perhitungan

BAB IVPERHITUNGAN DAN DESAIN

4.1 Perhitungan dan Desain Belt Pulley

Diketahui :

Daya motor listrik (Pmotor) : 0,75 hp

n in : 825 rpm

n out : 600 rpm

a. Menentukan service factor

(lampiran 1 : Tabel V-belt service factor)

service factor = 1,4

b. Menghitung design power / daya rancangan dengan rumus :

Pdesain = service factor x daya motor (hp)

Pdesain = 1,4 x 0,75

Pdesain = 1,05 hp

c. Memilih tipe sabuk

(lampiran 2 : Grafik pemilihan V-belt (Dayco Corp., Dayton,OH))

Berdasarkan grafik, tipe beltnya adalah 3V.

d. Menghitung nominal speed ratio / rasio kecepatan nominal

Rasio = 825 / 600 = 1,375

e. Menghitung driving sheave size (ukuran puli penggerak) menggunakan rumus :

f. Menghitung perkiraan ukuran puli penggerak (D1), puli yang digerakkan (D2) dan

daya yang bisa di transmisikan.

(lampiran 3 : Tabel perkiraan ukuran puli untuk sabuk 3V dan rasio 1,375)

Rumus : n1/n2 = d2/d1

Rpm : n1/n2 = d2/d1

n2 = n1/d2 x d1

= 825/7,95 x 5,95

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN II

= 637,66 rpm.

g. Menentukan nilai rated power

(lampiran 4 : Grafik Power rating: 3V belts)

Grafik digunakan untuk mencari besarnya rated power, untuk D1 = 5,95 in dan n1 =

825 rpm maka rated power = 3,8 hp/belt.

h. Menghitung jarak antar pusat poros puli

D2 < C < 3 (D2 + D1)

7,95 < C < 3 (7,95 + 5,95)

7,95 < C < 13,9

Jadi jarak antar pusat puli yang bisa diterima yaitu antara 7,95 – 13,9 inchi. Pada

perhitungan awal ini diasumsikan C = 12 in.

i. Menghitung panjang belt yang dibutuhkan :

j. Memilih panjang belt standar

(lampiran 5 : Tabel Power rating: 3V belts)

Jenis belt : 3V

Dipilih panjang sabuk standar yang mendekati dengan panjang sabuk yang

dibutuhkan, yaitu 45 in.

k. Menghitung jarak antar pusat puli aktual.

Jadi jarak antar pusat puli sebesar 11,5 inchi.

l. Menghitung angle of wrap untuk belt pada puli penggerak (kecil).


m. Menentukan faktor koreksi.

(lampiran 6 : Grafik Angle of wrap correction factor, Cθ)

Untuk ,

maka untuk L = 45 in (factor koreksi sudut)

(lampiran 7 : Grafik Belt length correction factor, CL)

Untuk untuk L = 45 in (factor koreksi panjang)

n. Menghitung corrected power setiap sabuk dan jumlah sabuk yang dibutuhkan.

Corrected Power =

Jumlah sabuk yang digunakan = Pdesign/corrected power

= 1,05/3,443 = 0,3 (1 belt)

4.1.1 Desain Puli dan Belt

(Terlampir)

4.2 Perhitungan dan Desain Spur Gear

Data yang diketahui :

Daya motor yang ditransmisikan (P) : 0,75 hp

Putaran pinion (np) : 600 rpm

Putaran gear yang diharapkan (ng) : 500 rpm

a. Menentukan diameter pitch dan desain power

(lampiran 8 : Tabel Overload factors, Ko)

Dari tabel maka akan didapatkan nilai Pdes= (2)(0,75) = 1,5 hp

(lampiran 9 : Grafik Design power transmitted vs. pinion speed for spur gears with

different pitches and diameters)

Dari grafik maka didapat nilai Pd = 16.

b. Menentukan jumlah gigi pinion.

Untuk jumlah gigi pada pinion menggunakan 40 gigi. Jadi Np = 40.


c. Menghitung nilai nominal velocity ratio.

VR = nP/nG

VR = 600/500

VR = 1,2

d. Menghitung perkiraan jumlah gigi pada gear (NG)

NG = Np(VR)

NG = 40 (1,2)

NG = 48

e. Menghitung rasio kecepatan aktual

VR = NG / NP

VR = 48 / 40

VR = 1,2 (actual)

f. Menghitung kecepatan output aktual

nG = nP (Np/ NG)

nG = 600 (40/48)

nG = 499,99 rpm (OK/memenuhi syarat).

g. Menghitung diameter pitch, jarak pusat gear, pitch line speed dan beban yang di

transmisikan serta memutuskan general acceptability sebagai hasil.

