Download - bab 123 fix
BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar Belakang
Semakin pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dalam segala bidang khususnya bidang permesinan, dikarenakan tuntutan perkembangan teknologi dan industri yang modern. Pada zaman modern seperti sekarang ilmu permesinan sangat dibutuhkan khususnya di bidang industri manfaktur.
Dengan perkembangan teknologi yang semakin pesat ini, para mahasiswa jurusan mesin dituntut untuk lebih mendalami mengenai ilmu permesinan yang disini bisa disebut juga sebagai elemen mesin, yang dimana didalam elemen mesin membahas mengenai komponen-komponen dalam permesinan. Misal, roda gigi, pasak, poros, belt, dan lain sebagainya.
Pada lingkungan masyarakat khususnya dalam bidang pembangunan, banyak yang masih menggunakan cara konvensional dalam pengadukan material bangunan. Cara pengaduknya yaitu masih menggunakan tangan, hal itu menyebabkan banyaknya waktu dan energi yang terbuang. Dengan berkembangnya teknologi, maka diciptakannya sand molen yaitu sebuah mesin yang dapat bekerja mengaduk material bangunan secara otomatis. Dengan menggunakan sand molen dimaksudkan agar mempermudah kinerja para pekerja, tidak perlu mengeluarkan banyak energi, dan meningkatkan hasil produksi rata-ratanya. Salah satu pengaplikasian sand molen khususnya dibidang pembangunan yaitu membuat beton, dimana beton sendiri adalah campuran antara semen, aregat kasar dan halus, air, dan zat aditif. Beton harus dicampur dan diaduk dengan baik sehingga bahan penyusun tersebut bisa tersebar merata didalam adukan dengan menggunkan mesin yang dinamakan sand molen. Untuk transmisi sand molen pada umumnya menggunakan spur gear.1.2 Rumusan Masalah
Disini kelompok kami akan merencanakan sistem transmisi sand molen yang ada pada bidang permesinan.
Perencanaan ini meliputi: Perencanaan poros, perencanaan pasak, perencanaan bantalan, perncanaan roda gigi, dan perencanaan belt dan pulley.
Yang dimana kelompok kami mempunyai inputan data sebagai berikut:
Putaran motor: 1750 rpm
Daya motor: 2 hp Serta memiliki output sebagai berikut:
Putaran akhir: 14 rpm
1.3 Batasan Masalah
Sistem transmisi yang direncanakan adalah sistem transmisi yang dimana didalam itu mencakup semua elemen mesin yang disebutkan di atas. Dan pada perencanaan ini hanya dibatasi pada aspek geometri dan bahan dari setiap elemen mesin yang ada.1.4 Tujuan Penulisan
Perencanaan sistem transmisi yang kelompok kami lakukan memiliki beberapa tujuan, diantaranya adalah:
1. Agar pratikan mampu memberikan gambaran umum mengenai sistem transmisi.
2. Agar pratikan mampu membuat atau merencanakan perancangan mengenai berbagai komponen yang ada di elemen mesin.1.5Manfaat Perancangan
Perencanaan sistem transmisi yang kelompok kami lakukan memiliki beberapa manfaat, diantaranya adalah:1. Agar pratikan mampu memberikan gambaran umum mengenai sistem transmisi mesin pengaduk semen.2. Agar pratikan mampu membuat atau merencanakan perancangan mengenai berbagai komponen yang ada di mesin pengaduk semen.3. Agar pratikan mengerti tentang gambaran umum mengenai sistem transmisi pada elemen mesin.BAB II
TUNJAUAN PUSTAKA
2.1 Gear (Roda Gigi)
Roda gigi merupakan gigi, roda silindris yang digunakan untuk mentransmisikan gerakan dan daya dari salah satu poros berputar ke yang lainnya. Roda gigi juga memiliki beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan alat transmisi lainnya, yaitu :
Mentransimisikan rasio kecepatan dengan tepat Dapat digunakan untuk mentransmisikan daya yang besar Dapat digunakan untuk jarak poros yang dekat Memiliki efisiensi yang tinggi Penempatan yang ringkasNamun roda gigi juga memiliki beberapa kekurangan, antara lain:
Biaya produksinya besar
Suara berisik jika tidak diberikan pelumasan yang cukup
Roda gigi dapat di klasifikasikan menjadi beberapa kelompok, antara lain:
Menurut letak poros:
a. Roda gigi dengan poros sejajar
b. Roda gigi dengan poros berpotongan
c. Roda gigi dengan poros silang
Menurut arah putarannya:
a. Arah putaran berlawanan
b. Arah putaran sama
Menurut bentuk jalur gigi
a. Roda gigi lurus
Gambar 2.1 Roda gigi lurus
Sumber: R.S Khurmi Gupta, 2005 : 1026Roda gigi ini digunakan untuk poros sejajar, dan konstruksinya paling mudah diantara roda gigi lainnya. Ciri-ciri roda gigi jenis ini adalah:
Daya yang ditransmisikan < 25.000 Hp Putaran yang ditransmisikan < 100.000 rpm Kecepatan keliling < 200 m/s Rasio kecepatan yang digunakan Untuk 1 tingkat ( i ) < 8 Untuk 2 tingkat ( i ) < 45 Untuk 3 tingkat ( i ) < 200( i ) = Perbandingan kecepatan antara penggerak dengan yang digerakkanb. Roda gigi miring
Gambar 2.2 Roda gigi miring
Sumber: R.S Khurmi Gupta, 2005 : 1074Roda gigi miring mempunyai jalur gigi yang membentuk ulirpada jarak bagi. Jumlah pasangan gigi yang saling membuat kontakserentak lebih besar dari pada roda gigi lurus, sehingga pemindahan momen atau putaran melalui gigi-gigi tersebut dapat berlangsung dengan halus.Sifat ini sangatbaik untukmentransmisikan putaran tinggidanbebanbesar.Namunrodagigi miringmemerlukanbantalan aksial dan kotak roda gigi yang lebih kokoh, karena jalurgigi yang berbentuk ulir tersebut menimbulkan gaya reaksi yang sejajar dengan poros. 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 rodagigi lurus.
