Laporan Kelompok.pdf

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN PERHITUNGAN WINCH STUDIO ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018 Diajukan untuk memenuhi persyaratan Menempuh Tugas Besar Elemen Mesin

Disusun oleh : KELOMPOK 14 AHMAD ZAKY

145060201111083

MUHAMMAD FADLI SIREGAR

155060201111038

MUHAMMAD IMRON AFANDI

155060201111044

TEGUH TALIBO

155060200111048

KEMENTERIAN RISET TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN MESIN MALANG 2017

PRA

KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT karena atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga laporan Tugas Besar Elemen Mesin ini dapat terselesaikan dengan baik. Pembuatan laporan ini bertujuan untuk memenuhi persyaratan dari Tugas Besar Elemen Mesin. Penulis berharap laporan ini dapat memberikan manfaat bagi kelancaran bidang akademik mahasiswa khususnya dan pembaca umumnya. Dalam pembuatan laporan ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu menyelesaikan laporan ini. Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.

Bapak Dr. Eng. Moch. Agus Choiron, ST., MT. selaku Kepala Laboratorium Studio Perancangan Elemen Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

2.

Bapak/Ibu Dosen Pembimbing kelompok 14 Tugas Besar Elemen Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

3.

Para Asisten Elemen Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

4.

Teman – teman yang telah membantu kelompok kami dalam menyelesaikan laporan praktikum ini. Pembuatan laporan ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu penulis

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak demi perbaikan dan kesempurnaan laporan ini. Malang, November 2017

Penulis

i

DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR .................................................................................. i DAFTAR ISI ............................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR ................................................................................... v DAFTAR TABEL ...................................................................................... vii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................... 1 1.3 Batasan Masalah ........................................................................................ 2 1.4 Tujuan Perancangan .................................................................................. 2 1.5 Manfaat Perancangan................................................................................. 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Gear (Roda Gigi)....................................................................................... 3 2.1.1 Pengertian Gear (Roda Gigi) ........................................................... 3 2.1.2 Macam-macam Gear (Roda Gigi) .................................................... 3 2.1.3 Bagian-bagian Gear (Roda Gigi) ..................................................... 9 2.1.4 Gaya – gaya yang terjadi pada spur gear dan straight bevel gear ... 11 2.2 Pulley ...................................................................................................... 12 2.2.1 Definisi Pulley ............................................................................... 12 2.2.2 Macam-macam Pulley ................................................................... 12 2.3 Belt (Sabuk)............................................................................................ 14 2.3.1 Pengertian Belt (Sabuk) ................................................................. 14 2.3.2 Macam-macam susunan sabuk ....................................................... 15 2.3.3 Jenis-jenis belt berdasarkan bentuknya ........................................... 17 2.3.4 Dasar pemilihan material belt......................................................... 19 2.4 Sprocket ................................................................................................ 20 2.5 Chain (Rantai) ........................................................................................ 20 2.5.1 Pengertian chain ............................................................................ 20 2.5.2 Macam-macam chain ..................................................................... 21 2.5.3 Keuntungan dan Kerugian Transmisi Rantai Dibanding Sabuk....... 22 2.6 Shaft (Poros) ........................................................................................... 22 ii

2.6.1 Definisi shaft ................................................................................. 22 2.6.2 Macam-macam shaft ...................................................................... 23 2.6.3 Perencanaan poros ......................................................................... 24 2.7 Bearing (Bantalan) ................................................................................. 25 2.7.1 Definisi bearing ............................................................................. 25 2.7.2 Macam-macam bearing ................................................................. 25 2.7.3 Cara pengkodean bearing .............................................................. 27 2.8 Key (Pasak) ............................................................................................ 29 2.8.1 Definisi key .................................................................................... 29 2.8.2 Macam-macam key ........................................................................ 29 2.9 Lubricant (Pelumas) ............................................................................... 31 2.9.1 Definisi lubricant ........................................................................... 31 2.9.2 Macam-macam lubricant ............................................................... 31 BAB III METODE PERANCANGAN 3.1 Metode Perancangan............................................................................... 35 3.2 Spesifikasi Transmisi.............................................................................. 36 3.3 Langkah-langkah Perancangan ............................................................... 37 BAB IV PERHITUNGAN DAN DESIGN 4.1 Perhitungan dan Desain Chain Sprocket ................................................. 45 4.1.1 Perhitungan chain sprocket ............................................................ 45 4.1.2 Desain chain sprocket .................................................................... 47 4.2 Perhitungan dan Desain Spur Gear (roda gigi) ........................................ 48 4.2.1 Perhitungan spur gear .................................................................... 48 4.2.2 Desain spur gear ............................................................................ 60 4.3 Perhitungan dan Desain Shaft (poros 1) .................................................. 60 4.3.1 Perhitungan poros 1 ....................................................................... 60 4.3.2 Desain poros 1 ............................................................................... 63 4.4 Perhitungan dan Desain Shaft (poros 2) .................................................. 63 4.4.1 Perhitungan poros 2 ....................................................................... 63 4.4.2 Desain poros 2 ............................................................................... 66 4.5 Perhitungan dan Desain Bearing (bantalan 1) ......................................... 67 4.5.1 Perhitungan bearing (bantalan 1) ................................................... 67 4.5.2 Desain bearing (bantalan 1) ........................................................... 68 4.6 Perhitungan dan Desain Bearing (bantalan 2) ......................................... 69 iii

4.6.1 Perhitungan bearing (bantalan 2) ................................................... 69 4.6.2 Desain bearing (bantalan 2) ........................................................... 70 4.7 Perhitungan dan Desain Key (Pasak 1) .................................................... 71 4.7.1 Perhitungan key (pasak 1) .............................................................. 71 4.7.2 Desain key (pasak 1) ...................................................................... 73 4.8 Perhitungan dan Desain Key (Pasak 2) .................................................... 73 4.8.1 Perhitungan key (pasak 2) .............................................................. 73 4.8.2 Desain key (pasak 2) ...................................................................... 75 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 77 5.2 Saran ....................................................................................................... 78 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

iv

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Roda gigi lurus ............................................................................... 4 Gambar 2.2 Roda gigi miring ............................................................................ 5 Gambar 2.3 Roda gigi miring ganda .................................................................. 5 Gambar 2.4 Roda gigi dalam ............................................................................. 6 Gambar 2.5 Roda gigi kerucut lurus .................................................................. 6 Gambar 2.6 Roda gigi kerucut spiral.................................................................. 7 Gambar 2.7 Roda gigi permukaan ..................................................................... 7 Gambar 2.8 Roda gigi cacing silindris ............................................................... 8 Gambar 2.9 Roda gigi cacing hipoid .................................................................. 8 Gambar 2.10 Roda gigi cacing gobloid .............................................................. 8 Gambar 2.11 Bagian-bagian dari roda gigi kerucut lurus ................................... 9 Gambar 2.12 Gaya-gaya yang terjadi pada spur gear ......................................... 11 Gambar 2.13 Gaya-gaya yang terjadi pada straight bevel gear........................... 11 Gambar 2.14 V-pulley........................................................................................ 12 Gambar 2.15 Variable speed pulley ................................................................... 13 Gambar 2.16 Timming pulleys ........................................................................... 14 Gambar 2.17 Sabuk penggerak terbuka.............................................................. 15 Gambar 2.18 Sabuk penggerak silang ................................................................ 16 Gambar 2.19 Sabuk penggerak belok sebagian ................................................. 16 Gambar 2.20 Sabuk penggerak dengan pulley sekunder ..................................... 17 Gambar 2.21 Flat belt........................................................................................ 17 Gambar 2.22 V-belt ........................................................................................... 18 Gambar 2.23 Circular belt ................................................................................. 19 Gambar 2.24 Timing belt ................................................................................... 19 Gambar 2.25 Sprocket ....................................................................................... 20 Gambar 2.26 Sprocket dan Chain....................................................................... 20 Gambar 2.27 Rantai rol ..................................................................................... 21 Gambar 2.28 Rantai gigi .................................................................................... 21 Gambar 2.29 Rantai berselubung ....................................................................... 22 Gambar 2.30 Poros transmisi ............................................................................. 23 v

Gambar 2.31 Poros Spindle ............................................................................... 23 Gambar 2.32 Poros gandar ................................................................................ 23 Gambar 2.33 Poros lurus ................................................................................... 24 Gambar 2.34 Poros engkol ................................................................................ 24 Gambar 2.35 Bantalan luncur ............................................................................ 26 Gambar 2.36 Bantalan gelinding........................................................................ 26 Gambar 2.37 Bantalan aksial dan radial ............................................................. 27 Gambar 2.38 Pasak benam ................................................................................ 29 Gambar 2.39 Pasak belah .................................................................................. 30 Gambar 2.40 Pasak splines ................................................................................ 30 Gambar 2.41 Pasak tangensial .......................................................................... 31 Gambar 2.42 Pasak Bulat ................................................................................. 31 Gambar 3.1 Sketsa Winch .................................................................................. 36 Gambar 3.2 Flowchart perencanaan chain sprocket .......................................... 38 Gambar 3.3 Flowchart perencanaan spur gear................................................... 40 Gambar 3.4 Flowchart perencanaan poros ......................................................... 41 Gambar 3.5 Flowchart perencanaan bearing ..................................................... 42 Gambar 3.6 Flowchart perencanaan key ............................................................ 43 Gambar 4.1 Design power transmitted vs. pinion speed for spur gears with different pitches and diameters ........................................................ 49 Gambar 4.2 Dynamic factor............................................................................... 52 Gambar 4.3 Bending geometry factor ................................................................ 53 Gambar 4.4 Pitting geometry factor ................................................................... 54 Gambar 4.5 Pinion proportion factor................................................................. 54 Gambar 4.6 Mesh alignment factor .................................................................... 55 Gambar 4.7 Rim thickness factor ....................................................................... 56 Gambar 4.8 Bending strength stress cycle factor ............................................... 57 Gambar 4.9 Pitting resistance stress cycle factor ............................................... 57 Gambar 4.10 Poros 1 ......................................................................................... 59 Gambar 4.11 Poros 2 ......................................................................................... 63 Gambar 4.12 Recommended design life of bearing ............................................ 67 Gambar 4.13 Recommended design life of bearing ............................................ 69 vi

