PRAKTIKUM ELEMEN MESIN I

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Laporan ini merupakan pengaplikasian dari materi kuliah ke dalam permasalahan yang sebenarnya. Didalam Laporan ini berisi tentang penentuan bahan dan dimensi dari Poros Propeller Toyota Avanza. Penentuan bahan ini dilakukan untuk dijadikan tolak ukur sebagai bahan pertimbangan, bahan pertimbangan ini berdasarkan dengan beberapa teori dasar dan hasil dari analisa serta kesimpulan yang diperoleh dari hasil percobaan.Poros merupakan salah satu elemen mesin yang memegang peranan penting sebagai penerus daya bersama-sama dengan putaran. Oleh karena itu poros harus dirancang melalui suatu perhitungan sesuai dengan beban yang akan dialaminya. Pemilihan bahan yang digunakan sebuah komponen akan menjadi pertimbangan yang mendasar untuk menentukan dimensi sebuah poros yang akan menerima pembebanan.

Dalam hal ini penulis mengambil judul Poros Propeller Toyota Avanza, dikarenakan penulis telah mengetahui hal-hal yang apa saja yang dibutuhkan untuk merancang ulang poros tersebut dan telah mengetahui peran penting dari poros Propeller.

Sebenarnya alat ini tidak hanya digunakan pada Toyota Avanza saja, akan tetapi alat ini digunakan disemua mobil bahkan kereta api pun menggunakan alat ini sebagai penerus daya yang mengalami beban puntir murni.

Banyak faktor yang harus diperhatikan dalam pembuatan Poros Propeller ini, diantaranya adalah penentuan bahan, dimensi yang sesusai, kegunaanya dan lain-lain. Tetapi dalam makalah ini hanya memusatkan pembahasan pada penentuan material untuk komponen-komponen dari poros ini.

Beban yang bekerja pada poros umumnya adalah beban berulang, jika poros tersebut mempunyai roda gigi untuk meneruskan daya maka akan terjadi kejutan pada saat mulai atau sedang berputar. Beban tersebut dapat dianalisa berdasarkan pertimbangan-pertimbangan tertentu sesuai dengan teori yang tersirat dalam laporan ini.

Dalam pelaksanaan suatu tugas perancangan elemen mesin diperlukan usaha yang sungguh-sungguh untuk menunjang keberhasilan suatu perancangan. Selanjutnya diperlukan pula dasar-dasar perancangan serta pengalaman, sehingga dapat dihasilkan rancangan elemen mesin yang cukup berkualitas dan dapat dipertanggung jawabkan. Hal ini semua diperlukan karena mengingat banyak sekali faktor yang harus dipertimbangkan, baik dari segi fungsi, kegunaan, konstruksi, maupun segi keamanan.

1.2 Tujuan Perancangan

Pada Laporan ini akan dibahas penentuan dimensi utama poros propeller belakang Toyota Avanza. Tujuan yang akan dicapai adalah untuk menghitung :

dimensi poros

dimensi universal joint

kekuatan sambungan las

Dimana perancangan dilakukan sesuai dengan jenis bahan dan pembebanan yang dialami.1.3 Metodologi Metodologi penyusunan yang dipakai adalah Metodologi Deskriptif yang teknik operasionalnya sebagai berikut :

Observasi: Pengamatan secara langsung elemen-elemen atau komponen propeller sebagai studi komparatif dari studi literatur yang telah didapat saat kuliah dengan kenyataan sebenarnya.

Interview: Tanya jawab atau wawancara dengan orang-orang yang lebih mengetahui secara teknis seputar poros propeller.

Studi Literatur: Mempelajari literatur yang berhubungan dengan masalah terkait yang didapat dari dokumen-dokumen, buku-buku ataupun internet sebagai referensi.

Membandingkan data hasil pengukuran geometrik dan hasil perhitungan untuk membuat analisa.

1.4Ruang Lingkup Kajian

Dalam laporan ini ada batasan masalah yang meliputi parameter-parameter sebagai berikut :

momen puntir poros

tegangan geser yang diijinkan

dimensi poros

defleksi Poros

dimensi universal joint tegangan lentur dan tegangan geser maksimum universal joint pengecekan sambungan las.

1.5 Sistematika Pembahasan

BAB I : Pendahuluan, memberikan gambaran latar belakang dipilihnya poros sebagai obyek perancangan.

BAB II : Studi Literatur, teori dasar tentang poros berdasarkan jenis pembebanannya, menjelaskan hal-hal yang penting dalam perencanaan berupa penurunan rumus serta bahan-bahan yang biasa digunakan untuk pembuatan poros dan cara kerja dari poros itu sendiri.

BAB III : Perhitungan, membahas perhitungan dalam perancangan.

BAB IV: Analisa, pada bab ini dilakukan analisis terhadap hasil perancangan.

