ppt konstruksi mesin [tm3]

Modul ke:

Fakultas

Program Studi

Kontruksi MesinKOMPONEN-KOMPONEN UTAMA DALAM KONTRUKSI MESIN (POROS, BANTALAN PULLEY, V-BELT & MOTOR PENGGERAK)Prof. Dr. Ing Darwin SebayangHendi Saryanto, S.T, M.Eng

03Teknik

Teknik MesinPembuka

Daftar Pustaka

Akhiri Presentasi

>MENUMENU AKHIRIAKHIRI

3.1. PorosPoros dalam sebuah mesin berfungsi untuk meneruskan tenagamelalui putaran mesin. Setiap elemen mesin yang berputar, seperti cakra tali, puli sabuk mesin, piringan kabel, tromol kabel, roda jalan, dan roda gigi, dipasang berputar terhadap porosdukung yang tetap atau dipasang tetap pada poros dukung yang berputar. Untuk merencanakan sebuah poros, maka perludiperhitungkan gaya yang bekerja pada poros di atas antara lain: Gaya dalam akibat beratnya (W) yang selalu berpusat pada titikgravitasinya. Gaya (F) merupakan gaya luar arahnya dapat sejajardengan permukaan benda ataupun membentuk sudut denganpermukanan benda

Poros


3.1.1. Macam-macam PorosPoros untuk meneruskam daya diklasifikasikan menurutpembebanannya sebagai berikut:1. Poros transmisi

Gambar: Poros transmisiPoros semacam ini mendapat beban puntir murni atau puntir danlentur. Daya di transmisikan kepada poros ini melalui kopling,roda gigi puli sabuk atau sprocket rantai, dan lain-lain.

Poros


3.1.1. Macam-macam Poros2. Spindel

Gambar: Poros SpindlePoros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesinperkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebutsepindel. Syarat yang harus di penuhi poros ini adalahdeformasinya harus kecil dan bentuk serta ukuranya harus teliti.

Poros


3.1.1. Macam-macam Poros3. Gandar

Gambar: Poros GandarPoros seperti yang di pasng di antara roda roda kereta barang,dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang kadangtidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya mendapatbeban lentur, kecuali jika digerakan oleh penggerak mula dimanaakan mengalami beban puntir juga.

Poros


3.1.1. Macam-macam PorosMenurut bentuk poros dapat digolongkan atas poros lurusumum, poros engkol sebagai poros utama dari mesin torak, danlain-lain. Poros luwes untuk tranmisi daya kecil agar terdapatkebebasan bagi perubahan arah, dan lain-lain

Poros


3.1.2. Hal-hal penting dalam Perencanaan porosHal-hal penting dalam merencanakan sebuah poros sebagaiberikut ini perlu diperhatikan: Kekuatan poros

Suatu poros transmisi dapat mengalami suatu bebanpuntir atau lentur atau gabungan antara puntir dan lenturseperti telah diutarakan di atas. Juga ada poros yangmendapat beban tarik atau tekan seperti poros baling-baling kapal atau turbin. Kelelahan, tumbukan ataupengaruh kosentrasi tegangan bila diameter porosdiperkecil (poros bertangga ) atau bila poros mempunyaialur pasak, harus diperhatikan. Sebuah poros harus direncanakan hingga cukup kuat untuk menahan beban-benan di atas.

Poros


3.1.2. Hal-hal penting dalam Perencanaan poros

Kekakuan porosMeskipun sebuah poros mempunyai kekuatanyang cukup tetapi jika lenturan atau defleksipuntiran terlalu besar akan mengakibatkanketidak telitian atau getaran dan suara.Disamping kekuatan poros, kekakuanya jugaharus diperhatikan dan disesuaikan denganmacam mesin yang akan dilayani porostersebut

Poros


3.1.2. Hal-hal penting dalam Perencanaan poros

Putaran kritisBila putaran suatu mesin dinaikan maka suatuharga putaran tertentu dapat terjadi getaranyang luar biasa besarnya. Putaran ini disebutputaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin,motor torak, motor listrik , dan lain-lain. Jugadapat mengakibatkan kerusakan pada porosdan bagian bagian lainya. Jika mungkin, porosharus direncanakan sedemikian rupa hinggaputaran kerjanya lebih rendah dari putarankritisnya

Poros


3.1.2. Hal-hal penting dalam Perencanaan poros Korosi

Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik) harusdipilih untuk poros propeller dan pompa bila terjadidengan kontak dengan fluida yang korosif. Demikianjuga yang terancam kavitasi, dan poros-poros mesinyang sering berhenti lama. Sampai dengan batas-batas tertentu dapat pula dilakukan perlidunganterhadap korosi

Poros


3.1.3. Perhitungan pada poros

Pada poros yang menderita beban puntir danbeban lentur sekaligus, maka pada permukaanporos akan terjadi tegangan geser karenamomen puntir dan tegangan lentur karenamomen lengkung, maka daya rencana porosdapat ditentukan dengan rumus:

Poros



Poros Dengan Beban Torsi MurniPoros bulat (pejal) yang hanya mengalami momenpuntir saja [7, 8 & 10].