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Lebar standar pulley ........................................................................... 14 Tabel 2.2 Massa Jenis dan Material Belt............................................................ 19 Tabel 2.3 Kode dan jenis bearing ...................................................................... 27 Tabel 4.1 Service factor untuk chain drives ....................................................... 45 Tabel 4.2 single strand roller chain no. 60 untuk rantai .......................... (terlampir) Tabel 4.3 Overload factors ................................................................................ 48 Tabel 4.4 Koefisien elastisitas ........................................................................... 51 Tabel 4.5 Recommended AGMA quality number ................................................ 52 Tabel 4.6 Size factor .......................................................................................... 55 Tabel 4.7 Reabilty factor ................................................................................... 56 Tabel 4.8 Allowable stress numbers for case-hardened steel gear materials ...... 59 Tabel 4.9 Data pemilihan bantalan single low deep groove onrodal type ball bearing .............................................................................................. 68 Tabel 4.10 Data pemilihan bantalan single low deep groove onrodal type ball bearing............................................................................................ 70 Tabel 4.11 Ukuran pasak dan diameter poros..................................................... 71 Tabel 4.12 Design properties of carbon and alloy steels .................................... 72 Tabel 4.13 Ukuran pasak dan diameter poros..................................................... 73 Tabel 4.14 Design properties of carbon and alloy steels .................................... 74

vii

1

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Semakin pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dalam segala bidang khususnya bidang permesinan, dikarenakan tuntutan perkembangan teknologi dan industri yang modern. Pada zaman modern seperti sekarang ilmu permesinan sangat dibutuhkan khususnya dibidang industri manufaktur. Dengan perkembangan teknologi yang semakin pesat ini, para mahasiswa jurusan teknik mesin dituntut untuk lebih mendalami mengenai imu permesinan yang disini bisa disebut juga sebgai elemen mesin, yang dimana di dalam elemen mesin membahas mengenai komponen – komponen dalam permesinan. Karena pentingnya peranan sistem perencanaan transmisi dalam bidang permesinan, maka diperlukan suatu perencanaan yang matang agar diperoleh suatu produk yang unggul dalam hal ini mencakup umur pemakaian yang panjang, dapat bekerja dengan baik dan dioperasikan dengan mudah serta memerlukan biaya yang terjangkau. Dalam kehidupan manusia, mekanisme sederhana maupun mesin yang kompleks dapat membantu manusia dalam melakukan tugas – tugasnya. Untuk beberapa pekerjaan khusus dan spesifik manusia menciptakan beberapa penemuan yang menggunakan dasar imu elemen mesin. Untuk memudahkan manusia dalam pembuatan bangunan diperlukan alat bantu yang menggunakan prinsip – prinsip perhitungan menggunakan ilmu dari elemen mesin. Salah satu aplikasinya adalah pembuatan mesin yang dapat digunakan untuk keperluan khusus seperti mesin winch. 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam laporan ini adalah merencanakan sistem yang terdapat pada winch, perencanaan ini meliputi design, shaft, chain, gear, bearing, dan key pada winch yang dimana kelompok kami mempunyai data sebagai berikut :  Daya motor

= 14,75 Hp

 rpm input

= 1350 rpm

 rpm output

= 502 rpm

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

2

1.3 Batasan Masalah Sistem transmisi yang direncanakan adalah sistem transmisi yang di dalamnya mencakup semua elemen mesin, di antaranya shaft, chain, bearing, gear dan key pada mesin winch. Pada perencanaan ini hanya dibatasi pada aspek geometri, dimensi, perhitugan dan material dari setiap elemen mesin yang ada pada winch. 1.4 Tujuan Perancangan Adapun tujuan dari perancangan ini adalah : 1. Mengetahui mekanisme kerja dari mesin winch. 2. Mengetahui parameter yang digunakan dalam perancangan mesin winch. 3. Dapat merancang winch dengan efisiensi dan efektifitas kerja yang tepat. 1.5 Manfaat Perancangan Manfaat dari penulisan laporan ini adalah : 1. Memberikan gambaran secara umum mengenai mekanisme perencanaan pembuatan mesin winch. 2. Memberikan inovasi baru agar mempermudah dalam menggunakan mesin winch kepada penggunanya.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1

Gear (Roda Gigi)

2.1.1 Pengertian Gear (Roda Gigi) Roda gigi adalah roda yang berguna untuk mentransmisikan daya yang besar atau putaran yang cepat. Rodanya dibuat bergerigi dan berbentuk silinder atau kerucut yang saling bersinggungan pada kelilingnya agar jika salah satu berputar maka yang lain ikut berputar. 2.1.2 Macam-macam Gear (Roda Gigi) Berdasarkan letaknya pada poros, roda gigi dapat dikelompokkan atas tiga macam, yaitu : 1. Roda gigi dengan poros sejajar a. Roda gigi lurus ( Spur Gear) Roda gigi paling dasar dengan jalur gigi yang sejajar poros. Pasangan roda gigi lurus ini digunakan untuk menurunkan putaran dalam arah berlawanan. Aplikasi roda gigi lurus antara lain pada gearbox. Kelebihan :  Dibandingkan dengan jenis roda gigi yang lain, roda gigi lurus ini paling mudah dalam proses pengerjaannya.  Harganya lebih murah.  Dayanya lebih besar. Kekurangan :  Kontak permukaan antar gigi yang kecil menyebabkan suara yang keras saat terjadi kontak gigi.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

4

Gambar 2.1 Roda gigi lurus Sumber : Sularso (1980, p. 213) 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 adalah lebih besar dari pada roda gigi lurus, sehingga pemindahan 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 gigi yang lebih kokoh, karena jalur roda gigi yang membentuk ulir tersebut menimbulkan gaya reaksi yang sejajar dengan poros. Kelebihan :  Gigi-gigi yang bersudut menyebabkan pertemuan antara gigi-gigi menjadi perlahan sehingga pergerakan dari roda gigi menjadi halus dan minim getaran.  Roda gigi miring mampu dioperasikan pada kecepatan tinggi dibandingkan spur karena kecepatan putar yang tinggi dapat menyebabkan spur lebih baik digunakan pada putaran yang rendah. Kekurangan :  Gaya aksial lebih besar, sehingga dibutuhkan bantalan aksial dan material roda gigi yang lebih kokoh.  Pengerjaan rumit.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

5

Gambar 2.2 Roda gigi miring Sumber : Sularso (1980, p. 213) c. Roda gigi miring ganda Gaya aksial yang timbul pada gigi yang mempunyai alur berbentuk V tersebut akan saling meniadakan. Kelebihan :  Gaya aksial lebih rendah dibandingkan roda gigi miring tunggal.  Minim getaran dan mampu dioperasikan pada kecepatan tinggi. Kekurangan :  Roda gigi miring ganda lebih sulit untuk dibuat karena kerumitan bentuknya.

Gambar 2.3 Roda gigi miring ganda Sumber : Sularso (1980, p.213) d. Roda gigi dalam Dipakai jika diingini alat transmisi dengan ukuran kecil dengan perbandingan reduksi besar karena pinion terletak dalam roda gigi. Kelebihan :  Mampu merubah gaya putar menjadi gaya translasi dan sebaliknya.  Untuk penggunaan pada sistem kemudi kendaraan biayanya lebih murah. Kekurangan : TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

6

 Efisiensi daya yang ditransmisikan lebih rendah dibandingkan mekanisme sistem kemudi yang lain.

Gambar 2.4 Roda gigi dalam Sumber : Sularso (1980, p.213) 2. Roda gigi dengan poros berpotongan Pada roda gigi ini, bidang jarak bagi merupakan bidang kerucut yang puncaknya terletak di bidang sumbu poros. Jenis-jenis Roda gigi kerucut antara lain: a. Roda gigi kerucut lurus (Bevel gear) Roda gigi ini adalah jenis roda gigi kerucut yang paling mudah dibuat dan paling sering dipakai. Tetapi roda gigi ini sangat berisik karena perbandingan kontaknya yang kecil dan konstruksinya juga tidak memungkinkan pemasangan bantalan pada kedua ujung porosnya.

Gambar 2.5 Roda gigi kerucut lurus Sumber : Sularso (1980, p.213) b. Roda gigi kerucut spiral Roda gigi kerucut spiral pemotongan gigi-giginya juga pada permukaan harus membentuk gigi-gigi roda gigi spiral yang arahnya membentuk suatu kerucut karena mempunyai perbandingan kontak yang besar dapat meneruskan daya dan beban besar. Salah satu kekurangannya yaitu memiliki suara yang berisik.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

7

Gambar 2.6 Roda gigi kerucut spiral Sumber : Sularso (1980, p. 213) 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 penggunaannya pada grab winch, hand winch, kerekan.

Gambar 2.7 Roda gigi permukaan Sumber : Sularso (1980, p.213) 3. Roda gigi dengan poros silang Roda gigi dengan poros silang dibagi menjadi 3 jenis, yaitu sebagai berikut : a. Roda gigi cacing silindris Mempunyai silinder yang berbentuk cacing dan lebih umum dipakai. Roda gigi ini biasa dipakai untuk meneruskan putaran dengan perbandingan reduksi besar.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

8

Gambar 2.8 Roda gigi cacing silindris Sumber : Sularso (1980, p. 213) b. Roda gigi cacing hipoid Mempunyai jalur gigi yang berbentuk spiral pada bidang kerucut yang sumbernya berdaya besar dan pemindahan gaya pada permukaan gigi berlangsung meluncur dan menggelinding.

