perancangan ulang kopling - yefrichan.files.wordpress.com · besar dari pada harga torsi maksimum...

Bab 3

METODOLOGI PERANCANGAN

3.1 Spesifikasi New Mazda 2

Dari data yang diperoleh di lapangan (pada brosur), mobil New Mazda 2

memiliki spesifikasi sebagai berikut :

1. Daya Maksimum (N) : 103 PS

2. Putaran Pada Daya Maksimum (n) : 6000 rpm

3. Torsi Maksimum (T) : 13,76 kgf.m

4. Putaran Pada Torsi Maksimum (n) : 4000 rpm

3.2 Rumus-rumus yang digunakan

3.2.1. Torsi Maksimum

Harga torsi maksimum yang akan digunakan dalam perhitungan perancangan

kopling ini ditentukan berdasarkan dua kriteria, yaitu : torsi maksimum dan daya

maksimum kendaraan yang terdapat pada data lapangan (brosur).

Kopling pelat gesek bekerja karena adanya gaya gesek � dengan permukaan,

sehingga menyebabkan terjadinya momen puntir pada poros yang digerakkan.

Momen ini bekerja dalam waktu tR sampai putaran kedua poros sama. Pada

keadaan terhubung tidak terjadi slip dan putaran kedua poros sama dengan putaran

awal poros penggerak, sehingga dapat dibuat persamaan :

Perancangan Ulang Kopling Universitas Darma Persada Teguh Budianto Yefri Chan, ST, MT 24

Mr b hM M= +dimana ;

Mr = Torsi Gesek [kgf.cm]

Mb = Momen Puntir Poros Transmisi [kgf.cm]

Mh = Torsi Percepatan [kgf.cm]

Nilai Mh dapat dihitung dengan persamaan :

71620hNMn

=

Mh = Torsi Maksimum [kgf.cm]

N = Daya Maksimum [PS]

n = Putaran Poros [rpm]

71620 = Konstanta Korelasi Satuan

3.2.1.1 Penghitungan Torsi Maksimum

Diketahui :

Daya Maksimum (N) : 103 PS

Putaran Pada Daya Maksimum (n) : 6000 rpm

Torsi Maksimum (T) : 13.76 kgm

Putaran Pada Torsi Maksimum (n) : 4000 rpm


Rumus :

71620

103716206000

r b h

h

h

M M MNMn

psM xrpm

= +

=

=

= 1229,48 kgf.cm

= 12,30 kgf.m

Dalam hal ini harga torsi maksimum yg diperoleh dari data spesifik ternyata lebih

besar dari pada harga torsi maksimum (statik ), maka untuk menjaga keamanan

pemakaian dipilih harga torsi yang paling tinggi yaitu; Mh = 13,76 kgf.m dengan

kecepatan putar mesin n = 4000 rpm.

3.2.2 Torsi Gesek

Harga torsi gesek didapat dari hubungan :

Mr hC M= ×

dimana ;


C = Konstanta [2,5]

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

kendaraan jenis mobil.


3.2.2.1 Penghitungan Torsi Gesek

Dengan diketahuinya harga Mh, maka dapat ditentukan besarnya torsi gesek.

Harga C dapat dipilih pada tabel, yang mana harga ini berkisar antara 2 – 3 untuk

kendaraaan mobil. Dengan memilih C = 2,5, maka diperoleh harga torsi gesek

sebesar :

1910r

rM n trA × ×

=

Rumus :

Mr = C . Mh

Mr = 2,5 x 13,76 kgf.cm = 34,4 kgf.cm

= 3440 kg.cm

3.2.3 Kerja Gesek dan Daya Gesek

Kerja gesek ditentukan dari hubungan antara torsi, putaran dan waktu terjadinya

slip yaitu :

1910r

rM n trA × ×

=


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 ;

4

27 10r

rA zN ×

=×

dimana ;

Nr = Daya Gesek [hp]

z = Frekuensi Penekanan Kopling [jam]

