BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1.

Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan) Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan) adalah bagian jalan yang

ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang melintang di jalan untuk pertanda memperlambat laju kendaraan. Fungsinya agar meningkatkan keselamatan bagi pengguna jalan. Gambar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan) ditunjukkan pada gambar 2.1.

(1)

(2)

(3) Gambar 2.1 Berbagai Variasi Speed Bump: (1) Speed bump karet garis serong kuning, (2) Speed bump karet garis serong putih, (3) Speed bump biasa

6 Universitas Sumatera Utara

Speed Bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas. Untuk meningkatkan keselamatan dan kesehatan bagi pengguna jalan ketinggianya diatur dan apabila melalui jalan yang akan dilengkapi dengan rambu-rambu pemberitahuan terlebih dahulu mengenai adanya Speed bump, khususnya pada malam hari, maka Speed bump dilengkapi dengan marka jalan dengan garis serong berwarna putih atau kuning yang kontras sebagai pertanda [ ]. Ukuran Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan) sudah diatur dalam Keputusan Menteri Perhubungan Nomor KM 3 Tahun 1994 tentang Alat Pengendali dan Pengaman Pemakai Jalan. Disana disebutkan bahwa tinggi maksimum Pembatas kecepatan kendaraan adalah 12cm dan sudut kemiringan 15 persen (13,50). Speed bumptersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas. Speed bump akan bermanfaat jika ditempatkan dan di design sesuai dengan aturan misalkan di jalan lingkungan pemukiman, jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC, dan yang ketiga adalah pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi. kemudian untuk aturannya ketinggian maksimumnya tidak boleh lebih dari 15 cm, juga kemiringannya 15%. Jika dibuat sesuai dengan kondisi diatas maka akan bermanfaat. Speed bump yang tidak sesuai standar bukan hanya merusak kendaraan, tapi juga membahayakan si pengendara. Tinggi dan sudut kemiringan yang tidak sesuai mengakibatkan beban kejut dan goncangan kendaraan yang terlalu besar. Speed bump ditempatkan pada: 1. Jalan di lingkungan pemukiman 2. Jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC 3. Pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi Gambar 2.2 menunjukkan desain standar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan) yang sesuai ketentuan pemerintah.


Gambar 2.2 Desain Standar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan)

2.2.

Generator Elektrik Generator elektrik adalah alat yang dapat menimbulkan sumber tegangan atau

dapat diartikan sebagai sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanikal, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya [ ].

2.2.1.

Mekanisme Generator Dalam rancang bangun speed bump terdapat generator elektrik. Sistem gener-

ator elektrik ini menggunakan tekanan oleh sebuah kendaraan saat melewati polisi tidur. Didalamnya terdapat komponen berupa spur gear, roda gila, mekanisme flux magnet untuk menghasilkan arus DC, dan baterai. Pada bagian belakang roda gila


teradapat flux magnet. Didalamnya ada lilitan kumparan dan magnet. Ketika roda gila berputar, magnet ikut berputar pula. Namun lilitan kumparan tetap diam (tidak berputar). Dengan kondisi ini maka akan timbul arus listrik berupa arus DC dan kemudian disimpan didalam flywheel, dan energi yang tersimpan tersebut dapat kita manfaatkan untuk berbagai macam keperluan. Besarnya gaya gerak listrik (GGL) induksi dalam kumparan atau voltase yang dibangkitkan oleh generator adalah: Εmax = N. B . A . ω . ………………………………(2.1) Dimana: N = Jumlah lilitan (buah) B = Kuat medan magnet (T) A = luas kumparan (m2) ω = Kecepatan sudut (rad/sec) Generator terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan stator. Pada generator ini rotor berfungsi sebagai kumparan medan untuk menghasilkan fluks. Digunakan dua buah rotor mengapit stator untuk menghasilkan fluks magnet.Sedangkan stator berfungsi sebagai kumparanjangkar yang menghasilkan tegangan keluarangenerator. Skema generator bisa dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Skema generator


Gambar 2.4 Konsep generator 2.2.1

Rotor Rotor merupakan bagian yang berputar pada generator. Pada perancangan ini

mengunakan dua buah rotor yang terhubung oleh suatu poros. Ditunjukkan pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Rangka Poros Rotor Rotor berfungsi sebagai kumparan medan, dan untuk menghasilkan medan magnetik digunakan magnet permanen. Magnet permanen yang digunakan adalah magnet batang berjenis keramik (Fe). Jumlah magnet yang digunakan 12 buah untuk tiap rotor. Seperti ditunjukkan pada gambar 2.6.