BAB V : Kesimpulan , menyajikan kesimpulan hasil perancangan poros.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Prinsip Kerja PorosPoros merupakan salah satu bagian terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersamasama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros.

Poros propeller bekerja untuk meneruskan daya putaran dari transmisi ke diferial dalam keadaan tidak dalam satu garis lurus. Dan putaran diteruskan dari transmisi ke poros propeller dan dari poros propeller ke diferensial melalui universal joint, universal joint berfungsi untuk eneruskan daya putaran yang dalam keadaan tidak satu garis.

2.1.1 Klasifikasi Poros

Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menuruut pembebanannya sebagai berikut :

Poros Transmisi

Poros tersebut mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau sproket rantai dan lainlain. Contoh pada mesin yang mengalami beban puntir murni yaitu gardan.

Poros Spindel

Poros spindel merupakan poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel.

Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya kecil, sebab apabila deformasinya besar benda kerja tidak akan silindris. Serta bentuk dan ukuran harus teliti. Poros spindel berhubungan langsung dengan benda kerja.

Poros Gandar

Poros seperti yang dipasang diantara roda-roda kertas barang, dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali digerakkan oleh penggerak mula dimana mengalami beban puntir juga. Menurut bentuknya, poros dapat digolongkan atas poros lurus umum, poros engkol sebagai poros utama dari mesin torak, dan lainlain. Poros luwes untuk transmisi daya kecil agar terdapat kebebasan dari perubahan arah, dan lainlain.

2.1.2 Poros Propeller pada Toyota Avanza

Propeller shaft memindahkan tenaga dari transmisi ke differential transmisi umurnnya terpasang pada chassis frame, sedangkan differential dan sumbu belakang rear axle disangga oleh suspensi sejajar dengan roda belakang. Oleh sebab itu posisi differential terhadap transmisi selalu berubah-ubah pada saat kendaraan berjalan, sesuai dengan permukaan jalan dan ukuran propeller shaft beban.

Propeller shaft dibuat sedemikian rupa agar dapat memindahkan tenaga dari transmisi ke differential dengan lembut tanpa dipengaruhi akibat adanya perubahan-perubahan tadi.

Untuk tujuan ini universal joint dipasang pada setiap ujung, fungsinya untuk menyerap perubahan sudut dari suspensi. Selain itu sleeve yoke bersatu untuk menyerap perubahan antara transmisi dan diferential.

Gambar 2.1 Perubahan transmisi dan diferentialPada umumnya propeller shaft dibuat dari tabung pipa baja yang memiliki ketahanan terhadap gaya puntiran atau bengkok. selain itu dipilih tabung pipa baja di karenakan luas penampang yang di perlukan lebih kecil jika dibandingkan dengan poros pejal, selain itu biaya yang harus di keluarkan lebih kecil jika digunakan poros yang pejal. Bandul pengimbang balance weight dipasang dibagian luar pipa dengan tujuan untuk keseimbangan pada waktu berputar. Pada umumnya propeller shaft terdiri dari satu pipa yang mempunyai dua penghubung yang terpasang pada kedua ujung berbentuk universal joint. Tipe propeller shaft dua bagian dengan tiga joint kadang-kadang menggunakan bearing tengah yang bertujuan untuk mengurangi getaran dan bunyi.2.2 Universal JointUniversaljoint, U sendi,Cardan joint, Hardy-Spicersendi, atau sendiHookeadalah joint dalam sebuah batang kaku yang dimungkinkan batang tersebut membengkok dalam segala arah, dan umumnya digunakan padarotary shaft( poros yang berputar ) yang mengirimkan gerakan ( putaran ). Terdiri dari sepasang engsel terletak berdekatan, berorientasi pada 90 untuk satu sama lain, dan dihubungkan dengan poros salib.

Gambar 2.2 Tipe cross joint2.2.1 Universal Joint solidFungsi universal joint ialah untuk meredam bahan sudut dan untuk melembutkan perpindhan tenaga dari transmisi ke differential. Universal joint ada dua tipe : universal join solid bearing cup yang dapat dibongkar dan sal joint tipe shell bearing cup yang tidak dibongkar.

Gambar 2.3 Universal jointKondisi jalan mempengaruhi kerja suspensi dan berakibat pada posisi differential selalu berubah-ubah terhadap transmisi. Universal joint dipakai untuk mengatasi kondisi tersebut agar poros selalu dapat berputar dengan lancar, sehingga universal joint harus mempunyai syarat : dapat mengurangi resiko kerusakan propeller saat poros bergerak naik/ turun, tidak berisik atau berputar dengan lembut, konstruksinya sederhana dan tidak mudah rusak. Jadi universal joint berfungsi untuk melembutkan pentransfer tenaga dari transmisi ke diferensial. Dimana konstruksi dari universal joint dimungkinkan berputar lembut dan tidak mudah rusak. Berikut Konstruksi Hook Joint :