27x104 = Faktor Korelasi Satuan


3.2.3.1 Penghitungan Kerja Gesek dan Daya Gesek

Diasumsikan tR = 0.5 detik maka kerja gesek terjadi adalah :

1910r

rM n trA × ×

=

3440 4000 0.51910

Ar × ×=

= 3602,09 kgf.cm

Daya gesek yang dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi

penggunaan kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan

waktu :

4

27 10r

rA zN ×

=×

4

3602.09 6027 10

×=

×

= 0,8 Hp


3.2.4 Diameter Rata-rata Pelat Gesek

Diameter rata-rata pelat gesek ditentukan dengan menggunakan persamaan untuk

diameter rata-rata, yaitu ;

0.4

1/271.5 R

T

Nd bK j nd

⎡ ⎤⎢ ⎥

= ⎢ ⎥⎢ ⎥× × ×⎣ ⎦

dimana ;

d = Diameter Rata-rata pelat [cm]

b = Ratio Antara Lebar Pelat Terhadap Diameter Rata-rata d KT = Parameter Koefisien Gesek

n = Putaran [rpm]

71.5 = Faktor Korelasi Satuan

3.2.4.1 Penghitungan Diameter Rata-rata Pelat Gesek

• Berdasarkan tabel faktor koreksi untuk lenturan KT = 1,0 – 1,5, karena

sedikit terjadi kejutan / tumbukan

• Berdasarkan tabel faktor koreksi untuk lenturan cb = 1,2 – 2,3, karena

terjadi pembebanan lentur.

• Dan harga b/d berkisar antara 0,15 s.d 0,3


• Diketahui :

Parameter koefisien gesek (KT ) = 1,5

Ratio lebar pelat terhadap diameter rata-rata (b/d) = 0,175

Jumlah pelat gesek yang dimiliki ( j ) = 3 bh

0.4

1/271.5 R

T

Nd bK j nd

⎡ ⎤⎢ ⎥

= ⎢ ⎥⎢ ⎥× × ×⎣ ⎦

0.4

1/2

0.871.51.5 0.175 3 4000⎡ ⎤= ⎢ ⎥× × ×⎣ ⎦

= 71,5 x 0,19

= 13,58 cm

Sehingga lebar pelat diperoleh dengan substitusi harga d kedalam ratio b/d, yaitu :

b/d = 0,175

b = 0,175 x 13,58 cm

= 2,38 cm

Diameter dalam pelat ( di )

di = d – b

= 13,58 cm – 2,38 cm

= 11,20 cm


Diameter luar pelat ( d0 )

d0 = d + b

= 13,58 cm + 2,38 cm

= 15,96 cm

3.2.5 Pengujian Harga KT dan KU

Untuk memeriksa apakah harga KT dan KU masih dalam batas-batas yang

diizinkan setelah adanya pembulatan-pembulatan dalam penghitungan, maka jika

harga KT tidak berbeda jauh dengan pemilihan awal dan harga KU masih berkisar

antara 2-8 maka rancangan ini dapat dilanjutkan.

1/2

1000fT

NKb d j v

×=

× × ×

2

2 rU

MKb d

×=

× × j

Kecepatan Tangensial adalah ;

60d nV π × ×

=

3.2.5.1Penghitungan Harga KT dan KU

Untuk memeriksa apakah harga KT dan KU masih dalam batas yang diizinkan

terlebih dahulu tentukan besar kecepatan tangensial pelat gesek, yaitu;


60d nV π × ×

=

23.14 13.58 10 400060

× × ×=

= 28,43 m/s

Sehingga;