Gambar 2.9 Roda gigi cacing hipoid Sumber : Sularso (1980, p.213) c. Roda gigi cacing gobloid Mempunyai perbandingan kontak yang lebih besar dan dipakai untuk beban yang lebih besar pula.

Gambar 2.10 Roda gigi cacing gobloid Sumber : Sularso (1980, p.213)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

9

2.1.3 Bagian-bagian Gear (Roda Gigi)

Gambar 2.11 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 2017/2018

10

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.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

11

2.1.4 Gaya – gaya yang terjadi pada spur gear dan straight bevel gear 1. Arah gaya yang terjadi pada spur gear

Gambar 2.12 Gaya-gaya yang terjadi pada spur gear Sumber : Dobrovolsky (2004, p.455) Transmisi gaya pada spur gear force F normal yang bekerja dengan arah normal pada permukaan gigi dapat diselesaikan dengan mengubah menjadi arah gaya tangensial dan radial. Besar gaya tangensial dan radial pada penggerak sama besar dengan yang gaya tangensial dan radial pada spur gear digerakan dengan arah berlawanan. 2. Arah gaya yang terjadi pada straight bevel gear

Gambar 2.13 Gaya-gaya yang terjadi pada straight bevel gear Sumber : Dobrovolsky (2004, p.456) Gaya yang bekerja pada straight bevel gear dapat dilihat pada gambar 2.13. Transmisi gaya pada straight bevel gear force F normal yang bekerja pada bagian pusat tooth face bevel gear dapat diubah menjadi arah gaya tangensial dan radial daribidang normal dari gigi.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

12

a. Gaya Radial Gaya radial yang bekerja menuju sumbu roda gigi tegak lurus terhadap lingkaran jarak bagi dan terhadap gaya tangensial. Gaya ini cenderung menciptakan gaya saling mendorong diantara dua roda gigi. (L Mott, Robert,2004, p.423). b. Gaya Tangensial Gaya tangensial yang bekerja dalam bidang lintang dan menyinggung lingkaran jarak bagi roda gigi miring dan yang menyebabkan torsi ditransmisikan dari roda gigi yang di gerakkan. (L Mott, Robert, 2004, p.423) 2.2

Pulley

2.2.1 Definisi Pulley Pulley adalah elemen mesin yang digunakan untuk memindahkan daya dari suatu poros ke poros lain dengan alat bantu sabuk (belt). Pulley merupakan salah satu bagian utama sistem transmisi. Pulley berfungsi untuk mengatur kecepatan putar dan meneruskan daya dari motor listrik. Rasio kecepatan pulley berbanding terbalik dengan rasio diameter pulley, pemilihan diameter pulley harus berhati-hati supaya didapatkan rasio kecepatan yang diinginkan. Posisi pulley harus sesuai supaya belt dapat mentransmisikan daya secara normal dari satu pulley ke pulley lain. 2.2.2 Macam-macam Pulley 1. Sheaves / V-Pulley Paling sering digunakan untuk transmisi, produk ini digerakkan oleh V-Belt. Produk ini memiliki kelebihan yaitu mudah diproduksi dan dapat diandalkan sehingga produk ini telah dipakai selama satu dekade.

Gambar 2.14 V-Pulley Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.670) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

13

2. Variable Speed Pulley Pulley ini digunakan untuk mengontrol kecepatan mesin. Berbagai proses industri seperti mesin perakitan harus bekerja pada kecepatan yang berbeda untuk produk yang berbeda. Dimana pada pulley ini rasio permandingan kecepatannya diatur otomatis sesuai sumber kecepatan yang diberikan sehingga dapat memberikan variasi torsi yang berbeda. Dengan menggunakan teknik tersebut, pulley ini dapat memberikan efisiensi yang lebih tinggi dari produk yang lain.

Gambar 2.15 Variable speed pulley Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.670) 3. Timming 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. Timing Pulley dapat dibagi lagi ke dalam beberapa tipe yaitu : Classical Timing Pulley, XL Pulley, L Pulley, H Pulley, XH Pulley, HTS Timing Pulley, 3mm Pulley, 5mm Pulley, 8mm Pulley, 14mm Pulley, Metric Timing Pulley, T 2.5mm Pulley, T 5mm Pulleys, T 10mm Pulleys, AT 5mm Pulleys, AT 10mm Pulleys.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

14

Gambar 2.16 Timming pulley Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.681) Tabel 2.1Lebar Standar Pulley

Sumber: Khurmi, R.S.(2005, p.719) 2.3

Belt (Sabuk)

2.3.1 Pengertian Belt (Sabuk) Suatu elemen mesin yang berbentuk lintasan bulat yang bergigi dan rata. Di dalam sebuah transmisi dari jenis ini terdiri dari sebuah sabuk yang tak memiliki ujung dipasang secara ketat/ rapat pada 2 pulley penggerak yang mentransmisikan/ menyalurkan gerak dari pulley penggerak menuju pulley penerima/pendorong dengan tahanan gesek antara sabuk dan pulley. Fleksibilitas dari sabuk memungkinkan untuk mengatur poros penggerak dan poros penerima dengan cara apapun dan digunakan beberapa pulley bila diperlukan.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

15

2.3.2 Macam-macam Susunan Sabuk Jenis belt biasanya diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok sebagai berikut : 1. Light drives (penggerak ringan). Penggerak jenis ini digunakan untuk mentransmisikan daya yang kecil pada kecepatan belt sampai 10 m/s seperti pada mesin pertanian dan mesin perkakas ukuran kecil. 2. Medium drives (penggerak sedang). Penggerak jenis ini digunakan untuk mentransmisikan daya yang berukuran sedang pada kecepatan belt 10 m/s sampai 22 m/s seperti pada mesin perkakas. 3. Heavy drives (penggerak besar).

Penggerak jenis ini digunakan untuk

mentransmisikan daya yang berukuran besar pada kecepatan belt di atas 22 m/s seperti pada mesin kompresor dan generator. 1. Open Belt drives Digunakan dengan susunan poros secara paralel dan berputar dengan arah yang berlawanan. Biasanya komponen antar belt juga dapat terjadi gesekan. Untuk menghindari keausan yang berlebihan, posisi poros harus ditempatkan jarak maksimum satu sama lain.

Gambar 2.17 Sabuk penggerak terbuka Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.683) 2. Cross belt drives Menggunakan poros yang disusun secara paralel dan berputar ke arah yang sama. Ketika jarak antar poros yang dihubungkan sabuk terpisah cukup jauh, salah satu kedudukan dari ke-2 poros tersebut harus lebih rendah dari poros lainnya.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

16

Gambar 2.18 Sabuk penggerak silang Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.683) 3. Quarter turn belt drive Menggunakan poros tegak lurus dengan putaran satu arah. Untuk mencegah sabuk bergerak keluar dari jalur pulley, maka lebar pulley harus cukup besar untuk mengatasi hal ini dan hanya dapat dipastikan setelah dilakukan proses uji coba.

Gambar 2.19 Sabuk penggerak belok sebagian Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.684) 4. Sabuk penggerak dengan pulley sekunder Digunakan saat transmisi sabuk dengan jenis open belt drive tidak dapat digunakan karena panjang busur belt dan luasan kontak pada pulley cukup rendah (rasio kecepatan cukup tinggi dengan jarak antar pulley cukup dekat) atau ketika diperlukan regangan pada sabuk dimana dengan cara lain tidak dapat diperoleh hanya dengan cara penambahan Idler Pulley.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

17

Gambar 2.20 Sabuk Penggerak dengan Pulley Sekunder Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.684) 2.3.3 Jenis-jenis Belt Berdasarkan Bentuknya 1. Transmisi sabuk datar (Flat belts) Jenis transmisi dengan menggunakan flat belt telah ditemukan aplikasinya di beberapa mesin.

Gambar 2.21 Flat belt Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.678) Berikut ini bahan-bahan pembuatan belt : a. Belt dengan bahan kulit (Leather belt) b. Belt dengan bahan karet (Rubber belt) c. Belt dengan bahan tenunan benang kapas (Wooven cotton belts) d. Belt dengan bahan tenunan wool (Wooven woolen belts) Sebagai tambahan untuk 4 jenis standar tipe belt yang berbentuk/ memiliki profil datar yakni jenis Inter-stitched rubber, semi-linen dan sabuk sutra (silk belts) diproduksi untuk tujuan tertentu / khusus misalkan sebagai transmisi belt berkecepatan tinggi , mesin gerinda internal (internal grinding machines), dll. Kelebihan : Biaya lebih murah. Kekurangan : Mudah aus.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

18

2. Transmisi sabuk V (V-Belts)

Gambar 2.22 V-Belt Sumber : Dobrovolsky (1979, p.224) Berikut ini penjelasan secara terperinci tentang jenis-jenis belt di atas: I.

Belt dengan inti serat kain (Cord Fabric Belt) Belt jenis ini terdiri dari beberapa lapisan inti serat kain (a) pada bagian yang menerima tegangan tinggi, karet (b) pada bagian yang mengalami tekanan tinggi. Dan untuk bagian (c) terbuat dari serat karet.

II. Belt dengan inti serat kabel / kawat (Cord Wire Belt) Terdiri dari beberapa inti kawat yang sangat kuat (a) terletak pada bagian netral. Oleh karena itu tidak dibutuhkan sifat fleksibilitas belt, sebuah pengisi celah terbuat dari karet (b) dimana bersifat sangat elastis pada tekanan yang tinggi dan tetap bersifat kaku ketika dalam kondisi tekanan tinggi , dan bagian (c) merupakan selubung luar. III. Belt dengan inti kawat dan dilengkapi dengan gigi-gigi Berbeda dari jenis Simple-Cord wire belt bahwa di setiap gigi-gigi memiliki bagian yang bertekanan tinggi (dan kadangkala berupa tegangan tinggi). Untuk mencapai fleksibilitas terbesar yang secara khusus sangatlah penting aplikasinya pada pulley berdiameter kecil dan kecepatan operasinya cukup tinggi. Kelebihan : Tidak berisik, jarak poros tidak tertentu Kekurangan : Slip yang terjadi mengakibatkan rasio angka putaran tidak konstan. 3. Transmisi sabuk bundar (Circular belt) Transmisi ini paling jarang digunakan, biasanya dipakai mentransmisikan daya yang kecil, dan jarak antar pulley sampai 5 meter. Kelebihan : Jarak poros tidak tertentu. TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

19

Kekurangan : Hanya untuk transmisi daya yang kecil.