Dimana :T = Momen puntir pada poros, J = Momen Inersia Polar,

r = jari-jari poros = = torsional shear stress

Poros



Untuk poros solid (solid shaft), dapatdirumuskan [7, 8 & 10]:

Sehingga momen puntir pada poros adalah:

Poros


3.1.3. Perhitungan pada poros Sedangkan momen inersia polar pada poros

berongga (hollow shaft) digunakan [7, 8 & 10].

Dimana do dan di adalah diameter luar dan dalam,sehingga didapat [7, 8 & 10].

Poros


3.1.3. Perhitungan pada poros Dengan mensubstitusikan, di/do = k, maka didapat,

[7, 8 & 10].

Sementara, daya yang ditransmisikan oleh porosdapat diperoleh dari [7, 8 & 10].

Poros


3.1.3. Perhitungan pada poros Dimana:

P = Daya (W), T = Moment puntir (N.m), N = Kecepatan poros (rpm)

Untuk menghitung sabuk penggerak (belt drive), maka dapat digunakan [7, 8 & 10].

Poros



Dimana:T1 dan T2 = tarikan pada sisi kencang (tight)

dan kendor (slack).R = jari-jari pulley

Contoh soal:Poros berputar 200 r/min untuk meneruskandaya: 20 kW. Poros dibuat dari mild steel dengantegangan geser ijin 42 MPa, hitung diameterporos

Poros


3.1.3. Perhitungan pada poros Jawab: Diketahui:

n = 200 r/minP = 20 kW = 20 000 W = 42 MPa

= 955 Nm = 955 x 103 Nmm

= 48.7 mm Maka diameter poros yang digunakan kita bulatkan menjadi = 50 mm

Poros


3.1.3. Perhitungan pada poros Untuk Poros yang hanya mengalami bending momen saja [7, 8 &

10].

Dimana:M = momen lentur pada poros, I = momen inersia, O = bending momen,

y = jari-jari poros = = Untuk poros solid (solid shaft), besarnya momen inersia dirumuskan [7, 8 & 10]:

Poros


3.1.3. Perhitungan pada porosSetelah disubtitusikan didapatkan persamaan:

Sedangkan untuk poros berongga (hollow shaft), besarnyamomen inersia dirumuskan [7, 8 & 10]:

Sehingga:

Poros


3.1.3. Perhitungan pada poros Contoh Soal:Dua buah roda dihubungkan dengan poros, menerimabeban masing-masing 50 kN, sejauh 100 mm daribagian tengah roda. Jarak antar sumbu roda: 1400 mm. Hitung diameter poros jika tegangan lentur tidakboleh melebihi: 100 MPa.

Poros


3.1.3. Perhitungan pada porosM = F x L = 50000 x 100 = 5 x 106 N mm

= 79,8 mm = 80 mm

Poros


Untuk Poros dengan kombinasi momen lentur danmomen puntir

Jika pada poros tersebut terdapat kombinasi antara momenbending dan momen puntir maka perancangan poros harusdidasarkan pada kedua momen tersebut. Banyak teori telahditerapkan untuk menghitung elastic failure dari materialketika dikenai momen lentur dan momen puntir, misalnya:

Maximum shear stress theory atau Guests theory: Teori inidigunakan untuk material yang dapat diregangkan (ductile),misalnya baja lunak (mild steel).

Poros


Note: =Te :Torsi Equivalen

Poros


Maximum normal stress theory atau Rankines theory adalahTeori yang digunakan untuk material yang keras dan getas(brittle), misalnya besi cor (cast iron). Terkait denganMaximum shear stress theory atau Guests theory bahwabesarnya maximum shear stress pada poros dapatdirumuskan sebagai berikut [7,8 & 10]:

(i)

Poros


(ii) Jika

Dimana: Me : Momen lentur ekvivalen b : Tegangan lentur ijin bahan poros Maka rumus diameter poros untuk beban kombinasi basis

Me dapat dihitung dengan persamaan [7,8 & 10]:

Poros


Untuk poros berlubang dengan beban lentur dan puntir,rumus persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:(i)