Pitch Diameter Pinion

DP = Np/Pd = 40/16 = 2,5 in

Pitch Diameter Gear

DG = NG/Pd = 48/16 = 3 in

Center Distance/ jarak antar pusat roda gigi

C = (Np + NG)/2.Pd = (40 + 48)/2(16) = 2,75 in

Pitch line speed

vl = π.DP.nP/12 = (3,14x2,5x600)/12 = 392,5 ft/min

Transmitted load (beban yang ditransmisikan)

Wl = 33000P/vl = 33000 (0,75)/392,5 = 63,05 lb

h. Menentukan face width pinion dan gear

8/ Pd < F < 16/ Pd

- Batas bawah 8/ Pd = 8/16 = 0,5 in

- Batas atas, 16/ Pd = 16/16 = 1 in

Nilai nominal yang dipakai 12/ Pd = 12/16 = 0,75 in

i. Menentukan jenis material untuk pinion dan gear serta menentukan koefisien elastis.


(lampiran 10 : Tabel Koefisien elastisitas Cp)

Dalam rancangan ini material pinion dan gear di desain memakai bahan yang sama

yaitu : baja sehingga Cp = 2300.

j. Menentukan angka kualitas dan faktor dinamis.

Quality number

(lampiran 11 : Tabel Recommended AGMA quality number)

Dari table, Qv = 6.

Dynamic factor

(lampiran 12 : Grafik Dynamic factor, Kv)

Dari grafik diatas, dipilih nilai Kv=1,18.

k. Menentukan susunan gigi.

Bending geometry factor (pinion and gears)

(lampiran 13 : Grafik bending geometry factor, J)

Disini didesain pasangan roda gigi menggunakan roda gigi full depth teeth 20o,

sehingga nilai Jp=0,32 dan nilai Jg=0,34.

Pitting geometry factor

(lampiran 14 : Grafik pitting geometry factor, I)

Untuk nilai pitting geometry factor, sesuai dengan grafik diatas, I = 0,082.

l. Menentukan load distribution factor, Km

Menentukan pinion proportion factor, Cpf

(lampiran 15 : Grafik pinion proportion factor, Cpf)

Dimana nilai F = 0,75 in, Dp = 2,5, F/Dp = 0,3. Maka nilai Cpf = 0,02.

Menentukan mesh alignment factor, Cma

(lampiran 16 : Grafik mesh alignment factor, Cma)

Pada desain ini dipilih tipe perlakuan untuk roda gigi yang digunakan adalah

open gearing dengan nilai F=0,75 in. Maka, nilai Cma=0,25.

Kemudian hitung load distribution factor

(Km) = 0,75 + Cpf + Cma = 0,75 + 0,02 + 0,25 = 1,02

m. Menentukan size factor

(lampiran 17 : Tabel size factor)

Untuk Pd = 16 maka nilai Ks = 1,00.

n. Menentukan rim thickness factor (KB)

(lampiran 18 : Grafik rim thickness factor KB)

Untuk awal perhitungan dianggap roda gigi berbentuk solid, sehingga KB = 1,00.


o. Menentukan nilai service factor (SF)

Nilai service factor umumnya dari 1,00 sampai 1,50, disini digunakan SF = 1,00.

p. Menentukan hardness ratio factor, CH

Diasumsikan nilai hardness ratio factor, CH = 1,00.

q. Menentukan reabilty factor, KR

(lampiran 19 : Tabel reabilty factor, KR)

Nilai dari reability factor, KR = 0,85.

r. Menentukan umur desain roda gigi

Dirancang bahwa umur dari mesin adalah 3000 jam (sama dengan mesin penggiling

pertanian lainnya).

NcP = (60)(3000)(600)(1) = 1,08 x 108 putaran

NcG = (60)(3000)(500)(1) = 9 x 107 putaran

(lampiran 20 : Grafik Bending strength stress cycle factor. YN)

Dari grafik, maka didapatkan nilai YNP = 0,96 YNG = 0,98

(lampiran 21 : Grafik Pitting resistance stress cycle factor. ZN)

Dari grafik diatas, maka didapatkan nilai ZNP = 0,92 ZNG = 0,95

s. Menghitung perkiraan bending stress pada pinion dan gear.

t. Mengatur tekanan bending.

Untuk pinion :

Untuk gear :

u. Menghitung perkiraan contact stress

Pada perhitungan ini, nilainya berlaku untuk pinion dan gear


v. Mengatur contact stress.

Untuk pinion :

Untuk gear :

w. Memilih material untuk roda gigi maupun pinion

(lampiran 22 : Tabel Allowable stress numbers for case-hardened steel gear

materials)

Sesuai dengan ketetapan diawal bahwa material yang digunakan untuk pinion dan

gear adalah baja, untuk = 8958,8 psi dan = 8431,8 psi serta = 66748,8

psi dan = 64640,9 psi sehingga material baja dikenai perlakuan carburized and

case-hardened dengan grade 2 yang memiliki nilai Sat = 65000 psi dan Sac = 225000

psi, dimana nilai ini lebih besar dari nilai Sat dan Sac yang dibutuhkan.

4.2.1 Desain Spur Gear

(Terlampir)

4.3 Perhitungan dan Desain (Shaft) Poros

a. Poros I

Dpuli 2 = 7,95 in = 0,2 m

n puli 2 = 600 rpm

P aktual = 0,75 hp = 559,5 watt

D gear 1 = 2,5 in = 0,0635 m

1. Langkah 1

Hitung torsi pada poros akibat puli 2.