Gambar 2.23 Circular belt Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.678) 4. Timing belt Seperti ditunjukkan gambar dibawah, Timing belt terbuat dari karet tahan panas dengan inti yang kuat dan tidak elastis. Gigi-giginya dilapisi dengan kanvas tahan gesekan. Timing belt dibuktikan dapat bertahan sampai jarak tempuh 100.000 km atau lebih (60.000 mil atau lebih).

Gambar 2.24 Timing belt Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.682) 2.3.4 Dasar Pemilihan Material Belt Tabel 2.2 Massa Jenis dan Material Belt

Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.680) Material yang digunakan untuk belt dan pulley harus kuat, fleksibel dan tahan lama, harus juga mempunyai koefisien gesek yang tinggi. Belt menurut material yang digunakan dapat diklasifikasikan sesuai dengan yang terlihat pada gambar 2.25 diatas. TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

20

2.4

Sprocket Sprocket adalah roda bergerigi yang yang berpasangan dengan rantai, atau benda

panjang yang bergerigi lainnya. Sprocket berbeda dengan roda gigi, sprocket tidak pernah bersinggungan dengan sprocket lainnya. Sprocket juga berbeda dengan pulley dimana sprocket memiliki gigi sedangkan pulley pada umumnya tidak memiliki gigi.

Gambar 2.25 Sprocket Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.760) 2.5

Chain (Rantai)

2.5.1 Pengertian Chain Chain adalah sambungan mata rantai yang membentuk sabuk besi. Mata rantai adalah konstruksi yang terdiri dari bush, roller, link plate, dan pin. Dalam bab sebelumnya dijelaskan bahwa penggerak belt dapat terjadi slip dengan pulley. Untuk menghindari slip, maka menggunakan rantai baja. Rantai dibuat dari sejumlah mata rantai yang disambung bersama-sama dengan sambungan engsel sehingga memberikan fleksibilitas untuk membelit lingkaran roda (sprocket). Sprocket di sini mempunyai gigi dengan bentuk khusus dan terpasang pas ke dalam sambungan rantai.

Gambar 2.26 Sprocket dan chain Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.760)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

21

2.5.2 Macam-macam Chain Jenis rantai yang digunakan untuk mentransmisikan daya ada tiga tipe, yaitu : 1. Rantai rol (Roller chain) Rantai rol sangat luas pemakaiannya, karena harganya yang relatif murah dan perawatan serta pemasangannya mudah, contoh pemakaian pada sprocket sepeda motor dan sepda dan menggerakkan sprocket pada industri.

Gambar 2.27 Rantai Rol Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.764) 2. Rantai gigi (Silent chain) Rantai jenis ini mempunyai keunggulan pada tingkat kecepatan dan kapasitas daya yang ditransmisikan lebih besar, serta tingkat kebisingan rendah, akan tetapi harganya lebih mahal. Pemakaian rantai ini masih terbatas karena faktor ekonomis dan orang lebih suka menggunakan transmisi roda gigi.

Gambar 2.28 Rantai Gigi Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.765)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

22

3. Rantai berselubung (Bush chain) Rantai jenis ini merupakan penyempurnaan dari rantai pena dimana pada penanya dilengkapi dengan dengan bush terpasang pada kedua plat sisi. Kemampuan rantai jenis ini lebih awet dibanding rantai pena, terutama untuk beban sedang.

Gambar 2.29 Rantai Berselubung Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.768) 2.5.3 Keuntungan dan Kerugian Transmisi Rantai Dibanding Sabuk  Keuntungan 1. Selama beroperasi tidak ada slip sehingga diperoleh rasio kecepatan yang sempurna. 2. Karena rantai terbuat dari logam, maka ruang yang dibutuhkan lebih kecil dari sabuk dan dapat menghasilkan transmisi yang besar. 3. Memberikan efisiensi transmisi tinggi (sampai 98%). 4. Dapat dioperasikan pada suhu cukup tinggi maupun pada kondisi atmosfer.  Kekurangan 1. Biaya produksi rantai lebih tinggi. 2. Dibutuhkan pemeliharaan rantai dengan cermat dan akurat terutama pelumasan dan penyesuaian pada saat kendur. 3. Rantai memiliki kecepatan fluktuasi terutama pada saat terlalu meregang. 2.6

Shaft (Poros)

2.6.1 Definisi Shaft Shaft (poros) adalah suatu elemen mesin yang berbentuk silinder dan solid serta memiliki penampang. Dimana terpasang elemen-elemen mesin seperti gear, pulley, flywheel elemen pemindah lainnya. Poros bisa menerima beban lenturan, beban tarikan, beban tekan atau beban puntiran yang bekerja sendiri-sendiri atau gabungan satu sama lain. (Joseph Edward Sighley, 1983).

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

23

2.6.2 Macam-macam Shaft A. Berdasarkan pembebanannya : 1. Poros transmisi Poros yang mentransmisikan daya antara sumber tenaga dan mesin yang digerakkan. Mengalami beban puntir yang berulang, beban lentur ataupun keduanya. Contohnya yaitu pada transmisi mobil.

Gambar 2.30 Poros transmisi Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.523) 2. Poros spindle Poros transmisi yang relatif pendek, misalnya pada poros utama mesin bubut. Beban utamanya berupa beban puntir juga menerima beban lentur.

Gambar 2.31 Poros Spindle Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.524) 3. Poros gandar Poros gandar mengalami beban lentur saja dan tidak menerima beban puntir. Contoh pengaplikasiannya yaitu dipasang diantara roda-roda kendaraan muatan barang.

Gambar 2.32 Poros Gandar Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.525) TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

24

B. Berdasarkan bentuknya : 1. Poros lurus Poros lurus merupakan bagian dari mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dari pemutar utama ke bagian yang lain.

Gambar 2.33 Poros Lurus Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.524) 2. Poros engkol Poros engkol merupakan bagian dari mesin yang dipakai untuk merubah gerakan naik turun dari torak menjadi gerakan berputar. Poros engkol yang kecil sampai yang sedang biasanya dibuat dari satu bahan yang ditempa kemudian dibubut, sedangkan yang besar-besar dibuat dari beberapa bagian yang disambung-sambung dengan cara pengingsutan.

Gambar 2.34 Poros Engkol Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.525) 2.6.3 Perencanaan Poros Dalam perencanaan poros terdapat hal-hal yang perlu diperhatikan, yaitu : 1. Kekuatan Poros Poros transmisi akan menerima beban puntir, beban lentur maupun keduanya. Oleh karena itu dalam perancangan poros, poros yang akan digunakan harus cukup aman untuk menahan beban-beban tersebut.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

25

2. Kekakuan Poros Meskipun poros cukup kuat menahan pembebanannya tetapi adanya lenturan atau defleksi yang terlalu besar dapat menyebabkan ketidaktelitian pada mesin, gerakan mesin atau suara. Kekakuan poros juga disesuaikan dengan jenis mesin. 3. Putaran Kritis Bila putaran mesin terlalu tinggi, maka akan menimbulkan getaran pada mesin tersebut. Batas antara putaran mesin yang mempunyai jumlah normal dengan putaran mesin yang menimbulkan getaran yang tinggi disebut putaran kritis. Jadi dalam perencanaan perlu mempertimbangkan putaran kerja dari poros tersebut agar lebih rendah dari putaran kritis. 4. Korosi Apabila poros berkontak langsung dengan fluida korosif maka dapat mengakibatkan korosi pada poros tersebut. 5. Material Poros yang digunakan untuk putaran tinggi dan beban yang besar biasanya dibuat dari baja paduan seperti baja krom nikel sehingga tahan terhadap keausan. Sekalipun demikian perlu dipertimbangkan dalam pemilihan jenis materialnya karena baja paduan tidak selalu dianjurkan jika hanya untuk putaran tinggi dan beban yang berat saja. 2.7

Bearing (Bantalan)

2.7.1 Definisi Bearing Bearing (bantalan) elemen mesin yang berbentuk bulat biasanya terdapat roller di dalamnya. Bearing (Bantalan) adalah elemen mesin yang mampu menahan poros terbeban, sehingga putaran atau gerak bolak baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang umur. 2.7.2 Macam-macam Bearing A. Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros 1. Bantalan luncur Pada Bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

26

Gambar 2.35 Bantalan Luncur Sumber : Khurmi, R.S. (2005,p.963) 2. Bantalan gelinding Pada Bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola, rol, dan rol bulat.

Gambar 2.36 Bantalan Gelinding Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.963) B. Berdasarkan arah beban terhadap poros 1. Bantalan radial Arah beban yang ditumpu pada bantalan ini tegak lurus terhadap poros. Maksudnya beban yang bekerja pada poros tersebut tegak lurus terhadap poros tetapi sejajar dengan bantalan. Dapat dilihat pada gambar 2.38 untuk melihat arah bantalan radial dan bentuk bantalan radialnya. 2. Bantalan aksial Arah beban yang ditumpu bantalan ini sejajar terhadap sumbu poros. Maksudnya beban yang bekerja poros tersebut sejajar terhadap poros tetapi tegak lurus terhadap bantalan. Dapat dilihat pada gambar 2.38 untuk melihat arah bantalan aksial dan bentuk bantalan aksialnya

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

27

Gambar 2.37 Bantalan Aksial dan Radial Sumber : Khurmi, R.S. (2005, p.963) 2.7.3 Cara Pengkodean Bearing a. Digit Pertama Digit pertama bearing menyatakan jenis bearing. Tabel 2.3 Kode dan Jenis Bearing

Sumber : Sularso (1983 : 132)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

28

b. Digit Kedua Digit kedua bearing menyatakan seri bearing untuk menyatakan ketahanan dari bearing tersebut. Seri penomoran adalah mulai dari ketahanan yang paling ringan sampai paling berat. - 8 = Extra thin section. - 9 = Very thin section. - 0 = Extra thin section. - 1 = Extra light thrust. - 2 = Light. - 3 = Medium. - 4 = Heavy. c. Digit Ketiga dan Keempat Digit ketiga dan keempat menyatakan diameter dalam bearing, untuk kode 0 sampai 3, maka diameter bore bearing adalah sebagai berikut : - 00

= diameter dalam 10 mm.

