laporan perancangan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perancangan (design) secara umum dapat didefinisikan sebagai formulasi suatu rencana

untuk memenuhi kebutuhan manusia. Sehingga secara sederhana perancangan dapat diartikan

sebagai kegiatan pemetaan dari ruang fungsional (tidak kelihatan/imajiner) kepada ruang fisik

(kelihatan dan dapat diraba/dirasa) untuk memenuhi tujuan-tujuan akhir perancang secara

spesifik atau obyektif. Dalam prosesnya, perancangan adalah kegiatan yang biasanya berulang-

ulang (iterative). Kegiatan perancangan umumnya dimulai dengan didapatkannya persepsi

tentang kebutuhan masyarakat, kemudian dijabarkan dan disusun dengan spesifik, selanjutnya

dicari ide dan penuangan kreasi. Ide dan kreasi kemudian di analisis dan diuji. Kalau hasilnya

sudah memenuhi kemudian akan dibuat prototipe. Kalau prototipe sudah dipilih yang terbaik

selanjutnya dilempar ke pasaran. Pasar akan memberikan tanggapan apakah kebutuhan telah

terpenuhi.

Perancangan dalam bidang teknik atau engineering design selanjutnya dapat didefinisikan

sebagai rangkaian kegiatan iterarif yang mengaplikasikan berbagai teknik dan prinsip-prinsip

scientifik yang bertujuan untuk mendefinisikan peralatan, proses, atau sistem secara detail

sehingga dapat direalisasikan.

Dari pengertian umum di atas maka mechanical design dapat diartikan sebagai

perancangan “sesuatu” atau “sistem” dari “mechanical nature” seperti mesin, komponen,

struktur, peralatan, instrumentasi, dan lain-lain. Dalam scope yang lebih spesifik machine design

adalah kegiatan yang berhubungan dengan “penciptaan (creation)” machinery yang dapat

melakukan fungsinya dengan baik, safe, dan andal.

Dalam laporan perancangan elemen mesin ini akan dibahas mengenai beberapa

komponen/elemen mesin yang berkaitan dengan sistem penerus daya yang mencakup kopling

dan roda gigi. Perancangan ulang (redesign) elemen mesin ini bertujuan untuk membandingkan

hasil teoritis dengan kenyataan yang ada di lapangan. Dan dalam hal ini, produk yang menjadi

sampel untuk perancangan ulang ini adalah kopling dan transmisi dari mobil avanza veloz

DOHC-VVT-I 1.5L.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan dalam pembuatan laporan perancangan elemen mesin ini adalah sebagai

berikut :

a. Agar mahasiswa dapat merancang suatu komponen elemen mesin.

b. Agar mahasiswa mengetahui tentang proses perancangan elemen mesin.

c. Agar mahasiswa dapat bekerja secara mandiri.

1.3 Batasan Masalah

Masa l ah da l am pe rancangan e l emen mes in s anga t l ua s ,ka r ena menyangkut

berbagai macam disiplin ilmu, maka dilakukan pembatasan permasalahan. Permasalahan

yang akan dibahas pada perancangan elemen mesin ini antara lain:

a. Perancangan roda gigi

b. Perancangan kopling

1.4 Manfaat

Adapun manfaat dalam pembuatan laporan perancangan elemen mesin ini adalah sebagai

berikut :

a. Mahasiswa mampu merancang elemen mesin terkhusus roda gigi dan koping.

b. Mahasiswa mampu bekerja secara mandiri

c. Mahasiswa memahami proses-proses perancangan elemen mesin terkhusus roda gigi

dan kopling.

1.5 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan laporan perancangan elemen mesin ini adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN : Berisi tentag latar belakang,tujuan, batasan masalah,manfaat

dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA : berisi tentang teori perancangan, roda gigi, dan kopling.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teori Perancangan

Perancangan merupakan rangkaian kegiatan iterarif yang mengaplikasikan berbagai teknik

dan prinsip-prinsip scientifik yang bertujuan untuk mendefinisikan peralatan, proses, atau sistem

secara detail sehingga dapat direalisasikan. Dalam perancangan ada beberapa hal yang harus

betul-betul diperhatikan agar dalam perancangan tersebut tidak terjadi hal-hal yang tidak

diinginkan, ntara lain :

1. Pemilihan bahan. Dalam hal ini seorang designer harus memiliki pengetahuan yang

mendalam dalam bidang pengetahuan bahan karena sebelum merancang suatu elemen

mesin, seorang designer harus mengetahui berapa kekuatan bahan tersebut, tahanan

korosinya, dan sebagainya.