Gambar 2.6 Komposisi magnet Magnet yang digunakan adalah grade Y40,yang memiliki data spesifikasi teknis sebagai berikut: 

Residual Induction (Br) 450~460 mT, 4.5~4.6 kGs



Coercive Force (Hcb) 330~354 kA/m, 4.15~4.45 kOe



Intrinsic Coercive Force (Hcj) 340~360 kA/m , 4.27~4.52 kOe



Max. Energy Product (BHmax) 37.6~41.8 kJ/m3 , 4.7~5.25 MGOe

2.2.2. Stator Stator merupakan bagian yang tetap pada generator. Pada tugas rancang ini stator berfungsisebagai kumparan jangkar yang menghasilkan tegangan keluaran generator.

Stator

terdiri

darikumparan

lilitan

tembaga.

Kawat

tembaga

yangdigunakan berdiameter 1 mm. Kawat digulung membentuk kumparan lingkaran dengan jumlah lilitan adalah 125 tiap kumparan. Seperti ditunjukan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Lilitan Kawat Tembaga


Pada stator digunakan 9 buah kumparan yang disusun secara simetris seperti ditunjukkan pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Kumparan Stator 3 Fasa 2.2.3

Penyearah Penyearah yang digunakan pada tugas rancang polisi tidur ini adalah

rangkaian penyearah 3 fasa tidak terkontrol jembatan penuh. Rangkaian penyearah ditunjukkan pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Rangkaian penyearah 2.3.

Roda Gigi Roda gigi adalah bagian dari mesin yang berputar dan berguna untuk

mentransmisikan daya. Roda gigi memiliki gigi-gigi yang saling bersinggungan dengan gigi dari roda gigi yang lain. Dua atau lebih roda gigi yang bersinggungan dan bekerja bersama-sama disebut sebagai transmisi roda gigi, dan bisa menghasilkan keuntungan mekanis melalui rasio jumlah gigi. Roda gigi mampu mengubah kecepatan putar, torsi, dan arah daya terhadap sumber daya. Tidak semua roda gigi berhubungan dengan roda gigi yang lain, salah satu kasusnya adalah pasangan roda gigi dan pinion yang bersumber dari atau menghasilkan gaya translasi, bukan gaya rotasi [ ]. Roda gigi ditunjukkan seperti pada gambar 2.10.


Gambar 2.10 Roda Gigi 2.3.1

Macam macam roda gigi 1. Roda gigi lurus Roda gigi paling dasar dengan jalur gigi yang sejajar poros. Contohnya pada gear box pada mesin. Roda gigi lurus dapat dilihat pada gambar 2.11.

Gambar 2.11 Roda gigi lurus 2. Roda gigi miring Mempunyai jalur gigi yang membentuk ulir pada silinder jarak bagi. Contohnya pada sistem transmisi persneling pada kendaraan beroda empat, roda gigi penggerak katup-katup pada mesin motor. Roda gigi miring ditunjukkan pada gambar 2.12. 13 Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.12 Roda gigi miring 3. Roda gigi miring ganda Gaya aksial yang timbul pada gigi yang mempunyai alur berbentuk V tersebut, akan saling meniadakan. Contoh penggunaanya yaitu pada roda gigi reduksi turbin pada kapal dan generator, roda gigi penggerak rol pada steel mills. Roda gigi miring ganda dapat dilihat pada gambar 2.13.

Gambar 2.13 Roda gigi miring ganda 4. Roda gigi dalam Dipakai jika alat transmisi dengan ukuran kecil dengan perbandingan reduksi besar, karena pinyon terletak di dalam roda gigi. Contoh penerapannya antara lain pada lift. Yang ditunjukkan pada gambar 2.14.

Gambar 2.14 Roda gigi dalam


5. Pinyon dan batang gigi Merupakan dasar profil pahat pembuat gigi. Contoh pemakaian gigi reck terdapat pada mesin bor tegak, mesin bubut, dll. Pinyon dan batang gigi dapat dilihat pada gambar 2.15.

