaan (3-8) tentang faktor tarikan, dan persamaan tentang tegangan untuk memindahkan beban (d ) maka dengan subtitusi kedua rumus tersebut akan didapat akan didapatkan :

dan

(3-18)

(3-19)

Dari persamaan tersebut terlihat bahwa tegangan untuk memindahkan beban (d) akan bertambah sebanding dengan tegangan awal (o). Bila tegangan awal bertambah melebihi harga yang diinginkan menyebabkan belt lebih cepat kendur sehingga kemampuan tariknya akan turun, dapat menyebabkan putusnya belt.

Sebaiknya besarnya tegangan awal tidak melebihi 18 kg/cm2 untuk belt datar, dan 12 kg/cm2 untuk V-belt. Harga tersebut berdasarkan percobaan dengan kondisi :

Open belt dengan pule dari cast iron

Beban konstan dengan kecepatan keliling v = 10 m/s

Sudut kontak = , dan factor = oDalam kondisi operasinya, tarikan maksimum akan terjadi pada bagian yang tegang, sehingga tegangan maksimum yang terjadi adalah : ( Dobrovolsky, 1985: 236)

= o + 0,5d + v(3-20)Limit harga tegangannya adalah konstan sebesar || , dengan menggabungkan persamaan (3-20), (3-8) dan (3-19), maka akan diperoleh persamaan : (Dobrovolsky, 1985: 236)

dan

(3-21)

Dengan cara yang sama diperoleh :

(3-22)Sehingga dengan substitusi dua persamaan (3-21) dan (3-22) tersebut, didapatkan harga tegangan (d) untuk berbagai kondisi, yaitu :

(3-23)

Persamaan (3-23) ini dapat disingkat secara ringkas sebagi berikut :

(3-24)Dimana :Cv = factor kecepatan, dapat dilihat pada Table 3-8

C = factor sudut kontak, dapat dilihat pada Table 3-9

Tabel 3-8. Faktor kecepatan (Cv)

Kecepatan belt v (m/s)151015202530

Belt datar, Cv1,041,031,00,950,880,790,68

Vbelt, Cv1,051,041,00,940,850,740,60

(Sumber :Dobrovolsky, 1985: 236)Table 3-9 faktor sudut kontak C

Sudut kontak (o)80120140160180220

Belt datar, C-0,820,880,941,01,12

V-belt,

C0,620,830,900,961,01,08

(Sumber : Dobrovolsky, 1985: 237)

Dimensi V-belt, seperti : lebar bagian atas (b), tebal atau tinggi (h), luas penampang (A), panjang belt (L) serta sudut ketirusan konstan 40o untuk berbagai macam jenis belt dapat dilihat pada Tabel 3-10.Tabel 3-10. Dimensi V-belt

Type of beltCross-sectionalDesign length of belt, Lmm

b mmh mmA mm2

O1060,47400; 450; 560; 630; 710; 800; 900

1000; 1120; 1250; 1400; 1600

1800; 2000; 2240; 2500

A1380,81560; 630; 710; 800; 900; 1000; 1120

1250; 1400; 1600; 1800; 2000

2240; 2500; 2800; 3150; 3550; 4000

B1710,51,38800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400

1600; 1800; 2000; 2240; 2500

2800; 3150; 3550; 4000; 4500

5000; 5600; 6300

C2213,52,31800; 2000; 2240; 2500; 2800

3150; 3550; 4000; 4500; 5000

5600; 6300; 7100; 8000; 9000; 10.000

D32194,753150; 3550; 4000; 4500; 5000

5600; 6300; 7100; 8000; 9000

10.000; 11.000; 12.500; 14.000

E3823,56,954500; 5000; 5600; 7100

8000; 9000; 10.000; 11.200; 12.500

14.000; 16.000; 18.000

F503011,76300; 7100; 8000; 9000; 10.000

11.200; 12.500; 14.000; 16.000; 18.000

Tarikan pada belt juga dipengaruhi oleh tegangan dan tekanan persatuan luas (unit pressure) belt pada pulenya. Efek ini dapat dirumuskan :