- 01

= diameter dalam 12 mm.

- 02

= diameter dalam 15 mm.

- 03

= diameter dalam 17 mm.

Selain kode nomer 0 sampai 3, misal 4, 5 dan seterusnya maka diameter bearing dikalikan dengan 5 mm, misal 04 maka diameter bore bearing = 20 mm. d. Digit Terakhir Digit yang terakhir biasanya berupa huruf, menyatakan jenis penutup bearing ataupun bahan bearing. - Z single shielded (Bearing ditutupi plat tunggal). - ZZ double shielded (Bearing ditutupi plat ganda). - RS single sealed (Bearing ditutupi seal karet). - 2RS double sealed (Bearing ditutupi seal karet ganda). - V single non-contact seal. - VV double non-contack seal. - DDV double contact seal. - NR snap ring and groove. - M brass cage.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

29

2.8

Key (Pasak)

2.8.1 Definisi Key Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian-bagian mesin, seperti roda gigi, pulley, kopling, dan lain lain pada poros. Pasak menurut letaknya pada poros dapat dibedakan menjadi beberapa macam seperti pasak pelana, pasak rata, pasak benam, dan pasak singgung yang umumnya berpenampilan segi empat. Dalam arah memanjang dapat berbentuk prismatis atau berbentuk tirus. Yang umum digunakan dalam permesinan adalah pasak benam yang dapat meneruskan momen yang besar. Pasak adalah bagian dari mesin yang berfungsi sebagai berikut : 1. Menyambung poros dengan bagian mesin. 2. Menjaga hubungan putaran relatif antara poros dan mesin dengan peralatan mesin lainnya. 2.8.2 Macam-macam Key 1. Pasak Benam Merupakan Pasak memanjang yang paling banyak digunakan. Pasak ini dipasang pada konstruksi roda yang dapat digesekkan pada poros alur pasak ini dibuat sejajar dengan kelonggaran 0,2-0,4 mm.

Gambar 2.38 Pasak Benam Sumber : Dobrovosky (1978, p.172) 2. Pasak Belah Pasak belah mudah dibuat, tetapi membuat poros lebih lemah. Dengan pasak ini torsi yang diteruskan kecil.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

30

Gambar 2.39 Pasak Belah Sumber : Dobrovosky (1978, p.170) 3. Splines Kadang-kadang, pasak yang dibuat secara integral dengan poros agar cocok dengan alur pasak didekati di hub. Poros tersebut dikenal sebagai poros splines. Poros ini biasanya memiliki empat, enam, sepuluh atau enam belas splined. Poros splines relatif lebih kuat daripada poros memiliki alur pasak tunggal. Poros splines digunakan ketika gaya yang ditransmisikan besar sesuai ukuran poros seperti pada

transmisi otomotif dan transmisi gear geser. Dengan

menggunakan poros splines, kita memperoleh pergerakan aksial sebaik gerakan positif diperoleh.

Gambar 2.40 Pasak Splines Sumber : Khurmi, R.S. (2005 : 474) 4. Pasak Tangensial Memberikan sambungan kuat sekali karena poros dalam arah keliling (tangensial) tegang. Torsi dan kejutan besar dapat ditahan oleh pasak ini. Pelemahan akibat alur pasak lebih kecil tapi luas satu sama lain membuat sudut 120o ukuran tinggi pasak dan tebal.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

31

Gambar 2.41 Pasak Tangensial Sumber : Dobrovosky (1978 : 170) 5. Pasak Bulat Dipergunakan untuk torsi yang kecil. pembuatan lubang dibuat setelah dan poros terpasang.

Gambar 2.42 Pasak Bulat Sumber : Dobrovosky (1978 : 169) 2.9

Lubricant (Pelumas)

2.9.1 Definisi Lubricant Lubricant (Pelumas) adalah suatu zat yang berbentuk zat cair atau padat, yang digunakan untuk melindungi komponen-komponen mesin berfungsi mengurangi gesekan antar komponen. Lubricant (pelumas) dapat diartikan sebagai suatu zat yang berada diantara dua permukaan yang bergerak secara relatif agar dapat mengurangi gesekan antar permukaan tersebut. 2.9.2 Macam-macam Lubricant Berdasarkan wujudnya, minyak pelumas dapat digolongkan menjadi dua bentuk, yaitu cair (liquid) atau biasa disebut oli, dan setengah padat (semi solid) atau biasa disebut gemuk. Minyak pelumas cair (oli) dapat digolongkan berdasarkan beberapa hal, yaitu:

A. Berdasarkan bahan pelumas itu dibuat TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

32

 Pelumas mineral, yaitu yang berasal dari minyak bumi. Mineral yang terbaik digunakan untuk pelumas mesin-mesin diesel otomotif, kapal, dan industri.  Pelumas nabati, yaitu yang terbuat dari bahan lemak binatang atau tumbuhtumbuhan. Sifat penting yang dipunyai pelumas nabati ini ialah bebas sulfur atau belerang, tetapi tidak tahan suhu tinggi, sehingga untuk mendapatkan sifat gabungan yang baik biasanya sering dicampur dengan bahan pelumas yang berasal dari bahan minyak mineral, biasa disebut juga compound oil.  Pelumas sintetik, yaitu pelumas yang bukan berasal dari nabati ataupun mineral. Minyak pelumas ini berasal dari suatu bahan yang dihasilkan dari pengolahan tersendiri. Pada umumnya pelumas sintetik mempunyai sifat-sifat khusus, seperti daya tahan terhadap suhu tinggi yang lebih baik daripada pelumas mineral atau nabati, daya tahan terhadap asam, dan lain lain. B. Berdasarkan viskositas atau kekentalan minyak pelumas yang dinyatakan dalam nomor-nomor SAE (Society of Automotive Engineer). Angka SAE yang besar menunjukan minyak pelumas yang lebih kental.  Oli monograde, yaitu oli yang indeks kekentalannya dinyatakan hanya satu angka.  Oli multigrade, yaitu oli yang indeks kekentalannya dinyatakan dalam lebih dari satu angka. C. Berdasarkan penggunaan minyak pelumas (diatur oleh The American Petroleum Institutes Engine Service Classification).  Penggunaan minyak pelumas untuk mesin bensin.  Penggunaan minyak pelumas. Pelumas setengah padat (semi solid) atau biasa disebut gemuk ialah sebagai berikut : Penambahan additive seperti sabun yang dicampur dengan pelumas mineral dapat menghasilkan gemuk lumas. Jenis-jenis sabun tersebut ada beberapa macam, antara lain lithium, calcium, sodium, aluminium, dan ada pula yang bahan dasarnya sintetik. Gemuk pelumas ini memiliki daya lekat yang baik pada permukaan logam, sehingga dapat melindungi dari pengaruh udara lembab dan air, serta daya tahan terhadap beban kejut pada bantalan.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

33

Gemuk pelumas ini memiliki beberapa sifat-sifat khusus, antara lain:  Menyekat kotoran-kotoran yang masuk atau keluar.  Tidak terpengaruh oleh temperatur.  Sukar mengalir dan menguap.  Mencegah masuknya air, dan meskipun ada molekul-molekul air, daya lumas tidak berubah.  Mempunyai sifat menahan benturan yang besar.  Mempunyai sifat anti korosi dan oksidasi. Berdasarkan sifat-sifat tersebut, gemuk pelumas ini dapat digunakan untuk melumasi bagian-bagian yang tidak dapat dilumasi oleh pelumas cair (oli), seperti:  Bagian yang mudah terkena debu dan air.  Bagian yang tidak rapat.  Bagian yang mempunyai tekanan tinggi.  Bagian yang sukar dicapai.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

34

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

35

BAB III METODE PERANCANGAN 3.1 Metode Perancangan Pada

perencanaan

komponen

mesin,

ada

aturan

yang

pasti

dalam

perencanaannya. Akan tetapi sering timbul masalah dalam perencanaan yang biasanya terjadi karena berbagai sebab, tetapi prosedur utama dalam pemecahan masalah perencanaan tersebut dapat diatasi dengan cara sebagai berikut : 1. Recognition of Need (Kebutuhan) : Menganalisa apa yang dibutuhkan dalam perencanaan. 2. Analysis of Forces (Analisa Gaya) : Menentukan gaya pada bagian yang dirancang. 3. Material Selection (Pemilihan Material) : Dari gaya yang sudah ditemukan akan dapat menentukan material. 4. Design of Element ( Desain Komponen) : Menentukan ukuran dari tiap elemen berdasarkan gaya yang bekerja dan tegangan ijin dari material yang digunakan. 5. Modification (Modifikasi) Mengubah ukuran sesuai dengan standar yang ada. 6. Detail of Drawing (Gambar Mesin) Menampilkan susunan tiap elemen mesin secara detail dalam bentuk gambar. 7. Production ( Produksi) Komponen sesuai dengan gambar kemudian di produksi di bengkel. Urutan metode perancangan diatas dapat berubah bergantung pada batasan yang ditentukan, batasan tersebut yaitu : batasan ukuran dan batasan material. Secara umum proses peerencanaan sebuah mesin dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

36

Gambar 3.1 Sketsa Winch Sumber : Dokumentasi Pribadi (2017) 3.2 Spesifikasi Transmisi Winch didesain memiliki spesifikasi sebagai berikut : 

Daya yang ditransmisikan sebesar 14,75 HP.