(ii)

Dimana

Poros


Contoh soalPoros dibuat dari mild steel untuk meneruskan daya 100 kW pada putaran 300 r/min, panjang poros 300 mm. Dua buahpuli dengan beban masing-masing 1500 N diletakkan padaporos dengan jarak masing-masing 100 mm dari sisi luarporos. Jika tegangan geser bahan poros : 60 MPa, hitungdiameter poros berdasarkan Te dan Me : ?Jawab : P = 100 kW = 100 000 W n = 300 r/min L = 300 mm W1= W2 = 1500 N

Poros


RA = RB = 1500 N (MA = 0 dan MB = 0) Momen lentur (M) M = F . L = 1500 . 100 = 150 000 N mm

= 3 519 x 103 Nmm Maka :

Diameter Poros = 70 mm

Poros


Sementara untuk

= 325 937 N mm Sementara: Diketahui, = 60 MPa, maka:

= 104 Mpa

Poros


Diameter poros berdasarkan Moment Equivalent adalah= d = 32 mm

Untuk contoh soal ini maka dipilihlah diamotor porosberdasarkan Torsi Equivalent yaitu sebesar 70 mm

Poros


Beban dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu: beban dari alam/ lingkungan, beban operasional, danbeban sustain (berat mesin dan peralatannya). Beban darialam adalah beban yang diterima mesin/ peralatan, selama beroperasi maupun tidak beroperasi, darilingkungan dimana mesin/ peralatan itu berada, sepertibeban angin, gempa dll. Beban operasional adalah bebanakibat beroperasinya mesin/ peralatan sesuai denganfungsi kerjanya ketika mesin tersebut beroperasi. Bebansustain adalah beban berat mesin/ peralatan yang terus-menerus diterima mesin/ peralatan tersebut ketikaberoperasi maupun tidak beroperasi

Analisis Beban


Analisis Beban Internal Transmission CountershaftTemukan potongan melintang poros pada gambar dibawahyang menerima beban terbesar dan tentukan besar bebantersebut.

Gambar: Beban Internal Transmission Countershaft

Analisis Beban


Gambar: Diagram gaya geser, momen bending dan momentorsi

Analisis Beban


Poros dan roda gigi berputar dengan kecepatan seragam. Transverse shear stress diabaikan.

Analisis Beban


Analisis : Langkah awal adalah membuat diagram beban, gaya

geser, momen bending, dan momen torsi untuk poroscountershaft seperti terlihat pada DBB diatas.

Menentukan daerah kritis. Daerah kritis adalah daerahyang mendapat beban terbesar. Dari DBB diatas terlihatbahwa beban terbesar terletak pada bagian kanan rodagigi C, yang mana terjadi momen bending dan momentorsi terbesar dengan asumsi transverse shear stress diabaikan (tidak penting dibandingkan beban bending). Transverse shear stress pada daerah ini lebih kecil darinilai maksimum transverse shear stress padacountershaft.

Analisis Beban


Bantalan adalah elemen mesin yang menumpuporos berbeban, sehingga putaran atau geraanbolak-baliknya dapat berlangsung secara halus,aman, dan panjang umur. Bantalan harus cukupkokoh untuk memungkinkan poros serta elemenmesin lainya bekerja dengan baik. Jika bantalantidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruhsystem akan menurun atau tidak dapat bekerjasecara semestinya. Jadi bantalan dalam permesinandapat disamakan perannya dengan pondasi padagedung

Bantalan


Dalam memilih bantalan yang digunakan,perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut: Tinggi rendahnya putaran poros Jenis bahan yang digunaka Besar kecilnya beban yang dikenakan Kemudahan perawatan

Adapun analisa terhadap bantalan dilakukanuntuk menghitung umur bantalan berdasarbeban yang diterima oleh bantalan.

Bantalan


Perhitungan umur bantalan.Untuk setiap beban :L = dimana L = Dalam jutaan putaran

C= FL Beban bantalan

; di mana a =3 untuk bantalan pelura a = 10/3 untuk bantalan rol Tegangan geser maksimum

(kpsi)

Bantalan

,a

FC

a1

1

2

2

1

FF

LL

xyx 2

2

max 2


Umur bantalan yang menerima Nilai beban dasar Cr = F

F = Beban radial bantalan yang sebenarnya

Bantalan

a

g

D

R

D

nn

LL

1


Pulley Pulley merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsiuntuk mentransmisikan daya seperti halnya sprocket rantaidan roda gigi (Gambar 2.4). Puli pada umumnya dibuat daribesi cor kelabu FC 20 atau FC 30, dan adapula yang terbuatdari baja.Perkembangan pesat dalam bidang penggerak padaberbagai mesin perkakas dengan menggunakan motor listriktelah membuat arti sabuk untuk alat penggerak menjadiberkurang. Akan tetapi sifat elastisitas daya dari sabuk untukmenampung kejutan dan getaran pada saat transmisimembuat sabuk tetap dimanfaatkan untuk mentransmisikandaya dari penggerak pada mesin perkakas.

