![Laporan Elmes Kelompok 15 Bab1-5 Individu [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/laporan-elmes-kelompok-15-bab1-5-individu.jpg)
9 0 5 MB
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Mesin konveyor merupakan teknologi yang mengkonversikan energi listrik hasil
perputaran motor listrik menjadi energi mekanik. Mesin konveyor digunakan untuk membantu memindahkan barang dari satu titik ke titik lainnya. Karena kemampuan konveyor untuk memindahkan barang, konveyor banyak digunakan untuk berbagai kebutuhan industri. Beberapa industri yang menggunakan konveyor sebagai alat bantu untuk memindahkan barang ianlah industri makanan dan minuman kemasan, atk, textile hingga pertambangan. Conveyor dapat digunakan mengangkut berbagai macam barang dari besar sampai kecil, baik itu mobil, makanan, minuman, koper dan lain sebagainya. Pada saat sekarang ini sudah banyak digunakan pada industri-industri di tanah air, dimana penggunaannya sudah banyak di implementasikan dalam berbagai fungsi yang luas. Hampir seluruh bidang industri berskala menengah keatas memanfaatkan penggunaan conveyor. Tetapi bila kita melihat industri kecil, kita dapat melihat berbagai proses pemindahan masih banyak menggunakan tenaga manusia. Hal ini dikarenakan industri kecil masih dalam tahapan perkembangan terutama dalam hal teknologi sehingga proses produksinya tidak membutuhkan conveyor. Dari kesulitan konstruksi yang disyaratkan dan pemenuhan kriteria yang dibutuhkan, maka kami bermaksud membuat sistem transmisi conveyor pada sebuah mesin conveyor sebagai objek pembuatan Tugas besar Elemen Mesin. Pembuatan produk tersebut dengan memperhatikan spesifikasi yang diinginkan.
1.2
Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam laporan ini, yaitu :
1. Sistem transmisi apa yang bisa dipakai pada perencanaan conveyor ? 2. Apa saja komponen dalam sistem transmisi yang digunakan dalam suatu perancangan conveyor ?
1.3
Batasan Masalah Dalam merencanakan pembuatan conveyor ini perlu ada sesuatu batasan, antara lain:
1. Alat yang digunakan untuk memproses material tidak diperhitungkan 2. Transmisi yang digunakan adalah pulley and belt dan spur gear TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
3. Panjang conveyor adalah 12 meter 4. Waktu yang diharapkan tiap satu kali transmisi adalah 5 detik 5. Beban maksimal yang mampu diangkut adalah 120 kg
1.4
Tujuan Perancangan Manfaat dari penulisan laporan ini adalah :
1.
Mengetahui sistem transmisi yang dipakai pada perencanaan conveyor.
2.
Mengetahui komponen dalam sistem transmisi yang digunakan dalam conveyor.
1.5
Manfaat Perancangan Manfaat dari penulisan laporan ini adalah :
1.
Dapat memberikan gambaran secara umum mengenai mekanisme perencanaan pembuatan conveyor pada sebuah mesin conveyor.
2.
Dapat digunakan sebagai referensi pengembangan perancangan conveyor yang lebih efisien.
3.
Dapat digunakan untuk membuat atau merencanakan perancangan mengenai pulley and belt, spurs gear, shaft dan bearing.
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Daya Daya merupakan energi yang ada atau dikeluarkan tiap satu satuan waktu. Energi memiliki satuan Joule/sekon atau Watt. Daya dihasilkan dari adanya gaya (N) yang bergerak dengan kecepatan (v).
2.1.1 Daya yang Dibutuhkan
2.2 Gear (Roda Gigi) Gear adalah sebutan untuk roda gigi yang bekerja pada suatu mesin untuk mentransmisikan daya. Dua buah gear atau lebih yang bekerja bersama-sama akan menghasilkan tenaga mekanis melalui perputarannya merupakan definisi sederhana dari mesin. 2.2.1 Macam – Macam Roda Gigi 1. Roda Gigi dengan Poros Sejajar Roda gigi dengan poros sejajar adalah roda gigi dimana giginya berjajar pada bidang silinder/poros yang kedua bidang silinder tersebut bersinggungan dan yang satu menggelinding pada yang lain dengan sumbu sejajar/lurus. Roda gigi dengan poros sejajar dibedakan menjadi: a. Roda Gigi Lurus (Spurs Gear) Merupakan roda gigi paling dasar dengan jalur roda gigi sejajar poros. Roda gigi lurus biasanya terdapat pada gear box pada mesin. Menurut buku “ A Textbook of Machine Design” oleh R.S. Khurmi & J.K.Gupta, roda gigi lurus (spurs gear) memiliki kelebihan dan kekurangan, antara lain : Kelebihan
: - Pembuatan mudah - Memiliki perbandingan kecepatan yang konstan - Transmisi kecepatan rasio tepat - Jarak antara pusat kecil - Mudah dalam perawatan - Layout rigid
Kekurangan
: - Memiliki tingkat kebisingan yang tinggi ketika dijalankan
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
pada kecepatan tinggi - Memerlukan pelumas yang cocok pada pengoperasiannya - Mahal
Gambar 2.1 Roda gigi lurus Sumber : Sularso (1980, p.213)
Gambar 2.2 Gaya yang bekerja pada roda gigi lurus Sumber : L.Mott (2004, p.367)
b. Roda Gigi Miring (Helical Gear) Roda gigi miring mempunyai jalur gigi yang membentuk ulir pada silinder jarak bagi. Pada roda gigi miring ini, jumlah pasangan gigi yang saling membuat kontak serentak (disebut perbandingan kontak) adalah lebih besar dari pada roda gigi lurus, sehinggga perpindahan momen atau putaran melalui gigi – gigi tersebut dapat berlangsung dengan halus. Sifat ini sangat baik untuk mentransmisikan putaran tinggi dan beban besar. Namun, roda gigi miring memerlukan bantalan aksial dan kotak roda TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
gigi yang besar dan kokoh, karena jalur gigi yang terbentuk ulir tersebut menimbulkan gaya reaksi yang sejajar dengan poros. Contoh aplikasi roda gigi miring adalah pada system transmisi perseneling pada kendaraan beroda empat. Menurut buku “ A Textbook of Machine Design” oleh R.S. Khurmi & J.K.Gupta, roda gigi miring (helical gear) memiliki kelebihan dan kekurangan, antara lain Kelebihan :
- Kemungkinan selip kecil - Dapat mentransmisikan beban berat - Tidak bising
Kekurangan :
- Memerlukan bantalan aksial kokoh - Pengerjaan rumit - Memerlukan pelumas lebih sedikit
Gambar 2.3 Roda gigi miring Sumber : Sularso (1980, p.213)
Gambar 2.4 Gaya yang bekerja pada roda gigi lurus Sumber : L.Mott (2004, p.330)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
c. Roda Gigi Dalam dan Pinion Roda gigi ini dipakai jika diingini alat transmisi dengan ukuran kecil dengan perbandingan reduksi besar karena pinion terletak di dalam roda gigi. Contoh penerapannya adalah pada lift. Menurut buku “ A Textbook of Machine Design” oleh R.S. Khurmi & J.K.Gupta, roda gigi dalam dan pinion memiliki kelebihan dan kekurangan, antara lain Kelebihan
: - Kemungkinan selip kecil - Tidak sebising roda gigi lurus
Kekurangan
: - Kecepatan rendah - Pembuatannya sukar
Gambar 2.5 Roda gigi dalam dan pinion Sumber : L Mott, Robert (2004, p.327) d. Rack dan Pinion Merupakan dasar profil pahat pembuat gigi. Pasangan antara batang gigi dan pinion digunakan untuk mengubah gerakan putar menjadi lurus atau sebaliknya. Contoh penerapannya adalah roda gigi yang dipakai pada eretan mesin bubut, milling, dll. Menurut buku “ A Textbook of Machine Design” oleh R.S. Khurmi & J.K.Gupta, roda gigi dan pinion memiliki kelebihan dan kekurangan, antara lain Kelebihan
: - Mengubah gerakan putar menjadi lurus - Pembuatan sederhana
Kekurangan
: - Digunakan untuk beban kecil
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 2.6 Rack dan pinion Sumber : L Mott, Robert (2004, p.328) 2. Roda Gigi dengan Poros Berpotongan Pada roda gigi ini, poros roda gigi satu sama lain saling tegak lurus. Misalnya poros roda gigi 1 porosnya vertikal sedangkan poros roda gigi 2 porosnya horizontal. Ciri-ciri roda gigi miring adalah: ▪
Arah gigi membentuk sudut terhadap sumbu poros.
▪
Distribusi beban sepanjang garis kontak tidak uniform.
▪
Kemampuan pembebanan lebih besar dari pada roda gigi lurus.
▪
Gaya aksial lebih besar sehingga memerlukan bantalan aksial dan roda gigi yang kokoh.
