BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Dari konsep yang telah dikembangkan, kemudian dilakukan perhitungan pada komponen – komponen yang dianggap kritis sebagai berikut: Tiang penahan beban maksimum 100Kg, sambungan baut pengikat tiang , sambungan pengelasan, roller conveyor, transmisi puli dan belt, dan daya motor listrik yang diperlukan.

4.1

Perhitungan 4.1.1

Perhitungan tiang penahan beban

Sesuai dengan fungsinya yaitu unutuk menahan beban pasien maksimum 100 Kg, maka beban yang terjadi pada tiang dapat digambarkan seperti dibawah ini. W=1000N

Y = 1 0

Dimensi tiang: B=75 mm, b=70.4 mm, Y=37.5 0 mm 0

53

N

http://digilib.mercubuana.ac.id/

53 http://digilib.mercubuana.ac.id/

54 P = 1000 N

x x F1 700mm

-

+ ΣF = 0, ΣFx = 0 ΣFy

=0

-P + F1 = 0 F1 = P F1 = 1000 N Shear Diagram

B

X-X

Momen bengkok yang terjadi pada lengan x-x besarnya dapat dihitung sebagai berikut : Mb

=PxL

Mb

= 1000 N x 700 mm

Mb

= 700000 Nmm

Momen Diagram B

X-X


55 Bahan tiang dipilih menggunakan besi pipa persegi (square tube) dengan bahan ST37, nilai 𝞂u maksimum = 370 N/mm2 Safety factor diambil 5 (untuk beban dinamis 2 - 4 atau lebih) dan bearat tiang diabaikan karena pengambilan safety factor yang besar untuk keamanan ekstra dan pembebanan terjadi cukup besar . Maka berat tiang dapat diabaikan karena perubahan yang terjadi tidak terlalu signifikan, maka tegangan tarik ijinnya adalah sebagai berikut: 𝜎𝑡 =

370 = 74 𝑁/𝑚𝑚² 5

Momen Inersia pada penampang x-x pipa persegi yang terjadi dapat dihitung sebagai berikut: Ix

=

Ix

=

b⁴

−

12

h⁴ 12

(75 mm )⁴ 12 31640625

−

(70.4 mm )⁴ 12

mm 4 − 24563521 .9456mm ⁴

Ix

=

Ix

=

Ix

= 589758.5878 mm4

12 7077103 .0544 mm ⁴ 12

Dengan diketahui momen bengkok maksimum dan momen inersia pada penampang x-x pipa persegi, maka tegangan bengkok dapat ditentukan sebagai berikut : 𝑀𝑏

σb

=

σb

=

σb

=

σb

=

σb

= 44.5097 N/mm²

𝑊𝑏 𝑀𝑏 . 𝑌 𝐼𝑥 700000 Nmm . 37,5 mm 589758 .5878 mm ⁴ 26250000 Nmm ² 589758 .5878 mm ⁴

Syarat Kuat : σb ≤ σt 44.5097 N/mm² ≤ 74N/mm² (Konstruksi Kuat)


56

4.1.2

Perhitungan baut pengikat tiang Tiang penahan beban akan dilas dengan plat dudukan agar dapat

dilakukan pembongkaran. Pengikatnya menggunakan empat baut, dua baut berjarak 155mm dan dua baut lainnya berjarak 25m, jadi untuk harga F1 akan dibagi dua sehingga dapat mengetahui gaya yang terjadi pada setiap bautnya. Untuk menentukan ukuran baut yang akan digunakan maka perhitungan baut yang diperlukan dengan beban eksentrik sejajar sumbu baut. Plat dudukan ketebalannya 10mm. Wo = 1000 N , L = 700 mm L1 = 100 mm L2 = 25 mm Fc = 1,2 𝞂u = 370 N/mm2 Sf = 4 𝞂a =

