Tugas Rancangan Poros Dan Bantalan [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Motor adalah suatu mesin listrik yang berfungsi merubah energi listrik menjadi energi gerak. Jenis – jenis dari motor sangat banyak, salah satunya adalah motor induksi Salah satu jenis motor induksi adalah motor induksi satu fasa. Penggunaan motor induksi satu fasa sendiri sangat banyak, antara lain pada pompa air, mesin jahit, kipas angin, kompresor, air conditioning (AC), dan lain-lain. Motor induksi satu fasa banyak digunakan karena mempunyai beberapa keuntungan antara lain : 



Biaya investasi awal murah.







Perawatan murah dan mudah



Motor induksi AC adalah motor yang paling umum yang digunakan dalam sistem kontrol gerak industri, serta home appliances powered utama. Sederhana dan kasar desain, murah, pemeliharaan rendah dan sambungan langsung ke sumber listrik AC adalah keuntungan utama AC induksi motor. berbagai jenis motor induksi AC yang tersedia di pasar. motor yang berbeda cocok untuk berbeda aplikasi. Meskipun motor induksi AC lebih mudah untuk desain dari motor DC, kecepatan dan torque kontrol dalam berbagai jenis motor induksi AC memerlukan pemahaman yang lebih besar dari desain dan karakteristik motor tersebut. Perancangan motor induksi sebagai usaha untuk mendapatkan hasil perancangan yang mempunyai unjuk kerja yang baik. Dalam industri mesin listrik, suatu produk tidak hanya mempunyai unjuk kerja yang baik, akan tetapi produk tersebut harus sesuai dengan kebutuhan pasar. Untuk mendapatkan suatu motor induksi satu fasa yang mempunyai effisiensi tinggi diperlukan suatu perancangan. Proses perancangan dapat dilakukan secara manual, yaitu dengan melakukan perhitungan tahap demi tahap. Perancangan dengan cara ini memungkinkan masih adanya kesalahan perhitungan yang nantinya akan didapatkan perancangan yang



tidak sesuai dengan rencana. Agar didapatkan hasil perhitungan yang diinginkan dan menekan kesalahan maka diperlukan bantuan software untuk proses perhitungan. 1.2 Tujuan dan Manfaat Adapun tujuan dan manfaat dari tugas perancangan elemen mesin ini yaitu sebagai berikut



:



1. Dapat mengoptimalkan kinerja serta merencanakan poros transmisi khusus nya pada stone crusher. 2. Memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan mata kuliah Perancangan Elemen Mesin di Program Studi Teknik Mesin, Universitas Syiah Kuala . 3. Sebagai bahan studi mahasiswa untuk diterapkan dalam perencanaan poros transmisi dan bantalan 4. Sebagai bekal mahasiswa dalam lingkungan kerja.



BAB II DASAR TEORI 2.1 Poros Poros adalah elemen mesin yang berbentuk batang, pada umumnya berpenampang lingkaran, berfungsi memindahkan putaran atau mendukung sesuatu beban dengan atau tanpa meneruskan daya . Tegangan dan defleksi adalah parameter yang harus diperhatikan pada perancangan poros. Defleksi sering menjadi parameter kritis, karena defleksi yang besarakan mempercepat keausan bantalan dan mengakibatkan terjadinya misalignment padaroda gigi, sabuk dan rantai. Tegangan pada poros bisa dihitung hanya pada posisi tertentu yang ditinjau dengan mengetahui beban dan penampang poros. Tetapi, untuk menghitung defleksi yang terjadi, harus diketahui terlebih dahulu geometri seluruh bagianporos. Sehingga dalam merancang poros, pertama kali yang dilakukan adalah berdasar tegangan yang terjadi, baru kemudian menghitung defleksi berdasar geometri yang telah ditentukan. Perancangan poros juga dipengaruhi hubungan frekuensi pribadi poros (pada pembebanan bending dan torsi) terhadap frekuensi pembebanan terhadap waktu. Jika frekuensi pembebanan mendekati frekuensi pribadi poros, akan terjadi resonansi,sehingga timbul getaran, tegangan dan defleksi yang besar. 2.1.1



Macam-macam Poros



Poros untuk meneruskan daya dikasifikasikan menurut pembebanannya sebagai berikut. a. Poros transmisi ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli, sabuk dan rantai. b. Spindel adalah poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi oleh poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.



c. Gandar adalah poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang dimana tidak mendapat beban puntir. Gandar hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir juga.



