Bab 3 METODOLOGI PERANCANGAN

Bab 3 METODOLOGI PERANCANGAN

3.1

Spesifikasi New Mazda 2 Dari data yang diperoleh di lapangan (pada brosur), mobil New Mazda 2 memiliki spesifikasi sebagai berikut :

3.2

1. Daya Maksimum (N)

: 103 PS

2. Putaran Pada Daya Maksimum (n)

: 6000 rpm

3. Torsi Maksimum (T)

: 13,76 kgf.m

4. Putaran Pada Torsi Maksimum (n)

: 4000 rpm

Rumus-rumus yang digunakan

3.2.1. Torsi Maksimum Harga torsi maksimum yang akan digunakan dalam perhitungan perancangan kopling ini ditentukan berdasarkan dua kriteria, yaitu : torsi maksimum dan daya maksimum kendaraan yang terdapat pada data lapangan (brosur). Kopling pelat gesek bekerja karena adanya gaya gesek

dengan permukaan,

sehingga menyebabkan terjadinya momen puntir pada poros yang digerakkan. Momen ini bekerja dalam waktu tR sampai putaran kedua poros sama. Pada keadaan terhubung tidak terjadi slip dan putaran kedua poros sama dengan putaran awal poros penggerak, sehingga dapat dibuat persamaan :

Perancangan Ulang Kopling Teguh Budianto Yefri Chan, ST, MT

Universitas Darma Persada 24

Mr = Mb + Mh dimana ; Mr

=

Torsi Gesek

[kgf.cm]

Mb

=

Momen Puntir Poros Transmisi

[kgf.cm]

Mh

=

Torsi Percepatan

[kgf.cm]

Nilai Mh dapat dihitung dengan persamaan :

M h = 71620

N n

Mh

=

Torsi Maksimum

[kgf.cm]

N

=

Daya Maksimum

[PS]

n

=

Putaran Poros

[rpm]

71620 =

3.2.1.1

Konstanta Korelasi Satuan

Penghitungan Torsi Maksimum

Diketahui

:

Daya Maksimum (N)

: 103 PS

Putaran Pada Daya Maksimum (n) : 6000 rpm Torsi Maksimum (T)

: 13.76 kgm

Putaran Pada Torsi Maksimum (n)

: 4000 rpm



Rumus

: Mr = Mb + Mh N M h = 71620 n 103 ps 6000 rpm = 1229,48 kgf.cm

M h = 71620 x

= 12,30 kgf.m

Dalam hal ini harga torsi maksimum yg diperoleh dari data spesifik ternyata lebih besar dari pada harga torsi maksimum (statik ), maka untuk menjaga keamanan pemakaian dipilih harga torsi yang paling tinggi yaitu; Mh = 13,76 kgf.m dengan kecepatan putar mesin n = 4000 rpm.

3.2.2 Torsi Gesek Harga torsi gesek didapat dari hubungan : Mr = C × M h

dimana ; Mr

=

Torsi Gesek

[kgf.cm]

C

=

Konstanta

[2,5]

Harga C dapat dipilih dari tabel pada lampiran, harga ini berkisar antara 2-3 untuk kendaraan jenis mobil.



3.2.2.1 Penghitungan Torsi Gesek Dengan diketahuinya harga Mh, maka dapat ditentukan besarnya torsi gesek. Harga C dapat dipilih pada tabel, yang mana harga ini berkisar antara 2 – 3 untuk kendaraaan mobil. Dengan memilih C = 2,5, maka diperoleh harga torsi gesek sebesar : M r × n ×tr 1910

Ar =

Rumus

: Mr

=

C . Mh

Mr

=

2,5 x 13,76 kgf.cm =

34,4 kgf.cm

=

3440 kg.cm

3.2.3 Kerja Gesek dan Daya Gesek Kerja gesek ditentukan dari hubungan antara torsi, putaran dan waktu terjadinya slip yaitu :

Ar =

M r × n ×tr 1910



dimana ; Ar

=

Kerja Gesek

[kgf.cm]