Gambar2.4Konstruksi Hook JointPada umumnya poros propeller menggunakan konstruksi tipe ini, karena selain konstruksinya yang sederhana tipe ini juga berfungsi secara akurat dan konstan. Konstruksi hook joint adalah seperti ganbar di atas. Ada dua tipe hook joint yaitu shell bearing cup type dan solid bearing cup type. Pada tipe shell bearing cup universal joint tidak bisa dibongkar sedangkan pada tipe solid bearing cup bisa dibongkar. Ilustrasi konstruksi kedua tipe universal joint tersebut dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar2.5Konstruksi hook joint tipe shell bearing cup

Gambar 2.6Konstruksi hook joint tipe solid bearing cup2.2.2 Flexible JointFlexible joint terdiri dari karet kopling yang keras yang diletakkan diantara dua yoke berbentuk kaki tiga. Selama flexible joint tidak menghasilkan gesekan akan berputar lembut tanpa diperlukan pelumasan.

Gambar 2.7 flexible joint2.2.3Constant Velocity JointConstant velocity joint mempunyai keuntungan memindahkan putaran dan momen lebih lembut, dan mempunyai kerugian mahal karena desainnya komplit. Oleh karena itu jarang dipakai untuk penyambungan propeller shaft, tetapi lebih sering dipakai pada poros penggerak depan dari kendaraan penggerak roda depan atau poros penggerak belakang dari kendaraan dengan suspensi belakang independent.

Gambar 2.8 Constant Velocity Joint2.2.4 Penghubung Bola Peluru (Pot Joint)Kemampuan sudut dapat meneruskan tenaga/putaran pada sudut maksimum 50o (rata rata 30o). Penggunaan Pada suspensi independent. Pada aksel rigrid depan dengan penggerak roda (4 wheel drive). Sifat sifat Kerjanya lebih stabil (konstan).

Gambar 2.9 Penghubung Bola Peluru (Pot Joint)2.2.5 Trunion Joint

Model ini berusaha menggabungkan tipe hook joint dan slip joint, namun hasilnya masih dibawah slip joint sendiri, sehingga jarang digunakan. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar disamping.

Gambar 2.10 Trunion Joint2.2.6 Slip Joint

Bagian ujung poros propeller yang dihubungkan dengan poros output transmisi terdapat alur-alur untuk pemasangan slip joint. Hal ini memungkinkan panjangnya poros propeller shaft sesuai dengan jarak output transmisi dengan differential. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar disamping.

Gambar 2.11 Slip Joint2.2.7 Center BearingCenter bearing terdiri dari rubber bushing yang melindungi bearing dimana gerakannya menahan propeller shaft. Rubber bushing juga berfungsi untuk mencegah getaran yang mencapai bodi kendaraan. Dan hasilnya getaran atau bunyi dari propeller shaft pada kecepatan tinggi dapat dikurangi seminimal mungkin.

Gambar 2.12 Center BearingToyota Avanza merupakan kendaraan roda empat buatan Toyota Motor Co.,Ltd yang pada dasarnya dibuat untuk memenuhi pasaran kendaraan keluarga dengan dimensi kompak. Tidak seperti kendaraan sekelas lain yang pada saat ini mempunyai volume silinder yang besar, ada dua jenis mesin yang di produksi oleh Toyota yaitu 1300 cc dan 1500 cc. Hal ini disebabkan karena Toyota memang mengkhususkan diri membuat kendaraan ber-cc kecil.

Volume silinder yang kecil tidak membuat Toyota Avanza mengalami masalah besar dalam penggunaanya. Perbandingan gigi transmisi yang baik, dan dibantu oleh bodi dan rangka yang kompak dan ringan, kekurangan tersebut dapat diatasi. Toyota mengeluarkan dua versi dari Toyota Avanza yaitu: Toyota avanza

Gambar 2.13 Toyota Avanza Toyota Avanza veloz.

Gambar 2.14 Toyota Avanza VelozKarena Toyota Avanza merupakan kelas suv atau bahasa umumnya mobil keluarga. Pada dasarnya Toyota Avanza ini mempunyai 2 bagian poros propeller, yaitu:

Poros propeller tengah menyalurkan tenaga gerak dari Tarnsmisi ke poros yang kedua.poros yang pertama di topang dengan bearing center yang menempel pada chasis.

Poros propeller belakang menyalurkan tenaga dari poros pertama ke differensial belakang.

Gambar 2.15 Beberapa bentuk poros propeller pada kendaraan2.3 Hal-Hal Penting Dalam Merancang Poros Untuk merencanakan sebuan poros, hal-hal berikut ini perlu diperhatikan.

2.3.1 Kekuatan Poros

Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur atau gabungan antara puntir dan lentur, ada juga poros yang mendapat beban tarik atau tekan seperti pada poros turbin.

Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertingkat) atau bila poros mempunyai alur pasak harus diperhatikan, sehingga sebuah poros harus cukup kuat menahan beban yang terjadi pada poros tersebut.