2.1.2



Parameter Dalam Perancangan Poros



Adapun parameter yang dijadikan dalam perancangan poros :



a. Kekuatan poros Suatu poros transmisi dapat mengalami beban punter atau lentur atau gabungan antara punter dan lentur seperti telah diutarakan diatas. Juga ada poros mendapat beban Tarik atau tekan seperti poros baling-baling kapal atau turbin. Kelelahan, tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak, harus diperhatikan. Sebuah poros harus direncanakan hingga cukup kuat untuk menahan beban-beban diatas.



b. Kekakuan poros Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup tetapi jika lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidak telitian (pada mesin perkakas) atau getaran dan suara (pada turbin dan kotak roda gigi). Karena itu, disamping kekuatan poros, kekakuannya juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yabg akan dilayabi poros tersebut.



c. Putaran kritis Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada suatu harga putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini disebut putaran kritis.



Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor torak, dan motor listrik. Dan dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jika mungkin, poros harus direncanakan sedemikian rupa hingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritisnya. d. Korosi Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastic) harus dipilih untuk poros propeller dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosid. Demikian pula untuk poros-poros yang terancam kavitasi, dan poros-poros mesin yang sering berhenti lama. Sampai batas-batas tertentu dapat pula dilakukasn perlindungan terhadap korosi.. e. Bahan poros Poros untuk mesin umum biasanya terbuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis baja karbon konstruksi mesin (disebut bahan S-C) yang dihasilkan dari ingot yang di “kill”. Meskipun demukian bahan ini kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang misalnya jika diberi alur pasak, karena pada tegangan sisa di dalam terasnya. Poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom nikrl molibden. Sekalipun demikian pemakaian baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasannya hanya karena putaran tinggi dan beban berat. Dalam hal ini perlu dipertimbangkan penggunaan baja karbon yang diberi perlakuan panas secara tepat untuk memperoleh kekuatan yang diperlukan.



Pada umumnya baja diklarifikasikan atas baja lunak, baja liat, baja agak keras, dan baja keras. Diantaranya, baja liat dan baja agak keras dipilih untuk poros. Baja agak kers pada umumnya berupa baja yang dikil, baja macam ini jika diberi perlakuan panas secara tepat dapat menjadi bahan poros yang sangat baik. Meskipun demikian untuk perencanaan yang baik, tidak dapat dianjurkan untuk memilih baja atas dasar klarifikasi yang terlalu umum, sebaiknya pemilihan



dilakukan atas dasar standar yang ada. Oleh sebab itu dalam perencanaan poros transmisi ini bahan yang dipilih adalah “Baja nikel khrom molibden SNCM 7” dikarnakan akan terjadinya beban-beban besar.



f. Beban puntir Jika diketahui bahwa poros akan mendapat beban lain kecuali torsi, maka diameter poros tersebut dapat lebih kecil dari yang dibayangkan. Meskipun demikian, jika diperkirakan akan terjadi pembebanan berupa lenturan, tarikan atau tekanan, misalnya pada sebuah sabuk, rantai atau roda gigi dipasangkan pada poros motor, maka kemungkinan adanya pembebanan tambahan tersebut perlu diperhitungkan dalam factor keamanan yang diambil.



Kemudian keadaan momen punter itu sendiri juga harus ditinjau. Factor koreksi yang dianjurkan oleh ASME juga dipakai didalam perencanaan ini. Factor yang dinyatakan dengan Kt dipilih sebesar 1,0 jika beban dikenakan secara halus, 1,0-1,5 jika terjadi sedikit tumbukan, dan 1,5-3,0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar Meskipun dalam perkiraan sementara ditetapkan bahwa beban hanya terdiri atas momen punter saja, perlu ditinjau pula apakan ada kemungkinan pemakaian dengan beban lentur di masa mendatang. Jika memang ada maka dapat dipertimbangkan pemakaian daktor Cb yang harganya antara 1,2 sampai 2,3. g. Tegangan geser Tegangan geser yang diizinkan untuk pemakaian umum pada poros dapat diperoleh dengan berbagai cara. Dalam perencanaan ini tegangan geser dihitung atas dasar batas kelelahan punter yang besarnya diambil 40% dari batas kelelahan Tarik yang