Pulley 2 22@@@@@2Gear 1

2. Langkah 2

Hitung nilai gaya pada poros akibat gear 1.

3. Langkah 3

Nilai gaya pada poros akibat puli 2.

(F1-F2) rpuli =T

4. Langkah 4

Menentukan gaya-gaya yang bekerja pada poros.

Gambar 4.1 diagram benda bebas porosSumber: dokumen pribadi


FB = 133,5FTz = 280,3

RA RB

5. Langkah 5

Menggambar diagram gaya geser dan momen bending pada poros.

Gaya geser

Gambar 4.2 (A) diagram gaya poros, (B) diagram momen porosSumber: dokumen pribadi

Diagram momen


FB = 133,5

FTz = 280,3

RA=73,4 N RB=340,4 N

723

206,9

133,5

X

V(N)

X

M(Nm)

0,05 0,1 0,15

Gambar 4.3 diagram momenSumber: dokumen pribadi

6. Langkah 6

Menghitung diameter poros.

Momen max = 20,025 Nm

T pulley = 8,9 Nm

Material poros ST 60.

Sy = 331 MPa = 48007 Psi

Sn = 180 MPa = 26106 Psi

Su = 607 MPa = 88037 Psi

Reability = 0,99

Cg = 0,8

Cr = 0,81

N = 3

Kt = 2,5

Kekuatan leleh actual 5’n = Sn x Cg x Cr

= 180 x 0,8 x 0,81

= 116,64 MPa.

Diameter poros (Dp)


b. Poros II

Dgear 2 = 3 in = 0,0762 m

n gear = 500 rpm

P aktual = 0,75 hp = 559,5 watt

1. Langkah 1

Hitung torsi pada poros akibat gear 2.

2. Langkah 2

Hitung nilai gaya pada poros akibat gear 2.

3. Langkah 3

Menentukan gaya-gaya yang bekerja pada poros 2.

Gambar 4.4 diagram benda bebas porosSumber: dokumen pribadi


Gear 2

RA

FTz = 280,57

RB

4. Langkah 4

Menggambar diagram gaya geser dan momen bending pada poros.

Gaya geser


RA=140,37

FTz = 280,57

RB=140,2

140,37

140,2

X

V(N)

Gambar 4.5 (A) diagram gaya poros, (B) diagram momen porosSumber: dokumen pribadi

Diagram momen

Gambar 4.6 diagram momenSumber: dokumen pribadi

- Momen max = 7,085 Nm

5. Langkah 5

Menghitung diameter poros 2.

Momen max = 7,085 Nm

T gear 2 = 10,69 Nm

Material poros ST 60.

Sy = 331 MPa = 48007 Psi

Sn = 180 MPa = 26106 Psi

Su = 607 MPa = 88037 Psi

Reability = 0,99

Cg = 0,8

Cr = 0,81


7,085

M(Nm)

X

N = 3

Kt = 2,5

Kekuatan leleh actual 5’n = Sn x Cg x Cr

=180 x 0,8 x 0,81

=116,64 MPa.

Diameter poros (Dp)

4.3.1 Desain Poros

(Terlampir)

4.4 Perhitungan dan Desain Key (Pasak)

Dporos 1= 200 mm = 20 cm

Dporos 2= 150 mm = 1,5 cm

T 1 = 8,9 Nm = 8900 mm

T 2 = 10,69 Nm = 10690 mm

Menentukan material pasak.

(lampiran 23 : Tabel Design properties of carbon and alloy steels)

Pada desain ini dipilih material berupa :

AISI 1040 Cold-drawn

N = 3

Sy = 100 N/mm2

Jenis pasak : bujur sangkar.

a. Pasak pada poros 1

Berdasarkan tabel :

(lampiran 24 : Tabel Ukuran pasak dan diameter poros)

- Width (W) = ½ inci = 12,7 mm

- t = ½ inci = 12,7 mm

Panjang pasak pada poros 1

b. Pasak pada poros 2


Berdasarkan tabel :

- Width (W) = ½ inci = 12,7 mm

- t = ½ inci = 12,7 mm

Panjang pasak pada poros 2

4.4.1 Desain Key / Pasak

(Terlampir)

4.5 Perhitungan dan Desain Bearing (Bantalan)

1. Menentukan diameter bantalan.

Poros 1

(lampiran 25 : Tabel Data pemilihan bantalan untuk single-row-deep-groove,

onrad-type ball bearing)

Dporos 1 = 2 cm = 0,787 in

Diameter bearing : d = 0,7874 in

D = 1,8504 in

B = 0,5512 in

Bearing number = 6304.

Poros 2

(lampiran 26 : Tabel Data pemilihan bantalan untuk single-row-deep-groove,

onrad-type ball bearing)

Dporos 2 = 1,5 cm = 0,5905 in

Diameter bearing : d = 0,5906 in

D = 1,378 in

B = 0,4331 in

Bearing number = 6302.

4.5.1 Desain Bearing / Bantalan

(Terlampir)


perhitungan

Documents