Gaya aksial lebih besar sehingga memerlukan bantalan aksial dan roda gigi yang kokoh.c. Roda gigi kerucut
Gambar 2.3 Roda gigi kerucut
Sumber: R.S Khurmi Gupta, 2005 : 1084
Dalam roda gigi kerucut bidang jarak bagi merupakan bidang kerucut yang puncaknya terletak di titik potong sumbu poros. 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 poros-porosnyad. Roda gigi cacing
Gambar 2.4 Roda gigi cacing
Sumber: R.S Khurmi Gupta, 2005 : 1112Ciri-ciri roda gigi cacing adalah:
Kedua sumbu saling bersilang dengan jarak sebesar , biasanya sudut yang dibentuk sebesar 90o Kerjanya halus dan hampir tanpa bunyi
Umumnya arah transmisi tidak dapat dibalik untuk menaikkan putaran dari roda gigi cacing ke cacing (mengunci sendiri)
Perbandingan reduksi bisa sampai 1:150
Kapasitas beban besar, karena kontak beberapa gigi
Berikut beberapa buah istilah yang perlu diketahui dalam perancangan roda gigi yang perlu diketahui yaitu :1. Lingkaran pitch (pitch circle)
Lingkaran khayal yang menggelinding tanpa terjadinya slip. Lingkaran ini merupakan dasar untuk memberikan ukuran gigi seperti tebal gigi, jarak antara gigi dan lain-lain.
2. PinionRoda gigi yang lebih kecil dalam suatu pasangan roda gigi.
3. Diameter lingkaran pitch (pitch circle diameter)
Merupakan diameter dari lingkaran pitch.
4. Diametral Pitch
Jumlah gigi persatuan pitch diameter
5. Jarak bagi lingkar (circular pitch)
Jarak sepanjang lingkaran pitch antara profil dua gigi yang berdekatan atau keliling lingkaran pitch dibagi dengan jumlah gigi, secara formula dapat ditulis :
t =
6. Modul (module)
Perbandingan antara diameter lingkaran pitch dengan jumlah gigim =
7. Adendum (addendum)
Jarak antara lingkaran kepala dengan lingkaran pitch dengan lingkaran pitch diukur dalam arah radial.
8. Dedendum (dedendum)
Jarak antara lingkaran pitch dengan lingkaran kaki yang diukur dalam arah radial.
9. Working Depth
Jumlah jari-jari lingkaran kepala dari sepasang roda gigi yang berkontak dikurangi dengan jarak poros.10. Clearance Circle
Lingkaran yang bersinggungan dengan lingkaran addendum dari gigi yang berpasangan.11. Pitch point
Titik singgung dari lingkaran pitch dari sepasang roda gigi yang berkontak yang juga merupakan titik potong antara garis kerja dan garis pusat.
12. Operating pitch circle
Lingkaran-lingkaran singgung dari sepasang roda gigi yang berkontak dan jarak porosnya menyimpang dari jarak poros yang secara teoritis benar.
13. Addendum circle
Lingkaran kepala gigi yaitu lingkaran yang membatasi gigi.
14. Dedendum circle
Lingkaran kaki gigi yaitu lingkaran yang membatasi kaki gigi.
15. Width of space
Tebal ruang antara roda gigi diukur sepanjang lingkaran pitch.
16. Sudut tekan (pressure angle)
Sudut yang dibentuk dari garis normal dengan kemiringan dari sisi kepala gigi.
17. Kedalaman total (total depth)
Jumlah dari adendum dan dedendum.
18. Tebal gigi (tooth thickness)
Lebar gigi diukur sepanjang lingkaran pitch.
19. Lebar ruang (tooth space)
Ukuran ruang antara dua gigi sepanjang lingkaran pitch
20. Backlash
Selisih antara tebal gigi dengan lebar ruang.
21. Sisi kepala (face of tooth)
Permukaan gigi diatas lingkaran pitch
22. Sisi kaki (flank of tooth)
Permukaan gigi dibawah lingkaran pitch.
23. Puncak kepala (top land)
Permukaan di puncak gigi
24. Lebar gigi (face width)
Kedalaman gigi diukur sejajar sumbunya.
Gambar 2.5. Bagian roda gigi
Sumber: R.S Khurmi Gupta, 2005 :1025
Rumus perhitungan yang terdapat pada roda gigi antara lain:
1. Mencari modulem = D/T
(R.S Khurmi Gupta : 2005)Dimana :
m = module (mm)
D = diameter pinion (mm)
T = jumlah gigi pinion2.Mencari velocityv = (.D.n)/60
(R.S Khurmi Gupta : 2005)
Dimana :
v = velocity (m/s)
n = putaran (rpm)
2.2 Pulley Pulley dapat digunakan untuk mentransmisikan daya dari poros satu ke poros yang lain melalui sistem transmisi penggerak berupa flat belt, V-belt ataucircular belt. Perbandingan kecepatan (velocity ratio)pada pulley berbanding terbalik dengan diameter pulley dan secara matematis ditunjukan dengan pesamaan : D1/D2 = N2/N1.Ada bermacam-macam pulley, diantaranya adalah :1. Belt with idler pulley (penggerak dengan puli penekan) dinamakan juga jockey pulley drive, digunakan dengan poros paralel dan ketika open belt drive tidak dapat digunakan akibat sudut kontak yang kecil pada puli terkecil. Jenis ini diberikan untuk mendapatkan rasio kecepatan yang tinggi dan ketika tarikan sabuk yang diperlukan tidak dapat diperoleh dengan cara lain.