a. Roda Gigi Kerucut Lurus Dengan gigi lurus adalah yang paling mudah dibuat dan paling sering dipakai. Tetapi roda gigi ini sangat berisik karena perbandingan kontaknya yang kecil juga konstruksinya tidak memungkinkan pemasangan bantalan pada kedua ujung porosnya. Contoh penggunaanya adalah pada grab winch, hand winch, dan kerekan. Menurut buku “A Textbook of Machine Design” oleh R.S. Khurmi & J.K.Gupta, roda gigi kerucut lurus memiliki kelebihan dan kekurangan, antara lain Kelebihan
: - Pembuatannya mudah - Memiliki kemampuan pembebanan yang lebih baik - Dapat merubah arah rotasi
Kekurangan
: - Berisik - Tidak dapat digunakan bantalan pada dua poros - Mudah slip
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 2.7 Roda gigi kerucut lurus Sumber : L Mott, Robert (2004, p.334)
Gambar 2.8 Gaya yang bekerja pada roda gigi kerucut lurus Sumber : Deutschman (1980, p.653)
b. Roda Gigi Kerucut Spiral Karena mempunyai perbandingan kontak yang besar, maka roda gigi ini dapat meneruskan putaran tinggi dan beban besar. Sudut poros kedua roda gigi ini biasanya dibuat 90o. Contoh penggunaanya adalah pada grab winch, hand winch, dan kerekan. Menurut buku “ A Textbook of Machine Design” oleh R.S. Khurmi & J.K.Gupta, roda gigi kerucut spiral memiliki kelebihan dan kekurangan, antara lain Kelebihan
: - Dapat mentransmisikan putaran tinggi - Meneruskan beban besar TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Kekurangan
: - Pembuatan rumit - Suara lebih halus
Gambar 2.9 Roda gigi kerucut spiral Sumber : L Mott, Robert (2004, p.334)
Gambar 2.10 Gaya yang bekerja pada roda gigi kerucut sipral Sumber : Deutschman (1980, p.654) c. Roda Gigi Permukaan Roda gigi ini sama halnya dengan roda gigi lurus yakni berisik karena perbandingan kontak yang kecil. Roda gigi ini tidak cocok dipakai pada putaran dan daya yang tinggi. Contoh penggunaanya adalah pada grab winch, hand winch, dan kerekan. Menurut buku “ A Textbook of Machine Design” oleh R.S. Khurmi & J.K.Gupta, roda gigi permukaan memiliki kelebihan dan kekurangan, antara lain, yaitu: TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Kelebihan
: - Pembuatan Mudah
Kekurangan
: - Pengoperasian berisik - Daya dan putaran rendah
Gambar 2.11 Roda gigi permukaan Sumber : L Mott, Robert (2004, p.339) 3. Roda Gigi dengan Poros Silang Roda gigi dengan poros silang adalah roda gigi yang porosnya saling bersilangan antara roda gigi satu dengan yang lain. Kedua sumbu saling bersilang dengan jarak sebesar α, biasanya sudut yang dibentuk sebesar 90o. a. Roda Gigi Cacing Silindris Roda gigi ini mempunyai gigi cacing berbentuk silinder. Kerjanya halus dan hampir tanpa bunyi. Contoh penggunaannya pada transimisi mesin frais. Menurut buku “A Textbook of Machine Design” oleh R.S. Khurmi & J.K.Gupta, roda gigi cacing silindris memiliki kelebihan dan kekurangan, yaitu : Kelebihan
: - Reduksi besar - Pengoperasian mesin lebih halus
Kekurangan
: - Pembuatan sulit
Gambar 2.12 Roda gigi cacing silindris Sumber : Sularso (1980, p.213)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 2.13 Gaya yang bekerja pada roda cacing silindris Sumber : Deutschman (1980, p.629) b. Roda Gigi Globoid (Cacing Globoid) Digunakan untuk gaya yang lebih besar karena perbandingan kontak yang lebih besar. Contoh penggunaanya adalah pada roda gigi differential otomobil. Menurut buku “ A Textbook of Machine Design” oleh R.S. Khurmi & J.K.Gupta, roda gigi gobloid memiliki kelebihan dan kekurangan, yaitu : Kelebihan
: - Perbandingan lebih besar dari roda gigi cacing silindris
Kekurangan
: - Pembuatan sulit
Gambar 2.14 Roda gigi cacing globoid Sumber : Sularso (1980, p.213)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
c. Roda Gigi Hipoid Roda gigi ini mempunyai jalur berbentuk spiral pada bidang kerucut yang sumbunya bersilang. Pemindahan gaya pada permukaan gigi berlangsung secara meluncur dan menggilinding. Contoh aplikasinya juga terdapat pada roda gigi differential pada otomobil. Menurut buku “A Textbook of Machine Design” oleh R.S. Khurmi & J.K.Gupta, roda gigi hipoid memiliki kelebihan dan kekurangan, yaitu : Kelebihan
: - Daya besar - Kemungkinan selip kecil
Kekurangan
: - Pembuatan sulit
Gambar 2.15 Roda gigi hipoid Sumber : L Mott, Robert (2004, p.305)
Gambar 2.16 Gaya yang bekerja pada roda gigi hipoid Sumber : Deutschman (1980, p.655) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
2.2.2 Bagian- Bagian Roda Gigi
Gambar 2.17 Bagian-bagian dari roda gigi kerucut lurus Sumber : L Mott, Robert (2004, p.309)
1.
Lebar gigi (face width) Kedalaman gigi diukur sejajar sumbunya.
2.
Jarak bagi lingkar (circular pitch) Jarak sepanjang lingkaran pitch antara profil dua gigi yang berdekatan atau keliling lingkaran pitch dibagi dengan jumlah gigi.
3.
Addendum Jarak antara lingkaran kepala dengan lingkaran pitch dengan lingkaran pitch diukur dalam arah radial.
4.
Dedendum Jarak antara lingkaran pitch dengan lingkaran kaki yang diukur dalam arah radial.
5.
Tebal gigi (tooth thickness) Lebar gigi diukur sepanjang lingkaran pitch.
6.
Kelonggaran (clearance) Jarak radial dari ujung puncak sebuah gigi roda gigi yang satu ke bagian dasar dari gigi roda gigi yang lain untuk suatu pasangan roda gigi.
7.
Dedendum circle Lingkaran kaki gigi yaitu lingkaran yang membatasi kaki gigi.
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
8.
Clearance circle Lingkaran yang bersinggungan dengan linkaran addendum dari gigi yang berpasangan.
9.
Bottom land Permukaan bagian bawah gigi.
10. Sisi kaki (flank of tooth) Permukaan gigi dibawah lingkaran pitch. 11. Sisi kepala (face of tooth) Permukaan gigi diatas lingkaran pitch. 12. Lingkaran pitch (pitch circle) Lingkaran khayal yang menggelinding tanpa terjadinya slip. Lingkaran ini merupakan dasar untuk memberikan ukuran-ukuran gigi seperti tebal gigi, jarak antara gigi, dan lain-lain. 13. Width of space Tebal ruang antara roda gigi diukur sepanjang lingkaran pitch. 14. Outside circle Lingkaran kepala gigi yaitu lingkaran yang membatasi gigi. 15. Puncak kepala (top land) Permukaan dipuncak gigi.
2.2.3 Profil Roda Gigi Untuk mendapatkan keadaan transmisi gerak dan daya yang baik, maka profil gigi harus mempunyai bentuk yang teratur sehingga kontak gigi berlangsung dengan mulus. Oleh karena itu profil gigi dibuat dengan bentuk geometris tertentu, agar perbandingan kecepatan sudut antara pasangan roda gigi harus selalu sama. Agar memenuhi hat tersebut dikenal 2 jenis konstruksi profil gigi, yaitu: 1. Konstruksi Kurva Evolvent Adalah kurva yang dibentuk oleh sebuah titik yang terletak pada sebuah garis lurus yang bergulir pada suatu silinder atau kurva yang dibentuk oleh satu titik pada sebuah tali yang direntangkan dari suatu gulungan pada silinder.
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 2.18 Konstruksi kurva evolvent Sumber : Khurmi, R.S (2005, p.1031) Keuntungan kurva evolvent : •
Pembuatan profil gigi mudah dan tepat, karena menggunakan sisi cutter (pisau potong) yang lurus.
•
Ketepatan jarak sumbu roda gigi berpasangan tidak perlu presisi sekali.
•
Jika ada perubahan kepala gigi atau konstruksi gigi pada suatu pengkonstruksian perubahan dapat dilakukan dengan cutter (pisau pemotong).
•
Dengan modul yang sama, walaupun jumlah giginya berbeda, maka pasangan dapat dipertukarkan.
•
Arah dan tekanan profil gigi adalah sama.
2. Konstruksi Kurva Sikloida Profil sikloida digunakan karena cara kerja sepasang roda gigi sikloida sama seperti dua lingkaran yang saling menggelinding antara yang satu dengan- pasangannya.
Gambar 2.19 Konstruksi kurva sikloida Sumber : Khurmi, R.S (2005, p.1029) Kurva sikloida adalah kurva yang dibentuk oleh sebuah titik pada sebuah lingkaran yang menggelinding pada sebuah jalur gelinding. Dari keadaan konstruksi pasangan roda gigi, maka kurva sikloida dapat berupa: TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
a.
Orthosikloida, lingkaran menggelinding pada jalur gelinding berupa garis lurus.
b.
Episikloida, lingkaran menggelinding pada jalur gelinding berupa sisi luar lingkaran.
c.
Hiposikloida, lingkaran menggelinding pada jalur gelinding berupa sisi dalam lingkaran. Profil sikloida bekerja berpasangan dan dengan jarak sumbu yang presisi, sehingga
tidak dapat dipertukarkan dengan mudah, kecuali yang dibuat berpasangan yang sama. Keuntungan penggunaan profil sikloida : •
Mampu menerima beban yang lebih besar.
•
Keausan dan tekan yang terjadi lebih kecil.
•
Cocok digunakan untuk penggunaan presisi.
•
Jumlah gigi dapat dibuat lebih sedikit.
2.2.4 Kegagalan Perencanaan Roda Gigi Kegagalan
(failure)
suatu
komponen
mesin
dapat
didefinisikan
sebagai
ketidakmampuan komponen mesin untuk melakukan fungsinya. Adapun kegagalan yang terjadi pada roda gigi antara lain: 1. Roda Gigi Patah Keadaan dimana bagian gigi tidak terhubung atau terlepas dari roda gigi sehingga roda gigi tidak dapat metransmisikan daya secara sempurna Penyebab: •
Tegangan bending yang dialami roda gigi lebih besar daripada tegangan bending yang diijinkan.
•
Kelelahan bending akibat misalignment menyebabkan beban siklus kejut terjadi pada ujung kaki gigi secara terus menerus menyebabkan gigi retak pada bagian akar dan meretakkannya
Solusi: •
Mengganti material pada roda gigi atau menambah dimensi roda gigi
•
Mengurangi jumlah gigi
•
Memberikan clearence pada kaki roda gigi agar melamakan waktu fatigue
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
2. Pitting Keadaan dimana roda gigi mengalami deformasi pada gigi yang membentuk cekungan, coakan atau lapisan gigi terkelupas sehingga menurunkan performa roda gigi dalam metransmisikan daya dan dapat merusak roda gigi Penyebab: •
Kelelahan permukaan akibat banyaknya pengulangan kontak tekanan.