2. Bentuk dan ukuran parts. Dalam merancang sebuah komponen mesin, harus diketahui

kekuatan bagian mana yang harus dipertahankan.

3. Ketahanan terhadap gesekan dan pelumasan.

4. Kenyamanan dan fitur ekonomis.

5. Keselamatan operasi.

6. Biaya konstruksi. Biaya konstruksi merupakanpertimbangan paling penting dalam

mendisain.

7. Perakitan. Setiap mesin atau struktur harus disusun seperti unit sebelum dapat berfungsi.

Jika unit besar maka harus dilakukan pengujian perakitan terlebih dahulu.

2.2 Roda Gigi

Pada da sa rnya s i s t em t r ansmi s i r oda g ig i me rupakan pemindahan gerakan

putaran dari satu poros ke poros yang lain hampir terjadi disemuamesin. Roda gigi merupakan

salah satu yang terbaik antara sarana yang adauntuk memindahkan suatu gerakan. Roda

gigi dikelompokkan menurut letak po ros pu t a r an a t au be rben tuk da r i j a l u r g ig i

yang ada . Keun tungan da r i penggunaan sistem transmisi diantaranya :1.dapat dipakai

untuk putaran tinggi maupun rendah2.kemungkinan terjadinya slip kecil3.tidak menimbulkan

kebisinganAdapun klasifikasi dari roda gigi antara lain :

2.2.1. Roda gigi lurus (Spur gear)

Roda gigi lurus dipakai untuk memindahkan gerakan putaranantara poros-poros

yang sejajar. Yang biasanya berbentuk silindris dangigi-giginya adalah

lurus dan sejajar dengan sumber putaran. Pengunaanroda gigi lurus karena

putarannya tidak lebih dari 3600 rpm dan kecepatankeliling tidak lebih dari

5000 ft/menit. Ini tidak mutlak, spur gear dapat juga dipakai pada kecepatan

diatas batas-batas tersebut.

2.2.2. Roda gigi miring (Helical gear)

Roda gigi miring dipakai untuk memindahkan putaran antara poros-poros yang

sejajar. Sudut kemiringan adalah sama pada setiap rodagigi, tetapi satu roda

gigi harus mempunyai kimiringan ke sebelah kanan dan yang lain ke kiri.

Roda gigi ini mampu memindahkan putaran lebihdari 3600 rpm dan

kecepatan keliling lebih dari 5000 ft/menit.

2.2.3. Roda gigi cacing (Worm gear )

Roda gigi cacing dipakai untuk memindahkan putaran antara porosyang tegak

lurus bersilang. Susunan roda gigi cacing biasanya mempunyai penutup tunggal

atau ganda, suatu susuna roda gigi berpenutup tunggaladalah sesuatu dimana

roda gigi dibungkus penuh atau sebagian oleh gigicacing, sebuah roda gigi dimana

setiap elemen ditutup sebagian oleh yanglain adalah susunan roda gigi cacing

berpenutup ganda.

2.2.4 Roda gigi kerucut (Bevel gear )

Roda g ig i ke rucu t d ipaka i un tuk memindahkan ge rakan

a t au putaran antara poros yang berpotongan. Walaupun roda-roda gigi

kerucut biasanya dibuat untuk sudut poros 90°,roda-roda gigi ini biasanya

untuk semua ukuran sudut.

2.2.5 Screw gear

Jenis roda gigi ini trediri dari dua buah helical gear wheel yangmerupakan

kombinasi sederhana untuk memindahkan gaya maupun torsi poros yang

membentuk sudut-sudut tertentu.