Mr

=

Torsi Gesek

[kgf.cm]

n

=

Putaran

[rpm]

tR

=

Waktu Penyambungan/slip

[detik]

1910

=

Faktor Korelasi Satuan

Harga daya gesek dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi penggunaan kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan waktu, yaitu ;

Nr =

Ar × z 27 × 10

4

dimana ; Nr

=

Daya Gesek

[hp]

z

=

Frekuensi Penekanan Kopling

[jam]

27x104 =




3.2.3.1 Penghitungan Kerja Gesek dan Daya Gesek Diasumsikan tR = 0.5 detik maka kerja gesek terjadi adalah : M r × n ×tr 1910

Ar =

3440 × 4000 × 0.5 1910

Ar =

= 3602,09 kgf.cm

Daya gesek yang dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi penggunaan kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan waktu :

Nr =

=

Ar × z 27 × 10

4

3602.09 × 60 27 ×10

4

= 0,8 Hp



3.2.4 Diameter Rata-rata Pelat Gesek Diameter rata-rata pelat gesek ditentukan dengan menggunakan persamaan untuk diameter rata-rata, yaitu ;

⎡ ⎤ ⎢ ⎥ NR d = 71.5 ⎢ ⎥ b ⎢ KT × × j × n1/2 ⎥ d ⎣ ⎦

0.4

dimana ; d

=

Diameter Rata-rata pelat

[cm]

b d KT

=

Ratio Antara Lebar Pelat Terhadap Diameter Rata-rata

=

Parameter Koefisien Gesek

n

=

Putaran

71.5

=


[rpm]

3.2.4.1 Penghitungan Diameter Rata-rata Pelat Gesek •

Berdasarkan tabel faktor koreksi untuk lenturan KT = 1,0 – 1,5, karena sedikit terjadi kejutan / tumbukan

•

Berdasarkan tabel faktor koreksi untuk lenturan cb = 1,2 – 2,3, karena terjadi pembebanan lentur.

•

Dan harga b/d berkisar antara 0,15 s.d 0,3



•

Diketahui : Parameter koefisien gesek (KT )

= 1,5

Ratio lebar pelat terhadap diameter rata-rata (b/d) = 0,175 Jumlah pelat gesek yang dimiliki ( j ) ⎡ ⎢ NR d = 71.5 ⎢ b ⎢ KT × × j × n1/2 d ⎣

= 3 bh ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

0.4

0.4

0.8 ⎡ ⎤ = 71.5 ⎢ 1/2 ⎥ ⎣1.5 × 0.175 × 3 × 4000 ⎦

= 71,5 x 0,19 = 13,58 cm

Sehingga lebar pelat diperoleh dengan substitusi harga d kedalam ratio b/d, yaitu : b/d

= 0,175

b

= 0,175 x 13,58 cm = 2,38 cm

Diameter dalam pelat ( di ) di

=d–b = 13,58 cm – 2,38 cm = 11,20 cm



Diameter luar pelat ( d0 ) d0

=d+b = 13,58 cm + 2,38 cm = 15,96 cm

3.2.5 Pengujian Harga KT dan KU Untuk memeriksa apakah harga KT dan KU masih dalam batas-batas yang diizinkan setelah adanya pembulatan-pembulatan dalam penghitungan, maka jika harga KT tidak berbeda jauh dengan pemilihan awal dan harga KU masih berkisar antara 2-8 maka rancangan ini dapat dilanjutkan.

KT =

N f ×1000 b × d × j × v 1/2

KU =

2×Mr b× d 2 × j

Kecepatan Tangensial adalah ; V =

π ×d ×n 60

3.2.5.1Penghitungan Harga KT dan KU Untuk memeriksa apakah harga KT dan KU masih dalam batas yang diizinkan terlebih dahulu tentukan besar kecepatan tangensial pelat gesek, yaitu;



π ×d ×n

V =

60

3.14 × 13.58 × 10 2 × 4000 60

=

= 28,43 m/s

Sehingga; N f ×1000 b × d × j × v 1/2

KT =

0.8 × 1000

=

2.38 × 13.58 × 3 × ( 28.43 )