\

Gambar 2.15 Pinyon dan batang gigi 6. Roda gigi kerucut lurus Roda gigi yang paling mudah dibuat dan paling sering dipakai. Contoh penggunaannya pada grab winch, hand winch, kerekan. Roda gigi kerucut lurus dapat dilihat pada gambar 2.16.

Gambar 2.16 Roda gigi kerucut lurus


7. Roda gigi kerucut spiral Karena mempunyai perbandingan kontak yang lebih besar, dapat meneruskan tinggi dan beban besar. Contoh penggunaannya pada grab winch, hand winch, kerekan. Roda gigi kerucut spiral ditunjukkan pada gambar 2.17.

Gambar 2.17 Roda gigi kerucut spiral 8. Roda gigi permukaan Contoh penggunaannya pada grab winch, hand winch, kerekan. Roda gigi permukaan dapat dilihat pada gambar 2.18.

Gambar 2.18 Roda gigi permukaan 9. Roda gigi miring silang Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada gearbox. Roda gigi miring silang dapat dilihat pada gambar 2.19.

Gambar 2.19 Roda gigi miring silang 16 Universitas Sumatera Utara

10. Roda gigi cacing silindris Mempunyai cacing berbentuk silinder dan lebih umum dipakai. Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada roda gigi difrensial otomobil. Roda gigi cacing silindris dapat dilihat pada gambar 2.20.

Gambar 2.20 Roda gigi cacing silindris 11. Roda gigi cacing gobloid Mempunyai perbandingan kontak yang lebih besar, dipakai untuk beban yang lebih besar. Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada roda gigi difrensial otomobil. Roda gigi cacing gobloid dapat dilihat pada gambar 2.21.

Gambar 2.21 Roda gigi cacing gobloid 12. Roda gigi hypoid Mempunyai jalur gigi berbentuk spiral pada bidang kerucut yang sumbunyabersilang. Dan pemindahan gaya pada permukaan gigi berlangsung secara meluncur dan menggelinding. Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada roda gigi difrensial otomobile. Roda gigi hypoid dapat dilihat pada gambar 2.22.

Gambar 2.22 Roda gigi hypoid


Data yang diperlukan dalam perencanaan roda gigi lurus yaitu: sudut kontak (θ), velocity ratio (i), putaran roda gigi (n), diametral pitch (P) dan jarak pusat poros (c). Dan yang dihitung adalah: 1. Diameter roda gigi (d): dp =

………………….……………………….(2.2)

dg=

……………….…………………………..(2.3)

2. Jarak pusat poros (c): ……………….………………………..(2.4) dp = diameter pinion dg = diameter gear…… 3. Torsi pada poros (T): …………………………………...(2.5) 4. Gaya Bending (Fb): …………………...……………(2.6) 5. Pitch Line Velocity (Vp):

………………………………..(2.7) 6. Beban Dinamis (Fd): …………….…………………….(2.8) Untuk O < VP ≤ 2000 ft/min

Untuk 2000< Vp≤4000 ft/min √

Untuk Vp > 4000 ft/min 7. Lebar Gigi (b): Syarat agar roda gigi aman: Fw ≥ Fd


Dimana: Fw = dp×b×Q×K…………….…………………..(2.9) Maka Fw ≥ Fd (dp × b × Q × K) ≥ Fd b≥ dimana: Q = 8. Berat Roda Gigi (W) W = b × × dp2 × ρ……………………………….(2.10) Analisa Kekuatan ( Metode AGMA ) 1. Terhadap Patahan Syarat: σT ≤ Sad ⇒ AMAN

σT =

…………………………..(2.11)

dimana: Ft

: Gaya

Tangensial (lb)

Ko

: Faktor koreksi beban lebih

P

: Diametral pitch

Ks

: Faktor koreksi ukuran

Km

: Faktor koreksi beban

Kv

: Faktor dinamis

B

: Lebar gigi (in)

J

: Faktor bentuk Sad =

……………………………………..(2.12)

Dimana: Sat = Tegangan ijin material (psi) KL = Faktor umum KT = Faktor temperature KR = Faktor keamanan


2.4.