2.2.6 Hypoid gear

Hypoid gear bentuknya hampir menyerupai spiral bevel gear, n a m u n

p e r b e d a a n n y a t e r l e t a k p a d a p i t c h y a n g l e b i h

h i p e r b o l i d dibandingkan dengan cousenya dan menoperasikannya lebih

lembut dantenang.Perencanaan Elemen Mesin Gear Box 6

Rumus Dasar Roda Gigi

Dalam perencanaan ini saya menggunakan jenis roda gigi lurus karena ada beberapa

pertimbangan yaitu :# Dilihat dari poros, karena sejajar maka yang paling cocok

dipergunakanadalah roda gigi lurus.# Ka rena daya dan pu t a r an r e l a t i ve r endah ,

maka l eb ih cocok b i l a menggunakan roda gigi lurus.Adapun rumus dasar yang

berhubungan dengan perencanaan roda gigiantara lain sebagai berikut :

a. Diameter Pitch Circle (P)

Rumus dari buku deutschman hal 521

P = Nt/d (in).........................................................(1)

Dimana :

P = D i a m e t e r

d = D i a m e t e r r o d a g i g i

N t = J u m l a h g i g i

b. Perbandingan Kecepatan (rv)


Rv = W 2W 1

= NtpNtg

= d 1d 2

= n 2n 1

........................................... ( 2 )

Dimana :

N1,n2= putaran roda gigi (rpm)

Nt1,Nt2= jumlah gigi (buah)

d1,d2= diameter roda gigi (inc)

c . J a r a k P o r o s ( C )


C = d 1+d2

2 (in) .................................................. ( 3 )

C= jarak poros antara dua roda gigi

d = diameter roda gigi

d. Kecepatan Pitch Line / Garis Kontak (Vp)


Vp =πdn12

(ft/mnt) ............................................. ( 4 )

Dimana :

Vp = kecepatan putaran

e. T o r s i Y a n g B e k e r j a

T = 6300.Ndaya

n.................................................. ( 5 )

dimana :

T = torsi yang bekerja

Ndaya= daya motor

n = putaran input

f. Gaya-gaya pada Roda Gig i

•Gaya radial (Fr)

Fr = Fn.Sinθ= Fn.Cosθ........................................ ( 6 )

•Gaya normal (Fn)

Fn =Ft

cosθ

•Gaya tangensial (Ft)

Ft = 2TD

................................................................... ( 7 )

•Gaya dinamis (Fd)

Fd =600+Vp

600. Ft ................................................... ( 8 )

Untuk 0 < Vp < 2000 ft/menit

Fd = 1200+Vp

1200.Fp

Untuk 2000 < Vp < 4000 ft/menit

Fd = 78+√ Vp

78. Ft

Dimana :

T= Torsi (lbm)

n= Putaran (rpm)

Ft= Gaya tangensial (lb)

Fn= Gaya normal (lb)

Fd= Gaya dinamis (lb)

Fr= Gaya radial (lb)

2.3 Kopling

Defenisi Kopling dan Jenis-jenisnya

Kopling adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk mentransmisikan daya dari poros

penggerak (driving shaft) ke poros yang digerakkan (driven shaft), dimana putaran inputnya akan

sama dengan putaran outputnya. Tanpa kopling, sulit untuk menggerakkan elemen mesin sebaik-

baiknya. Dengan adanya kopling pemindahan daya dapat dilakukan dengan teratur dan seefisien

mungkin.

Beberapa syarat yang harus dipenuhi oleh sebuah kopling adalah:

1. Mampu menahan adanya kelebihan beban.

2. Mengurangi getaran dari poros penggerak yang diakibatkan oleh gerakan dari elemen

lain.

3. Mampu menjamin penyambungan dua poros atau lebih.

4. Mampu mencegah terjadinya beban kejut.

Untuk perencanaan sebuah kopling kita harus memperhatikan kondisi-kondisi sebagai berikut:

1. Kopling harus mudah dipasang dan dilepas

2. Kopling harus dapat mentransmisikan daya sepenuhnya dari poros

3. Kopling harus sederhana dan ringan

4. Kopling harus dapat mengurangi kesalahan hubungan pada poros

Kopling ditinjau dari cara kerjanya dapat dibedakan atas dua jenis:

1. Kopling Tetap

2. Kopling Tak Tetap

Kopling Tetap

Kopling tetap adalah suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari

poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa terjadi slip), dimana sumbu kedua

poros tersebut terletak pada satu garis lurus atau dapat sedikit berbeda sumbunya. Kopling tetap

selalu dalam keadaan terpasang, untuk memisahkannya harus dilakukan pembongkaran.