1/2

1000fT

NKb d j v

×=

× × ×


= 1,55 kgm.cm2

= 5,23 x 10-3 kgm.cm

Hasil penghitungan nilai KT dan KU dapat diterima karena masih dalam batas

( )1/2

0.8 10002.38 13.58 3 28.43

×=

× × ×

2

2 rU

MKb d

×=

× × j

( )1/2

2 34402.38 13.58 3

×=

× ×

yang diizinkan

3.2.6 Luas Bidang Tekan

Tekanan permukaan terjadi akibat adanya gaya tekan yang mengenai satuan luas

bidang tekan. Gaya ini dipengaruhi oleh koefisien gesek sebesar � = 0,3, dan ini

adalah koefisien gesek bahan permukaan pelat gesek yang kita pilih. Luas bidang

tekan sama dengan luas permukaan pelat dan dapat diperoleh dari hubungan ;


dimana ;

F = Luas Bidang Tekan [cm2]

= Faktor Koreksi Luas Permukaan akibat Pengurangan Luas alur

3.2.6.1 Penghitungan Luas Bidang Tekan

Dari data diatas dan dengan mengasumsikan = 0,9 maka luas bidang tekan

dapat dicari, yaitu;

F b d j Yπ= × × × ×

Y

Y


F b d j Yπ= × × × ×

= 3,14 x 13,58 x 2,38 x 3 x 0,9

= 274 cm2

3.2.7 Tekanan Rata-rata Permukaan

Tekanan rata-rata permukaan dicari dari hubungan torsi maksimum, diameter rata-

rata, koefisien gesekan dan luas bidang tekan :

2 rMpd fμ×

=× ×

dimana ;

= Tekanan Permukaan Rata-rata [kgf/cm2] p

� = Koefisien Gesek

F = Luas bidang Tekan [cm2]

3.2.7.1 Penghitungan Tekanan Rata-rata Permukaan

Dengan mengasumsikan koefisien geek dari permukaan gesek = 0.3 maka

tekanan rata-ratanya adalah :

2 rMpd fμ×

=× ×

2 34400.3 13.58 274

×=

× ×6880

1116.28=

= 6,16 kgm/cm2

3.2.8 Tekanan Maksimum Permukaan

Tekanan maksimum permukaan digunakan untuk memilih pelat gesek yang cocok

dan aman. Pada lampiran tabel tertulis harga-harga tekanan untuk bahan pelat

gesek.

Hubungan antara tekanan maksimum dan tekanan rata-rata adalah :

[kgf/cm2]


max1

dP pd

=

3.2.8.1 Penghitungan Tekanan Maksimum Permukaan

[kgf/cm2] max1

dP pd

=

6.16 15.9611.20×

=

= 8,778 kgf/cm2

Dengan asumsi koefisien gesek dari permukaan gesek adalah 0,3 dan tekanan

maksimum yang diizinkan agar keselamatan selama pemakaian terjamin adalah

8,77 kgf/cm2, maka dari tabel lampiran dapat disimpulkan bahwa permukaan pelat

gesek dapat terbuat dari bahan “ Asbestos Pressed Hidraulically With Plastic”,

yang mempunyai limit koefisien gesek antara 0,2 – 0,35 dan tekanan permukaan

yang diizinkan antara 0,5 – 80 kgf/cm2, jadi bahan ini sesuai digunakan untuk

rancangan karena tekanan maksimum permukaan gesek yang dirancang masih

berada dalam batas tersebut.

3.2.9 Umur Pelat Gesek

Umur pelat gesek atau ketahanan pelat gesek (kanvas kopling) menentukan nilai

jual pelat gesek tersebut sehingga memiliki daya saing dipasara. Umur pelat gesek

ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan daya gesek,

sedangkan untuk menghitung volume keausan digunakan rumus :

VV = F . SV

dimana ;

VV = Volume Keausan [cm3]

F = Luas Permukaan Bidang Tekan [cm2]


SV = Batas Keausan [cm]

Umur pelat gesek akhirnya dapat ditentukan dari pesamaan ;

VB

V R

VLQ N

=⋅

dimana ;

LB = Umur Pelat Gesek [jam]

VV = Volume Keausan [cm3]

QV = Keausan Spesifik

3.2.9.1 Penghitungan Umur Pelat Gesek

Umur pelat gesek ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan

daya gesek. Dengan adanya paku keling maka tebal lapisan permukaan gesek yang

aus diukur dengan keadaan paku keling tersebut adalah 2 mm dan ini sama dengan

tebal keausan maksimum dari pelat gesek.