1/2

= 1,55 kgm.cm2

KU =

=

2×Mr b× d 2× j 2 × 3440 2.38 × (13.58 )

1/2

×3

= 5,23 x 10-3 kgm.cm

Hasil penghitungan nilai KT dan KU dapat diterima karena masih dalam batas Perancangan Ulang Kopling Teguh Budianto Yefri Chan, ST, MT


yang diizinkan

3.2.6 Luas Bidang Tekan Tekanan permukaan terjadi akibat adanya gaya tekan yang mengenai satuan luas bidang tekan. Gaya ini dipengaruhi oleh koefisien gesek sebesar

= 0,3, dan ini

adalah koefisien gesek bahan permukaan pelat gesek yang kita pilih. Luas bidang tekan sama dengan luas permukaan pelat dan dapat diperoleh dari hubungan ;

F =π ×b× d × j×Y dimana ; F Y

[cm2]

= Luas Bidang Tekan

= Faktor Koreksi Luas Permukaan akibat Pengurangan Luas alur

3.2.6.1 Penghitungan Luas Bidang Tekan Dari data diatas dan dengan mengasumsikan

Y

= 0,9 maka luas bidang tekan

dapat dicari, yaitu;



F =π ×b× d × j×Y

= 3,14 x 13,58 x 2,38 x 3 x 0,9 = 274 cm2

3.2.7 Tekanan Rata-rata Permukaan Tekanan rata-rata permukaan dicari dari hubungan torsi maksimum, diameter ratarata, koefisien gesekan dan luas bidang tekan : p =

2 × Mr μ×d × f

dimana ; p

F

3.2.7.1

=

Tekanan Permukaan Rata-rata

=

Koefisien Gesek

=

Luas bidang Tekan

[kgf/cm2]

[cm2]

Penghitungan Tekanan Rata-rata Permukaan

Dengan mengasumsikan koefisien geek dari permukaan gesek

= 0.3 maka

tekanan rata-ratanya adalah : Perancangan Ulang Kopling Teguh Budianto Yefri Chan, ST, MT


p =

2 × Mr μ ×d × f

=

2 × 3440 0.3 ×13.58 × 274

=

6880 1116.28

= 6,16 kgm/cm2

3.2.8 Tekanan Maksimum Permukaan Tekanan maksimum permukaan digunakan untuk memilih pelat gesek yang cocok dan aman. Pada lampiran tabel tertulis harga-harga tekanan untuk bahan pelat gesek. Hubungan antara tekanan maksimum dan tekanan rata-rata adalah :

P max = p

d d1

[kgf/cm2]

3.2.8.1 Penghitungan Tekanan Maksimum Permukaan

P max = p

d d1


[kgf/cm2]


=

6.16 × 15.96 11.20

= 8,778 kgf/cm2 Dengan asumsi koefisien gesek dari permukaan gesek adalah 0,3 dan tekanan maksimum yang diizinkan agar keselamatan selama pemakaian terjamin adalah 8,77 kgf/cm2, maka dari tabel lampiran dapat disimpulkan bahwa permukaan pelat gesek dapat terbuat dari bahan “ Asbestos Pressed Hidraulically With Plastic”, yang mempunyai limit koefisien gesek antara 0,2 – 0,35 dan tekanan permukaan yang diizinkan antara 0,5 – 80 kgf/cm2, jadi bahan ini sesuai digunakan untuk rancangan karena tekanan maksimum permukaan gesek yang dirancang masih berada dalam batas tersebut. 3.2.9 Umur Pelat Gesek Umur pelat gesek atau ketahanan pelat gesek (kanvas kopling) menentukan nilai jual pelat gesek tersebut sehingga memiliki daya saing dipasara. Umur pelat gesek ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan daya gesek, sedangkan untuk menghitung volume keausan digunakan rumus :

VV

=

F . SV

VV

=

Volume Keausan

[cm3]

F

=

Luas Permukaan Bidang Tekan

[cm2]

SV

=

Batas Keausan

[cm]

dimana ;



Umur pelat gesek akhirnya dapat ditentukan dari pesamaan ;

LB =

VV QV ⋅ N R

dimana ; LB

=

Umur Pelat Gesek

[jam]