Kopling tetap terbagi atas: /4/

1. Kopling kaku

Kopling kaku dipergunakan bila kedua poros harus dihubungkan sumbu segaris, dan dipakai

pada poros mesin dan transmisi umum di pabrik-pabrik, kopling ini terdiri atas :

a. Kopling bus

b. Kopling flens kaku

c. Kopling flens tempa

2. Kopling luwes

Kopling luwes ( fleksibel ) memungkinkan adanya sedikit ketidaklurusan sumbu poros yang

terdiri atas:

a. Kopling flens luwes

b. Kopling karet ban

c. Kopling karet bintang

d. Kopling gigi

e. Kopling rantai

3. Kopling universal

Kopling universal digunakan bila kedua poros akan membentuk sudut yang cukup besar,

terdiri dari:

a. Kopling universal hook

b. Kopling universal kecepatan tetap

Kopling universal digunakan bila poros penggerak dan poros yang digerakkan membentuk

sudut yang cukup besar.

4. Kopling Fluida

Penerusan daya dilakukan oleh fluida sehingga tidak ada hubungan antara kedua poros.

Kopling Fluida sangat cocok untuk mentransmisikan putaran tinggi dan daya yang besar.

Keuntungannya adalah getaran dari sisi penggerak dan tumbukan dari sisi beban tidak saling

diteruskan. Demikian pula pada waktu terjadi pembebanan lebih , penggerak mula tidak akan

terkena momen yang akan melebihi batas kemampuan.

Kopling Tidak Tetap

Kopling tidak tetap adalah kopling yang digunakan untuk menghubungkan poros penggerak

dan poros yang digerakkan dengan putaran yang sama saat meneruskan daya. Kopling juga dapat

melepaskan hubungan kedua poros tersebut dalam keadaan diam maupun berputar tanpa harus

menghentikan putaran dari poros penggerak.

Kopling tak tetap meliputi:

1. Kopling cakar, terdiri dari:

a. Kopling cakar persegi

b. Kopling cakar spiral

c. Kopling kerucut

d. Kopling friwil

2. Kopling pelat, terdiri dari:

a. Menurut jumlah pelatnya:

• Kopling pelat tunggal

• Kopling pelat banyak

b. Menurut cara pelayanannya:

• Kopling pelat cara manual

• Kopling pelat cara hidrolik

• Kopling pelat cara pneumatik

c. Menurut pelumasannya:

• Kopling pelat kering

• Kopling pelat basah

Secara umum kopling pelat adalah kopling yang menggunakan satu pelat atau lebih yang dipasang diantara kedua poros serta membuat kontak dengan poros tersebut, sehingga terjadi penerusan daya melalui gesekan antara sesamanya. Konstruksi kopling ini cukup sederhana, dapat dihubungkan dan dilepaskan dalam keadaan berputar karena itu kopling ini sangat banyak dipakai.

Rumus-rumus yang Digunakan

Torsi maksimum

Kopling plat gesek bekerja karena adanya gaya gesek (U) dengan permukaan, sehingga

menyebabkan terjadinya momen puntir pada poros yang di gerakkan. Momen ini bekerja dalam

waktu tr sampai putaran kedua poros sama. Pada keaadan terhubung tidak terjadi slip dan

putaran kedua poros sama dengan putaran awal poros penggerak, sehingga dapat dibuat

persamaan :

Mr = Mb + Mh

Dimana :

Mr = Torsi gesek [kgf.cm]

Mb = momen puntir poros transmisi [kgf.cm]

Mh = Torsi percepatan [kgf.cm]

Nilai Mh dapat dihitung dengan persamaan :

Mh= 71620 Nn

Dengan :

Mh = Torsi maksimum [kgf.cm]

N = Daya maksimum [hp]

n = putaran poros [rpm]

71620 = konstanta korelasi satuan

Teori Gesek

Harga torsi gesek didapat dari hubungan :

Mr = C . Mh

Dengan :


C = Konstanta

Harga C dapat dipilih dari tabel pada lampiran, harga ini berkisar antara 2-3 untuk

kendaraan mobil.

Kerja Gesek dan Daya Gesek

Kerja gesek ditentukan dari hubungan antara torsi, putaran, dam waktu terjadinya slip yaitu :

Ar = Mr . n. tr

1910

Dimana :

Ar = Kerja gesek [kgf.cm]


n = Putaran [rpm]

tR = Waktu penyambungan / slip [detik]

1910 = Faktor korelasi satuan

Harga daya gesek dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi penggunaan

kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan waktu yaitu :

Nr = Ar . z27 ×10 4

Dimana :

Nr = Daya gesek [hp]

z = Frekuensi penekanan kopling dalam satu jam

27×104 = Faktor korelasi satuan

laporan perancangan

Documents