2.3.2 Kekakuan Poros

Meskipun sebuah poros memiliki kekuatan yang cukup, tetapi jika lenturan defleksi puntirannya melebihi batas yang diizinkan maka akan mengakibatkan ketidaktelitian misalnya pada mesin perkakas atau getaran suara pada turbin dan gear box. Karena itu disamping kekuatan juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan jenis mesin yang akan menggunakan poros tersebut.2.3.3 Puntiran Kritis

Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada suatu harga putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa. Hal ini bisa terjadi pada turbin, motor torak silinder, motor listrik dan lainlain. Serta dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian lainnnya. Jika mungkin harus direncanakan sedemikian rupa sehingga putaran kerja lebih dari putaran kritis.

2.3.4 Korosi

Bahanbahan tahan korosi (termasuk plastik) dipilih untuk poros propeller dan pompa, bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. Demikian juga porosporos yang terancam kavitasi dan porosporos mesin yang berhenti lama, sampai barasbatas tertentu dapat pula dilakukan perlindungan terhadap korosi.2.3.5 Bahan Poros

Poros untuk mesin umum biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinishing, yaitu baja karbon konstruksi mesin yang dihasilkan dari igot yang di kill (baja yang dioksidasi dengan ferro silikon dan dicor)Meskipun demikian kelurusan poros ini agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang misalnya diberi alur pasak dan adanya tegangan sisa dalam terasnya. Penarikan dingin membuat permukaan poros menjadi keras dan kekuatannya bertambah.

Poros untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom, nikel, baja khrom nikel molibden, baja khrom, baja molibden dan lainlain. Meskipun demikian pemakaian baja paduan khusus tidak selalu diharuskan, alasannya hanya karena putaran tinggi, dan beban berat, dalam hal demikian perlu dipertimbangkan penggunaan baja karbon yang diberi perlakuan panas secara tepat untuk memperoleh kekuatan yang diperlukan. Porosporos yang bentuknya sulit seperti poros engkol banyak dibuat dari besi cor nodular atau coran lainnya. 2.4 Perumusan Masalah Perancangan Ulang Poros Propeller Belakang Toyota Avanza

2.5 Sambungan Las

Jenis sambungan tergantung pada faktor-faktor seperti ukuran dan profil batang yang bertemu di sambungan, jenis pembebanan, besarnya luas sambungan yang tersedia untuk pengelasan, dan biaya relatif dari berbagai jenis las. Sambungan las terdiri dari lima jenis dasar dengan berbagai macam variasi dan kombinasi yang banyak jumlahnya. Kelima jenis dasar ini adalah sambungan sebidang (butt), lewatan (lap), tegak (T), sudut, dan sisi, seperti yang diperlihatkan.

Gambar 2.16 Notasi las

Gambar 2.17 Jenis-jenis las2.5.1Sambungan SebidangSambungan sebidang dipakai terutama untuk menyambung ujung-ujung plat datar dengan ketebalan yang sama atau hampir sarna. Keuntungan utama jenis sambungan ini ialah menghilangkan eksentrisitas yang timbul pada sambungan lewatan tunggal. Bila digunakan bersama dengan las tumpul penetrasi sempurna (full penetration groove weld), sambungan sebidang menghasilkan ukuran sambungan minimum dan biasanya lebih estetis dari pada sambungan bersusun. Kerugian utamanya ialah ujung yang akan disambung biasanya harus disiapkan secara khusus (diratakan atau dimiringkan) dan dipertemukan secara hati-hati sebelum dilas. Hanya sedikit penyesuaian dapat dilakukan, dan potongan yang akan disambung harus diperinci dan dibuat secara teliti. Akibatnya, kebanyakan sambungan sebidang dibuat di bengkel yang dapat mengontrol proses pengelasan dengan akurat.2.5.2 Sambungan Lewatan

Sambungan lewatan merupakan jenis yang paling umum. Sambungan ini mempunyai dua keuntungan utama, yaitu:1. Mudah disesuaikan. Potongan yang akan disambung tidak memerlukan ketepatan dalam pembuatannya bila dibanding dengan jenis sambungan lain. Potongan tersebut dapat digeser untuk mengakomodasi kesalahan kecil dalam pembuatan atau untuk penyesuaian panjang.2. Mudah disambung. Tepi potongan yang akan disambung tidak memerlukan persiapan khusus dan biasanya dipotong dengan nyala (api) atau geseran. Sambungan lewatan menggunakan las sudut sehingga sesuai baik untuk pengelasan di bengkel maupun di lapangan. Potongan yang akan disambung dalam banyak hal hanya dijepit (diklem) tanpa menggunakan alat pemegang khusus. Kadang-kadang potongan-potongan diletakkan ke posisinya dengan beberapa baut pemasangan yang dapat ditinggalkan atau dibuka kembali setelah dilas.Keuntungan lain sambungan lewatan adalah mudah digunakan untuk menyambung plat yang tebalnya berlainan.2.5.3 Sambungan Tegak

Jenis sambungan ini dipakai untuk membuat penampang bentukan (built-up) seperti profil T, profil 1, gelagar plat (plat girder), pengaku tumpuan atau penguat samping (bearing stiffener), penggantung, konsol (bracket). Umumnya potongan yang disambung membentuk sudut tegak lurus. Jenis sambungan ini terutama bermanfaat dalam pembuatan penampang yang dibentuk dari plat datar yang disambung dengan las sudut maupun las tumpul.