𝜎𝑢 𝑆𝑓

370 𝑁/𝑚𝑚 ²

=

4

= 92,5 𝑁/𝑚𝑚²

τa = 0,5 𝞂a = 0,5 . 92,5 N/mm2 = 46,25 N/mm2 n = 4 baut 𝑊

=

Ws

=

Ws

=

Ws

= 300 N

𝑛

𝑊𝑜 . 𝐹𝑐 𝑛

1000 𝑁 . 1,2 4

L1 = L3, L2 = L4 Menghitung beban pada setiap baut untuk jarak Ln Wtn

= C . Ln

C

=

C

=

𝑊. 𝐿 𝐿1²+ 𝐿2²+ 𝐿3²+𝐿4² 1200 𝑁 . 700 𝑚𝑚 100 𝑚𝑚 2 +(25 𝑚𝑚 )²+ 100 𝑚𝑚 ²+(25 𝑚𝑚 )²


Wo = 1000 N

57 840000 𝑁𝑚𝑚

C

=

C

= 39.52 N/mm

Wt1

= C . L1

Wt1

= 39.52 N/mm. 100 mm

Wt1

= 3952 N (max)

Wt2

= C . L2

Wt2

= 39.52 N/mm . 25 mm

Wt2

= 988 N/mm

21250 𝑚𝑚 ²

Menghitung beban tarik ekivalen 1

Wte

= 2 (𝑊𝑡 max) +

Wte

= 2 (3952 N +

Wte

= 2 (3952 N + 15618304 N2 + 360000 N² )

Wte

= 2 (3952 N + 15978304 N² )

Wte

= 2 (3952 N + 3997, 287 N)

Wte

= 2 (7949,287 N)

Wte

= 3974, 643 N

Wt max 2 + 4Ws2 )

1

3952 N

2

+ 4(300 N)² )

1 1 1 1

Menghitung beban geser ekivalen 1

Wt max 2 + 4Ws2 )

1

3952 N

Wse

=2 (

Wse

=2 (

Wse

= 2 ( 15618304 N² + 360000 N² )

Wse

= 2 ( 15978304 N² )

Wse

= 2 (3997, 287 N)

Wse

= 1998, 6435N

2

+ 4(300 N)² )

1 1 1


58 Menghitung diameter baut karena beban tarik 4 .𝑊𝑡𝑒

d1

≤

d1

≤

d1

≤

d1

≤ 54,7099 𝑚𝑚²

d1

≤ 7,396 mm

𝜋 . 𝜎𝑎 4 . 3974,643 N 𝜋 . 92,5 𝑁/𝑚𝑚 ² 15898 ,572 N 290.5973 𝑁/𝑚𝑚 ²

Menghitung diameter baut karena beban geser 4 .𝑊𝑠𝑒

d1

≤

d1

≤

d1

≤

d1

≤ 55,0216 𝑚𝑚²

d1

≤ 7, 417 mm

𝜋 .𝜏𝑎 4 . 1998,6435 𝑁 𝜋 . 46,25 𝑁/𝑚𝑚 ² 7994,574 𝑁 145.2986 𝑁/𝑚𝑚 ²

Berdasarkan tabel 4 ukuran standar ulir kasar (JIS B0205), baut yang dipilih adalah baut M10 dengan pertimbangan lebih aman dengan spesifikasi sebagai berikut : d1

= 8,376 mm

D

= 10 mm

P

= 1,5 mm


59 Dilakukan perhitungan pengecekan tegangan geser yang yang terjadi pada baut agar baut kuat menahan beban yang terjadi : 𝑊

τb

=

τb

=

τb

=

τb

=

τb

= 5.4289 𝑁/𝑚𝑚²

𝜋 . 𝑑1 . 𝑘 . 𝑝 . 𝑧 𝑊 𝜋 . 𝑑1 . 𝑘 . 𝐻 1200 𝑁 𝜋 . 8,376 𝑚𝑚 . 0,84 . 10 𝑚𝑚 1200 𝑁 221.0374 𝑚𝑚 ²

Dilakukan perhitungan pengecekan tegangan geser yang yang terjadi pada mura gar baut kuat menahan beban yang terjadi: 𝑊

τm

=

τm

=

τm

=

τm

=

τm

= 6.0804 𝑁/𝑚𝑚²

𝜋 . 𝑑1 . 𝑗 . 𝑝 . 𝑧 𝑊 𝜋 . 𝑑1 . 𝑗 . 𝐻 1200 𝑁 𝜋 . 8,376 𝑚𝑚 . 0,75 . 10 𝑚𝑚 1200 𝑁 197.3548 𝑚𝑚 ²

Tegangan geser yang terjadi pada baut dan mur harus lebih kecil dari tegangan geser yang diijinkan.