Poros Poros (shaft) adalah suatu bagian stasioner yang berputar, biasanya berpen-

ampang bulat, dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi, pulley, roda gila (fly-wheel), engkol, sprocket, dan elemen transmisi daya lainnya. Poros bisa menerima beban-beban lenturan, tarikan, tekan, atau puntiran, yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya [ ]. Bila beban tersebut tergabung, bisa dicari kekuatan statis dan kekuatan lelah yang diperlukan untuk pertimbangan perencanaan. Poros dapat dilihat pada gambar 2.23.

Gambar 2.23 Poros

2.4.1

Macam-Macam Poros Berdasarkan Pembebanannya

1. Poros Transmisi (Transmission Shafts) Poros transmisi lebih dikenal dengan sebutan shaft. Shaft akan mengalami beban puntir berulang, beban lentur berganti ataupun kedua-duanya. Pada shaft, daya dapat ditransmisikan melalui gear, belt pulley, sprocket rantai, dll. 2. Gandar Poros gandar merupakan poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang. Poros gandar tidak menerima beban puntir dan hanya mendapat beban lentur. 3. Poros Spindle Poros spindle merupakan poros transmisi yang relatif pendek, misalnya pada poros utama mesin perkakas dimana beban utamanya berupa beban puntiran. Selain beban puntiran, poros spindle juga menerima beban lentur (axial load). Poros spindle


dapat digunakan secara efektif apabila deformasi yang terjadi pada poros tersebut kecil. Pada perhitungan poros, kita menganalisa setiap gaya yang ada pada poros. Untuk memudahkan perhitungan gaya-gaya yang ada pada poros dibagi menjadi dua bagian, yaitu gaya arah horizontal dan gaya arah vertikal. Untuk setiap arah gaya yang digambarkan dengan arah ke atas bernilai positif (+), dan untuk setiap arah gaya yang digambarkan dengan arah ke bawah bernilai negatif (-). Sedangkan untuk momen yang putarannya CCW (berlawanan arah jarum jam) bernilai positif (+), dan untuk momen yang putarannya CW (searah jarum arah jarum jam) bernilai negatif (-). Untuk menganalisa diameter poros yang akan dipakai, kita dapat menggunakan persamaan Distortion Energy, yaitu:

≥ ) ]

[

(

) ]

[

(

)

(

……………………………………………………………...…(2.13)

dimana: Di = diameter dalam poros (in) D o = diameter luar poros (in) M m = momen bending rata-rata (lb.in) M r = momen bending range (lb.in) T m = momen torsi rata-rata (lb.in) T r = momen torsi range (lb.in) 2.4.2

Pemilihan Bahan Poros Dalam pemilihan bahan perlu diperhatikan beberapa hal seperti pada tabel

2.1, dan kita dapat menyesuaikan dengan yang kita butuhkan. Tabel 2.1 Batang baja karbon yang difinis dingin (Standar JIS G 3123)


Lambang

Perlakuan Panas

Diameter (mm)

Kekuatan Tarik (kg/mm2)

Kekerasan HRC HB (HRB)

Dilunakkan

20 atau kurang 21-80

58-79 53-69

(84)-23 (73)-17

144-216

Tanpa dilunakkan

20 atau kurang 21 – 80

63 – 82 58 – 72

(87) – 25 (84) – 19

160-225

Dilunakkan


65 – 86 60 – 76

(89) – 27 (85) – 22

166-238

Tanpa dilunakkan


71 – 91 66 – 81

12 – 30 (90) –24)

-

Dilunakkan


72 – 93 67 – 83

14 – 31 10 – 26

188-260

Tanpa dilunakkan

20 atau kurang 21- 80

80 – 101 75 – 91

19 – 34 16 – 30

213-285

S35C-D

S45C-D

S55C-D

183-253

Dalam pemilihan bahan perlu diketahui tegangan izinnya, yang dapat dihitung dengan rumus: a = dimana:

b

.………………………..…. (2.14) S f 1 .S f 2

a = tegangan geser izin (N/mm2) b = kekuatan tarik bahan (N/mm2) Sf1 = faktor keamanan yang tergantung pada jenis bahan poros Sf2 = faktor keamanan yang bergantung dari bentuk poros (poros bertangga/ada alur pasak) Dalam perancangan poros ini digunakan bahan batang baja karbon yang