Besar putaran input 1350 rpm.



Besar putaran output 502 rpm. Jenis transmisi yang digunakan pada winch adalah transmisi roda gigi dan

rantai. Dua transmisi ini dipilih karena untuk mendapat torsi dan daya serta kecepatan yang cocok untuk menggerakkan mesin.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

37

3.3 Langkah – Langkah Perencanaan a.

Flowchart perencanaan sprocket dan rantai

Mulai

- Daya motor listrik (Pmotor)

: 14,75 Hp

- Putaran motor listrik (n in)

: 1350 rpm

- Puataran output yang diharapkan (n out) : 500 rpm

- lampiran 1 : Tabel service factor rantai - Pdesain = service factor x daya motor (HP) - lampiran 2 : Tabel daya nominal rantai-rol baris tunggal no.40 - Rasio = ninput/noutput

-

Menentukan service factor Menghitung design power Menghitung nominal speed ratio Memilih tipe rantai Menghitung jumlah gigi sproket penggerak Menghitung jumlah gigi sproket besar Menghitung putaran output aktual

-

N Apakah tipe rantai sudah memenuhi kebutuhan ?

Y L = 2C +

D1 

N 2  N1 (N 2 - N1 ) + 2 4 2C

2

P sin(180 / N1 )

2   1 N N  (N N)  8(N- N) 2 C= L- 2 1 + L 2 1  - 2 2 1  4 2 2  4    

 D 2 - D1    2C 

1  180  2 sin 1 

-

-

Menghitung ukuran sproket penggerak (D1), sproket yang digerakkan (D2) dan daya yang bisa di transmisikan Menghitung panjang utuh rantai Menghitung jarak sumbu poros Menghitung sudut kontak rantai setiap sproket

A

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

38

A

-

Diameter sproket besar dan sprocket kecil Panjang rantai Jarak sumbu poros

Selesai

Gambar 3.2 Flowchart perencanaan chain sprocket Sumber : Dokumentasi Pribadi (2017)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

39

b. Flowchart perencanaan Spur Gear

Mulai

Daya motor = 14,75 Hp Putaran pinion (np) = 502 rpm

Putaran gear (ng) = 70 rpm - lampiran 3 : Tabel

Overload factors, Ko

- lampiran 4 : Grafik Design power transmitted vs. pinion speed for spur gears with different pitches and diameters. -

-

- Menentukan overload factor (Ko) - Menentukan jumlah gigi pinion - Menghitung nilai nominal velocity ratio - Menghitung perkiraan jumlah gigi pada spur gear - Menghitung rasio kecepatan aktual - Menghitung kecepatan output aktual

lampiran 5 : Tabel Number of Pinion Teeth to Ensure No Interference)

VR = nP/nG NG = Np(VR) VR = NG / NP nG = nP (Np/ NG)

- DP = Np/Pd DG = NG/Pd C = (Np + NG)/2.Pd vl = π.DP.nP/12 Wl = 33000P/vl - 8/ Pd < F < 16/ Pd - lampiran 6 : Tabel Koefisien elastisitas Cp - lampiran 7 : Tabel Recommended AGMA quality number dan lampiran 8 : Grafik Dynamic factor, Kv - lampiran 9 : Grafik bending geometry factor, J dan lampiran 10 : Grafik pitting geometry factor, I - lampiran 11 : Grafik pinion proportion factor, Cpf dan lampiran 12 : Grafik mesh alignment factor, Cma - lampiran 13 : Tabel size factor - lampiran 14 : Grafik rim

thickness factor KB

- 1,00 < SF<1,50, dipakai SF = 1,00 - hardness ratio factor, CH = 1,00 - lampiran 15 : Tabel reabilty factor, KR - NcP = (60)(umur mesin)(nP)(1) NcG = (60)(umur mesin)(nG)(1)

- Menghitung diameter pitch, jarak antar pusat, pitch line speed dan beban - Menentukan face width pinion dan gear - Menentukan jenis material untuk pinion dan gear serta menentukan koefisien elastis - Menentukan angka kualitas dan faktor dinamis - Menentukan susunan gigi - Menentukan load distribution factor, Km - Menentukan size factor

-

Menentukan rim thickness factor KB Menentukan nilai service factor (SF) Menentukan hardness ratio factor, CH Menentukan reabilty factor, KR Menentukan umur desain roda gigi

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

B A

40

lampiran 16 : Grafik Bending strength stress cycle factor. YN - lampiran 17 : Grafik Pitting resistance stress cycle factor. ZN

A

-

-

-

-

B

Memilih material untuk roda gigi maupun pinion Menghitung perkiraan bending stress pada pinion dan gear Mengatur bending stress agar sesuai Menghitung perkiraan contact stress Memilih material untuk roda gigi maupun pinion Mengatur contact stress

-

lampiran 18 : Tabel Allowable stress numbers for case-hardened steel gear materials - S dan S standar -

Mendapatkan ukuran: Pinion dan gear Jarak antar pusat gear Material gear dan

Apakah ukuran pinion dan gear serta jarak antar pusat gear sudah sesuai dengan yang dibutuhkan?

Y

Selesai Gambar 3.3 Flowchart perencanaan spur gear Sumber : Dokumentasi Pribadi (2017)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

N

41

c. Flowchart perencanaan poros Mulai

Dsproket 2 = 10,27 in D gear 1 = 4,8 in n sprocket 2 = 502 rpm n gear 1 = 502 rpm

-

63000 ( P ) n T Fy  Wt  D/2 FCy  FC cos 

T=

Mengghitung torsi pada pulley besar Hitung nilai gaya pada poros akibat pulley Menentukan gaya-gaya yang bekerja pada poros Menggambar Diagram Bidang Geser dan Diagram Bidang Momen Menghitung Diameter Poros

-

FCX  FC sin  T Fy  Wt  D/2 FX  Wt tan 

2

32 N  Kt.M  3  T  D3        Sn'  4  Sy 

2

N

Apakah diameter poros sudah sesuai dengan yang dibutuhkan? Y

Diameter poros

Selesai Gambar 3.3 Flowchart perencanaan poros Sumber : Dokumentasi Pribadi (2017)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

42

d. Flowchart perencanaan bearing Mulai - lampiran 24 : Recommended

Design Life of Bearing - Ld = (Ld hour)(n)(60 min/h) - Lampiran 25 : Data Pemilihan

bantalan single low deep groove on rodal type ball bearing

- Menentukan nilai L10 (umur desain) - Menentukan Ld dan basic dynamic load rating (c) - Menentukan tipe bantalan

-

Apakah tipe bearing sudah sesuai dengan yang dibutuhkan?

Y

-

Diameter dalam bearing Diameter luar bearing Tebal bearing

Selesai

Gambar 3.4 Flowchart perencanaan bearing Sumber : Dokumentasi Pribadi (2017)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

N

43

e. Flowchart perencanaan key (pasak)

Mulai

Dporos = 1,7717 in T gear = 1851,096 lb in lampiran 26 : Tabel ukuran pasak vs diameter poros - lampiran 27 : Tabel Desain Properties of carbon and alloys steels - L = 2T/ τd DW -

-

Menentukan dimensi standar pasak Menentukan material pasak Menghitung panjang pasak

Apakah lebar, tinggi dan panjang minimal pasak sudah sesuai dengan yang dibutuhkan? Y

-

Lebar pasak (W) Tinggi pasak (H) Panjang minimal pasak (L)

Selesai

Gambar 3.5 Flowchart perencanaan key Sumber : Dokumentasi Pribadi (2017)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

N

44

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

45

BAB IV PERHITUNGAN DAN DESIGN 4.1 Perhitungan dan Desain Chain Sprocket 4.1.1 Perhitungan Chain Sprocket 1.

2.

Mesin Winch didesain memiliki sepsifikasi sebagai berikut : 

Putaran motor

: 1350 rpm



Daya motor

: 14,75 Hp



Putaran output yang di harapkan

: 500 rpm

Menghitung desain power.

Tabel 4.1 Service Factor untuk Chain Drives

Sumber : Mott (2004, p.290) Berdasarkan table 4.1 didapat nilai Sf yaitu sebesar 1,3. Pdesain = serfice factor x daya motor (Hp) Pdesain = 1,3 x 14,75 Pdesain = 19,175 Hp 3.

Menghitung nominal speed ratio  Rasio = 1350/500 = 2,7

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

46

4.

Memilih rantai dan sprocket pada tabel 4.2 single strand roller chain no. 60 untuk rantai (terlampir). Untuk sprocket kecil dengan jumlah gigi 16 buah dan putaran awal 1350 rpm.

5.

Menghitung jumlah gigi pada sprocket besar menggunakan rumus  N2 = N1 x rasio = 16 x 2,7 = 43,2 = 43  Jadi menggunakan 43 buah gigi.

6.

Menghitung besar output yang sebenarnya  n2 = n1 x (N1 / N2) = 1350 x (16 / 43) = 502 rpm

7.

Menghitung diameter pitch sprocket  

8.

Menentukan panjang rantai dengan ketentuan 40 pitches.

9.

Menghitung panjang rantai yang diperlukan

10. Menghitung panjang jarak titik pusat antar sprocket

40,019 pitches = 40,019(0,75) = 30,0143 in 11. Menghitung sudut rantai antar setiap sprocket  Sprocket kecil (minimal 120°)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

47

167,71  Sprocket besar

192,29 12. Didapatkan chain dan sprocket : 

Pitch : No. 60 chain, ¾-in pitch.



Panjang : 110 pitches 110(0,75) = 82.5 in.



Jarak pusat : C = 30,0143 in (maksimal).