Diketahui :

Tebal Lapisan Permukaan Gesek = 2 mm = 0,2 cm

Jumlah Pelat Gesek = 3 buah

maka, Volume Keausan :

VV = F . SV

= 274 x 0,2 x 3

= 164,4 cm3


Dengan Asumsi QV = 0,125, maka :

VB

V R

VLQ N

=⋅

164.40.125 0.8

=×

= 1644 Jam

3.2.10 Temperatur Kerja Pelat dan Kopling

Temperatur kerja kopling harus memenuhi temperatur yang diizinkan, karena

apabila melewati batas yang diizinkan akan menyebabkan pelat gesek cepat sekali

aus yang menyebabkan umur pakai kopling lebih pendek. Temperatur kerja

kopling dipengaruhi oleh koefisien perpindahan panas dari rumah kopling, luas

perpindahan panas dan temperatur sekeliling .

Temperatur Kerja Kopling adalah :

t = tL + � t

dimana ;

t = Temperatur Kerja Kopling


tL = Temperatur Lingkungan

� t = Kenaikan Temperatur

Semua parameter dalam satuan oC. Sementara itu kenaikan temperatur dapat

diketahui dengan persamaan :

632 R

K K

NtF α

⋅Δ =

⋅

dimana ;

FK = Luas Permukaan Bidang Pendingin [m2]

= Koefisien Perpindahan Panas [kcal/moC.jam] Kα

Luas Permukaan Bidang Pendingin dapat diketahui dengan rumus :

( )2 2

4K i

K K K

d dF d b

ππ

⋅ −= ⋅ ⋅ +

dimana ;

dK = Diameter Terluar atau Diameter Rumah Kopling [cm]

bK = Lebar Rumah Kopling [cm]

Koefisien perpindahan panas, dari rumah kopling dapat diketahui dari hubungan

berikut ;



dimana ;

( )3/44.5 6K KVα = +

60K

Kd nV π ⋅ ⋅

=

VK = Kecepatan Tangensial Rumah Kopling [m/det]

maka kenaikan temperatur dapat dihitung dari hubungan sebagai berikut :

632 RS

K K

NtF α

⋅=

⋅

dimana ;

NR = Daya Gesek

FK = Luas Permukaan Bidang Pendingin

�K = Koefisien Perpindahan Panas


3.2.10.1 Penghitungan Temperatur Kerja Pelat dan Kopling

Dengan asumsi temperatur kerja lingkungan adalah 30oC, temperatur kerja

kopling adalah :

dk = Asumsi

dk = do + 3 x 5 cm

bk = 7 cm

karena itu,

dk = do + 3 x 5 cm

dk = (15,96 + 15 ) cm

= 30,96 cm

Luas Permukaan Bidang Pendingin dapat diketahui dengan rumus :

( )2 2

4K i

K K K

d dF d b

ππ

⋅ −= ⋅ ⋅ +

( )2 23.14 30.96 11.203.14 30.96 7

4KF× −

= × × +

( )3.14 958.52 125.443.14 30.96 7

4KF× −

= × × +

= 680,5 + 653,9

= 1334,4 cm2

= 1334,40 x 10-4 m2

VK = Kecepatan Tangensial Rumah Kopling [m/det]

60K

Kd nV π ⋅ ⋅

=

3.14 30.96 400060

× ×=

= 6480,96 cm/s


= 64,80 m/s

Sehingga,


= 4.5 + 6 x (64,80)3/4

( )3/44.5 6K KVα = +

= 4.5 + 6 x 22,84

= 4.5 + 137,04

= 141,54 kcal/moC.jam

Sehingga,

632 RS

K K

NtF α

⋅=

⋅

= 26,78 0C

4

632 0.81334.40 10 141.54−

×=

× ×

Sehingga temperatur kerja kopling (asumsi temperatur lingkungan 300C)