2.5.4 Sambungan SudutSambungan sudut dipakai terutama untuk membuat penampang berbentuk kotak segi empat seperti yang digunakan untuk kolom dan balok yang memikul momen puntir yang besar.2.5.5 Sambungan SisiSambungan sisi umumnya tidak struktural tetapi paling sering dipakai untuk menjaga agar dua atau lebih plat tetap pada bidang tertentu atau untuk mempertahankan kesejajaran (alignment) awal. Seperti yang dapat disimpulkan dari pembahasan di muka, variasi dan kombinasi kelima jenis sambungan las dasar sebenarriya sangat banyak. Karena biasanya terdapat lebih dari satu cara untuk menyambung sebuah batang struktural dengan lainnya, perencana harus dapat memilih sambungan (atau kombinasi sambungan) terbaik dalam setiap persoalan.

2.6 Rumusan Perhitungan2.6.1 Momen Puntir

Momen puntir harus dimengerti terlebih dahulu sebelum kita melangkah lebih jauh. Tujuannya adalah untuk menghindari penafsiran yang menganggap bahwa momen dan kerja itu sama. Secara matematis momen dan kerja adalah sama. Karena persamaan yaitu gaya dikalikan dengan jarak (F x S). Tetapi secara fisis kerja dan momen berbeda, dalam kerja lintasannya berupa garis lurus sedangkan dalam momen lintasannya harus tegak lurus.

Gambar 2.18 Potongan melintang sebuah poros

Momen puntir yang dialami pada poros dapat dilihat dari penurunan persamaan :

.(2.1)

Dimana kerja dalam satu putaran = , jika dalam satu menit ada n putaran, maka daya dalam satu putaran adalah

.(2.2)

Dengan mengkonversikan satuan menit ke detik maka diperoleh persamaan :

( kg m/s ) .(2.3)

Dari definisi momen puntir adalah gaya yang terjadi dikalikan dengan jarak,

..(2.4)

maka :

(2.5)

sehingga

(kg mm) .(2.6)

Untuk langkah koreksi pada N diambil fc sebagai faktor koreksi. faktor koreksi ini tergantung jenis daya yang ditransmisikan.Tabel 2.1 Faktor-faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan (fc)Daya yang akan ditransmisikanFc

Daya rata-rata yang diperlukan

Daya maksimum yang diperlukan

Daya normal1,2 2,0

0,8 1,2

1,0 1,5

Sumber: Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978Maka :

T = k .

.(2.7)

dimana :

Pd = N x fc .(2.8)

T = Momen puntir ( kg mm )

Pd = Daya hasil koreksi (hp)

n = Jumlah putaran per menit (rpm)

2.6.2 Tegangan Geser yang Diizinkan

Poros propeller pada umumnya meneruskan daya melalui roda gigi. Dengan demikian poros propeller mendapatkan beban puntir, sedangkan tegangan geser yang diizinkan dapat ditentukan dari persamaan:

(a = .(2.9)

dimana :

= tegangan geser yang diizinkan

= kekuatan tarik yang dimiliki oleh suatu bahan poros

Sf1= faktor keamanan yang tergantung pada sifat dari bahan yang bersangkutan.

Gambar 2.19 Diagram tegangan-regangan tarik tipikal2.6.3 Diameter Poros

Diameter poros dapat ditentukan dari hasil perhitungan tegangan geser yang diizinkan, dimana tegangan geser yang diizinkan tegangan yang terjadi. Diameter poros dapat ditentukan dengan persamaan :

(a =

....(2.10)

(max =

...(2.11)

(a = = =

;

asumsi, a = 0,8

di = a.do

di4 = (a.do)4

maka ;

do min = (

= [

Gambar 2.20 Potongan melintang poros berongga

Jika yang ingin digunakan poros berongga maka persamaannya menjadi :

..(2.14)

dimana :

Do = diameter luar

Di = diameter dalam

Dengan demikian maka :

Tegangan puntir ..(2.15)

dimana :

Mp = Momen puntir = T

Ip =Inersia polar

C =1/2 D

Poros Berongga, maka

....(2.16)

(2.17)2.6.4 Menghitung Universal JointUniversaljoint, U sendi,Cardan joint, Hardy-Spicersendi, atau sendiHookeadalah joint dalam sebuah batang kaku yang dimungkinkan batang tersebut membengkok dalam segala arah, dan umumnya digunakan padarotary shaft(poros yang berputar) yang mengirimkan gerakan (putaran). Terdiri dari sepasang engsel terletak berdekatan, berorientasi pada 90 untuk satu sama lain, dan dihubungkan dengan poros salib.

Gambar 2.21universaljoint

Diameter Universal Joint dapat ditentukan dari hasil perhitungan tegangan geser yang diizinkan, dimana tegangan geser yang diizinkan tegangan yang terjadi. Diameter Universal Joint dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut : Tegangan Geser Maksimum

( = = ; v = gaya geser (mm2)

A = luas penampang universal joint Tegangan Lentur Maksimummax = ; M = momen punter (Torsi) (kg.mm)c = diameter universal joint.(mm)J = momen inersia polar.(mm4) Diameter Universal JointDengan menggunakan Teori Tegangan Geser Maksimum, dapat dituliskan sebagai berikut :

( = tegangan geser maksimum (kg/mm2)(max =

; = tegangan lentur maksimum (kg/mm2)=Dengan menggunakan cara trial and error, maka di peroleh harga dari diameter dari universal joint.2.6.5 Menghitung Sambungan Las Mengelas adalah menyambung dua bagaian logam dengan cara memanaskan sampai suhu lebur.dengan memakai behan pengisi. Dalam sambungan las ini, yang akan dibahas hanya bagaimana cara menghitung kekuatan hasil pengelasan saja. Sistim sambungan las ini termasuk jenis sambungan tetap dimana pada konstruksi dan alat permesinan, sambungan las ini sangat banyak digunakan. Untuk menghitung kekuatan sambungan las ini, disesuaikan dengan cara pengelasannya serta jenis pembebanan yang bekerja pada penampang yang dilastersebut.Dengan menggunakan Teori Tegangan Geser Maksimum, maka kekuatan sambungan las dapat di ketahui dengan persamaan sebagai berikut :

h

(las =

; Mp = T = memon punter (torsi)

r = jarak titik pusat poros ke kulit terluar poros ()

J = memon inersia polar

J = 0,707.h.Ju

Ju = 2

J = 0,707.h (2)(las =

BAB III

PERHITUNGAN

3.1 Perhitungan Poros Gardan

3.1.1 Data Spesifikasi Mesin

Data yang digunakan :

Daya (N)

= 104 Hp pada 6000 rpm

Momen putaran maksimum = 14,4 Kg.m pada 4000 rpm

3.1.2 Torsi (T)

Untuk menghitung Torsi maksimum, dengan asumsi Daya yang konstan maka dipilih putaran yang paling rendah, yaitu pada putaran 104 Hp Putaran mesin (input) pada 6000 rpm. Karena daya yang dipakai adalah daya maksimum, maka faktor koreksi (fc) yang digunakan adalah 1,2.

Pd (Daya yang direncanakan) = fc.P

= 1,2 (104)

= 124,8Hp

3.1.2.1 Torsi yang terjadiDiketahui:

Gear 1 = 1: 3,769

Gaer 2 = 1: 2,045

Gaer 3 = 1: 1,376

Gear 4 = 1: 1,000

Gear 5 = 1: 0,838

R = 1: 4,128

T = k . T = 71620. T = 51245,8 kg.mm

3.1.3 Perhitungan Diameter PorosDiketahui : cb = faktor lenturan

Kt = faktor koresi (jika terjadi kejutan atau tumbukan)

a = perbandingan diameter di terhadap do poros

T = 39065,454 Kg.mm

a = 0,8

cb = 1

kt = 1,5

Dalam perancangan poros propeller Toyota Avanza di asumsikan bahan yang digunakan ST 37, yang memiliki kekuatan tarik sebesar

3.1.3.1 Tegangan Geser yang Dizinkan

Dimana faktor keamannya :

Maka tegangan geser yang diizinkan :

kg/mm23.1.3.2 Perhitungan Diameter Poros

(max =

; (a = Tegangan ijin poros = 6,16 kg/mm2T = Torsi propeller = 51245,8 kg.mm

Ip = Momen Inersia (mm4 )

C = Jari jari propeller (mm)

(a = = =

= =

;

asumsi, a= 0,8

di = a.do

di4 = (a.do)4do min = (= [= = 20,24 mm

di = a.do =0,8.(20,24)

di = 16,192 mmdalam perancangan ini, diameter luar yang dipilih sebesar 63mm. diameter tersebut diesesuaikan dengan data yang ada (63 mm > 20,24 mm). Sehingga diameter dalamnya adalah :

di = a.do

di = o,8.(63)

= 50,4 mmPemeriksaan Tegangan geser yang terjadi, adalah :

( = = =

= = 1,768 kg/mm2Berdasarkan hasil perhitungan yang diperoleh, maka Tegangan yang terjadi (( = 1,768 kg/mm2) lebih kecil dari tegangan geser yang sebenarnya sebesar ((a = 6,16 kg/mm2).