VV

=

Volume Keausan

[cm3]

QV

=

Keausan Spesifik

3.2.9.1 Penghitungan Umur Pelat Gesek Umur pelat gesek ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan daya gesek. Dengan adanya paku keling maka tebal lapisan permukaan gesek yang aus diukur dengan keadaan paku keling tersebut adalah 2 mm dan ini sama dengan tebal keausan maksimum dari pelat gesek. Diketahui : Tebal Lapisan Permukaan Gesek

= 2 mm = 0,2 cm

Jumlah Pelat Gesek

= 3 buah

maka, Volume Keausan : VV

= F . SV = 274 x 0,2 x 3 = 164,4 cm3



Dengan Asumsi QV = 0,125, maka : LB =

=

VV QV ⋅ N R

164.4 0.125 × 0.8

= 1644 Jam

3.2.10 Temperatur Kerja Pelat dan Kopling Temperatur kerja kopling harus memenuhi temperatur yang diizinkan, karena apabila melewati batas yang diizinkan akan menyebabkan pelat gesek cepat sekali aus yang menyebabkan umur pakai kopling lebih pendek. Temperatur kerja kopling dipengaruhi oleh koefisien perpindahan panas dari rumah kopling, luas perpindahan panas dan temperatur sekeliling . Temperatur Kerja Kopling adalah :

t

=

tL +

t

=

Temperatur Kerja Kopling

dimana ; t



tL t

=

Temperatur Lingkungan

=

Kenaikan Temperatur

Semua parameter dalam satuan oC. Sementara itu kenaikan temperatur dapat diketahui dengan persamaan :

Δt =

632 ⋅ N R FK ⋅α K

dimana ; FK

=

Luas Permukaan Bidang Pendingin

[m2]

αK

=

Koefisien Perpindahan Panas

[kcal/moC.jam]

Luas Permukaan Bidang Pendingin dapat diketahui dengan rumus : FK = π ⋅ d K ⋅ b K +

π ⋅ ( d K 2 − d i2 ) 4

dimana ; dK

=

Diameter Terluar atau Diameter Rumah Kopling

[cm]

bK

=

Lebar Rumah Kopling

[cm]

Koefisien perpindahan panas, dari rumah kopling dapat diketahui dari hubungan berikut ;



α K = 4.5 + 6 (V K )

3/4

dimana ;

VK =

VK

π ⋅dK ⋅n 60

=

Kecepatan Tangensial Rumah Kopling

[m/det]

maka kenaikan temperatur dapat dihitung dari hubungan sebagai berikut :

tS =

632 ⋅ N R FK ⋅α K

dimana ; NR

=

Daya Gesek

FK

=

Luas Permukaan Bidang Pendingin

=

Koefisien Perpindahan Panas

K



3.2.10.1 Penghitungan Temperatur Kerja Pelat dan Kopling Dengan asumsi temperatur kerja lingkungan adalah 30oC, temperatur kerja kopling adalah : dk

= Asumsi

dk

= do + 3 x 5 cm

bk

= 7 cm

karena itu, dk

= do + 3 x 5 cm



dk

= (15,96 + 15 ) cm = 30,96 cm

Luas Permukaan Bidang Pendingin dapat diketahui dengan rumus : FK = π ⋅ d K ⋅ b K +

π ⋅ ( d K 2 − d i2 )

FK = 3.14 × 30.96 × 7 +

FK = 3.14 × 30.96 × 7 +

4 3.14 × ( 30.96 2 − 11.20 2 ) 4 3.14 × ( 958.52 − 125.44 ) 4

= 680,5 + 653,9 = 1334,4 cm2 = 1334,40 x 10-4 m2

VK

=

Kecepatan Tangensial Rumah Kopling

VK = =

[m/det]

π ⋅dK ⋅n 60

3.14 × 30.96 × 4000 60

= 6480,96 cm/s Perancangan Ulang Kopling Teguh Budianto Yefri Chan, ST, MT


= 64,80 m/s Sehingga,

α K = 4.5 + 6 (V K )

