29

BAB III

METODE PERANCANGAN

3.1 Deskripsi Model Alat Uji Tarik

Struktur alumanium tipis memiliki karakteristik yang khas terhadap beban

statik dan beban dinamik. Respon terhadap beban-beban tersebut di antaranya

adalah lendutan, puntiran, patahan karena beban statis atau patah karena lelah

(fatique failure). Biasanya kerusakan yang di akibatkan beban dinamik lebih sulit

diprediksi, karena berung dan siklus yang tidak tentu, misalnya karena gempa,

angina, getaran kendaraan yang melintas, dsb. Analisa kekuatan struktur yang

hanya mengandalkan pada kekuatan statik sangat berbahaya, karena beban

dinamik yang relatif kecil akan menyebabkan kerusakan karena lelah pada

komponen-komponen kritis.

Alat uji tarik adalah sebuah sistim makatronika (mekanika elektronika)

yang dapat memberikan beban tertentu pada obyek pengujian. Bebam yang

diberikan dapat berupa gaya tekan, tarik, puntiran, dsb. Pada sistim konstruksi

alumanium tipis, beban yang mungkin di terima sangat bervariasi. Sistim

kontruksi alumanium tipis, dengan keunggulan sifat mekanik pada kekuatan

tariknya, sedapat mungkin dikondisikan hanya menerima beban tarik saja. Untuk

menguji struktur yang menerima beban tarik dinamik saja maka beban yang

harus diberikan saat pengujian adalah beban tarik dinamik pula.

30

Saat sisitim kontruksi alumanium tipis menerima beban dinamik,

kemungkinan arah pembebanan sangatlah bervariasi. Pengaruh gravitasi bumi

menjadi beban yang mengarah ke pusat bumi adalah beban terbesar. Berdasarkan

hal tersebut, maka arah pembebanan dinamik saat pengujian adalah vertical atau

mengarah ke pusat gravitasi bumi.

Proses pengaturan kecepatan motor penggerak dilakukan oleh rangkaian

pengendali kecepatan h-bridge. Perancangan rangkaian pengendali kecepatan h-

bridge adalah proyek lain yang dilakukan secara parallel dengan proyek ini.

Karena alat uji tarik ini akan digunakan untuk menguji berbagai sistim

kontruksi alumanium tipis maka beban statik maksimal atau gaya berat beban

alat uji tarik ditentukan sebesar 100 kg.

3.2 Spesikasi Desain

Dari deskripsi di atas diperoleh spesifikasi/persyaratan desain sebagai

berikut:

Tabel 3.1 Spesikasi desain

No. Uraian Persyaratan Sifat

1 Jenis beban dinamik adalah beban tarik Wajib dipenuhi (W)

2 Arah pembebanan dinamik adalah vertical W

3 Kecepatan motor dapat dikontrol W

4 Dimensi alat maksimum 46x37x66,2 cm W

5 Alat dapat di operasikan oleh 2 orang Disarankan dipenuhi

(S)

6 Beban alat maksimum 100 kg S

7 Alat dapat dibuat dalam waktu S

31

Energi Manusia Alat Uji Siap

Energi Listrik Beban Tarik

Konstruksi alumanium tipis Konstruksi alumanium tipis patah

8 Komponen alat harus tersedia di pasar lokal S

9 Alat dapat di pindahkan dengan mudah W

10 Gaya berat alat uji tarik di tentukan maksimal 981 N W

3.3 Struktur Fungsi dan sub-fungsi

Berdasarkan deskripsi dan spesikasi desain model alat uji tarik serta aliran

energy, material, dan sinyal di dapatkan formulasi masalah berupa struktur

ffungsi dan atau fungsi keseluruhan (overall function) dan sub-fungsi/fungsi

utama sbb. Struktur fungsi atau fungsi keseluruhan (overall function) dan sub-

fungsi/fungsi utama di gambarkan dalam diagram blok.