difinis dingin dengan lambang S45C-D tanpa dilunakkan. Bahan ini dipilih karena sering dipakai pada poros dan memiliki kekuatan dan kekerasan yang besar dimana kekuatan tarik (b) yang dipakai yaitu 65 N/mm2. Diameter poros yang akan 22 Universitas Sumatera Utara

digunakan berkisar antara 21-80 mm. Bahan poros dipilih tanpa dilunakkan dalam perlakuan panasnya karena bahan tersebut memiliki struktur material yang lebih homogen dan merata sehingga lebih kuat dan keras daripada yang dilunakkan. BerdasarkanSularso, “Dasar-dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradya Pramita, Jakarta 1994 untuk setiap bahan jenis S-C diambil faktor keamanan (Sf1) sebesar 6,0. 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 faktor yang dinyatakan sebagai Sf2 dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0. Dalam perancangan ini diambil Sf2 dengan harga sebesar 2,15 karena poros akan diberi alur pasak atau spline. 2.4.3

Diameter Poros Diameter poros dapat diperoleh dari rumus: 1/ 3

dp = dimana:

 5,1   . Kt . Cb .T  .........................................(2.15)  a 

dp = diameter poros (mm)

a = tegangan geser izin (N/mm2) Kt = faktor koreksi tumbukan, harganya berkisar 1,5 – 3,0. Cb = faktor koreksi untuk terjadinya kemungkinan terjadinya beban lentur, dalam perencanaan ini diambil 1,2 karena diperkirakan tidak akan terjadi beban lentur. T = momen puntir yang ditransmisikan (N.mm) 2.4.3

Kekuatan Poros Hasil diameter poros yang dirancang harus diuji kekuatannya. Pemeriksaan

dapat dilakukan dengan memeriksa tegangan geser yang terjadiakibat tegangan puntir yang dialami poros. Jika tegangan geser lebih besar dari tegangan geser izin dari bahan tersebut, maka perancangan tidak akan menghasilkan hasil yang baik, atau dengan kata lain perancangan adalah gagal. Besar tegangan geser yang timbul pada poros adalah:


g =

16.T ........................................................................(2.16)  .dp 3

Dimana: g = tegangan geser akibat momen puntir (N/mm2) T = momen puntir yang ditransmisikan (N.mm) dp = diameter poros (mm) 2.5.

Bantalan ( Bearing ) Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga pu-

taran atau gerak bolak-balik dapat berlangsung secara halus, aman dan masa pemakaian dapat lebih lama. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen lainnya dapat bekerja dengan baik. Pada perancanaan bantalan ini digunkan bantalan dengan type sigle row angular contack ball bearing, dengan 24 lasan bantalan ini dapat menahan dua jenis beban yaitu jenis beban radial dan jenis beban aksial. Karena dalam operasi hanya beberapa bola atau kadang-kadang hanya satu bola yang menanggung beban radialnya, sehingga bola-bala yang lain dapat berfungsi menahan beban aksialnya. Disamping itu bantalan ini juga mempunyai kemampuan menyesuaikan diri bila terjadi ketidaksesuain atau ketidaksenteran sumbu poros dengan sumbu bantalan akibat adanya defleksi poros atau adanya perubahan penurunan pondasi[ ]. Bearing dapat dilihat pada gambar 2.24.

Gamba 2.24 Bantalan ( Bearing )


Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros maka bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros a. Bantalan gelinding Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan bagian yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), roll jarum dan roll bulat. Bantalan gelinding dapat dilihat pada gambar 2.25.

Gambar 2.25 Bantalan gelinding b. Bantalan luncur Pada bantalan ini terjadi gerakan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantara lapisan pelumas. Bantalan luncur dapat dilihat pada gambar 2.26.