3/4

= 4.5 + 6 x (64,80)3/4 = 4.5 + 6 x 22,84 = 4.5 + 137,04 = 141,54 kcal/moC.jam Sehingga,

tS =

=

632 ⋅ N R FK ⋅α K

632 × 0.8 1334.40 ×10 −4 ×141.54

= 26,78 0C =

505.6 18.8

Sehingga temperatur kerja kopling (asumsi temperatur lingkungan 300C) t

= 37 0C + 26,78 0C = 63,78 0C

3.2.11

Pemasangan Paku Keling

Paku keling yang dipasang pada pelat gesek dan pelat penghubung berfungsi untuk meneruskan putaran pelat gesek ke pelat penghubung dan seterusnya ke HUB, dan selanjutnya ke poros. Untuk penghitungan pemasangan paku keling didapat dengan perhitungan berikut. Gaya yang dialami oleh setiap paku keling didapatkan dengan menggunakan persamaan berikut : Perancangan Ulang Kopling Teguh Budianto Yefri Chan, ST, MT


FK =

2 ⋅M R Z

Dimana; FK

=

Gaya Yang Diterima Masing-Masing Paku Keling

MR

=

Torsi Gesek

Z

=

Jumlah Paku Keling

Dimensi paku keling diketahui dengan menggunakan persamaan berikut ;

d =

4 ⋅ FK

τ ⋅ 3,14

Dimana; FK

=

Gaya yang diterima masing-masing paku keling

τ

=

Tegangan geser material paku keling

3.2.11.1 Penghitungan Pemasangan Paku Keling Pada mobil NEW MAZDA 2 ini menggunakan 3 macam paku keling yang berbeda fungsi yaitu; 1. Paku Keling untuk Permukaan Gesek Dengan Pelat Penghubung. Torsi MR

= 3440 kgf.cm



Jarak keliling ke pusat r adalah 10 cm FR =

M R 3440 kgf .cm = = 344 kgf .cm 10 cm r

= 3440 N Jumlah keliling yang digunakan ada 16 buah, maka gaya geser yang ditanggung satu buah kopling adalah : FR1 =

3440 = 215 N 16

Jumlah patahan yang diasumsikan adalah 2 (n = 2) Bahan paku keling “ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan τ

Max

= 27 Mpa

didapatkan τ izin =

27 Mpa = 13, 5 Mpa 2

Maka diameter paku keling yang sesuai adalah : d k1 =

=

4 ⋅ FR1 4 × 307,13 = 3,14 × 3 ×13, 5 π ⋅ n ⋅τ izin

860 = 3,18 mm ≈ 3mm 84, 78

3.2.11.2 Paku Keling Untuk Pelat Penghubung 1 dengan Pelat Penghubung 2 Torsi MR

= 3440 kgf.cm

Jumlah Keliling ke pusat r = 7 cm MR

3440 kgf .cm = 491, 4 kgf .cm 7 cm

= R = PerancanganFUlang rKopling Teguh Budianto Yefri Chan, ST, MT


= 4914 N

Jumlah keliling yang digunakan 16 buah, maka gaya geser yang ditanggung satu buah kopling adalah : FR1 =

4914 = 307.13 N 16


Max

= 27 Mpa


27 Mpa = 13, 5 Mpa 2

Maka diameter paku keling yang sesuai adalah : d k1 =

=

4 ⋅ FR1 4 × 307,13 = 3,14 × 3 ×13, 5 π ⋅ n ⋅τ izin

1228, 5 = 3,10 mm ≈ 3 mm 127,17

3.2.11.3 Paku Keling Untuk Penghubung Dengan HUB Torsi MR

= 3440 kgf.cm

Jarak Keliling ke pusat r

= 5,5 cm



FR =

M R 3440 kgf .cm = = 625, 5 kgf .cm r 5, 5 cm = 6255N

Jumlah keliling yang digunakan 16 buah,maka gaya geser yang ditanggung satu buah kopling adalah : FR1 =