Sprocket : single-strand, No. 60, ¾-in pitch  Kecil = 16 gigi, D = 3,846 in  Besar = 34 gigi, D = 10,27 in

pengait/penghubung antara sprocket dengan poros menggunakan disk plate yang disambung dengan baut dan mur. 4.1.2 Desain Chain Sprocket (Terlampir)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

48

4.2 Perhitungan dan Desain Spur Gear 4.2.1 Perhitungan Spur Gear 1. Data yang diketahui  Daya motor yang ditransmisikan (P) : 14,75 hp  Putaran pinion (np)

: 502 rpm

 Putaran gear yang diharapkan (ng)

: 70 rpm

2. Menentukan overload factor (Ko) dan trial value untuk diametral pitch (Pd) Tabel 4.3 Overload factors, Ko

Sumber: Mott (2004, p.389) Dari tabel diatas maka akan didapatkan nilai Pdes = overload factor X P = (2,25). (14,75) = 33,19 hp

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

49

Gambar 4. 1 Design power transmitted vs. pinion speed for spur gears with different pitches and diameters Sumber: Mott (2004, p.409) Maka nilai Pd = 5 Dp = 4,8 3. Menentukan jumlah gigi pinion Pd = Np/Dp Np = Pd. Dp Np = 5. 4,8 Np = 24 4. Menghitung nilai nominal velocity ratio VR = nP/nG VR = 502/ 70 VR = 7,17

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

50

5. Menghitung perkiraan jumlah gigi pada gear NG= Np. VR NG= 24. 7,17 NG= 172,11 NG= 172

170 dikarenakan batas jumlah gigi yg ada pada Gambar 4.3

6. Menghitung rasio kecepatan aktual VR = NG / NP VR = 170 / 24 VR = 7,083 7. Menghitung kecepatan output aktual nG= nP (Np/ NG) nG= 502(24/170) nG= 70,87 rpm (OK). 8.

Menghitung diameter pitch, jarak antar pusat, pitch line speed, addendum, dedendumdan beban  Pitch Diameter Pinion DP = Np/Pd = 24/5 = 4,8 in  Pitch Diameter Gear DG = NG/Pd = 170/5 = 34 in  Center Distance C = (Np + NG)/2 Pd= (24+170)/2 . 5 = 19,4 in  Pitch line speed vl = π DP nP/12 = (3,14. 4,8 . 502) / 12 = 630,512 ft/min  Addendum a =1/Pd = 1/5 = 0,2 in  Dedendum b = 1,25/Pd = 1,25/5= 0,25 in  Transmitted load Wl = 33000. P/vl = 33000. 14,75 / 630,512 = 771,992 lb

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

51

9. Menentukan face width pinion dan gear 8/ Pd
Sumber: Mott (2004, p.400) Dalam rancangan ini material pinion dan gear di desain memakai bahan yang sama yaitu baja sehingga Cp = 2300 lb/in2 . 11. Menentukan angka kualitas dan faktor dinamis  Quality number

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

52

Tabel 4.5 Recommended AGMA quality number

Sumber: Mott (2004, p.378) Pada tabel diatas menunjukkan nilai kualitas untuk masing – masing jenis mesin, maka crane memiliki Quality number Qv = 7. 

Dynamic factor

Gambar 4.2 Dynamic factor, Kv Sumber: Mott (2004, p.393) Dari grafik diatas, dipilih nilai Kv=1,15

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

53

12.Menentukan susunan gigi  Bending geometry factor (pinion and gears)

Gambar 4.3 Bending geometry factor, J Sumber: Mott (2004, p.387) Disini didesain pasangan roda gigi menggunakan roda gigi full depth teeth 25o, sehingga nilai Jp=0,44 dan nilai Jg=0,54.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

54

 Pitting geometry factor

Gambar 4.4 Pitting geometry factor Sumber: Mott (2004, p.402) Gear Ratio = NG / NP ≥ 1.0 = 170 / 24 = 7,083 Untuk nilai pitting geometry factor, sesuai dengan grafik diatas, I = 0,142. 13. Menentukan load distribution factor, Km  Menentukan pinion proportion factor, Cpf

Gambar 4.5 Pinion proportion factor, Cpf Sumber: Mott (2004, p.391)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

55

Dimana nilai F = 2,4 in, Dp = 4,8 in, F/Dp = 2,4 / 4,8 = 0,5. Maka nilai Cpf = 0,040.  Menentukan mesh alignment factor, Cma

Gambar 4.6 Mesh alignment factor, Cma Sumber: Mott (2004, p.391)

Pada desain ini dipilih tipe perlakuan untuk roda gigi yang digunakan adalah commercial enclosed gear units dengan nilai F=2,4 in. Maka, nilai Cma=0,164 Kemudian hitung load distribution factor : (Km) = 1,0 + Cpf + Cma = 1,0 + 0,040 + 0,164 (Km) = 1,204 14. Menentukan size factor Tabel 4.6 size factor

Sumber: Mott (2004, p.389) Untuk Pd = 5 maka nilai Ks = 1,0

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

56

15. Menentukan rim thickness factor KB

Gambar 4.7 Rim thickness factor KB Sumber: Mott (2004, p.392) Untuk awal perhitungan dianggap roda gigi berbentuk solid, sehingga KB = 1,0. 16. Menentukan nilai service factor (SF) Nilai service factor disini digunakan SF = 1,3. 17. Menentukan hardness ratio factor, CH Diasumsikan nilai hardness ratio factor, CH = 1,0. 18. Menentukan reabilty factor, KR Tabel 4.7 reabilty factor, KR

Sumber: Mott (2004, p.396) Nilai dari reability factor, KR = 1,0. 19. Menentukan umur desain roda gigi Dirancang bahwa umur dari mesin winch adalah 10000 jam NcP = 60. 10000. 502 = 3,012 x 108 siklus NcG = 60. 10000. 70,87

= 4,252 x 107 siklus

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

57

Gambar 4.8 Bending strength stress cycle factor. YN Sumber: Mott (2004, p.395) Dari grafik diatas, maka didapatkan nilai YNP= 0,96

YNG= 0,95

Gambar 4.9 Pitting resistance stress cycle factor. ZN Sumber: Mott (2004, p.403) Dari grafik diatas, maka didapatkan nilai ZNP = 0,94 ZNG = 0,92 20. Menghitung perkiraan bending stress pada pinion dan gear S tP 

W l Pd K o K s K m K B K v   771,992 . 5 ( 2,25. 1 .1,204 .1 .1,15)  11387,4302 9 psi FJ P 2,4 .0,44

J   11387,4302 9  0,44   9278 ,646908 psi S tG  S tP  P  J G    0,54  21. Mengatur bending stress agar sesuai Untuk pinion:

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

58

K R SF 1.1,3  11387,4302 9  15420 ,47852 psi Y NP 0,96

S atP  S tP

Untuk gear:

K R SF 1.1.3  9278,646908  12697 ,09577 psi YNG 0,95

S atG  S tG

22.Menghitung perkiraan contact stress Pada perhitungan ini, nilainya berlaku untuk pinion dan gear S cP  C p

Wl K o K s K m K v 771,992 .2 , 25 .1 .1, 204 .1,15  2300  88189 ,57444 psi FD p I 2 , 4 .4 ,8 .0,142

23. Mengatur contact stress Untuk pinion:

S acP  S cP

K R SF 1,0.1.3  88189 ,57444  121964 ,3051 psi Z NP 0,94

Untuk gear:

S acG  S cG

K R SF 1,0 .1 .3  88189 ,57444  124615 ,703 psi Z NG C H 0,92 .1

24. Memilih material untuk roda gigi maupun pinion Sesuai dengan ketetapan diawal bahwa material yang digunakan untuk pinion dan gear adalah baja, dari tabel 4. 5 untuk SatP = 15420 , 47852 psi dan SatG= 12697 , 09577 psi serta SacP= 121964 ,3051 psi dan SacG= 124615 ,703 psi sehingga

material baja dikenai perlakuan flame or induction hardened (50 HRC) dengan grade1 yang memiliki nilai Sat = 45000 psi dan Sac = 170000 psi, dimana nilai ini lebih besar dari niai Sat dan Sac yang dibutuhkan.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

59

Tabel 4.8 Allowable stress numbers for case-hardened steel gear materials

Sumber: Mott (2004, p.382) 4.2.2 Desain Spur Gear (Terlampir) 4. 3 Perhitungan dan Desain Shaft (Poros1) 4. 3. 1 Perhitungan Poros 1

Chain 2 Gear 1

5 in

10 in

5 in

Gambar 4.10 Poros 1 Sumber : Dokumentasi Pribadi (2017) Dchain = 10,27 in D pinion = 4,8 in n chain = 502 rpm n gear = 502 rpm P aktual = 14,75 hp 1. Hitung torsi pada poros 1

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

60

2. Hitung gaya tangensial pada poros akibat chain 1.

Bending force: FBH = Ft sin ( =

sin (

= 360,486 lb

cos (

= 0 lb

FBV = Ft cos ( =

3. Hitung nilai gaya pada poros akibat gear 1.

4. Menentukan gaya-gaya yang bekerja pada poros 1. 

Bidang Y

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

61

 Bidang X

5. Menggambar diagram bidang geser dan diagram bidang momen 

Diagram Benda Bebas A. Bidang Y

B. Bidang X RDV=

5in

B

10in

5in

WTCV=

RAV=

lb



Diagram Bidang Geser

D

B

C A

WRCH=

lb RAH=

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

D

A 5in

10in FBH=

lb

C

5in RDH=

lb

62

A. Bidang Y

B. Bidang X

lb 180,0415 lb

-



lb

-179,6385lb

lb

Diagram bidang momen A. Bidang Y

B. Bidang X

898,1925 lbin

964,1125 lbin

902,2225 lbin 1928,225 lbin

6. Menghitung diameter poros 1. 

Momen max =



T chain =



Material poros yang dipakai yaitu AISI 1144 Hot Rolled

lb.in

Sy = 51 ksi = 51000 psi Sn = 94 ksi = 94000 psi

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

63

Untuk poros profil memiliki nilai Cs = 0,8

Cr = 0,81

N=2 Kt = 2 Kekuatan leleh actual Sn’ = Sn x Cs x Cr = 94000 x 0,8 x 0,81 = 60912 psi.  Diameter poros (Dp)