sehingga (( = 6,16 kg/mm2 > (a = 1,768 kg/mm2). AMAN.3.2 Perhitungan Universal JointY

F2y

F1x

X

F1x

F2y

3.2.1 DBB Universal Joint Dapat Disederhanakan

F1x

L= 59 mm

F1x= 51245,8 kg . mm

a b

M x

a b

x

x

59 mm

F1x

3.2.2 DBB Potongan

DBB potongan (a-a) F1x

M

+ Fy = 0 ;

N

-V+F1x=0

V

V= F1x= 51245,8 kg.mm

DBB potongan (b-b)

M

+ M = 0 ;

-M+F1x.(x)=0

N

-M+F1x(=0

V

M = 51245.8(F1x

= 1511751.1 kg.m

Diagram Momen Lentur M

F1x(

(+)

0

X

(-)

F1x(3.2.3 Tegangan Geser Maksimum

( = = = = 48,18 kg.mm3.2.4 Tegangan Lentur Maksimummax =

= 3.2.5 Diameter Universal JointDiketahui,

Bahan, SNCM 25, u = 120 kg/mm2

Sf = 6

(a = = 20 kg/mm2Dengan menggunakan Teori Tegangan Geser Maksimum, dapat dituliskan sebagai berikut :

(max = 20 kg/mm = = (20)2 = d = 42,5 mmDengan menggunakan cara trial and error, maka di peroleh harga dari diameter seperti pada tabel berikut :Tabel 3.1 Hasil perhitungan dengan menggunakan cara trial and errord (mm)( (kg/mm2)

351290

40579

42432,31

42,5402,68

42,4408,41

Sumber: hasil perhitungan, 2013

3.3 Perhitungan Sambungan Las

6,3

t

`r

Dipilih lebar las sama dengan tebal pipa,yaitu 6,3mm

.

(las =

; Mp = T = 51245,8 kg.mm

r = 31,5 mm.

J = 0,707.h.Ju

= 0,707.h (2)

(las =

= = = 1,846 kg/mm2

(a = 6,16 kg/mm2Dalam sambungan las yang akan didesain, kekuatan kawat yang akan diambil memiliki kekuatan sama dengan bahan induk (poros).

(a(las) < (a(poros), sebesar 1,846 kg/mm2 < 6,16 kg/mm2 AMAN.

BAB IV

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Agar poros yang direncanakan mampu menahan terjadinya defleksi akibat puntiran, maka tegangan geser maksimum yang seabenarnya poros harus lebih kecil atau sama dengan tegangan geser yang diijinkan.

Dari hasil perhitungan penentuan dimensi utama poros propeller, memang terdapat beberapa penyimpangan dibandingkan dengan keadaaan yang sebenarnya. Penyimpangan yang terjadi ini kerena dalam perhitungan yang diameter poros yang dihitung adalah diameter minimum poros yang dapat menahan beban maksimum yang terjadi. Tetapi secara umum dapat disimpulkan bahwa hasil perancangan poros propeller masih aman untuk di gunakan pada Toyota Avanza.

Satu hal yang perlu ditekankan bahwa dalam suatu perancangan ada faktor yang sangat penting dalam menunjang keberhasilan suatu proses perancangan yaitu pengalaman dalam merancang. Dengan pengalaman yang cukup banyak, maka seorang perancang dapat mengambil faktor-faktor berdasarkan beberapa asumsi yang tepat sedemikian rupa sehingga rancangannya optimal. Namun demikian dalam menilai suatu proses perancangan, secara umum kita tidak dapat membenarkan atau menyalahkan suatu hasil perancangan karena tergantung oleh banyaknya variabel serta dilakukannya beberapa pembulatan terhadap hasil perhitungan.

Semua hasil perhitungan ini menunjukkan bahwa poros yag direncanakan telah memenuhi syarat untuk dibuat dan dioperasikan.

BAB V

KESIMPULANBerdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan spesifikasi poros propeller belakang hasil penentuan yang digunakan pada Toyota Avanza, adalah sebagai berikut :

1. Poros Propeller Bahan ST 37

Daya pada mesin= 104 Hp Momen puntir rencana (T)= 51245.8 kg mm

Diameter poros luar (do) = 20.24 mm

Diameter poros dalam (di) = 16.192 mmBerdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan spesifikasi universl joint hasil penentuan yang digunakan pada Toyota Avanza, adalah sebagai berikut :

2. Universal joint Bahan (JIS G 4103) SNCM 25 Diameter universal joint (ds) = 42.5 mm

Panjang universal join (L) = 59 mm

Tegangan lentur maksimum (max) = 401,38 kg.mm

Tegangan geser maksimum (() = 48,18 kg.mm

Berdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa kekutan sambungan las pada poros propeller hasil penentuan yang digunakan pada Toyota Avanza, adalah sebagai berikut :

3. Kekuatan sambungan las

Tegangan geser yang di ijinkan pada bahan ((a) = 6,846 kg/mm2 Tegangan geser las yang sebenarnya ((las) = 1,846 kg/mm2Dalam sambungan las akan diambil kekuatan kawat sambungan las sama dengan bahan induk (poros).