6255 = 390.94 N 16


Max

= 27 Mpa


27 Mpa = 13, 5 Mpa 2

Maka diameter paku keling yang sesuai adalah :

d k1 =

=

3.2.12

4 ⋅ FR1 4 × 390, 94 = 3,14 × 4 × 13, 5 π ⋅ n ⋅τ izin

1563,8 = 3, 04 mm ≈ 3mm 169, 56

Poros

Untuk perancangan poros, hal yang sangat berpengaruh adalah torsi dari kopling, Perancangan Ulang Kopling Teguh Budianto Yefri Chan, ST, MT


didapatkan harga torsi gesek dari kopling adalah 3440 kgf.cm atau 34,4 kgf.m yang setelah dikonversikan ke satuan SI menjadi : SI

= 34,40 kgf.m x 9.81 = 337,46 Nm = 337460 Nmm

Material yang diambil untuk poros ini adalah “AISI 4340 COLD DRAWN”

σ YP = 99000 psi ≈ 682,8 Mpa

dengan

Dengan menggunakan rumus perhitungan poros dan harga tegangan geser, kita

d =

3

16 ⋅ M r π ⋅τ YP

akan mendapatkan harga diameter poros yang kita inginkan, yaitu :

d =

3

16 × 337460 Nmm 5399360 =3 2 3,14 × 682,8 Nmm 2143, 99

= 3 2518, 37 mm 3 = 13, 61mm

Bab 4 Perancangan Ulang Kopling Teguh Budianto Yefri Chan, ST, MT


HASIL DAN ANALISA PERANCANGAN

4.1

Hasil Perancangan

Dari perhitungan variabel-variabel yang berkaitan dengan perancangan ulang kopling New Mazda 2 ini, diperoleh hasil sebagai berikut : •

Torsi Maksimum

Mh

= 1229,48 kgf.cm

•

Torsi Gesek

Mr

= 3440 kgf.cm

•

Kerja Gesek

Ar

= 3602,09 kgf.cm

•

Daya Geser

Nr

= 0,8 Hp

• Diameter rata-rata pelat

d

= 13,58 cm

•

Diameter (luar) pelat

d0

= 15,96 cm

•

Diameter (dalam) pelat

di

= 11,20 cm

Luas Bidang Tekan

F

= 274 cm2

Tekanan rata-rata permukaan

p

= 6,16 kgm/cm2

Tekanan Maksimum Permukaan

Pmaks = 8,778 kgf/cm2

•

Temperatur Kerja

t

= 63,78 0C

•

Umur Pelat Gesek

Lb

= 1644 Jam

• • •

4.2

Analisa Perancangan



Dari hasil perancangan yang telah dilakukan melalui perhitungan berdasarkan teori yang penulis peroleh, didapatkan ada beberapa spesifikasi yang berbeda dengan ukuran yang sebenarnya berdasarkan data lapangan yang ada. Hal ini dimungkinkan, karena adanya beberapa variabel yang diasumsikan yang berpengaruh langsung terhadap hasil perancangan yang dibuat. Hal lain yang cukup berpengaruh adalah asumsi-asumsi yang penulis lakukan, yang didapatkan berdasarkan perkiraan-perkiraan atau pembulatan angka yang disesuaikan dengan pemahaman yang penulis miliki. Hal penting lain yang perlu diperhatikan pada perancangan kopling ini adalah perancangan pada umur pakai plat kopling. Dengan semakin lamanya umur pakai kopling, maka efisiensi dalam pemakaian akan semakin tinggi dan mampu untuk bersaing dengan produk sejenis dipasaran. Umur plat ini dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain ; •

Luas permukaan gesek

•

Daya gesek

•

Faktor keausan plat gesek

Umur kopling berbanding lurus dengan luas permukaan serta volume keausan. Semakin besar diameter plat gesek, maka permukaan akan semakin luas sehingga volume keausannya besar dan umur pakai kopling akan lebih lama. Disamping itu berdasarkan tegangan permukaan yang bekerja pada plat gesek dapat pula diperkirakan jenis bahan yang cocok untuk plat gesek, sehingga dengan analisa ini efisiensi ekonomis juga dapat dilakukan.



Bab 3 METODOLOGI PERANCANGAN

Recommend Documents