besarnya kira-kira 45% dari kekuatan Tarik sesuai dengan standar ASME. Untuk harga 18% ini factor keamanan diambil sebesar 1/0,18 = 5,6. 5,6 ini diambil untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin dan 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh masa, dan baja paduan. Factor ini dinyatakan dengan Sf1 Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur pasak atau dibuat bertangga karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. Untuk memasukkan pengaruh-pengaruh ini dalam perhitungan perlu diambil factor yang dinyatakan sebagai Sf2 dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0 2.2 Pasak Seperti halnya baut dan sekrup, pasak digunakan untuk membuat sambungan yang dapat dilepas yang berfungsi untuk menjaga hubungan putaran relatif antara poros dengan elemen mesin yang lain seperti: Roda gigi, Pulley, Sprocket, Impeller dan lain sebagainya. Distribusi tegangan secara aktual pada sambungan pasak tidak dapat diketahui secara lengkap, maka dalam perhitungan tegangan disarankan menggunakan faktor keamanan sebagai berikut : Untuk torsi yang tetap dan konstan N = 1,5 2. Untuk beban kejut yang kecil (rendah) N = 2,5 3. Untuk beban kejut yang besar terutama bolak – balik N =4,5 Pada pasak yang rata, sisi sampingnya harus pas dengan alur pasak agar pasak tidak menjadi goyah dan rusak.ukuran dan standard yang digunakan terdapat dalam lapisan.Untuk pasak, umumnya dipilih bahan yang mempunyai kekuatan tarik lebih dari 60 kg/ mm, lebih kuat daripada porosnya. Kadang sengaja 2 dipilih bahan yang sengaja lemah untuk pasak, sehingga pasak terlebih dahulu rusak daripada porosnya.



Ini disebabkan harga pasak yang murah serta mudah



menggantinya. Menurut bentuk dasarnya pasak dapat dibedakan menjadi: 1. Pasak datar (Square key) 2. 2. Pasak Tirus (Tapered key) 3. 3. Pasak setengah silinder (Wood ruff key)



Menurut arah gaya yang terjadi pasak digolongkan menjadi: 1. Pasak memanjang (Spie) Pasak yang menerima gaya sepanjang pasak terbagi secara merata. Pasak ini dibedakan menjadi pasak baji, pasak kepala, pasak benam dan pasak tembereng. 2. Pasak melintang (pen) Pasak yang menerima gaya melintang pada penampang pen. Pen ini dapat menjadi dua yaitu pen berbentuk pipih dan pen berbentuk silindris. Pada perencanaan mesin pemeras kopra ini dipakai tipe pasak datar segi empat karena dapat meneruskan momen yang besar dan komersial pasak ini mempunyai dimensi yaitu lebar (W). Perlu diperhatikan bahwa lebar pasak sebaiknya antara 25 - 35% dari diameter poros, dan panjang pasak jangan terlalu panjang dibandingkan dengan diameter poros (antara 0,75 sampai 1,5 D). Karena lebar dan tinggi pasak sudah distandarkan.



Keterangan : h = Tinggi pasak (mm) b = Lebar pasak (mm) L = Panjang pasak (mm) Fs = Gaya geser (kg/mm2) Fc = Gaya Kompresi (kg/mm2) Bila poros berputar dengan torsi sebesar T maka pasak akan menerima gaya F dan selanjutnya akan menimbulkan tegangan geser (σs) dan tegangan kompresi (σc). 2.2.1



Perencanaan Pasak



Pasak adalah bagian elemen mesin yang berfungsi untuk menyambung dan juga untuk menjaga hubungan putaran relatif antara poros dengan peralatan mesin yang lain.