Gambar 2.6 Belt Drive with idler pulleySumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 684
2. 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 2.7 Stepped or cone pulley driveSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 6853. 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. Puli yang dikunci ke poros mesin dinamakan fast pulley dan berputar pada kecepatan yang sama seperti poros mesin. Loose pulley berputar secara bebas pada poros mesin dan tidak mampu mentransmisikan daya sedikitpun. Ketika poros mesin dihentikan, sabuk ditekan ke loose pulley oleh perlengkapan batang luncur (sliding bar)
Gambar 2.8 Fast and loose pulley driveSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 685
Rumus perhitungan puli:1. Perbandingan kecepatan n2
(Robert L. Mott : 2004)
Dimana :
n1 = putaran puli penggerak (rpm)
n2 = putaran puli yang digerakkan (rpm)
d1 = diameter puli penggerak (m)
d2 = diameter puli yang digerakkan (m)
2. Sudut kontak
Sudut kontak pada puli yang berukuran lebih kecil
Open belt drive :
(Robert L. Mott : 2004)
Crossed belt drive :
Dimana :
= sudut kontak (0)
= sudut antara sudut vertical puli dengan sabuk (0)
r1 = jari-jari puli yang lebih besar (m)
r2 = jari-jari puli yang lebih kecil (m)
x = jarak antar poros (m)
3. Ukuran puli dapat dicari dengan kecepatan tangensial, dimana :
V = (Robert L. Mott : 2004)Dimana :
V = kecepatan tangensial puli (m/s)
D = diameter puli (mm)
n = putaran puli (rpm)
4. Besar jarak pusat antara puli 1 dan puli 2 yaitu :
D2 < C < 3 (D2 + D1)(Robert L. Mott : 2004)
Dimana :
D2 = diameter puli 2
D1 = diameter puli 1
C = jarak antar puli2.3 Belt (Sabuk)Sabuk digunakan untuk mentransmisikan daya dari satu poros ke poros lain dengan bantuan puli yang berotasi pada putaran sama maupun pada putaran yang berbeda. Jumlah daya yang ditransmisikan bergantung pada beberapa faktor:
1. Kecepatan sabuk
2. Tegangan bawah dimana sabuk ditempatkan pada puli
3. Sudut kontak antara sabuk dan puli yang lebih kecil
4. Kondisi dari sabuk yang digunakan.
Kelebihan yang dimiliki oleh transmisi sabuk dan puli antara lain:
1. Pemindahan tenaga berlangsung secara elastik, maka tidak dibutuhkan kopling elastik.
2. Tidak berisik.
3. Dapat menerima dan meredam beban kejut.
4. Jarak poros tidak tertentu
5. Jarak poros yang lebih besar dapat dicapai.
6. Mudah dan murah dalam pembuatan.
7. Hanya memerlukan sedikit perawatan.
8. Mampu dimodifikasi dalam segi arah pentransmisianKekurangan yang dimiliki oleh transmisi sabuk dan puli antara lain:
1. Slip yang terjadi mengakibatkan rasio angka putaran tidak konstan.
2. Diukur dari besarnya tenaga yang ditransmisikan, sistem transmisi sabuk memerlukan dimensi/ukuran yang lebih besar dari sistem transmisi roda gigi atau rantai.Tipe dari penggerak sabuk antara lain:
1. Light drives, digunakan untuk mentransmisikan daya yang kecil pada kecepatan sabuk sampai 10 m/s seperti pada mesin pertanian dan peralatan mesin kecil
2. Medium drives, digunakan untuk mentransmisikan daya yang tidak terlalu besar atau terlalu kecil pada kecepatan sabuk lebih dari 10 m/s tapi sampai 22 m/s seperti pada peralatan mesin
3. Heavy drives, digunakan untuk mentransmisikan daya yang besar pada kecepatan sabuk lebih dari 22 m/s seperti pada kompresor dan generator
Tipe belt antara lain:
1. Flat belt, dimana daya yang sedang ditransmisikan oleh sabuk ini, dengan jarak antara titik tengah puli tidak lebih dari 8 meter.
2. V-belt, dimana sejumlah besar daya ditransmisikan dari satu puli ke puli yang lain ketika jarak antara titik pusat puli sangat dekat.
3. Circular belt or rope, dimana sejumlah besar daya ditransmisikan dengan jarak antar titik pusat puli lebih dari 8 meter.
Gambar 2.9 Macam-macam sabuk, menurut bentuknya
Sumber: R.S Khurmi Gupta, 2005 : 678
Material yang digunakan pada sabuk:
a. Belt kulit
Material paling penting untuk sabuk adalah kulit. Belt kulit paling bagus dibuat dari 1,2 sampai 1,5 yang dipotong dari kedua sisi tulang belakang kelas atas
Gambar 2.10 Sabuk kulit
Sumber: Anonymous 1, 2014
b. Cotton atau fabrikasi beltSebagian besar sabuk fabrikasi dibuat dari kanvas lipat atau cotton dua dengan tiga atau lebih lapisan tergantung ketebalan yang diinginkan.Cotton belt lebih murah dan cocok di iklim hangat atmosfer lembab dan dalam posisi terbuka.