Gambar 2.26 Bantalan Luncur 2. Atas dasar arah beban terhadap poros a. Bantalan radial Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros.


b. Bantalan axial Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros c. Bantalan gelinding khusus Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros. Adapun perbandingan antara bantalan luncur dengan bantalan gelinding yaitu: Bantalan luncur mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban besar, sedang bantalan gelinding lebih cocok untuk beban kecil daripada bantalan luncur, tergantung pada bentuk elemen gelindingnya. Data yang perlu diketahui dalam perhitungan bantalan yaitu: putaran poros (n), diameter poros (d). Dan yang dihitung yaitu: 1. Gaya-gaya pada tumpuan (Fr): Fr = √

+

…………………………………….(2.17)

Dimana: Fr

: Gaya aksial (lb)

Fy

: Gaya sumbu y (lb)

FZ

: Gaya sumbu z (lb)

2. Beban eqivalen (p) …………………………………..(2.18)

Fr = √ Dimana: P

: Beban eqivalen (lb)

Fy

: Faktor putaran (1 untuk ring dalam berputar :1,2 untuk ring luar berputar)

Fr

: Gaya radial (p)

3. Umur bantalan (L10)

L10 =

……….....................................................(2.19)

Dimna: L10

: Umur bantalan (jam)

C

: Basic dynamic load rating (lb)


P

: Konstanta yang tergantung dari type bantalan 3 untuk ball bearing 10/3 untuk roller bearing

N 2.5.1

: putaran poros (rpm)

Umur untuk Bantalan Umur bantalan bola dan rol didefinisikan sebagai jumlah putaran (atau waktu

jam pada saat putaran konstan) yang mana bantalan beroperasi sebelum salah satu elemen bantalan mengalami kelelahan (fatique). Seperti ditunjukan pada tabel 2.2 adalah pemiliihan jenis umur bantalan. Tabel 2.2 Umur bantalan untuk jenis mesin yang bervariasi.


2.5.2

Pemilihan Jenis Bantalan Bantalan yang akan digunakan adalah bantalan gelinding atau bola. Alasan

pemilihan bantalan ini adalah karena ketahanan bantalan ini dalam menahan beban aksial dan putaran tinggi, serta dapat menerima sedikit beban aksial. Langkah awal yang dilakukan dalam perancangan ini adalah perhitungan terhadap beban, yaitu beban dinamis yang merupakan penjumlahan beban radial dan beban aksial. A.

Beban Dinamis Bantalan Beban dinamis ini disebabkan oleh massa roda gigi input, dimana massa roda

gigi input dapat dicari dengan rumus: mi  Vi  





mi   4 d i2  d p2,i  b  

……………………………….(2.20)

dimana: mi

= massa roda gigi input (kg)

di

= diameter jarak bagi roda gigi input (mm)

dp,i

= diameter poros input (mm)

b

= lebar roda gigi (mm)



= massa jenis roda gigi (kg/mm3)

Perbandingan beban dinamis untuk bantalan

P   X  Fr   Y  Fa  Dimana:

………………….…………….(2.21)

Fr

= beban radial (kg)

Fa

= beban aksial (kg)

X

= 28ellev radial (X = 0,56)

Y

= 28ellev aksial (Y = 1,45)

Untuk memilih jenis bantalan yang sesuai maka harus disesuaikan dengan tabel standar bantalan yang sesuai dengan poros input, seperti terlihat pada tabel 2.2.


Tabel 2.3 Jenis jenis bantalan Nomor bantalan dua sekat jenis

Dua

terbuka

Sekat

6000

6000ZZ

6001

tanpa kon-

Ukuran luar (mm)

Kapasitas

Kapasitas

nominal

nominal

dinamis spe- statis spesifik

sifik

D

D

B

r

C (kg)

Co (kg)

6000VV

10

26

8

0,5

360

196

6001ZZ

6001VV

12

28

8

0,5

400

229

6002

6002ZZ

6002VV

15

32

9

0,5

440

263

6003

6003ZZ

6003VV

17

35

10

0,5

470

296

6004

6004ZZ

6004VV

20

42

12

1

735

465

6005

6005ZZ

6005VV

25

47

12

1

790

530

6006

6006ZZ

6006VV

30

55

13

1,5

1030

740

6007

6007ZZ

6007VV

35

62

14

1,5

1250

915

6008

6008ZZ

6008VV

40

68

15

1,5

1310

1010

6009

6009ZZ

6009VV

45

75

16

1,5

1640

1320

6010

6010ZZ

6010VV

50

80

16

1,5

1710

1430

tak

Jadi bantalan yang dipakai adalah jenis 6008 dengan diameter luar (D) = 68 mm, diameter dalam (d) = 40mm, lebar bantalan (B) = 15mm, dan jari-jari sisi ® = 1,5 mm. 2.6