(a(las) < (a(poros), sebesar 1,846 kg/mm2 < 6,16 kg/mm2 AMAN.

DAFTAR PUSTAKA1. Sularso dan Suga, K. 1987. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta : P.T. Pradnya Paramita.

2. Niemann, G alih bahasa Budiman, Anton dan Priambodo, Bambang. 1992. Elemen Mesin, Desain dan Kalkulasi dari Sambungan, Bantalan dan Poros Jilid 1. Jakarta : Erlangga.

3. Spotts, M.F. 1985. Design of Machine Elements, 6th Edition. Englewood Cliffs : Prentice Hall International, Inc.

4. Dieter,George E alih bahasa Djaprie, Sriati. 1986. Metalurgi Mekanik. Jakarta: Erlangga.

5. Sato, G. Takeshi dan Hartanto, N. Sugiarto. 1989. Menggambar Mesin Menurut Standar ISO. Jakarta : P.T. Pradnya Paramita.

6. Popov, E.P. 1981. SI Version Mechanics Of Materials 2nd Edition. Englewood Cliffs : Prentice Hall International, Inc.

LAMPIRAN

Lampiran 1 : Faktor-faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan, fcDaya yang akan ditransmisikanfc

Daya rata rata yang diperlukan

Daya maksimum yang diperlukan

Daya normal1,2 2,0

0,8 1,2

1,0 1,5

Lampiran 2 : Baja paduan untuk poros

Lampiran 3 : Baja karbon untuk kontruksi mesin dan baja batang

yang difinis dingin untuk poros

Lampiran 4 : Penggolongan baja secara umumGolonganKadar C %

Baja lunak

Baja liat

Baja agak keras

Baja keras

Baja sangat keras- 0,15

0,2 0,3

0,3 0,5

0,5 0,8

0,8 1,2

Lampiran 5 : Standar baja

ToyotaDipasarkan oleh dealer resmi Toyota di Indonesia yaitu Auto2000, Tunas Toyota, Nasmoco dan Astrido Toyota.Lampiran 6 : Spesifikasi kendaraan mesin.

MesinK3-VE3SZ-VE

semuanyamesin bensinsemuanya tersedia dalam transmisi manual ataupun otomatis

Tipe mesin4 silinder segaris, 16-katup DOHC,VVT-iEFI4 silinder segaris, 16-katup DOHC,VVT-iEFI

Isi silinder (cc)1.298 (1.300)1.495 (1.500)

Diameter x langkah (mm x mm)72 x 79.772 x 91.8

Daya maksimum (PS/rpm)92/6000104/6000

Torsi maksimum (kgm/rpm)12.2/400014.4/4000

Dipakai diAvanza 1.3 E dan 1.3 GAvanza 1.5 S

START

2. Faktor Koreksi fc

b

8. Diameter poros ds (mm)

7. Faktor koreksi lenturan (Kt)

Faktor koreksi puntiran (Cb)

6. Tegangan geser yang diizinkan

a (kg/mm2)

5. Bahan poros

Kekuatan tarik b (kg/mm2)

Faktor keamanan Sf1 Sf2

4. Momen rencana

T (kg mm)

3. Daya rencana Pd (kW)

1. Daya yang ditransmisikan P (kW)

Putaran poros n (rpm)

15. Diameter poros ds (mm) & D1=(Do1 & Di1)

Bahan poros

Dimensi pasak

Bahan pasak

Diameter poros D2=(Do2 & Di2)

14. :

13. Defleksi puntiran

10. Dimensi pasak

9. Bahan pasak

Penampang pasak b x h

Kedalaman alur pasak t1(mm) & t2(mm)

Tegangan geser yang terjadi

STOP

END

12. Diameter poros D2 =(Do2 & Di2)

11. Bahan poros

Kekuatan tarik b (kg/mm2)

Faktor keamanan Sf1 Sf2

b

n

R

Tegangan (s)

Regangan (e)

syield

smaksimum/ultimatte

Patah

sf

su

= daerah tegangan geser yang diizinkan ((a )

Di

Do

30 JURUSAN TEKNIK MESIN ITENAS

_973285674.unknown

_1080525928.unknown

_1080889797.unknown

_1436036072.unknown

_1436036073.unknown

_1436425726.unknown

_1436036070.unknown

_1080532211.unknown

_1080887725.unknown

_1080527446.unknown

_1080532184.unknown

_1080527298.unknown

_1080525403.unknown

_973288248.unknown

_973288724.unknown

_973285506.unknown

_973285577.unknown

_973285412.unknown