Solusi: •
Pemasangan roda gigi secara presisi
•
Penggunaan material yang dapat meredam getaran dan telah di surface hardening
3. Surface Abrasive Keadaan dimana permukaan roda gigi mengalami pengurangan dimensi (tergerus) sehingga roda gigi tidak metransmisikan daya secara maksimal Penyebab: •
Adanya partikel asing pada pelumas roda gigi seperti kotoran, debu
Solusi: •
Memberi filter oli agar kotoran pada pelumas bisa tersaring
•
Menggunakan material yang tahan aus
2.2.5 Prosedur Perancangan Gear Drives 1.
Menghitung velocity ratio 𝑁𝑝
𝐷𝑔
𝑇𝑔
Vr = 𝑁𝑔 = 𝐷𝑝 = 𝑇𝑝 Keterangan :
Np = Putaran pinion Ng = Putaran gear Dp = Diameter pitch pinion Dg = Diameter pitch gear Tp = Jumlah gigi pinion Tg = Jumlah gigi gear 2.
Mencari jumlah gigi gear (Tg) Tg = Vr.Tp
3.
Mencari modul (m) m=
𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑝𝑖𝑡𝑐ℎ 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑔𝑖𝑔𝑖
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
4.
Mencari kecepatan linier V=
5.
𝜋.𝐷.𝑁 60
Mencari velocity factor (Cv) 3
Cv = 3+𝑉 (ordinary cut gears, V upto 12.5 m/s) 3
Cv = 4.5+𝑉 (ordinary cut gears, V upto 12.5 m/s) 3
Cv = 6+𝑉 (very accurately cut and ground metallic gears, V upto 20 m/s) 0,75
Cv = 0,75+𝑉 (precision gears cut with high accuracy, V upto 20 m/s) 0,75
Cv = 1+𝑉 + 0,25 (non-metallic gears) 6.
Menentukan service factor (Cs) Tabel 28.10 Values of service factor. Khurmi (2005, p.1045)
7.
Mencari torsi yang dihasilkan 𝑃.60
T = 2.𝜋.𝑁𝑝 . Cs Keterangan: P = Daya dalam watt 8.
Mencari gaya tangensial yang dihasilkan 𝑃
Wt = 𝑉 . Cs 9.
Formative number of teeth 𝑇
TE = 𝑐𝑜𝑠3 𝛼 10. Mencari tooth form (y) y = 0,154 -
0,912 𝑇𝐸
11. Mencari lebar minimal WT = σW .b. m. 𝜋. y = (σO. Cv). b. m. 𝜋. y 𝑊𝑡
b = (σO.Cv).m.𝜋.y Dimana: σW = Work Stress σO = Allowable Static Stress WT = Gaya Tangensial
12. Mencari beban dinamik (WD) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
𝑃
WD = 𝑉 +
21.𝑉.(𝑏.𝐶.𝑐𝑜𝑠2 𝛼+𝑊𝑡).𝑐𝑜𝑠 𝛼 21.𝑉+ √𝑏.𝐶.𝑐𝑜𝑠2 𝛼+𝑊𝑡
Dimana: C = Faktor deformasi 13. Mencari endurance strength of the tooth WS = σe . b. m. 𝜋. Y Dimana: σ
e=
Flextural endurance limit
14. Mencari ratio factor 2.𝑉𝑟
2.𝑇𝑔
2.𝑉𝑟
2.𝑇𝑔
Q = 𝑉𝑟+1 = 𝑇𝑔+𝑇𝑝 (Untuk external gear) Q = 𝑉𝑟−1 = 𝑇𝑔−𝑇𝑝 (Untuk internal gear) 15. Mencari load stress factor K=
σes2.sinβ 1,4
1
1
. (𝐸𝑝 + 𝐸𝑔)
Dimana: σes = Surface endurance limit dalam MPa atau N/mm2 β = Pressure angle Ep = Modulus young material pinion dalam N/mm2 Eg = Modulus young material gear dalam N/mm2 16. Mencari wear tooth load Ww = Dp. b. Q. K 17. Pengecekan keamanan •
For steady loads
Ws ≥ 1,25 Wb •
For pulsating loads
Ws ≥ 1,35 Wd •
For shock loads Ws ≥ 1,5 Wd Ww ≥ Wd
2.3 Pulley and Belt Suatu alat yang digunakan untuk mentransmisikan daya dari satu poros ke poros yang lainnya melalui perantara belt (sabuk) atau tali. Pulley dapat terbuat dari besi cor, baja TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
cor, baja tekan, kayu, dan kertas. Bahan material yang digunakan harus memiliki koefsien gesek yang tinggi dan kemampupakaian yang baik (nilai keausan rendah). Pulley yang dibuat dari baja press lebih ringan dibandingkan dengan pulley cor, tetapi dalam banyak kasus memiliki nilai koefisien gesek yang rendah dan dapat dengan mudah aus. Sabuk digunakan untuk mentransmisikan daya dari poros yang satu ke poros yang lain dengan memakai pulley yang berputar pada kecepatan yang sama atau berbeda. Besarnya daya yang ditransmisikan tergantung pada faktor berikut: 1.
Kecepatan belt
2.
Tarikan belt
3.
Luas kontak antara belt dan pulley terkecil
4.
Kondisi belt yang digunakan. Pemilihan belt yang akan digunakan pada pulley tergantung pada faktor sebagai berikut:
1.
Kecepatan poros
2.
Rasio kecepatan reduksi
3.
Daya yang ditransmisikan
4.
Jarak antar pusat poros
5.
Layout poros
6.
Ketersediaan tempat
7.
Kondisi pelayanan
2.3.1 Macam-macam Pulley Macam-macam pulley: 1. Sheaves/V-Pulley Sheaves/V-Pulley adalah paling sering digunakan untuk transmisi,produk ini digerakkan oleh V-Belt.karena kemudahannya dan dapat diandalkan. Produk ini telah dipakai selama satu dekade.
Gambar 2.20 Sheaves/V-Pulley Sumber : Globalspec (2017) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
2. Variabel Speed Pulley Variabel Speed Pulley adalah perangkat yang digunakan untuk mengontrol kecepatan mesin. Berbagai proses industri seperti jalur perakitan harus bekerja pada kecepatan yang berbeda untuk produk yang berbeda. Dimana kondisi memproses kebutuhan penyetelan aliran dari pompa atau kipas, memvariasikan kecepatan dari drive mungkin menghemat energi dibandingkan dengan teknik lain untuk kontrol aliran.
Gambar 2.21 Variable Speed Pulley Sumber : Globalspec (2017)
3. Mi–Lock Pulley Mi–Lock Pulley digunakan pada pegas rem jenis ini menawarkan keamanan operasional yang tinggi untuk semua aplikasi, melindungi personil, mesin dan peralatan, dapat diandalkan untuk pengereman yang mendadak atau fungsinya menahan pada mesin yang tiba-tiba mati atau karena kegagalan daya.
Gambar 2.21 Mi–Lock Pulley Sumber : Spacemart (2017) 4. Timing Pulley Ini adalah jenis lainnya dari katrol dimana ketepatan sangat dibutuhkan untuk aplikasi. Material khusus yang tersedia untuk aplikasi yang mempunyai kebutuhan yang lebih spesifik.
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 2.22 Timing Pulley Sumber : Technostore (2017) 2.3.2 Tipe-tipe Penampang Sabuk Ada tiga jenis belt ditinjau dari segi bentuknya adalah sebagai berikut : 1. Flat belt (belt datar). Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.23 banyak digunakan pada pabrik atau bengkel, dimana daya yang ditransmisikan berukuran sedang dari pulley yang satu ke pulley yang lain ketika jarak dua pulley adalah tidak melebihi 8 meter.
Gambar 2.23 Flat belt Sumber : Khurmi, R.S (2005, p.719) 2. V-Belt (belt bentuk V). Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.24, adalah banyak digunakan dalam pabrik dan bengkel dimana besarnya daya yang ditransmisikan berukuran besar dari pulley yang satu ke pulley yang lain ketika jarak dua pulley adalah sangat dekat.
Gambar 2.24 V-Belt Sumber : Khurmi, R.S (2005, p.719)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
3. Circular belt atau rope (belt bulat atau tali). Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.25, adalah banyak digunakan dalam pabrik dan bengkel dimana besarnya daya yang ditransmisikan berukuran besar dari pulley yang satu ke pulley yang lain ketika jarak dua pulley adalah lebih dari 8 meter.
Gambar 2.25 Circular belt Sumber : Khurmi, R.S (2005, p.719) 2.3.3 Tipe - Tipe Belt Drives 1. Open belt drive (penggerak belt terbuka). Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.26 belt jenis ini digunakan dengan poros sejajar dan perputaran dalam arah yang sama. Dalam kasus ini, penggerak A menarik belt dari satu sisi (yakni sisi RQ bawah) dan meneruskan ke sisi lain (yakni sisi LM atas). Jadi tarikan pada sisi bawah akan lebih besar dari pada sisi belt yang atas (karena tarikan kecil). Belt sisi bawah (karena tarikan lebih) dinamakan tight side sedangkan belt sisi atas (karena tarikan kecil) dinamakan slack side.
Gambar 2.26 Open belt drive Sumber : Khurmi, R.S (2005, p.739)
2. Crossed atau twist belt drive (penggerak belt silang) seperti ditunjukkan pada gambar dibawah, belt jenis ini digunakan dengan poros sejajar dari perputaran dalam arah yang berlawanan. Dalam kasus ini, penggerak menarik belt dari sisi satu (yakni sisi RQ) dan TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
meneruskan ke sisi lain (yakni sisi LM) jadi tarikan pada belt RQ akan lebih besar daripada belt LM. Belt RQ (karena tarikan lebih) dinamakan tight side sedangkan belt LM (karena tarikan kecil) dinamakan slack side.
Gambar 2.27 Crossed atau Twist Belt Drive Sumber : Khurmi, R.S (2005, p.683) 3. Quarter turn belt drive (penggerak belt belok sebagian) mekanisme transmisi dapat dilihat dari gambar berikut. Untuk mencegah belt agar tidak keluar atau lepas dari pulley, maka lebar permukaan puli harus lebih besar atau sama.
Gambar 2.28 Quarter turn belt drive Sumber : Khurmi, R.S (2005, p.684) 4. Belt with idler pulley (penggerak dengan puli penekan) dinamakan juga jockey pulley drive, digunakan dengan poros parallel dan ketika open belt drive tidak dapat digunakan akibat sudut kontak yang kecil pada pulley terkecil. Jenis ini diberikan untuk mendapatkan rasio kecepatan yang tinggi dan ketika tarikan belt yang diperlukan tidak dapat diperoleh dengan cara lain.