Pegas Pegas adalah elemen mesin yang digunakan untuk memberikan gaya, torsi,

dan juga untuk menyimpan atau melepaskan. Energi disimpan pada benda padat dalam bentuk twist, stretch, atau kompresi[ ]. Energi di-recover dari sifat material yang telah terdistorsi. Pegas haruslah memiliki kemampuan untuk mengalami defleksi yang besar. Beban yang bekerja pada pegas dapat berbentuk gaya tarik, gaya tekan, atau torsi (twist force). Pegas umumnya beroperasi dengan „high working stresses‟ dan beban yang bervariasi secara terus menerus. Beberapa contoh spesifik aplikasi pegas adalah:


1. Untuk menyimpan dan mengembalikan potensial, seperti misalnya pada „gun recoil mechanism‟. 2. untuk memberikan gaya dengan nilai tertentu, seperti misalnya pada relief valve. 3. Untuk meredam getaran dan beban kejut. 4. Untuk beban, contohnya pada timbangan. 5. Untuk mengembalikan komponen pada posisi semula, contonya pada „brake pedal’. 2.6.1 Klasifikasi Pegas Pegas dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis fungsi dan beban yang bekerja yaitu pegas tarik, pegas tekan, pegas torsi, dan pegas penyimpan. Tetapi klasifikasi yang lebih umum adalah diberdasarkan bentuk fisiknya. Klasifikasi berdasarkan bentuk fisik adalah: 1. Wire form spring (helical compression, helical tension, helical torsion, custom form). 2. Spring washers (curved, wave, finger). 3. Flat spring (cantilever, simply supported beam). 4. Flat wound spring (motor spring, volute, constant force spring). Pegas „helical compression’ dapat memiliki bentuk yang sangat bervariasi. Gambar 2.27 menunjukkan beberapa bentuk pegas helix tekan. Bentuk yang standar memiliki diameter coil, pitch, dan spring rate yang konstan. Pitch dapat dibuat bervariasi sehingga spring rate-nya juga bervariasi. Penampang

kawat

umumnya bulat, tetapi juga ada yang berpenampang segi empat. Pegas konis biasanya memiliki spring rate yang non-linear, meningkat jika defleksi bertambah besar. Hal ini disebabkan bagian diameter coil yang kecil memiliki tahanan yang lebih besar terhadap defleksi, dan coil yang lebih besar akan terdefleksi lebih dulu. Kelebihan pegas konis adalah dalam hal tinggi pegas, dimana tingginya dapat dibuat

hanya

sebesar diameter kawat.Bentuk

barrel

dan hourglass terutama

digunakan untuk mengubah frekuensi pribadi pegas standar[ ]. Variasi pegas dapat dilihat pada gambar 2.27.


Gambar 2.27 Variasi pegas tekan (Helix) 2.6.2

Bahan Pegas Bahan pegas yang paling umum digunakan adalah pegas menurut standard JIS

dilambangkan dengan SUP atau baja ST-70 yang dapat disepuh dengan baik setelah pegas terbentuk. Sifat mekanis untuk bahan SUP adalah sebagai berikut: 1. Modulus gelincir G = 8 x 103 kg/mm2 2. Ultimate tensile strength = 60 sampai dengan 70 kg/mm2 Sedangkan sifat mekanis bahan ST-70 untuk pegas adalah: 1. Tegangan bengkok ijin = 5.000 kg/mm2 2. Tegangan puntir ijin = 4.000 kg/mm2 3. Modulus elastisitas = 2.200.000 kg/mm2 4. Modulus gelincir = 850.000 kg/mm2 Gambar 2.28 menunjukkan pegas tekan yang digunakan dengan standard JIS yang dilambangkan dengan SUP atau baja ST-70.

Gambar 2.28 pegas tekan yang digunakan


Tegangan maksimal = tegangan puntir + tegangan geser. Τ mak = τw + τs

=

+ (

=

)…………..…......(2.22)

Dimana:

2.6.3

τ mak

= tegangan geser total pada pegas, N/m2

F

= gaya aksial (tarik atau tekan ), N

D

= diameter rerata pegas, m

d

= diameter kawat pegas, m

Lenturan (Defleksi) pegas ulir akibat gaya tarik tekan menyebabkan pegas akan memanjang atau memendek.