τb ,τm < τa 5.4289𝑁/𝑚𝑚² , 6.0804 𝑁/𝑚𝑚2 < 46.25 N/mm2 Maka baut dan mur dengan bahan ST37 dinyatakan aman


60

4.1.3 Perhitungan kekuatan las Perhitungan sambungan las agar sambungan las tersebut tidak patah saat terjadi pembebanan. Dengan filler metal σy = 350 Mpa, dengan kaki las 3 mm, dan safety factor 3 (dari kisaran 3-6). L = panjang welding = 70 mm (Pipa persegi 75x75mm) , h = kaki las = 3 mm Tegangan geser yang diijinkan 𝝈𝒚 𝝉𝒂 = 𝑺𝒇 𝝉𝒂 =

350 3

𝝉𝒂 = 116,67 𝑁/𝑚𝑚𝟐 A = Luasan Welding = L x troat troat = 0,707 x kaki las troat = 0,707 x 3 mm troat= 2,121 mm A = L x troat A = 70 mm x 2,121 mm A = 148.47 mm2 Gaya max yang dapat diterima F = τa . A F = 116,67 N/mm𝟐 . 148.47 mm² F = 17321.9949 N Tegangan geser yang terjadi F (beban total 100 kg = 1000 N) A 1000 N 𝝉= 148.47 mm2 𝝉=

𝝉 = 6.7353 N/mm2 Pengecekan: 𝜏 ≤ 𝜏𝑎 6.7353 N/mm2 ≤ 116,67𝑁/𝑚𝑚2 (Sambungan las dinyatakan aman)


61

4.1.4

Perhitungan daya motor Sistem penggerak menggunakan motor listrik, daya motor dihitung

menggunakan persamaan

P

= Ff x V

Ff

=Nxμ

Ff

= 1000 N x 0.6

Ff

= 600 N (maks) Mencari daya motor unutuk menggerakkan belt konveyor.

Belt bergerak dengan kecepatan 5 km/jam, diambil dari rata-rata manusia bila berjalan kaki biasa. (Marojahan Tampubolon, 2011) P

= Ff x V

P

= 600 N x 5 km/jam

P

= 600 N x 1,3888 m/s

P

= 833.28 Nm/s

P

= 833.28 Watt

Daya motor yang diperlukan untuk menggerakan konveyor, dari motor menggerakan transmisi v-belt yang efisiensi mekanisnya 95% dan efisiensi motor 80%. 𝑃

Pd

=

Pd

=

Pd

=

Pd

= 1096.4210 Watt

Pd

= 1.096421 KW

𝜂𝑚 833.28 Watt

𝜂𝑚 833.28 Watt 95% . 80%

Dari perhitungan daya motor , dipilih motor dengan daya 1 KW dan putaran 1450 rpm


62

4.1.5 Perhitungan Poros Perhitungan

torsi

poros

dilakukan

agar

poros

mampu

memindahkan daya motor tanpa terjadi perubahan bentuk terhadap porosnya sendiri. Dan lebih lanjutnya untuk menghitung diameter poros yang diperlukan. P : Daya yang ditransmisikan

= 1000 W

n : Putaran motor

= 1450 rpm

Fc : Faktor Koreksi

= 1,2

Menghitung daya rencana Pd

= P . Fc

Pd

= 1000 W . 1,2

Pd

= 1200 W

Menghitung torsi 𝑃𝑑

T

=

T

=

T

=

T

=

T

= 7902,8661 Nmm

𝑊 𝑃𝑑 2𝜋𝑛 60

1200 𝑊 2 . 𝜋 . 1450 60

1000

72000 𝑊 . 1000 2 . 𝜋 . 1450

Menghitung beban lentur

F = 1000 N

C

RB

RA 100 0N

10 +

00

-

N http://digilib.mercubuana.ac.id/

63

ΣMA = 0 F . 300 - RB . 600 = 0 1000 N . 300 - RB . 600 = 0 300000 N

RB

=

RB

= 500 N

600

ΣFy = 0 F

= RA + RB

1000 N = RA + 500 N RA

= 1000 N – 500 N

RA

= 500 N

Momen di titik C MC

= RA . 300 mm

MC

= 500 N . 300 mm

MC

= 150000 N mm

Shear Diagram

C A Momen Diagram

B C

B

A


64 Tegangan geser yang diijinkan 𝜎𝑢 τa = 𝑆𝑓1 . 𝑆𝑓2 370 𝑁/𝑚𝑚 ²

τa

=

τa

=

τa

= 30,8333 N/mm²

6. 2 370 𝑁/𝑚𝑚 ² 6. 2

Perhitungan diameter poros pejal menggunakan factor koreksi momen puntir (Kt = 2) dan koreksi momen lentur (Km = 2) 5,1