Bantalan


Keuntungan jika menggunakan puli : Bidang kontak sabuk-pulleyi luas, tegangan pulley

biasanya lebih kecil sehingga lebar puli bisa dikurangi. Tidak menimbulkan suara yang bising dan lebih tenang.

Gambar. Pulley

Bantalan


Transmisi Sabuk VJarak yang jauh antara dua buah poros sering tidak memungkkinkantransmisi langsung dengan roda gigi. Dalam hal demikian, cara transmisiputaran atau daya yang lain dapat di terapkan, di mana sebuah sabukluwes atau rantai dibelitkan sekeliling puli atau sprocket pada porosSabuk atau belt terbuat dari karet dan mempunyai penampungtrapezium. Tenunan, teteron dan semacamnya digunakan sebagai intisabuk untuk membawa tarikan yang besar. Sabuk V dibelitkan pada alurpuli yang berbentuk V pula. Bagian sabuk yang membelit akanmengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akanbertambah besar. Gaya gesekan juga akan bertambah karena pengaruhbentuk baji, yamg akan menghasilkan transmisi daya yang besar padategangan yang relatif rendah. Hal ini merupakan salah satu keunggulandari sabuk-V jika dibandingkan dengan sabuk rata

Bantalan


Sebagian besar transmisi sabuk menggunakan sabuk V karena mudahpenanganannya dan harganyapun murah. Kecepatan sabukdirencanakan untuk 10 sampai 20 (m/s) pada umumnya, dan maksimalsampai 25 (m/s). Dalam gambar 2.5 diberikan sebagai proporsipenampang sabuk V yang umum dipakai. Daya maksimum yang dapatditransmisikan kurang lebih 500 (kW). Di bawah ini ( gambar 2.5) dibahas tentang hal-hal dasar pemilihan sabuk-v dan puli

Gambar : Konstruksi dan ukuran penampangsabuk-V (Sularso, 1994: 164)

Bantalan


Pemilihan PulleyPemilihan pulley belt sebagai elemen transmisi didasarkanatas pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut : Dibandingkan roda gigi atau rantai, penggunaan sabuk lebih

halus, tidak bersuara, sehingga akan mengurangikebisingan.

Kecepatan putar pada transmisi sabuk lebih tinggi jikadibandingkan dengan belt.

Karena sifat penggunaan belt yang dapat selip, maka jikaterjadi kemacetan atau gangguan pada salah satu elementidak akan menyebabkan kerusakan pada elemen lain.

Bantalan


Rumus Dan PerhitunganPada mesin ini menggunakan sabuk-V sebagai penerus dayadari motor listrik ke poros, dapat dihitung dengan rumusperhitungan :

Perbandingan transmisi (Sularso, 1994 : 166)

n1 = putaran poros pertama (rpm) n2 = putaran poros kedua (rpm) d2 = diameter puli penggerak (mm) d2 = diameter puli yang digerakan (mm)

Bantalan


kecepatan sabuk

(m/s)

Dimana : V = kecepatan sabuk (m/s) d = diameter puli motor (mm) n = putaran motor listrik (rpm)

Panjang sabuk

Dimana : L = panjang sabuk (mm) - D1 = diameter puli penggerak (mm) C = jarak sumbu poros (mm) - D2 = diameter puli poros (mm)

Bantalan


Motor Listrik Motor Listrik berfungsi sebagai tenaga penggerak

minsalkan disini kita tengah merancang mesin pemarut, maka motor listrik berfungsi untuk memutar roll pemarut. Pengguanaan dari motor elektrik ini disesuaikan dengankebutuhan daya dari ,mesin pemarut tersebut, yaitu dayayang diperlukan dalam proses pemarutan.

Gambar : Motor Listrik

Bantalan


Jika n1 (rpm) adalah putaran dari poros motor listrik dan T (kg.mm) adalah torsi pada poros motor listrik, makabesarnya daya P (kW) yang diperlukan untuk menggerakkansistem adalah :

(Sularso, 1997)

Dimana : P = Daya motor listrik (kW) T = Torsi (kg.mm)

Bantalan

Terima KasihDarwin Sebayang

ppt konstruksi mesin [tm3]

Documents