505.618.8

=

t = 37 0C + 26,78 0C

= 63,78 0C

3.2.11 Pemasangan Paku Keling

Paku keling yang dipasang pada pelat gesek dan pelat penghubung berfungsi

untuk meneruskan putaran pelat gesek ke pelat penghubung dan seterusnya ke

HUB, dan selanjutnya ke poros. Untuk penghitungan pemasangan paku keling

didapat dengan perhitungan berikut. Gaya yang dialami oleh setiap paku keling

didapatkan dengan menggunakan persamaan berikut :

2 RK

MFZ⋅

=

Dimana;

FK = Gaya Yang Diterima Masing-Masing Paku Keling

MR = Torsi Gesek

Z = Jumlah Paku Keling

Dimensi paku keling diketahui dengan menggunakan persamaan berikut ;

43,14

KFdτ⋅

=⋅

Dimana;

FK = Gaya yang diterima masing-masing paku keling

τ = Tegangan geser material paku keling

3.2.11.1 Penghitungan Pemasangan Paku Keling

Pada mobil NEW MAZDA 2 ini menggunakan 3 macam paku keling yang

berbeda fungsi yaitu;

1. Paku Keling untuk Permukaan Gesek Dengan Pelat Penghubung.

Torsi MR = 3440 kgf.cm


Jarak keliling ke pusat r adalah 10 cm

3440 . 344 .10

RR

M kgf cmF kgf cmr cm

= = =

= 3440 N

Jumlah keliling yang digunakan ada 16 buah, maka gaya geser yang

ditanggung satu buah kopling adalah :

13440 21516RF N= =

Jumlah patahan yang diasumsikan adalah 2 (n = 2)

Bahan paku keling “ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan τ Max = 27 Mpa

didapatkan

27 13, 52izinMpa Mpaτ = =

Maka diameter paku keling yang sesuai adalah :

Perancang Universitas Darma Persada Teguh BudiYefri Chan, ST, MT 46

an Ulang Kopling anto

11

4 4 307,133,14 3 13, 5

Rk

izin

Fnπ τ⋅ ×d = =⋅ ⋅ × ×

860 3,18 384, 78

mm mm= = ≈

3.2.11.2 Paku Keling Untuk Pelat Penghubung 1 dengan Pelat Penghubung 2


Jumlah Keliling ke pusat r = 7 cm

3440 . 491, 4 .7

RR

M kgf cmF kgf cmr cm

= = =

= 4914 N

Jumlah keliling yang digunakan 16 buah, maka gaya geser yang


14914 307.1316RF N= =


Bahan paku keling “ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan τ Max = 27 Mpa

didapatkan

27 13, 52izinMpa Mpaτ = =

Maka diameter paku keling yang sesuai adalah :

11

4 4 307,133,14 3 13, 5

Rk

izin

Fdnπ τ⋅ ×

= =⋅ ⋅ × ×

1228, 5 3,10 3127,17

mm mm= = ≈

3.2.11.3 Paku Keling Untuk Penghubung Dengan HUB


Jarak Keliling ke pusat r = 5,5 cm

Perancang Universitas Darma Persada Teguh BudYefri Chan, ST, MT 47

an Ulang Kopling ianto


6 buah,maka gaya geser yang

“ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan

Jumlah keliling yang digunakan 1



Bahan paku keling τ Max = 27 Mpa

didapatkan

eter paku keling yang sesuai adalah : Maka diam

3.2.12 Poros

Untuk perancangan poros, hal yang sangat berpengaruh adalah torsi dari kopling,

3440 . 625, 5 .RR

M kgf cmF5, 5

kgf cmm

=r c

= =

6255N=

16255 390.94R 16

F N= =

27 13, 5izinMpa Mpaτ = =2

11

4 4 390, 943,14 4 13, 5

Rk

izin

Fdnπ τ⋅ ×

= =⋅ ⋅ × ×

1563,8 3, 04 3169, 56

mm mm= = ≈


3440 kgf.cm atau 34,4 kgf.m

Material yang diambil untuk poros ini adalah “AISI 4340 COLD DRAWN”

engan

Dengan menggunakan rumus perhitungan poros dan harga tegangan geser, kita

kan mendapatkan harga diameter poros yang kita inginkan, yaitu :

didapatkan harga torsi gesek dari kopling adalah

yang setelah dikonversikan ke satuan SI menjadi :

SI = 34,40 kgf.m x 9.81 = 337,46 Nm = 337460 Nmm

99000 682,8YP psi Mpaσ = ≈

d

316 r

YP

Mdπ τ⋅

=⋅

a

Bab 4

3 32

16 337460 53993603,14 682,8 2143, 99

NmmdNmm

×= =

×

33 2518, 37 13, 61mm mm= =


HASIL DAN ANALISA PERANCANGAN

n perancangan ulang

kop g diperoleh hasil sebagai b t :

um m

kgf.cm

at

lat

Permukaan ks cm2

• Umur Pelat Gesek Lb = 1644 Jam

4.1 Hasil Perancangan

Dari perhitungan variabel-variabel yang berkaitan denga

lin New Mazda 2 ini, eriku

• Torsi Maksim Mh = 1229,48 kgf.c

• Torsi Gesek Mr = 3440 kgf.cm

• Kerja Gesek Ar = 3602,09

• Daya Geser Nr = 0,8 Hp

• Diameter rata-rata pel d = 13,58 cm

• Diameter (luar) pelat d0 = 15,96 cm

• Diameter (dalam) pe di = 11,20 cm

• Luas Bidang Tekan = 274 cm2 F

• Tekanan rata-rata permukaan = 6,16 kgm/cm2 p

• Tekanan Maksimum Pma = 8,778 kgf/

• Temperatur Kerja t = 63,78 0C

4.2 Analisa Perancangan


tau pembulatan angka yang disesuaikan dengan

jenis dipasaran. Umur plat ini dipengaruhi oleh

beb p

aan gesek

k plat gesek, sehingga dengan analisa ini

efisiensi ekonomis juga dapat dilakukan.

Dari hasil perancangan yang telah dilakukan melalui perhitungan berdasarkan

teori yang penulis peroleh, didapatkan ada beberapa spesifikasi yang berbeda

dengan ukuran yang sebenarnya berdasarkan data lapangan yang ada. Hal ini

dimungkinkan, karena adanya beberapa variabel yang diasumsikan yang

berpengaruh langsung terhadap hasil perancangan yang dibuat. Hal lain yang

cukup berpengaruh adalah asumsi-asumsi yang penulis lakukan, yang didapatkan

berdasarkan perkiraan-perkiraan a

pemahaman yang penulis miliki.

Hal penting lain yang perlu diperhatikan pada perancangan kopling ini adalah

perancangan pada umur pakai plat kopling. Dengan semakin lamanya umur pakai

kopling, maka efisiensi dalam pemakaian akan semakin tinggi dan mampu untuk

bersaing dengan produk se

era a faktor antara lain ;

• Luas permuk

• Daya gesek

• Faktor keausan plat gesek

Umur kopling berbanding lurus dengan luas permukaan serta volume keausan.

Semakin besar diameter plat gesek, maka permukaan akan semakin luas sehingga

volume keausannya besar dan umur pakai kopling akan lebih lama. Disamping itu

berdasarkan tegangan permukaan yang bekerja pada plat gesek dapat pula

diperkirakan jenis bahan yang cocok untu

perancangan ulang kopling - yefrichan.files.wordpress.com · besar dari pada harga torsi maksimum...

Documents