ds

≥[

ds

≥[ 30,83335,1𝑁/𝑚𝑚 ²

ds

≥ [ 30,8333 𝑁/𝑚𝑚 ²

ds

≥[

ds

≥ 13,7759 mm

𝐾𝑚 . 𝑀

𝜏𝑎

5,1

5,1 𝑁 30,8333 𝑚𝑚2

2

1

2 ]3

+ 𝐾𝑡 . 𝑇

2 .150000 Nmm

2

300000 Nmm

1

+ 2 . 7902,8661 Nmm 2 ]3 2

1

+ 15805.7222 Nmm 2 ]3

1

15805,7222 𝑁𝑚𝑚2 ]3

Poros yang digunakan lebih besar dari 13,7759 mm . Poros yang digunakan berdiameter 20mm agar lebih aman 4.1.6

Perhitungan Transmisi

Daya yang akan ditransmisikan

P

: 1 Kw

Putaran poros motor penggerak

n1

: 1450 Rpm

Putaran poros mesin/alat

n2

: 700 Rpm

Jarak antar sumbu poros

c

: 300 mm

Perbandingan putaran (i) 𝑛1

i

=

i

=

i

= 2.0714

𝑛2 1450 Rpm 700 Rpm


65 Daya rencana Pd

= P . fc

Pd

= 1 Kw . 1,2

Pd

= 1,2 Kw

Rpm max 1450 rpm

Pd 1,2 Kw

Dari diagram pemilihan sabuk , sabuk yang dipilih adalah type A.

Dari tabel diameter minimum puli yang diizinkan dan dianjurkan (mm), dipilih diameter dp

= 95 mm


66 Menghitung din din

= dp – 2Ko

din

= 95 mm – 2 . 8

din

= 79 mm

Menghitung dout dout

= dp + 2K

dout

= 95 mm + 2 . 4,5

dout

= 108 mm

Menghitung Dp dp . n1 = Dp . n2 95 mm . 1450 = Dp . 700 95 mm .1450

Dp

=

Dp

= 196.78 mm

700

Menghitung Din Din

= Dp – 2Ko

Din

= 196.78 mm – 2 . 8

Din

= 180.78 mm

Menghitung Dout Dout

= Dp + 2K

Dout

= 196.78 mm + 2 . 4,5

Dout

= 205.78 mm

Menghitung Kecepatan Belt π . dp . n1

V

=

V

=

V

= 7212.5731 mm/s

V

= 7.212 mm/s

60 s π . 95 mm . 1450 60 s


67 Pengecekan C (jarak sumbu poros) terhadap diameter puli dout +Dout

C

=

C

=

C

= 156.89 mm

2 108 mm +205,78 mm 2

Menghitung kapasitas daya yang ditransmisikan untuk satu sabuk tunggal, Po(kW)

1450 rpm

Harga tambahan karena

RPM

Merk merah (Kw)

1400

1,54

0,18

1450

?

?

1600

1,71

0,20

perbandingan putaran (Kw)

Menggunakan rumus interpolasi 1450 −1400

Merk merah (1450 rpm)

= 1,54 +


= 1,54 + 0,25 . (0,17)


= 1.5825 Kw

Perb. putaran (1450 rpm)

= 0,18 +


= 0,18 + 0,25 . (0,02)


= 0.185 Kw

Po

= 1.5825 Kw + 0.185 Kw

Po

= 1.7675 Kw

1600 −1400

1450 −1400 1600 −1400


. (1,71 − 1,54 )

. (0,20 − 0,18 )

68 Menghitung sudut kontak θ

= 180° −

𝐷𝑝 −𝑑𝑝

θ

= 180° −

196.78 mm −95 𝑚𝑚

θ

= 180° − 19.3382°

θ

= 160.6618°

𝐶

. 57°

300 𝑚𝑚

. 57°

Menghitung jumlah V-belt 𝑃𝑑

N

=

N

=

N

= 0.70721 ≈ 1 unit

𝑃𝑜 . 𝐾𝑜 1,2 𝐾𝑤 1,7675 𝐾𝑤 . 0,96

Menghitung panjang V-belt 𝜋

L = 2 . 𝐶 + 2 𝐷𝑝 + 𝑑𝑝 +

1 4𝐶

(𝐷𝑝 − 𝑑𝑝)²

𝜋

L = 2 . 300 mm + 2 196.78 mm + 95 mm + 4 . 95 mm)² L = 600 mm + 458.3269 mm + 8.6326 mm L = 1066.9595 mm