Gambar 2.11 Sabuk fabrikasi
Sumber: Anonymous 2, 2014 c. Belt karet
Belt karet dibuat dari lapisan-lapisan fabrikasi dicampur dengan komposisi karet dan mempunyai lapisan tipis dari karet permukaan. Belt ini sangat fleksibel tapi mudah rusak jika kontak dengan oli panas.
Gambar 2.12 Sabuk karet
Sumber: Anonymous 3, 2014
d. Belt balata
Belt balata mirip dengan belt karet. Belt balata tahan asam dan tahan air dan tidak dipengaruhi oleh minyak hewan atau alkali. Suhu balata belt tidak boleh lebih dari 40C Karena pada suhu tersebut balata mulai melunak dan menjadi lengket. Kekuatan belt balata 25% lebih kuat dari belt karet.
Gambar 2.13 Sabuk balata
Sumber: Anonymous 4, 2014Sistem penggerak pada sabuk adalah:
4. Open belt drive (penggerak belt terbuka) sabuk jenis ini digunakan dengan poros sejajar dan putaran dalam satu arah yang sama. Dalam kasus ini, penggerak A menarik belt dari satu sisi (yakni sisi RQ bawah) dan meneruskan ke sisi lain (karena tarikan kecil). sabuk sisi bawah (karena tarikan lebih) dimana tight side sedangkan sabuk sisi atas (karena tarikan kecil) dinamakan slack side.
Gambar 2.14 Open Belt DriveSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 683
5. Crossed atau twist belt drive (penggerak belt silang) seperti ditunjukkan pada gambar dibawah, sabuk jenis ini digunakan dengan poros sejajar dari perputaran dalam arah yang berlawanan. Dalam kasus ini, penggerak menarik sabuk dari sisi satu (yakni sisi RQ) dan meneruskan ke sisi lain (yakni sisi LM) jadi tarikan pada sabuk RQ akan lebih besar daripada sabuk LM. sabuk RQ (karena tarikan lebih) dinamakan tight side sedangkan sabuk LM (karena tarikan kecil) dinamakan slack side
Gambar 2.15 Crossed atau Twist Belt DriveSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 6836. Quarter turn belt drive (penggerak belt belok sebagian) mekanisme transmisi dapat dilihat dari gambar berikut. Untuk mencegah sabuk agar tidak keluar/lepas dari puli, maka lebar permukaan puli harus lebih besar atau sama.
Gambar 2.16 Quarter Turn Belt DriveSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 684
7. Compound belt drive (penggerak belt gabungan) digunakan ketika daya ditransmisikan dari poros yang satu dengan lainnya melalui sejumlah puli.
Gambar 2.17 Compound Belt DriveSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 685Rumus perhitungan pada belt:
1. Kecepatan linier sabuk
(Robert L. Mott : 2004)
Dimana :
V = kecepatan sabuk linier (m/s)
d = diameter puli (m)
n = putaran (rpm)
2. Panjang sabuk
(Robert L. Mott : 2004)
Dimana :
L = panjang sabuk (m)
d1= diameter puli penggerak(m)
d2= diameter puli yang digerakkan (m)
x = jarak antar poros (m)3. Besar jarak pusat antara puli 1 dan puli 2 yaitu :
D2 < C < 3 (D2 + D1)(Robert L. Mott : 2004)
Dimana :
D2 = diameter puli 2
D1 = diameter puli 1
C = jarak antar puli2.4 Sprocket and Chain
Rantai sangat banyak digunakan untuk mentransmisikan gerakan dan daya dari satu poros ke poros yang lainnya, ketika jarak antara pusat poros dekat.
Kelebihan dari transmisi jenis gir dan rantai adalah:
1. Tidak ada slip yang terjadi, sehingga rasio kecepatannya tepat
2. Tidak memerlukan ruang yang besar
3. Dapat digunakan pada jarak antar pusat poros dekat
4. Efisiensi transmisi tinggi (sampai 98 persen)
5. Beban yang diberikan pada poros sedikit
6. Dapat mentransmisikan gerkan untuk beberapa poros dengan satu rantaiKekurangan yang dimiliki transmisi jenis rantai adalah:
1. Biaya produksi yang tinggi
2. Membutuhkan pemasangan yang teliti dan tepat serta membutuhkan perawatan yang hati-hati
3. Memiliki fluktuasi kecepatan terutama ketika terlalu meregang
4. Tidak bisa diubah sudut porosnya
5. Tidak bisa digunakan pada kecepatan yang terlalu tinggi
Istilah yang digunakan untuk transmisi berpenggerak rantai:
1. Pitch of the chain : Merupakan jarak antara pusat engsel penghubung dan pusat engsel yang sesuai dari penghubung terdekat.
Gambar 2.18 Pitch of the chainSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 370
2. Pitch circle diameter of the chain sprocket : Merupakan diameter lingkaran pada pusat engsel dari chain lie ketika rantai mengikat sekeliling gir. Poin A, B, C, D adalah pusat engsel dari rantai dan lingkaran yang tergambar melewati pusat ini dinamakan lingkaran pitch dan diameternya dinamakan diameter lingkaran pitch
Gambar 2.19 Pitch circle diameter of the chain sprocketSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 370
Klasifikasi rantai:
1. Hoisting and hauling chains
Gambar 2.20 Hoisting and hauling chainsSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 373
2. Conveyor (or tractive) chains
Gambar 2.21 Conveyor (or tractive) chainsSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 3743. Power transmitting (or driving) chainsa. Block chain
Gambar 2.22 Block chainSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 374
b. Bush roller chain
Gambar 2.23 Bush roller chainSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 375
c. Inverted tooth or silent chain
Gambar 2.24 Inverted tooth or silent chainSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 3752.5 Shaft (Poros)
Poros adalah elemen mesin berputar yang digunakan untuk mentransmisikan daya dari satu tempat ke tempat lain. Daya yang dikirimkan ke poros dengan gaya tangensial dan jumlah torsi (atau momen puntir).