Distribusi tegangannya dapat terjadi, sehingga dalam perhitungan tegangan disarankan menggunakan faktor keamanan sebagai berikut : a. N = 1 untuk torsi yang tetap atau konstan b. N = 2,5 untuk beban kejut kecil atau rendah c. N = 4,5untuk beban kejut yang besar terutama dengan bolak balik. Perlu diperhatikan bahwa lebar pasak sebaiknya antara 25% sampai 30 % dari diameter poros, dan panjang pasak jangan terlalu panjang dibandingkan dengan diameter poros, yaitu antara 0,75 s/d 1,5 kali dameternya. Pasak mempunyai standardisasi yang sesuai dengan desain yang dibutuhkan. 2.3 Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang mampu menumpu poros berbeban, sehingga gesekan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang usia pemakianya. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros suatu mesin bekerja dengan baik. ( Sularso, 2002 ) 2.3.1



Klarifikasi bantalan



Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut : a. Atas Dasar Gerakan Bantalan Terhadap Poros



Bantalan luncur, bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas. Bantalan gelinding, pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat.



b. Atas Dasar Arah beban dan poros Bantalan Radial, arah bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros, Bantalan radial, bantalan ini sejajar dengan sumbu poros



Bantalan gelinding khusus, bantalan ini dapat menumpi beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.



2.3.2



Bahan bantalan



a. Bantalan Luncur Bahan bantalan luncur harus memenuhi persyaratan berikut :



1. Mempunyai kekuatan cukup (tahan terhadap beban dan kekerasan) 2. Dapat menyusaikan diri terhadap lenturan poros yang tidak terlalu besar atau terhadap perubahan bentuk yang kecil. 3. Mempunyai sifat anti las (tidak menempel) terhadap poros jika terjadi kontak atau gesekan antara logam dan logam 4. Sangat tahan karat. 5. Cukup tahan aus 6. Dapat mebenamkan kotoran atau debu kecil yang terkurung didalam bantalan 7. Murah harganya 8. Tidak terlalu terpengaruh oleh temperature



b. Bahan bantalan Umum



Paduan Tembaga, termasuk dalam golongan ini adalah perunggu, perunggu fosfor, dan perunggu timah hitam, yang sangat baik dalam kekuatan, ketahanan terhadap karat, ketahanan terhadap kelelahan, dan dalam penerusan panas. Kekakuannya membuat bahan ini sangat baik untuk bantalan mesin perkakas. Kandungan timah yang lebih tinggi dapat mempertinggi sifat anti las.



Logam putih, termasuk dalam golongan ini adalah loga putih berdasar Sn (yang biasa disebut logam babit) dan logam putih berdasar Pb. Keduanya dipakai sebagai lapisan pada logam pendukungnya.



2.3.3



Hal yang diperhatikan dalam perencanaan Bantalan Radial



a. Kekuatan Bantalan Misalkan terdapat suatu beban yang terbagi rata dan bekerja pada bantalan dari sebelah bawah. Panjang bantalan dinyatakan dengan l (mm), beban persatuan panjang dengan w (kg/mm), dan beban bantalan dengan W (kg), serta reaksi pada tumpuan dihitung. b. Pemilihan l/d



Untuk bantalan, perbandingan antara panjang dan diameternya adalah sangat penting, sehingga dalam perencanaan perlu diperhatikan halhal berikut : 1. Semakin kecil l/d , semakin rendah kemampuannya untuk menahan beban 2. Semakin l/d, semakin besar pula panas yang timbul karena gesekan 3. Dengan membesarkan l/d kebecoran pelumas pada ujung bantalan dapat diperkecil 4. Harga l/d yang terlalu besar menyebabkan tekanan yang tidak merata. 5. Jika pelumas kurang diratakan dengan baik ke seluruh permukaan bantlan, harga l/d harus dikurangi. 6. Semakin besar l/d, temperature bantalan juga akan semakin tinggi, hal itu dapat membuat lapisan bantalan menjadi leleh.



7. Untuk menentukan l/d dalam merencana, perlu diperhatikan beberapa besar ruangan yang tersedia untuk bahan bantalan tersebut didalam mesin. 8. Harga l/d juga tergantung pada kekerasan bahan bantalan, bahan lunak memerlukan i/d yang besar. 9. Atas dasar hal-hal diatas dapat dipilih l/d yang akan dipakai , harga l/d tersebut terletak 0,4- 4.0 atau lebih baik antara 0,5-2,0 .



BAB III METODOLOGI RANCANGAN



3.1 Perencanaan Poros 3.1.1



Diagram Alir



3.2 Perencanaan Bantalan 3.2.1



Diagram Alir