tugas elmes ii roda gigi salman cs

16
11 Oktober 2012 Disusun oleh : 13110001 Muhammad Maulana Yusuf 13110042 Salman Adri Satrio 13110078 Ichwan Prasetya Adrianto 13110099 Mochamad Renaldi Teknik Mesin ITB TUGAS ELMES II PERANCANGAN ULANG TRANSMISI MOTOR SERVO

Upload: muhammadkamalw

Post on 19-Jun-2015

1.101 views

Category:

Documents


11 download

TRANSCRIPT

Page 1: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

Disusun oleh :

13110001 Muhammad Maulana Yusuf13110042 Salman Adri Satrio 13110078 Ichwan Prasetya Adrianto13110099 Mochamad Renaldi

tugas elmes ii perancangan ulang transmisi motor servo

Page 2: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

1. PendahuluanNilai Safety Factor pada elemen mesin sangatlah penting untuk diperhatikan, karena dengan nilai Safety Factor yang relatif kecil bisa menyebabkan terjadinya kegagalan mekanik pada elemen tersebut. Nilai Safety Factor ideal adalah 1, nilai di bawah angka 1 adalah tidak aman. Akan tetapi dibutuhkan nilai yang lebih besar beberapa kali lipat untuk mengantisipasi kegagalan mekanik akibat beban operasi yang berlebihan. Untuk mendapatkan nilai Safety Factor yang diinginkan, maka harus dilakukan pemilihan material yang sesuai.

2. TujuanMenentukan material yang sesuai untuk nilai Safety Factor 4.

3. Ruang Lingkup MasalahMendesain ulang roda gigi lurus pada gearbox motor servo merk Dynamixel tipe AX-18A.

Page 3: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

4. BatasanDengan meninjau tujuan, kami membatasi perancangan hanya untuk pinion yang terhubung dengan aktuator dan gear pasangannya. Batasan tersebut sudah bisa menjawab tujuan kami dan untuk mempermudah analisis kami.

5. Metodologi Kerja1. Mendapatkan data-data yang dibutuhkan, seperti :

Jarak pusat gear dengan pinion, diametral pitch, daya, torsi dan, kecepatan putar aktuator.Pada Gear : jumlah gigi, diameter pitch dan facewidth gearPada Pinion : jumlah gigi, diameter pitch dan facewidth pinionDan juga besaran-besaran lainnya yang mengacu pada dimensi roda gigi.

2. Menganalisis DBB gear dan pinion untuk mendapatkan transmitted load.3. Menganalisis tegangan yang terjadi pada kaki roda gigi (tegangan bending dan tegangan

surface) dengan metode AGMA.4. Menentukan nilai Safety Factor yang kami desain.5. Mencari nilai strength fatigue.6. Menentukan material yang sesuai dengan strength fatigue.

Page 4: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

6. DataData Pada Spesifikasi Motor Serfo dan Pustaka.

Torsi aktuator (T) 1.8 NmKecepatan putar aktuator (n) 97 rpmGear Reduction 254:1Sudut Tekan (Ø) 20°

Data roda gigi

(Satuan dalam mm) Pinion GearJumlah gigi (N) 11 teeth 49 teethDiameter atas (Du) 3.21 12.44Diameter base (Db) 2.04 11.72Face width (F) 1.50 2.80

7. AnalisisAnalisis terdiri dari atas

I. Analisis dimensi pada pinion dan gear.II. Analisis Transmitted Load pada roda gigi.

III. Analisis tegangan bending yang bekerja pada kaki pinion dan gear.IV. Analisis tegangan surface yang bekerja pada kaki pinion dan gear.V. Analisis Safety Factor untuk tegangan bending dan surface.

I. Analisis dimensi pada pinion dan gear

Diameter pitch pinion=Dpg= Dbpcos∅

= 2.04cos20

=2.171mm

Diameter pitchgear=Dpp= Dbgcos∅

= 11.72cos 20

=12.472mm

module=m= DpNp

=DgNg

Persamaan di atas berlaku jika penggukuran mendapatkan hasil yang akurat dan tidak ada kesalahan pembulata pada kalkulator.

mp= DpNp

=2.17111

=0.197mm

mg= DgNg

=12.47249

=0.254mm

m≠mp≠mg

Page 5: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

Hal ini terjadi karena ada keterbatasan dalam proses pengukuran dan perhitungan. Oleh karena itu, untuk perhitungan nilai module ditentukan oleh nilai module yang terbesar, yakni module gear.

m=0.254mm

circular pitch (p)=πm=π 0.254=0.798mmadenddum(a)=m=0.254mmdeddendum(b)=1.25m=1.25×0.254=0317mm

tooth thickness(t)= p2=0.798

2=0.399mm

clearance (c )=b−a=0.317−0.254=0.063mmbase pitch (pb)=pcos∅=0.798cos20=0.749mm

II. Analisis Transmitted Load pada roda gigi

DBB :

Tinjau pinion Tp=1.8Nm

Page 6: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

Transmitted load=Wt=F21 t= TpDp2

= 1.8

2.171×10−3

2

=1658.222N=372.801 lbf

III. Analisis tegangan bending yang bekerja pada kaki pinion dan gear Asumsi : 1. Teeth sesuai standard AGMA full-depth profile2. Load dan source seragam3. Gear quality index, Qv = 64. Asumsikan mb (back up ratio = 1)5. Yj = Yp = 0.33

Formula tegangan bending metode AGMA :

σ=Wt .Ko .Kv .Ks . Kh .Kb1

b .m .Yj

1. Overload factor, Ko

Dengan asumsi nomor 2, maka Ko=1

Page 7: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

2. Dynamic factor, Kv

B=0.25 (12−Qv )23=0.25 (12−6)

23=0.825

A=50+56 (1−B )=50+56 (1−0.825 )=59.8

V= Dp2

np=2.171mm2 |10−3m1mm |97 rev

min|2π .1min1 rev .60 s|=0.011ms

Kv=( AA+√200 v )

B

=0.979

3. Size Factor, KsAGMA merekomendasikan Ks = 1

4. Load Distribution factor, KhKarena face width pinion dan gear kurang dari 50mm maka Kh = 1.60

5. Rim Thickness factor, KbDengan menggunakan asumsi nomor 4 didapatkan Kb = 1.00

6. Bending strength geometry factor, YjKarena tidak dapat melakukan interpolasi pada tabel di atas, digunakan asumsi nomor 5

Setelah didapatkan semua data untuk diisikan pada formula tegangan bending, maka didapatkan :

σbp=Wt .Ko .Kv .Ks . Kh .Kb1

bg .m .Yjp=11.53GPa

σbg=Wt .Ko . Kv .Ks . Kh .Kb1

bp .m .Yjg=21.52Gpa

IV. Analisis tegangan permukaan (surface stress) yang bekerja pada kaki pinion dan gear

Tegangan Permukaan Pada Gearbox Servo motor Dynamixel AX-18A

Analisis Tegangan permukaan (Bending Surface Stress) menggunakan rumus sebagai berikut:

σ c=Ze √W t KoK vK sK H

ZR

Z I d

Asumsi yang digunakan untuk rumus diatas adalah:

- Teeth AGMA Full Depth Profile- Load dan Material seragam- Qv (kualitas index) = 6

Page 8: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

1. Ze (Elastic Coefficient)Ze meruapakan konstanta yang berhubungan dengan material benda dalam hal ini pasangan gear dan pinion yang akan dianalisis. Material yang digunakan adalah Engineering Plastic . Karena di tabel 14-8 (Physical Constan Material ) nilai konstanta material diatas tidak ditemukan, maka untuk nilai konstanta akan diasumsikan sebagai material steel dengan Elastic coefficient = 191 √Mpa

2. W t(Transmission Load)

W t=F21t =

T p

D p

2

= 1.82.171×10−3

2

=1658.222N

3. Ka (Aplication Factor)

Page 9: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

Servo motor termasuk electric motor sehingga Ka=1

4. KH (Load Distribution Factor) KH=1.6

5. Ko (Koefisien Overload)Ko= 1

6. K s (Size Factor)K s=1

7. K v (Velocity Factor)Untuk mendapatkan nilai Kv digunakan asumsi awal yaitu Qv=6, nilai ini disubstitusikan ke persamaan berikut ini:

V t=D p

2ωp=

2.1712

.97 .2π60

=11mms

Keterangan: D p = Diameter Pitchω p= kecepatan sudut poros pinion

Dengan asumsi yang telah dituliskan diatas maka:

B = (12−Qv )23

4 = (12−6)

23

4 = 0.826

A = 50 + 56(1-B) = 50+56(1-0.826) = 59.745Sehingga diperoleh Velocity factor

K v=( A+√200VA )

B

=( 59.745+√200.11 .10−3

59.745 )0.826

=1.020

8. Surface Geometry Factor

I= cosθ

( 1ρ1+ 1ρ2 )D p

Dengan :

ρ1=√(r p+1+X p

Pd)2

+(r p cosθ )2− πpd

cosθ

ρ2=C sinθ∓ ρ1

Keterangan : C = Center of distance

Page 10: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

Dp = diameter pitch pinion

rp = radius pitch pinion

xp =pinion addendum coefficient

Pd = diametral pitch

= pressure angle

Dengan asumsi diatas yaitu Full depth teeth maka xp=0

PINION

ρ1=√(1.0855+0.254 )2+(1.0855cos20 )2−п .0.254 .cos 20 = 0.1183

ρ2=( 2.171+12.7422 )sin 20−0.1183=0.048

Sehingga I pinion diperoleh

I= cos20

( 10.1183

+ 12.3857 )2.171

=0.048

GEAR

ρ1=√(6.236+0.254 )2+(6.236 )2−п .0 .254 .cos20 = 2.039

ρ2=( 2.171+12.7422 )sin 20−2.039=0.465

Sehingga I pinion diperoleh

I= cos 20

( 12.039

+ 10.465 )12.472

=0.028

Sehingga diperoleh

σ cp=191√ 1658.222×1×1.6×1×11.5×10−3×0.048×2.171×10−3×1.020

= 246.38722 MPa

Page 11: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

σ cp=191√ 1658.222×1×1.6×1×11.5×10−3×0.028×12.472×10−3×1.020

= 134.9814MPa

Mencari safety factor

Dari rumus berikut :

Sfc=CLCH

CTCR

S' fc

S’Fc dipilih dari jenis material baja grade 2 (AGMA) karena material jenis plastic tidak diketahui.

S’Fc = 813.77 Mpa

CL= 0.894

CT= 1

CR= 1

CH = 1

Sehingga Sfc = 0.8904x813.77= 724.589

Dari data ini akan didapat safety factor untuk tegangan permukaan

SF Pinion = Np=SFCσ p

=724.589246.387

=2.94

Page 12: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

SF Gear = Ng=SFCσ p

= 724.589134.9814

=5.36

V. Analisis Safety Factor untuk tegangan bending dan surface

1. Safety Factor untuk tegangan bending

SFb=Sfbσb

SFb×σb=Sfb, dan Sfb=Kl

KtKrS ' fb

S ' fb=SFb .σb. Kt . KrKl

SFb yang diinginkan adalah 4 Asumsi Reliability 0.99, maka Reliability factor = Kr = 1.00 Temperature operasi dibawah 250°F, maka temperatur faktor = Kt = 1.00 Life Factor, Kl

Asumsi jumlah putaran untuk required life 1 tahun, satu shift

cycles=97 rpm( 60minhr )( 2080hrshift . year ).1 year .1 shift=12105600

diketahui Kl=1.6831 ¿

Maka Strength fatigue pinion, S' fbp=SF .σbp .Kt . Kr

Kl=46.79GPa

Dan Strength fatigue gear, S' fbg=SF .σbg .Kt . Kr

Kl=87.34GPa

2. Safety Factor untuk tegangan surface

Page 13: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

SFc= Sfcσc

SFc×σc=Sfc, dan Sfc=Cl .ChCt .Cr

S ' fc

S ' fc=SFc .σc .Ct .CrCl .Ch

SFc yang diinginkan adalah 4 Asumsi Reliability 0.99, maka Reliability factor = Cr = 1.00 Temperatur faktor = Ct = Kt = 1.00 Asumsi Ch = 1 Life Factor, Kl

Asumsi jumlah putaran untuk required life 1 tahun, satu shift

cycles=97 rpm( 60minhr )( 2080hrshift . year ).1 year .1 shift=12105600

Comercial gear, maka Cl=2.466¿

Maka Strength fatigue pinion, S' fcp=SF .σcp .CtCr

ClCh=535.60Mpa

Dan Strength fatigue gear, S' fcg= SF .σcg .Ct .Cr

ClCh=293.43MPa

8. KesimpulanNilai S’fcp dan S’fcg yang diperoleh dari perhitungan dan dibandingkan dengan tabel diperoleh grade material sebagai berikut

Page 14: Tugas elmes ii roda gigi salman cs

Bila dibandingkan dengan material pasangan gear dan pinion ternyata berbeda hal ini dikarenakan:

- Pasangan gear dan pinion terbuat dari material yang berbeda, pinion dari steel dan gear terbuat dari plastik.

- Asumsi yang digunakan terlalu tinggi dibandingkan dengan material yang digunakan.- Pengambilan Asumsi ini dilakukan karena tidak adanya data material dalam tabel.

Untuk memperoleh hasil yang mendekati seharusnya asumsi yang diambil dikurangi.