Material yang digunakan untuk pembuatan poros diharuskan:
1. Memiliki kekuatan yang tinggi
2. Bagus dalam mampu mesin
3. Memiliki faktor sensitifitas notch yang rendah
4. Sifat perlakuan panas yang baik
5. Sifat tahan pakai dalam waktu yang lama
Tipe-tipe poros ada 2, yaitu, Transmission shaft yang merupakan poros yang mentransmisikan daya antara sumber dan mesin penyerap daya, contohnya poros yang membawa roda gigi maupun puli dan Machine Shaft poros yang merupakan bagian integral dari mesin itu sendiri, contohnya adalah crankshaft
(A)
(B)
Gambar 2.25 (A)Transmission shaft (B)Machine shaftSumber : Anonymous 5, 2014Untuk merencanakan sebuah poros harus diperhatikan :
1. Kekuatan Poros
Poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur atau gabungan antara puntir dan lentur. Dan ada juga poros yang mendapatkan beban tarik atau tekan sehingga poros yang direncanakan harus kuat atau menahan beban-beban tersebut.
2. Kekakuan Poros
Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup tetapi jika lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian atau getaran dan suara.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. Poros harus direncanakan sedemikian rupa sehingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritis.
4. Korosi
Bahan-bahan tahan korosi harus dipilih untuk proses propeller dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif.
5. Bahan Poros
Bahan yang digunakan harus memiliki sifat sebagai berikut :
Memiliki kekuatan tinggi
Memiliki machinability yang baik
Memiliki faktor sensitifitas rendah
Memiliki sifat perlakuan panas yang baik
Memiliki sifat tahan aus yang tinggi.
Rumus untuk perhitungan perencanaan poros adalah sebagai berikut:Gaya yang bekerja pada poros adalah :
Regangan geser maksimum pada poros dapat diperoleh dari :
max = 4V/3A
dimana : V = gaya geser vertikal
A = luas penampang2.6 Bearing (Bantalan)
Bantalan merupakan salah satu bagian dari elemen mesin yang memegang peranan cukup penting karena fungsi dari bantalan yaitu untuk menumpu sebuah poros agar poros dapat berputar tanpa mengalami gesekan yang berlebihan.
Gambar 2.26 BearingSumber : R.S Khurmi Gupta, 2005 : 963
Macam-macam bantalan:
1. Single-row, deep-groove ball bearingJarak dari bola dipertahankan oleh retainers atau "cage." Dirancang terutama untuk membawa beban radial, alur memungkinkan beban dorong dapat ditahan. Beban dorong akan diterapkan ke satu sisi alur dalam dengan bahu pada poros. Beban akan melintasi sisi dari alur, melalui bola, ke sisi yang berlawanan tersebut yang outer race, dan kemudian ke housing.
Gambar 2.27 Single-row, deep-groove ball bearing
Sumber : Robert L.Mott, 2004 : 5992. Double-row, deep-groove ball bearingMeningkatkan kapasitas beban radial dari jenis deep-groove bearing dibandingkan dengan desain single-row. Dengan demikian, beban yang lebih besar dapat dilakukan di ruang yang sama, atau beban yang diberikan dapat dilakukan di ruang yang lebih kecil.
Gambar 2.28 Double-row, deep-groove ball bearing
Sumber : Robert L.Mott, 2004 : 6013. Angular contact ball bearingSatu sisi dari alur di Angular contact ball bearing lebih tinggi untuk memungkinkan akomodasi beban dorong yang lebih besar dibandingkan dengan single-row, deep-groove ball bearing. Sudut yang biasa dibentuk adalah 15 sampai 40
Gambar 2.29 Angular contact ball bearing
Sumber : Robert L.Mott, 2004 : 6014. Cylindrical roller bearingMengganti bola bola dengan rol silinder, dengan perubahan yang sesuai dalam desain alur, memberikan kapasitas beban radial yang lebih besar. Pola kontak antara roller dan alur yang secara teoritis berupa garis, kemudian menjadi bentuk persegi panjang yang mengubah beban dibawah. Sehingga tingkat stres kontak lebih rendah daripada bantalan bola berukuran setara, yang memungkinkan bantalan kecil untuk membawa beban yang diberikan atau ukuran yang diberikan bantalan untuk membawa beban yang lebih tinggi.
Gambar 2.30 Cylindrical roller bearing
Sumber : Robert L.Mott, 2004 : 602
5. Needle bearingsNeedle bearings sebenarnya adalah roller bearing, namun memiliki diameter roller yang lebih kecil. Tapi, dengan ukuran yang lebih kecil, bantalan ini mampu membawa beban yang lebih besar daripada tipe roller bearing yang lain.
Gambar 2.31 Needle bearings
Sumber : Robert L.Mott, 2004 : 603
6. Spherical roller bearingSpherical roller bearing adalah salah satu bentuk self-aligning bearing, disebut demikian karena ada rotasi relatif dari alur luar relatif terhadap penggulung dan alur dalam ketika penyimpangan sudut terjadi. Hal ini memberikan nilai yang sangat baik untuk kemampuan penyimpangan sementara tetap mempertahankan tingkat yang sama pada kapasitas beban radial.