(3-25)

Dimana :a dan w adalah konstanta yan dapat dicari secara eksperimen dapat dilihat pada tabel (3-2) dan tabel (3-5)

Setelah mendapatkan harga do dengan persamaan (3-25) dan harga d dengan persamaan (3-23) maka akan dapat dihitung harga lebar belt ( b ) dengan rumus bahwa tegangan untuk mentransmisikan daya sama dengan gaya efektif dibagi dengan luas penampang yang sudah dibahas di depan. Harga lebar belt yang didapat dari rumus ini tidak menyimpang jauh dengan harga dari tabel.

(3-26)

Dalam perencanaan belt, secara praktis biasanya terlebih dahulu ditentukan dulu tipe dari belt, sehingga didapatkan harga a dan w dari tabel, kemudian menhitung harga do dan d , sehingga dapat dicari jumlah belt (Z)

(3-27)

3.4. Perhitungan Umur Belt ( Calculating Belt Service Life ) Dalam operasi yang normal pemeriksaan terhadap belt ditujukan pada pemeriksaan keausan pada serat serat beltnya, yang timbul akibat adanya beban yang bervariasi, panas atau akibat kerugian daya (belt losses). Sebenarnya banyak faktor yang dapat mempengaruhi umur belt, namun yang terpenting adalah tegangan berulang (cycles stress) dan timbulnya panas.

Perubahan tegangan yang terbesar terjadi pada saat belt mulai memasuki pule penggerak. Dalam hal ini dapat dikatakan bahwa bila belt bekerja dalam satu putaran akan terjadi perubahan beberapa kali, setiap kali terjadi perubahan tegangan ,inilah yang dapat mempengaruhi umur belt. Oleh karena itu sebagi dasar perhitungannya, dipakai basis endurance limit (fatique limit) atau tegangan kelelehan. (Dobrovolsky, 1985: 238)3.4.1. Pengaruh Tegangan Umur belt dapat dihitung dengan rumus umum sebagai berikut :

(3-28)

(3-29)

Dimana :

H = umur belt (jam)

Nbase = basis dari fatique test, yaitu 107 cycle

fat = fatique limit atau endurance limit yang berhubungan dengan Nbase

dapat dicari dari fatique curve

max = tegangan maksimum yang timbul, lihat persamaan (3-8).

u = jumlah putaran per detik, atau sama dengan v/L)

( v = kecepatan, m/s dan L = panjang belt, m)

X = jumlah pule yang berputar

Nilai fat dan m ditentukan berdasarkan bahan dan tipe belt :

1. Untuk belt datar m = 5 dan untuk V-belt m = 8 (bahan terbuat dari karet dan cotton)

2. Nbase = 107 cycle, maka harga fat adalah :Untuk belt datar : fat = 60 kg/cm2 (bahan karet)

Untuk belt datar : fat = 30 kg/cm2 (bahan cotton)

Untuk V-belt : fat = 90 kg/cm23.4.2Pengaruh panas

Pada saat belt beroperasi, temperatur belt akan naik beberapa derajad kemudian konstan. Pada saat demikian semua panas yang ditimbulkan akan dilepas ke udara sekelilingnya, sehingga temperatur belt konstan. Keseimbangan panas pada elemen mesin, dapat juga diberlakukan pada belt. 1. Panas yang diproduksi atau panas yang dilepas ke atmosfir , Q

Q Acool . ht (T1 T2)(3-25)

Dimana :

Q = panas yang diproduksi atau panas yang dilepaskan, cal

Acool = luas pendinginan atau luas permukaan belt, m2 = 2 (b+h). L

ht = koefisien perpindahan panas (heat transfer koefisien)