Gambar 3.1 Diagram blok fungsi keseluruhan

Alat Uji

Tarik

32

Energi

Manusia Alat Uji Siap

Energi

Listrik

Layout hasil

pengujian

Konstruksi

alumanium

tipis

Konstruksi

alumanium

tipis patah

Beban tarik

Gambar 3.2 Overall function, sub-fungsi, dan sub-sub fungsi

Ket:

= Energi manusia

= Energi listrik

= Material

= Sinyal

3.4 Fungsi keseluruhan dari sub-fungsi sistim Mekanik

Gambar 3.2 overall function, sub-fungsi, dan sub-sub fungsi dari

keseluruhan model alat uji tarik sistim sambungan alumanium tipis.

Dalam perancangan kali ini sub-fungsi yang dibahas adalah sub-fungsi

sistim mekanik. overall function dan sub-fungsi sistim mekanik adalah:

Setting Komponen

Menentukan beban

dan posisi awal

Sistim mekanik

Mengubah

energi listrik

menjadi

putaran

Transmisi

daya

Mengubah

gerak rotasi

menjadi

translasi

Rangkaian pengendali

kecepatan

Sensor

kecepatan

Diberi

beban tarik

Diuji sampai

beban 100 kg

Sensor load cell Weighing indicator

33

Energi Mekanik/

gerak rotasi Beban tarik

Gambar 3.3 Overall function dari sub-fungsi sistim mekanik

3.5 Sub-fungsi dan Struktur Kerja Sistim Mekanik

Dari gambar 3.3 terlihat bahwa terdapat 2 sub-fungsi dalam perancangan

sistim mekanik model alat uji sistim sambungan kontruksi alumanium tipis,

yaitu:

1. Pemindahan daya dari energi mekanik/gerak rotasi (input) ke sub-

fungsi pengubah gerak rotasi menjadi gerak translasi.

2. Pengubah gerak rotasi menjadi gerak translasi yang antinya akan

berfungsi sebagai beban tarik.

Struktur kerja dari sub-fungsi ini adalah:

1. Untuk mentransmisikan daya dari energi mekanik/gerak rotasi (input)

ke sub-fungsi pengubah gerak rotasi menjadi gerak translasi dapat

digunakan berbagai sistim transmisi daya antara lain, ulir, roda gigi,

rantai.

2. Untuk mengubah gerak rotasi menjadi gerak translasi dapat

digunakan berbagai sistim mekanik, antara lain engkol peluncur, dua

ulir segiempat/square thread, tiga roda gigi.

3.6 Kombinasi dan Susunan Konsep

Jika struktur kerja dan sub-fungsi ini ditabelkan akan terlihat

kombinasi-kombinasi susunan konsep sebagai berikut:

Transmisi

Daya

Mengubah gerak rotasi

menjadi translasi

34

Tabel 3.2 Kombinasi struktur kerja

Setting komponen

Pasang dengan

tangan 1.1

Pegang 1.1.1 Satu tangan 1.A

Dua tangan 1.B

Tempatkan

Pemasangan

Tekan 1.2.1 Memasukan dengan satu tangan 2.A

Dengan Palu 2.B

Energi Listrik

Beri Energi 2.1 Sambungkan 2.1.1

Spur Gear 3.A

Bevel Gear 3.B

Kabel 3.C

Power supply 3.D

Load Cell 3.E

Weighing Indicator 3. F

Rangkaian H-Brige 3.G

Arduino 3.H

Rantai 3.I

Aktifkan 2.1.2 Saklar 4.A

Ubah Energi 2.2 Listrik 2.1.3 Motor Wiper 5.A

Mekanik 2.1.4 Ulir Segi Empat 6.A

Poror 6.B

Gaya

Beri Gaya Tarik

2.3 Listrik 2.1.5

Power supply 7.A

Rangkaian H Brige 7.B

Mekanik 2.1.6

Ulir Segi Empat 8.A

Spur Gear 8.B

Bevel Gear 8.C

Rantai 8.D

Dari tabel di atas dapat diperoleh kombinasi- kombinasi struktur kerja dari

masing-masing sub-fungsi yang menghasilkan berbagai susunan konsep desain

sebagai berikut:

35

1. Desain 1

= 1.A + 2.A + 3.A + 3.C + 3.D + 3.E + 3.F + 3.G + 3.H + 3.I + 4.A + 5.A + 6.A

+ 7.A + 7.B + 8.A + 8.B

2. Desain 2

= 1.B + 2.B + 3.B + 3.C + 3.D + 3.E + 3.F + 3.G + 3.H + 3.I + 4.A + 5.A + 6.A

+ 6.B + 7.A + 7.B + 8.A + 8.C

3. Desain 3

= 1.A + 2.A + 3.A + 3.C + 3.D + 3.E + 3.F + 3.G + 3.H + 3.I + 4.A + 5.A + 6.A

+ 7.A + 7.B + 8.A + 8.B + 8.D

Dari ke tiga konsep di atas akan di buat model desain pada konsep

perangcangan. di harapkan dengan membuat model desain perancangan alat

uji tarik tersebut akan mendapatkan analisa konsep produksi yang lebih baik

untuk dikembangkan baik dari segi teknologi maupun dari segi biaya.

Pengembangan Konsep Desain 1 Alat Uji Tarik

Gambar 3.4 Konsep Desain 1 Alat Uji Tarik

36

Keterangan:

Konsep desain 1 alat uji tarik ini menggunakan 2 ulir yang berada di

sebelah kiri dan kanan untuk mengangkat beban, kemudian 3 buah spur gear dan

motor wiper yang di pasangkan pada tengah untuk menggerakan spur gear dan ulir.

Konsep ini menggunakan daya yang lebih besar untuk menggerakan spur gearnya.

Pengembangan Konsep Desain 2 Alat Uji Tarik

Gambar 3.5 Konsep Desain 2 Alat Uji Tarik

Keterangan:

Konsep desain 2 alat uji tarik berbeda dengan konsep awal karena hanya

menggunakan 1 ulir yang berada di tengah dan 2 buah bevel gear dan motor wiper

yang di pasangkan pada bevel bear yang berdimensi kecil untuk menggerakan

mengangkat cekam. Konsep ini menggunakan daya yang tidak lebih besar untuk

menggerakan bevel gear dan ulirnya tapi gampang terjadinya slip dan ngak stabilnya

ulir pada saat terjadi proses penarikan pada plat.

37

Pengembangan Konsep Desain 3 Alat Uji Tarik

Gambar 3.6 Konsep Desain 3 Alat Uji Tarik

Keterangan:

Konsep desain 3 alat uji tarik berbeda dengan konsep 2 dan hamper

memiliki kemiripan dengan konsep desain 1 karena menggunakan 2 ulir yang berada

pada sisi kanan dan kiri dan 3 buah spur gear dan motor wiper dengan rantai. Konsep

ini menggunakan daya yang bisa di atur kecepatannya dengan rangkaian H-brige

untuk pengger spur gear dan ulirnya dan jarang terjadinya slip pada saat terjadi proses

penarikan pada plat karena menggunakan setting pada rantai.

3.7 Eveluasi Struktur Kerja Berdasarkan Pertimbangan Kelayakan

Berdasarkan kriteria persyaratan/spesiikasi desain maka diperoleh

tabel evaluasi struktur kerja sub-fungsi sbb.

Bobot penilaian pada masing-masing kriteria diberikan di berdasarkan

pada sifat kriteria, wajib dipenuhi ataukah disarankan untuk dipenuhi. Apabila

38

nilai akhir hasil penjumlahan poin dari semua kriteria memiliki bobot yang

sama, maka tinjauan bobot di tambahhkan dengan kemungkinan pemenuhan

ktiteria pada suatu struktur kerja. Untuk suatu kriteria, struktur kerja diberikan

nilai +1 apabila dapat memenuhi persyaratan dengan baik, 0 apabila kurang

dapat memenuhi persyaratan akan tetapi dapat diusahakan unutk memenuhinya,

dan -1 apabila tidak dapat memenuhi persyaratan desain.