Gambar 2.32 Spherical roller bearing
Sumber : Robert L.Mott, 2004 : 603
7. Tapered roll bearingTapered roll bearing didesain untuk beban dorong yang besar dengan beban radial yang besar, menghasilkan tingkat yang sangat baik untuk keduanya.
Gambar 2.33 Tapered roll bearing
Sumber : Robert L.Mott, 2004 : 603
8. Thrust bearingSebagian besar bantalan dorong dapat menerima sedikit atau tidak bisa menerima beban radial. Kemudian desain dan pemilihan bantalan tersebut tergantung pada besarnya beban dorong dan desain.
Gambar 2.34 Thrust bearing
Sumber : Robert L.Mott, 2004 : 6049. Mounted bearingDalam banyak jenis mesin berat dan mesin-mesin khusus yang diproduksi dalam jumlah kecil, dipilih mounted bearing daripada unmount bearing. Bantalan yang terpasang menyediakan cara untuk melampirkan unit bantalan langsung ke frame mesin dengan baut daripada memasukkan ke suatu lekukan mesin di rumah seperti yang diperlukan dalam unmount bearing.
Gambar 2.35 Mounted bearing
Sumber : Robert L.Mott, 2004 : 605Pada bantalan terdapat penomoran yang digunakan untuk mengetahui klasifikasi dari bantalan tersebut. Contoh nomor kode bearing :
6203ZZ
kode bearing di atas terdiri dari beberapa komponen yang dapat dibagi-bagi antara lain:
6 = Kode pertama melambangkan Tipe /jenis bearing2 = Kode kedua melambangkan seri bearing03 =Kode ketiga dan keempat melambangkan diameter bore (lubang dalam bearing)
zz = Kode yang terakhir melambangkan jenis bahan penutup bearinga. Kode pertama (jenis bantalan)Tabel 2.1 Kode bearing metrik
Sumber : M.F. Spotts (1991:427)Tabel 2.2 Non- Metric Bearing
Sumber : M.F. Spotts (1991:427)Dalam kode bearing (bantalan) = 6203ZZ seperti contoh di atas, kode pertama adalah angka 6 yang menyatakan bahwa tipe bearing tersebut adalah Single-Row Deep Groove Ball Bearing ( bantalan peluru beralur satu larik).
Untuk kode R8-2RS, maka kode pertama (R) yang menandakan bahwa bantalan tersebut merupakan bantalan berkode satuan inchi.
b. Kode kedua (seri bantalan)
Kode kedua menyatakan seri bearing untuk menyatakan ketahanan dari bantalan tersebut. Seri penomoran adalah mulai dari ketahan 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 = HeavyJika kode pertama adalah huruf, maka bantalan tersebut adalah bearing inchi seperti contoh (R8-2RS ) maka kode kedua ( angka 8 ) menyatakan besar diameter dalam bantalan di bagi 1/16 inchi atau = 8/16 inchi.
c. Kode ketiga dan keempat (diameter dalam bantalan)
Untuk kode 0 sampai dengan 3, maka diameter bore bearing adalah sebagai berikut:
00 = diameter dalam 10mm
01= diameter dalam 12mm
02= diameter dalam 15mm
03= diameter dalam 17mm
Selain kode nomor 0 sampai 3, misalnya 4, 5 dan seterusnya maka diameter bore bearing dikalikan dengan angka 5 misal 04 maka diameter bore bearing = 20 mm
d. Kode terakhir (jenis bahan penutup bantalan)
Pengkodean ini menyatakan tipe jenis penutup bantalan ataupun bahan bantalan. seperti berikut :
1. Z Single shielded ( bearing ditutuipi plat tunggal)
2. ZZ Double shielded ( bearing ditutupi plat ganda )
3. RS Single sealed ( bearing ditutupi seal karet)
4. 2RS Double sealed ( bearing ditutupi seal karet ganda )
5. V Single non-contact seal6. VV Double non-contact seal7. DDU Double contact seals
8. NR Snap ring and groove9. M Brass cage2.7 Key (Pasak)
Pasak adalah bagian dari elemen mesin yang digunakan menahan elemen mesin lainnya agar terjaga putaran relatif antara poros dengan elemen mesin lainnya.
Karena distribusi tegangan secara aktual untuk menyambung pasak ini tidak dapat diketahui secara lengkap maka dalam perhitungan tegangan disarankan menggunakan faktor keamanan sebagai beruikut :
1. Untuk beban torsi yang konstan (torque steady) N = 1.5
2. Untuk beban yang mengalami beban kejut rendah N = 2,5
3. Untuk beban kejut besar terutama beban bolak-balik N = 4,5Macam-macam pasak yang digunakan dalam mesin antara lain:a. Pasak benam
Merupakan pasak memanjang yang paling banyak digunakan . Pasak ini dipasang pada konstruksi roda yang dapat digesekkan pada poros alur pasak ini dibuat sejajar dengan kelonggaran 0,2-0,4 mm.
Gambar 2.36 Pasak Benam
Sumber : V. Dobrovosky, 1995 : 172
b. Pasak belah
Pasak belah mudah dibuat, tetapi membuat poros lebih lemah. Dengan pasak ini torsi yang diteruskan kecil
Gambar 2.37 Pasak Belah
Sumber : V. Dobrovosky, 1995 : 170
c. Pasak Tirus
Pasak Tirus Dibuat dengan kemiringan 1 : 100 dengan satu ujungnya sebagai kepala untuk memasang dan melepas pasak. Pemasangan pasak ini dengan dipress sehingga torsi diteruskan melalui gesekan selain pasak ini tidak teliti dan pusat. Dapat bergeser sehingga sedikit eksentris terhadap poros.