Gambar 2.29 Belt Drive with idler pulley Sumber : Khurmi, R.S (2005, p.684) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
5. Compound
belt
drive
(penggerak
belt
gabungan)
digunakan
ketika
daya
ditransmisikan dari poros yang satu dengan lainnya melalui sejumlah pulley.
Gambar 2.30 Compound belt drive Sumber : Khurmi, R.S (2005, p.685) 6. Stepped or cone pulley drive (penggerak puli kerucut atau bertingkat) digunakan untuk mengubah kecepatan poros yang digerakkan ketika poros utama (poros penggerak) berputar dengan kecepatan yang konstan.
Gambar 2.31 Stepped or cone pulley drive Sumber : Khurmi, R.S (2005, p.685) 7. Fast and loose pulley drive (penggerak pulley longgar atau bertingkat) digunakan ketika poros mesin (poros yang digerakkan) dimiliki atau diakhiri kapan saja diinginkan tanpa mengganggu poros penggerak. Pulley yang dikunci ke poros mesin dinamakan fast pulley dan berputar pada kecepatan yang sama seperti poros mesin. Loose pulley berputar secara bebas pada poros mesin dan tidak mampu mentransmisikan daya sedikitpun. Ketika poros mesin dihentikan, belt ditekan ke loose pulley oleh perlengkapan batang luncur (sliding bar)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 2.32 Fast and loose pulley drive Sumber : Khurmi, R.S (2005, p.685)
2.3.4 Gaya-Gaya pada Belt Drives Belt PQ dalam kesetimbangan di bawah gaya berikut 1.
Tarikan T dalam belt pada P
2.
Tarikan (T + δT) dalam belt pada Q
3.
Reaksi normal RN
4.
Gaya gesek F = μ x RN , di mana μ = koefisien gesek antara belt dan pulley.
Gambar 2.33 Diagram Bebas Belt and Pulley Sumber: Khurmi, R.S (2005,p.733) 2.3.5 Kegagalan Perencanaan Belt Drives Kegagalan (failure) suatu komponen mesin dapat didefinisikan sebagai ketidak mampuan komponen mesin untuk melakukan fungsinya. Adapun kegagalan yang terjadi pada belt antara lain: 1. Creep (Mulur) Keadaan dimana panjang belt bertambah sehingga dapat merubah sudut kontak dan memungkinkan terjadi slip. TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Penyebab: •
Tegangan yang diterima belt terlalu tinggi dan terjadi terus-menerus.
Solusi: •
Pemilihan material belt yang memiliki kekuatan yang lebih tinggi.
2. Putus sambungan belt Keadaan dimana belt putus tepat pada sambungan sehingga belt tidak bisa metransmisikan daya Penyebab: •
Beban kejut yang diterima belt terlalu tinggi
Solusi: •
Mengganti jenis sambungan belt dengan yang lebih kuat
2.3.6 Prosedur Perancangan Belt Drives 1. Mencari service factor dan design power Sebelum melakukan perencanaan transmisi pulley dan belt hal yang harus dilakukan adalah mencari service factor, service factor dapat dicari dengan melihat tabel service factor pada buku Robert L. Mott kemudian menentukan tipe penggunaan perencanaan pulley and belt dan memperkirakan lama pemakaiannya dalam jam per hari.
Tabel 2.1 V-belt Service Factors
Sumber: Mott (2004,p.274)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Setelah mendapatkan service factor, design power dapat dihitung dengan rumus Design Power = Service Factor x Power Input 2. Memilih tipe sabuk (Belt) Untuk memilih tipe sabuk dapat dilihat pada tabel Selection Chain for NarrowSection Industrial V-Belts pada buku Robert L. Mott dengan input berupa design power dan putaran motor (rpm).
Gambar 2.34 Selection Chain for Narrow-Section Industrial V-Belts Sumber: Mott (2004,p.274) 3. Menghitung rasio kecepatan Rasio kecepatan dapat dihitung dengan rumus: 𝑛1 𝑅𝑎𝑠𝑖𝑜 𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 (𝑉𝑅) = 𝑛2 4. Menghitung Driving Sheave Size Besar driving sheave size atau diameter pulley penggerak dapat dihitung dengan rumus: 𝑉𝑏 =
𝜋. 𝐷1 . 𝑛1 (𝑓𝑡/𝑚𝑖𝑛) 12 TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
𝐷1 =
12. 𝑉𝑏 𝜋. 𝑛1
5. Memilih Ukuran Pulley Sesuai Standar Belt 3V Dalam memilih ukuran pulley yang sesuai standar harus dibuat tabel perkiraan agar dapat diketahui ukuran pulley standar terdekat dari hasil perhitungan yang telah dilakukan.
Tabel 2.2 Contoh Memilih Ukuran Pulley Sesuai Standar Belt 3V Standard driving Approximate driven Nearest standard sheave size, D1 sheave size (VR. D1) driven sheave, D2 13,1 22,5 21,1 12,4 21,3 21,1
Actual output speed (rpm) 720 682
6. Menentukan Nilai Power Rating Untuk menentukan nilai power rating dapat dilihat pada tabel power rating pada buku Robert L. Mott dengan input diameter pulley terkecil dan putaran motor (rpm).
Gambar 2.35 Power Rating: 3V Sumber: Mott (2004,p.275) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
7. Memperkirakan Jarak Antar Pusat Pulley Untuk memperkirakan jarak antar pusat pulley (C) dapat dicari dengan rumus : Dterbesar
> N = 1.5
2. Untuk beban yang mengalami kejut rendah
>> N = 2.5
3. Untuk beban kejut besar terutama beban bolak-balik
>> N = 4.5
2.7.1 Macam – macam pasak 1. Pasak datar segi empat (Standart square key) Tipe pasak ini adalah suatu tipe yang umumnya mempunyai dimensi lebar dan tinggi yang sama, yang kira-kira sama dengan 0,25 dari diameter poros.
Gambar 2.76 Pasak Datar Segi Empat Sumber : Spott, M. F. (1991, p.161) 2. Pasak datar standar (Standart flat key) Pasak ini adalah jenis pasak yang sama dengan pasak datar segi empat, hanya disini tinggi pasak tidak sama dengan lebar pasak, tetapi tingginya mempunyai dimensi yang tersendiri.
Gambar 2.77 Pasak Datar Standar Sumber : Spott, M. F. (1991, p.161)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
3. Pasak tirus (Tepered key) Pasak jenis ini pemakainya tergantung dari kontak gesekan antara hub dengan porosnya untuk mentransmisikan torsi. Artinya torsi yang medium level dan pasak ini terkunci pada tempatnya secara radial dan aksial diantara hub dan porosnya oleh gaya dari luar yang harus menekan pasak tersebut kearah aksial dari poros.
Gambar 2.78 Pasak Tirus Sumber : Spott, M. F. (1991, p.161) 4. Pasak bidang lingkaran (Wood ruff key) Pasak ini adalah salah satu pasak yang dibatasi oleh satu bidang datar pada bagian atas dan bidang bawah merupakan busur lingkaran hampir berupa setengah lingkaran.
Gambar 2.79 Pasak Bidang Lingkaran Sumber : Spott, M. F. (1991, p.161) 5. Pasak bintang (Splines) Pasak yang dibuat menyatu dengan poros yang cocok dalam keyways menyinggung di hub. Poros tersebut dikenal sebagai poros splined. Poros ini biasanya memiliki empat, enam, sepuluh atau enam belas splines. Poros splined relatif lebih kuat dari poros memiliki alur pasak tunggal. Pasak splines juga dibedakan menjadi pasak bintang lurus dan pasak bintang involute.
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 2.80 Pasak Bintang Sumber : Spott, M. F. (1991, p.161) Adapun berbagai macam pasak, namun yang dibahas adalah pasak standar (Standart flat key). Pemasangan pasak pada poros maupun roda yang disambungkan dan dibuat alur pasak yang disesuaikan dengan ukuran pasak.
2.7.2 Kegagalan Perencanaan Pasak 1. Patah akibat tegangan geser Hancurnya pasak akibat adanya beban yang besar diatas batas elastisitas dan plastisitasnya. Penyebab : - Shock pada roda gigi - Konsentrasi tegangan - Pembebanan terus-menerus Solusi : - Menggunakan material yang ulet - Meningkatkan safety factor - Dimensi pasak diperbesar 2.7.3 Prosedur Perancangan Pasak 1.
Mentukan shearing dan crushing stress berdasarkan material dari pasak = shearing stress (MPa) c = crushing stress (MPa)
2.
Menentukan lebar dan tebal pasak berdasarkan diameter poros
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 2.81 Proporsi Ukuran Pasak Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.472) 3.
Menentukan kekuatan geser pasak berdasar tegangan geser 𝑇𝑠ℎ𝑒𝑎𝑟 𝑝𝑎𝑠𝑎𝑘 = 𝑙 × 𝑤 × 𝜏 ×
𝑑 2
Keterangan : Tshear pasak = kekuatan geser pasak (N/mm) w = lebar pasak (mm) d = diameter poros (mm) 4.
Menentukan kekuatan geser torsional poros 𝜋 𝑇𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠 = × 𝜏 × 𝑑3 16 Keterangan : Tporos
5.
= kekuatan geser torsional poros (N/mm)
Menentukan panjang pasak berdasarkan tegangan geser 𝑙=
𝑇𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠 𝑇𝑠ℎ𝑒𝑎𝑟 𝑝𝑎𝑠𝑎𝑘
Keterangan : l = panjang pasak (mm) 6.
Menentukan kekuatan geser pasak berdasar crushing stress 𝑡 𝑑 𝑇𝑐𝑟𝑢𝑠ℎ 𝑝𝑎𝑠𝑎𝑘 = 𝑙 × × 𝜎𝑐 × 2 2 Tcrush pasak = kekuatan geser pasak (N/mm) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
7.
Menentukan panjang pasak berdasarkan crushing stress 𝑙=
8.
𝑇𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠 𝑇𝑐𝑟𝑢𝑠ℎ 𝑝𝑎𝑠𝑎𝑘
Membandingkan panjang pasak berdasar tegangan geser dan crushing stress, kemudian memilih nilai yang terbesar.
