Kopling Kerucut [PDF]

Citation preview

TUGAS ELEMEN MESIN SEMESTER 3 TAHUN 2013 KOPLING KERUCUT Sumber Buku : A textbook of machine design by R.S. KHURMI AND J.K. GUPTA Dosen Pembimbing : Drs. Suryanto, MPd Oleh Nama mhs/NIM : Munif Al Maskur / 3.21.12.4.17 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2013



16.1 Permukaan kontak dalam kopling kerucut memiliki diameter efektif



80 mm.



Dengan semi-sudut kerucut adalah 15 ° dan koefisien gesekan adalah 0,3. Cari torsi yang dibutuhkan agar kopling sliding , jika gaya aksial yang digunakan adalah 200 N. kopling ini digunakan untuk menghubungkan motor listrik, berjalan seragam di 900 r.p.m. dengan flywheel yang awalnya stasioner. Massa flywheel 14 kg dan jari-jarinya rotasi adalah 160 mm. Hitung waktu yang dibutuhkan flywheel untuk mencapai kecepatan penuh dan juga energi yang hilang saat kopling tergelincir Diketahui : D



= 80 mm



n



= 900 rpm



α



= 150



ω



= 2π ×



μ



= 0.3



m



= 14 kg



W = 200 N



k



= 160 mm = 0,16m



Ditanya



= 94,26 rad/s



: waktu yang dibutuhkan flywheel untuk mencapai kecepatan penuh dan juga energi yang hilang saat kopling tergelincir



Jawab T



:



= μ WR cosec α



= 0.3 × 200 × 40 cosec 15° = 9273 N-mm = 9.273 Nm Waktu yang dibutuhkan flywheel untuk mencapai kecepatan penuh Diketahui



: t



= Waktu yang dibutuhkan untuk roda gila untuk mencapai kecepatan penuh dari posisi stasioner



α



= Percepatan sudut flywheel



Massa inersia flywheel I



= m × k2 = 14 × (0.16)2 = 0.3584 Kgm2



T



= I×α



α



=



α



=



α



= 25.87 rad / s2



ω



= ω0 + α.t



94.26



= ω0 + α.t



94.26



= 0 + 25.87 × t



94.26



= 25.87 t



t



=



t



= 3.64 s



Energi yang hilang saat kopling tergelincir



Ө



=



Ө



=



Ө



= 1591 Nm



×t × 3.64



16.2 Sebuah mesin bekerja 45 kW pada 1000 r.p.m. dilengkapi dengan kopling kerucut dipasang dalam flywheel. Kerucut memiliki sudut wajah 12,5 ° dan diameter ratarata maksimum 500 mm.Koefisien gesekan adalah 0,2. Tekanan yang normal pada wajah kopling tidak melebihi 0,1 N/mm2.



Tentukan



: 1. lebar wajah yang diperlukan, 2. gaya pegas aksial yang diperlukan untuk melibatkan kopling.



Diketahui



Jawab



: P



= 45 kW



= 45 × 103 W



N



= 1000 r.p.m.



α



= 12.5°



D



= 500 mm



μ



= 0.2



pn



= 0.1 N/mm2



: 1. lebar wajah yang diperlukan T



=



T



=



T



= 430 Nm



T



= 430 × 103 Nmm = 2π. μ. pn. R2.b



T



= 2π × 0.2 × 0.1 (250)2b 430 × 103



= 7855 b



b



=



= 54.7 mm ,Dibulatkan 55 mm



2. gaya pegas aksial yang diperlukan untuk melibatkan kopling.



Wn



= Pn × 2πR.b = 0.1 × 2π × 250 × 55 = 8640 N



We



= Wn (sin α + 0.25 μ cos α)



We



= 8640 (sin 12.5° + 0.25 × 0.2 cos 12.5°)



We



= 2290 N



16.3 Tentukan dimensi utama dari kopling kerucut dihadapkan dengan permukaan untuk mentransmisikan 30 kW pada 750 rpm dari motor listrik untuk kompresor udara. Sketsa depan sectional pandangan kopling dan memberikan dimensi utama pada sketsa Asumsikan : Sudut semi kerucut = 12



0



; μ = 0,2 ; berarti diameter kerucut = 6



hingga 10 dimana d adalah diameter poros, tekanan normal diijinkan untuk kulit dan besi cor = 0,075 - 0,1 N/mm2; faktor muatan = 1,75 dan rata-rata diameter menghadapi rasio lebar = 6. Diketahui :



P



= 30 kW = 30 × 103 W



N



= 750 rpm.



α



= 12



μ



= 0.2



D



= 6 to 10 d



pn



= 0.075 to 0.1 N/mm2



KL



= 1.75



D/b



= 6



0



Ditanya



: Dimensi utama dari kopling kerucut



Jawab



:



T



=



T



=



T



= 668.4 Nm



T



= 668.4 × 103 Nmm



× 1.75



× τ × d3



T



=



668.4 × 103



=



668.4 × 103



= 8.25 d3



d3



=



d3



= 81018,1818



d



= 43.3 mm Dibulatkan 50 mm



× 42 × d3



( Diambil τ = 42 N/mm2)



Torsi 668.4 × 103 = 2 π μ. Pn. R2.b = 2π × 0.2 × 0.1 × R2 ×



= 0.042 R3



∴ (Q D / b = 6 atauu 2R / b = 6 atau R / b = 3) ∴ R3 = 668.4 × 103 / 0.042 = 15.9 × 106 atau R = 250 mm and D = 2R = 2 × 250 = 500 mm diameter kopling = 10 d nilai D = 6 sampai 10 d, berarti D aman b = D / 6 = 500 / 6 = 83.3 mm dari gambar,kita temukan radius luar kopling, r1



= R+



sin α sin 12,50



= 250 + = 259 mm



Radius dalam kopling r2



= R-



sin α



= 250 = 241 mm



sin 12,50



16.4 Rencanakan sebuah kopling kerucut untuk meneruskan daya sebesar 37 (kW) pada 1400 (rpm) dengan gaya dorong kurang dari 350 (kg)serta diameter luar tidak lebih dari 250 (mm).Jika permukaan gesek terdiri atas baja dan besi cor, sudut kerucut antara 10 dan 15 derajat, koefisien gesek adalah 0,3 , dan tekanan kontak yang diizinkan adalah 0,03 (kg/mm2), berapakah besarnya jari- jari kerucut, sudut kerucut, lebar kerucut, dan gaya dorong?



Diketahui



:



P n1 F0 Fc Pd



= 37 (kW) = 1440 (rpm) = 350 (kg) = 1,0 (untuk daya nominal motor) = 1 x 37 = 37 (kW)



T



= 9,74 x 105 x



Dm Θ μ pa



= 250 (mm) = 150 = 0,3 = 0,03 (kg.mm)



= 25000 (kg.mm)



Ditanya



: r krucut,sudut kerucut,lebar kerucut,gaya dorong



Jawab



: Q



=



= 695 (kg)



A



=



= 27800 (mm)



B



=



= 37 (mm) Dibulatkan = 40 (mm)



F



= 695 (sin 150 + 0,3 cos 150) = 695 (0,259 + 0,3 x 0,966) = 375 (kg)



375 > 350



( tidak baik )



0



θ



= 12



F



= 695 (sin 120+ 0,3 cos 120) = 695 (0,208 + 0,3 x 0,978) = 348 (kg)



θ



348 < 350,



( baik )



= 120



Permukaan gesek



: baja dan besi cor Diameter rata-rata 240 (mm) x lebar kontak 40 (mm)



16.5 Hitunglah gaya aksial yang dibutuhkan untuk sebuah rem kerucut agar mampu menghasilkan torsi pengereman 50lb.ft.jari jari rata-rata dari kerucut adalah 5 inc.Gunakan f = 0,25.Cobalah sudut kerucut 100,120,150



Diketahui :



Ditanya



:



Jawab



:



Fa



=



r



= 5 inc



F



= 0,25



T



= 50 lb



gaya Aksial



= = 480 ( sinα + 0,25 cosα) Untuk α = 100 Fa



= 202 lb



Untuk α = 120 Fa



= 2170



Untuk α = 150 Fa



= 2400



16.6 Buatlah sebuah kopling kerucut untuk melanjutkan daya sebesar 40 (kW),1000 (rpm)gaya dorong kurang dari 800 (kg)dan diameter luar tidak lebih dari 200 (mm).Jika permukaan gesek terdiri atas baja dan besi cor, sudut kerucut antara 10 dan 15 derajat, koefisien gesek adalah 0,3 , dan tekanan kontak yang diizinkan adalah 0,03 (kg/mm2), berapakah besarnya jari- jari kerucut, sudut kerucut, lebar kerucut, dan gaya dorong?



Diketahui



:



P n1 F0 Fc



= 40 (kW) = 1000 (rpm) = 300 (kg) = 1,0 (untuk daya nominal motor)



Pd = 1 x 40



= 40 (kW)



T



= 9,74 x 105 x



= 40000 (kg.mm)



Dm θ μ pa



= 200 (mm) = 150 = 0,3 = 0,03 (kg.mm)



Ditanya



: r krucut,sudut kerucut,lebar kerucut,gaya dorong



Jawab



: Q



=



= 1400 (kg)



A



=



= 25000 (mm)



B



=



= 41 (mm)



F



= 1400 (sin 150 + 0,3 cos 150) = 1400 (0,259 + 0,3 x 0,966) = 700 (kg)



700 > 300



θ



= 110



F



= 1400 (sin 110+ 0,3 cos 110)



( tidak baik )



= 1400 (0,191 + 0,3 x 0,981) = 679 (kg)



679 < 700,



( baik )



= 110



θ



16.7. Sebuah kopling kerucut untuk putaran dua arah akan dihubungkan dengan sebuah poros baja liat untuk meneruskan daya sebesar 1,5 (kW) pada 120 (rpm). Tentukan diameter luar, diameter dalamnya. Diketahui P = 1,5 (kW) n1 = 120 (rpm) Dengan menganggap kadar karbon poros baja liat sebesar 2



0,20 (%), σ = 40 (kg/mm ) b



Ambil mis. Sf = 6 , Sf = 2,5 (dengan alur pasak) 1



τ f



2



2 a



c



Ditanya



= 40/(6 x 2,5) = 2,67 (kg/mm ) = 1, P = P = 1,5 (kW) d



: d luar,d dalam



Jawab



:



T = 9,74 x 105 (1,5/120) = 12175 (kg . mm) K = 2,5 , C = 1 t



ds



b



× 2,5 × 1 × 12175]⅓



= [



Dengan menganggap kadar karbon baja liat sebagai bahan sebesar 0,25 (%), σ = 45 (kg/mm2), Sf = 10 , 2 = 5 , B



1



2



τ = 45/(10 x 5) = 0,9 (kg/mm ) a



D = 1,2 x 40 + 10 = 58 (mm) 1



D = 2 x 40 + 25 = 105 (mm) 2



16.8. Rencanakan sebuah kopling kerucut untuk meneruskan daya sebesar 7,5 (kW) pada 100 (rpm). Anggaplah besarnya perbandingan diameter D /D = 0,8 , koefisien 1



2



gesekan μ = 0,2 , dan tekanan permukaan yang diizinkan pada bidang gesek p = a



2



0,02 (kg/mm ). Diketahui :



P = 7,5 (kW), n = 100 (rpm) 1



Dengan menganggap daya nominal motor sebesar 7,5 (kW), f = 1,0 c



P = 1 x 7,5 = 7,5 (kW) d



Ditanya



: D1 ,D2



Jawab



:



T = 9,74 x 105 x 7,5/100 = 73050 (kg . mm) 2



2



2



F = (π/4)(D – D )p = (π/4)(1 – 0,82)D x 0,02 = 0,00565D 2



1



a



2



2



2



r = (D + D )/4 = (0,8 + 1)D /4 = 0,45D m



1



2



2



2



2



3



-6



T = μF.r = 0,2 x 0,00565D x 0,45D = 0,0005085D = 508,5 x 10 D m



2



-6



3



73050 = 508,5 x 10 D



2



D = 530 (mm) 2



D = 0,8 x 530 = 424 (mm) 1



2



2



3



2