( besarnya antara : 7,5 s/d 15 cal/(m2.Jam .oC)

T1 = temperatur kerja (oC), biasanya dijaga antara 75 s/d 85 oC

T2 = temperature udara sekelilingnya (oC)

2. Kehilangan daya. Besarnya kehilangan daya atau energi per satuan waktu, sama dengan kerugian total yang sudah dinyatakan dengan persamaan (3-14)

LT = A . v . kp

(3-36)

Kehilangan daya dianggap sama dengan panas yang timbul, sehingga :

(3-37)Hubungan antar A dan Acool untuk belt datar dapat dinyatakan :1. Untuk belt datar, h 100%

Motor AC( momen normal, sangkar bajing sinkron) motor arus searah (lilitan shunt)Motor AC balik (momen tinggi, fase tunggal, lilitan seri) motor arus searah (lilitan kompon, lilitan seri), mesin torak, kopling tak tetap

Jumlah jam kerja per hariJumlah jam kerja per hari

3-5 jam8-10 jam16-24 jam3-5 jam8-10 jam16-24 jam

Variasi beban sangat kecil

Pengaduk zat cair, kipas angin, blower (sampai 7,5 kw), pompa sentrifugal, konveyor tugas ringan1,01,11,21,21,31,4

Variasi beban kecil

Konveyor sabuk(pasir, batu bara) pengaduk, kipas angin(lebih dari 7,5 kW), mesin torak , peluncur, mesin perkakas, mesin percetakan1,21,31,41,41,51,6

Variasi beban sedang

Konveyor (ember, sekrup), pompa torak, kompresor, gilingan palu, pengocok, roots-blower, mesin tekstil, mesin kayu1,31,41,51,61,71,8

Variasi beban besar

Penghancur, gilingan bola atau batang, pengangkat, mesin pabrikkaret (rol karet, lender)1,51,61,71,81,92,0

(Sumber : Sularso, 2004 : 165)

2. Torsi satuannya kgf.mm dan Daya satuannya kW (Sularso, 2000 : 7)

(3-52)Dimana : T = Torsi , kg.mm

Pd = Daya, kW 3. Torsi satuannya lbf.in dan Daya satuannya HP (Collins Jack A, 2003 : 180 )

(3-53)Dimana : T = Torsi, lbf.in

N = Daya, HP

(Deutschman, 1983 : 334 )3. Torsi satuannya N.m dan Daya satuannya HP

(3-54)Dimana : T = torsi , N.m

N = kW

Persamaan (3-51) s/d (3-52) menyatakan hubungan antara torsi dan daya dengan berbagai macam satuan, bila yang diinginkan torsi-perencanaan Td, maka daya yang dipakai adalah daya perencanaan (Pd)

3.7.2. Pemilihan BELT

Belt dipilih berdasarkan daya desain (Pd) dan putaran pule yang kecil (nmin), dengan menggunakan Gambar 3-15 maka jenis belt yang sesuai akan diperolah. Cara seperti ini bukan satu-satunya cara, cara lain bisa dilakukan dengan menghitung dulu luas penampang belt (A) yang diperlukan, selanjutkan akan diketahui jenis belt (O,A, B, C, D, E atau F) serta jumlahnya dengan menggunakan persamaan (3-27).Misalnya digunakan cara pertama yaitu dengan mengguanakan Gambar 3-15, maka setelah diperoleh jenis beltnya, tulis data-data belt tersebut, misalnya lebar (b), tebal (h) dan luas (A), data data ini akan dipakai untuk perhitungan selanjutnya. Panjang belt belum bisa dihitung, karena harus menunggu perhitungan / pemilihan diameter pule.

Gambar 3-15. Diagram pemilihan V-beltPemilihan atau Perhitungan Diameter.

Untuk memilih atau menghitung besarnya diameter pule, dapat menngunakan rumus perbandingan putara (i). Bila rangkakan diabaikan, maka rumus yang dipakai adalah persamaa (3-55a), sedangkan bila rangkaan tidak diabaikan maka persamaan yang dipakai adalah persamaan (3-55b) yang berasal dari persamaan (3-4)

(3-55a)

(3-55b)

Dimana : D = diameter pule = koefisien rangkaan ( 1 s/d 2 ) , (Sularso, 2004 :186)Salah satu diameter pule direncanakan terlebih dahulu, biasanya diameter yang kecil yang direncanakan terlebih dahulu, sebagaimana ditunjukkan dalam tabel di bawah ini. Tabel 3-12. Diameter Pule yang kecilTipe BeltABCDE3V5V8V

Diameter minimum yg diijinkan (mm)6511517530045067180315

Diameter minimum yg dianjurkan (mm)95145225350550100224360

(Sumber : Sularso, 2004 : 186)Kecepatan Keliling atau Kecepatan LinierBesarnya kecepatan keliling atau kecepatan linier yang biasa dilambangkan v atau u dapat dinyatakan dengan persamaan

(3-56a)dimana : v = kecepatan linier belt ( m/det), vmax = 30 m/det D = diameter pule, mm

n = putaran pule, rpm

(3-56b)dimana : v = kecepatan linier belt ( ft/det), vmax = 30 m/det D = diameter pule, in

Perhatikan persamaan (3-56), diameter dan putaran pule ( D dan n ) berada dalam satu benda, artinya bila D1 maka putarnnya juga n1, dan bila D2 maka putarannya juga n2.Jarak Kedua-Sumbu Poros ( C ) dan panjang belt ( L )Jarak kedua sumbu poros dan dan panjang belt saling berhubungan, untuk konstruksi open belt drive hubungan tersebut dapat dilihat pada persamaan (3-57), sedangkan konstruksi yang lain dapat dlihat pada Tabel 3-7

(3-57)

Dalam perdagangan terdapat bermacam-macam ukuran belt, namun untuk mendapatkan ukuran belt yang panjangnya sama persis dengan hasil perhitungan umumnya sulit. Bila panjang belt sudah diketahui, maka jarak kedua sumbu poros dapat dinyatakan dengan persamaan di bawah ini.

(3-58)dimana : b = 2L - ((d2 d1)Menghitung Gaya Tarik dan Jumlah Belt Diantara tiga gaya yaitu : F1, F2 dan Fe, biasanya yang lebih dahulu diketahui adalah Fe degan menggunakan rumus :

atau

Selanjunya menghitung F1 dan F2 dengan menggunakan persamaan (3-1) yang terlebih dahulu harus menghitug besarnya sudut kontak () dan besarnya koefisien gesek (f). Setelah diperoleh Fe maka jumlah belt bisa diketahui dengan persamaan (3-27).Perhitungan selanjutnya adalah Tegangan Maksimum dengan persamaan (3-12), Prediksi Umur Belt dengan persamaan (3-29), dan beban pada poros pule (3-46), tentu aja dilanjutkan dengan perhitungan-perhitungan lain yang diperlukan.3.8. Continous Various Transmission

CONTINOUS VARIOUS TRANSMISI (CVT) adalah transmisi dengan perbandingan gigi yang sangat bervariasi, orang lebih senang menyebutnya transmisi otomatic.

3.8.1. Komponen CVT

Gambar 3. 15 Skema dan komponen-komponen CVT3.8.2. Keuntungan Sistem CVT1. Memberikan perubahan kecepatan dan perubahan torsi dari mesin ke roda belakang secara otomatis

2. Perbandingan rasio gigi yang sangat tepat tanpa harus memindahan gigi

3. Tidak akan terjadi hentakan saat perpindahan didi

4. Perpindahan kecepatan yang sangat lembut3.8.3. Keuntungan Sistem CVT

1. Untuk start pertama dibutuhkan putaran yang tinggi

2. Pembukaan gas cenderung besar, karena dibutuhkan putaran tinggi untuk bisa berjalan dan berpidah rasio

3. Penggunaan bensin lebih boros

4. Karena lebih banyak bekerja pada putaran tinggi dimungkinkan mesin lebih cepat rusak jika tidak mendapatkan perawatan yang lebih

5. Pada saat jalan menurun, engine brake yang terjadi sangat kecil, sehingga cenderung mengerem dan rem akan terbakar

6. Karena kecilnya engine breke ini akan menimbulkan motor sulit dikendalikan saat jalan menurun. Untuk itu tidak disarankan menggunakan motor matic di kondisi jalan menanjak dan menurun bagi yang belum berpengalaman.3.8.4. Cara Kerja Sistem CVT

Gambar 3. 16 Skema cara kerja CVTa. Saat putaran langsamSaat putaran langsam kopling sentrifugal pada pulley sekunder belum berhubungan, sehingga putaran dari pulley primer belum dapat diteruskan ke roda belakang.

Gambar 3.17 CVT saat putaran langsamb. Saat putaran mulai jalanSaat mulai berjalan kompling sentrifugal pada pulley sekunder mulai terhubung dan memutar roda belakang

Gambar 3.18 CVT saat putaran mulai jalanc. Saat putaran menengahSaat putaran menengah besar pulley sekunder dan primer relatif sama, sehingga membuat perbandingan gigi yang sesuai

Gambar 3.19 CVT saat putaran menengah

d. Saat putaran tinggiSaat putaran tinggi, pulley primer membesar, karena putaran mesin meninggi, oleh karena pulley primer membesar belt lebih banyak tertari ke depan, sehingga pulley sekunder mengecil. perbandingan putaran akan berubah lagi.

Gambar 3.20 CVT saat putaran tinggie. Saat roda beban berat / menanjakPada saat menanjak, atau beban berat, roda belakang agak tertahan, oleh karena beban sehingga pulley sekunder membesar dan pulley primer mengecil.

Gambar 3.21 CVT saat beban beratB

Y

Perencanaan Komponen Mekanik

PAGE 40Elemen Mesin II

_1362412651.unknown

_1362817555.unknown

_1363002985.unknown

_1363097821.unknown

_1363160815.unknown

_1363269928.unknown

_1363271348.unknown

_1363282397.unknown

_1363284195.unknown

_1363284274.unknown

_1363282494.unknown

_1363271381.unknown

_1363270056.unknown

_1363161345.unknown

_1363161368.unknown

_1363161339.unknown

_1363098238.unknown

_1363160670.unknown

_1363097832.unknown

_1363012389.unknown

_1363013072.unknown

_1363096948.unknown

_1363012467.unknown

_1363012190.unknown

_1363012264.unknown

_1363011693.unknown

_1362993889.unknown

_1362996792.unknown

_1363002842.unknown

_1362996194.unknown

_1362818355.unknown

_1362993790.unknown

_1362818185.unknown

_1362758517.unknown

_1362763581.unknown

_1362816949.unknown

_1362817011.unknown

_1362816924.unknown

_1362763619.unknown

_1362759385.unknown

_1362762699.unknown

_1362759178.unknown

_1362759361.unknown

_1362755107.unknown

_1362755419.unknown

_1362758082.unknown

_1362758400.unknown

_1362755359.unknown

_1362754918.unknown

_1362754968.unknown

_1362750985.unknown

_1362751206.unknown

_1362751245.unknown

_1362751041.unknown

_1362414684.unknown

_1362404282.unknown

_1362407269.unknown

_1362411667.unknown

_1362411912.unknown

_1362408712.unknown

_1362404789.unknown

_1362407236.unknown

_1362404371.unknown

_1362110881.unknown

_1362112330.unknown

_1362403918.unknown

_1362110988.unknown

_1361988135.unknown

_1362049347.unknown

_1361988012.unknown

_1099464723.unknown