4.3.2 Desain Poros I (Terlampir) 4.4Perhitungan Desain Shaft (Poros 2) 4.4.1 Perhitungan Poros 2 Gear

7 in

Winch

7 in

Gambar 4.11 Poros 2 Sumber : Dokumentasi Pribadi (2017) Dgear = 34 in n gear = 70,87 rpm P aktual = 14,75 HP

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

7 in

64

1. Hitung torsi pada poros akibat gear 2.

2. Hitung nilai gaya pada poros akibat gear 2.

3. Hitung nilai gaya pada poros akibat winch. FT = 1000 lb 4. Menentukan gaya-gaya yang bekerja pada poros 2. 

Bidang Y



Bidang X

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

65

5. Menggambar diagram bidang geser dan diagram bidang momen 

Diagram Benda Bebas A. Bidang Y WT =

B. Bidang X FT=

lb

A

D 7in

RAV=



B

A

D C

C

B

RDV=

lb

lb

RAH=

7in

7in

7in

7in

7in

lb

lb WR=

lb= RDH

lb

Diagram Bidang Geser A. Bidang Y

B. Bidang X

514,196 lb

453,22 lb 93,56 lb

-257,098 lb



-576,78 lb

Diagram Bidang Momen A. Bidang Y

3788,372 lbin

B. Bidang X

3827,46 lbin 1799,623 lbin

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

654,92 lbin

66

6. Menghitung diameter poros 2. 

Momen max =



T =



Material poros yang dipakai yaitu AISI 1144 Hot rolled.

lb. in

lb. in

Sy = 51 ksi = 51000 psi Sn = 94 ksi = 94000 psi Untuk poros profil memiliki nilai Cs = 0,8

Cr = 0,81

N=2 Kt = 1 Kekuatan leleh aktual Sn’

= Sn x Cs x Cr = 94000 x 0,8 x 0,81 = 60912 psi.

 Diameter poros (Dp)

4.4.2 Desain Poros 2 (Terlampir)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

67

4.5 Perhitungan dan Desain Bearing (Bantalan 1) 4.5.1 Perhitungan Bearing (Bantalan) 1 1. Menentukan nilai ho (umur desain)

Gambar 4.12 Recommended Design Life of Bearing Sumber: Mott (2004, p.612) 2. Menentukan Ld dan basic dynamic load rating (c) Ld= (h)(rpm)(60 min/h) Ld = (25000)(502)(60 min/h) Ld = 7,53 x 108 putaran

C = 5510,644 lb

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

68

3. Menentukan tipe bantalan Tabel 4.9 Data pemilihan bantalan single low deep groove onrodal type ball bearing

Sumber : Mott (2004, p.607) Berdasarkan nilai dynamic load rating yang telah dihitung, pada poros 1 dengan C =

dipilih bantalan series 6200 nomor 6209.

4.5.2 Desain Bearing 1 (Terlampir)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

69

4.6 Perhitungan dan Desain Bearing (Bantalan) 2 4.6.1 Perhitungan Bearing (Bantalan) 2 1.

Menentukan nilai ho (umur desain)

Gambar 4.13 Recommended Design Life of Bearing Sumber : Mott (2004, p.612) 2.

Menentukan Ld dan basic dynamic load rating (c) Ld= (h)(rpm)(60 min/h) Ld = (25000)(70,87)(60 min/h) Ld = 1,063 x 108 putaran

C = 2862,17 lb

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

70

3. Menentukan tipe bantalan Tabel 4.10 Data pemilihan bantalan single low deep groove onrodal type ball bearing

Sumber : Mott (2004, p.607) Berdasarkan diameter poros 2 dengan diameter 1,7717 dipilih bantalan series 6200 dengan nomor bantalan 6209. 4. 6. 2 Desain Bearing 2 (Terlampir)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

71

4. 7 Perhitungan dan Desain Key (Pasak 1) 4. 7. 1 Perhitungan Key (Pasak 1) Dporos 1 =

in

T=

. In

1. Menentukan dimensi standar pasak Tabel 4.11 Ukuran Pasak dan Diameter Poros

Sumber: Mott (2004, p.495) Maka didapat nilai W = 0,5 ; H = 0,375 (Pasak rectangular)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

72

2. Menentukan material pasak Tabel 4.12 Design properties of carbon and alloy steels

Sumber: Mott (2004, p.623) Pada desain ini dipilih material pasak: AISI 1020 Cold Drawn 3. Tentukan panjang pasak a. Menentukan Besar Gaya Geser F = T / (Dporos1 / 2 ) F=

/(

/2)

F = 2089,627 lb. in b. Menentukan Tegangan Geser τ

= F / As = T / ( D/2 ) (WL) = 2T / DWL

τd

= 0,5 Sy / N

N

=2

Sy

= 51ksi = 51000 psi

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

73

c. Menentukan panjang pasak minimum L

= 2T/ τd DW = 2T / (0,5 Sy/N) DW = 4TN / DWSy = 4 (1851,096) (2) / (1

) (0,5) (51000)

= 0,328 in Dari hasil perhitungan didapatkan panjang pasak minimum sebesar 0,328 in. 4.7.2 Desain Key / Pasak 1 (Terlampir) 4.8 Perhitungan dan Desain Key (Pasak 2) 4.8.1 Perhitungan Key (Pasak 2) Dporos 2 =

in

Tgear 2= 13112 lb in 1.

Menentukan dimensi standar pasak

Tabel 4.13 Ukuran pasak dan diamter poros

Sumber: Mott (2004, p.495) Maka didapat nilai W = 0,5 ; H = 0,375 (Pasak rectangular). TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

74

2. Menentukan material pasak Tabel 4.14 Design properties of carbon and alloy steels

Sumber: Mott (2004, p.623) Pada desain ini dipilih material pasak: AISI 1020 Cold Drawn. 3. Tentukan panjang pasak a. Menentukan Besar Gaya Geser F = T / (Dporos2 / 2 ) F=

/ (1,7717 / 2 )

F = 14801,63 Nm b. Menentukan Tegangan Geser τ = F / As = T / ( D/2 ) (WL) = 2T / DWL τd = 0,5 Sy / N N=2 Sy = 51ksi = 51000 psi c. Menentukan panjang pasak minimum L = 2T/ τd DW = 2T / (0,5 Sy/N) DW = 4TN / DWSy TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

75

= 4 (13112) (2) / (

) (0,5) (51000)

= 2,32 in Dari hasil perhitungan didapatkan panjang pasak minimum sebesar 2,32 in. 4.8.2 Desain Key / Pasak 2 (Terlampir)

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

76

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

77

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan

1. Winch menggunakan motor listrik dengan putaran 1350 rpm dan daya yang dihasilkan 14,75 HP. 2. Winch diberikan beban sebesar 1000 lb. 3. Transmisi yang digunakan pada winch adalah chain sproket dan spur gear. 4. Komponen transmisi pada winch adalah: 1)

Chain sproket

2)

Spur Gear

3)

Shaft (poros)

4)

Key (pasak)

5)

Bearing (bantalan)

5. Spesifikasi transmisi winch yaitu: 1)

Chain sproket  Diameter chain

kecil

= 3,846 in

 Diameter chain

besar

= 10,27 in

 Panjang 2)

= 82,5 in

Spur gear  Diameter

gear kecil

= 4,8 in

 Diameter

gear besar

= 34 in

 Jumlah

gigi pada gear

= 170

 Jumlah

gigi pada pinion

= 24

 3)

chain

Material yang di gunakan gear dan pinion = Baja (50HRC)

Poros Poros 1  Material poros AISI 1020 Hot Rolled  Diameter poros

= 1,7717 in

Poros 2 

Material poros AISI 1020 Hot Rolled



Diameter poros

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

= 1,7717 in

78

5) Key (pasak) Pasak pada poros 1 1. Lebar (W)

= 0,5 in

2. Tinggi (H)

= 0,375 in

3. Panjang minimum (L)

= 0,328 in

4. Material AISI 1020 Cold Drawn Pasak pada poros 2 1. Lebar (W)

= 0,5 in

2. Tinggi (H)

= 0,75 in

3. Panjang minimum (L)

= 2,32 mm

4. Material AISI 1020 Cold Drawn 6) Bearing (bantalan) Poros 1 1. Tipe

= 6209

Poros 2 1. Tipe 5.2

= 6209

Saran

1. Asisten diharapkan lebih mempunyai waktu untuk asistensi personal ataupun kelompok. 2. Sebaiknya praktikan lebih mempelajari materi sebelum memulai asistensi. 3. Sebaiknya Laboratorium Elemen Mesin memiliki prototype dari tiap model transmisi yang ada dalam Tugas Besar Elemen Mesin.

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN SEMESTER GANJIL 2017/2018

DAFTAR PUSTAKA Dobrovolsky, V dan Zablonsky, K, 1968, Machine Elements, Mir Publisher, Moscow. Khurmi, R, S, & Ghupta, J, K. 2005. A Text Book of Machine Design. Edisi I. New Delhi: Eurasia Plubishing House. Mott, Robert L. 2004. Machine Element in Element Design. Edisi 4. Upper Saddle River, New Jersey, Columbus, Ohio, Carlisle Publishers Services. Sularso, dan Kiyokatsu Suga. 1987. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta: PT. PRANDNYA PARAMITA

LAMPIRAN

Tabel 4.2 single strand roller chain no. 60 untuk rantai

Sumber : Mott (2004, p.288)