Pemanjangan atau pemendekan pegas ini disebut dengan defleksi pegas.besarnya defleksi pegas ulir dapat diturunkan dengan cara analisis deformasi kawat pegas akibat puntiran. Atas dasar hal tersebut di atas maka harus dicari harga kekakuan pegas, dengan perhitungan di bawah ini: …………………………………………………..(2.23) Dimana: Y = defleksi pegas, m G = modulus gelincir, N/m2 n = banyaknya lilitan aktif 2.6.4

Energi yang mampu disimpan pegas energi pegas dapat dicari dengan menurunkan persamaan dasar sebagai beri-

kut E = . k.y2………………………………………(2.24)


dengan memasukkan harga harga yang telah diperoleh dari persamaan sebelumnya ke dalam persamaan di atas maka akan diperoleh:

E=

……………………………………(2.25)

dimana: E = energi pegas V = volume kawat pegas, faktor koreksi wahls 2.7

Flywheel (Roda Gila) Roda gila adalah sebuah piringan roda besi yang dipergunakan sebagai suatu

reservoir (penyimpan) energi di dalam mesin. Pada saat tenaga mesin bertambah, putarannya bertambah, dan tenaga tersebut tersimpan dalam roda gila. Pada saat mesin kekurangan tenaga, roda gila tersebut akan memberikan tenaganya[

]. Flywheel

dapat dilihat pada gambar 2.29.

Gambar 2.29 Flywheel (Roda Gila) Energi yang disimpan dalam rotor adalah energi kinetik : Ek = …………………………………….(2.26) Dimana: ω : Kecepatan sudut I : Momen inersia Momen inersia adalah ukuran resistensi terhadap torsi diterapkan pada objek berputar (yaitu semakin tinggi momen inersia, semakin lambat akan berputar setelah diterapkan gaya tertentu). 2.7.1

Koefisien Fluktuasi Flywheel Koefisien fluktuasi aalah variasi kecepatan yang diperlukan roda gila (fly-

wheel), yang didefenisikan sebagai:


δ=

………………………………..(2.27)

ω1

= Kecepatan sudut maksimal roda gila (flywheel)

ω2

= Kecepatan sudut minimal roda gila (Flywheel)

ω

= Kecepatan sudut rata-rata (flywheel) =

V

= Kecepatan maksimal suatu titik pada roda gila (flywheel)

V1

= Kecepatan minimal suatu titik pada roda gila (flywheel)

V2

= Kecepatan rata-rata suatu titik pada roda gila (flywheel)

Nilai koefisien fluktuasi yang biasa dipakai (umum) dalam praktek,adalah 0,2 untuk mesinpembuat lubang (punch), Mesin giling ,mesin pemecah batu. 0,002 untuk generator listrik. 1.7.3

Menentukan Berat Roda Gila

Apabila: ω1

= Kecepatan sudut maksimal roda gila (flywheel)

ω2

= Kecepatan sudut minimal roda gila (Flywheel)

I0

= Momen kelembaman roda gila (flywheel),terhadap sumbu porosnya Maka perubahan tenaga kinetic roda gila (Flywheel), pada kecepatan maksi-

mum dan kecepatan minimum dapat dituliskan dengan persamaan berikut: ………………………….….....(2.28)

E= = = =

(

)(

)

= Bila: K = Radius girasi roda gila (flywheel) terhadap sumbu putaranya W = Berat roda gila (flywheel) I0 = E=

k2 k2.δ.ω2


Sehingga: …………………………….....(29)

W=

Apabila r adalah jari-jari roda gila,dan berat roda gila dianggap terkosentrasi pada jari-jari rata-ratanya, maka: K = r dan

, maka:

Dengan mengganti nilai V =

W=

(

)

=

atau

…………………………..….(30)

W= Bila roda gila berupa disk,maka I0 = Menjadi E =

, Sehingga harga E,

= W=

………………………………(31)

Dengan mempertimbangkan bagian-bagian lain yang ikut berputar, maka berat roda gila yang diambil hanya 90%, dari berat hasil perhitungan. Dengan adanya mempertimbangkan gaya centrifugal yang diambil akibat putaran, maka kecepatan maksimum untuk roda gila (flywheel) dengan material baja adalah V=40 m/detik dan material besi tuang adalah V=30 m/detik.


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents