Elemen Mesin (Rem) [PDF]

Citation preview

Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



BAGIAN I REM



Fungsi rem adalah menghentikan putaran poros, mengatur putaran poros, dan juga mencegah putaran yang tidak dikehendaki. Efek pengereman secara mekanis diperoleh dengan gesekan, dan secara listrik dengan serbuk magnit, arus pusar, fasa yang dibalik, arus searah yang dibalik, atau penukaran katup, dll. Rem gesekan yang umum digunakan dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Rem blok a. Blok tunggal b. Blok ganda 2. Rem drum 3. Rem cakera 4. Rem pita



A. REM BLOK TUNGGAL Rem blok tunggal adalah jenis yang paling sederhana, yang terdiri dari satu blok rem yang ditekan terhadap drum rem.



Biasanya pada blok rem tersebut pada permukaan geseknya dipasang lapisan rem atau bahan gesek yang dapat diganti bila telah aus. Jika gaya normal atau gaya tekan blok terhadap drum adalah



, koefisien gesek adalah µ, dan 1



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



gaya gesek yang ditimbulkan pada rem adalah Ft (N), dimana keterangan gambar adalah :



Maka,



Momen T yang diserap oleh drum rem adalah :



Perlu diketahui bahwa, jika sudut kontak kurang dari 60°, maka dapat diasumsikan bahwa tekanan normal antara blok dan drum adalah seragam.



Ada tiga kasus dalam rem blok tunggal :



Kasus pertama : Jika panjang tuas rem adalah l, jarak engsel tuas sampai garis kerja RN adalah x, dan gaya yang diberikan kepada tuas adalah P, dan jika garis kerja gaya Ft melalui engsel tuas seperti ditunjukkan pada gambar 1.1, maka dari keseimbangan momen pada titik tumpuan O, akan diperoleh :



Torsi pengereman :



Besarnya torsi searah/berlawanan jarum jam adalah sama.



2



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Kasus kedua : Jika engsel tuas terletak di luar garis kerja gaya Ft, maka persamaan diatas menjadi agak berbeda. Dalam hal ini engsel di geser menjauhi sumbu poros sejauh



seperti gambar 1.2, maka untuk putaran searah jarum jam, persamaan



keseimbangan momen pada titik tumpuan O berbentuk sebagai berikut :



Atau Torsi pengereman :



Untuk putaran berlawanan dengan jarum jam,



Atau



Torsi pengereman :



3



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Kasus ketiga Bila engsel menjauhi garis kerja gaya Ft, dengan jarak



dalam arah mendekati



sumbu poros, maka untuk arah putaran sesuai dengan jarum jam,



Atau



Torsi pengereman :



Untuk putaran berlawanan dengan jarum jam,



Atau



Torsi pengereman :



4



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Catatan : 1. Dari ketiga kasus diatas dapat dilihat bahwa untuk mendapatkan gaya pengereman yang sama, besarnya gaya P berbeda dan tergantung pada arah putaran. Dilihat dari persamaan diatas ketika drum rem berputar berlawanan arah jarum jam dalam kasus 2 (gambar 1.2.b) dan ketika berputar searah jarum jam dalam kasus 3 (Gambar. 1.3.a), persamaan (i) dan (ii) adalah sama, yaitu RN × x = Pl + μ.RN. Dari persamaan tersebut dapat dilihat bahwa momen gaya gesekan (μ. RN. ) ditambahkan ke momen gaya (P.l). Artinya, gaya gesek membantu untuk menerapkan rem, tipe rem seperti dinamakan self energizing brakes.. Ketika Gaya gesekan cukup besar untuk menerapkan rem tanpa gaya eksternal, maka model rem tersebut dinamakan self-locking brake. Dari ekspresi di atas, kita melihat bahwa jika x ≤ μ. , maka P akan negatif atau sama dengan nol. Ini berarti tidak ada gaya eksternal yang dibutuhkan untuk menerapkan rem sehingga rem akan melakukan penguncian sendiri. Oleh karena kondisi self-locking brake adalah x ≤ μ. . 2. Dalam perancangan rem seharusnya self energizing bukan self-locking. 3. Untuk menghindari self-locking, x harus lebih besar dari μ.a. 4. Jika Ab adalah daerah permukaan blok, maka tekanan bantalan di blok, Pb = RN / Ab Ab = Lebar sepatu (blok) × panjang proyeksi sepatu (blok) = w (2r sin θ)



Dalam perencanaan rem, persyaratan terpenting yang harus dipenuhi adalah besarnya momen pengereman yang harus sesuai dengan yang diperlukan. Disamping itu, besarnya energy yang diubah menjadi panas harus pula diperhatikan, terutama dalam hubungannya dengan bahan gesek yang dipakai. Pemanasan yang berlebihan bukan hanya akan merusak bahan lapisan rem, tetapi juga menurunkan koefisien gesekannya. 5



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Drum rem biasanya dibuat dari besi cor atau baja cor. Bahan rem harus memenuhi persyaratan keamanan, ketahanan, dan dapat mengerem dengan halus. Disamping itu juga harus mempunyai koefisien gesek yang tinggi, keausan kecil, kuat, tidak melukai permukaan drum, dan dapat menyerap getaran.



Gambar 1.4. Contoh rem blok



Sebelumnya dijelaskan bahwa ketika sudut kontak kurang dari 60 °, maka dapat diasumsikan bahwa tekanan normal antara balok dan roda adalah seragam. Tapi ketika sudut kontak lebih besar dari 60 °, maka torsi pengereman untuk memutar blok rem (yaitu ketika 2θ> 60 °) adalah



Dimana



6



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Tabel 1.1 koefesien gesek dan tekanan rem.



Contoh permasalahan : 1. Sebuah rem blok tunggal ditunjukkan pada Gambar. 1.6. Diameter drum adalah 250 mm dan sudut kontak adalah 90 °. Jika gaya yang diberikan pada akhir tuas sebesar 700 N dan koefisien gesekan antara drum dan lapisan adalah 0,35. Tentukan torsi yang dapat ditransmisikan oleh rem blok.



7



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Jawab : Diketahui : d = 250 mm  r = 125 mm 2θ = 900 = P = 700 N μ = 0,35 Karena sudut kontak lebih dari 600, maka koefesien geseknya setara dengan :



Dengan memperhatikan gambar, bahwa momen berada dibawah titik tumpuan O, sehingga :



Sehingga, torsi yang dapat ditransmisikan oleh rem blok adalah,



8



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



2. Rem blok, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.7, memiliki torsi pengereman 360-mN. Diameter rem drum adalah 300 mm. Koefisien gesekan 0,3. Tentukan : a. Gaya (P) yang akan diterapkan pada akhir tuas untuk rotasi searah jarum jam searah jarum jam dan berlawanan jarum jam dari drum rem; dan b. Lokasi pivot atau titik tumpu dengan blok rem sehingga konstruksi dapat mengunci sendiri (self-locking) tanpa diberikan gaya (P), untuk rotasi searah jarum jam dari rem drum (besarnya x).



Jawab :



μ = 0,3 a. Untuk :  Gaya (P) untuk searah jarum jam ditunjukkan sesuai gambar 1.8 Kita dapat mencari berdasarkan torsi rem :



9



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Untuk mencari besarnya gaya (P), digunakan momen kesetimbangan di titik O







Gaya (P) untuk berlawanan arah jarum jam ditunjukkan sesuai gambar 1.9



b. Jarak titik tumpuan dengan blok rem (x), searah jarum jam dapat dilihat pada gambar 1.8. yaitu :



Untuk membuat rem self-locking, Ft



x



x harus sama dengan RN x 200. Sehingga



P harus sama dengan nol. Sehingga,



B. REM BLOK GANDA Rem blok tunggal kurang menguntungkan karena drum mendapat gaya tekan hanya satu arah hingga menimbulkan momen lentur yang besar pada poros serta gaya tambahan pada bantalan. Kekurangan tersebut dapat diatasi jika dipakai dua blok rem yang menekan drum dari dua arah yang berlawanan, baik dari sebelah dalam atau sebelah luar drum. Rem semacam ini disebut rem blok ganda. 10



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Sistem pengoprasian rem blok ganda sama dengan rem blok tunggal, hanya saja torsi yang dihasilkan adalah :



Contoh permasalahan : 1. Sebuah rem blok ganda, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.11 mampu menyerap torsi 1400 Nm. Diameter rem drum adalah 350 mm dan sudut kontak untuk sepatu masing-masing 100 °. Jika koefisien gesekan antara rem drum dan lapisan adalah 0.4; tentukan : a. Gaya pegas yang diperlukan untuk mengatur rem; dan b. Lebar dari sepatu rem, jika tekanan bantalan pada bahan lapisan tidak lebih dari 0,3 N/mm2.



Gambar 1.11



11



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Jawab : Diketahui :



a. Karena sudut kontak lebih dari 600, maka koefesien geseknya setara dengan :



Besarnya momen pada tumpuan O1



Besarnya momen pada tumpuan O2



Jika diketahui kapasitas torsi 1400 Nm, maka gaya (S) adalah :



b. Jika b adalah lebar sepatu, Kita ketahui persamaan daerah permukaan sepatu adalah



Gaya normal untuk sepatu bagian kanan adalah :



Dan gaya normal untuk sepatu bagian kiri adalah :



12



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Kita lihat gaya normal maksimum berada di sisi kiri sepatu. Oleh karena untuk mendesain sepatu digunakan gaya normal maksimum yaitu RN2, sehingga, Pb = RN / Ab



2. Sebuah pegas tertutup dioperasikan pada rem blok ganda, dan harus dirancang untuk kapasitas torsi maksimum 3.000 Nm. Diameter rem drum tidak melebihi 1 meter dan blok harus dilapisi dengan Ferrodo yang memiliki koefisien gesekan 0,3. Dimensi lain seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.12.



Gambar 1.12



Tentukan : 1. Gaya pegas yang diperlukan untuk mengatur rem. 2. Carilah lebar sepatu rem jika tekanan bantalan pada bahan lapisan tidak lebih dari 0,5 N/mm2.



13



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



3. Hitung gaya yang dibutuhkan untuk diberikan oleh thrustor untuk melepaskan rem itu.



Jawab : Diketahui :



a. Karena sudut kontak lebih dari 600, maka koefesien geseknya setara dengan :



Besarnya momen pada tumpuan O1



Besarnya momen pada tumpuan O2



b. Jika b adalah lebar sepatu, Kita ketahui persamaan daerah permukaan sepatu adalah



Gaya normal untuk sepatu bagian kanan adalah :



Dan gaya normal untuk sepatu bagian kiri adalah : 14



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Kita lihat gaya normal maksimum berada di sisi kiri sepatu. Oleh karena untuk mendesain sepatu digunakan gaya normal maksimum yaitu RN2, sehingga, Pb = RN / Ab



c.



Jika diketahui kapasitas torsi 3 x 106 N.mm, maka gaya (S) adalah :



Gambar 1.13



15



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



C. REM PITA Rem pita pada dasarnya terdiri dari sebuah pita baja yang disebelah dalamnya dilapisi dengan bahan gesek, drum rem, dan tuas. Gaya rem akan timbul bila pita dikaitkan pada drum dengan gaya tarik pada kedua ujung pita tersebut. Jika gaya tarik pada kedua ujung pita adalah T1 dan T2, maka besarnya gaya geser adalah sama dengan (T1 - T2). Prinsip kerja rem pita yaitu ketika gaya P diterapkan pada tuas di titik C, maka pita akan mengencang pada drum. Gesekan antara pita dan drum memberikan gaya pengereman.



16



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Keterangan gambar : T1



= Ketegangan di sisi ketat pita



T2



= Ketegangan di sisi kendur pita



θ



= Sudut putaran pita pada drum



μ



= Koefisien gesekan antara pita dan drum,



r



= Radius drum,



t



= Tebal pita, dan



re



= Efektif radius drum = r + t / 2.



Jika r adalah radius drum rem, maka besarnya torsi rem adalah :



Perbandingan antara kedua gaya tarik pada ujung pita adalah :



Momen di titik tumpu O adalah :



Dimana : l = Panjang tuas dari titik tumpu (OC), dan b = jarak tegak lurus dari O ke garis aksi dari T1 atau T2. Daya yang diserap (P) dapat dicari dengan persamaan :



Catatan: 1. Ketika pita rem melekat pada tuas, seperti ditunjukkan pada Gambar. 1,14 (a) dan (b), maka gaya (P) harus ke arah atas dengan tujuan untuk mengencangkan pita pada drum.



17



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



2. Model lain pita rem terpasang pada tuas seperti ditunjukkan pada Gambar. 1,15 (a) dan (b), maka gaya (P) harus ke arah bawah untuk mengencangkan pita.



3. Jika tegangan tarik yang diizinkan (σt) untuk material pita diketahui, maka tegangan tarik maksimum pita adalah : T1 = σt × w × t dimana



w = Lebar pita, dan t



= Tebal tebal.



4. Lebar pita (b) tidak boleh melebihi 150 mm untuk diameter (d) drum lebih besar dari 1 meter dan 100 mm untuk diameter drum kurang dari 1 meter. Ketebalan pita (t) juga dapat diperoleh dengan menggunakan empiris yaitu t = 0,005 d. Tabel 1.2. Untuk rem yang dioperasikan dengan derek tangan, ukuran pita baja yang umumnya digunakan:



Contoh permasalahan : 1. Sebuah rem pita sederhana beroperasi pada drum dengan diameter 600 mm yang berputar pada



kecepatan 200 rpm. Koefisien gesek adalah 0,25. Rem pita



memiliki kontak 270°, jarak antara titik OB adalah 125 mm dan OC adalah 750 mm. 18



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



a. Berapakah gaya yang dibutuhkan untuk menarik pada ujung lengan rem sehingga dapat menghentikan roda jika daya yang diserap sebesar 35 kW? Berapa jarak tarikan minimum? b. Berapakah lebar pita baja dengan tebal 2,5 mm yang diperlukan untuk rem ini jika tegangan tarik maksimum tidak melebihi 50 MPa?



Gambar 1.16 Jawab :



a. Tarikan yang dibutuhkan pada ujung lengan rem untuk menghentikan roda (P). Pertama-tama, dicari tegangan terik T1 dan T2. Kita tahu bahwa :



…. (antilog dari 0,5123) Jika diketahui daya yang diserap, maka torsi rem adalah : 19



Wahyukurniawan.web.id



2010



Mechanical Engineering



Selanjutnya dari torsi rem yang telah diperoleh :



Dari persamaan (i) dan (ii) diperoleh :



Dari momen kesetimbangan di titik O, akan diperoleh :



Catatan OD adalah titik dimana jarak tegak lurus antara O dengan T2



b. Lebar pita baja : Telah diperoleh tegangan tarik maksimum (T1) 8027 N, sehingga :



20