1 300 𝑚𝑚

(196.78 mm −

69

Hasil perencanaan belt V-belt menggunakan type A No. 42 (inch) dp = 95 mm Dp = 196,78 mm N = 1 unit


70

4.2

Perancangan Detail Alat Fisioterapi Treadmill

1

2 3 4

5 6 10 7 9 Gambar 22. Hasil Perancangan Akhir

Keterangan gambar : 1.

Tiang penahan beban

2.

Safety hardness

3.

Pasien

4.

Rangka atas (pegangan pasien)

5.

Dek

6.

Bearing unit

7.

Belt Konveyor

8.

Roller

9.

Transmisi dan penggerak (Puli, belt dan motor)


8

71 10. Rangka bawah Perancangan detail alat fisioterapi treadmill disajikan dalam lampiran gambar teknik. Dimulai dari part yang standar dan part yang akan dibuat. Part standar antara lain : Walking belt, dek, motor listrik, baut dan mur, puli , belt, bearing dan safety hardness Part yang akan dibuat antara lain : Tiang penahan beban, rangka bawah, rangka atas, roller konveyor Prinsip kerja alat ini menggunakan ban berjalan (conveyor), pasien berjalan diatas conveyor dengan dipasangkan alat kemanan (body hardness) untuk menahan beban pasien, dan alat pegangan untuk menjaga keseimbangan pasien ketika berjalan. Sebelum memulai proses pastikan kondisi alat siap untuk proses, (mulai dari motor, belt, tiang penahan) untuk keselamatan pasien. Latihan berjalan pasien wajib dibimbing seorang fisioterapis.

4.3

Kontrol kelistrikan proses alat fisio treadmill Kontrol merupakan bagian yang penting dari alat fisio treadmill. Kontrol

dan kelistrikan dari alat ini merupakan control yang sederhana meliputi inverter sebagai pengatur frekuensi motor, emergency stop merupakan penghubung dan pemutus arus dari sumber, dan switch button merupakan penghubung arus dari inverter ke motor. Berikut wiring kelistrikan alat fisio treadmill


72

4.4

Analisis hasil rancangan Analisis tegangan yang terjadi pada tiang penahan ketika diberikan beban 1000N, berupa simulasi menggunakan software Catia V5R19. Material menggunakan baja ST 37 (mild steel), yang banyak digunakan di pasaran. Tabel 4. Properti Baja ST37

(Sumber : Jurnal Teknik Mesin S-1. 3(1) : 23 – 29) Analisa menggunakan pendekatan Von Mises dengan membandingkan Nilai tegangan maksimum yang terjadi dengan kekuatan luluh material. 𝜎𝑒 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚 ≤

𝑆𝑦 𝑁

(34)

Dimana : 𝜎𝑒

: Tegangan yang terjadi awal kerusakan/kegagalan

N

: Faktor keamanan

Agar material tidak terjadi kegagalan maka tegangan equivalent (tegangan Von-Mises) yang terjadi tidak boleh melebihi dari ( S y / N ), jika tegangan equivalent atau tegangan Von Mises masih di bawah tegangan yang diijinkan, dengan kata lain rangka aman untuk digunakan. Analisa yang dilakukan sebagai berikut :


73

Beban 1000 N

Tegangan Maksimum 49216040 N/m2 49216040 N/mm2

Tegangan Minimum 4921604 N/m2 49216040 N/mm2

Gambar 21. Gambar Analisa Tiang penahan Beban (Pendekatan Von Mises)

Dari hasil analisa tegangan menggunakan software software Catia V5R19, didapatkan tegangan minimum yang terjadi pada tiang penahan adalah 4921604 N/m2 dan tegangan maksimum yang terjadi adalah 49216040 N/m2, Kekuatan luluh material adalah 220594000 N/m2, Dimana : 𝜎𝑒 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚 ≤

𝑆𝑦 𝑁

49216040 N/m² ≤

220594000 N/m² . 4

49216040 N/m² ≤ 55148500 N/m2 Hasil analisis tegangan tiang penahan dinyatakan aman (rancangan aman)


BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

Recommend Documents