Gambar 2.38 Pasak Tirus
Sumber : V. Dobrovosky, 1995 : 172d. Pasak Tangensial
Memberikan sambungan kuat sekali karena poros dalam arah keliling (tangensial) tegang. Torsi dan kejutan besar dapat ditahan oleh pasak ini. Pelemahan akibat alur pasak lebih kecil tapi luas satu sama lain membuat sudut 120 o ukuran tinggi pasak dan tebal.
Gambar 2.39 Pasak Tangensial
Sumber : V. Dobrovosky, 1995 : 170
e. Pasak Bulat
Dipergunakan untuk torsi yang kecil . pembuatan lubang dibuat setelah dan poros terpasang.
Gambar 2.40 Pasak Bulat
Sumber : V. Dobrovosky, 1995 : 169
Rumus perhitungan untuk merancang pasak adalah sebagai berikut:
Panjang Pasak sesuai dengan kebutuhan dan dimensinya
W = Lebar Pasak
H = Tinggi Pasak
L = Panjang Pasak
Ss = Tegangan Geser
Gaya (F)
dimana Tegangan Geser
dimana A= Lw Tegangan Komposisi
*Faktor Keamanan
Untuk beban torsi yang konstan (Torque Steady) N = 1,5
Untuk beban yang mengalami kejut rendah N = 2,5
Untuk Beban Kejut besar terutama beban bolak-balik N= 4,5 2.8 Lubricant (Pelumas)
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.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 dari bahan yang dilumasi. Sebuah grafit adalah yang paling umum dari pelumas padat baik sendiri atau dicampur dengan minyak atau lemak.
Pelumas memiliki sifat yang harus diperhatikan yaitu viskositas atau kekentalan. Viskositas adalah ukuran tingkat fluiditas cairan dan properti fisik yang berdasarkan pada minyak yang mampu membentuk , mempertahankan dan menawarkan ketahanan terhadap geser buffer di bawah panas dan tekanan . Semakin besar panas dan tekanan , viskositas yang lebih diperlukan pelumas untuk mencegah penipisan dan memeras keluar adalah besar.BAB III
METODE PERANCANGAN3.1 Metode Perancangan
Dalam mendesain sebuah komponen mesin, tidak ada aturan yang jelas. Permasalahan dapat dicoba dengan beberapa cara. Tetapi prosedur umum yang dapat digunakan untuk memecahkan permasalahan dapat mengikuti beberapa menurut General Procedure in Machine Design yaitu :
1. Recognition of need (kebutuhan)
Pertama-tama, membuat pernyataan lengkap dari masalah, menunjukkan kebutuhan, tujuan atau tujuan yang mesin harus dirancang2. Mekanisme (mechanism)
Pilih mekanisme yang mungkin atau kelompok mekanisme yang akan memberikan gerakanyang diinginkan.3. Analisa gaya (Analysis of force)
Cari gaya yang bekerja pada setiap anggota mesin dan energi ditransmisikan oleh masing-masing anggota.4. Pemilihan bahan (Material selection)
Pilih bahan yang paling cocok untuk masing-masing anggota dari mesin.5. Desain komponen (Design of elements)
Cari ukuran masing-masing anggota dari mesin dengan mempertimbangkan gaya yang bekerja pada anggota dan tekanan yang diperbolehkan untuk material yang digunakan. Perlu diingat bahwa setiap anggota tidak boleh membelokkan atau merusak daripada batasyang diperbolehkan.6. Modifikasi (modification)
Mengubah ukuran anggota yang setuju dengan pengalaman masa lalu dan penilaian untuk memfasilitasi pembuatan. Modifikasi juga mungkin diperlukan dengan pertimbangan manufaktur untuk mengurangi biaya keseluruhan.7. Gambar mesin (Detailed drawing)
Menggambar gambar rinci dari setiap komponen dan perakitan mesin dengan spesifikasi lengkap untuk proses manufaktur yang disarankan.8. Produksi (Production).
Komponen, sesuaigambar, diproduksi di bengkel.3.2 Spesifikasi Transmisi
Gambar 3.1 : Bentuk susunan transmisi sand mollenSumber : Dokumentasi pribadiTabel 3.1 Elemen Transmisi sand mollenNoElemen TransmisiJumlah
1Pasak4
2Gear1
3poros2
4Bevel gear1
5Bearing4
6Pulley2
7Belt1
8Pinion1
9Motor1
Mesin sand mollen yang di desain memiliki spesifikasi sebagai berikut :
1. Beban maksimum yang direncanakan pada proses penggilingan sebesar diabaikan.
2. Besar putaran poros akhir sebesar 14 rpm.
3. Besar putaran motor yang digunakan sand mollen sebesar 1750 rpm dengan daya 2 hp.
4. Jarak antara poros motor dengan poros transmisi tidak boleh lebih dari 15 inci.
Jenis transmisi yang digunakan pada desain mesin sand mollen yaitu transmisi roda gigi dan sabuk. Transmisi roda gigi dipilih karena dapat memindahkan atau mentransmisikan daya yang lebih besar dan lebih tepat, keberadaan gigi dan gesekan. yang kecil/minim dapat mencegah slip, sedangkan transmisi sabuk ini dipilih karena beban yang tidak besar pada sand mollen dan tidak memerlukan kopling pada sistem transmisinya.