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
BAB III METODE PERANCANGAN 3.1 Metode Perancangan Pada perancangan komponen mesin, ada beberapa cara dalam perencanaanya. Sering timbul masalah dalam perencanaan yang biasanya terjadi karena berbagai sebab, tetapi dengan prosedur utama dalam pemecahan masalah perencanaan tersebut dapat diatasi dengan cara sebagai berikut : 1. Recognition of Need Pertama buat pernyataan keseluruhan dari masalah yang menjelaskan kebutuhan, atau yang menjelaskan kenapa suatu mesin direncanakan. 2. Synthesis (mechanisms) Memilih mekanisme yang mungkin atau keseluruhan mekanisme yang akan menghasilkan gerakan yang diinginkan. 3. Analysis of forces Menentukan gaya yang bekerja pada tiap elemen dan daya yang ditransmisikan oleh tiap elemen. 4. Material selection Memilih material yang paling cocok untuk tiap elemen. 5. Design of elements (size and stress) Menentukan ukuran dari tiap elemen berdasarkan gaya yang bekerja dan tegangan ijin dari material yang digunakan. Harus diperhatikan bahwa tiap elemen tidak mengalami defleksi atau deformasi melebihi batas yang diijinkan. 6. Modification Memodifikasi ukuran dari tiap elemen untuk menyesuaikan dengan standar yang ada. Dan juga untuk mengurangi biaya produksi. 7. Detailed drawing Menggambar tiap elemen secara detail dan gambar assembly dari mesin dengan spesifikasi keseluruhan untuk proses manufaktur. 8. Production Komponen sesuai dengan gambar yang telah dibuat diproduksi.
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
3.2 Spesifikasi Transmisi Conveyor yang di desain memiliki spesifikasi sebagai berikut : 1. Besar putaran input adalah 2. Conveyor menggunakan belt and pulley dan spur gear untuk transmisi
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
3.3 Langkah – langkah Perancangan 3.3.1 Perencanaan Belt Pulley
Mulai
Daya Motor Putaran motor Putaran pulley (n2)
Menentukan design power
Tabel V-belt service factors, Ko
Memilih tipe sabuk
Grafik pemilihan V-belt
Menghitung nilai nominal speed ratio
VR =
Menghitung driving sheave size
Menghitung ukuran output sheave
Menentukan nilai rated power
Menghitung panjang sabuk yang dibutuhkan
𝑉𝑏 =
nP nG
π. D. n 60
D2 = D1 x 2
Grafik Power rating : 3v Belts L= 2C + 1,57(D2(𝐷2−𝐷1)2
D1)+
4𝐶
Tabel Power rating : 3V belts
Memilih panjang sabuk dan menghitung jarak pusat pulley aktual
B
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
𝐵 = 4𝐿 − 6,28(𝐷2 + 𝐷1)
B Menentukan angle of wrap untuk sabuk pada pulley kecil
Menentukan faktor koreksi Menentukan corrected power setiap sabuk dan jumlah sabuk
𝜃 = 180° − 2 sin−1 [
𝐷2 − 𝐷1 ] 2𝐶
Grafik angle of wrap correction factor
Corrected Power = Cθ. CL. P Jumlah sabuk =p.desain correctedpower
/
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
3.3.2 Perencanaan Spur Gear
Mulai
Daya Motor Putaran pinion (nP) Putaran gear (nG)
Menentukan over load factor (Ko)
Tabel Overload factors, Ko
Menentukan jumlah gigi pinion
Grafik Design power transmitted vs. pinion speed for spur gears with different
Menghitung nilai nominal velocity ratio
VR =
Menghitung perkiraan jumlah gigi pada gear
NG = Np (VR)
VR =
Menghitung rasio kecepatan aktual
Menghitung kecepatan outputaktual
nP nG
nG
NG NP
= np (Np/NG)
DP = NP/Pd ; DG = NG/Pd
Menghitung diameter pitch, jarak antar pusat, pitch line speed dan beban
C = (NG + NP)/(2.Pd) vt= π. DP. nP/12 Wt = 33000 . P/vt
Menentukan Koefisien elastis (CP)
B
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Tabel Koefisien elastisitas Cp
B Menentukan angka kualitas dan faktor dinamis
Tabel Recommended AGMA quality numberGrafik Dynamic factor, Kv
Menentukan faktor geometri gear dan pinion
Grafik bending geometry factor, J dan Grafik pitting geometry factor, I
Menentukan load distribution factor, Km
Menentukan size factor, Ks
Menentukan rim thickness factor, Kb
Menentukan service factor (SF)
Grafik pinion proportion factor, Cpf, dan Grafik mesh alignment factor,Cma Km = 1,00 + Cpf + Cma
Tabel size factor
Grafik rim thickness factor KB
SF = 1,00 ~1,50
Menentukan hardness ratio factor,CH
Menentukan reability factor,KR
Menentukan umur desain roda gigi
Menghitung perkiraan bending stress pada pinion dan gear
Tabel reabilty factor, KR NCP = 60 . L . nP . q NCG = 60 . L . nG . q
StP =
Wt Pd (Ko Ks Km KB Kv ) FJP JP StG =StP ( ) JG
SatP >StP Mengatur bending stress
KR (SF) YNP
SatG >StG
KR (SF) YNG
C
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
C Menghitung perkiraan contact stress
Wt Ko Ks Km Kv Sc =CP √ F.DP .I
SacP > ScP
KR (SF) ZNP
SacG > ScG
KR (SF) 𝑍NG
Mengatur contact stress
Menentukan material untuk pinion dan gear
Memperoleh ukuran:
• • •
Pinion dan gear Jarak antar pusat pinion dan gear Material pinion dan gear
Selesai
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Tabel Allowable stress numbers for case-hardened steel gear materials
3.3.3 Perancangan Poros
Mulai
• • •
Diameter Gear dan pinion P (Hp) n pada poros (rpm)
T=
Menghitung torsi pada poros
63000 . P n
Menghitung gaya pada poros secara horizontal Menghitung gaya pada poros secara vertikal Mencari nilai Mma× dan Tma×
Menentukan bahan material poros
Menghitung diameter poros
𝐷𝑚𝑖𝑛 = ⟦
1/3 16 𝑥 𝑆𝑓 𝑥 𝑘 𝑥 ( 𝑀 + √𝑀2 + 𝑇 2 )⟧ 𝜋 𝑥 𝑆0
Mendapat nilai diameter poros
Tidak
Apakah nilai geometri sudah sesuai?
Ya Selesai
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
3.3.4 Perencanaan Bearing
Mulai
• Diameter poros (in) • n poros (rpm) Dporos 2 Menentukan umur bearing, nilai L10
Hitung Ld dan basic dynamic load rating
Menentukan bearing number yang tertera pada tabel
Data spesifikasi dan desain bearing
Tidak Apakah nilai geometri sudah sesuai ?
Ya Selesai
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Tabel Appro×imate Relibility Factors
Ld = L10 . n . 60min/h
Tabel Data Pemilihan bantalan single row deep groove on rodal type ball bearing
3.3.5 Perancanaan Pasak Mulai
• D poros • T poros
Menentukan dimensi standar pasak
Menentukan material pasak
Menentukan panjang pasak minimum
Tabel Ukuran Pasak v Diameter Poros Tabel Desain Properties of Carbon and Alloys Steels L=
4TN DWSy
Data spesifikasi dan desain pasak
Tidak
Apakah nilai geometri sudah sesuai ?
Ya Selesai
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
BAB IV PERHITUNGAN 4.1 Perhitungan Daya 4.1.1 Perhitungan Daya Minimum P=F.S/t = 1200 . 12 / 8 = 1800 watt = 2,5 hp (daya minimum yang diperlukan oleh motor listrik)
4.2 Perhitungan dan Desain Pulley Belt 4.2.1 Perhitungan Pulley dan Belt 1.
Data yang diketahui
• Daya motor listrik (P) : 2,5 hp • Putaran motor listrik (n1) : 1000 rpm • Putaran pulley output yang diharapkan (n2) : 500 rpm 2.
Menghitung design power
Tabel 4.1 V-belt service factor
Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.274) Pdesain = service factor x daya motor (hp) Pdesain = 1,2 x 2,5 hp Pdesain = 3 hp TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Tipe mesin yang digunakan adalah gravel conveyors karena putaran yang tidak begitu besar dan penggunaan rata-rata mesin ini kurang dari 6-15 jam per hari. 3.
Pilih tipe sabuk
Gambar 4.1 Grafik pemilihan V-belt Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.274)
4.
Menghitung nominal speed ratio Rasio = n1 / n2 = 1000 / 500 = 2
5.
Menghitung driving sheave size menggunakan rumus π. D. n 60 12. Vb 𝐷= π. n 12.4000 𝐷= 3,14.1000 𝑉𝑏 =
𝐷 = 15,28 𝑖𝑛
6.
Memilih ukuran puli dan menghitung ukuran output sheave yang diinginkan
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Tabel 4.2 Pekiraan Ukuran Pulley untuk Sabuk 3V dengan VR 7 Standard driving Approximate driven Nearest standard sheave size, D1 sheave size (VR. D1) driven sheave, D2 10.55 7.95 6.85 6.45 5.95 5.55 5.25 4.94 4.7 4.45 4.07 Sumber: Mott (2004,p.279)
7.
21.1 15.9 13.7 12.9 11.9 11.1 10.5 9.88 9.4 8.9 8.14
Menentukan nilai rated power
Gambar 4.2 Power rating: 3V belts Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.275) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
18.95 13.95 13.95 13.95 10.55 10.55 10.55 10.55 10.55 7.95 7.95
Actual output speed (rpm) 556.7282322 569.8924731 491.0394265 462.3655914 563.9810427 526.0663507 497.6303318 468.2464455 445.4976303 559.7484277 511.9496855
Gambar diatas digunakan untuk mencari besarnya rated power, untuk D1 = 5,25 inch dan n1 = 1000 rpm maka rated power = 3,6 hp. 8.
Memperkirakan jarak antar pusat pulley D2 < C < 3 (D2 + D1) 10,55< C < 3 (10,55 + 5,25) 10,55 < C < 47,4 Jadi jarak antar pusat puli yang bisa diterima yaitu antara 10,55 inchi sampai dengan 47,4 inchi. Pada perhitungan awal ini diasumsikan C = 12 inch.
9.
Menghitung panjang sabuk yang dibutuhkan : 𝐿 = 2𝐶 + 1,57(𝐷2 + 𝐷1) +
(𝐷2−𝐷1)2 4𝐶
𝐿 = 2.12 + 1,57(10,55 + 5,25) +
(10,55−5,25)2 4.12
L = 49,39 inch 10. Memilih panjang sabuk standar dan menghitung jarak pusat pulley aktual • Memilih panjang sabuk
Tabel 4.3 Power rating: 3V belts
Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.277) Dipilih panjang sabuk standar yang mendekati dengan panjang sabuk yang dibutuhkan, yaitu 50 inchi. • Menghitung jarak antar pusat pulley aktual TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
𝐵 = 4𝐿 − 6,28(𝐷2 + 𝐷1) = 4. (50) − 6,28(10,55 + 5,25) = 100,776 C=
100,776 + √100,7762 − 32(10,55 − 5,25)2 16
𝐶 = 12,3 𝑖𝑛𝑐ℎ Jadi jarak antarpusat pulley sebesar 12,3 inchi 11. Menghitung angle of wrap untuk sabuk pada puli kecil 𝐷2 − 𝐷1 ] 2𝐶 10,55 − 5,25 𝜃1 = 180° − 2 sin−1 [ ] 2. (12,3) 𝜃1 = 180° − 2 sin−1 [
𝜃1 = 155,116° 𝐷2 − 𝐷1 ] 2𝐶 10,55 − 5,25 𝜃1 = 180° + 2 sin−1 [ ] 2. (12,3) 𝜃1 = 180° + 2 sin−1 [
𝜃2 = 204,884 12. Menentukan faktor koreksi
Gambar 4.3 Angle of wrap correction factor, Cθ dan Belt length correction factor, CL Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.277) Untuk θ = 155,116°, maka nilai Cθ = 0,94 Untuk L = 50 inch, maka nilai CL = 0,95 13. Menghitung corrected power setiap sabuk dan jumlah sabuk yang dibutuhkan : Corrected Power = Cθ . CL . P = 0,94 x 0,95 x 3,6 = 3,2 hp Jumlah sabuk = p.desain / corrected power = 3 / 3,6 = 0,9 = 1 sabuk TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
4.2.2 Desain Pulley dan Belt (Terlampir)
4.3 Perhitungan dan Desain Spur Gear 4.3.1 Perhitungan Spur Gear I 1. Input Data -
Daya motor (P)
= 2,5 hp
-
Putaran pinion (np)
= 500 rpm
-
Putaran gear (ng) yang diharapkan
= 250 rpm
2. Menentukan Overload Factor (Ko) dan Trial Value untuk Diametral Pitch (Pd)
Tabel 4.4 Suggested Overload Factors, Ko
Sumber: Mott (2004,p.389)
Berdasarkan tabel di atas, diperoleh nilai overload factor 1.00, maka power designnya adalah: Design Power = Overload Factor x Power Input Design Power = (1,75) x (2,5 hp) = 4,375 hp = 4,5 hp
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 4.4 Design Power Transmitted VS. Pinion Speed for Spur Gears with Different Pitches and Diameters Sumber: Mott (2004,p.409) Dengan nilai design power sebesar 4,5 hp dan kecepatan pinion sebesar 500 rpm, maka berdasarkan grafik di atas diperoleh nilai Pd = 10 dan Dp = 2,4 in. 3. Menentukan Jumlah Gigi Pinion Pd
= NP/Dp
NP
= Pd.Dp
NP
= (10)(2,4)
NP
= 24
4. Menentukan Nilai Nominal Velocity Ratio (VR) VR
= nP/nG
VR
= 500/250
VR
=2
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
5. Menghitung Perkiraan Jumlah Gigi (Ng) pada Gear NG
= NP.VR
NG
= (24)(2)
NG
= 48
6. Menghitung Rasio Kecepatan Aktual VRA
= NG / NP
VRA
= 48 / 24
VRA
=2
7. Menghitung Kecepatan Output Aktual nG
= nP / VRA
nG
= (500) / (2)
nG
= 250 rpm
8. Menghitung Diameter Pitch, Jarak Antar Pusat, Pitch Line Speed, Addendum, Dedendum, dan Beban -
Pitch Diameter Pinion DP = NP/Pd = 24/10 = 2,4 in
-
Pitch Diameter Gear DG = NG/Pd = 48/10 = 4,8 in
-
Center Distance C = (NP + NG)/(2Pd) = (24+48)/(2.10) = 3,6 in
-
Pitch Line Speed vl = π.DP.nP/12 = [(3.14)(2,4)(500)]/12 = 314 ft/min
-
Addendum a = 1/Pd = 1/10 = 0,1 in
-
Dedendum b = 1,25/Pd = 1,25/10 = 0,125 in
-
Transmitted Load Wl = 33000.P/vl = 33000(2,5)/ 314 = 262,7 lb
9. Menentukan Face Width Pinion dan Gear 8/Pd < F < 16/Pd Batas bawah : 8/Pd = 8/10 = 0,8 in Batas atas
: 16/Pd = 16/10 = 1,6 in TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Nilai yang diambil adalah 12/Pd = 1,2 in 10. Menentukan Material untuk Pinion dan Gear
Tabel 4.5 Elastic Coefficient, Cp
Sumber: Mott (2004,p.400) Dalam rancangan ini digunakan jenis material yang sama baik untuk pinion maupun gear, yakni steel dengan modulus elastisitas (Cp) sebesar 2300 lb/in2. 11. Menentukan Angka Kualitas dan Faktor Dinamis -
Quality Number
Tabel 4.6 Recommended AGMA Quality Number
Sumber: Mott (2004,p.378) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Berdasarkan tabel di atas, kualitas mesin conveyor memiliki quality number Qv = 7 -
dynamic Factor
Gambar 4.5 Dynamic Factor, Kv Sumber: Mott (2004,p.393)
Berdasarkan grafik di atas, dengan nilai pitch line velocity = 314 ft/min dan Qv = 7 diperoleh nilai Kv = 1,17. 12. Menentukan Susunan Gigi -
Bending Geometry Factor (Pinion and Gear)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 4.6 Geometry Factor, J Sumber: Mott (2004,p.356)
Desain pasangan roda gigi pada perancangan ini menggunakan roga gigi full depth teeth 20° sehingga nilai JP (jumlah gigi 24) = 0,425 dan nilai JG (jumlah gigi 81 ) = 0,48. -
Pitting Geometry Factor
Gambar 4.7 External Spur Pinion Geometry Factor. I, for Standard Center Distances. All Curves Area for the Lowest Point of Single-Tooth Contact on The Pinion. Sumber: Mott (2004,p.402)
Gear Ratio = NG / NP > 1.0 TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gear Ratio = 48 / 24 = 2 Berdasarkan grafik di atas, dengan gear ratio = 2 diperolah I = 0,115 13. Menentukan Load Distribution Factor, Km -
Menentukan Pinion Proportion Factor, Cpf
Gambar 4.8 Pinion Proportion Factor, Cpf Sumber: Mott (2004,p.391) Berdasarkan grafik di atas, dengan nilai F = 1,2 in (perhitungan no. 9), F/Dp = 2/2,4 = 0,8 diperoleh nilai Cpf =0,05. -
Menentukan Mesh Alignment Factor, Cma
Gambar 4.9 Mesh Alignment Factor, Cma Sumber: Mott (2004,p.391)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Pertimbangan: pada desain ini dipilih tipe perlakuan roga gigi yang digunakan adalah commercial enclosed gear units dengan nilai F = 0,95 in sehingga nilai Cma = 0,15. Kemudian dihitung load distribution factor Km = 1,0 + Cpf + Cma = 1,0 + 0,05 + 0,15 Km = 1,2 14. Menentukan Size Factor
Tabel 4.7 Suggested Size Factors, Ks
Sumber: Mott (2004,p.389) Berdasarkan tabel di atas, dengan nilai Pd = 10 diperoleh nilai Ks = 1,00 15. Menentukan Rim Thickness Factor, KB
Gambar 4.10 Rim Thickness Factor, KB Sumber: Mott (2004,p.392) Pertimbangan: pada awal perhitungan roda gigi diasumsikan berbentuk solid sehingga KB = 1,0. 16. Menentukan Nilai Service Factor (SF) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Pertimbangan: nilai SF yang digunakan dalam perancangan adalah 1,50. 17. Menentukan Hardness Ratio Factor, CH Pertimbangan: CH diasumsikan sama dengan 1,0. 18. Menentukan Reliability Factor, KR Tabel 4.8 Reliability Factor, KR
Sumber: Mott (2004,p.396) Berdasarkan tabel di atas, diambil nilai KR = 1.00 atau satu kegagalan dalam 100. 19. Menentukan Umur Desain Roda Gigi Pertimbangan: umur dari mesin conveyor ini dirancang sampai 29200 jam ncP = (60)(29200)(946) = 4,2 x 109 siklus ncG = (60)(29200)(315) = 2,1 x 108 siklus
Gambar 4.11 Stress Cycle Factor, YN Sumber: Mott (2004,p.395) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Berdasarkan grafik pada halaman sebelumnya, diperoleh nilai pendekatan YNP = 0,95 dan YNG = 0,97
Gambar 4.12 Pitting Resistance Stress Cycle Factor, ZN Sumber: Mott (2004,p.395) Berdasarkan grafik di atas, diperoleh nilai ZNP = 0,91 dan ZNG = 0,92 20. Menghitung Perkiraan Bending Stress pada Pinion dan Gear -
Pinion
𝑆𝑡𝑃 = -
𝑊𝑙 𝑃𝑑 262,7 . 10 (𝐾𝑜 𝐾𝑠 𝐾𝑚 𝐾𝐵 𝐾𝑣 ) = (1.1.1,2.1.1,17) = 7232 𝑝𝑠𝑖 𝐹𝐽𝑃 1,2.0,425
Gear
𝐽𝑃 0,425 ) = 6403,33𝑝𝑠𝑖 𝑆𝑡𝐺 = 𝑆𝑡𝑃 ( ) = 7232 ( 𝐽𝐺 0,48 21. Menghitung Bending Stress Agar Sesuai -
Pinion
𝑆𝑎𝑡𝑃 > 𝑆𝑡𝑃 -
𝐾𝑅 𝑆𝐹 1.1,2 = 7232 = 9135,2 𝑝𝑠𝑖 𝑌𝑁𝑃 0,95
Gear
𝑆𝑎𝑡𝐺 > 𝑆𝑡𝐺
𝐾𝑅 𝑆𝐹 1.1,2 = 6403,33 = 7921,6 𝑝𝑠𝑖 𝑌𝑁𝐺 0,97
22. Menghitung Perkiraan Contact Stress Pada perhitungan ini, nilainya berlaku untuk pinion dan gear. 𝑆𝑐 = 𝐶𝑝 √
𝑊𝑙 𝐾𝑜 𝐾𝑠 𝐾𝑚 𝐾𝑣 262,7 . 1.1.1,2.1,17 = 2300√ = 24271,5 𝑝𝑠𝑖 𝐹𝐷𝑝 𝐼 1,2 .24.0,115
23. Mengatur Contact Stress TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
-
Pinion
𝑆𝑎𝑐𝑃 > 𝑆𝑐𝑝 -
𝐾𝑅 𝑆𝐹 1.1,2 = 24271,5 = 32006,4 𝑝𝑠𝑖 ≈ 32,1 𝑘𝑠𝑖 𝑍𝑁𝑃 0,91
Gear
𝑆𝑎𝑐𝐺 > 𝑆𝑐𝐺
𝐾𝑅 𝑆𝐹 1.1,2 = 24271,5 = 31658,5 𝑝𝑠𝑖 ≈ 31,66𝑘𝑠𝑖 𝑍𝑁𝐺 𝐶𝐻 0,92.1
24. Memilih Material untuk Gear dan Pinion Tabel 4.9 Allowable Stress Numbers for Case-Hardened Steel Gear Materials
Sumber: Mott (2004,p.381) Pertimbangan: dengan mengambil nilai tertinggi contact stress, yakni pada gear sebesar 112 ksi dan nilai tertinggi bending stress, yakni pada pinion sebesar 39 ksi maka material yang dipilih pada perancangan ini adalah steel yang di flame or induction-hardened menghasilkan angka kekerasan sebesar 50 HRC dan mampu menahan bending stress hingga 45 ksi (Grade 1) dan contact stress hingga 170 (Grade 1). 4.3.2 Desain Spur Gear I (Terlampir)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
4.4 Perhitungan dan Desain Poros 4.4.1 Perhitungan dan Deasain Poros I 7. Input Data
Gambar 4.13 Poros 1 -
Dpulley
= 10,55 in
-
Dgear
= 2,4 in
-
Ngear
= 500 rpm
-
Npulley
= 500 rpm
-
P aktual
= 2,5 hp
8. Menghitung Torsi pada Poros 1 63000 (𝑃) 𝑛 63000 (2,5) 𝑇= 500 𝑇=
𝑇 = 315 𝑙𝑏. 𝑖𝑛 9. Menghitung Gaya Gaya pada poros 1 akibat gear 𝑇 𝐷⁄ 2 315 𝑊𝑡 = 2,4⁄ 2 𝑊𝑡 =
𝑊𝑡 = 262,5 𝑙𝑏 𝑊𝑟 = 𝑊𝑡 . tan 𝛼 𝑊𝑟 = 262,5 𝑥 tan 20 𝑊𝑟 = 95,542 𝑙𝑏 TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
10. Menghitung Gaya radial pulley 𝑇 𝐷⁄ 2 262,5 𝑊𝑟 = 10,55⁄ 2 𝑊𝑟 =
𝑊𝑟 = 49,76 𝑙𝑏 11. Menentukan Gaya-gaya yang Bekerja pada Poros 1 -
Sumbu Radial (x)
Gambar 4.14 Diagram Benda Bebas ∑𝑀𝐴 = 0 𝐵(0) + 𝐴(4) − 𝐷(2) − 𝐶(6) = 0 𝐴 (4) − 95,542(2) − 49,76 (6) = 0 𝐴 = 122,411 𝑙𝑏
∑𝐹 = 0 −𝐶 + 𝐴 − 𝐷 + 𝐵 = 0 −49,76 + 122,411 − 95,542 + 𝐵 = 0 𝐵 = 22,891 𝑙𝑏
-
Sumbu Tangensial (y)
Gambar 4.15 Diagran Benda Bebas TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
∑𝑀𝐴 = 0 𝐵(0) − 𝐷(2) + 𝐴 (4) = 0 − 262,5 + 𝐴(4) = 0 𝐴 = 131,25
∑𝐹 = 0 𝐴+𝐵−𝐷 =0 131,25 + 𝐵 − 262,5 = 0 𝐵 = 131,25 𝑙𝑏
1. Menggambar Diagram Bidang Geser dan Diagram Bidang Momen
•
Bidang Geser Sumbu x
Gambar 4.16 Diagram Bidang Geser
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
•
Bidang Geser Sumbu y
Gambar 4.17 Diagram Bidang Geser
•
Bidang Momen Sumbu x
Gambar 4.18 Diagram Bidang Momen TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
•
Sumbu y
Gambar 4.19 Diagram Bidang Momen Momen maximal diambil pada jarak 8 in 2 2 𝑀𝑚𝑎𝑥 = √𝑀𝑚𝑎𝑥𝑌 + 𝑀𝑚𝑎𝑥𝑋
𝑀𝑚𝑎𝑥 = √262,52 + 99,522 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 280,732 𝑙𝑏. 𝑖𝑛
2. Menghitung Diameter Poros 1
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Tabel 4.9 Material designation AISI number
Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.876) -
Momen max.
= 280,732 𝑙𝑏. 𝑖𝑛
-
T
= 262,5 𝑙𝑏. 𝑖𝑛
-
Material poros yang dipilih dalam perancangan ini adalah AISI 1040 Cold-drawn dengan Sy = 71000 psi dan Sn = 30000 psi
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 4.20 Tensile Stregth Sumber : Robert L. Mott, PE (2004,p.175 Tabel 4.16 Approximate reliability factors
Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.175)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 4.21 Size Factor Poros 1 Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.175) Poros profil ini memiliki nilai kandungan Cs = 0,89, Cr = 0,81, N = 2, dan Kt = 2. Kekuatan leleh aktual: Sn’ = Sn . Cs . Cr Sn’ = (30000)(0,89)(0,81) Sn’ = 21627 psi -
Diameter poros (Dp) 2
2
𝐷𝑃 = [
1⁄ 3
32 𝑥 𝑁 𝐾𝑡 𝑥 𝑀𝑚𝑎𝑥 3 (𝑇) √[ ] + [ ] ] 𝜋 𝑆𝑛′ 4 (𝑆𝑦)
2
𝐷𝑃 = [
2
1⁄ 3
(32)(2) (2)(280,732) 3 (262,5) √[ ] + [ ] ] 3,14 (21627) 4 (71000)
𝐷𝑃 = 0,810872 𝑖𝑛 = 0,9843 in (Dibulatkan berdasarkan table pemilihan bearing)
B. Desain Poros 1 (Terlampir)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
4.4.2 Perhitungan Poros II
Gambar 4.22 Poros 2 A. Perhitungan Poros 2 (Poros Spurs gear 2 dan roller) • Dspurs gear 2
= 4,8 in
• Droller
= 4,73 in
• n spurs gear 2
= 250 rpm
• P aktual
= 2,5 hp
• FNroller
= 264,5 lb
1. Menghitung Torsi pada Poros 2 63000 (𝑃) 𝑛 63000 (2,5) 𝑇= 250 𝑇=
𝑇 = 630 𝑙𝑏. 𝑖𝑛 2. Menghitung Gaya Gaya pada poros 2 akibat gear 𝑇 𝐷⁄ 2 630 𝑊𝑡 = 4,8⁄ 2 𝑊𝑡 =
𝑊𝑡 = 262,5 𝑙𝑏 𝑊𝑟𝑔 = 𝑊𝑡 . tan 𝛼 TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
𝑊𝑟𝑔 = 262,5 𝑥 tan 20 𝑊𝑟𝑔 = 95,542 𝑙𝑏 3. Menghitung Gaya radial roller 𝑊𝑟𝑐 = 264,5 𝑙𝑏 4. Menentukan Gaya-gaya yang Bekerja pada Poros 2 -
Sumbu Tangensial (x)
Gambar 4.23 Diagram Benda Bebas ∑𝑀𝐴 = 0 𝐴(0) − 𝑊𝑡 (8) − 𝐷(12) = 0 0 − 262,5(2) − 𝐷(12) = 0 𝐷 = 175 𝑙𝑏 ∑𝐹 = 0 𝐴 − 𝑊𝑡 + 𝐷 = 0 𝐴 − 262,5 + 175 = 0 𝐴 = 87,5 𝑙𝑏
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
-
Sumbu Radial (y)
Gambar 4.24 Diagram Benda Bebas ∑𝑀𝐴 = 0 𝐴(0) − 𝑊𝑟𝑐 (4) − 𝑊𝑟𝑔 (8) + 𝐷 (12) = 0 0 − 264,5(4) − 95,542 (8) + 𝐷 (12) = 0 𝐷 = 151,86 𝑙𝑏 ∑𝐹 = 0 𝐴 − 𝑊𝑟𝑐 − 𝑊𝑟𝑔 + 𝐷 = 0 𝐴 − 264,5 − 95,542 + 151,86 = 0 𝐴 = 208,182 𝑙𝑏
3. Menggambar Diagram Bidang Geser dan Diagram Bidang Momen •
Bidang Geser Sumbu x
Gambar 4.25 Diagram Bidang Geser Poros 2
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
•
Bidang Geser Sumbu y
Gambar 4.26 Diagram Bidang Geser Poros 2 •
Bidang Momen Sumbu x
Gambar 4.27 Diagram Bidang Momen
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
•
Bidang Momen Sumbu y
Gambar 4.28 Diagram Bidang Momen
Momen maximal diambil pada jarak 8 in 2 2 𝑀𝑚𝑎𝑥 = √𝑀𝑚𝑎𝑥𝑌 + 𝑀𝑚𝑎𝑥𝑋
𝑀𝑚𝑎𝑥 = √7002 + 832,7282 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 1087,858 𝑙𝑏. 𝑖𝑛
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
4. Menghitung Diameter Poros 2
Tabel 4.10 Material designation AISI number
Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.876) -
Momen max.
= 1087,858 𝑙𝑏. 𝑖𝑛
-
T
= 630 𝑙𝑏. 𝑖𝑛
-
Material poros yang dipilih dalam perancangan ini adalah AISI 1050 OQT 400 dengan Sy = 110000 psi dan Su = 143000 psi
Tabel 4.11 Approximate reliability factors
Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.175)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 4.29 Tensile Stregth Sumber : Robert L. Mott, PE (2004,p.175
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Gambar 4.30 Size Factor Poros 2 Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.175) Poros profil ini memiliki nilai kandungan Cs = 0,81, Cr = 0,81, N = 2, dan Kt = 2. Kekuatan leleh aktual: Sn’ = Sn . Cs . Cr Sn’ = (50000)(0,81)(0,81) Sn’ = 32805 psi -
Diameter poros (Dp) 2
2
𝐷𝑃 = [
1⁄ 3
32 𝑥 𝑁 𝐾𝑡 𝑥 𝑀𝑚𝑎𝑥 3 (𝑇) √[ ] + [ ] ] 𝜋 𝑆𝑛′ 4 (𝑆𝑦)
2
𝐷𝑃 = [
2
1⁄ 3
(32)(2) (2)(1087,858) 3 (630) √[ ] + [ ] ] 3,14 (32805) 4 (110000)
𝐷𝑃 = 3,345 𝑖𝑛 = 3,3455 𝑖𝑛 (Dibulatkan berdasarkan table pemilihan bearing) B. Desain Poros 2 (Terlampir)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
4.5 Perhitungan dan Desain Bearing (Bantalan) 1. Menentukan nilai ho (umur desain)
Tabel 4.12 Design life for bearings
Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.612) Diambil nilai ho=5000 jam, karena biar hemat secara ekonomis. 2. Menentukan Ld dan basic dynamic load rating (c) a) Poros 1 𝐿𝑑 = (ℎ)(𝑟𝑝𝑚)(60
𝑚𝑖𝑛 ) ℎ
= (5000 ℎ)(500 𝑟𝑝𝑚) (60
𝑚𝑖𝑛 ) ℎ
= 1,5𝑥108 𝑟𝑒𝑣 1
𝐿𝑑 3 𝐶 = 𝑊𝑟 ( 6 ) 10 1
1,5𝑥108 3 𝐶 = 262,5 ( ) 106 𝐶 = 1394,73937 lb Dilihat dari tabel seri bearing yang sesuai adalah bearing nomor 6200. Digunakan bearing nomor 6205 dengan diameter dalam bearing 0,9843 in
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Berdasarkan diameter poros yang telah dihitung, pada poros 1 dengan diameter 0,9843 in dipilih bantalan series 6200 dengan nomor bantalan 6205, dengan detail tercantum. b) Poros 2 𝐿𝑑 = (ℎ)(𝑟𝑝𝑚)(60
𝑚𝑖𝑛 ) ℎ
= (5000 ℎ)(250 𝑟𝑝𝑚) (60
𝑚𝑖𝑛 ) ℎ
= 75𝑥106 𝑟𝑒𝑣 1
𝐿𝑑 3 𝐶 = 𝑊𝑟 ( 6 ) 10 1
75𝑥106 3 𝐶 = 208,182 ( ) 106 𝐶 = 877,94 lb Dilihat dari tabel seri bearing yang sesuai adalah bearing seri 6200. Digunakan bearing nomor 6209 dengan diameter dalam bearing 3,3465 in
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
3. Menentukan tipe bantalan Tabel 4.13 Pemilihan tipe bantalan
Sumber: Robert L. Mott, PE (2004,p.608) Berdasarkan diameter poros yang telah dihitung, pada poros 2 dengan diameter 3,3455 in dipilih bantalan series 6200 dengan nomor bantalan 6217, dengan detail tercantum. B. Desain Bearing/Bantalan (Terlampir)
4.6 Perhitungan dan Desain Key (Pasak) 4.6.1 Perhitungan dan Desain Key (Pasak) 1 A. Perhitungan Pasak (Key) 1 • Dporos1
= 0,9843 in
• T
= 262,5 lb.in
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
1. Menentukan Dimensi Standar Pasak Tabel 4.14 Key Shaft VS. Shaft Diameter
Sumber: Robert L. Mott (2004,p.495) Dengan diameter poros 0,9843 in dipilih pasak berbentuk persegi panjang (rectangular key) dengan dimensi n. shaft diameter over 7/8 in dengan W = 1/4 in dan H = 3/16 in
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
2. Menentukan Material Pasak
Tabel 4.15 Design Properties of Carbon and Alloy Steels
Sumber: Robert L. Mott (2004,p.878) Pada desain material pasak yang dipilih adalah AISI 1020 Annealed dengan Tensile Strength 60 ksi dan Yield Strength 43 ksi. 3. Menghitung Panjang Pasak a. Menghitung Besar Gaya Geser (Fs) Fs = 2T/Dporos1 Fs = 2(262,5)/(0,9843) Fs = 533,374 lb a. Menghitung Tegangan Geser τ = F/As τ = 2T/D(W.L) τd = 0,5Sy/N N = 2 (faktor keamanan) Sy = 43 ksi = 43000 psi
b. Menghitung Panjang Pasak Minimum TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
L = 2T / (τd.D.W) L = 2T / [(0,5Sy/N).D.W] L = 4T.N / (D.W.Sy) L = 4(262,5)(2) / (0,9843)(0,25)(43000) L = 0,198465 in Berdasarkan hasil perhitungan, panjang pasak yang digunakan adalah 0,5 in. B. Desain Key 1 (Terlampir)
4.6.2 Perhitungan dan Desain Key (Pasak) 2 A. Perhitungan Key (Pasak) 2 • Dporos2
= 3,3465 in
• T
= 630lb.in
1. Menentukan Dimensi Standar Pasak
Tabel 4.16 Key Shaft VS. Shaft Diameter
Sumber: Robert L. Mott (2004,p.495)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Dengan diameter poros 3,3465 in dipilih pasak berbentuk persegi panjang (rectangular key) dengan dimensi n. shaft diameter over 3 1/4 in dengan W = 7/8 in dan H = 5/8 in. 2. Menentukan Material Pasak Tabel 4.17 Design Properties of Carbon and Alloy Steels
Sumber: Robert L. Mott (2004,p.878) Pada desain material pasak yang dipilih adalah AISI 1340 OQT 400 dengan Tensile Strength 285 ksi dan Yield Strength 234 ksi. 3. Menghitung Panjang Pasak a. Menghitung Besar Gaya Gesar (Fs) Fs = 2T/Dporos2 Fs = 2(630)/( 3,3465) Fs = 376,512 lb b. Menghitung Tegangan Geser τ = F/As τ = 2T/D(W.L) τd = 0,5Sy/N N = 2 (faktor keamanan) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
Sy =110 ksi = 143 ksi c. Menghitung Panjang Pasak Minimum L = 2T / (τd.D.W) L = 2T / [(0,5Sy/N).D.W] L = 4T.N / (D.W.Sy) L = 4(630)(2) / (3,3465)(7/8)(30000) L = 0,05737 in Berdasarkan hasil perhitungan, panjang pasak minimum yang digunakan adalah 0,5737 in. B. Desain Key 2 (Terlampir)
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 1. Mesin konveyor menggunakan motor listrik dengan putaran 1000 rpm dan daya input 2,5 hp. 2. Transmisi yang digunakan adalah sabuk jenis 3V dan roda gigi lurus. 3. Komponen transmisi pada mesin konveyor adalah: a. Puli b. Sabuk c. Pasangan roda gigi lurus d. Poros e. Bantalan f. Pasak 4. Spesifikasi transmisi mesin konveyor adalah: a. Puli ▪
▪
▪
Puli Penggerak ▪
Diameter (D1)
= 5,25 in
▪
Putaran (n1)
= 1000 rpm
Puli yang digerakkan (D2) ▪
Diameter (D2)
= 10,55 in
▪
Putaran (n2)
= 497.6303318 rpm
Jarak antar puli (C)
= 12,3 in
▪
Panjang (L)
= 49,39 in
▪
Jenis
= 3V
▪
Jumlah
=1
▪
Angle of Wrap (ϴ1)
= 204,884°
b. Sabuk
c. Pasangan roda gigi lurus 1 ▪
Roda gigi penggerak (pinion) ▪
Putaran (nP)
= 500 rpm
▪
Jumlah gigi (NP)
= 24
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
▪ ▪
Diameter pitch (Dp)
= 2,4 in
Roda gigi yang digerakkan (gear) ▪
Putaran (nG)
= 250 rpm
▪
Jumlah gigi (NG)
= 48
▪
Diameter pitch (Dp)
= 4,8 in
▪
Pitch line speed (vl)
= 314 ft/min
▪
Transmitted load (Wl)
= 252,7 lb
▪
Jarak antar pusat roda gigi (C)
= 3,6 in
▪
Face width (F)
= 1,2 in
▪
Material
= carburized and case-hardened steel grade 1
d. Poros ▪
▪
Poros 1 ▪
Diameter (d)
= 1,22 in
▪
Panjang (l)
= 7 in
▪
Torsi (T)
= 315 lb.in
▪
Material
= AISI 1040 Cold-drawn
Poros 2 ▪
Diameter (d)
= 1,925 in
▪
Panjang (l)
= 12 in
▪
Torsi (T)
= 630 lb.in
▪
Material
= AISI 1040 Cold-drawn
e. Bantalan ▪
Tipe bantalan pada poros 1
= 6207
▪
Tipe bantalan pada poros 2
= 6210
▪
Pasak pada poros 1 (L)
= 0,5 in
▪
Pasak pada poros 2 (L)
= 0,5737 in
f. Pasak
5.2 Saran 1. Laboratorium dapat menyediakan tempat yang kondusif untuk asistensi.
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
2. Sistem tugas besar sebaiknya setelah dirancang dengan perhitungan ada tahap selanjutnya, yakni pembuatan hasil perancangan mesin dengan skala tertentu. 3. Asisten sebaiknya lebih teliti dalam mengoreksi hasil kerja dari praktikan 4. Praktikan sebaiknya saling membantu dan bekerjasama untuk kelancaran serangkaian pelaksanaan tugas besar
TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2019/2020