Tabel 3.3 Evaluasi struktur kerja sub-fungsi

Uraian Persyaratan Sifat Konsep

1 2 3

Jenis beban dinamik adalah beban tarik Wajib

dipenuhi (W) +1 +1 +1

Arah pembebanan dinamik adalah vertical W -1 +1 +1

Komponen alat harus tersedia di pasar lokal W +1 +1 +1

Dengan pertimbangan keamanan, saat terjadi

over W +1 -1 +1

Putaran roda gigi sesuai dengan putaran motor W +1 +1 +1

Dapat dibuat dalam waktu 2 minggu Disarankan

dipenuhi (S) +1 -1 +1

Ongkos Produksi W -1 +1 +1

Biaya pembuatan W +1 -1 +1

Biaya material murah W +1 -1 +1

Nilai akhir +5 +3 +9

Dari evaluasi struktur kerja sub-fungsi diatas pengambilan keputusan

memiliki skor yang tinggi adalah konsep desain 3 sehingga konsep inilah yang

akan di kembangkan dalam proses perangcangan.

39

3.8 Dimensi Alat Uji Tarik

Sebelum masuk dalam perancangan sistim mekanik pada mesin uji

terlebih dahulu menentukan dimensi-dimensi pada rangka utama, ulirnya, cekam

dll.

3.9 Perancangan Sistim Mekanik Alat Uji Tarik

Karena dalam perancangan gaya berat beban alat uji tarik ditentukan

sebesar 100 kg maka perhitungannya awal berangkat dari daya ulir atau power

srew.

Dimana dimensi pada ulir sebagai berikut:

- Pitch (p) = 0.5 cm

- Diameter (d), mayor diameter = 2,54 cm, minor diameter = 1,66 cm, pitch

Dimeter = 2,14 cm

- Lead (l), untuk ulir square lead termasuk ulir single thread, dimana lead akan

sama dengan pitch.

3.9.1 Analisis Gaya dan Torsi Daya Ulir

Untuk analisa gaya alat uji tarik untuk menaikkan dan menurunkan

beban (P). Beban yang dapat dinaikkan dan diturunkan dengan memutar

mur, dari gerakan angular mur diubah menjadi gerakan linier screw.

Karena gaya yang di cari adalah pada saat menaikkan beban dan torsi

daya ulir di pengaruhi oleh srew dan mur, maka terdapat koefisien gesekan

(μ) antara screw dengan mur. maka besarnya gaya F yang diperlukan untuk

mengangkat beban tersebut. Selain koefesien gesekan terdapat juga

gesekan pada collar yang memberikan kontribusi yang signifikan, maka

40

perlu ditambahkan. Karena torsi yang diperlukan untuk melawan gesekan

Jadi torsi total yang diperlukan untuk menaikkan beban pada alat uji tarik.

3.9.2 Effesiensi Daya Ulir

Karena effisiensi suatu sistem di definisikan sebagai usaha yang

dihasilkan dibagi dengan usaha yang dimasukkan. Kerja masukan daya ulir

adalah hasil pekalian antara torsi dan perpindahan angular (radian) untuk

satu putaran, maka penentukan effesiensi daya ulir perlu di perhitungkan.

3.9.3 Daya Motor/Power Transmisi

Setelah melakukan perhitungan sesuai dua sub poin pada sistim

mekanik alat uji tarik maka di lakuakan perhitungan daya motor untuk

membuktikan apakah daya yang di perlukandadri motor terpenuhi untuk

mengangkat beban 100 kg.

3.10 Pengolahan Data

Pengolahan data dalam perancangan alat uji tarik di antaranya:

- Menampilkan angka

3.11 Diagram Alir Pengujian Tarik

Dari poin-poin pembahasan perancangn alat uji tarik di atas dapat di

peroleh diagram alir sebagai berikut:

41

Mulai

Spesimen Uji diberi Beban

Mencari Daya Ulir, Atur kecepatan motor

Diagram benda bebas untuk mengangkat

Beban

Terjadi patahan pada

saat beban <100 N

Tambahi beban

Catat data tegangan,regangan & Modulus elastis

Selesai

42

3.12 Desain Alat Uji Tarik

Gambar 3.7 Desain Alat Uji Tarik

Keterangan Gambar:

1. Rangka Utama 7. Segitiga Cekam

2. Poros Bawah 8. Bering

3. Ulir 9. Sensor

4. Tapak Kaki 10. Roller Chain

5. Rahang Penarik 11. Roller Chain Sprocket

6. Cekam 12. Wiper Motor