3.3 Langkah langkah Perancangan
1. Observasi gaya sand mollen, gaya tangensial untuk sand mollen dan putaran efektif poros sand mollen.
2. Menentukan diameter sand mollen.
3. Menghitung torsi untuk sand mollen.
4. Menghitung daya untuk sand mollen.
5. Mencari motor yang sesuai dengan daya untuk sand mollen.
6. Mendapatkan daya yang ditransmisikan.
7. Menetukan jenis transmisi yang digunakan.
8. Menentukan elemen elemen pada transmisi.
9. Menghitung elemen elemen pada transmisi berdasarkan tenaga motor.
10. Mendapatkan dimensi dan bahan dari elemen elemen pada transmisi.
3.4 Tahapan Perancangan
Diagram alir perancangan transmisi Sand MollenDiagram alir perancangan transmisi Belt dan Pulley
Diagram alir perancangan Spur gear
Diagram alir perancangan Poros I
Diagram alir perancangan Poros II
Diagram alir perancangan Pasak I
Diagram alir perancangan Pasak II
Diagram alir perancangan transmisi Bevel gear
Diagram alir perancangan BearingData spesifikasi dan desain poros
Mulai
Menghitung diameter poros
Menghitung dan membuat diagram geser dan momen
Menghitung gaya pada pulley
Menghitung gaya pada gear
Menghitung torsi
Diketahui
D pulley = m
N pulley =70 rpm
P = 2 Hp
D gear =0,25 m
Selesai
Data spesifikasi dan desain poros
Mulai
Menghitung Diameter poros
Menghitung dan membuat diagram geser dan momen
Menghitung gaya pada pinion spurs gear
Menghitung gaya pada pulley
Menghitung Torsi
Diketahui
D pulley = 0,633 m
N pulley = 350 rpm
p = 2 Hp
D gear = 0,05 m
Selesai
Menentukan bahan-bahan untuk roda gigi dan pinion
Menghitung tegangan kontak untuk pinion dan roda gigi besar
Data spesifikasi dan desain spur gear
C
B
C
Menghitung tegangan kontak perkiraan
Mengatur tegangan lengkung
Menghitung tegangan lengkung perkiraan
Menentukan faktor keandalan KR
Menentukan faktor reaksi kekerasan CH
Menentukan faktor layanan SF
Menentukan ketebalan gear
Menentukan size factor
Menentukan load distributor factor
Spesifikasi bentuk gigi
B
Menentukan quality number
Menentukan material gear
Menghitung lebar gear dan pinion
Menghitung diameter pitch, jarak antar pusat
Menghitung kecepatan output aktual
Menghitung rasio kecepatan aktual
Menghitung perkiraan jumlah gigi
Menghitung nominal velocity ratio
Menentukan jumlah gigi pada pinion kecil
Menentukan trial value diameter pitch
Diketahui p=2Hp, n1= 350 rpm ,n2= 70 rpm
Mulai
A
Data spesifikasi dan desain belt dan pulley
Selesai
Menghitung corrected power dan jumlah belt
Menentukan faktor koreksi
A
Menghitung sudut kontak belt
Memilih panjang belt
Menghitung panjang belt
Menentukan trial centre distance
Menentukanrated power
Memilih D1 dan D2
Menghitung driving size
Menghitung speed nominal ratio
Memilih jenis belt
Menghitung disainpower
Diketahui n1= 1750 rpm, n2= 350 rpm ,p=2 Hp
Mulai
Perancangan bearing
Data spesifikasi dan desain transmisi
Perancangan bevel gear
Perancangan key
Perancangan poros
Perancangan spur gear
Perancangan belt dan pulley
Diketahui : 1750 rpm input, 14 rpm output, dan 2 Hp
Mulai
Selesai
Motor
Pulley 2
Bevel gear
Poros II
Bearing
Pasak
Pinion
Gear
Belt
Pulley 1
Selesai
Diketahui :
D poros =0,9448 inch
N = 2
T gear = 350 lb.in
Menghitung standart key dimension
Menentukan bahan pasak
Menghitung panjang pasak minimum
Menentukan tebal gigi
Data spesifikasi dan desain pasak
Selesai
Mulai
Diketahui :
D poros =1,2901 inch
N = 2
T gear =350 lb.in
Menghitung standart key dimension
Menentukan bahan pasak
Menghitung panjang pasak minimum
Menentukan tebal gigi
Data spesifikasi dan desain pasak
Selesai
Mulai
Mulai
Diketahui :
n awal = 70 rpm
n akhir = 14 rpm
Pd = 10
Np = 24
Menghitung diameter pitch
Menghitung pitch cone angels
Menghitung face width
Menghitung cone distance
Menghitung mean circular pitch
Menghitung mean worming depth
Menghitung clearance
Menghitung mean whole depth
D
Menghitung outer cone distance
Menghitung mean adendum factor
Menghitung gear mean adendum
Menghitung pinion mean adendum
Menghitung gear mean dedendum
Menghitung pinion mean adendum
Menghitung gear dedendum angle
Menghitung pinion dedendum angle
Menghitung gear outer adendum
Menghitung pinion outer adendum
Menghitung gearoutside diameter
E
D
Menghitung pinion outside diameter
Data spesifikasi dan desain bevel gear
Selesai
E
Menentukan bearing number yang tertera pada tabel
Menentukan d,D,B,Co, dan c pada baris nomor yang dipakai
Mulai
Data spesifikasi dan desain bearing
Selesai
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN